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JP4583067B2 - Ion source - Google Patents
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JP4583067B2 - Ion source - Google Patents

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Description

本発明は,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,イオンビーム描画など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ものである。   The present invention provides a small-diameter ion beam used for, for example, a surface physical analysis device, a semiconductor manufacturing inspection device, an ion probe for a defect repair device, ion implantation, ion beam exposure, ion beam deposition, ion beam etching, ion beam drawing, etc. It relates to an ion source for use.

この種のイオン源として本出願人は先に開発し特開2001−283745号公報(特許文献1)に提案したものがある。この特許文献1に提案のイオン源について図5の概要図を用いて説明する。すなわち,提案のイオン源31では,カソード電極32の開口33よりも小さな微小開口34を備えたアノード電極としての原料ガス導入部35と前記カソード電極32との間にアノード電源36により電圧を印加することにより,前記原料ガス導入部35の微小開口34から前記カソード電極32の開口33に向かって高圧噴射された原料ガスがプラズマ化される。なお,プラズマの生成領域は,図5cに示すように,ほぼ原料ガスの噴射方向に沿った微小領域41に限定される。
なお,原料ガスをプラズマ化するためには前記カソード電極32から原料ガスに電子を放出して供給する必要がある。上記原料ガスをプラズマ化させるために高圧噴射された原料ガスに電子を放出する代表的手法として,二次電子放出と電界放出がある。
前記二次電子放出とは,電極間に所定の電圧を印加してカソード電極に電界を生じさせておき,前記カソード電極に向けて噴射された原料ガスを前記カソード電極に衝突させて該カソード電極の電子を放出させる方法である(このとき放出された電子を二次電子という)。
また,前記電界放出とは,特許文献2にも記載されているように,前記カソード電極32から強制的に電子を放出させる方法である。具体的には,電極間に強電圧(数百V〜数千V)を印加してカソード電極32の表面近傍に強電界(109V/m程度)を生じさせ,前記カソード電極の表面のポテンシャル障壁を下げることで,量子力学におけるトンネル効果により電子の電界放出を行うものである。
As this type of ion source, the present applicant has previously developed and proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-283745 (Patent Document 1). The ion source proposed in Patent Document 1 will be described with reference to the schematic diagram of FIG. In other words, in the proposed ion source 31, a voltage is applied by the anode power source 36 between the cathode electrode 32 and the source gas introduction part 35 serving as an anode electrode having a small opening 34 smaller than the opening 33 of the cathode electrode 32. As a result, the source gas injected at a high pressure from the minute opening 34 of the source gas introduction part 35 toward the opening 33 of the cathode electrode 32 is turned into plasma. As shown in FIG. 5c, the plasma generation region is limited to a minute region 41 substantially along the injection direction of the source gas.
In order to turn the source gas into plasma, it is necessary to emit electrons from the cathode electrode 32 to supply the source gas. There are secondary electron emission and field emission as typical techniques for emitting electrons to the high-pressure-injected source gas in order to turn the source gas into plasma.
The secondary electron emission means that a predetermined voltage is applied between the electrodes to generate an electric field at the cathode electrode, and the source gas injected toward the cathode electrode is caused to collide with the cathode electrode to The electrons emitted at this time are referred to as secondary electrons.
The field emission is a method of forcibly emitting electrons from the cathode electrode 32 as described in Patent Document 2. Specifically, a strong voltage (several hundreds to thousands of volts) is applied between the electrodes to generate a strong electric field (about 10 9 V / m) in the vicinity of the surface of the cathode electrode 32. By lowering the potential barrier, field emission of electrons is performed by the tunnel effect in quantum mechanics.

前記カソード電極32の原料ガス導入部35側とは逆側には,前記カソード電極32の開口33よりも大きな開口37が設けられた引き出し電極38が配置されており,この引き出し電極38と前記カソード電極32との間に引き出し電源39により電圧を印加すれば,前記微小領域にあるプラズマから前記カソード電極32の開口33を通じてイオンが引き出され,前記引き出し電極38の開口37からイオンが放出される。   An extraction electrode 38 having an opening 37 larger than the opening 33 of the cathode electrode 32 is arranged on the opposite side of the cathode electrode 32 from the source gas introduction portion 35 side. When a voltage is applied between the electrode 32 and the electrode 32 by the extraction power source 39, ions are extracted from the plasma in the minute region through the opening 33 of the cathode electrode 32, and ions are released from the opening 37 of the extraction electrode 38.

また更に,高圧噴射された原料ガスからプラズマを良好に生成するためには,前記原料ガス導入部35と前記カソード電極32との間に印加される電圧の大きさと,前記原料ガスの噴射圧力と,前記微小開口34から前記カソード電極32までの距離との関係を,パッシェンの法則に基づいて定めればよい。前記関係をパッシェンの法則に基づいて定めることによって,高圧噴射された原料ガスが存在する領域41(図5c参照)のうちでも,拡散によって圧力が低下していない,粒子の方向が比較的揃った微小な領域40に放電を生ぜしめ,その微小な領域40に良好にプラズマを生成することが可能になる。
特開2001−283745号公報 特許第3436219号公報
Furthermore, in order to satisfactorily generate plasma from the raw material gas injected at high pressure, the magnitude of the voltage applied between the raw material gas introduction part 35 and the cathode electrode 32, the injection pressure of the raw material gas, The relationship between the distance from the minute opening 34 to the cathode electrode 32 may be determined based on Paschen's law. By determining the relationship based on Paschen's law, even in the region 41 where the high-pressure injected source gas exists (see FIG. 5c), the pressure does not decrease due to diffusion, and the particle directions are relatively aligned. It is possible to generate a discharge in the minute region 40 and to generate plasma in the minute region 40 satisfactorily.
JP 2001-283745 A Japanese Patent No. 3436219

ところで,上記特許文献1に提案のイオン源において,アノード電極35の微小開口34付近のガス圧力は原料ガス導入部35の圧力と同程度であって大気圧程度である。このときパッシェンの法則によると,原料ガスがヘリウム(He)ガスである場合,このHeガスの圧力と電極間間隔(図5bに示すgap)の積が5Pa・m程度のとき放電電圧が最小となる。これを大気圧で計算すると電極間間隔は50μmとなるが,このような狭い間隔で,アノード電極35とカソード電極32の相互の軸や平行度などの位置関係を正確に固定することは困難である。したがって,多少放電電圧が上がることはやむをえないとして電極間間隔としては200μm程度となるがこれでも狭い電極間間隔であることに変わりはない。   Incidentally, in the ion source proposed in Patent Document 1 above, the gas pressure in the vicinity of the minute opening 34 of the anode electrode 35 is about the same as the pressure of the source gas introduction part 35 and about atmospheric pressure. At this time, according to Paschen's law, when the source gas is helium (He) gas, the discharge voltage is minimum when the product of the pressure of the He gas and the distance between electrodes (gap shown in FIG. 5b) is about 5 Pa · m. Become. When this is calculated at atmospheric pressure, the distance between the electrodes is 50 μm. However, it is difficult to accurately fix the positional relationship such as the mutual axis and parallelism of the anode electrode 35 and the cathode electrode 32 with such a narrow distance. is there. Therefore, it is inevitable that the discharge voltage rises to some extent, and the interelectrode distance is about 200 μm, but this is still a narrow interelectrode distance.

これまでの開発例の場合,図5bに示すように,アノード電極35の微小開口34の開口径φaは50μm,カソード電極32の開口33の開口径φbは100μmで電極間間隔(gap)は200μmである。このため,図6に示すように微小開口34から噴出するジェット状ガスは,カソード電極32の表面に阻まれて乱流となり電極間に溜まり,ジェット状ガスの流れを著しく乱すことになり,ビームの発散やイオン化効率の悪化によるイオンビーム電流の低下など,提案のイオン源の性能を低下させていた。   In the case of the development examples so far, as shown in FIG. 5b, the opening diameter φa of the minute opening 34 of the anode electrode 35 is 50 μm, the opening diameter φb of the opening 33 of the cathode electrode 32 is 100 μm, and the interelectrode gap (gap) is 200 μm. It is. For this reason, as shown in FIG. 6, the jet-like gas ejected from the micro-openings 34 is blocked by the surface of the cathode electrode 32 and becomes a turbulent flow and accumulates between the electrodes. The performance of the proposed ion source was reduced, such as a decrease in the ion beam current due to the divergence of the ion and the deterioration of the ionization efficiency.

本発明は,上記の問題点を解消するためになしたものであって,その目的は,アノード電極の微小開口から高圧噴射された原料ガスをカソード電極との間に滞留させることなく噴射方向へ流し,且つ,噴射された原料ガスのイオン化効率を向上させて良好なプラズマを生成すると共に,消費電力の低減を図ることが可能なイオン源を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to make the raw material gas injected at a high pressure from the minute opening of the anode electrode in the injection direction without staying between the cathode electrode. It is an object of the present invention to provide an ion source capable of improving the ionization efficiency of a flowing and jetted source gas to generate good plasma and reducing power consumption.

上記の目的を達成するために,本発明(請求項1)に係るイオン源は,微小開口を有するアノード電極からこのアノード電極の上記微小開口よりも大きなイオン引き出し開口を有するカソード電極の上記イオン引き出し開口に向かって高圧噴射された原料ガスを,上記アノード電極と上記カソード電極との間に印加した高電圧により放電,プラズマ化してなるイオン源において,前記カソード電極が,そのイオン引き出し開口を含む放電形成箇所をアノード電極の微小開口に近接配置されるとともに,放電形成箇所のイオン引き出し開口の外周側に複数のガス排気用開口を有するものである。 To achieve the above object, an ion source according to the present invention (claim 1), the ion of the cathode electrode having an anode electrode having fine openings, the large ion extraction aperture than the minute opening of the anode electrode the source gas pressure injected toward the extraction aperture, a discharge by a high voltage applied between the anode electrode and the cathode electrode, the ion source is formed by plasma, the cathode electrode, comprising the ion extraction aperture The discharge forming portion is disposed close to the minute opening of the anode electrode, and has a plurality of gas exhaust openings on the outer peripheral side of the ion extraction opening of the discharge forming portion.

上記構成では,アノード電極の微小開口から高圧噴射された原料ガスは,ガスの内の一部がカソード電極の放電形成個所に衝突することは避けられないが,カソード電極の放電形成個所内のイオン引き出し開口及び放電形成個所の外周の開口より流れるので,カソード電極との間にガスを滞留させることなく速やかに排気できるとともに,円滑なジェット状ガス流れが得られる。またこれにより,ビームの発散やイオン化効率の悪化が防止でき,期待するイオンビーム電流が得られる。   In the above configuration, it is inevitable that a part of the gas injected into the cathode electrode at a high pressure from the minute opening of the anode electrode collides with the discharge forming portion of the cathode electrode, but the ion in the discharge forming portion of the cathode electrode is unavoidable. Since the gas flows from the outlet opening and the outer peripheral opening of the discharge forming portion, the gas can be quickly exhausted without staying between the cathode electrode and a smooth jet-like gas flow can be obtained. This also prevents beam divergence and deterioration of ionization efficiency, and an expected ion beam current can be obtained.

そして,上記請求項1のイオン源において,カソード電極は,円形開口を有する平板状のカソード電極プレートにより形成されるとともに,その円形開口の周囲から開口中心に向けて250μm以下の太さで同じ長さを有する先端を鋭く尖らせた針状の金属ピンを複数,等間隔で有し,各金属ピンの先端が接触せず且つ前記円形開口と同心の円形状のイオン引き出し開口に形成され,上記隣接する金属ピンの間の空間が前記ガス排気用開口として構成されてなるものが使用できる(請求項2)。このような構成のカソード電極を用いても,上述の請求項1の作用効果を享受し得る。この場合,金属ピンの太さを250μm以下とするのは,これより太い場合には,等間隔に設ける金属ピンの本数にもよるが,放電形成個所の外周側の開口が小さくなり,イオン引き出し開口との比率(以下開口率と言う)が小さくなって,カソード電極との間にガスが滞留し,速やかな排気が期待できなくなるためである。また,金属ピンを等間隔に設ける理由は,金属ピンの先端で形成する円形形状の対称性を確保し,金属ピンの先端により形成される放電形成個所における電界分布を一様にするためである。電界分布の一様性が崩れると,放電,加速されるイオンの軌道が歪みその部分で変化してしまいイオンビーム軌道およびイオンビーム形状に悪影響をもたらす可能性があるからである。 In the ion source of claim 1, the cathode electrode is formed by a flat cathode electrode plate having a circular opening, and has the same length with a thickness of 250 μm or less from the periphery of the circular opening toward the center of the opening. a plurality of needle-like metal pin sharpened sharp tip with is has at equal intervals, are formed in a circular shape of the ion extraction aperture of and the circular opening concentric does not contact the tip of the metal pin, the A structure in which a space between adjacent metal pins is configured as the gas exhaust opening can be used. Even if the cathode electrode having such a configuration is used, the effect of the first aspect can be obtained. In this case, the thickness of the metal pin is set to 250 μm or less, and if it is thicker than this, the opening on the outer peripheral side of the discharge forming portion becomes small, depending on the number of metal pins provided at equal intervals, and the ion extraction This is because the ratio with respect to the opening (hereinafter referred to as the opening ratio) becomes small and gas stays between the cathode electrode and rapid exhaust cannot be expected. The reason for providing the metal pins at equal intervals is to ensure the symmetry of the circular shape formed at the tip of the metal pin and to make the electric field distribution uniform at the discharge forming site formed by the tip of the metal pin. . This is because if the uniformity of the electric field distribution is lost, the trajectory of the discharged and accelerated ions changes at that portion, which may adversely affect the ion beam trajectory and ion beam shape.

この場合,前記針状の金属ピンのうちの少なくとも一の金属ピンの先端部が曲率を有し,該先端部の曲率半径が略100nm以下であることが望ましい(請求項3)。これにより,二次電子放出,電界放出のいずれの電子供給方法であっても,前記金属ピンの先端部における電子の放出が容易となる。そのため,従来より電極間電圧を低く設定して,イオン源における電力消費量を低減することが可能となる。また,原料ガスのイオン化,プラズマ化に必要な電子を十分に供給することが可能となるため,イオン化効率が向上され,良好なプラズマが得られる。   In this case, it is desirable that the tip of at least one of the needle-like metal pins has a curvature, and the curvature radius of the tip is approximately 100 nm or less. This facilitates electron emission at the tip of the metal pin regardless of whether the electron supply method is secondary electron emission or field emission. For this reason, it is possible to reduce the power consumption in the ion source by setting the voltage between the electrodes lower than in the prior art. In addition, since it is possible to sufficiently supply the electrons necessary for ionization and plasmatization of the source gas, ionization efficiency is improved and good plasma is obtained.

また,上記請求項1のイオン源において,カソード電極は,円形開口を有する平板状のカソード電極プレートにより形成されるとともに,その円形開口の中心部にイオン引き出し開口を備える円環状電極を250ミクロン以下の太さで同じ長さを有する3〜5本の金属ピンにより固定して有するものが使用できる(請求項4)。このような構成のカソード電極を用いても,上述の請求項1の作用効果を享受し得る。この場合,円環状電極を固定するのに250ミクロン以下の太さで同じ長さを有する3〜5本の金属ピンを用いる理由は,上記の開口率を大きく得るためであるが,前記金属ピンの本数は前記円環状電極を十分な強度で固定支持し得る程度であって,金属ピンに生じる電界分布を均等分散させる本数であればよく,特に3〜5本に限られるものではない。   In the ion source according to claim 1, the cathode electrode is formed by a flat cathode electrode plate having a circular opening, and an annular electrode having an ion extraction opening at the center of the circular opening is not more than 250 microns. Can be used that is fixed by 3 to 5 metal pins having the same length and the same length (claim 4). Even if the cathode electrode having such a configuration is used, the effect of the first aspect can be obtained. In this case, the reason for using 3 to 5 metal pins having a thickness of 250 microns or less and the same length to fix the annular electrode is to obtain a large aperture ratio. The number is sufficient to fix and support the annular electrode with sufficient strength, and is not limited to 3 to 5 in particular as long as the number of the electric field distributions generated on the metal pins is evenly dispersed.

この場合,前記円環状電極の表面全域或いは前記アノード電極側の表面に微小突起が形成されてなることが好ましい(請求項5)。また,前記微小突起のうちの少なくとも一の微小突起の先端部が曲率を有し,該先端部の曲率半径が略100nm以下であることが考えられる(請求項6)。このように構成された本発明のイオン源であっても,前記微小突起の先端部からの電子の放出が容易となる。これにより,イオン源における電力消費量を低減すると共に,イオン化効率が向上され,良好なプラズマが得られる。
また,前記カソード電極或いは該カソード電極の一部が,前記アノード電極に電子を電界放出して供給する電界放出源であれば(請求項7),原料ガスのイオン化,プラズマ化に必要な電子を十分に供給することが可能となり,上記電子の供給不足によるイオン化,プラズマ化の効率低下を防止することが可能となる。
In this case, it is preferable that minute projections are formed on the entire surface of the annular electrode or on the surface on the anode electrode side. It is also conceivable that the tip of at least one of the microprotrusions has a curvature, and the radius of curvature of the tip is approximately 100 nm or less. Even with the ion source of the present invention configured as described above, it is easy to emit electrons from the tip of the microprotrusions. As a result, power consumption in the ion source is reduced, ionization efficiency is improved, and good plasma is obtained.
Further, if the cathode electrode or a part of the cathode electrode is a field emission source that supplies electrons to the anode electrode by field emission (Claim 7), the electrons necessary for ionization and plasmatization of the source gas can be obtained. It is possible to supply sufficiently, and it is possible to prevent the efficiency of ionization and plasma conversion from being reduced due to the insufficient supply of electrons.

以上説明したように,本発明に係るイオン源によれば,アノード電極の微小開口から高圧噴射された原料ガスが,カソード電極に衝突し滞留を起こすことにより起きるジェット状ガス流への影響を低減させることができる。また,簡素な構成でもってガス効率を損ねることなく微小径のイオンビームが得られ,イオン化されない中性ガスの排出効率を向上させるなど,イオン源の特徴を最大限引き出すことが可能となる。
また,カソード電極に設けられた金属ピンの先端部,或いは円環状電極に設けられた微小突起の先端部の曲率半径が略100nm以下に形成されているため,電子の放出が容易となる。この結果,従来より低い電極間電圧で電子が供給され得ることにより,イオン源における電力消費量の低減を図ることができる。
As described above, according to the ion source according to the present invention, the influence of the source gas injected from the minute opening of the anode electrode on the jet gas flow caused by the collision with the cathode electrode and the retention is reduced. Can be made. In addition, the ion source with a small diameter can be obtained with a simple configuration without impairing gas efficiency, and the characteristics of the ion source can be maximized, such as improving the discharge efficiency of neutral gas that is not ionized.
In addition, since the radius of curvature of the tip of the metal pin provided on the cathode electrode or the tip of the minute protrusion provided on the annular electrode is formed to be approximately 100 nm or less, electron emission is facilitated. As a result, electrons can be supplied at a lower inter-electrode voltage than before, so that power consumption in the ion source can be reduced.

《第1の実施の形態》
以下,添付の図面を参照して,本発明の第1の実施の形態を説明し,本発明の理解に供する。なお,以下の実施の形態は,本発明の具体的な例であって,本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. The following embodiments are specific examples of the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention.

図1は,本発明の第1の実施の形態に係るイオン源の概要図である。図に示す如く,イオン源1は,アノード電極としての原料ガス導入部2,カソード電極3,引き出し電極4,及び原料ガス導入部2とカソード電極3との間に電圧を印加するアノード電源5,カソード電極3と引き出し電極4との間に電圧を印加する引き出し電源6を備えて構成されている。そして,原料ガス導入部2には,カソード電極3のイオン引き出し開口11よりも小さな微小開口7及び原料ガスの導入口8が設けられている。原料ガス導入部2とカソード電極3との間にアノード電源5により電圧を印加することにより,原料ガス導入部2の微小開口7からカソード電極3のイオン引き出し開口11に向かって高圧噴射された原料ガスがプラズマ化される。   FIG. 1 is a schematic diagram of an ion source according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the ion source 1 includes a source gas introduction part 2, a cathode electrode 3, an extraction electrode 4, and an anode power source 5 for applying a voltage between the source gas introduction part 2 and the cathode electrode 3 as anode electrodes. An extraction power source 6 for applying a voltage between the cathode electrode 3 and the extraction electrode 4 is provided. The source gas introduction part 2 is provided with a micro-opening 7 smaller than the ion extraction opening 11 of the cathode electrode 3 and a source gas introduction port 8. By applying a voltage between the source gas introduction part 2 and the cathode electrode 3 by the anode power source 5, the source material injected at high pressure from the minute opening 7 of the source gas introduction part 2 toward the ion extraction opening 11 of the cathode electrode 3. The gas is turned into plasma.

カソード電極3は,詳細を図2に示すように,肉厚で円盤状のステンレスなどの金属でできており,その中心にガス流れを目的としたφ5mm程度の開口9を有する。この内部開口9の周辺部からは,開口9の中心に向けて細い針状で先端を鋭く尖らせた金属ピン(カソード電極)10が12本30°間隔に配置されている。各々の金属ピン10は,250μm以下の太さで同じ長さを有し,その先端がそれぞれ接触しないように前記内部開口9の周辺部に支持されており,前記金属ピン10の先端部が夫々集約して前記円形開口9と同心の円形状のイオン引き出し開口11が形成されている。これにより,円形開口9は,中心のイオン引き出し開口11とその外側の金属ピン10の間に形成された開口12に仕切られる。なお,イオン引き出し開口11と開口12の間の金属ピン10の先端部が放電発生箇所となり,電子を発生させ,その電子が微小開口7に向かって加速され,原料ガスと衝突しイオンを生成する。また,イオン引き出し開口11は,アノード電極2の微小開口7の中心軸に対して同軸上に配置されている。   As shown in detail in FIG. 2, the cathode electrode 3 is made of a thick, disc-like metal such as stainless steel, and has an opening 9 having a diameter of about 5 mm for the purpose of gas flow at the center thereof. From the peripheral portion of the internal opening 9, 12 metal pins (cathode electrodes) 10 having a thin needle shape and sharpened toward the center of the opening 9 are arranged at 30 ° intervals. Each metal pin 10 has a thickness of 250 μm or less and the same length, and is supported by the peripheral portion of the internal opening 9 so that the tip does not contact with each other, and the tip of the metal pin 10 is respectively Collectively, a circular ion extraction opening 11 concentric with the circular opening 9 is formed. As a result, the circular opening 9 is partitioned into an opening 12 formed between the central ion extraction opening 11 and the metal pin 10 on the outside. Note that the tip of the metal pin 10 between the ion extraction opening 11 and the opening 12 serves as a discharge generation location, generates electrons, the electrons are accelerated toward the minute opening 7, and collide with the source gas to generate ions. . The ion extraction opening 11 is arranged coaxially with the central axis of the minute opening 7 of the anode electrode 2.

引き出し電極4は,カソード電極3のイオン引き出し開口11よりも大きな開口13が設けられ,カソード電極3を挟んで原料ガス導入部2とは逆側に配置されている。カソード電極3との間に引き出し電源6により電圧を印加することにより,原料ガス導入部(アノード電極)2とカソード電極3との間に生成したプラズマからカソード電極3のイオン引き出し開口11を通じてイオンが引き出され,引き出し電極4の開口13からイオンが放出される。   The extraction electrode 4 is provided with an opening 13 larger than the ion extraction opening 11 of the cathode electrode 3, and is disposed on the opposite side of the source gas introduction part 2 with the cathode electrode 3 interposed therebetween. By applying a voltage to the cathode electrode 3 by the extraction power source 6, ions are generated from the plasma generated between the source gas introduction part (anode electrode) 2 and the cathode electrode 3 through the ion extraction opening 11 of the cathode electrode 3. The ions are extracted and ions are released from the opening 13 of the extraction electrode 4.

上記構成のイオン源1において,アノード電極2の微小開口7の開口径φaは50μmである。また,カソード電極3の開口9の開口径φdは5mm,イオン引き出し開口の開口径φbは200μmであり,開口率は87%である。この場合の,アノード電極2の微小開口7から高圧噴射された原料ガスの流れを図1bに矢印14で示す。アノード電極2の微小開口7の開口径φaは50μmであり,それに対しカソード電極3の開口9の開口径φdが5mmと十分に大きくなっており,微小開口7から噴出されるガスは,カソード電極3の開口率の高さからカソード電極3のイオン引き出し開口11及び開口12よりスムーズに流れ,イオン源1の性能を良好に発揮することができる。なお,ガスのうち一部については金属ピン10の先端部(放電形成箇所)に衝突することは避けられないが,開口率の高さから,アノード電極2とカソード電極3との電極間に滞留することなくすみやかに排気されるためジェット状ガスへの影響は少ない。なお,開口率は図2(b)において,開口率=(イオン引き出し開口11と開口12の開口面積)×100/(カソード電極3の開口9の面積)で求まる値である。   In the ion source 1 having the above configuration, the opening diameter φa of the minute opening 7 of the anode electrode 2 is 50 μm. The opening diameter φd of the opening 9 of the cathode electrode 3 is 5 mm, the opening diameter φb of the ion extraction opening is 200 μm, and the opening ratio is 87%. In this case, the flow of the source gas injected at high pressure from the minute opening 7 of the anode electrode 2 is indicated by an arrow 14 in FIG. The opening diameter φa of the minute opening 7 of the anode electrode 2 is 50 μm, whereas the opening diameter φd of the opening 9 of the cathode electrode 3 is sufficiently large as 5 mm, and the gas ejected from the minute opening 7 is the cathode electrode 3 flows smoothly from the ion extraction opening 11 and the opening 12 of the cathode electrode 3 and the performance of the ion source 1 can be exhibited well. A part of the gas inevitably collides with the tip part (discharge forming part) of the metal pin 10, but it stays between the anode electrode 2 and the cathode electrode 3 because of the high aperture ratio. Because it is exhausted promptly without any impact, there is little effect on the jet gas. In FIG. 2B, the aperture ratio is a value obtained by the aperture ratio = (open area of the ion extraction opening 11 and opening 12) × 100 / (area of the opening 9 of the cathode electrode 3).

図3には,金属ピン10を,45°間隔に配置した例を示す。このように形成したカソード電極3であっても,開口率がより大きくなるため,ガス流れはさらにスムーズになる。   FIG. 3 shows an example in which the metal pins 10 are arranged at intervals of 45 °. Even in the cathode electrode 3 formed in this manner, the gas flow becomes even smoother because the aperture ratio becomes larger.

《第2の実施の形態》
次に,図7及び図8を用いて本発明に係る第2の実施の形態のイオン源のカソード電極について説明する。上述の第1の実施の形態では,イオン源のカソード電極3に金属ピン(カソード電極)10を用いた例について説明したが,ここでは,先端部が曲率を有し,この曲率半径が100nmに形成された金属ピン10a,及び10nmに形成された金属ピン10bを用いた例について説明する。ここに,図7は金属ピン10(10a,10b)の先端部周辺の拡大図,図8はタングステンで形成された金属ピン10a,10bを用いたときの電界放出電流と電極間電圧との関係(電流−電圧特性)を示すグラフ図である。なお,本例のイオン源の構成要素は,上述の第1の実施の形態におけるイオン源1の各構成要素と同じであるためその説明を省略し,図中に同符号を付して表す。
<< Second Embodiment >>
Next, the cathode electrode of the ion source according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment described above, an example in which the metal pin (cathode electrode) 10 is used for the cathode electrode 3 of the ion source has been described. Here, the tip has a curvature, and the radius of curvature is 100 nm. An example using the formed metal pin 10a and the metal pin 10b formed to 10 nm will be described. FIG. 7 is an enlarged view around the tip of the metal pin 10 (10a, 10b), and FIG. 8 is a relationship between the field emission current and the voltage between the electrodes when the metal pins 10a, 10b formed of tungsten are used. It is a graph which shows (current-voltage characteristic). Since the constituent elements of the ion source of this example are the same as the constituent elements of the ion source 1 in the first embodiment described above, the description thereof is omitted, and the same reference numerals are given in the drawing.

まず,図7を用いて,電界放出(背景技術の説明を参照)により電子を放出させたときに,上記金属ピンと原料ガス導入部2(アノード電極)との間の空間に放出された電子の電子電流(電界放出電流)I,及び前記電極間に印加される電極間電圧Vとの関係(電流−電圧特性)について説明する。このときの電流−電圧特性は,Fowler-Nordheimの公式(以下,F−N式と称す)を用いて以下の式(1)で近似できることが知られている。

Figure 0004583067
ここに,上式(1)のβは電界集中係数,φはカソード電極の電子放出部(例えば電極表面)の物質の仕事関数である。上記電子放出部は,絶縁を保ちながら強電界を印加するために,電界集中計数βを大きくする構造(針状等の構造)を持たせる。今,図7に示すように,先端部が曲率を有するよう形成された前記金属ピン10の先端部(電子放出部)の曲率半径をr,前記先端部と原料ガス導入部2との電極間距離をdとすると,前記電界集中係数βは以下の式(2)で表すことができる。
Figure 0004583067
上式(1)及び(2)から判るように,金属ピンの先端部(電子放出部)の曲率半径rが極小であるほど電界放出電流Iが増加し,即ち,前記先端部からの電子の電界放出が容易となる。 First, referring to FIG. 7, when electrons are emitted by field emission (see the description of the background art), the electrons emitted into the space between the metal pin and the source gas introduction part 2 (anode electrode) are shown. The relationship (current-voltage characteristics) between the electron current (field emission current) I and the interelectrode voltage V applied between the electrodes will be described. It is known that the current-voltage characteristic at this time can be approximated by the following equation (1) using the Fowler-Nordheim formula (hereinafter referred to as FN equation).
Figure 0004583067
Here, β in the above equation (1) is the electric field concentration coefficient, and φ is the work function of the substance in the electron emission portion (for example, the electrode surface) of the cathode electrode. The electron emission portion has a structure (a needle-like structure) for increasing the electric field concentration count β in order to apply a strong electric field while maintaining insulation. Now, as shown in FIG. 7, the radius of curvature of the tip portion (electron emission portion) of the metal pin 10 formed so that the tip portion has a curvature is r, and the distance between the electrodes of the tip portion and the source gas introduction portion 2 is as follows. When the distance is d, the electric field concentration factor β can be expressed by the following equation (2).
Figure 0004583067
As can be seen from the above formulas (1) and (2), the field emission current I increases as the radius of curvature r of the tip (electron emission portion) of the metal pin is minimized, that is, the electron emission from the tip is increased. Field emission is facilitated.

ここで,タングステン(仕事関数φ:4.5eV)で形成された金属ピン10a,10bをカソード電極に用いたときの電界放出電流Iと電極間電圧Vとの関係(電流−電圧特性)を図8に示す。なお,実線Pは先端部の曲率半径が10nmに形成された金属ピン10aを用いた場合の電流−電圧特性,実線Qは先端部の曲率半径が100nmに形成された金属ピン10bを用いた場合の電流−電圧特性であり,それぞれ上記の式(1)及び式(2)を用いて表される。なお,電極間距離dは200μmとしている。図8の各実線P,Qから,金属ピン先端部(電子放出部)の曲率半径が大きくなる従って,一定の電界放出電流Iを得るための電極間電圧が増大する傾向にあることが容易に理解できる。
なお,上記金属ピンにタングステンを用いたのは,電子顕微鏡等で一般的に用いられている材質であるからである。もちろん,他の電子放出材料として公知のカーボン系材質(ダイヤモンドやダイヤモンドライクカーボン,カーボンナノチューブ等を含む)や,遷移金属の窒化物や炭化物等を用いてもよい。或いは,前記材質が少なくとも上記金属ピンの先端部を覆っていればよい。
Here, the relationship (current-voltage characteristics) between the field emission current I and the interelectrode voltage V when the metal pins 10a and 10b formed of tungsten (work function φ: 4.5 eV) are used for the cathode electrode is shown. It is shown in FIG. The solid line P represents current-voltage characteristics when using a metal pin 10a having a tip radius of curvature of 10 nm, and the solid line Q represents a case using a metal pin 10b having a tip radius of curvature of 100 nm. Current-voltage characteristics, which are expressed using the above formulas (1) and (2), respectively. The inter-electrode distance d is 200 μm. From each solid line P, Q in FIG. 8, the radius of curvature of the tip of the metal pin (electron emission portion) increases, so that the interelectrode voltage for obtaining a constant field emission current I tends to increase. Understandable.
The reason why tungsten is used for the metal pin is that it is a material generally used in an electron microscope or the like. Of course, other carbon materials (including diamond, diamond-like carbon, carbon nanotubes, etc.), transition metal nitrides and carbides may be used as other electron emission materials. Or the said material should just cover the front-end | tip part of the said metal pin at least.

上記金属ピン10からの放電開始および安定放電を維持するためには,約1μA(1×10-6A)の電流が必要であることが実験的,経験的に判明している(ただし,電極間距離:200μm,タングステン製金属ピンを用いた場合)。従って,金属ピン10aを用いる場合は,図8の実線Pから,電極間に印加する電極間電圧を約0.6kV以上に設定すれば,上記金属ピン10aの先端部から放電が開始され,そのとき電極間の空間を約1μAの電子電流(空間電荷電流)が流れることが読み取られる。しかし,耐高電圧のための絶縁構造とイオン源サイズの制約などの面から,アノード−カソード間電圧の最大値は4〜5kV程度である。そのため,上記金属ピンの先端部で電子を放出させ,或いは生じた放電現象を安定維持するためには,金属ピンの先端部の曲率半径を略100nm以下(実線Q参照)とすることが好ましい。 It has been experimentally and empirically found that a current of about 1 μA (1 × 10 −6 A) is required to maintain the discharge start and stable discharge from the metal pin 10 (however, the electrode Distance between: 200 μm, using tungsten metal pins). Therefore, when using the metal pin 10a, if the interelectrode voltage applied between the electrodes is set to about 0.6 kV or more from the solid line P in FIG. 8, the discharge starts from the tip of the metal pin 10a. It is sometimes read that an electron current (space charge current) of about 1 μA flows through the space between the electrodes. However, the maximum value of the anode-cathode voltage is about 4 to 5 kV in terms of the insulation structure for high voltage resistance and the restriction on the ion source size. For this reason, in order to emit electrons at the tip of the metal pin or to maintain a stable discharge phenomenon, it is preferable that the radius of curvature of the tip of the metal pin is approximately 100 nm or less (see solid line Q).

上述したように,本例では,全ての金属ピンの先端部が同一曲率を有するよう形成された金属ピン10をイオン源のカソード電極に用い,これらの金属ピン10の全てが放電開始時の電子の電界放出のために用いられる例について説明したが,例えば,上記金属ピン10のうちの少なくとも一の金属ピンを電界放出による放電用の電極として用い,他の金属ピンを二次電子放出による放電(背景技術の説明を参照)用の電極として用いる実施例であってもよい。
イオン源において,最初に原料ガスをプラズマ化する際は,電極間に高電圧を印加させてカソード電極の先端部を高電界にして電子を放出させる電界放出により放電させることが望ましく,このような方法でまず最初にプラズマを生成することが原料ガスのイオン効率の観点から良いとされている。しかし,一旦,原料ガスがプラズマ化し,生成されたプラズマからイオンが引き出されると,上記電界放出による放電は不必要に電力を消費することなり好ましくない。一方で,大気圧やガス圧,温度等の雰囲気にもよるが,一旦,原料ガスがプラズマ化し,生成されたプラズマからイオンが引き出された後は,上記原料ガスと上記金属ピン10との衝突により二次電子が放出されることにより安定した放電現象が維持される場合がある。この場合は電極間に印加される電圧を上記電界放出の際に印加する電圧より幾分か低く設定することができる。このような場合は,上記金属ピンのうちの少なくとも一つを電界放出用の電極,即ち高電圧用の電極として用い,一旦放電がなされ,プラズマが生成されると,上記電界放出用の金属ピンへの電圧供給を遮断し,その後は,上記二次電子が発生し得る程度の電圧(電界放出に要する電圧より低い電圧)を他の金属ピンに供給するよう電圧供給ラインを切り換えることが考えられる。なお,この場合,上記電界放出用の高電圧が印加されたときの電界分布を略軸対称にするために,3以上の金属ピンを電界放出用の電極として,これらの金属ピンを軸対称に配置することが望ましい。
As described above, in this example, the metal pins 10 formed so that the tips of all the metal pins have the same curvature are used as the cathode electrode of the ion source, and all of these metal pins 10 are electrons at the start of discharge. The example used for the field emission is described. For example, at least one of the metal pins 10 is used as an electrode for discharge by field emission, and the other metal pin is discharged by secondary electron emission. It may be an embodiment used as an electrode for (see the description of the background art).
In the ion source, when the source gas is first made into plasma, it is desirable to discharge by field emission that emits electrons by applying a high voltage between the electrodes and setting the tip of the cathode electrode to a high electric field. From the viewpoint of ion efficiency of the raw material gas, it is considered good to generate plasma first by the method. However, once the source gas is turned into plasma and ions are extracted from the generated plasma, the discharge by the field emission undesirably consumes power. On the other hand, depending on the atmosphere such as atmospheric pressure, gas pressure, temperature, etc., once the source gas is turned into plasma and ions are extracted from the generated plasma, the source gas collides with the metal pin 10. In some cases, a stable discharge phenomenon may be maintained by releasing secondary electrons. In this case, the voltage applied between the electrodes can be set somewhat lower than the voltage applied during the field emission. In such a case, at least one of the metal pins is used as a field emission electrode, that is, a high voltage electrode, and once the discharge is performed and plasma is generated, the field emission metal pin is used. It is conceivable that the voltage supply line is switched to supply the voltage to the other metal pins so that the secondary electrons can be generated (voltage lower than the voltage required for field emission). . In this case, in order to make the electric field distribution when the above high voltage for field emission is applied substantially axially symmetric, three or more metal pins are used as field emission electrodes, and these metal pins are made axially symmetric. It is desirable to arrange.

上述したように,本例では全ての金属ピンの先端部が同一曲率を有するよう形成されたものをイオン源のカソード電極に適用した例について説明したが,例えば,上記金属ピン10のうちの少なくとも一の金属ピンの先端部が曲率を有し,その一の先端部の曲率半径が略100nm以下に形成されたものであってもかまわない。   As described above, in this example, the example in which the tip portions of all the metal pins are formed so as to have the same curvature is applied to the cathode electrode of the ion source. The tip of one metal pin may have a curvature, and the radius of curvature of the one tip may be approximately 100 nm or less.

《第3の実施の形態》
次に,図4を用いて本発明に係る第3の実施の形態のイオン源のカソード電極15について説明する。ここに,図4はカソード電極15を説明する図であって,aは全体正面図,bはaのE部拡大図,cはbの断面図である。なお,本例のイオン源は,そのカソード電極15以外の構成要素は上述の第1の実施の形態におけるイオン源1の各構成要素と同じであるため,同符号を用いてその説明を省略し,図4中には同符号を付して表す。
この例のカソード電極15は,平板状のカソード電極プレート16に大きな円形の開口17を形成するとともに,その円形開口17と同中心に微小なイオン引き出し開口18で直径の小さい円環状カソード電極19を配置したものである。カソード電極プレート16と円環状カソード電極19とは,本例では4本の100μmの太さの金属ピン20により固定されている。円環状カソード電極19は,外径400μm,内径200μmの金属製である。この例の場合,開口率は95%となり,イオン源に構成した場合,上記図2,3に示すカソード電極3と比較してガス流れがよりスムーズになる。なお,前記金属ピン20の本数は4本に限られず,十分な開口率を得るべく3〜5本であることが好ましい。
また,上記円環状カソード電極19に代えて,図9に示す円環状カソード電極19aをカソード電極として用いることも考えられる。この円環状カソード電極19aは,上記円環状カソード電極19の上記原料ガス導入部2側の表面22(以下,アノード面22という)に針状の微小突起21を複数形成したものである。この微小突起21は,近年の半導体素子分野における微小加工技術の進展によりミクロン以下の加工が実現可能になったことにより容易に形成され得る(詳しくは上記特許文献2を参照されたい)。このように,前記微小突起21を有する円環状カソード電極19aをイオン源1のカソード電極として用いることにより,前記微小突起21の先端部からの電子の電界放出が容易となり,放電形成箇所に原料ガスのイオン化,プラズマ化に必要な電子を十分に供給することが可能となる。なお,本第2の実施の形態では,前記微小突起21が,前記アノード面22全域に雑然と配列された例について説明したが,前記円環状カソード電極19aの開口18の中心軸を中心にして所定角度毎に整然と前記微小突起21が配列されたものであってもよい。また,前記アノード面22の表面だけに限られず,その逆側の面23の表面に前記微小突起21が形成されたものであってもよい。また,前記微小突起21の先端部が曲率を有し,その先端部の曲率半径が略100nm以下であれば,電子の放出が容易となり,上述の金属ピン10と同様の効果を奏する。
<< Third Embodiment >>
Next, the cathode electrode 15 of the ion source according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 4 is a diagram for explaining the cathode electrode 15, wherein a is an overall front view, b is an enlarged view of an E portion of a, and c is a cross-sectional view of b. The ion source of this example is the same as each component of the ion source 1 in the first embodiment described above except for the cathode electrode 15, and therefore, the description thereof is omitted using the same reference numerals. In FIG. 4, the same reference numerals are given.
In the cathode electrode 15 of this example, a large circular opening 17 is formed in a flat cathode electrode plate 16 and an annular cathode electrode 19 having a small diameter is formed by a small ion extraction opening 18 at the same center as the circular opening 17. It is arranged. The cathode electrode plate 16 and the annular cathode electrode 19 are fixed by four 100 μm-thick metal pins 20 in this example. The annular cathode electrode 19 is made of a metal having an outer diameter of 400 μm and an inner diameter of 200 μm. In this example, the aperture ratio is 95%, and when configured as an ion source, the gas flow is smoother than that of the cathode electrode 3 shown in FIGS. The number of the metal pins 20 is not limited to four, and is preferably 3 to 5 in order to obtain a sufficient aperture ratio.
It is also conceivable to use an annular cathode electrode 19a shown in FIG. 9 as the cathode electrode instead of the annular cathode electrode 19. The annular cathode electrode 19a is formed by forming a plurality of needle-like microprojections 21 on the surface 22 (hereinafter referred to as the anode surface 22) of the annular cathode electrode 19 on the source gas introduction part 2 side. The microprotrusions 21 can be easily formed by making micron and smaller processing possible by the recent progress of micromachining technology in the semiconductor element field (refer to Patent Document 2 for details). Thus, by using the annular cathode electrode 19a having the minute projections 21 as the cathode electrode of the ion source 1, the field emission of electrons from the tip of the minute projections 21 is facilitated, and the source gas is formed at the discharge forming location. It is possible to sufficiently supply electrons necessary for ionization and plasma formation. In the second embodiment, the example in which the microprojections 21 are cluttered over the entire anode surface 22 has been described. However, the central axis of the opening 18 of the annular cathode electrode 19a is the center. The minute projections 21 may be arranged in an orderly manner for each predetermined angle. Further, the surface is not limited to the surface of the anode surface 22, and the minute protrusions 21 may be formed on the surface of the opposite surface 23. If the tip of the microprojection 21 has a curvature and the radius of curvature of the tip is approximately 100 nm or less, electrons can be easily emitted, and the same effect as the metal pin 10 described above can be obtained.

本発明の実施の形態に係るイオン源の概要図であって,aは全体図,bはaのA部拡大図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram of the ion source which concerns on embodiment of this invention, Comprising: a is a general view and b is the A section enlarged view of a. 本発明に係るカソード電極の説明図であって,aは全体正面図,bはaのB部拡大図,cはbの断面図,dはbのC部拡大図。It is explanatory drawing of the cathode electrode which concerns on this invention, Comprising: a is a whole front view, b is the B section enlarged view of a, c is sectional drawing of b, d is C section enlarged view of b. 本発明に係る別の形態のカソード電極の説明図であって,aは中心部の拡大正面図,bはaのD部拡大図。It is explanatory drawing of the cathode electrode of another form which concerns on this invention, Comprising: a is an enlarged front view of a center part, b is the D section enlarged view of a. 本発明に係る別の形態のカソード電極の説明図であって,aは全体正面図,bはaのE部拡大図,cはbの断面図。It is explanatory drawing of the cathode electrode of another form which concerns on this invention, Comprising: a is a whole front view, b is the E section enlarged view of a, c is sectional drawing of b. 従来のイオン源の概要図であって,aは全体図,bはaのF部拡大図,cはbのG部の拡大図。It is a schematic diagram of a conventional ion source, where a is an overall view, b is an enlarged view of the F portion of a, and c is an enlarged view of the G portion of b. 従来のイオン源におけるガス流れの説明図。Explanatory drawing of the gas flow in the conventional ion source. 金属ピン10(10a,10b)の先端部周辺の拡大図。The enlarged view around the front-end | tip part of the metal pin 10 (10a, 10b). タングステンで形成された金属ピン10a,10bを用いたときの電界放出電流と電極間電圧との関係(電流−電圧特性)を示すグラフ図。The graph which shows the relationship (current-voltage characteristic) of the field emission current when using the metal pins 10a and 10b formed with tungsten, and the voltage between electrodes. 本発明に係る別の形態のカソード電極の説明図であって,aは全体斜視図,bは側面図。It is explanatory drawing of the cathode electrode of another form which concerns on this invention, Comprising: a is a whole perspective view, b is a side view.

符号の説明Explanation of symbols

1:イオン源
2:原料ガス導入部(アノード電極)
3:カソード電極
4:引き出し電極
5:アノード電源
6:引き出し電源
7:微小開口
8:原料ガスの導入口
9:開口
10:金属ピン
10a:金属ピン(先端部曲率半径:10nm)
10a:金属ピン(先端部曲率半径:100nm)
11:イオン引き出し開口
12,13:開口
14:ガス流れの矢印
15:カソード電極
16:カソード電極プレート
17:開口
18:イオン引き出し開口
19:円環状カソード電極
19a:円環状カソード電極
20:金属ピン
1: Ion source 2: Source gas introduction part (anode electrode)
3: Cathode electrode 4: Extraction electrode 5: Anode power supply 6: Extraction power supply 7: Micro opening 8: Source gas introduction port 9: Opening 10: Metal pin 10a: Metal pin (tip radius of curvature: 10 nm)
10a: Metal pin (tip radius of curvature: 100 nm)
11: ion extraction opening 12, 13: opening 14: gas flow arrow 15: cathode electrode 16: cathode electrode plate 17: opening 18: ion extraction opening 19: annular cathode electrode 19a: annular cathode electrode 20: metal pin

Claims (7)

微小開口を有するアノード電極からこのアノード電極の上記微小開口よりも大きなイオン引き出し開口を有するカソード電極の上記イオン引き出し開口に向かって高圧噴射された原料ガスを,上記アノード電極と上記カソード電極との間に印加した高電圧により放電,プラズマ化してなるイオン源において,前記カソード電極が,そのイオン引き出し開口を含む放電形成箇所をアノード電極の微小開口に近接配置されるとともに,放電形成箇所のイオン引き出し開口の外周側に複数のガス排気用開口を有することを特徴とするイオン源。 From the anode electrode having fine openings, the source gas high-pressure injection toward the ion extraction aperture of the cathode electrode having a large ion extraction aperture than the minute opening of the anode electrode, between the anode electrode and the cathode electrode In an ion source that is discharged and turned into plasma by a high voltage applied between the cathode electrode, the discharge forming portion including the ion extraction opening is disposed close to the minute opening of the anode electrode, and the ion extraction at the discharge forming portion is performed. An ion source comprising a plurality of gas exhaust openings on an outer peripheral side of the opening. 前記カソード電極が,円形開口を有する平板状のカソード電極プレートにより形成されるとともに,その円形開口の周囲から開口中心に向けて250μm以下の太さで同じ長さを有する先端を鋭く尖らせた針状の金属ピンを複数,等間隔で有し,各金属ピンの先端が接触せず且つ前記円形開口と同心の円形状のイオン引き出し開口に形成され,上記隣接する金属ピンの間の空間が前記ガス排気用開口として構成されてなる請求項1に記載のイオン源。 The cathode electrode is formed by a flat cathode electrode plate having a circular opening, and has a sharp pointed tip having the same length with a thickness of 250 μm or less from the periphery of the circular opening toward the center of the opening. A plurality of metal pins at equal intervals, the tip of each metal pin does not contact and is formed in a circular ion extraction opening concentric with the circular opening, and the space between the adjacent metal pins is the The ion source according to claim 1, wherein the ion source is configured as a gas exhaust opening . 前記針状の金属ピンのうちの少なくとも一の金属ピンの先端部が曲率を有し,該先端部の曲率半径が略100nm以下である請求項2に記載のイオン源。   The ion source according to claim 2, wherein a tip portion of at least one of the needle-like metal pins has a curvature, and a radius of curvature of the tip portion is approximately 100 nm or less. 前記カソード電極が,円形開口を有する平板状のカソード電極プレートにより形成されるとともに,その円形開口の中心部にイオン引き出し開口を備える円環状電極を250ミクロン以下の太さで同じ長さを有する3〜5本の金属ピンにより固定して有する請求項1に記載のイオン源。   The cathode electrode is formed by a flat cathode electrode plate having a circular opening, and an annular electrode having an ion extraction opening at the center of the circular opening has a thickness of 250 microns or less and the same length. The ion source according to claim 1, wherein the ion source is fixed by ˜5 metal pins. 前記円環状電極の表面全域或いは前記アノード電極側の表面に微小突起が形成されてなる請求項4に記載のイオン源。   The ion source according to claim 4, wherein minute projections are formed on the entire surface of the annular electrode or the surface on the anode electrode side. 前記微小突起のうちの少なくとも一の微小突起の先端部が曲率を有し,該先端部の曲率半径が略100nm以下である請求項5に記載のイオン源。   The ion source according to claim 5, wherein a tip portion of at least one of the micro projections has a curvature, and a radius of curvature of the tip portion is approximately 100 nm or less. 前記カソード電極或いは該カソード電極の一部が,前記アノード電極に電子を電界放出する電界放出源である請求項1〜6のいずれかに記載のイオン源。   The ion source according to any one of claims 1 to 6, wherein the cathode electrode or a part of the cathode electrode is a field emission source for emitting electrons to the anode electrode.
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