特許 7549803 電子源およびイオン源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】電子源およびイオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/06 20060101AFI20240905BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01J37/06 Z

H01J37/08

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021019225

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022122125

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-11-13

(73)【特許権者】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】内田 裕也

(72)【発明者】

【氏名】甲斐 裕章

【審査官】植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－２８１２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０７５１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０２４６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０６

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードを備える電子源であって、
前記カソードの外部に配置された熱源と、
前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を前記電子放出面から離間した状態で覆うカバー部を有するカバー部材と、を備え、
前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記熱源に加熱される被加熱面を有し、
前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記カバー部に覆われない第二の領域と、を有し、
前記カソードは、
前記第二の領域が、前記第一の領域に対して、前記カソードから前記プラズマ生成容器に向かう方向に沿った、前記被加熱面から前記電子放出面までの厚さ寸法が小さい領域を有する、または、前記第二の領域が、前記第一の領域に対して、前記方向に沿った、前記熱源から前記被加熱面までの距離が短い領域を有し、
前記第二の領域における前記電子放出面が、前記第一の領域における前記電子放出面よりも高温となって前記熱電子を放出し得る、電子源。

【請求項2】

前記第二の領域は、電子放出面の外縁から中心に向かうにつれて、前記電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を次第に小さくするように形成される請求項１に記載の電子源。

【請求項3】

前記カバー部は、板状に形成されるとともに、前記カバー部材の外方で前記カバー部と最も近接する位置に配置された部材に沿うよう位置付けられており、前記部材はアノード電極である請求項１または２に記載の電子源。

【請求項4】

内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器に取り付けられ、前記プラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードと、を備えるイオン源であって、
前記カソードの外部に配置された熱源と、
前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を前記電子放出面から離間した状態で覆うカバー部を有するカバー部材と、を備え、
前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記熱源に加熱される被加熱面を有し、
前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記カバー部に覆われない第二の領域と、を有し、
前記カソードは、
前記第二の領域が、前記第一の領域に対して、前記カソードから前記プラズマ生成容器に向かう方向に沿った、前記被加熱面から前記電子放出面までの厚さ寸法が小さい領域を有する、または、前記第二の領域が、前記第一の領域に対して、前記方向に沿った、前記熱源から前記被加熱面までの距離が短い領域を有することによって、
前記第二の領域における前記電子放出面が、前記第一の領域における前記電子放出面よりも高温となって前記熱電子を放出し得る、イオン源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子源およびイオン源に関し、特に内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器に電子を供給する電子源、および当該電子源を備えるイオン源に関する。

【背景技術】

【0002】

内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器とプラズマ生成容器に電子を供給する電子源を備えたイオン源として、特許文献１に示されたイオン源が知られている。特許文献１のイオン源は、半導体製造工程等で使用されるイオン注入装置においてイオンビームを生成するために使用されるものであり、熱電子を放出するカソードとカソードを外部から加熱するフィラメントを備えている。つまり、特許文献１のイオン源は、カソードから放出された熱電子をプラズマ生成容器に供給することで、プラズマ生成容器に導入された原料ガスを電離させてプラズマを生成するものである。

【0003】

このイオン源においては、カソードの近傍にはカソードに対して正電位に保持されるアノード電極が配置されている。また、アノード電極はカソードから放出された熱電子が通過しうる開口を備えている。より詳細には、カソードおよびアノード電極は、プラズマ生成容器に対し、カソードから放出された熱電子がアノード電極の開口を通過してプラズマ生成容器の内部に到達し得るように位置付けられている。
尚、アノード電極を設けることなく、プラズマ生成容器をカソードに対して正電位に保持することで熱電子がプラズマ生成容器内に供給される構成としてもよい。この場合においても、カソードから放出された熱電子が、プラズマ生成容器またはプラズマ生成容器に取り付けられた部材に形成された開口を通過する構成となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１８３０４０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、熱電子を放出するカソードはタングステンやタンタルなどの金属により形成されており、加熱されたカソードからは熱電子が放出されるとともに、カソードを形成する金属も気化して周囲に放出されることになる。また、カソードを形成する金属は、プラズマ生成容器内またはアノード電極付近で生成したプラズマ中の粒子がカソードに衝突し、カソードの表面がスパッタされることによっても周囲に放出される。そして、カソードから周囲に放出された金属粒子は、アノード電極等に形成された熱電子が通過する開口付近に付着して堆積することになる。このようにして、アノード電極等のカソードと電位の異なる部材の開口付近に金属粒子が堆積していくと、当該部材の開口領域を堆積した金属が狭めていくことになる。したがって、カソードから放出された電子がプラズマ生成容器内に十分に到達しにくくなることから、プラズマの生成効率が経時的に低下していく。そこで、プラズマ生成容器内に電子を十分に供給するため、カソードに印加する電圧値を大きくするなどの操作を行うとカソードからの金属の気化が更に促進され、その結果、当該部材の開口付近に金属粒子が堆積する速度が速まることになる。さらには、当該部材の開口付近において、堆積した金属によって当該部材とカソードとが近接することで、当該部材とカソードとの間で短絡するおそれもある。

【0006】

このように、従来のイオン源においては、カソードから気化した金属またはカソードからスパッタされた金属がアノード電極等の部材に形成された開口付近に堆積することによって、プラズマの生成効率が経時的に低下し、最終的には当該部材とカソード間の短絡を引き起こすおそれがあった。すなわち、従来のイオン源においては、カソードから気化した金属によるプラズマ生成効率の経時的な低下、および、カソードとカソードの近傍に配置された部材間の短絡によって、カソードからプラズマ生成容器へ長期間にわたって安定して熱電子を供給することができなかった。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するものであり、カソードからプラズマ生成容器に長期間にわたって安定して熱電子を供給できる電子源およびイオン源を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明における電子源は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードを備える電子源であって、前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。

【0009】

この構成によれば、本発明の電子源は、電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材を備えていることから、カソードからカソードを形成する金属が放出された場合には、当該金属の少なくとも一部はカバー部に堆積する。つまり、カバー部によって当該金属がカバー部材の外部に放出されることが抑制される。さらに、カバー部はプラズマ生成容器内のプラズマ中の粒子が電子放出面に到達することを防ぐことから、カソードがプラズマによりスパッタされることで発生する金属粒子も低減される。本発明の電子源においてはさらに、カバー部はカソードと同電位とされていることから、カバー部に当該金属が堆積していく場合であっても、カバー部とカソードとの間で短絡することはない、したがって、本発明の電子源によれば、当該金属が電子源の周囲に堆積することが抑制され、その結果、カソードから放出された金属が電子源の周囲に配置された部材に堆積することによって従来発生していた当該部材とカソード間の短絡が抑制される。
また、カソードは、カバー部に覆われる第一の領域と、第一の領域に対して電子放出面が高温となって熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。したがって、カバー部に覆われない第二の領域は、第一の領域よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することから、第一の領域がカバー部に覆われることによってプラズマ生成容器に供給される熱電子が少なくなることを抑制できる。
すなわち、本発明の電子源は、プラズマ生成容器におけるプラズマの生成効率を低下させることなく、長期間にわたって安定して熱電子を供給できることになる。

【0010】

また、本発明の電子源においては、前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記カソードの外部に配置された熱源により加熱される被加熱面を有し、前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を小さくすることで形成される構成としてもよい。

【0011】

この構成によれば、相対的により多くの熱電子を放出する第二の領域を、第一の領域に対して、カソードの電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を小さくすることで形成できる。

【0012】

また、本発明の電子源においては、前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記カソードの外部に配置された熱源により加熱される被加熱面を有し、前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記熱源から前記被加熱面までの距離を大きくすることで形成されている構成としてもよい。

【0013】

この構成によれば、相対的により多くの熱電子を放出する第二の領域を、第一の領域に対して、熱源から被加熱面までの距離を大きくすることで形成できる。

【0014】

また、本発明の電子源においては、前記カバー部は、板状に形成されるとともに、前記カバー部材の外方で前記カバー部と最も近接する位置に配置された部材に沿うよう位置付けられている構成としてもよい。

【0015】

この構成によれば、カバー部が板状に形成され、カバー部と最も近接する位置に配置された部材に沿うよう位置付けられていることから、カバー部材の内方の空間をより大きく確保することができる。したがって、カバー部材の内方により大きなカソードを配置することができ、ひとつのカソードをより長時間にわたって使用できるようになる。

【0016】

また、本発明におけるイオン源においては、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器に取り付けられ、前記プラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードと、を備えるイオン源であって、前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。

【0017】

この構成によれば、本発明のイオン源は、電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材を備えていることから、カソードからカソードを形成する金属が放出された場合には、当該金属の少なくとも一部はカバー部に堆積する。つまり、カバー部によって当該金属がカバー部材の外部に放出されることが抑制される。さらに、カバー部はプラズマ生成容器内のプラズマ中の粒子が電子放出面に到達することを防ぐことから、カソードがプラズマによりスパッタされることで発生する金属粒子も低減される。本発明のイオン源においてはさらに、カバー部はカソードと同電位とされていることから、カバー部に当該金属が堆積していく場合であっても、カバー部とカソードとの間で短絡することはない、したがって、本発明の電子源によれば、当該金属が電子源の周囲に堆積することが抑制され、その結果、カソードから放出された金属が電子源の周囲に配置された部材に堆積することによって従来発生していた当該部材とカソード間の短絡が抑制される。
また、カソードは、カバー部に覆われる第一の領域と、第一の領域に対して電子放出面が高温となって熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。したがって、カバー部に覆われない第二の領域は、第一の領域よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することから、第一の領域がカバー部に覆われることによってプラズマ生成容器に供給される熱電子が少なくなることを抑制できる。
すなわち、本発明のイオン源は、プラズマ生成容器におけるプラズマの生成効率を低下させることなく、長期間にわたって安定して熱電子を供給できることになる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の電子源およびイオン源によれば、カソードからプラズマ生成容器に長期間にわたって安定して熱電子を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態における電子源およびイオン源を示す縦断面図。

【図2】本発明の第一変形例を示すイオン源の縦断面図。

【図3】本発明の第二変形例を示す電子源の縦断面図。

【図4】本発明の第三変形例を示す電子源の縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の電子源およびイオン源は、半導体製造工程等で使用されるイオンビーム照射装置に使用されるものである。まず、本発明の一実施形態における電子源１０および電子源１０を備えるイオン源１００について説明する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態におけるイオン源１００は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器１０１と、プラズマ生成容器１０１の内部に電子を供給する電子源１０を備えている。プラズマ生成容器１０１は、全体が略直方体形状をなしており、互いに対向する第一の側壁１０１ａおよび第二の側壁１０１ｂを備えている。第一の側壁１０１ａにはプラズマ生成容器１０１の内部で生成されたプラズマからイオンビームを取り出すための開口であるビーム引出口１０２が形成されており、ビーム引出口１０２の外側には不図示の引出電極等から構成される電極群が配置されている。また、第二の側壁１０１ｂには、プラズマ生成容器１０１の内部で生成されるプラズマの原料となる原料ガスが導入されるガス導入口１０３が形成されている。すなわち、イオン源１００は、ガス導入口１０３を通じて外部から導入された原料ガスを、電子源１０から供給される電子により電離させることでプラズマを生成し、不図示の電極群の作用によって、当該プラズマ中の正イオンをイオンビームとしてビーム引出口１０２から取り出す構成である。

【0022】

プラズマ生成容器１０１は対向する第一の底壁１０１ｃおよび第二の底壁１０１ｄを備えており、第一の底壁１０１ｃには後述する電子源１０の備えるカソード２０から放出される熱電子が通過する開口部１０６ａを備える開口部材１０６が配置されている。また、プラズマ生成容器１０１の外部には、プラズマ生成容器１０１内において、第一の底壁１０１ｃ側から第二の底壁１０１ｄ側に向かう磁場を生成する不図示の磁石が配置されており、カソード２０から放出された熱電子はこの磁場に捕捉されてプラズマ生成容器１０１内を移動する

【0023】

プラズマ生成容器１０１の内部には、第二の底壁１０１ｄ側に反射電極１０４が配置されており、反射電極１０４は第二の底壁１０１ｄに形成された開口を貫通するように位置付けられた支持部材１０５によって支持されている。また、プラズマ生成容器１０１に対して開口部材１０６の外方にはアノード電極５０および電子源１０が互いに離間した状態で配置されている。より詳細には、アノード電極５０は、電子源１０の備えるカバー部材３０の一部を収容する開口部５０ｂを有しており、電子源１０は、カバー部材３０が開口部５０ｂから所定間隔離間するように配置されている。尚、本実施形態における開口部材１０６は、特許文献１における接地電極に相当するものと考えてもよいが、これに限定されるものではない。また、反射電極１０４を設けずに、第二の底壁１０１ｄ側にも電子源１０を配置し、第一の底壁１０１ｃ側および第二の底壁１０１ｄ側の両側からプラズマ生成容器１０１内に電子が供給される構成としてもよい。

【0024】

図１に示すように、本実施形態における電子源１０は、プラズマ生成容器１０１の内部に向けて熱電子を放出する電子放出面２１ａを有するカソード２０を備える。また、電子源１０は、電子放出面２１ａの外縁の少なくとも一部を電子放出面２１ａから離間した状態で覆うカバー部３２と、カソード２０からわずかに離間した状態でカソード２０の周囲を囲う側面部３１とを有するカバー部材３０をさらに備えている。また、本実施形態におけるカバー部材３０は、カソード２０の周囲を全域に亘って取り囲むカソードシールであり、カーボンまたは金属により形成され、イオン源１００の運転中はカソード２０と同電位とされている。尚、本実施形態においては、電子放出面２１ａの外形は円形であり、カバー部材３０の側面部３１は円筒形状を成しているが、これらの形状は限定されるものではない。

【0025】

カソード２０は、熱電子を放出し得る本体部２１と、本体部２１のプラズマ生成容器１０１に対向する側に形成された電子放出面２１ａと、本体部２１の電子放出面２１ａに対する裏面側に形成され、熱源であるフィラメント４０により加熱される被加熱面２１ｂを有している。また、カソード２０は被加熱面２１ｂの外縁から立設するように形成された円筒状の側部２２を有しており、フィラメント４０は、側部２２と被加熱面２１ｂにより画成された空間に配置されている。

【0026】

カソード２０は、さらに、カバー部材３０のカバー部３２に覆われる第一の領域Ａ１と、カバー部３２に覆われておらず、第一の領域Ａ１に対して電子放出面２１ａが高温となって熱電子を放出し得る第二の領域Ｂ１を有する。第二の領域Ｂ１は、第一の領域Ａ１に対して、電子放出面２１ａの外縁から中心に向かうにつれて、本体部２１の電子放出面２１ａから被加熱面２１ｂまでの厚さ寸法Ｔを次第に小さくするように形成されており、具体的には、電子放出面２１ａはカソード２０の略円錐形状を成す凹部として形成されている。この形状により、電子放出面２１ａのうち、第二の領域Ｂ１に含まれる領域は、第一の領域Ａ１に含まれる領域よりも被加熱面２１ｂからの距離が短くなって高温になりやすく、熱電子を相対的により多く放出できることになる。

【0027】

カソード２０は、フィラメント４０により加熱されることでプラズマ生成容器１０１の内部に向けて電子放出面２１ａから熱電子を放出するものである。電子源１０およびイオン源１００の運転中、カソード２０は高温となり、カソード２０からは、カソード２０を形成するタングステン等の金属が気化することによって周囲に放出される。また、プラズマ生成容器１０１内またはアノード電極５０付近で生成したプラズマに含まれる粒子によってカソード２０がスパッタされることによってもカソード２０を形成する金属粒子が周囲に放出される。これに対し、本実施形態における電子源１０およびイオン源１００においては、放出された金属の少なくとも一部はカバー部材３２の内側に堆積することから、カバー部３２によって当該金属が周囲に拡散することが抑制される。

【0028】

仮に、電子源１０がカバー部材３０を備えていない場合、または、カバー部材３０がカバー部３２を備えていない場合には、カソード２０から放出された金属は、カソード２０に最も近接する位置に配置されている部材であるアノード電極５０の開口部５０ｂに堆積することになる。したがって、開口部５０ｂの開口領域が堆積した当該金属により狭められていき、カソード２０から放出された熱電子がプラズマ生成容器１０１内に十分に到達しにくくなることから、プラズマ生成容器１０１内におけるプラズマの生成効率が経時的に低下していく。さらには、アノード電極５０にはカソード２０と異なる電位が与えられていることから、アノード電極５０の開口部５０ｂに当該金属が堆積していくことでアノード電極５０とカソード２０との距離が経時的に短くなり、最終的には短絡することになる。

【0029】

これに対し、本実施形態の電子源１０およびイオン源１００においては、カソード２０から放出される金属の少なくとも一部はカバー部材３１のうち主にカバー部３２の内側に付着して堆積することになる。したがって、アノード電極５０に当該金属が堆積することが抑制されることから、プラズマ生成容器１０１内におけるプラズマの生成効率が低下することが抑制され、さらにアノード電極５０とカソード２０との間で短絡が発生することも抑制される。その結果、本実施形態おける電子源１０およびイオン源１００においては、プラズマ生成容器１０１内に長期間にわたって安定して電子を供給することができるようになる。尚、カバー部材３０は、カソード２０と同電位とされているため、カバー部材３０に当該金属が堆積してカソード２０と接触した場合であっても短絡することはない。

【0030】

また、カソード２０から放出された金属はプラズマ生成容器１０１の内部における金属汚染の原因となるが、本実施形態の電子源１０およびイオン源１００においては、カバー部３２がプラズマ生成容器１０１に到達し得る当該金属の少なくとも一部を付着させ、プラズマ生成容器１０１内に到達することを妨げるため、プラズマ生成容器１０１の内部における金属汚染を低減させることもできる。

【0031】

また、仮に、電子放出面２１ａ全体が平坦な形状である場合には、電子放出面２１ａから放出される熱電子の一部がカバー部３２に遮られてプラズマ生成容器１０１の内部に到達することができなくなり、その結果、プラズマ生成容器１０１に供給される電子の数が低減し、プラズマの生成効率が低下することになる。これに対し、本実施形態の電子源１０およびイオン源１００においては、カバー部３２に覆われない第二の領域Ｂ１が第一の領域Ａ１よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することになることから、全体として第一の領域Ａ１がカバー部３２に覆われることによってプラズマ生成容器１０１に供給される熱電子が少なくなるという事態を回避できる。換言すれば、本実施形態におけるカソード２０は、電子放出面２１ａの第一の領域Ａ１がカバー部３２に覆われることでプラズマ生成容器１０１内に電子を供給できる量が減少する一方で、第一の領域Ａ１と比較してより高温となることで相対的により多くの電子を放出し得る第二の領域Ｂ１を有するよう構成されたものである。すなわち、カソード２０は、電子放出面２１ａの一部がカバー部３２によって覆われるが、全体としてプラズマ生成容器１０１内に供給される電子が低減されることがないよう構成されたものである。

【0032】

したがって、本実施形態の電子源１０およびイオン源１００は、プラズマ生成容器１０１におけるプラズマの生成効率を低下させることなく熱電子を長期間にわたって安定して供給でき、カソード２０から放出された金属による短絡を抑制できるとともに、プラズマ生成容器１０１におけるプラズマの生成効率を低下させることなく熱電子を供給できる。さらに、プラズマ生成容器１０１の当該金属による金属汚染を低減することもできる。

【0033】

次に、本実施形態の第一変形例である電子源１１および電子源１１を備えるイオン源１０１について説明する。電子源１０およびイオン源１００と同一の構成については、前述の実施形態と同一の符号を図２に付与し、説明は省略する。
図２に示すように、電子源１１は、カソード２０１と前述の実施形態と同一のカバー部材３０を備えており、カソード２０１は熱電子を放出する電子放出面２１１ａとフィラメント４０に加熱される被加熱面２１１ｂを有する本体部２１１を有する。また、電子源１１は、被加熱面２１１ｂの外側においてカソード２０１を保持しる円筒状の保持部材２３１を備えている。すなわち、図１に示すように、電子源１０においては、カソード２０の側部２２と本体部２１が一体に形成されているのに対し、本変形例のように、カソード２０１と、カソード２０１とは別部材の保持部材２３１を使用し、被加熱面２１１ｂと保持部材２３１によって画成される空間にフィラメント４０を配置する構成としてもよい。

【0034】

また、電子源１１においては、カソード２０１の電子放出面２１１ａは半球面状に形成されている。この場合においても、カソード２０１は本体部２１１における電子放出面２１１ａから被加熱面２１１ｂまでの厚さ寸法Ｔを次第に小さくするように形成されており、前述の実施形態と同一の作用効果を奏することは明らかである。すなわち、本発明のおける電子放出面の形状は特定の形状に限定されるものではい。例えば、本発明の電子放出面は半球面状等の凹部を複数有する形状としてもよい。また、カバー部は、電子放出面の外縁のみを覆う形状に限定されるものではない。

【0035】

また、イオン源１０１においては、前述の実施形態におけるアノード電極５０を備えてはいない。すなわち、本第一変形例においては、電子源１１は、カバー部材３０が開口部材１６と所定間隔離間するように配置され、カソード２０１から放出された熱電子は開口部材１０６の開口部１０６ａを通過してプラズマ生成容器１０１内に供給される。本第一変形例においても、カソード２０１からはカソード２０１を形成する金属が放出され得るが、放出された当該金属の少なくとも一部はカバー部３２の内側に堆積し、プラズマ生成容器１０１内に到達する当該金属の量が低減される。

【0036】

次に、本実施形態の第二変形例である電子源１２について説明する。
電子源１２は、図１に示すイオン源１００における電子源１０と置き換え可能に構成されており、電子源１０との主な違いは後述するようにカバー部材３０２の形状である。図３に示すように、電子源１２は、カソード２０２およびカバー部材３０２を備えている。また、図１および図３に示すように、アノード電極５０は、プラズマ生成容器１０１に近づくにつれて開口幅を狭めるように傾斜する傾斜部５０ａを有している。図３に示すように、電子源１２においては、カバー部材３０２のカバー部３２２は、板状に形成されるとともに、カバー部材３０２の外方でカバー部３２２と最も近接する位置に配置された部材であるアノード電極５０の傾斜部５０ａに沿うよう位置付けられている。尚、本変形例においては、カバー部３２２は傾斜部５０ａに平行になるように形成されているが、アノード電極５０の傾斜部５０ａに沿うことは平行であることに限定されるものではい。

【0037】

図３においては、電子源１０におけるカソード２０の電子放出面２１ａが二点鎖線により示されている。カバー部３２２がカバー部３２２と最も近接する位置に配置された部材であるアノード電極５０に沿うよう位置付けられていることで、カバー部材３０２の内方の空間をカソード２０の厚さ方向についてより大きく確保することができる。しがたって、図３における電子放出面２１ａと、カソード２０２の電子放出面２１２ａの位置関係からも明らかなように、カソード２０と比較してより大きなカソード２０２を、具体的には、プラズマ生成容器１０１に向かう方向のカソード２０の厚さ寸法がより大きなカソード２０２を使用することができるようになる。その結果、ひとつのカソード２０２をより長時間にわたって使用できるようになる。

【0038】

次に、本実施形態の第三変形例である電子源１３について説明する。
図４に示すように、電子源１３は、一対のカソード２０３、２０３を備えている。各カソード２０３は後述する被加熱面２１３ｂの外縁から立設するように形成され、被加熱面２１３ｂとともにフィラメント４３を収容する空間を画成する円筒状の保持部２３３を有している。また、電子源１３は、カソード２０３、２０３の外縁の一部を覆うカバー部３２３を有するとともに、カソード２０３と同電位とされたカバー部材３０３を備えている。

【0039】

各カソード２０３は、熱電子を放出する電子放出面２１３ａと、電子放出面２１３ａに対する裏面側に形成され、カソード２０３の外部に配置された熱源であるフィラメント４３により加熱される被加熱面２１３ｂをそれぞれ備えている。本変形例では各被加熱面２１３ｂに対向するようにそれぞれ配置された二つのフィラメント４３、４３が配置されている。

【0040】

電子源１３においても、カバー部３２３に覆われる第一の領域Ａ２と、第一の領域Ａ２に対して電子放出面３１３ａが高温となって熱電子を放出し得る第二の領域Ｂ２を有するよう形成されている。本変形例においては、第二の領域Ｂ２は、第一の領域Ａ２に対して、フィラメント４３から被加熱面３０２までの距離Ｄを短くすることで形成されている。
このように、相対的により多くの熱電子を放出する第二の領域Ｂ２を、第一の領域Ａ２に対して、熱源であるフィラメント４３から被加熱面３０２までの距離を短くすることで形成することもできる。

【0041】

また、本発明は前記実施形態および前記変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0042】

１０ 電子源
１００ イオン源
１０１ プラズマ生成容器
２０ カソード
３０ カバー部材
３２ カバー部
４０ フィラメント
Ａ１ 第一の領域
Ｂ１ 第二の領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】