JP2004144538A

JP2004144538A - Micro ion beam generating apparatus

Info

Publication number: JP2004144538A
Application number: JP2002307996A
Authority: JP
Inventors: Masae Yugawa; 湯川　雅枝; Hitoshi Imazeki; 今関　等; Hiroshi Yamaguchi; 山口　寛; Yukio Sato; 佐藤　幸夫; Yoshiaki Agawa; 阿川　義昭; Koichi Yamaguchi; 山口　広一; Yasuhiro Hara; 原　泰博; Seiji Seki; 関　整爾
Original assignee: National Institute of Radiological Sciences; Ulvac Inc
Current assignee: National Institute of Radiological Sciences; Ulvac Inc
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP4046275B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro ion beam generating apparatus with a light trestle, in which a sample can be irradiated with an ion beam having sufficient intensity. <P>SOLUTION: The micro ion beam generating apparatus includes an objective slit (6') which is used as a virtual light source in order to generate the ion beam and arranged on the line of the ion beam being deflected upward in the vertical direction by a deflector (5), a lens member (16) which is employed as a focusing / imaging means using the virtual light source as an image point and arranged on the downstream side of the objective slit, and a slit member (9') for limiting the divergent angle of the beam emitted from the objective slit and a steerer member (7, 8) for changing the direction of the beam, which are arranged between the objective slit and the lens member. Furthermore, the deflector is set so that the size of a beam image focused on a scanning beam line in the horizontal direction is approximately equal to that of a beam image focused on the objective slit, and a vibration isolator (22) is disposed between a tower (2) and the trestle (3) on which factor components are arranged on a straight line. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロイオンビーム形成装置に関する。このマイクロイオンビーム形成装置は、例えば、生体細胞等の生体試料にアルファ（^４Ｈｅ^＋）、プロトン（Ｈ^＋）等の高エネルギイオンを照射し、放射損傷の度合いを観察したり、あるいはこの高エネルギイオンを生体細胞等の生体試料に照射し、照射された被照射体から発生する特性Ｘ線を測定するＰＩＸＥ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｘ−ｒａｙ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：粒子誘起Ｘ線放出）分析手法や、ＲＢＳ（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｕｉｎｇ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ラザフォード後方散乱分析）精密ゴニオメータシステム等の分野で用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の生体細胞へのマイクロイオンビーム照射装置の構成を図１（ａ）に示す。本図にはイオンビームを加速する加速器は示されていないが、加速器は、イオンビームを加速できるものであれば、その種類は問わない。加速器としては、例えば、静電加速器、高周波型加速器等を挙げることができる。この静電加速器の場合、シングルエンド型、あるいはタンデムタイプ型であってもよく、その種類は問わない。イオンビームのエネルギは、ＰＩＸＥやＲＢＳ等の分析システム、生体試料等の放射線損傷の研究を対象とする場合、通常、Ｈ^＋：０．５ＭｅＶ〜３．４ＭｅＶ、Ｈｅ^＋：１ＭｅＶ〜５．１ＭｅＶ程度のエネルギ範囲を想定して研究されている。
【０００３】
このマイクロイオンビーム形成装置において、構成としての光学上の制約は、マイクロイオンビーム形成装置の上流側に凸型レンズを設置し、この凸型レンズによって後述する対物スリット上に結像されるように構成されることが要求される。このような条件さえ満足すれば、マイクロイオンビーム形成装置に供給されるイオンビームの仕様は問われない。もちろん、詳細にはイオンビーム工学上のエミッタンスあるいは発散角、電流値等の条件を設定することも必要であるが、これらのイオンビーム工学上のパラメータや数値は、当業者が適宜選択することができる。
【０００４】
図１（ａ）において、１は建て屋の床であり、通常はコンクリート等で施工されている。２はマイクロイオンビーム形成用のやぐらであり（以下、「やぐら」と呼称）、これもコンクリートで施工されている。このやぐら２の基礎部は建て屋床１から切り離されて施工され、建て屋床１からの振動を隔離している。
【０００５】
３はマイクロイオンビームライン用の架台（以下、「架台」と呼称）であり、後述するマイクロイオンビームを形成する要素機器が搭載されている。この架台３は、やぐら２にしっかりと固定されている。４は対物スリットであり、図中には記載されていないが、本マイクロイオンビーム形成装置の上流側に設置されているレンズにより、この対物スリット４上に仮想上の光源が結像されるように構成されている。５は偏向電磁石であり、やぐら２上に固定されている。６及び９はコリメータスリットであり、偏向電磁石５により偏向されたイオンビームをこの２つのスリットを通過させることにより、発散角と形状を規定するとともにエネルギ分散して広がった裾をカットしている。
【０００６】
７及び８はＸ−Ｙステアラであり、対向した平面状の金属プレートが水平、垂直方向に一組づつ配置されており、イオンビームの方向を変えるように機能する。１０はコリメータであり、約φ１００μｍ×１００ｍｍの円筒状をしている。コリメータ１０の下流側には、大気と真空とを隔離するポリイミドフィルム（以下、フィルムと呼称）１１が取り付けられている。１２は生体試料（以下、「試料」と呼称）であり、詳細には図示していないが、シャーレの中に収納されて設置されている。１３は、光学顕微鏡であり、試料１２を観察するためのものである。対物スリット４は、ベローズ配管１４を介して上流側の加速器のビームラインと接続されている。このベローズ配管１４は、上流側のビームラインによる振動を隔離するために設けられている。２０は足場であり、建て屋床１上に設置されている。２１は観察者であり、足場２０上に立脚して光学顕微鏡１３により観察作業を行う。
【０００７】
上記マイクロイオンビーム形成装置の動作について、図１（ｂ）に示す光学系を参照して説明する。
上流側の加速器から供給されるイオンビームは、対物スリット４上に結像される。このイオンビームを偏向する偏向電磁石５は、凸状の厚肉の集束レンズで構成されており、その焦点（Ｆ）上に対物スリット４が設置されている。そのため、この偏向電磁石５は、イオンビームを偏向するだけではなく、偏向されたイオンビームを偏向電磁石５のレンズ効果により平行イオンビームとして形成する。次いで、この平行イオンビームをコリメータスリット６及び９を通過させて、徐々にその形状をカットして細くし、さらに発散角も制限する。このようにして形成された細い平行イオンビームを、さらにコリメータ１０を通過させて、約φ１００μｍの平行イオンビームを形成する。その後、形成された平行イオンビームをフィルム１１を透過させて真空中から大気中に取り出し、試料１２に照射し、光学顕微鏡１３により試料を観察し、評価する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のマイクロイオンビーム形成装置では、マイクロイオンビームを形成する際に最大の問題となるイオンビームライン形成部への振動を除去するために、建て屋床１から架台３を隔離しなければならず、また、架台３の振動を極力小さくするために、コンクリートで大きな構造物を装備しなければならなかった。
【０００９】
この従来装置を用いたマイクロイオンビーム形成方法によれば、コリメータスリツトを介して、コリメータでイオンビーム径を規定しながら細いイオンビームを形成するために、上流側の対物スリット４上に輸送されたイオンビームの電流値が下流側で大幅に減少するので、試料１２上に十分な強度のイオンビームを照射できないという問題があった。
本発明の課題は、従来のマイクロイオンビーム形成装置のもつ上記問題点を解決することにあり、軽装な装置架台を備え、十分な強度をもつイオンビームを生体試料等に照射することができるよう構成したマイクロイオンビーム形成装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームのライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置されたことを特徴とする。
上記マイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された対物スリットの下流側に、その対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置されたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記マイクロイオンビーム形成装置において、鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上に設置された前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されたことを特徴とする。
さらに、上記マイクロイオンビーム形成装置において、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するために用いる偏向器は、その水平方向に走行するイオンビームのライン上に結像するイオンビームの像と偏向器によって対物スリット上に結像されるイオンビーム像との大きさがほぼ等倍になるように設定された静電界又は静磁界の偏向器であることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、水平方向に走行するイオンビームを鉛直上方方向に偏向するための偏向器を有するマイクロイオンビーム形成装置において、前記鉛直上方方向に偏向されたイオンビームライン上にマイクロイオンビームを形成するための仮想上の光源となる対物スリットが設置され、その対物スリットの下流側に対物スリットによって形成された仮想上の光源を像点として集束・結像するためのレンズ部材が設置され、前記対物スリットと前記レンズ部材との間に、この対物スリットを出射したイオンビームの発散角を制限するためのスリット部材及びイオンビームの方向を変えるためのステアラ部材が設置されており、前記対物スリットとステアラ部材とスリット部材とレンズ部材とからなる要素部品が硬性のビームライン架台に直線上に配置され、この架台が地表から支持されたやぐらとの間に防振部材を介して取り付けられていることを特徴とする。この偏光器は、上記した通りである。
【００１３】
本発明では、上記したように、やぐらの上部と架台の上部とをダンパ等の防振部材を介して固定することにより架台の除振を行っており、また、足場とやぐらとの間は振動が隔離されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるマイクロイオンビーム形成装置の実施の形態を図２を参照して説明する。図２において、図１の場合と同様な構成要素については、特に断らない限り同じ参照符号を用いると共に、その説明を省略する。
【００１５】
４’はイオンビーム径制限スリットであり、５は偏向電磁石である。この２つのユニットは水平ビームライン架台２３上に設置されている。偏向電磁石５と対物スリット６’以降の下流側のマイクロイオンビームラインとは、ベロー配管１５を介して接続されている。このマイクロイオンビームライン中のイオンビーム径制限スリット９’の下流側には、イオンビームを集束するレンズ機能を備えた３連四重極マグネット１６が設置されている。マイクロイオンビーム用架台３には、対物スリット６’からステアラ７、ステアラ８及びイオンビーム径制限スリット９’を経て３連四重極マグネット１６までが一直線上に配置されて、しっかりと固定されている。やぐら２の上部とマイクロイオンビーム用架台３の上部のフランジ部との間には、ダンパ２２が取り付けられ、このダンパを介して両者が固定され除振されている。すなわち、やぐら２からの振動がマイクロイオンビーム用架台３に伝達されないように構成されている。
【００１６】
次に、上記マイクロイオンビーム形成装置の動作について、図２（ｂ）に示す光学系を参照して説明する。
本発明のマイクロイオンビーム形成装置によれば、上流側の加速器より供給されるイオンビームは、マイクロイオンビームラインの上流側に取り付けられているレンズ（図示せず）により、イオンビーム径制限スリット４’上に結像する。このイオンビーム径制限スリット４’を出射したイオンビームは、偏向電磁石５に入射し、偏向される。本装置では、イオンビーム径制限スリット４’、偏向電磁石５及び対物スリット６’は、イオンビーム径制限スリット４’から偏向電磁石５までの距離ａと、偏向電磁石５から対物スリット６’までの距離ｂとがほぼ等しくなる位置になるように設置・構成されている。この距離ａ、ｂは、偏向電磁石５が持つ焦点距離のほぼ２倍であり、像点に対する物点の大きさがほぼ１倍（等倍）になっている。例えば、イオンビーム径制限スリット４’の開口を約２ｍｍ×２ｍｍに設定すると、対物スリット６’上でのイオンビーム形状も約２ｍｍ×２ｍｍとなる。
【００１７】
対物スリット６’から３連四重極マグネット１６までの距離（Ｌ１）と３連四重極マグネット１６から生体試料１２までの距離（Ｌ２）の比（Ｌ２／Ｌ１）に応じてイオンビームは縮小される。例えば、Ｌ１が約２．４ｍでＬ２が３０ｃｍとすると、イオンビームは約１／８に縮小される。かくして、対物スリット６’の開口幅を２０μｍ×２０μｍとすると、試料１２上でのイオンビームの大きさは約２．５μｍ×２．５μｍの大きさとなる。この大きさのイオンビームが試料１２上に照射される。
【００１８】
以下、イオンビームの電流値について検討する。例えば、対物スリット６’上に２ｍｍ×２ｍｍのイオンビームの大きさで２μＡの電流値が得られるとすると、２０μｍ×２０μｍの対物スリット６’の開口を通過するイオンビームの電流値は２００ｐＡとなる。本発明によれば、対物スリット６’通過後のイオンビームをカットすることなく縮小投影して、細いイオンビームを形成せしめるため、例えば、輸送効率が１００％だとすると、試料１２上には２００ｐＡの電流が到達する。つまり、試料１２上に到達するイオンビームの大きさは２．５μｍ×２．５μｍで、かつ、電流値が２００ｐＡである。
【００１９】
次に、マイクロイオンビームへの振動の影響について考察する。マイクロイオンビームライン用架台３が仮に１０μｍ横にゆれたとしても、例えば、上記したように、対物スリット６’の開口幅が２０μｍ×２０μｍであり、かつ対物スリット６’上に到達しているビームの大きさが２ｍｍ×２ｍｍであれば、１０μｍの振動幅はマイクロイオンビームの形成に影響を与えない。やぐら２の上部にダンパ２２を介してマイクロイオンビーム形成用架台３が取り付けられているので、建て屋の床１上での振動が１０μｍであっても、例えば約４ｍの高さのやぐらの上では振動幅は増幅される。例えば１０倍増幅されたとすれば、やぐら２の上部での振動幅は約１００μｍとなる。この１００μｍの振動をダンパ２２で１／１０まで減衰させれば、前記したように想定した１０μｍの振幅となり、マイクロイオンビームの形成に問題はない。市販のダンパで１００μｍの振幅を１０μｍに減衰させることは何等問題ない技術レベルである。
【００２０】
上記したように、偏向電磁石（偏光器）５の上流側に設けられたイオンビーム径制限スリット４’は、本発明では単なる物点となり、マイクロイオンビームを形成するための物点とはならない。このイオンビーム径制限スリット４’上に結像されたイオンビームを偏向電磁石５でほぼ等倍程度にして、偏光電磁石５の下流側に仮想上の光源となる対物スリット６’を新たに設け、偏光電磁石５からのイオンビームをその新たな対物スリット６’上に結像するようにしてある。さらに、生体試料１２と上記新たな対物スリット６’との間にイオンビームを集束するためのレンズ部材１６を設けてある。
【００２１】
上記したように、本発明のマイクロイオンビーム形成装置では、新たに設けた対物スリット６’上に仮想上の光源を形成し、その下流側に新たに設けたレンズ部材１６によって、所定の縮小倍率をもって上記対物スリット６’上のイオンビームの形状を縮小投影し、試料１２上に結像するように照射される。対物スリット６’から集束するためのレンズ部材１６に至る構成要素が硬性のあるビームライン架台３に一緒に設置されていることから、また、対物スリット６’上に結像された物点の大きさはその像点を形成する偏向電磁石の倍率がほぼ等倍であることから、さらにはイオンビーム径も１〜２ｍｍ程度と大きいことから、たとえ床からの振動があっても、対物スリット６’の開口幅（約１０μｍ）に比較してイオンビームの径が約１００倍〜２００倍と大きいので、振動の影響を受け難く、マイクロイオンビームの形成に支障をきたさない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のマイクロイオンビーム形成装置によれば、偏向電磁石に一つのレンズとしての機能を持たせ、水平イオンビームライン上でのイオンビーム径制限スリットの開口で限定されるイオンビーム（仮想上の光源とみなす）とほぼ等倍に結像させる位置に対物スリットを取り付けてあるので、その対物スリットによって形成されるビーム（仮想上の光源とみなす）を試料上に３連四重極レンズで縮小投影することにより、イオンビームの大きさを３μｍ程度の大きさに縮小しても、１００ｐＡの強度を得ることができる。
【００２３】
また、マイクロイオンビーム形成用架台とやぐらとの間にダンパを設けてマイクロイオンビーム形成用ラインを除振するように構成してあるので、対物スリットの振幅を小さくすることができるとともに、例えば１０μｍ程度の振幅が対物スリット上で発生しても、対物スリット上に形成されたビームスポットが２ｍｍ×２ｍｍと対物スリットの開口幅（２０μｍ×２０μｍ）に比較して大きいことから、この大きなイオンビーム径の中で振動してもマイクロイオンビーム形成に与える影響は小さい。
以上のことから、本発明のマイクロイオンビーム形成装置は、従来のマイクロイオンビーム形成装置に比べて、コスト的にも安くかつ構造も簡素で、さらにイオンビーム電流植の強度を高く保って試料上に供給する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマイクロイオンビーム形成装置の構造例を模式的に示す図であり、（ａ）はこのマイクロイオンビーム形成装置自体の断面図であり、（ｂ）はこのマイクロイオンビーム形成装置の光学系を説明するための模式図である。
【図２】本発明のマイクロイオンビーム形成装置の構造例を模式的に示す図であり、（ａ）はこのマイクロイオンビーム形成装置自体の断面図であり、（ｂ）はこのマイクロイオンビーム形成装置の光学系を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２　やぐら　　　　　　　　　　　　　３　架台
４　対物スリット　　　　　　　　　　４’　イオンビーム径制限スリット
５　偏向電磁石　　　　　　　　　　　６、９　コリメータスリット
６’　対物スリット　　　　　　　　　９’イオンビーム径制限スリット
７、８　Ｘ−Ｙステアラ　　　　　　１０　コリメータ
１２　試料　　　　　　　　　　　　　１６　３連四重極マグネット
２２　ダンパ　　　　　　　　　　　　２３　水平イオンビームライン架台
ａ　偏向電磁石５からスリット４’までの距離
ｂ　偏向電磁石５から対物スリット６’までの距離
Ｌ１　対物スリット６’から３連四重極マグネット１６までの距離
Ｌ２　３連四重極マグネット１６から試料１２までの距離[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a micro-ion beam forming device. This micro-ion beam forming apparatus irradiates a biological sample such as a living cell with high-energy ions such as alpha ( ⁴ He ⁺ ) and proton (H ⁺ ) to observe the degree of radiation damage, or to observe the degree of radiation damage. A PIXE (Particle Induced X-ray Emission: particle-induced X-ray emission) analysis method for irradiating a biological sample such as a living cell with energy ions and measuring characteristic X-rays generated from the irradiated body, or an RBS (Rutherford) analysis method Backscattering Spectroscopy (Rutherford Backscattering Analysis) can be used in the field of precision goniometer systems and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1A shows the configuration of a conventional micro-ion beam irradiation apparatus for living cells. Although an accelerator for accelerating the ion beam is not shown in the drawing, any type of accelerator can be used as long as it can accelerate the ion beam. Examples of the accelerator include an electrostatic accelerator and a high-frequency accelerator. In the case of this electrostatic accelerator, a single-end type or a tandem type may be used, and the type is not limited. The energy of the ion beam is generally about H ⁺ : 0.5 MeV to 3.4 MeV, and He ⁺ : about ¹ MeV to 5.1 MeV when studying radiation damage of an analysis system such as PIXE or RBS or a biological sample. It has been studied assuming the energy range of
[0003]
In this micro ion beam forming apparatus, the optical restriction as a configuration is that a convex lens is installed on the upstream side of the micro ion beam forming apparatus so that an image is formed on an objective slit described later by this convex lens. It is required to be composed. As long as such conditions are satisfied, the specifications of the ion beam supplied to the micro ion beam forming apparatus are not limited. Of course, in detail, it is necessary to set conditions such as emittance, divergence angle, and current value in ion beam engineering, but these parameters and numerical values in ion beam engineering can be appropriately selected by those skilled in the art. it can.
[0004]
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a floor of a building, which is usually constructed of concrete or the like. Reference numeral 2 denotes a tower for forming a micro-ion beam (hereinafter, referred to as a tower), which is also constructed of concrete. The base of the tower 2 is constructed separately from the building floor 1 to isolate vibrations from the building floor 1.
[0005]
Reference numeral 3 denotes a gantry for a micro-ion beam line (hereinafter, referred to as a “gantry”), on which element devices for forming a micro-ion beam described later are mounted. The gantry 3 is firmly fixed to the tower 2. Reference numeral 4 denotes an objective slit, which is not shown in the figure, but a virtual light source is imaged on the objective slit 4 by a lens installed on the upstream side of the present micro-ion beam forming apparatus. Is configured. Reference numeral 5 denotes a bending electromagnet, which is fixed on the tower 2. Reference numerals 6 and 9 denote collimator slits, which define the divergence angle and shape by passing the ion beam deflected by the deflection electromagnet 5 through these two slits, and cut off the spread hem by spreading the energy.
[0006]
Reference numerals 7 and 8 denote XY steerers, each of which has a pair of opposed flat metal plates arranged in a horizontal and vertical direction, and functions to change the direction of the ion beam. Reference numeral 10 denotes a collimator having a cylindrical shape of about φ100 μm × 100 mm. On the downstream side of the collimator 10, a polyimide film (hereinafter, referred to as a film) 11 for isolating the atmosphere and the vacuum is attached. Reference numeral 12 denotes a biological sample (hereinafter, referred to as a “sample”), which is not shown in detail but is housed and installed in a petri dish. Reference numeral 13 denotes an optical microscope for observing the sample 12. The objective slit 4 is connected via a bellows pipe 14 to the beam line of the accelerator on the upstream side. The bellows pipe 14 is provided to isolate vibration caused by the upstream beam line. Reference numeral 20 denotes a scaffold, which is installed on the building floor 1. An observer 21 stands on the scaffold 20 and performs an observation operation with the optical microscope 13.
[0007]
The operation of the micro ion beam forming apparatus will be described with reference to the optical system shown in FIG.
The ion beam supplied from the accelerator on the upstream side forms an image on the objective slit 4. The deflection electromagnet 5 for deflecting the ion beam is composed of a convex thick focusing lens, and the objective slit 4 is provided at the focal point (F). Therefore, the deflection electromagnet 5 not only deflects the ion beam but also forms the deflected ion beam as a parallel ion beam by the lens effect of the deflection electromagnet 5. Next, the parallel ion beam is passed through the collimator slits 6 and 9 to gradually cut and narrow the shape, and further restrict the divergence angle. The narrow parallel ion beam formed in this way is further passed through the collimator 10 to form a parallel ion beam of about φ100 μm. Thereafter, the formed parallel ion beam passes through the film 11 and is taken out of the vacuum into the atmosphere, irradiated onto the sample 12, and observed and evaluated by the optical microscope 13.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional micro ion beam forming apparatus, the gantry 3 must be isolated from the building floor 1 in order to eliminate the vibration to the ion beam line forming section, which is the biggest problem when forming a micro ion beam. In addition, in order to minimize the vibration of the gantry 3, a large structure made of concrete had to be provided.
[0009]
According to the micro-ion beam forming method using the conventional apparatus, in order to form a narrow ion beam through the collimator slit while defining the ion beam diameter by the collimator, the ion beam is transported onto the objective slit 4 on the upstream side. Since the current value of the ion beam greatly decreases on the downstream side, there is a problem that the sample 12 cannot be irradiated with an ion beam having a sufficient intensity.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional micro-ion beam forming apparatus, which is provided with a lightly mounted apparatus stand and can irradiate a biological sample or the like with an ion beam having sufficient intensity. An object of the present invention is to provide a micro-ion beam forming apparatus having the above-mentioned configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The micro ion beam forming apparatus of the present invention is a micro ion beam forming apparatus having a deflector for deflecting an ion beam traveling in a horizontal direction in a vertically upward direction. An objective slit serving as a virtual light source for forming a micro ion beam is provided.
In the above-mentioned micro ion beam forming apparatus, a virtual light source formed by the objective slit is focused and formed as an image point on the downstream side of the objective slit provided on the ion beam line deflected vertically upward. A lens member is provided.
[0011]
Further, in the micro ion beam forming apparatus, the divergence angle of the ion beam emitted from the objective slit is limited between the objective slit provided on the ion beam line deflected vertically upward and the lens member. And a steerer member for changing the direction of the ion beam.
Further, in the above-mentioned micro ion beam forming apparatus, the deflector used to deflect the ion beam traveling in the horizontal direction in the vertical upward direction includes an image of the ion beam imaged on the line of the ion beam traveling in the horizontal direction. And an ion beam image formed on the objective slit by the deflector so that the size of the ion beam image is substantially equal to that of the ion beam image.
[0012]
Furthermore, the micro ion beam forming apparatus of the present invention is a micro ion beam forming apparatus having a deflector for deflecting a horizontally traveling ion beam in a vertically upward direction, wherein the ion beam deflected in the vertically upward direction is provided. An objective slit which is a virtual light source for forming a micro ion beam is installed on the line, and a virtual light source formed by the objective slit is focused and imaged as an image point on the downstream side of the objective slit. A lens member is provided, and a slit member for limiting the divergence angle of the ion beam emitted from the objective slit and a steerer member for changing the direction of the ion beam are provided between the objective slit and the lens member. Element comprising the objective slit, the steerer member, the slit member, and the lens member Goods are arranged in a straight line on a beam line frame rigid, the frame is characterized by being mounted via a vibration isolating member between the supported tower from the ground. This polarizer is as described above.
[0013]
In the present invention, as described above, the gantry is subjected to vibration isolation by fixing the upper part of the tower and the upper part of the pedestal via a vibration isolating member such as a damper, and the vibration between the scaffold and the ladder. Are isolated.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a micro-ion beam forming apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified, and description thereof is omitted.
[0015]
Reference numeral 4 'denotes an ion beam diameter limiting slit, and reference numeral 5 denotes a bending electromagnet. These two units are installed on a horizontal beam line stand 23. The bending electromagnet 5 and the downstream micro-ion beam line after the objective slit 6 ′ are connected via a bellows pipe 15. A triple quadrupole magnet 16 having a lens function of converging the ion beam is provided downstream of the ion beam diameter limiting slit 9 'in the micro ion beam line. The micro ion beam mount 3 is arranged in a straight line from the objective slit 6 ′ to the triple quadrupole magnet 16 through the steerer 7, the steerer 8 and the ion beam diameter limiting slit 9 ′, and is firmly fixed. I have. A damper 22 is mounted between the upper part of the scaffold 2 and the flange part of the upper part of the micro ion beam gantry 3, and both are fixed and vibration-isolated via this damper. That is, it is configured such that vibrations from the scaffold 2 are not transmitted to the micro ion beam gantry 3.
[0016]
Next, the operation of the micro ion beam forming apparatus will be described with reference to the optical system shown in FIG.
According to the micro ion beam forming apparatus of the present invention, the ion beam supplied from the accelerator on the upstream side is supplied to the ion beam diameter limiting slit 4 by the lens (not shown) attached on the upstream side of the micro ion beam line. 'Image on top. The ion beam emitted from the ion beam diameter limiting slit 4 ′ enters the deflection electromagnet 5 and is deflected. In the present apparatus, the ion beam diameter limiting slit 4 ′, the deflection electromagnet 5 and the objective slit 6 ′ are a distance a from the ion beam diameter limiting slit 4 ′ to the deflection electromagnet 5 and a distance a from the deflection electromagnet 5 to the objective slit 6 ′. It is installed and configured such that b is substantially equal. The distances a and b are almost twice the focal length of the bending electromagnet 5, and the size of the object point is almost one time (1: 1) with respect to the image point. For example, if the opening of the ion beam diameter limiting slit 4 'is set to about 2 mm x 2 mm, the ion beam shape on the objective slit 6' will also be about 2 mm x 2 mm.
[0017]
The ion beam is reduced according to the ratio (L2 / L1) of the distance (L1) from the objective slit 6 'to the triple quadrupole magnet 16 and the distance (L2) from the triple quadrupole magnet 16 to the biological sample 12. Is done. For example, if L1 is about 2.4 m and L2 is 30 cm, the ion beam is reduced to about 1/8. Thus, assuming that the opening width of the objective slit 6 ′ is 20 μm × 20 μm, the size of the ion beam on the sample 12 is about 2.5 μm × 2.5 μm. The sample 12 is irradiated with an ion beam of this size.
[0018]
Hereinafter, the current value of the ion beam will be discussed. For example, assuming that a current value of 2 μA can be obtained with an ion beam size of 2 mm × 2 mm on the objective slit 6 ′, the current value of the ion beam passing through the aperture of the 20 μm × 20 μm objective slit 6 ′ is 200 pA. . According to the present invention, the ion beam after passing through the objective slit 6 ′ is reduced and projected without being cut to form a thin ion beam. For example, if the transport efficiency is 100%, a current of 200 pA flows on the sample 12. Reach. That is, the size of the ion beam reaching the sample 12 is 2.5 μm × 2.5 μm, and the current value is 200 pA.
[0019]
Next, the effect of vibration on the micro ion beam will be considered. Even if the micro ion beam line base 3 is shifted to the side by 10 μm, for example, as described above, the beam width of the objective slit 6 ′ is 20 μm × 20 μm and the beam reaching the objective slit 6 ′ Is 2 mm × 2 mm, the vibration width of 10 μm does not affect the formation of the micro ion beam. Since the micro ion beam forming gantry 3 is attached to the upper part of the tower 2 via the damper 22, even if the vibration on the floor 1 of the building is 10 μm, for example, a tower having a height of about 4 m Then, the vibration width is amplified. For example, if it is amplified 10 times, the vibration width at the upper part of the tower 2 is about 100 μm. If the vibration of 100 μm is attenuated to 1/10 by the damper 22, the amplitude of 10 μm is assumed as described above, and there is no problem in forming the micro ion beam. Attenuating the amplitude of 100 μm to 10 μm with a commercially available damper is a technical level without any problem.
[0020]
As described above, the ion beam diameter limiting slit 4 'provided on the upstream side of the bending electromagnet (polarizer) 5 is merely an object point in the present invention, and is not an object point for forming a micro ion beam. The ion beam formed on the ion beam diameter limiting slit 4 ′ is made approximately the same size by the deflection electromagnet 5, and an objective slit 6 ′ serving as a virtual light source is newly provided downstream of the polarization electromagnet 5. The ion beam from the polarizing electromagnet 5 is focused on the new objective slit 6 '. Further, a lens member 16 for focusing the ion beam is provided between the biological sample 12 and the new objective slit 6 '.
[0021]
As described above, in the micro-ion beam forming apparatus of the present invention, a virtual light source is formed on the newly provided objective slit 6 ', and a predetermined reduction magnification is provided by the newly provided lens member 16 on the downstream side. Then, the shape of the ion beam on the objective slit 6 ′ is projected in a reduced size, and is irradiated so as to form an image on the sample 12. Since the components from the objective slit 6 'to the lens member 16 for focusing are installed together with the rigid beamline mount 3, the size of the object point imaged on the objective slit 6' Since the magnification of the bending electromagnet forming the image point is almost the same and the ion beam diameter is as large as about 1 to 2 mm, even if there is vibration from the floor, the objective slit 6 ' Since the diameter of the ion beam is about 100 to 200 times larger than the opening width (about 10 μm), it is hardly affected by the vibration and does not hinder the formation of the micro ion beam.
[0022]
【The invention's effect】
According to the micro-ion beam forming apparatus of the present invention, the bending electromagnet is provided with a function as one lens, and the ion beam (virtual light source) limited by the opening of the ion beam diameter limiting slit on the horizontal ion beam line The objective slit is attached at a position where an image is formed at approximately the same magnification as that of the objective slit. Therefore, the beam formed by the objective slit (estimated as a virtual light source) is reduced and projected onto the sample by a triple quadrupole lens. By doing so, an intensity of 100 pA can be obtained even if the size of the ion beam is reduced to a size of about 3 μm.
[0023]
In addition, since a damper is provided between the micro ion beam forming base and the scaffold to vibrate the micro ion beam forming line, the amplitude of the objective slit can be reduced and, for example, 10 μm Even if a small amplitude occurs on the objective slit, the beam spot formed on the objective slit is 2 mm × 2 mm, which is larger than the aperture width of the objective slit (20 μm × 20 μm). The effect on micro-ion beam formation is small even if it vibrates in the inside.
From the above, the micro-ion beam forming apparatus of the present invention is inexpensive and simple in structure as compared with the conventional micro-ion beam forming apparatus, and furthermore, maintains the intensity of the ion beam current implantation high on the sample. It has the effect of supplying to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a structural example of a conventional micro-ion beam forming apparatus, wherein (a) is a cross-sectional view of the micro-ion beam forming apparatus itself, and (b) is a micro-ion beam forming apparatus. It is a schematic diagram for demonstrating the optical system of.
FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically showing a structural example of a micro ion beam forming apparatus of the present invention, wherein FIG. 2A is a sectional view of the micro ion beam forming apparatus itself, and FIG. It is a schematic diagram for explaining the optical system of the device.
[Explanation of symbols]
2 Tower 3 Base 4 Object slit 4 'Ion beam diameter limiting slit 5 Deflection electromagnet 6, 9 Collimator slit 6' Object slit 9 'Ion beam diameter limiting slit 7, 8 XY steerer 10 Collimator 12 Sample 16 Triple quadrupole Magnet 22 Damper 23 Horizontal ion beam line mount a Distance from deflection electromagnet 5 to slit 4 'b Distance L from deflection electromagnet 5 to objective slit 6' Distance L1 from objective slit 6 'to triple quadrupole magnet 16 Distance from the quadrupole magnet 16 to the sample 12

Claims

In a micro ion beam forming apparatus having a deflector for deflecting an ion beam traveling in a horizontal direction in a vertically upward direction, a virtual ion beam is formed on a line of the ion beam deflected in the vertically upward direction. A micro ion beam forming apparatus, wherein an objective slit serving as an upper light source is provided.

2. The method according to claim 1, wherein an imaginary light source formed by the objective slit is focused and formed as an image point on a downstream side of the objective slit provided on the ion beam line deflected vertically upward. A micro-ion beam forming apparatus, wherein a lens member is provided.

3. The divergence angle of the ion beam emitted from the objective slit between the objective slit and the lens member provided on the ion beam line deflected vertically upward according to claim 1 or 2. A micro ion beam forming apparatus, wherein a slit member and a steerer member for changing the direction of the ion beam are provided.

The deflector used to deflect the ion beam traveling in the horizontal direction vertically upward according to any one of claims 1 to 3, wherein the deflector used for image formation on the line of the ion beam traveling in the horizontal direction is used. A micro ion beam forming device, wherein the image and the ion beam image formed on the objective slit by the deflector are an electrostatic field or a magnetic field deflector set so that the size of the image is substantially equal to that of the ion beam image. apparatus.

In a micro ion beam forming apparatus having a deflector for deflecting an ion beam traveling in a horizontal direction in a vertically upward direction, a virtual ion beam is formed on an ion beam line deflected in the vertically upward direction. An objective slit serving as a light source is installed, and a lens member for focusing and forming an imaginary light source formed by the objective slit as an image point is installed downstream of the objective slit, and the objective slit and the lens are provided. A slit member for limiting the divergence angle of the ion beam emitted from the objective slit and a steerer member for changing the direction of the ion beam are provided between the objective slit, the objective slit, the steerer member, and the slit member. The component parts consisting of the lens and the lens member are linearly arranged on a rigid beam line Ion microbeam forming apparatus characterized by being mounted via a vibration isolating member between the base is supported from the ground tower.

6. The deflector according to claim 5, wherein the deflector used to deflect the horizontally traveling ion beam in a vertically upward direction is formed by an image of the ion beam formed on a line of the horizontally traveling ion beam and the deflector. A micro-ion beam forming apparatus characterized in that it is a deflector of an electrostatic field or a static magnetic field set so that the size of an ion beam image formed on an objective slit is substantially equal to that of an ion beam image.