(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを噴射するとともにその噴射する原料ガスを電界電離することによりイオンビームを生成するイオン源であって、
特定の軸方向に沿って延びると共に、尖った先端を有する電界電離電極と、
絶縁材料からなり、前記電界電離電極をその径方向の外側から囲む内周面を有し、内部に原料ガスが供給される容器と、
前記容器の外部に設けられ、前記電界電離電極との間に電圧が印加されることにより前記電界電離電極の先端近傍に電界電離用の電界を形成する外部電極とを備え、
前記容器は、その内部に供給された前記原料ガスを噴射するための微小開口を囲む形状の先端部を有し、その微小開口の近傍に前記電界電離電極の先端が位置するように当該電界電離電極が配置され、
前記外部電極は、前記容器の先端部が当該外部電極と前記電界電離電極の先端との間に介在して両電極間の放電経路を遮断するような位置に配置され、
前記容器の先端部は当該容器の他の部分の外径よりも小さな外径を有し、この先端部の周囲に前記外部電極が配置され、
前記容器の内周面は、一定の内径を有する円筒状内周面と、この円筒状内周面から前記微小開口に向かって徐々に縮径する縮径内周面とを有し、前記容器の先端部の外周面及び前記外部電極の内周面は前記円筒状内周面よりも径方向内側に位置することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
原料ガスを噴射するとともにその噴射する原料ガスを電界電離することによりイオンビームを生成するイオン源であって、
特定の軸方向に沿って延びると共に、尖った先端を有する電界電離電極と、
絶縁材料からなり、前記電界電離電極をその径方向の外側から囲む内周面を有し、内部に原料ガスが供給される容器と、
前記容器の外部に設けられ、前記電界電離電極との間に電圧が印加されることにより前記電界電離電極の先端近傍に電界電離用の電界を形成する外部電極とを備え、
前記容器は、その内部に供給された前記原料ガスを噴射するための微小開口を囲む形状の先端部を有し、その微小開口の近傍に前記電界電離電極の先端が位置するように当該電界電離電極が配置され、
前記外部電極は、前記容器の先端部が当該外部電極と前記電界電離電極の先端との間に介在して両電極間の放電経路を遮断するような位置に配置され、
前記外部電極が前記容器に装着されることを特徴とするイオン源。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオン源において、
前記電界電離電極は、当該電界電離電極の軸方向と直交する平面上での前記容器の内部空間の面積と前記電界電離電極の断面積との差であるガス噴出面積が当該電界電離電極の先端又は前記先端よりも僅かに基部側の位置で最小になると共に他の位置では前記最小の面積よりも大きくなるように、配置されることを特徴とするイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度で微小径のイオンビームを発生させるためのイオン源であって、例えば表面物理分析装置や半導体製造の検査装置、欠陥リペア装置用イオンプローブ、イオン注入、イオンビーム露光、イオンビーム堆積、イオンビームエッチング、イオンビーム描画、走査イオン顕微鏡等に用いられるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体金属イオン源が開発されて以来、半導体工業等の分野ではサブミクロン以下に細く集束したイオンビームの応用が急速に広まっている。しかし、液体金属イオン源では得られるイオン種に限りがある。特にアルゴンなどの不活性ガスや酸素などの集束イオンビームを得る場合には、前記液体金属イオン源よりもガス相の電界電離型イオン源が適している。
【０００３】
このようなガス相の電界電離型イオン源は、例えば、先端部の半径が５ｎｍ〜１００ｎｍ程度に尖らされた針状の電界電離電極を備える。この針状の電界電離電極の先端の近傍に１０−１Ｐａ程度の圧力を有する原料ガス中で５０〜６０Ｖ／ｎｍ程度の強電界が形成されることにより、当該電界電離電極の先端部近傍のガス分子が電界電離現象によりイオンと電子に分離され、分離したイオンがイオンビームとして取り出される。
【０００４】
このような電界電離形イオン源において発生するイオンビーム電流Ｉは、ガスの圧力Ｐと温度Ｔの関数であり、具体的には、下記の（１）式に示される関係が存在する。
【０００５】
Ｉ∝Ｐ／Ｔ３／２    …（１）
従って、前記イオンビーム電流Ｉを増強してイオンビームの輝度を高めるには、電界電離電極の先端近傍のガス圧力Ｐを高くし、あるいはガス温度Ｔを低くすればよい。その一方、イオン化後のイオンの消滅を最小限に抑えるには、このイオンを例えば１０−３Ｐａ以上１０−６Ｐａ以下といった高真空下で飛行させることが望ましい。
【０００６】
従来、このような条件を満たしながらの運転を可能にするイオン源として、例えば図１０に示すものが提案されている（特許文献１）。このイオン源は、針状の電界電離電極２と、これを収容する容器４と、容器４の外部に配置された外部電極６とを備える。前記容器４は、側壁４ａ及び先端壁４ｂを有し、この先端壁４ｂの中央に微小開口３が設けられている。前記電界電離電極２は、尖った先端（図では下端）２ｂを有し、この先端２ｂが前記微小開口３を通じて前記先端壁４ｂから下方に僅かに突出するように、前記容器４内に配置される。前記外部電極６は容器４の下方に設けられ、この外部電極６と前記電界電離電極２及び前記容器４との間に電圧Ｖが印加される。一般には、前記外部電極６が接地され、前記電界電離電極２及び前記容器４に適当な電位が与えられる。
【０００７】
このイオン源では、原料ガスが前記容器４内に供給され、当該容器４における微小開口３の周縁部と前記電界電離電極２の先端２ｂとの隙間から噴出する。この噴出により急激な変化をもつガス圧力分布が形成され、前記電界電離電極２の先端２ｂの近傍に局所的に高いガス圧が発生し、この領域での電界強度が高められる。その結果、前記先端２ｂから前記外部電極６の中央の開口を通じてイオンビーム５が放出される。
【特許文献１】特開２００７−２２７１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記の電界電離型イオン源では、印加電圧Ｖを増加させることなく、高輝度のイオンビームの生成に必要な電界強度、特に、前記電界電離電極２の先端２ｂの近傍における電界の強度（例えば原料ガスがＨｅの場合には４４Ｖ／ｎｍ）を確保することが望まれる。そのための手段として、ａ）外部電極６の開口径を縮小すること、あるいはｂ）外部電極６と電界電離電極２の先端２ｂとの最短距離を縮めること、が考えられる。
【０００９】
しかしながら、ａ）外部電極６の開口径を縮小することは、すなわちイオンビーム５の発散角を制限することになり、その縮小には著しい限界がある。また、ｂ）外部電極６と電界電離電極２の先端２ｂとの最短距離を縮める（具体的には図１０に示される外部電極６の位置を同図の上側に移す）と、両電極６，２間に好ましくない放電（例えばアーク放電）が発生するおそれが高くなる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、電界電離電極と外部電極との間の放電を防ぎながら、イオンビームの発散角の制限及び印加電圧の増加を伴うことなく、高輝度のイオンビームの生成に必要な電界強度を得ることが可能なイオン源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、原料ガスを噴射するとともにその噴射する原料ガスを電界電離することによりイオンビームを生成するイオン源であって、特定の軸方向に沿って延びると共に、尖った先端を有する電界電離電極と、絶縁材料からなり、前記電界電離電極をその径方向の外側から囲む内周面を有し、内部に原料ガスが供給される容器と、前記容器の外部に設けられ、前記電界電離電極との間に電圧が印加されることにより前記電界電離電極の先端近傍に電界電離用の電界を形成する外部電極とを備え、前記容器は、その内部に供給された前記原料ガスを噴射するための微小開口を囲む形状の先端部を有し、その微小開口の近傍に前記電界電離電極の先端が位置するように当該電界電離電極が配置され、前記外部電極は、前記容器の先端部が当該外部電極と前記電界電離電極の先端との間に介在して両電極間の放電経路を遮断するような位置に配置され、前記容器の先端部は当該容器の他の部分の外径よりも小さな外径を有し、この先端部の周囲に前記外部電極が配置され、前記容器の内周面は、一定の内径を有する円筒状内周面と、この円筒状内周面から前記微小開口に向かって徐々に縮径する縮径内周面とを有し、前記容器の先端部の外周面及び前記外部電極の内周面は前記円筒状内周面よりも径方向内側に位置するものである。
【００１２】
このイオン源によれば、微小開口を囲む容器の先端部が電界電離電極の先端と外部電極との間に介在するように当該外部電極が配置されるため、当該外部電極の内径を縮小させたり、両電極間に印加する電圧を増加させたりしなくても、当該外部電極と前記電界電離電極の先端との距離を縮めることで当該電界電離電極の先端近傍での電界強度を高めることができ、かつ、両電極間で好ましくない放電が発生するのを前記容器の先端部を利用して防ぐことができる。
【００１３】
すなわち、従来のイオン源では、前記外部電極と前記電界電離電極の先端との間での好ましくない放電を回避するために、当該外部電極が当該電界電離電極及びこれを収容する容器から離されていたのに対し、本発明に係るイオン源では、逆に前記外部電極を前記容器に近づけて当該容器の先端部を当該外部電極と当該電界電離電極の先端との間に介在させることで、前記放電の防止と必要電界強度の確保との両立が達成される。
【００１４】
具体的には、前記容器の先端部が当該容器の他の部分の外径よりも小さい外径を有し、当該先端部の周囲に前記外部電極が配置されるので、前記容器の先端部の外径が当該容器の他の部分の外径よりも小さい分、当該先端部の周囲に配置される外部電極と当該先端部の内側に配置される電界電離電極の先端との距離をより縮めることが可能である。
【００１５】
さらに、前記容器の内周面は、一定の内径を有する円筒状内周面と、この円筒状内周面から前記微小開口に向かって徐々に縮径する縮径内周面とを有し、前記容器の先端部の外周面及び前記外部電極の内周面は前記円筒状内周面よりも径方向内側に位置するので、前記縮径内周面は、微小開口への原料ガスの流入を円滑にして当該微小開口近傍（すなわち電界電離電極先端近傍）でのガス圧を確実に高めることを可能にする。そして、この縮径内周面の形状を利用して、前記容器の先端部の外周面およびその周囲に配置される外部電極の内周面を前記円筒状内周面よりも径方向内側に位置させることにより、当該外部電極と前記電界電離電極の先端との距離を縮めることができる。
【００１６】
また本発明は、原料ガスを噴射するとともにその噴射する原料ガスを電界電離することによりイオンビームを生成するイオン源であって、特定の軸方向に沿って延びると共に、尖った先端を有する電界電離電極と、絶縁材料からなり、前記電界電離電極をその径方向の外側から囲む内周面を有し、内部に原料ガスが供給される容器と、前記容器の外部に設けられ、前記電界電離電極との間に電圧が印加されることにより前記電界電離電極の先端近傍に電界電離用の電界を形成する外部電極とを備え、前記容器は、その内部に供給された前記原料ガスを噴射するための微小開口を囲む形状の先端部を有し、その微小開口の近傍に前記電界電離電極の先端が位置するように当該電界電離電極が配置され、前記外部電極は、前記容器の先端部が当該外部電極と前記電界電離電極の先端との間に介在して両電極間の放電経路を遮断するような位置に配置されているものである。これにより、当該外部電極を支持するための特別な構造が不要になる。
【００１７】
前記電界電離電極は、例えば、当該電界電離電極の軸方向と直交する平面上での前記容器の内部空間の面積と前記電界電離電極の断面積との差であるガス噴出面積が当該電界電離電極の先端又は前記先端よりも僅かに基部側の位置で最小になると共に他の位置では前記最小の面積よりも大きくなるように、配置されることが好ましい。
【００１８】
このような配置によれば、当該電界電離電極の先端付近での原料ガスの圧力を効果的に高めることかでき、高輝度のイオンビームを効率よく生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の好ましい実施の形態にかかるイオン源の全体構成を示した断面図である。このイオン源は、電界電離型イオン源であり、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスや酸素からなるイオン原料ガス（原料ガス）を電界電離することにより高輝度のイオンビーム５０を生成するためのものである。なお、以下の各実施形態においては、イオンビーム５０の照射方向が前方（又は先端側；図では下方）とされる。
【００２０】
前記イオン源は、電界電離電極１０と、この電界電離電極１０を収容する容器２０と、この容器２０の外部に設置される外部電極３０とを備える。これらは図略の真空槽内に設置され、当該真空槽内は例えば１×１０−６Ｐａ程度の高真空状態に保たれる。
【００２１】
前記電界電離電極１０は、電極支持体４０を介して前記容器２０に支持されるもので、尖った先端１６をもつ針状をなす。具体的には、円柱部１２と、この円柱部１２から前記先端１６に向かって徐々に縮径する円錐部１４とを一体に有する。この電界電離電極１０の具体的な寸法は限定されないが、好ましくは、前記先端１６の半径が１００ｎｍ以下（例えば５０ｎｍ程度）とされ、その先端１６でのテーパー角βは全角で５°程度、全長は２０ｍｍ程度に設定される。この電界電離電極１０の材質としては、例えばタングステンが好適である。その他、イリジウム等の金属やシリコン、又はそれらを含む合金、若しくはそれらに貴金属、高融点金属、高融点金属の炭化物若しくは窒化物等でコーティング処理を施したものであってもよい。
【００２２】
前記容器２０は、セラミックス（例えばアルミナセラミックスやジルコニウム系セラミックス）やガラスといった絶縁材料により成形され、前記電界電離電極１０をその径方向外側から囲む形状を有する。具体的には、一定の外径をもつ略筒状の本体壁２２と、この本体壁２２の後ろ側（図１では上側）の開口を塞ぐ背壁２３と、前記本体壁２２よりも先端側（図１では下側）に位置する先端壁（先端部）２４とを一体に有する。
【００２３】
前記先端壁２４は、前記本体壁２２の外径よりも小さい外径を有し、その先端面（図１では下端面）２４ａにおいては、微小開口２６を囲む。この微小開口２６は、例えば５μｍ〜１００μｍといった微小な直径をもつ開口であり、この開口を前記電界電離電極１０の先端部分が挿通可能である。
【００２４】
この容器２０は、前記電界電離電極１０を径方向外側から囲む内周面２８を有する。この内周面２８は、一定の内径を有する円筒状内周面２８ａと、この円筒状内周面２８ａの前端（図１では下端）から前記微小開口２６に至るまで徐々に縮径する形状の縮径内周面２８ｂとで構成される。
【００２５】
前記縮径内周面２８ｂは、この実施の形態では円錐台状をなし、前記先端壁２４と前記本体壁２２とに跨っている。また、当該先端壁２４の外周面は、前記円筒状内周面２８ａよりも径方向内側に位置している。すなわち、当該先端壁２４の外径は前記円筒状内周面２８ａの内径よりも小さい。
【００２６】
この容器２０に対し、前記電界電離電極１０は、その中心軸が前記内周面２８の中心軸と合致し、かつ、当該電界電離電極１０の先端１６が前記微小開口２６の近傍に位置するように、配置される。具体的には、前記容器２０の背壁２３に前記電極支持体４０を介して前記電界電離電極１０の円柱部１２が連結されることにより、当該電界電離電極１０が当該容器２０に取付けられ、図例では、前記先端１６が当該容器２０の外部に僅かに突出するように、前記容器２０に対する前記電界電離電極１０の取付位置が設定されている。
【００２７】
前記容器２０内には、外部から原料ガスが送入される。この原料ガスは、イオンの原料となるガスであり、常温で気相を保つもの、例えばヘリウムやアルゴン等の不活性ガス、酸素などが用いられる。この実施の形態では、前記本体壁２２の後部（図１では上部）に原料ガス導入口２２ｂが設けられ、この原料ガス導入口２２ｂに配管４２及びその途中に設けられた流量調整弁４４を通じて図略の原料ガス源から前記原料ガスが供給される。この原料ガスは、前記微小開口２６から高い圧力で容器２０の外部に噴射される。
【００２８】
ここで、前記縮径内周面２８ｂのテーパー角αは、当該円錐部１４のテーパー角βよりも大きく設定されている。この設定は、当該縮径内周面２８ｂと前記電界電離電極１０の円錐部１４との間に、前記微小開口２６に向かって徐々に流路面積が減少する原料ガス流路を確保するためのものである。
【００２９】
この微小開口２６からの前記電界電離電極１０の先端１６の突出量δは、前記微小開口２６の近傍の位置であって当該微小開口２６から噴射される原料ガスの圧力が最も高い位置を基準として、この基準位置から僅かに当該原料ガスの圧力が低くなる位置（前記基準位置から僅かに容器２０の外部側に寄った位置）に前記先端１６が位置するような量に設定される。具体的には、電界電離電極１０の軸方向と直交する平面（図１では水平断面）上での前記容器２０の内部空間の面積と前記電界電離電極１０の断面積との差であるガス噴出面積が、当該電界電離電極１０の先端１６又は当該先端１６よりも僅かに基部側（図１では上側）の位置で最小になると共に他の位置では前記最小の面積よりも大きくなるように、前記突出量δが設定されている。
【００３０】
前記原料ガスの流路に関する具体的な形状及び寸法は、適宜設定可能であるが、好適な例としては、前記電界電離電極１０のテーパー角（全角）βが５°、容器２０内での原料ガスの圧力が１００Ｐａ程度である場合、前記縮径内周面２８ｂのテーパー角（全角）αが６０°、微小開口２６の直径が２５μｍ、前記微小開口２６からの前記電界電離電極先端１６の突出量δが５μｍに設定される。
【００３１】
なお、本発明は前記電界電離電極１０の先端１６が前記微小開口２６を通じて容器２０の外部に突出するものに限定されず、例えば当該先端１６が容器２０の内部に位置していてもよい。要は、当該先端１６の付近で原料ガスの圧力がピークになるように当該先端１６が前記微小開口２６の近傍に配置されていればよい。
【００３２】
前記外部電極３０は、この外部電極３０と前記電界電離電極１０との間に電圧Ｖが印加されることによって当該電界電離電極１０の先端１６の近傍に電離用の強電界を形成するためのものである。この外部電極３０は、ステンレス鋼等の導電材料により、厚みが一定の環状に形成されている。
【００３３】
この実施の形態の特徴として、前記外部電極３０は、前記先端壁２４の周囲に配置されている。すなわち、この外部電極３０は、前記本体壁２２の前側の位置であって前記先端壁２４の径方向外側の位置に配されており、前記電界電離電極１０の先端１６の近傍部位を径方向外側から囲んでいる。この配置は、前記外部電極３０と当該先端１６との間に前記先端壁２４が介在して両者間での放電を阻止することを可能にする。
【００３４】
なお、前記電圧Ｖの印加は、例えば、前記外部電極３０を接地して前記電界電離電極１０に最高３０ｋＶの正電位を与えることにより行われる。この正電位の具体的な数値は、前記各寸法の諸元及び要求される電界強度に基いて設定される。
【００３５】
次に、このイオン源の作用を説明する。
【００３６】
このイオン源を収容する真空槽の内部が真空ポンプにより１×１０−６Ｐａ程度の高真空状態とされる一方、イオン原料となる原料ガスが配管４２を通じて容器２０内に供給され、この容器２０内の圧力が１００Ｐａに保たれるように前記配管４２の途中の流量調整弁４４の開度が調節される。この原料ガスは、電界電離電極１０の外周面と容器２０の内周面２８との間に形成された原料ガス流路を通じて微小開口２６に至り、この微小開口２６から高い圧力で容器２０の外部に噴射される。
【００３７】
一方、前記電界電離電極１０と前記外部電極３０との間に適当な電圧Ｖが印加されることにより、当該電界電離電極１０の先端１６の近傍に強電界が形成される。従って、前記微小開口２６から噴射される原料ガスは当該強電界を通過し、ここで電界電離作用を受けることによりイオン化する。
【００３８】
このイオン源では、前記原料ガス流路の流路面積が微小開口２６に向かうに従って縮小し、微小開口２６にて最小となるため、当該微小開口２６での原料ガスの圧力は非常に高くなる（例えば１０Ｐａ程度）。つまり、この微小開口２６の近傍で原料ガスの分子密度が高まり、かつ、その近傍に前記電界電離電極１０の先端１６が位置するので、当該先端１６の近傍で効率よく原料ガスがイオン化され、多くのガス分子がイオンビーム５０として放出される。
【００３９】
前記微小開口２６よりも真空側の領域では、噴出した原料ガスの拡散を阻害するものがないので、前記ガス分子は一気に拡散し、これにより急激な圧力降下が生ずる。すなわち、この領域は前記原料ガスのガス分子同士の衝突や当該ガス分子と雰囲気ガスの分子との衝突が生ずる可能性がきわめて低い高真空領域であるため、当該領域でのイオンの消滅またはそのエネルギーの低下が抑制され、このことが高輝度の集束イオンビームの生成を可能にする。
【００４０】
このイオン源において、イオンビーム５０の輝度を高めるには、前記微小開口２６及び前記電界電離電極先端１６の近傍の電界強度を高く維持することが重要である。この実施の形態では、印加電圧Ｖの増加や、イオンビーム５０の発散角の制限を行わなくても、前記電界電離電極先端１６と前記外部電極３０との距離の短縮によって、前記電界強度を効果的に高めることができる。換言すれば、高輝度のイオンビーム５０を得るために必要な電界強度を従来よりも低い印加電圧で得ることができる。
【００４１】
具体的に、この実施の形態に係るイオン源では、絶縁材料からなる容器２０の先端壁２４の周囲に前記外部電極３０が配置され、この外部電極３０が電界電離電極１０の先端１６の近傍の部位を囲んでいるので、例えば前記図１０に示されるイオン源に比して前記外部電極３０と前記電界電離電極１０の先端１６との最短距離が著しく縮められ、その結果、印加電圧Ｖを増加することなく前記先端１６の近傍の電界強度を効果的に高めることが可能である。
【００４２】
特に、この実施の形態では、前記微小開口２６を囲む先端壁２４の外径が他の容器２０の部分すなわち本体壁２２の外径よりも小さいため、その分だけ前記最短距離をより縮めることが可能である。
【００４３】
さらに、この実施の形態では、前記容器２０の内周面２８が、一定の内径を有する円筒状内周面２８ａと、この円筒状内周面２８ａから前記微小開口２６に向かって徐々に縮径する縮径内周面２８ｂとを有し、前記容器２０の先端壁２４の外周面２４ａ及び前記外部電極３０の内周面３２が前記円筒状内周面２８ａよりも径方向内側に位置するものであるため、容器２０内のガスを前記縮径内周面２８ｂによって円滑に微小開口２６から噴出させることが可能であると同時に、前記外部電極３０の内周面３２を前記電界電離電極１０の先端１６に近づけることができる。
【００４４】
しかも、前記外部電極３０は、当該電極３０と前記電界電離電極１０の先端１６との間に前記容器２０の先端壁２４が介在するように配置されるため、両電極３０，１６の接近にかかわらず、絶縁材料製の容器２０を有効に利用して当該電極３０，１６間での好ましくない放電の発生を防ぐことができる。
【００４５】
また、前記外部電極３０は前記容器２０に近接しているため、この容器２０に装着されることも可能である。その場合には、当該外部電極３０を支持するための特別な構造を省略することができる。具体的には、例えば、当該外部電極３０が前記先端壁２４の外周面２４ａまたは本体壁２２の前端面２２ａに固定されればよい。もちろん、当該外部電極３０が前記容器２０とは別の部材（例えばワイヤなど）によって図示の位置に支持されることも可能である。
【００４６】
本発明において、前記容器２０の形状及び前記外部電極３０の配置は、当該容器２０の先端部が前記外部電極３０と電界電離電極１０の先端１６との間に介在するという条件を満たす範囲で自由に設定されることが可能である。
【００４７】
例えば、前記容器２０の縮径内周面２８ｂは、図２に示されるように傾きが連続的に変化する曲面や、図３に示すように傾きが段階的に変化する面により構成されてもよい。あるいは、前記図１０に示すイオン源の先端壁４ｂの中央部分が他の部分（外周部分）よりも前方に突出することにより先端部を構成してもよい。また、容器２０の本体壁２２の外径が小さい場合には、その外径と先端部２４の外径が等しくてもよい。その場合も当該先端部２４の周囲に前記外部電極３０が配置されればよい。
【００４８】
前記容器２０には、外部電極３０を安定して保持するために図３および図４に示すような溝２７Ａ，２７Ｂが形成されてもよい。図３では、前記の先端壁２４から径方向外側に距離をおいて、前記本体壁２２の前面からさらに前方に突出する環状突出部２１が形成され、この環状突出部２１と前記先端壁２４との間に外部電極挿入用の溝２７Ａが形成されている。また図４では、前記先端壁２４の先端部から径方向外側に向けて前記本体壁２２の前端面２２ａを覆う蓋部２５が延設されることにより、当該蓋部２５と前記本体壁２２の前端面２２ａとの間に溝２７Ｂが形成されている。
【００４９】
前記先端壁２４は、例えば図５に示すように、当該先端壁２４の周縁部が前記微小開口２６よりも前方に突出するような形状を有していてもよい。この先端壁２４の形状は、外部電極３０を電界電離電極１０の先端１６の周囲に配置しながら当該外部電極３０と当該先端１６との間に前記先端壁２４を介在させることを可能にする。
【００５０】
また、図６に示されるように、先端壁２４の外径がその内径と同様に微小開口２６に向かうに従って徐々に縮径していてもよい。すなわち、容器２０の厚み寸法が本体壁２２から先端壁２４に至るまで均一であってもよい。この場合も、当該先端壁２４の周囲に外部電極３０が配置されることにより、当該外部電極３０と電界電離電極１０の先端１６との間に先端壁２４を介在させることが可能である。
【００５１】
さらに、図７に示されるような環状磁石４８を用いることで放電の種となる電子を磁力で捕捉することも可能である。この環状磁石４８は、前記先端壁２４に組み込まれ、上下にＮ極及びＳ極をそれぞれ有しており、図に破線で示されるように微小開口２６をその軸方向に通過する磁界を形成する。この磁界は、前記微小開口２６の近傍において何らかの原因で発生した電子を補足し、当該電子に起因する好ましくない放電の発生を未然に防止する。
【実施例】
【００５２】
本発明の実施例及び比較例として、前記図１及び図１０にそれぞれ示されるイオン源において形成される電界のシミュレーションを行った。その結果を図８及び図９にそれぞれ示す。
【００５３】
図８は、図１に示されるイオン源（実施例）における外部電極３０の内径ｄ１を１．５ｍｍ、電界電離電極１０の電位を１．２８ｋＶとしたときの当該電界電離電極１０の周囲に形成される電界を等電位線で示したものである。図示のように、前記外部電極３０の内側の領域すなわち電界電離電極先端１６の近傍の領域で等電位線が著しく密集しており、電界強度が高まっていることが分かる。この領域での電界強度は４４Ｖ／ｎｍである。
【００５４】
一方、図９は、図１０に示されるイオン源（比較例）における外部電極６と電界電離電極（電界電離電極）２との軸方向距離を１０ｍｍ（アーク放電を回避するのに必要な距離）とし、電界電離電極２の電位を１．６２ｋＶとしたときの、当該電界電離電極２の周囲に形成される電界を等電位線で示したものである。図示のように、この比較例では等電位線が特に電界電離電極２と外部電極６との間で大きく拡散しており、電界強度を効率よく高めることが難しいことが理解できる。この比較例においても、電界電離電極２の先端２ｂの近傍での電界強度は前記実施例と同様に４４Ｖ／ｎｍである。
【００５５】
従って、前記実施例によれば、前記比較例よりも電界電離電極１０の電位を０．３４ｋＶも節減しながら当該比較例と同等の電界強度を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン源の全体構成を示す断面図である。
【図２】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図３】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図４】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図５】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図６】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図７】前記イオン源の変形例の要部を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例においてシミュレーションにより得られた電界を示す等電位線図である。
【図９】前記実施例に対する比較例においてシミュレーションにより得られた電界を示す等電位線図である。
【図１０】従来のイオン源の断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０    電界電離電極
１６    電界電離電極の先端
２０    容器
２２    本体壁（先端部の他の部分）
２４    先端壁（先端部）
２４ａ  先端壁の外周面
２６    微小開口
２８    容器の内周面
２８ａ  円筒状内周面
２８ｂ  縮径内周面
３０    外部電極
３２    外部電極の内周面
５０  イオンビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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