(57)【要約】【課題】電界電離電極の先端部の微小開口内における位置が移動し難いイオン源及びこのイオン源の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、イオンビームを生成するイオン源１０であって、微小開口２２とこの微小開口２２に接続している内周面２０ａとを有する容器２０と、先端部２３Ａが微小開口２２内に位置するように容器２０内に固定される電界電離電極２３とを備え、電界電離電極２３には位置決め部材３０が設けられ、位置決め部材３０は、電解電離電極２３に固定される基部３２と容器２０の内周面２０ａに当接可能な当接部３４ａとを含み、この当接部３４ａと内周面２０ａとの当接により電極の先端部２３Ａが許容範囲の外側に逸脱するのを阻止すると共に、電解電離電極２３の外周面２３ａと容器２０の内周面２０ａとの間での原料ガスの流通を許容する形状を有していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを噴射するときに電界電離してイオンビームを生成するイオン源であって、
微小開口と、この微小開口に接続している前記イオンビームのビーム軸を囲む方向の内周面とを有し、前記内周面に囲まれた領域に供給された前記原料ガスを前記微小開口から噴射する容器と、
前記ビーム軸方向に沿って延びると共に先端が尖り、先端部が前記微小開口内に位置するように前記容器内に固定される電界電離電極と、
前記電界電離電極と対向するように前記容器の外部に配置される引出電極とを備え、
前記電界電離電極には、前記微小開口内での当該電極の先端部の位置を所定の許容範囲内に収めるための位置決め部材が設けられ、
前記位置決め部材は、前記電解電離電極に固定される基部と、前記容器の内周面に当接可能な当接部とを含み、この当接部と前記容器の内周面との当接により前記電極の先端部が前記許容範囲の外側に逸脱するのを阻止すると共に、前記電解電離電極の外周面と前記容器の内周面との間での前記原料ガスの流通を許容する形状を有していることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源において、
前記位置決め部材は、前記基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、各位置決め部の先端部が前記当接部を構成すると共に、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記原料ガスの流通を許容する空間が確保されていることを特徴とするイオン源。
【請求項３】
請求項２に記載のイオン源において、
前記各位置決め部は、前記径方向に伸縮する方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、この弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記当接部が前記容器の内周面に常時当接するように配置されていることを特徴とするイオン源。
【請求項４】
請求項３に記載のイオン源において、
前記位置決め部のうちの少なくとも一部の位置決め部は、前記弾性変形部として、前記原料ガスの流通を許容するための空間を囲む環状の部分を有し、この環状の部分の中心軸が前記電解電離電極の中心軸と略平行になるように前記位置決め部材が配置されていることを特徴とするイオン源。
【請求項５】
請求項１に記載のイオン源において、
前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを前記電界電離電極の径方向に連結し、且つ、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保されていることを特徴とするイオン源。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオン源において、
前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、この縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から前記当接部が当接するように前記位置決め部材が配置されていることを特徴とするイオン源。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のイオン源において、
前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、
この縮径部は、少なくとも前記微小開口の周縁部に形成され、
前記位置決め部材は、前記容器における前記微小開口と対向する位置に設けられた前記微小開口よりも大きな挿入孔から挿入可能で且つ前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から前記当接部が当接するように前記電極の先端近傍に配置されていることを特徴とするイオン源。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のイオン源において、
前記容器の内周面における少なくとも前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記微小開口周縁部に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つ前記微小開口周縁部の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有することを特徴とするイオン源。
【請求項９】
原料ガスを噴射するときに電界電離してイオンビームを生成するイオン源であって、微小開口と、この微小開口に接続している前記イオンビームのビーム軸を囲む方向の内周面とを有し、前記内周面に囲まれた領域に供給された前記原料ガスを前記微小開口から噴射する容器と、前記ビーム軸方向に沿って延びると共に先端が尖り、先端部が前記微小開口内に位置するように前記容器内に固定される電界電離電極と、前記微小開口を介して前記電界電離電極と対向するように前記容器の外部に配置される引出電極と、前記引出電極と前記電界電離電極との間に接続され、これら電極間に電界電離電圧を印加するための電界電離用電源とを備えるイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に前記微小開口内での当該電極の先端部の位置を所定の許容範囲内に収めるための位置決め部材であって、前記電解電離電極に固定される基部と、前記容器の内周面に当接可能な当接部とを含み、この当接部と前記容器の内周面との当接により前記電解電離電極の先端部が前記許容範囲の外側に逸脱するのを阻止すると共に、前記電解電離電極の外周面と前記容器の内周面との間での前記原料ガスの流通を許容する形状を有する位置決め部材が設けられた前記電界電離電極を用意する工程と、
前記容器内に前記電解電離電極を前記微小開口と反対の側から挿入し、この電解電離電極に設けられた前記位置決め部材の当接部を前記容器の内周面に当接させることにより、当該電解電離電極の先端部を前記微小開口内に位置決めする工程とを有することを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、
前記位置決め部材は、前記基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、
前記各位置決め部は、その先端部が前記当接部を構成すると共に、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、
前記位置決めする工程では、前記位置決め部材の各当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させることにより前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記各位置決め部は、前記径方向に伸縮すると共にこの方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に前記各位置決め部の弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記各当接部が前記縮径部の内周面に常時当接するような前記径方向の長さを有し、
前記位置決めする工程では、前記各当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させて仮の位置決めを行い、又は前記当接させた状態からさらに前記電界電離電極を前記軸方向先端側に移動させることで前記各位置決め部を収縮させて仮の位置決めを行い、この仮の位置決め状態から前記電界電離電極の前記軸方向における微小位置決めをさらに行うことにより、前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、
前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを径方向に連結し且つ周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、
前記位置決めする工程では、前記環状当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させることにより、前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、
前記容器の内周面における少なくとも前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、
前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、最小のガス噴出面積が目標面積となるときの前記ビーム軸方向における前記位置決め部材の位置での前記電界電離電極の外周面と前記容器の内周面との間隔を維持するのに必要な長さの前記位置決め部又は連結部を有する位置決め部材を前記電界電離電極に設けることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１４】
請求項９に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記電極の先端部及び当該電極の先端部近傍の表面のうち前記位置決め部材よりも先端側の表面に所定の厚さを有する犠牲層がさらに形成された前記電界電離電極を用意し、
前記位置決めする工程では、前記容器の内周面に前記位置決め部材の当接部を当接させると共に前記内周面における微小開口周縁部の少なくとも一部に前記犠牲層の表面を当接させることにより、前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、
この縮径部の内周面は、前記内周面における微小開口周縁部で構成され、
前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、
前記位置決め部材は、基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、
各位置決め部は、前記径方向に伸縮すると共にこの方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、最小のガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、前記各位置決め部の弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記各当接部が前記内周面に常時当接するような前記径方向の長さを有し、当該位置決め部の先端部が前記当接部を構成し、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、
前記犠牲層は、最小の前記ガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、当該犠牲層が前記微小開口周縁部に当接するような厚さを有し、
前記位置決めする工程では、前記各当接部を前記容器の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させて仮の位置決めを行い、又は前記当接させた後さらに前記電界電離電極を前記軸方向先端側に移動させることで前記各位置決め部を収縮させて仮の位置決めを行い、この仮の位置決め状態から前記電界電離電極の前記軸方向先端側に移動させて前記犠牲層を前記微小開口周縁部に当接させることにより、前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載のイオン源の製造方法において、
前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、
この縮径部は、前記内周面における微小開口周縁部で構成され、
前記微小開口周縁部の内周面は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、
前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを径方向に連結し、且つ、周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、
前記犠牲層は、最小の前記ガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、当該犠牲層が前記微小開口周縁部に当接するような厚さを有し、
前記位置決めする工程では、前記環状当接部を前記微小開口周縁部に対して前記先端側と反対の側から当接させると共に、前記犠牲層を前記微小開口周縁部に当接させることにより、前記位置決めすることを特徴とするイオン源の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度のイオンビームを利用した、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微小径イオンビーム発生用のイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電界電離型イオン源としては、図９に示されるような、開口１２２を有し、内部に原料ガスが供給される容器１２０と、先端を開口１２２に向けて容器１２０内に固定される針状電極１２３と、を備え、る電界電離型イオン源１１０が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この電界電離型イオン源１１０は、ガス（原料ガス）中で、その先端半径が５ｎｍ〜１００ｎｍ程度に尖らされた金属の針状電極（電界電離電極）１２３の先端部近傍に５〜６０Ｖ／ｎｍ程度の強電界が形成されるように構成されている。
【０００４】
このように構成される電界電離型イオン源１１０においては、容器１２０に供給された原料ガスが開口１２２から噴射されるときに針状電極１２３先端近傍を通過する。その際、上記のように針状電極１２３先端近傍には強電界が形成されており、この強電界中を原料ガスが通過することでガス分子が電界電離現象によりイオンと電子とに分離され、この分離したイオンがイオンビームとして取り出される。
【特許文献１】特開昭６３−４３２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように構成される電界電離型イオン源では、一般に、針状電極１２３は、その先端が容器１２０における開口周縁部１２１ｒに近接すると共に、開口１２２の中心部に針状電極１２３の中心軸が一致若しくは略一致するように容器１２０内に固定されている。これは、前記電界電離型イオン源１１０においては、強電界が形成された針状電極１２３先端近傍に原料ガスが安定して供給されると共に、針状電極１２３先端近傍で形成されたイオンが容器１２０内のイオン化してないガス分子と衝突して消滅・散乱するのを防ぎ、より強度が大きく且つ指向性の高いイオンビームを得るためである。このように、電界電離型イオン源１１０においては、容器１２０の開口周縁部１２１ｒと針状電極１２３との相対位置、即ち、容器１２０の開口周縁部１２１ｒに対する針状電極１２３の先端部の位置が重要になる。
【０００６】
しかし、前記の電界電離型イオン源１１０における針状電極１２３は、基部側（先端部と反対側）端部のみが容器１２０内に接合されることで固定されているため、当該イオン源１１０が製造された当初は開口１２２中心部に針状電極１２３の先端部が位置していたとしても、当該イオン源１１０の使用を続けることで振動や加熱又は冷却等が加わることで針状電極１２３と容器１２０との接合部に応力が発生し、針状電極１２３の先端部の開口１２２に対する位置がずれることがある。
【０００７】
このとき針状電極１２３の先端部が開口１２２の中心部からずれると針状電極１２３の先端部と開口周縁部１２１ｒとの間隔がその周方向において一定でなくなる。そのため、前記周方向において原料ガスの噴出する流量に違いが生じ、針状電極１２３の先端部近傍での原料ガスの流れに乱れが生じる。その結果、得られるイオンビームの強度が低下する等といった問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、電界電離電極の先端部の微小開口内における位置が移動し難いイオン源及びこのイオン源の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明に係るイオン源は、原料ガスを噴射するときに電界電離してイオンビームを生成するイオン源であって、微小開口と、この微小開口に接続している前記イオンビームのビーム軸を囲む方向の内周面とを有し、前記内周面に囲まれた領域に供給された前記原料ガスを前記微小開口から噴射する容器と、前記ビーム軸方向に沿って延びると共に先端が尖り、先端部が前記微小開口内に位置するように前記容器内に固定される電界電離電極と、前記電界電離電極と対向するように前記容器の外部に配置される引出電極とを備え、前記電界電離電極には、前記微小開口内での当該電極の先端部の位置を所定の許容範囲内に収めるための位置決め部材が設けられ、前記位置決め部材は、前記電解電離電極に固定される基部と、前記容器の内周面に当接可能な当接部とを含み、この当接部と前記容器の内周面との当接により前記電極の先端部が前記許容範囲の外側に逸脱するのを阻止すると共に、前記電解電離電極の外周面と前記容器の内周面との間での前記原料ガスの流通を許容する形状を有していることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、前記電極の先端部が移動し、若しくは移動しようとしても、前記位置決め部材によって当該電極の先端部の前記微小開口内での移動が前記原料ガスの流れに影響しないような範囲（所定の許容範囲）内に収められる。
【００１１】
詳細には、当該イオン源が使用等によって振動や加熱又は冷却されることで前記電界電離電極における前記容器に固定されている部位等に応力が生じ、この応力によって、前記容器の微小開口内で前記電極の先端部が移動し若しくは移動しようとする。そうすると、前記電極先端部は、前記微小開口内の前記所定の許容範囲の外側に逸脱しようとするが、前記当接部が前記容器の内周面と当接し若しくは当接しているために当該位置決め部材によって前記電極の先端部の前記許容範囲の外側への逸脱が阻止される。
【００１２】
また、前記位置決め部材は、前記電界電離電極の外周面と前記容器の内周面との間での前記原料ガスの流通を許容する形状を有していることから、前記容器内の原料ガスの流れを妨げない。そのため、前記電極の先端部近傍に形成された強電界内に対し、前記位置決め部材の有無に関わらず安定して原料ガスが供給される。このように強電界内に安定して原料ガスが供給されることで安定したイオンビームが形成される。
【００１３】
本発明に係るイオン源においては、前記位置決め部材は、前記基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、各位置決め部の先端部が前記当接部を構成すると共に、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記原料ガスの流通を許容する空間が確保されている構成であってもよい。
【００１４】
かかる構成によれば、前記位置決め部材が複数の位置決め部を有することから前記原料ガスの流通を許容する空間も複数確保されているため、前記容器内の原料ガスの流れを妨げない。そのため、前記電極の先端部近傍に形成された強電界内に対し、前記位置決め部材の有無に関わらず安定して原料ガスが供給される。
【００１５】
この場合、前記各位置決め部は、前記径方向に伸縮する方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、この弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記当接部が前記容器の内周面に常時当接するように配置されている構成が好ましい。
【００１６】
このように構成されることで、前記電界電離電極には前記周方向に沿って配置された各位置決め部から常に付勢力が加えられた状態となるため、前記電極の先端部が前記許容範囲の外側により逸脱し難くなる。そのため、前記先端部の前記所定の許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００１７】
また、前記位置決め部のうちの少なくとも一部の位置決め部は、前記弾性変形部として、前記原料ガスの流通を許容するための空間を囲む環状の部分を有し、この環状の部分の中心軸が前記電解電離電極の中心軸と略平行になるように前記位置決め部材が配置されている構成が好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、簡易な構成によって前記位置決め部の前記径方向への伸縮が可能となる。しかも、前記位置決め部が環状の部分を有することで、この部分に囲まれた空間も前記原料ガスの流通が許容されるため、前記容器内での原料ガスの流れがより妨げられない。
【００１９】
また、前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを前記電界電離電極の径方向に連結し、且つ、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保されている構成であってもよい。この場合、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、この縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から前記当接部が当接するように前記位置決め部材が配置されている構成が好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、前記環状当接部によって前記位置決め部材と前記容器の内周面との接触面積が増加し、当該接触部位でのずれが生じ難くなり、前記電極の先端部の前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００２１】
また、このような構成であっても、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保されていることから、前記容器内での原料ガスの流れが妨げられない。
【００２２】
しかも、前記環状当接部が前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接するように配置されることで、前記容器内での前記電界電離電極の位置決めが容易になる。
【００２３】
また、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、この縮径部は、少なくとも前記微小開口の周縁部に形成され、前記位置決め部材は、前記容器における前記微小開口と対向する位置に設けられた前記微小開口よりも大きな挿入孔から挿入可能で且つ前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から前記当接部が当接するように前記電極の先端近傍に配置されている構成が好ましい。
【００２４】
かかる構成では、前記容器に前記電界電離電極の基部が固定され、この部位で前記熱等による応力が発生する。そのため、前記のように応力の発生する基部側から離れた前記電極の先端部近傍に前記位置決め部材が設けられることで、当該電極の先端部の前記所定の許容範囲の外側への逸脱がより小さな力で阻止できる。
【００２５】
また、前記の構成によれば、前記位置決め部材をあらかじめ前記電界電離電極に設けてから当該電極を前記容器内に挿入すればよく、前記容器内で前記位置決め部材を前記電界電離電極に取り付ける必要がないことからイオン源の組み立てが容易になる。
【００２６】
また、前記容器の内周面における少なくとも前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記微小開口周縁部に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つ前記微小開口周縁部の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有する構成が好ましい。
【００２７】
かかる構成とすることで、前記微小開口から噴射される前記原料ガスが絞り効果によって前記電界電離電極先端で高いガス圧を維持できる、若しくは前記高いガス圧から僅かに低くなったガス圧を維持できる。そのため、前記電界電離電極先端近傍では、前記原料ガスが電界電離してイオン化し易くなる。
【００２８】
しかも、前記ガス噴出面積が最小となる位置からイオンビームの照射方向側では、ガス噴出面積が大きくなっているため、前記高圧になった原料ガスが拡散して低圧、即ち、ガス分子の密度が小さい状態となり、イオンビームが他の分子等と衝突し難くなる。そのため、イオン消滅確率が低くなり、イオンビーム電流の低下が抑制されると共に集束イオンビームを得るために必要な低エネルギー分散も維持されるため、高輝度なイオンビームが得られる。
【００２９】
また、上記課題を解消すべく、本発明に係るイオン源の製造方法は、原料ガスを噴射するときに電界電離してイオンビームを生成するイオン源であって、微小開口と、この微小開口に接続している前記イオンビームのビーム軸を囲む方向の内周面とを有し、前記内周面に囲まれた領域に供給された前記原料ガスを前記微小開口から噴射する容器と、前記ビーム軸方向に沿って延びると共に先端が尖り、先端部が前記微小開口内に位置するように前記容器内に固定される電界電離電極と、前記微小開口を介して前記電界電離電極と対向するように前記容器の外部に配置される引出電極と、前記引出電極と前記電界電離電極との間に接続され、これら電極間に電界電離電圧を印加するための電界電離用電源とを備えるイオン源の製造方法において、前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に前記微小開口内での当該電極の先端部の位置を所定の許容範囲内に収めるための位置決め部材であって、前記電解電離電極に固定される基部と、前記容器の内周面に当接可能な当接部とを含み、この当接部と前記容器の内周面との当接により前記電解電離電極の先端部が前記許容範囲の外側に逸脱するのを阻止すると共に、前記電解電離電極の外周面と前記容器の内周面との間での前記原料ガスの流通を許容する形状を有する位置決め部材が設けられた前記電界電離電極を用意する工程と、前記容器内に前記電解電離電極を前記微小開口と反対の側から挿入し、この電解電離電極に設けられた前記位置決め部材の当接部を前記容器の内周面に当接させることにより、当該電解電離電極の先端部を前記微小開口内に位置決めする工程とを有することを特徴とする。
【００３０】
かかる構成によれば、前記微小開口内での前記電極の先端部の位置決めの際、前記電界電離電極に設けられた前記位置決め部材の当接部が前記容器の内周面に当接することで前記位置決めが容易に行われる。
【００３１】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記位置決め部材の当接部が前記容器の内周面と当接した状態で当該電界電離電極が固定されることになる。その結果、当該方法によって製造されたイオン源では、前記電界電離電極の前記容器への固定部に応力等が生じてその先端部が移動して前記所定の許容範囲の外側へ逸脱しようとしても、前記位置決め部材によって前記逸脱が阻止され、前記電極の先端部が前記所定の許容範囲内に収まる。
【００３２】
しかも、前記位置決め部は、前記のように原料ガスの流通を許容する形状を有していることから、前記容器内の原料ガスの流れを妨げない。そのため、当該方法によって製造されたイオン源では、前記電極の先端部近傍に形成された強電界内に対し、前記位置決め部材の有無に関わらず安定して原料ガスが供給される。このように強電界内に安定して原料ガスが供給されることで安定したイオンビームが形成される。
【００３３】
さらに、前記電界電離電極を前記容器内で位置決めするときに、前記位置決め部材の当接部が前記容器の内周面に当接することで、前記電界電離電極の外周面と前記容器の内周面との間に間隔が確保される。そのため、前記位置決めの際の前記電界電離電極と前記容器との接触が抑制され、この接触に起因する損傷が抑制される。
【００３４】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、前記位置決め部材は、前記基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、前記各位置決め部は、その先端部が前記当接部を構成すると共に、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、前記位置決めする工程では、前記位置決め部材の各当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させることにより前記位置決めする構成であってもよい。
【００３５】
かかる構成によれば、前記位置決め工程において、複数の当接部のうちの一部の当接部が前記縮径部の内周面に当接した状態で、さらに前記電界電離電極をその先端側に移動させて各当接部を前記縮径部の内周面に当接させることで、前記電極の先端部がより容易に位置決めされる。
【００３６】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記同様、前記当接部が前記容器の内周面と当接した状態で当該電界電離電極が固定されることになるため、当該方法によって製造されたイオン源では、前記先端部の前記所定の許容範囲の外側へ逸脱が阻止される。また、前記位置決め部材は、前記のように原料ガスの流通を許容する形状を有していることから、前記容器内の原料ガスの流れを妨げない。さらに、前記電界電離電極を前記容器内で位置決めするときに、前記電界電離電極の外周面と前記容器の内周面との間に間隔が確保されるため、前記位置決めの際の前記電界電離電極と前記容器との接触に起因する損傷が抑制される。
【００３７】
前記電界電離電極を用意する工程では、前記各位置決め部は、前記径方向に伸縮すると共にこの方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に前記各位置決め部の弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記各当接部が前記縮径部の内周面に常時当接するような前記径方向の長さを有し、前記位置決めする工程では、前記各当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させて仮の位置決めを行い、又は前記当接させた状態からさらに前記電界電離電極を前記軸方向先端側に移動させることで前記各位置決め部を収縮させて仮の位置決めを行い、この仮の位置決め状態から前記電界電離電極の前記軸方向における微小位置決めをさらに行うことにより、前記位置決めする構成が好ましい。
【００３８】
かかる構成によれば、前記仮の位置決めを行った後の前記微小位置決めのときに、前記電界電離電極に対して加えられる前記各位置決め部からの前記弾性変形に起因する付勢力によって前記電極の先端部の位置が安定しているため、より高精度な前記電極先端部の位置決めが可能となる。
【００３９】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記同様、前記電界電離電極には前記周方向に沿って配置された各位置決め部から常に付勢力が加えられた状態となるため、前記電極の先端部が前記許容範囲の外側により逸脱し難くなる。そのため、当該方法によって製造されたイオン源では、前記先端部の前記所定の許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００４０】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを径方向に連結し且つ周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、前記位置決めする工程では、前記環状当接部を前記縮径部の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させることにより、前記位置決めする構成であってもよい。
【００４１】
かかる構成によれば、前記位置決め工程において、前記環状当接部の一部が前期縮径部の内周面に当接した状態で、さらに前記電界電離電極をその先端側に移動させて前記環状当接部をその周方向全体に亘って前記縮径部の内周面に当接させることで、前記電極の先端部がより容易に位置決めされる。
【００４２】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記同様、前記環状当接部によって前記位置決め部材と前記容器の内周面との接触面積が増加し、当該接触部位でのずれが生じ難くなり、前記電極の先端部の前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００４３】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器の内周面における少なくとも前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、最小のガス噴出面積が目標面積となるときの前記ビーム軸方向における前記位置決め部材の位置での前記電界電離電極の外周面と前記容器の内周面との間隔を維持するのに必要な長さの前記位置決め部又は連結部を有する位置決め部材を前記電界電離電極に設ける構成が好ましい。
【００４４】
かかる構成によれば、前記位置決めする工程において前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、このイオン源では、前記微小開口から噴射される前記原料ガスが絞り効果によって前記電界電離電極先端で高いガス圧を維持できる、若しくは前記高いガス圧から僅かに低くなったガス圧を維持できる。そのため、前記電界電離電極先端近傍では、前記原料ガスが電界電離してイオン化し易くなる。
【００４５】
しかも、前記ガス噴出面積が最小となる位置からイオンビームの照射方向側では、ガス噴出面積が大きくなっているため、前記高圧になった原料ガスが拡散して低圧、即ち、ガス分子の密度が小さい状態となり、イオンビームが他の分子等と衝突し難くなる。そのため、イオン消滅確率が低くなり、イオンビーム電流の低下が抑制されると共に集束イオンビームを得るために必要な低エネルギー分散も維持されるため、高輝度なイオンビームが得られる。
【００４６】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記電極の先端部及び当該電極の先端部近傍の表面のうち前記位置決め部材よりも先端側の表面に所定の厚さを有する犠牲層がさらに形成された前記電界電離電極を用意し、前記位置決めする工程では、前記容器の内周面に前記位置決め部材の当接部を当接させると共に前記内周面における微小開口周縁部の少なくとも一部に前記犠牲層の表面を当接させることにより、前記位置決めする構成が好ましい。
【００４７】
かかる構成によれば、前記位置決めが行われる際、前記ビーム軸方向に離れた位置において、前記当接部を前記容器の内周面に当接させ、且つ前記犠牲層の表面を前記内周面における前記微小開口周縁部に当接させて位置決めをすることで、より正確な位置決めが行われる。その結果、当該方法によって製造されたイオン源では、より原料ガスの噴射が安定するためイオンビームが安定する。
【００４８】
また、前記電極の先端部が前記犠牲層に覆われているため、前記位置決めを行う際に、前記容器の内周面との接触から保護され、前記電界電離電極先端が前記内周面等に接触することによる損傷が確実に抑制される。
【００４９】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、この縮径部の内周面は、前記内周面における微小開口周縁部で構成され、前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、前記位置決め部材は、基部から前記電界電離電極の径方向外側に延び、前記電界電離電極の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部を有し、各位置決め部は、前記径方向に伸縮すると共にこの方向に弾性変形可能な弾性変形部を含み、最小のガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、前記各位置決め部の弾性変形部が収縮方向に弾性変形した状態で前記各当接部が前記内周面に常時当接するような前記径方向の長さを有し、当該位置決め部の先端部が前記当接部を構成し、前記周方向に互いに隣接する位置決め部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、前記犠牲層は、最小の前記ガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、当該犠牲層が前記微小開口周縁部に当接するような厚さを有し、前記位置決めする工程では、前記各当接部を前記容器の内周面に対して前記先端側と反対の側から当接させて仮の位置決めを行い、又は前記当接させた後さらに前記電界電離電極を前記軸方向先端側に移動させることで前記各位置決め部を収縮させて仮の位置決めを行い、この仮の位置決め状態から前記電界電離電極の前記軸方向先端側に移動させて前記犠牲層を前記微小開口周縁部に当接させることにより、前記位置決めする構成が好ましい。
【００５０】
かかる構成によれば、前記仮の位置決めを行った後の前記電界電離電極の移動のときに、当該電界電離電極に対して加えられる前記各位置決め部からの前記弾性変形に起因する付勢力によって前記電極の先端部の位置が安定するため、より高精度な前記電極先端部の位置決めが可能となる。
【００５１】
しかも、前記仮の位置決め後の位置決めが行われる際、前記ビーム軸方向に離れた位置において、前記当接部を前記容器の内周面に当接させ、且つ前記犠牲層の表面を前記内周面における前記微小開口周縁部に当接させて位置決めをするため、さらに正確な位置決めが行可能となる。
【００５２】
また、前記電極の先端部が前記犠牲層に覆われているため、前記位置決めを行う際に、前記容器の内周面との接触から保護される。
【００５３】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記同様、前記電界電離電極には前記周方向に沿って配置された各位置決め部から常に付勢力が加えられた状態となるため、前記電極の先端部が前記許容範囲の外側により逸脱し難くなる。そのため、当該方法によって製造されたイオン源では、前記先端部の前記所定の許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００５４】
また、このイオン源では、前記微小開口から噴射される前記原料ガスが絞り効果によって前記電界電離電極先端で高いガス圧を維持できる、若しくは前記高いガス圧から僅かに低くなったガス圧を維持できるため、前記電界電離電極先端近傍では前記原料ガスが電界電離してイオン化し易くなる。
【００５５】
しかも、前記ガス噴出面積が最小となる位置からイオンビームの照射方向側では、ガス噴出面積が大きくなっているため、前記高圧になった原料ガスが拡散してガス分子の密度が小さい状態となり、イオンビームが他の分子等と衝突し難くなる。そのため、イオン消滅確率が低くなり、イオンビーム電流の低下が抑制されると共に集束イオンビームを得るために必要な低エネルギー分散も維持されるため、高輝度なイオンビームが得られる。
【００５６】
また、前記電界電離電極を用意する工程では、前記容器は、その内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小する縮径部を有し、この縮径部の内周面は、前記内周面における微小開口周縁部で構成され、前記微小開口周縁部は、前記ビーム軸方向と直交する共通の平面上での前記内周面に囲まれた領域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前記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な形状を有し、且つその内周面の直径が先端側に向かうに従って縮小するような形状を有し、前記位置決め部材は、前記当接部として、前記容器の内周面に沿って周方向に連続する環状当接部を有すると共に、この環状当接部と前記基部とを径方向に連結し、且つ、周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部を有し、前記基部と前記環状当接部との間の領域で前記周方向に互いに隣接する径方向連結部同士の間に前記ガスの流通を許容する空間が確保され、前記犠牲層は、最小の前記ガス噴出面積が目標面積となるように前記電界電離電極が前記容器内に固定された際に、当該犠牲層が前記微小開口周縁部に当接するような厚さを有し、前記位置決めする工程では、前記環状当接部を前記微小開口周縁部に対して前記先端側と反対の側から当接させると共に、前記犠牲層を前記微小開口周縁部に当接させることにより、前記位置決めする構成であってもよい。
【００５７】
かかる構成によれば、前記位置決め工程において、前記環状当接部の一部が前期縮径部の内周面に当接した状態で、さらに前記電界電離電極をその先端側に移動させて前記環状当接部をその周方向全体に亘って前記縮径部の内周面に当接させることで、前記電極の先端部がより容易に位置決めが可能となる。
【００５８】
しかも、前記位置決めが行われる際、前記ビーム軸方向に離れた位置において、前記環状当接部を前記容器の内周面に当接させ、且つ前記犠牲層の表面を前記内周面における前記微小開口周縁部に当接させて位置決めをするため、さらに正確な位置決めが行可能となる。
【００５９】
また、前記電極の先端部が前記犠牲層に覆われているため、前記位置決めを行う際に、前記容器の内周面との接触から保護される。
【００６０】
そして、前記位置決めされた電界電離電極が前記容器内に固定されると、前記環状当接部によって前記位置決め部材と前記容器の内周面との接触面積が増加し、当該接触部位でのずれが生じ難くなり、前記電極の先端部の前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【００６１】
また、このイオン源では、前記微小開口から噴射される前記原料ガスが絞り効果によって前記電界電離電極先端で高いガス圧を維持できる、若しくは前記高いガス圧から僅かに低くなったガス圧を維持できるため、前記電界電離電極先端近傍では前記原料ガスが電界電離してイオン化し易くなる。
【００６２】
しかも、前記ガス噴出面積が最小となる位置からイオンビームの照射方向側では、ガス噴出面積が大きくなっているため、前記高圧になった原料ガスが拡散してガス分子の密度が小さい状態となり、イオンビームが他の分子等と衝突し難くなる。そのため、イオン消滅確率が低くなり、イオンビーム電流の低下が抑制されると共に集束イオンビームを得るために必要な低エネルギー分散も維持されるため、高輝度なイオンビームが得られる。
【発明の効果】
【００６３】
以上より、本発明によれば、電界電離電極の先端部の微小開口内における位置が移動し難いイオン源及びこのイオン源の製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００６５】
本実施形態に係る電界電離型イオン源（以下、単に「イオン源」と称する。）は、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）を電界電離し、高輝度のイオンビームを得るためのイオン源である。図１及び図２に示されるように、イオン源１０は、微小開口２２とイオンビームのビーム軸Ｋを囲む方向の内周面２０ａとを有し、この内周面２０ａに囲まれた領域（内部空間Ｓ）に充填（供給）されたイオン原料ガスを微小開口２２から噴射する容器２０と、先端部が微小開口２２内に位置するように容器２０内に固定される電界電離電極（以下、単に「ニードル電極」と称する。）２３と、この容器２０の前方に配置される引出電極４０と、を備える。
【００６６】
これら、容器２０、ニードル電極２３及び引出電極４０は、真空容器１１内に配設されている。また、ニードル電極２３と引出電極４０との間には、電界電離用電源４２が接続されている。尚、本実施形態においては、照射されるイオンビームの照射方向を前方（又は先端側）とする（図１においては下方向）。
【００６７】
容器２０は、ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスや酸素などの常温で気体状態のイオン原料ガスが内周面２０ａに囲まれた内部空間Ｓに充填される容器であり、前記イオン原料ガスを当該容器２０に供給するための原料ガス供給管５０が接続されている。この容器２０は、アルミナセラミクスで構成されているが、このアルミナセラミクス以外に、ジルコニウム系セラミクスやガラス等の絶縁物（絶縁体）で構成されていればよい。
【００６８】
この容器２０は、先端部に縮径部２１を有し、この縮径部２１の先端に内部空間Ｓに充填されたイオン原料ガスを噴射する微小開口２２が設けられている。容器２０の内周面２０ａは、前記のようにビーム軸Ｋを囲む筒状の内周面２０ａであり、先端側に向かって順に直径が一定の部位と、先端側に向かうに従って直径が縮小する内周面２１ａとで構成されている。この縮径する内周面２１ａは、容器２０先端側の縮径部２１における内周面である。
【００６９】
この容器２０の内部には、前記のようにイオン原料ガスを電界電離してイオン化するためにその先端部に強電界を発生させるためのニードル電極２３が配置されている。このニードル電極２３は、一方向、本実施形態においては照射されるイオンビームのビーム軸Ｋ方向に沿って前方に延びると共に先端が尖った細長い針状の電極である。このようなニードル電極２３の先端は、略円錐形に形成されており、その先端は、先端半径が１００ｎｍ以下となるように形成されている。具体的には、ニードル電極２３は、タングステン製で、長さが２０ｍｍであり、また、先端半径が５０ｎｍ、先端付近のテーパ角θが全角で２．５°となるように電解研磨により形成されている。
【００７０】
尚、ニードル電極２３は、タングステンに限定される必要はなく、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。このようにコーティング処理が施されていても、後述するニードル電極２３表面への犠牲層（薄膜）の形成及びこの犠牲層（薄膜）の除去は可能である。尚、犠牲層（薄膜）を除去する際、前記コーティングは除去されることなくニードル電極２３に残る。
【００７１】
このニードル電極２３には、微小開口２２内でのニードル電極２３の先端部（以下、単に「電極先端部」とも称する。）２３Ａの位置を所定の許容範囲内に収めるための位置決め部材３０が設けられている。本実施形態においては、当該電極先端部２３Ａ近傍に位置決め部材３０が設けられている。
【００７２】
位置決め部材３０は、ニードル電極２３に固定される基部３２と、内周面２０ａに当接可能な当接部３４ａとを含んでいる。位置決め部材３０は、この当接部３４ａと内周面２０ａとの当接により電極先端部２３Ａが前記許容範囲の外側に逸脱するのを阻止する。また、位置決め部材３０は、ニードル電極２３の外周面２３ａと容器２０の内周面２０ａとの間でのイオン原料ガスの流通を許容する形状を有している。
【００７３】
具体的には、図３（ａ）及び図３（ｂ）にも示されるように、この位置決め部材３０は、基部３２からニードル電極２３の径方向外側に延び、ニードル電極２３の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の位置決め部３４を有している。当該位置決め部材３０において、これら各位置決め部３４の前記径方向（ニードル電極２３の径方向）先端部が当接部３４ａを構成している。また、位置決め部材３０は、周方向に互いに隣接する位置決め部３４同士の間にイオン原料ガスの流通を許容する空間が確保されている。
【００７４】
各位置決め部３４は、前記径方向に伸縮する方向に弾性変形可能な弾性変形部材で構成されている。また、弾性変形部材３４は、収縮方向に弾性変形した状態で当接部３４ａが容器２０の内周面２０ａに常時当接するように構成されている。
【００７５】
尚、本実施形態においては、位置決め部材３４は、全体が弾性変形可能な弾性変形部材で構成されているが、これに限定されず、位置決め部材３４の一部が前記方向に伸縮する方向に弾性変形可能な弾性部で構成されてもよい。また、位置決め部材３０の各位置決め部３４が弾性変形可能に構成される必要はなく、複数の位置決め部３４，３４，…のうちの少なくとも一部の位置決め部３４が弾性変形可能に構成されてもよい。
【００７６】
位置決め部３４は、弾性変形部材としてイオン原料ガスの流通を許容するための空間Ｓ１を囲む環状の部材で構成され、この環状の部材で構成される位置決め部３４の中心軸がビーム軸Ｋ（ニードル電極２３の中心軸）と略平行になるように基部３２に配置されている。
【００７７】
本実施形態においては、２つの位置決め部３４，３４が貫通孔３２ａを有する環状（短筒状）の基部３２の周方向において１８０°離れた位置に設けられ、これら２つの位置決め部３４と基部３２とが平面視交互に３連リング状に連なるように形成されている（図３（ｂ）参照）。この位置決め部３４は、位置決め部材３０が設けられたニードル電極２３が容器２０に固定されたときに、当接部３４ａが内周面２０ａと当接しているような直径となるように形成されている。本実施形態においては、後述の弾性圧縮された状態となるような直径、即ち、ニードル電極２３が容器２０に固定されたときの電極先端部２３Ａ近傍に取付けられた基部３２の外周面から内周面２０ａ（縮径部２１の内周面２１ａ）までの間隔よりも大きな直径となるように形成されている。また、この位置決め部３４は、基部３２と同じニッケルで形成されている。そのため、当接部３４ａと基部３２に接続している部位とを結ぶ方向（以下、「位置決め部３４が伸縮する方向」とも称する。：図３（ｂ）においては左右方向）に沿って弾性変形可能である。また、後述するようにニードル電極２３が容器２０に固定されたときに、この位置決め部３４は、当該位置決め部３４が伸縮する方向に沿って弾性圧縮された状態となる。
【００７８】
尚、位置決め部材３０は、ニードル電極２３の先端近傍への電界集中のためには、誘電体（電極の温度変化に耐えるセラミックス（例えば、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化ケイ素）等）で形成されることが好ましい。しかし、本実施形態のように前記弾性変形可能な構成とするためにニッケルのような導体で形成されても、ニードル電極２３の電極先端部２３Ａ近傍において電界集中が必要な先端から基部側に一定距離（本実施形態においては、１０００μｍ）離れた位置に設けられることで前記電界への影響を小さくすることができる。また、このように位置決め部材３０がニードル電極２３の先端から基部側に離れた位置に設けられることで、イオン原料ガスを微小開口２２から噴射する際、微小開口２２近傍での原料ガスの流れに与える影響を少なくすることもできる。
【００７９】
このような位置決め部材３０が電極先端部２３Ａ近傍に設けられたニードル電極２３は、中心軸が照射されるイオンビームのビーム軸Ｋと一致するように容器２０の後方側を構成する後述の後方壁２４に固定されている。このとき、電極先端部２３Ａが微小開口２２内に位置し、当該電極先端部２３Ａ近傍に設けられた位置決め部材３０における位置決め部３４の当接部３４ａが容器２０の内周面２０ａ、詳細には、縮径部２１の内周面２１ａに当接している。また、微小開口２２から容器２０の外側へニードル電極２３の先端が僅かに突出している。
【００８０】
微小開口２２は、容器２０の内部に配設されたニードル電極２３の中心軸（イオンビームのビーム軸Ｋ）にその中心を一致させ、容器２０の内部と外部とを連通し、縮径部２１の先端中央部に設けられている。
【００８１】
縮径部２１の内周面２１ａは、ビーム軸Ｋを囲む方向の内周面であり、先端が微小開口２２に接続している。詳細には、内周面２１ａは、先端に向かって一定の割合で縮径するようにテーパ状に形成され、その先端側端部によって微小開口２２が規定されている。このように形成される微小開口２２は、直径（横断長さ）が５μｍ〜１００μｍの開口である。
【００８２】
また、ニードル電極２３の先端が僅かに微小開口２２の前方側から突出するように縮径部２１の内周面２１ａ（内周面２０ａにおける微小開口周縁部）に対するニードル電極２３（電極先端部２３Ａ近傍）の位置、即ち、両者の相対位置が位置決め部材３０によって位置決めされている。このニードル電極２３先端の突出量は、微小開口２２から噴射されるイオン原料ガスのガス圧が当該微小開口２２近傍において最も高い位置から僅かに前記ガス圧が低くなった位置（僅かに前方側）に前記先端が位置するような量である。
【００８３】
このように縮径部２１の内周面２１ａ（前記微小開口周縁部）に対する電極先端部２３Ａ近傍の位置（相対位置）が位置決めされ、これに伴って微小開口２２に対する電極先端部２３Ａの位置も位置決めされる。微小開口２２内の電極先端部２３Ａの位置が決まることで、微小開口２２に接続している縮径部２１の内周面２１ａとニードル電極２３の外周面２３ａとの間に原料ガス流路Ｇｒが形成される。この原料ガス流路Ｇｒは、容器２０から噴射されるイオン原料ガスが流れる流路である。
【００８４】
この原料ガス流路Ｇｒは、その流路断面積に相当するガス噴出面積Ｇｓがビーム軸Ｋ方向においてニードル電極２３の先端よりも僅かに基部側（図２では上側）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。具体的には、微小開口２２でのガス噴出面積Ｇｓが最小面積となる。尚、ガス噴出面積Ｇｓは、ビーム軸Ｋと直交する共通の平面Ｖ上での縮径部２１の内周面２１ａに囲まれた領域の面積２１Ｓからニードル電極２３の断面積２３Ｓを除いたものであり、前記共通の平面Ｖ上における縮径部２１の内周面２１ａとニードル電極２３の外周面２３ａとの間隙部分の面積である。
【００８５】
本実施形態においては、内周面２１ａの小径側（微小開口２２側（先端側）の端部）の直径がｄ１が２５μｍ、大径側（微小開口２２側と反対の側）の直径ｄ２が８００μｍ、ビーム軸Ｋ方向の長さｄ３が３ｍｍ、ビーム軸Ｋに対する内周面２１ａのなす角αが７．５°である。また、ビーム軸Ｋに対するニードル電極２３（電極先端部２３Ａ近傍）の外周面２３ａのなす角βが１．２５°、縮径部２１の先端面からニードル電極２３の先端までの突出量（突出距離）Ｌが５μｍである。
【００８６】
また、位置決め部材３０は、電極先端部２３Ａ近傍において当該ニードル電極２３の先端からビーム軸Ｋ方向に沿って基部側に１０００μｍの位置に設けられている。この位置決め部材３０において基部３２の内径（当該位置におけるニードル電極２３の直径）が４４μｍ、外径が８４μｍ、基部３２の外周面から位置決め部３４の当接部３４ａまでの長さが９０μｍである。
【００８７】
容器２０の後方側は、板状の後方壁２４で構成されている。この後方壁２４には微小開口２２と対向する位置、即ち、中央部にビーム軸Ｋと中心が一致する挿入孔２５が形成されている。この挿入孔２５は、イオン源１０の製造時に、容器２０内にニードル電極２３を配置するため、当該ニードル電極２３を挿入するための容器２０の内部と外部とを連通する貫通孔であり、微小開口２２よりも開孔径が大きい。また、挿入孔２５の開孔径は、電極先端部２３Ａ近傍に位置決め部材３０が設けられた状態のニードル電極２３が挿通可能な大きさである。
【００８８】
この挿入孔２５の周縁部には、先端側部位を内部に挿入した後のニードル電極２３が固着される。その際、後方壁２４も容器２０の他の部位と同様にアルミナセラミクスで形成されているため、そのままでは金属（タングステン）で形成されたニードル電極２３を接着等して固着させることが困難である。そのため、挿入孔２５を規定する内面を含む挿入孔２５の周縁部には、メタライズ処理が施された固着部位２６が形成されている。
【００８９】
引出電極４０は、ニードル電極２３先端近傍に強電界を発生させ、当該強電界によってイオン原料ガスをイオン化すると同時に、このイオン化されたイオン原料ガスをイオンビームとして引き出す役目を担う。この引出電極４０は、ステンレス製の板状の電極で、イオンビームの通過するイオンビーム通過孔４１が中央に穿設されている。このように構成される引出電極４０は、容器２０の前方側にニードル電極２３先端と対向するように配置されている。即ち、引出電極４０は、中央に穿設されたイオンビーム通過孔４１の中心が微小開口２２の中心と同一直線上（イオンビームのビーム軸Ｋ上）に位置するように配置されている。
【００９０】
電界電離用電源４２は、ニードル電極２３と引出電極４０とに接続され、これら電極２３，４０間に電界電離用電圧を印加するための電源である。この電界電離用電源４２は、直流電源であり、引出電極４０に対してニードル電極２３が最高２０ｋＶの正電位となるような電圧を印加する電源である。そして、電界電離用電源４２によって電界電離用電圧が印加されることによって、ニードル電極２３先端近傍に強電界が形成されると共に前記強電界によって形成されたイオンがニードル電極２３先端近傍から引出電極４０側に引き寄せられる（引き出される）。
【００９１】
原料ガス供給管５０は、イオン原料ガス（本実施形態においては、ヘリウム（Ｈｅ））を容器２０内に供給できるよう、容器２０の後方側に接続されている。この原料ガス供給管５０の途中には、容器２０へ供給するイオン原料ガスの量を制御する原料ガス供給量制御手段５１が設けられている。
【００９２】
真空容器１１は、いわゆる真空チャンバーであり、真空ポンプ１２が設けられた排気管１３が接続されている。この真空容器１１の内部は、イオン源１０の作動時において、接続された真空ポンプ１２によって排気され、高真空状態が保たれる。
【００９３】
本実施形態に係るイオン源１０は、以上の構成からなり、次に、このイオン源１０の作用について説明する。
【００９４】
真空容器１１内が真空ポンプ１２によって真空引きされ、１×１０−６Ｐａ程度の高真空状態となる。その際、イオン原料ガスが原料ガス供給管５０を通じて容器２０内に供給される。このとき、容器内の圧力が１００Ｐａに保たれるよう、原料ガス供給量制御手段５１によってイオン原料ガスの供給量が調整される。容器２０内に充填されたイオン原料ガスは、容器２０の微小開口２２から真空容器１１内へ噴射される。このとき微小開口２２の開口径（直径）が小さいため、容器２０内へのイオン原料ガス供給量に対して前記噴射する流量が十分に小さくなる。そのため容器２０内の圧力が一定に保たれる。このように微小開口２２からイオン原料ガスが噴射されることで、ニードル電極２３先端部近傍にイオン原料ガスが供給される。
【００９５】
このとき、ニードル電極２３と引出電極４０との間には、電界電離用電源４２によって電界電離用電圧が印加されているため、ニードル電極２３先端近傍には強電界が形成されている。そして、イオン原料ガスは、微小開口２２から外部（真空容器１１内の真空領域）に噴射される際に前記ニードル電極２３先端近傍の強電界中を通過する。このとき電界電離現象によってイオン原料ガスがイオン化される。
【００９６】
詳細には、原料ガス流路Ｇｒは、縮径部２１の先端側（微小開口２２側）に向かって徐々に狭くなり、先端側端部（微小開口２２）で最も狭くなっている。そのため、イオン原料ガスのガス圧は、微小開口２２で最も高く、１０Ｐａ程度に維持される。換言すると、縮径部２１の先端側端部に設けられた微小開口２２で、ガス分子の密度が高く（微小開口２２近傍においては最も高く）維持される。ニードル電極２３先端が微小開口２２前方側から僅かにしか突出していないため、強電界が形成されたニードル電極２３先端の近傍にも、このガス分子の密度の高くなったイオン原料ガスが供給されることになる。そのため、ニードル電極２３先端近傍では多くのイオンが形成される。
【００９７】
このイオン化されたガスがニードル電極２３と引出電極４０との間の電位差によって引出電極４０側に引き出され、イオンビームが形成される。
【００９８】
このとき、容器２０の外部雰囲気が高真空状態（高真空領域）であるため、微小開口２２から噴射されたイオン原料ガスは一気に拡散する。その結果、ニードル電極２３先端近傍においてイオン原料ガスがイオン化されて容器２０から引き出された直後の領域は、前記引き出されたイオンがイオン化されなかったイオン原料ガスのガス分子（雰囲気ガス）と衝突する確率が低い（イオン消滅確率が低い）高真空領域となる。そのため、イオンが引出電極４０側に引き出される際、当該イオンが前記ガス分子に衝突し難くなり、その分形成されたイオンビーム電流の低下が抑制されると共に集束イオンビームを得るために必要な低エネルギー分散も維持され、高輝度なイオンビームが得られる。
【００９９】
即ち、微小開口２２の前方側からニードル電極２３先端が僅かに突出するように、容器２０の縮径部２１の内周面２１ａとニードル電極２３（電極先端部２３Ａ近傍）との相対位置が位置決めされていることで、ニードル電極２３先端近傍において、ガス分子の密度の高くなったイオン原料ガスが供給されると共に、ガス圧の急激な圧力勾配が生じる。その結果、ニードル電極２３先端近傍では多くのイオンが形成されると共に、この形成されイオンが引出電極４０によって引き出される際に雰囲気ガスと衝突する確立が十分低くなるため、高輝度なイオンビームが得られる。
【０１００】
この得られた高輝度なイオンビームは、引出電極４０の中央に穿設されたイオンビーム通過孔４１を通過して照射される。
【０１０１】
イオン源１０において、前記のようにしてイオンビームの照射を繰り返すことで、当該イオン源１０が加熱又は冷却されて振動や熱が加えられ、その結果、容器２０とニードル電極２３との接合部位（固着部位）に内部応力が生じる。この応力によって容器２０の微小開口２２内で電極先端部２３Ａが移動しようとする。そうすると、電極先端部２３Ａは、微小開口２２内の所定の許容範囲の外側に逸脱しようとするが、当接部３４ａが容器２０の内周面２０ａ、詳細には、縮径部２１の内周面２１ａと当接しているために当該位置決め部材３０によって電極先端部２３Ａの前記許容範囲の外側への逸脱が阻止される。尚、前記の所定の許容範囲とは、電極先端部２３Ａの微小開口２２内での移動がイオン原料ガスの流れに影響しないような範囲である。
【０１０２】
また、位置決め部材３０は、ニードル電極２３の外周面２３ａと容器２０の内周面２０ａとの間でのイオン原料ガスの流通を許容する形状を有していることから、容器２０内のイオン原料ガスの流れを妨げない。詳細には、位置決め部材３０が複数の位置決め部３４を有することからイオン原料ガスの流通を許容する空間（隣接する位置決め部３４，３４の間の空間）も複数確保されているため、容器２０内の原料ガスの流れを妨げない。
【０１０３】
しかも、位置決め部３４が環状の部材で構成されていることからこの部材の中央部に形成された空間もイオン原料ガスの流通が許容されるため、容器２０内でのイオン原料ガスの流れがより妨げられない。そのため、前記電極の先端部近傍に形成された強電界内に対し、前記位置決め部材の有無に関わらず安定して原料ガスが供給される。このように強電界内に安定して原料ガスが供給されることで安定したイオンビームが形成される。
【０１０４】
また、複数（本実施形態においては２つ）の位置決め部３４，３４は、ニードル電極２３の外周面２３ａの周方向に沿って等間隔に配置されていることで隣り合う位置決め部３４，３４同士の間隔が一定となり、この間を通って微小開口２２から噴射されるイオン原料ガスの噴射量がニードル電極２３の外周面２３ａの周方向において均一若しくは略均一となり、ニードル電極２３先端に供給されるイオン原料ガスの流れに乱れが生じず、安定してイオン原料ガスが供給される。
【０１０５】
尚、本実施形態のように位置決め部３４の当接部３４ａが容器の内周面２０ａ（縮径部２１の内周面２１ａ）と当接する構成とすることで、微小開口２２内での電極先端部２３Ａの位置の移動が抑制され、安定してニードル電極２３の先端にイオン原料ガスの供給が可能となる。しかし、これに限定される必要はなく前記当接部３４ａが前記内周面２０ａ（内周面２１ａ）に当接していなくてもよい。この場合でも電極先端部２３Ａが微小開口２２内を移動して位置決め部３４の当接部３４ａが内周面２０ａ（又は内周面２１ａ）に当接することで、電極先端部２３Ａの微小開口２２内における所定の許容範囲の外側への逸脱が阻止され、前記許容範囲内に収まる。
【０１０６】
次に、このイオン源１０の製造方法について図４乃至図５（ｃ）も参照しつつ説明する。
【０１０７】
まず、ニードル電極２３と容器２０とがそれぞれ形成され、容器２０内にニードル電極２３が配置される。
【０１０８】
具体的には、線状のタングステン（Ｗ）部材が電解研磨され、前記のような先端が尖った細長い針状のニードル電極２３が形成される。また、アルミナセラミクスの粉末等の原料をプレス等によって成形し、この成形したものを焼結することでアルミナセラミクス製の容器２０が形成される。このとき、容器２０は、後方壁２４とその他の部位とが別体として形成され、形成後（焼結後）に結合されているが、これに限定される必要はなく、容器２０が一体成形されてもよい。
【０１０９】
この後方壁２４には、挿入孔２５が設けられている。この挿入孔２５の周縁部には、前記のようにメタライズ処理が施されて固着部位２６が形成される。
【０１１０】
また、ニードル電極２３、詳細には電極先端部２３Ａ近傍に取付けられる（設けられる）位置決め部材３０が形成される。具体的には、この位置決め部材３０は、フォトリソグラフィとＮｉ電鋳によって前記の形状に形成される。このようにフォトリソグラフィを用いることで、位置決め部材３０の製造において、高い加工精度と生産性とを得ることができる。
【０１１１】
次に、位置決め部材３０が電極先端部２３Ａ近傍に取り付けられる。具体的には、位置決め部材３０における基部３２の貫通孔３２ａにニードル電極２３が先端から挿入されて、当該位置決め部材３０が電極先端部２３Ａ近傍に取付けられる。このとき貫通孔３２ａに略円錐形状のニードル電極２３の先端側を圧入するだけでもよく、ハンダ等で固着してもよい。
【０１１２】
次に、ニードル電極２３に薄膜（犠牲層）ｆが形成される。具体的には、ニードル電極２３の電極先端部２３Ａ及びその近傍に対し、前記取付けられた位置決め部材３０よりも先端側に薄膜ｆが形成される。
【０１１３】
この薄膜ｆは、均一な厚さ（膜厚）の膜であり、後述する位置決めの際に、位置決め部材３０における位置決め部３４の当接部３４ａが縮径部２１の内周面２１ａに当接したときには未だ微小開口２２を規定する内周面２１ａにその表面が当接せず、さらにニードル電極２３を先端側に移動させて微小開口２２の前方側からニードル電極２３先端が僅かに突出したときに当該薄膜ｆの表面が内周面２１ａの微小開口２２側端部に当接するような厚さに形成されている。即ち、薄膜ｆは、縮径部２１の内周面２１ａとニードル電極２３の外周面２３ａにおける電極先端部２３Ａ近傍部位との間に形成される間隙幅における目標寸法に相当する厚さに形成されている。本実施形態においては厚さが８μｍの膜であるが、この厚さに限定される必要は無く、前記目標寸法に対応して０．１μｍ〜１００μｍの厚さが考えられる。このように、所定の厚さの薄膜ｆがニードル電極２３の電極先端部２３Ａの前記範囲に形成されることで、後述するニードル電極２３が挿入孔２５に挿入される際に、この挿入孔２５を規定する内周面との接触に起因する損傷等も抑制される。
【０１１４】
電極先端部２３Ａの表面（外周面）２３ａに形成される薄膜ｆは、二酸化珪素（シリカ：ＳｉＯ２）で構成され、ニードル電極２３の表面に対してプラズマＣＶＤ法によって形成（成膜）されている。
【０１１５】
尚、薄膜ｆは、二酸化珪素膜に限定される必要はなく、Ａｌ膜やＣｕ膜、カーボン膜、有機高分子膜等であってもよい。このような薄膜ｆにおいても、後述する除去の際に、溶解等することでニードル電極２３や容器２０の内周面２０ａへの影響が小さい。また、これらの材料で形成された薄膜ｆは、位置決めの際に容器２０の内周面２０ａと接触してもニードル電極２３からの剥離や薄膜ｆ自身の変形が生じない程度の強度を備える。しかも、必要な膜厚（数〜数十μｍ）の薄膜ｆが形成し易い。
【０１１６】
このような犠牲層としての薄膜ｆは、当該イオン源１０の製造時における縮径部２１の内周面２１ａと電極先端部２３Ａ近傍との位置関係（相対位置）を制御し、電極先端部２３Ａ及びその近傍を容器２０等との接触に起因する損傷から保護するためのものである。そのため薄膜ｆは、電極先端部２３Ａ及びその近傍の外周面においてできるだけ均一に形成されていることが望ましい。そのため、薄膜ｆの形成方法としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法において、ニードル電極２３の先端をプラズマに垂直に立てて成膜する方法や、ニードル電極２３を前記プラズマと平行に配置して表面と裏面とを成膜する方法、またはニードル電極２３の中心軸を回転中心にして回転させながら成膜する方法が考えられる。
【０１１７】
しかし、薄膜ｆの形成方法は、上記の方法に限定される必要はなく、電極先端部２３Ａの外周面２３ａに対して均一な厚さの薄膜を形成できると共に所望の範囲且つ所望の厚さで薄膜を形成できる方法であれば、上記のプラズマＣＶＤ法やスパッタリング法以外に、蒸着やディップ法等の他の成膜方法であってもよい。
【０１１８】
次に、薄膜ｆが形成されたニードル電極２３が容器２０の後方壁２４に形成された挿入孔２５から容器２０内に挿入される。このとき、挿入孔２５は、微小開口２２と対向し、且つ、ビーム軸Ｋと中心が一致するように後方壁２４中央部に設けられている。そのため、ニードル電極２３は、ビーム軸Ｋに沿って先端側に移動することで挿入孔２５から容器２０内部に挿入される（図４（ａ）参照）。
【０１１９】
挿入孔２５から挿入されたニードル電極２３は、位置決め部材３０における位置決め部３４の当接部３４ａが縮径部２１の内周面２１ａに当接するまでビーム軸Ｋに沿って移動する（図５（ａ）参照）。
【０１２０】
そして、位置決め部３４の当接部３４ａが内周面２１ａに当接した状態のニードル電極２３は、さらに、薄膜ｆの表面が容器２０の内周面２０ａにおける微小開口側端部と当接するまでビーム軸Ｋに沿って移動する（図４（ｂ）及び図５（ｂ）参照）。このとき、薄膜ｆの表面は、電極先端部２３Ａの周方向全周に亘って前記内周面２１ａにおける微小開口側端部と当接する。
【０１２１】
この移動の際に各位置決め部３４は、縮径部２１の内周面２１ａが前方に向かって縮径するテーパ状に形成されているため、ニードル電極２３が先端側に移動することにより内周面２１ａからの抗力によって位置決め部３４が弾性圧縮される。
【０１２２】
このように各位置決め部３４が弾性圧縮された状態となることで、電極先端部２３Ａ近傍には当該電極先端部２３Ａ近傍の周方向に沿って間隔をおいて配置された各位置決め部３４から常に付勢力が加えられた状態となる。そのため電極先端部２３Ａが前記許容範囲の外側に逸脱し難くなる。そのため、電極先端部２３Ａの前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。また、前記許容範囲内で移動した場合でも、もとの位置に戻され易くなる。
【０１２３】
さらに、ニードル電極２３が容器２０に固定されて薄膜ｆが除去されたとき、ニードル電極２３と容器２０との接合部位に残留応力が残り、この残留応力によって電極先端部２３Ａが移動して前記許容範囲内の外側へ逸脱しようとしても、前記付勢力によってその逸脱が阻止される。
【０１２４】
尚、本実施形態においては、各位置決め部３４が弾性圧縮された状態になるまで、ニードル電極２３がビーム軸Ｋ方向に沿って容器２０内に挿入されるが、位置決め部３４の当接部３４ａが内周面２１ａ（内周面２０ａ）と当接した状態で、ニードル電極２３が容器２０に固定されてもよい。このように固定されても、電極先端部２３Ａが微小開口２２内を移動した際に内周面２１ａにその当接部３４ａが当接した位置決め部３４が縮むことで、当該位置決め部３４の付勢力によって電極先端部２３Ａは元の位置に戻され、若しくはそれ以上移動しなくなる。その結果、電極先端部２３Ａの微小開口２２内における前記許容範囲内の外側への逸脱が阻止される。
【０１２５】
薄膜ｆ表面が内周面２１ａにおける微小開口側端部と当接することで、縮径部２１の内周面２１ａ、詳細には、内周面２１ａにおける微小開口側端部に対する電極先端部２３Ａの位置決めが行われる。即ち、本実施形態のように位置決め部材３０の位置決め部３４が弾性変形可能に構成され、薄膜ｆが形成される場合には、薄膜ｆが内周面２１ａにおける微小開口側端部と当接することで、電極先端部２３Ａの位置は、内周面２１ａにおける微小開口側端部の当接した部位に対して当該薄膜ｆの層厚に相当する間隔をおいた位置に決まる。
【０１２６】
本実施形態においては、電極先端部２３Ａは、内周面２１ａとビーム軸Ｋ方向に沿った同一位置において全周に亘って薄膜ｆの層厚に相当する間隔をおいた位置、即ち、微小開口２２の中心寄りの位置に位置決めされる。しかも、電極先端部２３Ａにおける内周面２１ａと対向する部位は、薄膜ｆによって保護されているため、前記位置決めの際に内周面２１ａ等との接触に起因する損傷等が生じない。
【０１２７】
尚、本実施形態における位置決めでは、内周面２１ａと電極先端部２３Ａの外周面との間隔だけでなく、ビーム軸Ｋ方向における両者の相対位置の位置決めも含む。また、本実施形態において、薄膜ｆは、内周面２１ａとビーム軸Ｋ方向に沿った同一位置において周方向全周に亘って当接しているが、これに限定される必要はない。即ち、薄膜ｆは、容器２０の内周面２１ａと１箇所以上で当接すればよい。このように当接することで、当接位置における内周面２１ａと電極先端部２３Ａの外周面との対向する部位同士の相対位置が位置決めされる。
【０１２８】
位置決めの際に、位置決め部材３０の位置決め部３４が前記弾性変形可能であるため、薄膜ｆの膜厚（層厚）が変更されるだけで、内周面２１ａの当接した部位と電極先端部２３Ａの外周面との間隔の調整が容易にできる。さらに、膜厚を変更することで、位置決めの際、微小開口２２に対するニードル電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整も容易にできる。即ち、ニードル電極２３は、その先端部において径が徐々に小さくなる略円錐形に形成されているため、前記間隔を変更することで、ビーム軸Ｋ方向に沿って前後に移動する。
【０１２９】
このとき、内周面２１ａと当接している位置決め部材３０の位置決め部３４は、前記弾性変形可能であるためニードル電極２３がビーム軸Ｋ方向に沿って移動することで当該位置決め部材３０の位置における内周面２１ａの直径（縮径部２１の内径）が変動しても収縮して弾性変形することで、常に当接部３４ａが内周面２１ａに当接した状態となる。
【０１３０】
従って、内周面２１ａに対するニードル電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置を前方側に移動させるためには、位置決め部材３０の位置決め部３４の長さを変更することなく、薄膜ｆの膜厚を薄くして前記間隔を狭くすればよい。また、内周面２１ａに対する前記先端のビーム軸Ｋ方向の位置を後方側に移動させるためには、位置決め部材３０の位置決め部３４の長さを変更することなく、薄膜ｆの膜厚を厚くして前記間隔を広くすればよい。この薄膜ｆの膜厚はμｍ単位で制御できるため、ニードル電極２３のＫ軸方向に沿った前記移動（調整）もμｍ単位で行うことができる。
【０１３１】
このようにして、容器２０の微小開口２２内での電極先端部２３Ａの位置が位置決め部材３０及び薄膜ｆによって位置決めされた後、このままの位置でニードル電極２３が容器２０に固定される。詳細には、ニードル電極２３における容器２０後方壁２４の挿入孔２５を挿通している部位が固着部位２６にハンダｈによって固着（ハンダ付け）される。このとき、固着部位２６は、メタライズ処理が施されているため、ニードル電極２３を当該固着部位２６へ容易にハンダ付けすることができる。尚、ニードル電極２３の固着部位２６への固着手段としては、ハンダ付けに限定される必要はなく、接着材による接着やろう付け等であってもよい。
【０１３２】
次に、ニードル電極２３が容器２０に固定されたままその表面に形成されている薄膜ｆが除去される。具体的には、ニードル電極２３が固定された状態の容器２０がフッ化アンモニウム水溶液に浸漬される。このフッ化アンモニウム水溶液は、浸漬した前記容器２０においてはニードル電極２３の表面に形成された二酸化珪素膜（薄膜）ｆしか実質的には溶解しない。そして、容器２０の後方壁２４に設けられ、原料ガス供給管５０が接続されてイオン原料ガスが供給される原料ガス導入孔や内周面２１ａと電極先端部２３Ａの外周面との間隙等からフッ化アンモニウム水溶液が容器２０内に浸入することでニードル電極２３（電極先端部２３Ａ）を被覆する薄膜ｆが前記水溶液に触れて溶解される。
【０１３３】
このようにして薄膜ｆが溶解することで、内周面２１ａと電極先端部２３Ａの外周面との間に薄膜ｆの膜厚に相当する間隙が現れる。このようにして、内周面２１ａに対し、当該内周面２１ａとの間に所望幅の間隙が形成されるような位置への電極先端部２３Ａの位置決めが行われる（図５（ｃ）参照）。
【０１３４】
フッ化アンモニウム水溶液によって溶解された薄膜ｆは、当該水溶液と共に容器２０の後方壁２４に設けられた前記原料ガス導入孔や内周面２１ａと電極先端部２３Ａとの間に形成された間隙等を通じて容器２０から排液されて薄膜ｆの除去が終了する。
【０１３５】
このような薄膜ｆとこの薄膜ｆの除去方法との組み合わせとしては、本実施形態のように、二酸化珪素膜とフッ化アルミニウム水溶液の他に、二酸化珪素膜とフッ酸水溶液、Ａｌ膜と塩酸、Ｃｕ膜と塩化第二鉄水溶液、また、カーボン膜と酸素雰囲気での熱処理若しくは水素雰囲気による熱処理、有機高分子膜と有機溶媒若しくは有機溶媒中での熱処理、等であってもよい。
【０１３６】
上記のようにして電極先端部２３Ａ及びその近傍の薄膜ｆが除去された後の容器２０は、真空チャンバー１１内に配置される。この真空チャンバー１１には、真空ポンプ１２が設けられた排気管１３が接続される。そして、容器２０の前方側に微小開口２２を介してニードル電極２３先端と対向するように引出電極４０が配置され、当該引出電極４０とニードル電極２３との間に電界電離用電源４２が接続される。また、容器２０には、真空チャンバー１１内に引き込まれた原料ガス供給管５０が接続される。
【０１３７】
尚、本発明のイオン源は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１３８】
例えば、位置決め部材３０は、本実施形態のようにニッケルで構成される必要はなく、タングステン、モリブデン等の金属でもよく、ニッケル合金のような合金であってもよい。また、金属に限定されず、樹脂で構成されてもよい。また、弾性変形する部位以外は、セラミックス（アルミナ、ボロンナイトライド、窒化ケイ素等）で構成されてもよい。
【０１３９】
また、位置決め部材３０は、本実施形態のように基部３２に径方向外側に延びる位置決め部３４が設けられ、その先端に当接部３４ａを含むような構成に限定される必要はない。即ち、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、位置決め部材３０ａは、当接部として、容器２０の内周面２０ａに沿って周方向に連続する環状当接部３６を有すると共に、この環状当接部３６と基部３２をとニードル電極２３の径方向に連結し、且つ、ニードル電極２３の周方向に互いに間隔をおいて配置される複数の径方向連結部３７，３７，…を有する構成であってもよい。
【０１４０】
具体的には、位置決め部材３０ａは、セラミックスで形成されている。そして、円筒状の基部３２とこの基部３２よりも直径の大きな円筒状の環状当接部３６とが同軸となるように配置され、基部３２の外周面と環状当接部３６の内周面との間隔を一定に保つ径方向連結部３７，３７，…が設けられている。
【０１４１】
位置決め部材３０ａがこのように構成されることで、環状当接部３６によって位置決め部材３０ａと容器２０の内周面２０ａとの接触面積が増加し、当該接触部位でのずれが生じ難くなり、電極先端部２３Ａの前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。また、このような構成であっても、基部３２と環状当接部３６との間の領域で周方向に互いに隣接する径方向連結部３７，３７同士の間にイオン原料ガスの流通を許容する空間Ｓ２が確保されていることから、容器２０内でのイオン原料ガスの流れが妨げられない。
【０１４２】
また、縮径部２１においては、このような径方向に弾性変形しない位置決め部材３０ａが用いられても、環状当接部３６が縮径部２１の内周面２１ａに対して先端側と反対の側から当接するようにニードル電極２３に配置されることで、容器２０内でのニードル電極２３の位置決めが容易にできる。
【０１４３】
また、前記の位置決め部材３０ａのように、径方向連結部３７が径方向に伸縮しないように構成されることで、微小開口２２内で電極先端部２３Ａの位置をより強固に固定できる。
【０１４４】
また、図６（ｃ）に示される位置決め部材３０ｂのように、位置決め部３４は、本実施形態のような環状の部材に限定される必要はなく、径方向と直交する方向に蛇行するバネ状に形成されてもよく、他の形状であってもよい。即ち、位置決め部３４が径方向に沿って伸縮するように弾性変形可能な構成であれば、当該位置決め部３４が収縮するように弾性変形されて配置されることで、電極先端部２３Ａ近傍（ニードル電極２３）には周方向に沿って間隔をおいて配置された各位置決め部３４から常に付勢力が加えられた状態となる。その結果、電極先端部２３Ａが前記許容範囲内の外側により逸脱し難くなる。即ち、電極先端部２３Ａの前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【０１４５】
また、図６（ｄ）に示されるように、位置決め部３４は、基部３２にその周方向に等間隔に配置される必要もない。このように配置されても、各位置決め部３４の当接部３４ａが内周面２０ａ（内周面２１ａ）と当接することで、当該位置決め部材３０ｃが取付けられたニードル電極２３における電極先端部２３Ａの微小開口２２内での位置決めが可能となる。
【０１４６】
また、図６（ｅ）に示されるように、ニードル電極２３において、ビーム軸Ｋ方向に間隔をおいて複数の位置決め部材３０，３０，…が設けられてもよい。このように複数設けられることで、より正確に微小開口２２内での電極先端部２３Ａの位置決めを行うことができる。また、電極先端部２３Ａが移動しようとしても、より強固に移動を抑制され、電極先端部２３Ａの微小開口２２内での前記許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【０１４７】
また、本実施形態においては、容器２０の先端側は、内周面２１ａのみが先端側に向かって直径が縮小している縮径部２１で構成されているが、図７に示されるイオン源１００のように、先端側に向かって容器２０自体が縮径したテーパ形状のノズル部２１Ｎで構成されていてもよい。このように構成されても、上記実施形態のように電極先端部２３Ａ近傍に設けられた位置決め部材３０と当該電極先端部２３Ａ及びその近傍に形成された薄膜ｆの表面をノズル部２１Ｎのテーパ状のノズル部内周面２１Ｎａに当接させることで、容易に両者の相対位置を位置決めすることができる。
【０１４８】
このように構成されても、本実施形態同様、ニードル電極２３には周方向に沿って配置された各位置決め部３４から常に付勢力が加えられた状態となるため、電極先端部２３Ａが前記許容範囲の外側により逸脱し難くなる。そのため、電極先端部２３Ａの前記所定の許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【０１４９】
このノズル部内周面２１Ｎａは、ビーム軸Ｋ方向と直交する共通の平面Ｖ上でのノズル部内周面２１Ｎａに囲まれた面積とニードル電極２３の断面積との差であるガス噴出面積Ｇｓがニードル電極２３の先端又は前記先端よりも僅かに基部側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な形状を有し、且つイオンビームの照射方向に沿って前記囲まれた面積が減少するような形状を有する。そのため、本実施形態の縮径部２１同様に、前記微小開口２２から噴射されるイオン原料ガスが絞り効果によってニードル電極２３の先端で高いガス圧を維持できる、若しくは前記高いガス圧から僅かに低くなったガス圧を維持できる。
【０１５０】
また、容器２０の前側（先端側）は、図８に示されるようなビーム軸Ｋと直交する板状の先端壁２１Ｂで構成されていてもよい。
【０１５１】
即ち、容器２０は、ニードル電極２３を径方向外側から囲む形状をもつ中空の容器本体２０Ａと、この容器本体２０Ａの先端側開口を微小開口２２を残して塞ぐ先端壁２０Ｂとを有する。そして、位置決め部材３０は、微小開口２２の内側にニードル電極２３の電極先端部２３Ａを位置決めする。この位置決め部材３０は、その当接部３４ａが微小開口２２を囲む先端壁２０Ｂの内周面２０Ｂａに当接するようにニードル電極２３の電極先端部２３Ａに設けられる。
【０１５２】
このように容器２０が構成されても、電極先端部２３Ａが移動し、若しくは移動しようとした場合、位置決め部材３０の当接部３４ａが先端壁２０Ｂの内周面２０Ｂａに当接することで電極先端部２３Ａの微小開口２２内での移動が前記許容範囲内に収められる。また、位置決め部材３０は、イオン原料ガスの流通を許容する形状を有していることから、先端壁２０Ｂの内周面２０Ｂａに囲まれた微小開口２２内のイオン原料ガスの流れを妨げない。従って、容器２０が先端壁２０Ｂを有するような構成であっても、ニードル電極２３の先端部近傍に形成された強電界内に対し、位置決め部材３０の有無に関わらず安定してイオン原料ガスが供給される。このように強電界内に安定してイオン原料ガスが供給されることで安定したイオンビームが形成される。
【０１５３】
また、本実施形態においては、容器２０先端側の縮径部２１における内周面２１ａは、前方に向かって一定の割合で直径が縮小するように形成されているがこれに限定されず、前記縮小の割合が一定でなくてもよい。このような内周面であっても、位置決め部材３０における位置決め部３４の当接部３４ａが前記内周面に少なくとも一箇所で当接すれば、この当接した位置決め部３４の延びる方向への電極先端部２３Ａの移動を抑制することが可能となる。
【０１５４】
また、微小開口２２の横断面形状は、本実施形態においては円形であるが、これに限定されず、電極先端部２３Ａの外周面と内周面２１ａとの間に原料ガス流路Ｇｒが形成可能であれば四角や多角形等の他の形状であってもよい。
【０１５５】
また、本実施形態においてはイオン源１０を製造する際、電極先端部２３Ａに薄膜ｆが形成されるが、この薄膜ｆが電極先端部２３Ａに形成されることなくイオン源１０が製造されてもよい。この場合、縮径部２１の内周面２１ａのように先端に向かうに従って縮径する形状（例えばテーパ状）に形成されていれば、電極先端部２３Ａが微小開口２２内の中心部に容易に位置決めされる。
【０１５６】
即ち、容器２０内に挿入されたニードル電極２３において、位置決め部材３０における複数の位置決め部３４，３４，…のいずれかの当接部３４ａを縮径部２１の内周面２１ａに当接させ、この当接させた状態でニードル電極２３を更にビーム軸Ｋに沿って残りの当接部３４ａが内周面２１ａに当接するまで移動させる。このようにすることで、内周面２１ａに案内されて電極先端部２３Ａが微小開口２２内で位置決めされる。特に、位置決め部３４が前記弾性変形しない素材で形成されている場合に、より正確に微小開口２２内での電極先端部２３Ａの位置決めが可能となる。
【０１５７】
また、電極先端部２３Ａ近傍には径方向外側に向かって位置決め部３４が延びているため、内周面２１ａとの距離が保たれて当該電極先端部２３Ａ及びその近傍と内周面２１ａとの接触が抑制され、この接触に起因する損傷が抑制される。
【０１５８】
一方、位置決め部３４が本実施形態のように弾性変形する構成である場合は、微小開口２２から容器２０の外側に突出するニードル電極２３先端の突出量の調整が高精度で行える。
【０１５９】
具体的には、ニードル電極２３をビーム軸Ｋ方向先端側に移動させて電極先端部２３Ａの位置決めを行うときに、各当接部３４ａを縮径部２１の内周面２１ａに対して先端側と反対の側から当接させて仮の位置決めを行い、又は前記当接させた状態からさらに前記電界電離電極を前記軸方向先端側に移動させることで前記各位置決め部を収縮させて仮の位置決めを行う。そして、この仮の位置決め状態からニードル電極２３のビーム軸Ｋ方向における微小位置決めをさらに行う。
【０１６０】
このようにすることで、前記仮の位置決めを行った後の前記微小位置決めのときに、ニードル電極２３に対して加えられる各位置決め部３４からの前記弾性変形に起因する付勢力によって電極先端部２３Ａの位置が安定しているため、より高精度な電極先端部２３Ａの位置決めが可能となる。
【０１６１】
そして、前記微小位置決めされたニードル電極２３が容器２０内に固定されると、前記同様、ニードル電極２３には周方向に沿って配置された各位置決め部３４から常に付勢力が加えられた状態となるため、電極先端部２３Ａが前記許容範囲の外側により逸脱し難くなる。そのため、当該方法によって製造されたイオン源１０では、電極先端部２３Ａの前記所定の許容範囲内の外側への逸脱がより確実に阻止される。
【０１６２】
本実施形態においては、薄膜ｆを溶解する際に液体（フッ化アンモニウム水溶液）が用いられているがこれに限定される必要もない。即ち、薄膜ｆの除去方法としては、僅かな幅の間隙や孔等から容器２０内に注入でき、ニードル電極２３表面から除去した薄膜と共に、注入するのと同様、前記間隙や孔等から排出できればよく、薄膜ｆと反応して当該薄膜ｆを分解する反応性の気体が用いられてもよい。
【０１６３】
具体的には、このような薄膜と気体の組み合わせ及び薄膜の除去方法として、例えば、ｉ）カーボン系薄膜を酸化雰囲気に曝し、熱処理を行って除去する、ｉｉ）シリコン系薄膜をＸｅＦ２の昇華ガスに曝し、シリコンをエッチング除去する、ｉｉｉ）シリコン酸化膜をＨＦガスに曝し、シリコン酸化膜を除去する、等が考えられる。尚、前記カーボン系薄膜としては、フッ素系樹脂、フォトレジスト、ポリイミド等の樹脂系カーボン薄膜や、グラファイト等の無機系カーボン薄膜等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本実施形態に係るイオン源の概略構成図である。
【図２】同実施形態に係るイオン源の容器先端部の部分拡大図である。
【図３】同実施形態に係る位置決め部材における（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。
【図４】同実施形態に係るイオン源の製造方法を示す概略図であって、（ａ）はニードル電極を容器に挿入する前の状態であり、（ｂ）はニードル電極が容器に挿入され、位置決めされた状態であり、（ｃ）は薄膜除去後の状態である。
【図５】同実施形態に係るイオン源の製造の際の微小開口周辺の部分拡大図であって、（ａ）は位置決め部材の位置決め部の当接部が縮径部の内周面に当接した状態であり、（ｂ）は薄膜（犠牲層）が縮径部の内周面における微小開口側端部に当接した状態であり、（ｃ）は薄膜除去後の状態である。
【図６】他実施形態に係るイオン源の位置決め部材であって、（ａ）は環状当接部を有する位置決め部材の平面図であり、（ｂ）は環状当接部を有する位置決め部材の斜視図であり、（ｃ）は蛇行したバネ部材で位置決め部が構成される位置決め部材の平面図であり、（ｄ）は周方向に等間隔に配置されていない位置決め部を有する位置決め部材の平面図であり、（ｅ）はビーム軸方向に間隔をおいて複数の位置決め部材が設けられたイオン源の概略構成図である。
【図７】容器先端部がノズル状に形成されたイオン源の概略構成図である。
【図８】容器先端が微小開口を有する先端壁で構成されたイオン源の概略構成図である。
【図９】従来の電界電離型イオン源の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１０   イオン源
２０   容器
２０ａ 内周面
２２   微小開口
２３   ニードル電極（電界電離電極）
２３Ａ 電極先端部
３０   位置決め部材
３２   基部
３４   位置決め部
３４ａ 当接部
４０   引出電極
４２   電界電離用電源
Ｋ     ビーム軸
【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】
2009245767.tif 000009
【図８】
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【図９】
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