JP5341562B2 - イオン源の製造方法、及びこの方法によって製造されたイオン源 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度な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高輝度な微小径イオンビーム発生用のイオン源の製造方法、及びこの方法によって製造されたイオン源に関する。

従来、電界電離型のイオン源として、特許文献１に記載のイオン源が知られている。図１０に示されるように、このイオン源２１０は、開孔２２２を有し、内部にイオン原料ガスが供給される容器２２０と、先端が尖り且つイオンビームのビーム軸方向に延びる電界電離電極２２３とを備え、電界電離電極２２３が先端を開孔２２２に向けて容器２２０内に固定されている。

このイオン源２１０は、ガス（イオン原料ガス）中で、その先端半径が５ｎｍ〜１００ｎｍ程度に尖らされた金属の電界電離電極２２３の先端部周辺に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。

このイオン源２１０では、容器２２０に供給されたイオン原料ガスが開孔２２２から噴出する際に電界電離電極２２３の先端部周辺を通過する。そのとき、前記のように電界電離電極２２３の先端部周辺には強電界が形成されており、この強電界中をイオン原料ガスが通過することよって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引き出される。

特開昭６３−４３２４９号公報

このように構成されるイオン源２１０では、一般に、電界電離電極２２３がその先端部を容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに近接するように容器２２０内に固定されている。これは、前記イオン源２１０において、強電界が形成された電界電離電極２２３の先端部周辺にイオン原料ガスが安定して供給されると共に、電界電離電極２２３の先端部周辺で形成されたイオンが容器２２０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、イオン源２１０においては、容器２２０の開孔周縁部２２１ｒと電界電離電極２２３との相対位置、即ち、容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに対する電界電離電極２２３の位置が重要になる。

しかし、前記のイオン源２１０を製造する際、構造上、容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに対する電界電離電極２２３の正確な位置決めが困難である。これは、電界電離電極２２３を容器２２０内に固定するときに、この電界電離電極２２３を容器２２０の外部から直接見ることが難しく、そのためこの電界電離電極２２３の正確な位置を把握するのが困難だからである。

例えば、前記位置決めのときに開孔２２２から容器２２０内の電界電離電極２２３の位置を確認する場合、開孔２２２が非常に径の小さな貫通孔であるため、この開孔２２２を通じて容器２２０の外部から電界電離電極２２３の位置を正確に把握することは難しい。しかも、電界電離電極２２３は、先端が非常に鋭く尖っているため接触等によって損傷し易いにもかかわらず容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに先端が近接するように位置決めされなければならない。そのため、電界電離電極２２３の先端を容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに接触させることなく容器２２０の開孔周縁部２２１ｒに対する電界電離電極２２３の位置決めを正確に行うことは非常に困難となる。

そこで、本発明は、容器の開孔周縁部に対する電界電離電極の位置決めを容易に行うことができるイオン源の製造方法、及びこの方法によって製造されたイオン源を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、微小開孔を有し、内部にイオン原料ガスが供給されるセラミクス製の容器と、イオンビームのビーム軸方向に延びると共に先端が尖り、この先端を前記微小開孔に向け且つ前記容器の微小開孔周縁部と近接するように前記容器内に固定されるタングステン製の電界電離電極と、を備えるイオン源の製造方法であって、前記電界電離電極として、その表面のうちこの電界電離電極が前記容器内に固定されるときにこの容器の微小開孔周縁部と対向する電極側対向部位を含む表面に形成される所定の厚さの犠牲層を有するものを用意する予備工程と、この予備工程で用意した電界電離電極の先端を前記微小開孔に向けた状態で当該電界電離電極をその軸方向先端側に移動させ、前記容器の微小開孔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て前記容器の微小開孔周縁部に対する前記電界電離電極の位置決めを行う位置決め工程と、前記位置決め工程で位置決めした容器内の位置に前記電界電離電極を固定する固定工程と、前記固定工程において固定された状態で前記電界電離電極から前記犠牲層を除去する除去工程と、を備え、前記予備工程で用意される電界電離電極の犠牲層は、前記電界電離電極の表面と接する保護層とこの保護層に積層される外層とにより構成され、前記保護層はケイ素酸化物により形成され、前記外層は、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない電極部除去手段により除去できる物質により形成され、前記除去工程では、前記電界電離電極から前記電極部除去手段により前記外層を除去したあと、前記フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により前記保護層を溶解して除去することを特徴とする。

このように容器内に電界電離電極を固定するときに、その表面に犠牲層が形成された電界電離電極を用意し、その犠牲層が微小開孔周縁部に当接するようにして当該電界電離電極の容器内における位置決めを行うことにより、当該電界電離電極の微小開孔周縁部に対する位置決めを容易且つ確実に行うことができる。

具体的に、位置決め工程で犠牲層が容器の微小開孔周縁部に当接することにより、電界電離電極の位置は、微小開孔周縁部における前記犠牲層の当接した部位に対し、前記電界電離電極表面の電極側対向部位に形成された犠牲層の厚さに相当する間隔をおいた位置に決まる。そして、固定工程において前記位置決めされた電界電離電極が容器内に固定され、除去工程において、前記容器内に固定された状態で犠牲層が除去されることにより、容器の微小開孔周縁部と電界電離電極（電極側対向部位）との間に犠牲層の厚さに相当する間隙が現れる。このようにして、容器の微小開孔周縁部に対し、当該微小開孔周縁部との間に前記間隙が形成されるような位置への電界電離電極の位置決めが容易且つ確実に行われる。

また、犠牲層が保護層と外層とにより構成されているため、除去工程において、前記電極部除去手段により外層を除去したあと保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して除去することによって、犠牲層全体をケイ素酸化物で形成してこの犠牲層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して除去する場合に比べて容器の微小開孔周縁部への影響が少なくなる。

具体的に、犠牲層がケイ素酸化物のみからなる場合、この犠牲層を電界電離電極から除去するために当該電界電離電極が固定された状態の容器をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬するが、このとき、長時間、フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液と接触するとセラミクス製の容器の微小開孔周縁部が溶けて微小開孔が変形する。しかし、犠牲層が保護層（ケイ素酸化物）と外層とからなる場合、微小開孔周縁部への影響のより少ない電極部除去手段により外層が除去された後、フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により犠牲層の一部である保護層のみを溶解して除去すればよいため、容器のフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液との接触時間が短くでき、これにより微小開孔の形状を良好に保つことができる。その結果、当該方法によって製造されたイオン源では当該イオン源からイオンビームを照射するときに容器の微小開孔から噴出するイオン原料ガスの流れが乱れ難くなり照射されるイオンビームが安定する。

しかも、外層と電界電離電極との間に保護層が形成されているためこの保護層により外層と電解電離電極との接触が阻止され、これによりタングステンと接触したときに化学反応をおこすような物質であっても外層として使用でき、その結果、外層を形成する物質として選択できる物質の種類が増える。

また、ケイ素酸化物によって保護層が形成されることにより、前記位置決めにおける犠牲層の表面（外層の表面）の微小開孔周縁部との当接に起因する電界電離電極の損傷が抑制される。即ち、前記位置決めのときに犠牲層が微小開孔周縁部に当接して当該部位から力（抗力）が加わっても、保護層により前記力が電界電離電極に伝わり難くなり、これにより電界電離電極が好適に保護される。

前記予備工程で用意される電界電離電極の犠牲層では、前記保護層の厚さよりも前記外層の厚さが大きいのが好ましい。

このように、犠牲層において、保護層の厚さよりも外層の厚さを大きくすることにより、除去工程において犠牲層を除去する際の容器のフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液との接触時間をより短縮でき、これによって微小開孔の形状をより良好に保つことができる。

前記予備工程は前記電界電離電極に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を含み、この犠牲層形成工程は、前記電界電離電極の前記電極側対向部位と前記微小開孔周縁部との間隙の目標寸法よりも小さい所定の厚さを有する保護層を形成する保護層形成工程と、この保護層形成工程で形成された保護層の表面に当該保護層の厚さと合わせた厚さが前記目標寸法に相当する厚さとなるような厚さを有する外層を形成する外層形成工程とを含み、前記位置決め工程では、これら保護層形成工程及び外層形成工程により形成された犠牲層を有する電界電離電極を用いて前記位置決めを行う構成であってもよい。

このように、保護層と外層とを合わせた犠牲層の厚さが前記目標寸法に相当する厚さとなるように保護層及び外層を電界電離電極の電極側対向部位に形成することによって、容器の微小開孔周縁部に対し、当該微小開孔周縁部と前記電極側対向部位との間に目標寸法となる間隙が形成されるような位置への電界電離電極の位置決めが容易に行われる。

しかも、目標寸法が変更された場合でも、所定の厚さの保護層をそのままの状態にし、外層の形成される範囲や層厚を変更することにより、位置決めの際の開孔周縁部からの抗力に対する保護層における電界電離電極の保護能力を確保しつつ、容器の微小開孔周縁部と電界電離電極の電極側対向部位との間の前記間隙を変更された前記目標寸法に容易に調整することができる。

前記予備工程で用意された電界電離電極の犠牲層は、前記位置決め工程での前記電界電離電極の位置決めのときに前記容器の微小開孔周縁部と当該犠牲層の表面における前記電界電離電極の周方向に並ぶ複数の位置で当接するように形成されているのが好ましい。

このように犠牲層が形成されていることによって、電界電離電極が微小開孔の中心寄りの位置に容易に位置決めされる。即ち、犠牲層が容器の微小開孔周縁部と前記周方向に並ぶ複数個所で当接することで、各当接位置における容器の微小開孔周縁部と電界電離電極との対向する部位同士の相対位置が決まる。このとき、犠牲層を除去することで前記各部位同士の間隔が犠牲層の層厚に相当する間隔となり、電界電離電極は、微小開孔周縁部と全周に亘って接しない位置、即ち、微小開孔の中心寄りの位置に位置決めされる。本発明において、周方向に並ぶ複数の位置とは、周方向に連続する無数の位置も含む概念である。例えば、全周に亘って当接していてもよい。

また、前記予備工程で用意された電界電離電極の前記保護層及び前記外層は、薄膜により構成されるのが好ましい。

薄膜の成膜技術（例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング、蒸着、ディップ法等）は種々開発されているため、前記のように保護層及び外層を薄膜によって構成することにより、所望の厚さで且つ所望の範囲に保護層及び外層が形成された電界電離電極を容易に得ることができる。

前記予備工程で用意された電界電離電極には、当該電界電離電極の先端も覆うように少なくとも前記保護層が形成されるのが好ましい。

かかる構成によれば、容器内に電界電離電極を挿入するときや位置決めのときに、電界電離電極先端が容器等に接触しても当該電極先端が保護層により保護されているため、前記電極先端の損傷が防止される。そのため、容器内への電界電離電極の挿入作業や前記位置決め作業が容易になる。

また、前記予備工程で、前記容器として、その微小開孔と対向する位置に前記微小開孔よりも大きな挿入孔を設けたものを用意し、この予備工程で用意された電界電離電極は、前記容器内に固定されたときに当該容器内に位置する部位の基部側端部近傍から先端までの全範囲に亘って少なくとも保護層が形成され、前記位置決め工程において、前記電界電離電極を前記挿入孔から容器内に挿入した後、前記位置決めを行うのが好ましい。

かかる構成によれば、電界電離電極の容器内に挿入される部位の基部側（先端と反対側）の一部を除くほぼ全体が少なくとも保護層に覆われるため、電界電離電極が挿入孔から挿入されるときに、この挿入孔を規定する内周面との接触に起因する当該電界電離電極の損傷等が抑制される。

また、前記予備工程で、前記容器として、その微小開孔周縁部の表面のうち前記電界電離電極が当該容器内に固定されるときにこの電界電離電極の電極側対向部位と対向する開孔側対向部位を含み且つ前記犠牲層と対向する部位に、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない開孔部除去手段により除去できる物質により形成される開孔犠牲層が形成されたものを用意し、前記除去工程では、前記外層が前記電極部除去手段により除去されると共に前記開孔犠牲層が前記開孔部除去手段により除去されたあと、前記保護層がフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解されて除去されてもよい。

かかる構成によれば、電極側対向部と開孔側対向部との間隔を決めるために、電界電離電極に形成された犠牲層だけでなく、微小開孔周縁部に形成された開孔犠牲層も用いて前記間隔を決めることにより、外層と開孔犠牲層との厚さをそれぞれ小さくすることができ、これにより外層や開孔犠牲層内での内部応力によるクラックを防止することが可能となる。

しかも、位置決め工程において電解電離電極の犠牲層が微小開孔周縁部の開孔犠牲層と当接したときに、開孔犠牲層と電界電離電極との間に犠牲層が形成されているためこの犠牲層により開孔犠牲層と電解電離電極との接触が阻止されるため、タングステンと接触したときに化学反応をおこすような物質であっても開孔犠牲層として使用でき、これにより開孔犠牲層を形成する物質として選択できる物質の種類が増える。

開孔犠牲層が形成される場合、前記外層と前記開孔犠牲層とは、同一の物質により構成され、前記除去工程では、前記外層と前記開孔犠牲層とが共通の除去手段により除去されるのがより好ましい。

かかる構成によれば、除去工程において、共通の除去手段によって外層と開孔部犠牲層との両層の除去が可能となり、除去工程を簡素化することができる。

また、上記課題を解消すべく、本発明は、微小開孔を有し、内部にイオン原料ガスが供給されるセラミクス製の容器と、イオンビームのビーム軸方向に延びると共に先端が尖り、この先端を前記微小開孔に向け且つ前記先端を前記容器の微小開孔周縁部と近接するように前記容器内に固定されるタングステン製の電界電離電極と、を備えるイオン源の製造方法であって、前記電界電離電極としてその表面のうちこの電界電離電極が前記容器内に固定されるときにこの容器の微小開孔周縁部と対向する電極側対向部位を含む表面に所定の厚さを有する保護層が形成された電界電離電極を用意すると共に、前記容器としてその微小開孔周縁部の表面のうち前記電界電離電極が当該容器内に固定されるときにこの電界電離電極の電極側対向部位と対向する開孔側対向部位を含み且つ前記保護層と対向する部位に所定の厚さを有する開孔犠牲層が形成された容器を用意する予備工程と、この予備工程で用意した前記電界電離電極の先端を前記微小開孔に向けた状態で前記電界電離電極をその軸方向先端側に移動させ、前記予備工程で用意した容器の微小開孔周縁部に形成された開孔犠牲層の表面の少なくとも一部に前記保護層の表面を当接させて前記容器の微小開孔周縁部に対する前記電界電離電極の位置決めを行う位置決め工程と、前記位置決め工程で位置決めした前記容器内の位置に前記電界電離電極を固定する固定工程と、前記固定工程において固定された状態で前記開孔犠牲層と前記保護層とを除去する除去工程と、を備え、前記予備工程で用意される電界電離電極の保護層は、ケイ素酸化物により形成され、前記開孔犠牲層は、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない開孔部除去手段により除去できる物質により形成され、前記除去工程では、前記微小開孔周縁部から前記開孔部除去手段により開孔犠牲層が除去されたあと、前記電界電離電極から前記フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により保護層を溶解して除去することを特徴とする。

このように容器内に電界電離電極を固定するときに、その表面に保護層が形成された電界電離電極と、微小開孔周縁部の表面に開孔犠牲層が形成された容器とを用意し、電界電離電極の保護層が微小開孔周縁部の開孔犠牲層と当接するようにして当該電界電離電極の容器内における位置決めを行うことにより、当該電界電離電極の微小開孔周縁部に対する位置決めを容易且つ確実に行うことができる。この場合、電界電離電極の電極側対向部位と微小開孔周縁部の開孔側対向部位との間に、電界電離電極の保護層及び微小開孔周縁部の開孔犠牲層の各層厚を合わせた厚さに相当する間隔が形成されるような位置へ電界電離電極の位置決めが容易且つ確実に行われる。

また、ケイ素酸化物で形成されているのは保護層のみであるため、除去工程において、前記開孔部除去手段により開孔犠牲層を除去したあと、保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して除去することにより、保護層及び開孔犠牲層を全てケイ素酸化物で形成してこれら両層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して除去する場合に比べ、容器のフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液との接触時間が短くなり、容器の微小開孔の形状が良好に保たれる。

しかも、位置決め工程において保護層が開孔犠牲層と当接したときに、開孔犠牲層と電界電離電極との間に保護層が形成されているためこの保護層により開孔犠牲層と電解電離電極との接触が阻止されるため、タングステンと接触したときに化学反応をおこすような物質であっても開孔犠牲層として使用でき、これにより開孔犠牲層を形成する物質として選択できる物質の種類が増える。

また、保護層がケイ素酸化物によって形成されることにより、前記位置決めにおける微小開孔周縁部の開孔犠牲層との当接に起因する電界電離電極の損傷が抑制される。即ち、前記位置決めの際に電界電離電極の保護層が微小開孔周縁部の開孔犠牲層に当接して当該犠牲層から力（抗力）が加わっても、この保護層により前記力が電界電離電極に伝わり難くなる。

また、上記のいずれかの方法によって製造されたイオン源においては、当該イオン源が製造される際、容器の微小開孔周縁部に対する電界電離電極の位置決めが容易に行われるため、製造時間や製造コストの削減を図ることができる。

以上より、本発明によれば、容器の開孔周縁部に対する電界電離電極の位置決めを容易に行うことができるイオン源の製造方法、及びこの方法によって製造されたイオン源を提供することができる。

本実施形態に係るイオン源の概略構成図である。 前記イオン源の微小開孔周縁部の部分拡大図である。 前記イオン源の製造方法を示す概略図であって、（ａ）は電界電離電極を容器に挿入する前の状態を示し、（ｂ）は電界電離電極が容器に挿入され、位置決めされた状態を示し、（ｃ）は犠牲膜及び開孔犠牲膜を除去した後の状態を示す。 前記イオン源の製造方法を示す微小開孔周縁部の部分拡大図であって、（ａ）は犠牲膜及び開孔犠牲膜が除去される前の状態を示し、（ｂ）は図４（ａ）の状態から外膜及び開孔犠牲膜が除去された後の状態を示し、（ｃ）は図４（ｂ）の状態から保護膜が除去された後の状態を示す。 （ａ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ断面における部分拡大図を示し、（ｂ）及び（ｃ）は他実施形態に係るイオン源の同位置における部分拡大断面図を示す。 前記イオン源の微小開孔周縁部の部分拡大図であって、（ａ）は外膜の厚さを小さくして電界電離電極を前方側に移動させた位置決め状態を示し、（ｂ）は外膜の厚さを本実施形態における膜厚（標準の膜厚）といた位置決め状態を示し、（ｃ）は外膜の厚さを大きくして電界電離電極を後方側に移動させた位置決め状態を示す。 前記イオン源の他の製造方法を示す微小開孔周縁部の部分拡大図であって、（ａ）は犠牲膜のみによる位置決め状態を示し、（ｂ）は保護膜と開孔犠牲層とによる位置決め状態を示す。 容器先端部がテーパ形状に形成されたイオン源の概略構成図である。 電界電離電極が支持体を介して容器に固定されたイオン源の概略構成図である。 従来の電界電離型イオン源の概略構成図である。

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。

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に示されるように、イオン源１０は、微小開孔２２を有し、内部にイオン原料ガスが充填（供給）される容器２０と、この容器２０の内部に配置される電界電離電極２３と、容器２０の前方に配置される引出電極３０と、を備える。これら、容器２０、電界電離電極２３及び引出電極３０は、真空容器１１内に配設される。また、電界電離電極２３と引出電極３０とには、印加用電源４０が接続される。尚、本実施形態において、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）。

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充填される容器であり、セラミクスにより形成されている。本実施形態では、容器２０は、アルミナセラミクスで形成されているが、ジルコニウム系セラミクス等で形成されてもよい。この容器２０は、後端が開口する容器本体２０ａと、この容器本体２０ａの後端開口をイオン原料ガスが供給される通路１２０を残して塞ぐ後方壁２０ｂとで構成されている。これら容器本体２０ａと後方壁２０ｂとにより囲まれる容器２０の内部には、イオンビームのビーム軸Ｋ方向に沿って延びると共に先端が尖った電界電離電極２３が配置される。この電界電離電極２３は、先端が微小開孔２２に向くように容器２０の後方壁２０ｂに取り付けられている。本実施形態において電界電離電極２３は、その先端が微小開孔２２から容器２０の外側へ僅かに突出するように容器２０内に配置されている。また、容器２０には、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手段として原料ガス供給管５０が接続されている。この原料ガス供給管５０の上流側には、容器２０に供給するイオン原料ガスの供給量を制御するための供給量制御手段５１が設けられている。

具体的に、容器本体２０ａは、前方が容器先端部２１によって塞がれた円筒状に形成されている。容器先端部２１は、イオンビームのビーム軸Ｋと直交する方向に拡がる板状の部位であり、その中央部（ビーム軸Ｋと交差する位置）に、容器２０内にイオン原料ガスが充填されることでこのイオン原料ガスが噴出する微小開孔２２が設けられている。

後方壁２０ｂは、供給されるイオン原料ガスが通過可能な貫通孔１２０が設けられ、この貫通孔１２０からイオン原料ガスを容器２０内に供給可能に原料ガス供給管５０が接続されている。この後方壁２０ｂには、前記のように先端が微小開孔２２に向くように電界電離電極２３が固定されている。具体的に、後方壁２０ｂには微小開孔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を製造するときに、容器２０内に電界電離電極２３を配置すべく当該電界電離電極２３を挿入するための孔である。具体的に、挿入孔２５は、容器２０の内部と外部とを連通する貫通孔であり、微小開孔２２よりも開孔径が大きい。また、挿入孔２５の開孔径は、犠牲膜６０（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）が表面に形成された電界電離電極２３が挿通可能な大きさである。

後方壁２０ｂにおける挿入孔２５の周縁部（挿入孔周縁部）２５ｒには、先端側部位を内部に挿入した後の電界電離電極２３が固着される。この固着の際、後方壁２０ｂも容器２０の他の部位（容器本体２０ａ）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）で形成された電界電離電極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周縁部２５ｒ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。

微小開孔２２は、容器本体２０ａにおける微小開孔周縁部２１ｒにより囲まれた部位である。具体的に、微小開孔２２は、容器２０の内部に配設された電界電離電極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するように容器先端部２１に設けられている。この微小開孔２２は、容器２０内にイオン原料ガスが充填されることでこのイオン原料ガスを容器２０の外部へ噴出するための孔であり、内部から外部に向かって、即ち、イオンの引き出し方向に向かって先細りに形成されている。具体的に、微小開孔２２は、先端側に向かって径が小さくなるテーパ形状に形成されている。

電界電離電極２３は、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電極である。具体的には、電界電離電極２３は、タングステンにより形成され、長さが２０ｍｍ、直径が０．２〜１ｍｍの細線であり、先端部（テーパ部）が先細りのテーパ形状となっている。このテーパ部は、その先端半径が５０ｎｍとなるように電解研磨により形成される。

電界電離電極２３の先端が僅かに微小開孔２２の前方側端部から突出するように微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置、即ち、両者の相対位置が位置決めされている。この電界電離電極２３先端の突出量は、微小開孔２２から噴出されるイオン原料ガスのガス圧が当該微小開孔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。

このように微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置（相対位置）が位置決めされることで、微小開孔２２を規定する内周面２２ａと電界電離電極２３の外周面（表面）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から噴出するイオン原料ガスが流れる流路である。

具体的には、図２にも示されるように、微小開孔２２の小径側（容器２０の外面側）の開孔径ｄ１が２０μｍ、大径側（容器２０の内面側）の開孔径ｄ２が７２０μｍ、深さ（容器先端部２１の厚み）ｄ３が５００μｍ、ビーム軸Ｋに対する内周面２２ａのなす角αが３５°である。また、ビーム軸Ｋに対する電界電離電極２３の外周面２３ａのなす角βが１７．５°、容器先端部２１の外側面（容器２０の先端面）から電界電離電極２３の先端までの突出量（突出距離）ｌが５μｍである。

引出電極３０は、電界電離電極２３の先端部周辺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３０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ビーム通過孔３１が中央に設けられている。このように構成される引出電極３０は、容器２０の前方側に電界電離電極２３の先端と対向するように配置されている。具体的に、引出電極３０は、容器２０の前方側において、中央に設けられたビーム通過孔３１の中心が微小開孔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。

印加用電源４０は、電界電離電極２３と引出電極３０との間に電圧を印加するための電源である。この印加用電源４０は、直流電源であり、引出電極３０に対して電界電離電極２３が最高２０ｋＶの正電位となるような電圧を加える電源である。この印加用電源４０によって電圧が加えられることにより、電界電離電極２３の先端部周辺に強電界が形成されると共にこの強電界によって形成されたイオンが電界電離電極２３の先端部周辺から引出電極３０側に引き寄せられる（引き出される）。

真空容器１１は、いわゆる真空チャンバーであり、真空ポンプ等の排気手段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、接続された排気手段１２によって内部の空気が排気され、高真空状態に保たれる。

以上のように構成されるイオン源１０では、以下のようにしてイオンビームが照射される。

真空容器１１内が排気手段１２によって真空引きされ、当該真空容器１１内が高真空状態（１０^−６Ｐａ程度）となる。その後、原料ガス供給管５０を通じて容器２０内にイオン原料ガス（本実施形態においては、ヘリウム）が供給される。このとき、容器２０内の圧力が１００Ｐａ程度となるように供給量制御手段５１によってイオン原料ガスの容器２０内への供給量が調整される。

容器２０内に供給されたイオン原料ガスは、容器２０の微小開孔２２から真空容器１１内に噴出するときに電界電離電極２３の先端部周辺を通過する。言い換えると、電界電離電極２３の先端部にイオン原料ガスが供給される。このとき、電界電離電極２３と引出電極３０との間には印加用電源４０によって電圧が加えられ電界電離電極２３の先端部周辺に強電界が形成される。これにより、イオン原料ガスが容器２０の微小開孔２２から真空容器１１内に噴出するときに前記強電界中を通過し、その際、電界電離現象によってイオン化される。

詳細には、原料ガス流路Ｇｒは、微小開孔２２の前方側に向かって徐々に狭くなり、前方側端部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、微小開孔２２の前方側端部で高く（微小開孔２２近傍においては最も高く）、本実施形態では１０Ｐａ程度に維持される。即ち、微小開孔２２の前方側端部で、ガス分子の密度が高く（微小開孔２２近傍においては最も高く）維持される。電界電離電極２３先端が微小開孔２２前方側端部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電界電離電極２３の先端部周辺にも、この高圧の（即ち、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り、電界電離電極２３の先端部周辺に形成された強電界中で多数のイオンが形成される。

このイオン化されたイオン原料ガスが引出電極３０によってビーム照射方向に引き出される。このとき、容器２０の外側が高真空状態であるため、微小開孔２２から噴出したイオン化されたイオン原料ガス（イオン）以外のイオン原料ガスが一気に拡散する。その結果、微小開孔２２の前方側では、引き出されたイオンビームを構成するイオンが雰囲気ガス等と衝突する確率が低い（イオン消滅確率が低い）高真空領域となり、引き出されたイオンの消滅及び引き出されたイオンのエネルギー低下が抑制され、高輝度なイオンビームが得られる。

このようにして得られたイオンビームは、引出電極３０の中央に設けられたビーム通過孔３１を通過して照射される。

次に、このイオン源１０の製造方法について図３（ａ）乃至図４（ｃ）も参照しつつ説明する。

先ず、電界電離電極２３が形成されると共に容器２０が形成され、この形成された容器２０内に電界電離電極２３が配置される。

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電界電離電極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により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、容器本体２０ａと後方壁２０ｂ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。

後方壁２０ｂに設けられた挿入孔２５の周縁部にメタライズ処理が施され、固着部位２６が形成される。

次に、電界電離電極２３に犠牲膜（薄膜）６０が形成される。この犠牲膜６０は、電界電離電極２３の表面（周面）２３ａに形成される保護膜（保護層）６２とこの保護膜６２に積層される外膜（外層）６４とにより形成される。

保護膜６２は、犠牲膜６０を微小開孔周縁部２１ｒに当接させることにより容器２０内での電界電離電極２３の位置決めを行うときに、当該電界電離電極２３を保護すると共に、外膜６４が電界電離電極２３と接触するのを阻止するための膜である。この保護膜６２は、本実施形態では、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）により形成されている。尚、保護膜６２は、ケイ素酸化物（例えば、二酸化ケイ素や酸化ケイ素（ＳｉＯ））により形成されていればよく、特に、二酸化ケイ素により形成されるのが好ましい。

一方、外膜６４は、微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との相対位置を調整するための膜である。この外膜６４は、保護膜６２をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極２３から除去するときよりも微小開孔周縁部２１ｒへの影響の少ない除去手段によって除去できる物質により形成されている。本実施形態では、外膜は、シリコン（Ｓｉ）により形成されている。このシリコンによる外膜６４は、フッ素プラズマによるエッチングにより除去することができる。

具体的に、先ず、電界電離電極２３の表面２３ａに保護膜６２が形成される。この保護膜６２は、電界電離電極２３に対し、容器２０内に固定されたときに当該容器２０内に位置する部位の基部側端部近傍から先端までの全範囲に亘って形成される（図３（ｂ）参照）。

また、保護膜６２は、均一な厚さ（膜厚）の膜であり、容器２０内での電界電離電極２３の位置決めのときに微小開孔周縁部２１ｒから受ける力から電界電離電極２３を保護できる膜厚を有する。詳細には、この膜厚は、容器２０内での電界電離電極２３の位置決めにおいて犠牲膜６０（外膜６４）の表面が微小開孔周縁部２１ｒに当接したときに（図３（ｂ）及び図４（ａ）参照）、この微小開孔周縁部２１ｒから犠牲膜６０が受ける力（抗力）を当該保護膜６２により電界電離電極２３に前記力が伝わらない若しくは極僅かにしか伝わらないようにできる厚さである。本実施形態では、保護膜６２の膜厚は１μｍであるが、これに限定されず、１０ｎｍ〜１０μｍであればよく、１００ｎｍ〜数μｍが好ましい。

この保護膜６２は、電界電離電極２３の表面２３ａに対してプラズマＣＶＤ法によって形成（成膜）されている。具体的に、プラズマＣＶＤ法において、電界電離電極２３の先端をプラズマに垂直に立てて成膜する方法や、電界電離電極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、または電界電離電極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。このようにして保護膜６２が電界電離電極２３の表面に形成されることにより均一な膜厚が得られる。このような方法により形成されることで、所望の厚さで且つ所望の範囲に保護膜６２が形成された電界電離電極２３を容易に得ることができる。尚、保護膜６２の形成方法は、上記の方法に限定される必要はなく、電界電離電極２３の表面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、蒸着やディップ法等の他の成膜方法であってもよい。

次に、電界電離電極２３に形成された保護膜６２の表面に外膜６４が積層される。即ち、外膜６４は、電界電離電極２３の表面と接触しないように形成される。そのため、電界電離電極２３（タングステン）と外膜６４（シリコン）との表面反応が阻止される。詳細には、タングステン（電界電離電極２３）とシリコン（外膜６４）とが接触すると、その接触面において表面反応（化学反応）おこり、電界電離電極２３の表面にタングステンシリサイド（ＷＳｉ）が形成されるが、タングステン及びシリコンの何れとも接触により化学反応をおこさない二酸化ケイ素による保護膜６２が電界電離電極２３と外膜６４との間に形成されることにより、前記タングステンシリサイドの形成が阻止される。

この外膜６４は、容器２０内での電界電離電極２３の位置決めのときに保護膜６２と共に犠牲膜６０を形成し、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との位置関係（相対位置）を制御するための膜であり、均一な厚さ（膜厚）を有する。外膜６４は、本実施形態では、電界電離電極２３の先端側部位に形成される（図４（ａ）参照）。この外膜６４の膜厚は、保護膜６２の膜厚及び微小開孔周縁部２１ｒに形成される開孔犠牲膜６６（図４（ａ）参照）の膜厚と合わせた厚さが電界電離電極２３を容器２０内に固定したときの電界電離電極２３の先端部と微小開孔周縁部２１ｒとの互いに対向する部位間の目標とする間隔（目標寸法）に相当する厚さである。本実施形態では、外膜６４の厚さは３μｍであるが、これに限定されず、０．１μｍ〜９μｍであればよい。この外膜６４も保護膜６２同様に、プラズマＣＶＤ法により製膜される。外膜６４の形成方法は、保護膜６２の形成方法と同様に、電界電離電極２３の表面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、プラズマＣＶＤ法でなくてもよく、蒸着やディップ法等の他の成膜方法であってもよい。

尚、本実施形態において、保護膜６２が電界電離電極２３の前記基部側端部近傍から先端までの全範囲に亘って形成され、外膜６４が電界電離電極２３の先端側部位に形成されているが、各膜６２，６４が形成される範囲は、この範囲に限定されない。即ち、保護膜６２は、電界電離電極２３の表面のうちこの電界電離電極２３が容器２０内に固定されるときにこの容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと対向する部位を含む表面に形成されていればよい。また、外膜６４は、電界電離電極２３に形成された保護膜６２の表面のうち電界電離電極２３が容器２０内に固定されるときにこの容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと対向する部位を含む表面に形成されていればよい。このようにして保護膜６２と外膜６４とからなる犠牲膜６０が少なくとも前記対向する部位に形成されることにより、位置決めの際、この犠牲膜６０が容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに当接することで、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置決めが容易になると共に、この位置決めのときに犠牲膜６０に加わる微小開孔周縁部２１ｒからの抗力が電解電離電極２３に伝わるのを保護膜６２により阻止することで電界電離電極２３の前記抗力に起因する損傷が防止される。

一方、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒにも開孔犠牲膜６６が形成される。この開孔犠牲膜６６は、微小開孔周縁部２１ｒの表面のうち電界電離電極２３が当該容器２０内に固定されるときにこの電界電離電極２３と対向する部位を含み且つ電界電離電極２３の犠牲膜６０（保護膜６２又は外膜６４）と対向する部位に形成される。即ち、開孔犠牲膜６６は、微小開孔周縁部２１ｒの表面のうち電界電離電極２３と対向する部位を含み且つ電界電離電極２３と直接接しない部位に形成される。本実施形態では、外膜６４と同様にシリコン（Ｓｉ）によって微小開孔周縁部２１ｒにおける微小開孔２２の全周に亘って開孔犠牲膜６６が形成されている。この開孔犠牲膜６６の厚さは、３μｍである。尚、開孔犠牲膜６６の膜厚はこれに限定されず、０．１μｍ〜９μｍであればよい。

以上のような犠牲膜６０が形成された電界電離電極２３が容器２０の後方壁２０ｂに形成された挿入孔２５から容器２０内に挿入される。この挿入孔２５は、微小開孔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２０ｂ中央部に設けられている。そのため、電界電離電極２３は、その中心軸がビーム軸Ｋと一致し、その姿勢を保ったままビーム軸Ｋに沿って先端側に移動することにより挿入孔２５から容器２０内部に挿入される（図３（ａ）参照）。

挿入孔２５から挿入された電界電離電極２３は、さらに、犠牲膜６０の表面が容器２０の微小開孔周縁部２１ｒの開孔犠牲膜６６の表面と当接するまでビーム軸Ｋに沿って移動する（図３（ｂ）参照）。この状態では、犠牲膜６０の外周面と開孔犠牲膜６６の内周面とがビーム軸Ｋと直交する断面において同心円状態となるため、犠牲膜６０の表面が微小開孔周縁部２１ｒの開孔犠牲膜６６の表面と当接したときには、犠牲膜６０は、図５（ａ）にも示すように、電界電離電極２３の周方向全周に亘って開孔犠牲膜６６と当接する。

このように犠牲膜６０の表面が容器２０の開孔犠牲膜６６の表面に当接することで、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置決めが行われる。即ち、犠牲膜６０が開孔犠牲膜６６に当接することにより、電界電離電極２３の位置は、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対して犠牲膜６０及び開孔犠牲膜６６の各膜厚を合計した厚さに相当する間隔をおいた位置に決まる。本実施形態においては、電界電離電極２３は、微小開孔周縁部２１ｒの全周に亘って犠牲膜６０及び開孔犠牲膜６６の各層厚を合計した厚さに相当する間隔をおいた位置、即ち、微小開孔２２の中心寄りの位置に位置決めされる。

電界電離電極２３が挿入孔２５から容器２０内に挿入されるときに、挿入孔２５を規定する内壁面や容器２０の内周面と接触する場合がある。このとき、最も接触し易い電界電離電極２３の先端部には保護膜６２に加え、この保護膜６２に積層された外膜６４が形成されているため、これら両膜６２，６４により電界電離電極２３は保護される。また、電界電離電極２３の後方側（基部側）には外膜６４が形成されていないが、電界電離電極２３の容器２０内部に挿入される部位のほぼ全範囲に保護膜６２が形成されているため、電界電離電極２３の後方側部位もこの保護膜６２により保護される。そのため、容器２０内への電界電離電極２３の挿入作業や位置決め作業が容易になる。

尚、本実施形態における位置決めとは、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との対向する部位同士の間隔だけでなく、ビーム軸Ｋ方向における両者２１ｒ，２３の相対位置の位置決めも含む。また、本実施形態において、犠牲膜６０は、開孔犠牲膜６６と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、犠牲膜６０は、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと直接当接してもよい（図５（ｂ）及び図５（ｃ）参照）。また、犠牲膜６０は、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒ_１の一部とその表面が当接してもよく（図５（ｂ）参照）、また、微小開孔周縁部２１ｒ_２と電界電離電極２３の周方向に並ぶ複数の位置（図５（ｃ）においては４箇所）で当接してもよい。犠牲膜６０がこのように形成されても、各当接位置における容器２０の微小開孔周縁部２１ｒ_１，２１ｒ_２と電界電離電極２３との対向する部位同士の相対位置が位置決めされる。

位置決めの際に、外膜６４の膜厚（層厚）を変更するだけで、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒの当接した部位と電界電離電極２３との間隔の調整を容易に行うことができると共に、微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整も行うことができる。即ち、電界電離電極２３は、その先端部（テーパ部）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。具体的に、図６（ａ）乃至図６（ｃ）に示されるように、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極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、外膜６４の膜厚を小さくして前記間隔を狭くすればよい（図６（ｂ）から図６（ａ））。また、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒ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、外膜６４の膜厚を大きくして前記間隔を広くすればよい（図６（ｂ）から図６（ｃ））。

尚、図６（ａ）乃至図６（ｃ）では、外膜６４の層厚のみを変更することにより電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整を行っているが、本実施形態のように開孔犠牲膜６６が形成されている場合には、開孔犠牲膜６６の膜厚を変更することによって電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整を行ってもよい。即ち、開孔犠牲膜６６の膜厚を小さくすることにより電界電離電極２３先端を前方側に移動させることができ、開孔犠牲膜６６の膜厚を大きくすることにより、電界電離電極２３先端を後方側に移動させることができる。また、外膜６４及び開孔犠牲膜６６の両膜厚をそれぞれ変更することにより、電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整を行ってもよい。このような電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置の調整において、保護膜６２の厚さは、一定に保つのが好ましい。即ち、保護膜６２は、位置決めのときの犠牲膜６０の微小開孔周縁部２１ｒ又は開孔犠牲膜６６との当接による抗力に起因する損傷から電界電離電極２３を保護する最小限の膜厚となるように形成されている。そのため、保護膜６２の膜厚を電界電離電極２３先端のビーム軸Ｋ方向の位置合わせのために小さくすると、位置合わせのときに、電界電離電極２３において前記抗力に起因する損傷が生じる場合がある。また、保護膜６２の膜厚を大きくすると、除去するときに容器２０をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液に浸漬する時間が長くなり、微小開孔周縁部２１ｒがフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液に接触する時間が長くなり、微小開孔２２の形状を良好に保つことができない。

このようにして、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置が位置決めされた後、この位置で電界電離電極２３が容器２０に固定される。詳細には、電界電離電極２３における容器２０の後方壁２０ｂ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、電界電離電極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、電界電離電極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。

電界電離電極２３が容器２０に固定されると、次に、犠牲膜６０及び開孔犠牲膜６６の除去が行われる。

具体的に、内部にプラズマを発生させるチャンバー内に容器２０が導入され、当該チャンバー内にフッ素プラズマが発生させられる。そうすると電界電離電極２３に形成された外膜６４と微小開孔周縁部２１ｒに形成された開孔犠牲膜６６とがフッ素プラズマに曝され、このフッ素プラズマによりエッチングされ除去される（図４（ａ）から図４（ｂ））。このとき、容器２０は、セラミクスで形成されているため、フッ素プラズマに曝されても影響が少ない。また、保護膜６２を構成する二酸化ケイ素は、フッ素プラズマとの接触によっては実質的に除去されないため、容器２０からは外膜６４及び開孔犠牲膜６６だけが除去され、電界電離電極２３に保護膜６２が残った状態となる（図４（ｂ）参照）。この状態の容器２０がフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液（本実施形態では、５％の希フッ酸）に浸漬される。これにより電界電離電極２３の表面２３ａに形成された保護膜６２がフッ酸と接触して溶解される（図４（ｂ）から図４（ｃ））。このとき、保護膜６２が除去された後も暫く電界電離電極２３がフッ酸と接触する状態を保つことにより、当該電界電離電極２３の表面２３ａの汚れ等もフッ酸により溶解され、電界電離電極２３の表面２３ａの洗浄も行うことができる。

犠牲膜６０（保護膜６２及び外膜６４）及び開孔犠牲膜６６が除去されることにより、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との間に犠牲膜６０及び開孔犠牲膜６６の各膜厚を合わせた膜厚に相当する間隙が現れる（図４（ｃ）参照）。このようにして、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対し、当該微小開孔周縁部２１ｒとの間に所望幅の間隙が形成されるような位置への電界電離電極２３の位置決めが行われる。

電界電離電極２３の犠牲膜６０及び微小開孔周縁部２１ｒの開孔犠牲膜６６が除去された後の容器２０は、真空容器１１内に配置される。この真空容器１１には、排気手段１２が設けられた排気管１３が接続される。そして、容器２０の前方側に電界電離電極２３先端と対向するように引出電極３０が配置され、当該引出電極３０と電界電離電極２３とに印加用電源４０が接続される。また、容器２０には、真空容器１１内に引き込まれた原料ガス供給管５０が接続され、イオン源１０が完成する。

以上のように、容器２０内に電界電離電極２３を固定するときにその表面に犠牲膜６０が形成された電界電離電極２３を用意し、その犠牲膜６０が微小開孔周縁部２１ｒに当接するようにして当該電界電離電極２３の容器２０内における位置決めを行うことにより、当該電界電離電極２３の微小開孔周縁部２１ｒに対する位置決めを容易且つ確実に行うことができる。

具体的に、位置決めの際、犠牲膜６０が容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに当接することにより、電界電離電極２３の位置は、微小開孔周縁部２１ｒにおける犠牲膜６０の当接した部位に対し、電界電離電極２３の表面２３ａに形成された犠牲膜６０の厚さに相当する間隔をおいた位置に決まる。そして、この位置決めされた電界電離電極２３が容器２０内に固定され、この固定された状態で犠牲膜６０が除去されることにより、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との間に犠牲膜６０の厚さに相当する間隙が現れる。このようにして、容器２０の微小開孔周縁部２１ｒに対し、当該微小開孔周縁部２１ｒとの間に前記間隙が形成されるような位置への電界電離電極２３の位置決めが容易且つ確実に行われる。

また、犠牲膜６０が保護膜６２と外膜６４とにより構成されているため、フッ素プラズマでのエッチングにより外膜６４を除去したあと保護膜６２をフッ酸により溶解して除去することによって、犠牲膜６０全体を二酸化ケイ素で形成してこの犠牲膜６０をフッ酸により溶解して除去する場合に比べて容器２０の微小開孔周縁部２１ｒへの影響が少なくなる。

具体的に、犠牲膜６０が二酸化ケイ素のみからなる場合、この犠牲膜６０を電界電離電極２３から除去するために当該電界電離電極２３が固定された状態の容器２０をフッ酸に浸漬するが、このとき、長時間、フッ酸と接触するとセラミクス製の容器２０の微小開孔周縁部２１ｒが溶けて微小開孔２２が変形する。しかし、犠牲膜６０が保護膜（二酸化ケイ素）６２と外膜（シリコン）６４とからなる場合、微小開孔周縁部２１ｒへの影響のより少ないフッ素プラズマでのエッチングにより外膜（シリコン）６４が除去された後、フッ酸により犠牲膜６０の一部である保護膜（二酸化ケイ素）６２のみを溶解して除去すればよいため、容器２０のフッ酸との接触時間を短くでき、これにより微小開孔２２の形状を良好に保つことができる。その結果、当該方法によって製造されたイオン源１０では当該イオン源１０からイオンビームを照射するときに容器２０の微小開孔２２から噴出するイオン原料ガスの流れが乱れ難くなり照射されるイオンビームが安定する。

しかも、外膜６４と電界電離電極２３との間に保護膜６２が形成されているためこの保護膜６２により外膜６４と電解電離電極２３との接触が阻止され、これによりタングステンと接触したときに化学反応をおこすような物質であっても外膜６４として使用でき、その結果、外膜６４を形成する物質として選択できる物質の種類が増える。例えば、シリコンは、タングステンと接触すると化学反応を起こし、また電界電離電極２３の表面２３ａに形成された場合にはその除去のときに電界電離電極２３までエッチングされるため犠牲膜６０として単独での使用は適さない。しかし、上記実施形態のようにシリコンを外膜６４として用いた場合であっても、電界電離電極２３との間に保護膜６２を形成することにより電界電離電極２３を良好な状態に保ちつつ犠牲膜６０の一部として当該シリコンを使用できる。

犠牲膜６０において、保護膜６２の厚さよりも外膜６４の厚さを大きくすることにより、犠牲膜６０を除去するときに、容器２０のフッ酸との接触時間をより短縮でき、これによって微小開孔２２の形状をより良好に保つことができる。

容器２０内での電界電離電極２３の位置決めのときに、犠牲膜６０の表面（外膜６４の表面）が開孔犠牲膜６６（開孔犠牲膜６６が形成されてない場合は微小開孔周縁部２１ｒ）と当該犠牲膜６０の表面における電界電離電極２３の周方向に並ぶ複数の位置で当接することによって、電界電離電極２３が微小開孔２２の中心寄りの位置に容易に位置決めされる。即ち、犠牲膜６０の外周面が開孔犠牲膜６６の内周面と周方向に並ぶ複数個所で当接することで、各当接位置における容器２０の微小開孔周縁部２１ｒと電界電離電極２３との対向する部位同士の相対位置が決まる。このとき、犠牲膜６０を除去することで前記各部位同士の間隔が犠牲膜６０の膜厚と開孔犠牲膜６６の膜厚とを合わせた膜厚に相当する間隔となり、電界電離電極２３は、微小開孔周縁部２１ｒと全周に亘って接しない位置、即ち、微小開孔２２の中心寄りの位置に位置決めされる。

電界電離電極２３と微小開孔周縁部２１ｒとの間隔を決めるために、電界電離電極２３に形成された犠牲膜６０だけでなく、微小開孔周縁部２１ｒに形成された開孔犠牲膜６６も用いて前記間隔を決めることにより、開孔犠牲膜６６を用いない場合の外膜に比べ、外膜６４と開孔犠牲膜６６との厚さをそれぞれ小さくすることができ、これにより外膜６４や開孔犠牲膜６６内での内部応力によるクラックを防止することが可能となる。

しかも、開孔犠牲膜６６を構成するシリコンと電界電離電極２３を構成するタングステンとが接触すると化学反応をおこしタングステンシリサイドを形成するが、微小開孔周縁部２１ｒにおける電界電離電極２３の犠牲膜６０と対向する部位にのみ開孔犠牲膜６６が形成されることにより、位置決めのときの開孔犠牲膜６６と電界電離電極２３との接触が阻止される。

外膜６４と開孔犠牲膜６６とは、共にシリコンにより構成されているため、フッ素プラズマに曝すことで両膜６４，６６を除去することができ、外膜６４と開孔犠牲膜６６とを別々の手段によって除去しなければならない場合に比べて、除去工程の簡素化を図ることができる。

尚、本発明のイオン源１０及びその製造方法は、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。

容器２０の微小開孔２２の開孔縁形状は限定されない。例えば、本実施形態では、微小開孔２２の形状は円形であるが、四角であってもよく（図５（ｃ）参照）、多角形であってもよい。また、電界電離電極２３の先端部は、微小開孔２２の中心と異なる位置であってもよい。前記のように円形以外の開孔形状や微小開孔２２の中心から径方向にずれた位置に電界電離電極２３の先端部が位置しても、犠牲膜６０（又は／及び開孔犠牲膜６６）の厚さを電界電離電極２３の周方向において変化させることにより、前記同様、容易且つ確実に位置決めすることができる。

即ち、犠牲膜６０等のビーム軸Ｋと直交する方向の断面における外周縁（輪郭）形状が前記開孔縁形状に沿った形状（四角や多角形等）となるように当該犠牲膜６０等を形成することにより、前記同様に、犠牲膜６０等の表面を周方向全周に亘って微小開孔周縁部２１ｒ（又は開孔犠牲膜６６）に当接させることにより、四角等の前記開孔縁形状の微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置決めを行うことができる。また、犠牲膜６０等の前記断面における外周縁が円形に形成されても、電界電離電極２３がこの円に対して偏心した位置となるように犠牲膜６０が形成されることで、前記同様に当該犠牲膜６０表面を周方向全周に亘って微小開孔周縁部２１ｒに当接させることで、微小開孔２２の径方向において偏心した位置となるように電界電離電極２３の位置決めができる。さらに、厚さが一定の犠牲膜６０であっても、図５（ｂ）に示されるように、当該犠牲膜６０表面が微小開孔周縁部２１ｒと全周に亘って接するのではなく、一部が当接するように電界電離電極２３を偏心させることにより、微小開孔２２に対して径方向に偏心した位置に電界電離電極２３の位置決めを容易に行うことができる。

また、図７（ａ）に示されるように、イオン源１０を製造するときに、微小開孔周縁部２１ｒに開孔犠牲膜が形成されていない容器２０内に、犠牲膜６０が形成された電界電離電極２３を挿入して位置決めを行うようにしてもよい。また、図７（ｂ）に示されるように、微小開孔周縁部２１ｒに開孔犠牲膜６６が形成された容器２０内に、保護膜６２のみが形成された電界電離電極２３を挿入して位置決めを行うようにしてもよい。これらのようにしても、電界電離電極２３と微小開孔周縁部２１ｒとの間隔が犠牲膜６０の厚さ、又は保護膜６２の厚さと開孔犠牲膜６６の厚さとを合わせた厚さに相当する間隔に形成される。従って、外膜６４又は開孔犠牲膜６６の厚さを調整することにより、微小開孔周縁部２１ｒに対する電界電離電極２３の位置決めを行うことができる。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）の何れの場合も、二酸化ケイ素で形成されているのは保護膜６２のみであるため、フッ素プラズマにより外膜６４又は開孔犠牲膜６６を除去したあと、保護膜６２をフッ酸により溶解して除去することにより、保護膜６２と外膜６４又は開孔犠牲膜６６とを全て二酸化ケイ素で形成してこれら両膜をフッ酸により溶解して除去する場合に比べ、容器２０のフッ酸との接触時間が短くなり、容器２０の微小開孔２２の形状が良好に保たれる。しかも、シリコンとタングステンとが接触すると化学反応をおこすが、何れの場合も、位置決めのときにタングステン製の電界電離電極２３とシリコンで形成された外膜６４又は開孔犠牲膜６６との間に二酸化ケイ素で形成された保護膜６２が位置するため、タングステンとシリコンとの接触が阻止される。また、何れの場合も保護膜６２が二酸化ケイ素によって形成されることにより、位置決めでの電界電離電極２３の微小開孔周縁部２１ｒとの当接により受ける抗力に起因する電界電離電極２３の損傷が抑制される。即ち、位置決めの際に電界電離電極２３の保護膜６２により前記力が電界電離電極２３に伝わり難くなる。

また、本実施形態においては、外膜６４は、シリコンにより形成されているが、これに限定されない。即ち、保護膜６２（ケイ素酸化物）をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極２３から除去するときよりも微小開孔周縁部２１ｒへの影響の少ない除去手段により除去できる物質であればよく、例えば、アルミ、フォトレジスト、ＣＶＤ等により形成した高分子膜等で形成されてもよい。尚、外膜６４が前記物質で形成された場合、アルミは希塩酸で除去し、フォトレジストは有機溶剤で除去し、高分子膜は酸素プラズマ若しくは剥離液などの有機溶剤で除去する。

また、本実施形態においては、容器２０の前方側は、平板状の容器先端部２１によって構成されているが、図８に示されるイオン源１００のように、前方側に向かって縮径したテーパ形状の先端部２１Ｎで構成されていてもよい。このように形成されても、前記実施形態のように電界電離電極２３に形成された犠牲膜６０の表面を容器２０の微小開孔周縁部２１ｒ_３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。この場合も、犠牲膜等の膜厚を変更することで、前記実施形態同様、微小開孔周縁部２１ｒ_３に対する電界電離電極２３のビーム軸Ｋ方向に沿った前後位置を調整、又は、微小開孔周縁部２１ｒ_３と電界電離電極２３との間隙幅（原料ガス流路幅）を調整することができる。

また、本実施形態においては、電界電離電極２３は、容器２０（後方壁２０ｂ）に直接固定されているが、これに限定される必要はなく、図９に示されるように、絶縁物で形成された支持体８０を介して容器２０に固定されてもよい。

１０ イオン源
２０ 容器
２１ｒ 微小開孔周縁部
２２ 微小開孔
２３ 電界電離電極
６０ 犠牲膜（犠牲層）
６２ 保護膜（保護層）
６４ 外膜（外層）
１００ イオン源
Ｋ ビーム軸

Claims (11)

1. 微小開孔を有し、内部にイオン原料ガスが供給されるセラミクス製の容器と、イオンビームのビーム軸方向に延びると共に先端が尖り、この先端を前記微小開孔に向け且つ前記容器の微小開孔周縁部と近接するように前記容器内に固定されるタングステン製の電界電離電極と、を備えるイオン源の製造方法であって、
   前記電界電離電極として、その表面のうちこの電界電離電極が前記容器内に固定されるときにこの容器の微小開孔周縁部と対向する電極側対向部位を含む表面に形成される所定の厚さの犠牲層を有するものを用意する予備工程と、
   この予備工程で用意した電界電離電極の先端を前記微小開孔に向けた状態で当該電界電離電極をその軸方向先端側に移動させ、前記容器の微小開孔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て前記容器の微小開孔周縁部に対する前記電界電離電極の位置決めを行う位置決め工程と、
   前記位置決め工程で位置決めした容器内の位置に前記電界電離電極を固定する固定工程と、
   前記固定工程において固定された状態で前記電界電離電極から前記犠牲層を除去する除去工程と、を備え、
   前記予備工程で用意される電界電離電極の犠牲層は、前記電界電離電極の表面と接する保護層とこの保護層に積層される外層とにより構成され、前記保護層はケイ素酸化物により形成され、前記外層は、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない電極部除去手段により除去できる物質により形成され、
   前記除去工程では、前記電界電離電極から前記電極部除去手段により前記外層を除去したあと、前記フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により前記保護層を溶解して除去することを特徴とするイオン源の製造方法。
2. 請求項１に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で用意される電界電離電極の犠牲層では、前記保護層の厚さよりも前記外層の厚さが大きいことを特徴とするイオン源の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程は前記電界電離電極に犠牲層を形成する犠牲層形成工程を含み、
   この犠牲層形成工程は、前記電界電離電極の前記電極側対向部位と前記微小開孔周縁部との間隙の目標寸法よりも小さい所定の厚さを有する保護層を形成する保護層形成工程と、
   この保護層形成工程で形成された保護層の表面に当該保護層の厚さと合わせた厚さが前記目標寸法に相当する厚さとなるような厚さを有する外層を形成する外層形成工程とを含み、
   前記位置決め工程では、これら保護層形成工程及び外層形成工程により形成された犠牲層を有する電界電離電極を用いて前記位置決めを行うことを特徴とするイオン源の製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で用意された電界電離電極の犠牲層は、前記位置決め工程での前記電界電離電極の位置決めのときに前記容器の微小開孔周縁部と当該犠牲層の表面における前記電界電離電極の周方向に並ぶ複数の位置で当接するように形成されていることを特徴とするイオン源の製造方法。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で用意された電界電離電極の前記保護層及び前記外層は、薄膜により構成されることを特徴とするイオン源の製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で用意された電界電離電極には、当該電界電離電極の先端も覆うように少なくとも前記保護層が形成されることを特徴とするイオン源の製造方法。
7. 請求項６に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で、前記容器として、その微小開孔と対向する位置に前記微小開孔よりも大きな挿入孔を設けたものを用意し、この予備工程で用意された電界電離電極は、前記容器内に固定されたときに当該容器内に位置する部位の基部側端部近傍から先端までの全範囲に亘って少なくとも保護層が形成され、
   前記位置決め工程において、前記電界電離電極を前記挿入孔から容器内に挿入した後、前記位置決めを行うことを特徴とするイオン源の製造方法。
8. 請求項１又は２に記載のイオン源の製造方法において、
   前記予備工程で、前記容器として、その微小開孔周縁部の表面のうち前記電界電離電極が当該容器内に固定されるときにこの電界電離電極の電極側対向部位と対向する開孔側対向部位を含み且つ前記犠牲層と対向する部位に、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない開孔部除去手段により除去できる物質により形成される開孔犠牲層が形成されたものを用意し、
   前記除去工程では、前記外層が前記電極部除去手段により除去されると共に前記開孔犠牲層が前記開孔部除去手段により除去されたあと、前記保護層がフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解されて除去されることを特徴とするイオン源の製造方法。
9. 請求項８に記載のイオン源の製造方法において、
   前記外層と前記開孔犠牲層とは、同一の物質により構成され、前記除去工程では、前記外層と前記開孔犠牲層とが共通の除去手段により除去されることを特徴とするイオン源の製造方法。
10. 微小開孔を有し、内部にイオン原料ガスが供給されるセラミクス製の容器と、イオンビームのビーム軸方向に延びると共に先端が尖り、この先端を前記微小開孔に向け且つ前記先端を前記容器の微小開孔周縁部と近接するように前記容器内に固定されるタングステン製の電界電離電極と、を備えるイオン源の製造方法であって、
    前記電界電離電極としてその表面のうちこの電界電離電極が前記容器内に固定されるときにこの容器の微小開孔周縁部と対向する電極側対向部位を含む表面に所定の厚さを有する保護層が形成された電界電離電極を用意すると共に、前記容器としてその微小開孔周縁部の表面のうち前記電界電離電極が当該容器内に固定されるときにこの電界電離電極の電極側対向部位と対向する開孔側対向部位を含み且つ前記保護層と対向する部位に所定の厚さを有する開孔犠牲層が形成された容器を用意する予備工程と、
    この予備工程で用意した前記電界電離電極の先端を前記微小開孔に向けた状態で前記電界電離電極をその軸方向先端側に移動させ、前記予備工程で用意した容器の微小開孔周縁部に形成された開孔犠牲層の表面の少なくとも一部に前記保護層の表面を当接させて前記容器の微小開孔周縁部に対する前記電界電離電極の位置決めを行う位置決め工程と、
    前記位置決め工程で位置決めした前記容器内の位置に前記電界電離電極を固定する固定工程と、
    前記固定工程において固定された状態で前記開孔犠牲層と前記保護層とを除去する除去工程と、を備え、
    前記予備工程で用意される電界電離電極の保護層は、ケイ素酸化物により形成され、前記開孔犠牲層は、前記保護層をフッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により溶解して電界電離電極から除去するときよりも前記微小開孔周縁部が溶けることによる前記微小開孔の変形の少ない開孔部除去手段により除去できる物質により形成され、
    前記除去工程では、前記微小開孔周縁部から前記開孔部除去手段により開孔犠牲層が除去されたあと、前記電界電離電極から前記フッ酸及び／又はフッ化アンモニウム水溶液により保護層を溶解して除去することを特徴とするイオン源の製造方法。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法によって製造されたイオン源。

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