(57)【要約】【課題】比較的高いエネルギーをもつイオンビームの使用に起因して生じうる核反応に対処する。【解決手段】イオン注入装置１００は、第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体７０を支持するよう構成されたビームラインと、第１非放射性核種と第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算するよう構成された制御装置５０と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、
前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、
前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算するよう構成された制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記第１非放射性核種は、１１Ｂまたは１０Ｂであり、前記第２非放射性核種は、１２Ｃであり、前記放射線は、中性子線であり、前記放射性核種は、２２Ｎａまたは２１Ｎａであることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記イオン源により生成された前記イオンビームを少なくとも４ＭｅＶの超高エネルギーに加速可能な加速器をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
前記イオンビームのエネルギーおよび単位時間あたりの照射量を含むイオンビーム照射条件と前記イオンビーム被照射体の被照射域での前記第２非放射性核種の原子数密度とに基づいて推定核反応率を演算する核反応率演算部と、
前記推定核反応率に基づいて前記放射線の推定線量を演算する放射線量演算部と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記推定核反応率に基づいて前記放射性核種の推定生成量を演算する放射性核種生成量演算部を備えることを特徴とする請求項４に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記放射線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または前記放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合に、警告を表示し及び／または前記イオンビーム被照射体へのイオンビーム照射を禁止するよう構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記イオンビーム被照射体は、母材と、母材に支持された被照射域とを備え、前記被照射域は、前記第２非放射性核種よりも原子番号の大きい元素を含む固体材料で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項８】
前記イオンビーム被照射体は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を有し、
前記制御装置は、前記放射線の推定線量が所定の上限線量を下回るように前記複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記イオンビーム被照射体は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を有し、
前記制御装置は、前記放射性核種の推定生成量が所定の上限値を下回るように前記複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記イオンビーム被照射体は、前記第２非放射性核種を含む第１固体材料で形成された第１被照射域と、第１固体材料に比べて低濃度で前記第２非放射性核種を含むかまたは前記第２非放射性核種を含まない第２固体材料で形成された第２被照射域とを有し、
前記制御装置は、前記イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には前記第１被照射域を選択し、前記イオンビームのエネルギーが前記第１エネルギー領域より高い第２エネルギー領域にある場合には前記第２被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
前記第２固体材料は、前記第２非放射性核種よりも原子番号の大きい元素を含むことを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
前記第２エネルギー領域は、４ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域にあることを特徴とする請求項１０または１１に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記イオンビーム被照射体は、前記ビームラインに備えられたビーム電流計測器として構成され、
前記制御装置は、前記ビーム電流計測器により計測された実測ビーム電流に基づいて前記放射線の推定線量と前記放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
前記イオンビーム被照射体は、ビーム偏向装置、アパチャープレート、ビームシャッター、ビームダンパー、ウェハ支持部、またはウェハの少なくとも一部として構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【請求項１５】
第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、
第１被照射域および第２被照射域を有するイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、
前記イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には前記第１被照射域を選択し、前記イオンビームのエネルギーが前記第１エネルギー領域より高い第２エネルギー領域にある場合には前記第２被照射域を選択するよう構成された制御装置と、を備え、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備え、
前記第１被照射域は、前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む第１固体材料で形成され、
前記第２被照射域は、前記第１固体材料に比べて低濃度で前記第２非放射性核種を含むかまたは前記第２非放射性核種を含まない第２固体材料で形成されていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項１６】
第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成することと、
前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持することと、
前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置およびイオン注入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオンビームの進行経路上に設置され、イオンビームが透過可能な部材と、その部材の表面に塗布され、イオンビームとの衝突によってイオンビームの極性が変換される極性変換物質とを備えるイオン変換機が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５６１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、半導体ウェハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウェハにイオンを注入する工程が標準的に実施されている。この工程で使用される装置は、一般にイオン注入装置と呼ばれる。ウェハ表面へのイオンの所望される注入深さに応じて、イオン注入エネルギーが決定される。浅い領域への注入には低エネルギーのイオンビームが使用され、深い領域への注入には高エネルギーのイオンビームが使用される。
【０００５】
最近では、さらに深い領域への注入のために、従来の高エネルギーイオン注入に比べてさらに高いエネルギーのイオンビームを使用するいわゆる超高エネルギーイオン注入への要求が高まっている。超高エネルギーに加速されたイオンは、イオン注入装置のビームラインに存在する部材と衝突して核反応を引き起こす可能性がある。生起する核反応によっては、中性子線やガンマ線などの放射線が発生しうる。放射性物質が生成される場合もありうる。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、比較的高いエネルギーをもつイオンビームの使用に起因して生じうる核反応に対処することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、イオン注入装置は、第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算するよう構成された制御装置と、を備える。
【０００８】
本発明のある態様によると、イオン注入装置は、第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、第１被照射域および第２被照射域を有するイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、前記イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には前記第１被照射域を選択し、前記イオンビームのエネルギーが前記第１エネルギー領域より高い第２エネルギー領域にある場合には前記第２被照射域を選択するよう構成された制御装置と、を備える。前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備える。前記第１被照射域は、前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む第１固体材料で形成されている。前記第２被照射域は、第１固体材料に比べて低濃度で前記第２非放射性核種を含むかまたは前記第２非放射性核種を含まない第２固体材料で形成されている。
【０００９】
本発明のある態様によると、イオン注入方法は、第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成することと、前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持することと、前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算することと、を備える。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、比較的高いエネルギーをもつイオンビームの使用に起因して生じうる核反応に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置を概略的に示す上面図である。
【図２】図１に示すイオン注入装置の構成要素の配置を概略的に示す図である。
【図３】Ｂ−Ｃ反応についての核反応断面積を例示する図である。
【図４】ホウ素のエネルギー減衰曲線を例示する図である。
【図５】ある実施形態に係るイオン注入装置の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ）から図６（ｃ）は、イオンビーム被照射体に設けられた複数の被照射域の切替構成を例示する概略図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｄ）は、イオンビーム被照射体に設けられた複数の被照射域の切替構成を例示する概略図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、イオンビーム被照射体の被照射域の例を示す概略図である。
【図９】ある実施形態に係るイオンビーム被照射体の被照射域の切替処理を例示するフローチャートである。
【図１０】ある実施形態に係るイオンビーム被照射体の被照射域の切替処理を例示するフローチャートである。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、イオンビーム被照射体の他の例を示す概略図である。
【図１２】ある実施形態に係るイオンビーム被照射体の被照射域の他の切替処理を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１４】
図１は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１００を概略的に示す上面図である。図２は、図１に示すイオン注入装置１００の構成要素の配置を概略的に示す図である。イオン注入装置１００は、いわゆる高エネルギーイオン注入装置に適する。高エネルギーイオン注入装置は、高周波線形加速方式のイオン加速器と高エネルギーイオン輸送用ビームラインを有するイオン注入装置である。高エネルギーイオン注入装置は、イオン源１０で発生したイオンを高エネルギーに加速し、そうして得られたイオンビームＩＢをビームラインに沿って被処理物（例えば基板またはウェハ４０）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
【００１５】
図１及び／または図２に示されるように、イオン注入装置１００は、イオンを生成して質量分離するイオンビーム生成ユニット１２と、イオンビーム生成ユニット１２から供給されるイオンを加速パラメータに従って加速する高エネルギー多段直線加速ユニット１４と、イオンビームＩＢの軌道をＵ字状に曲げるビーム偏向ユニット１６と、イオンビームＩＢをウェハ４０まで輸送するビーム輸送ラインユニット１８と、輸送されたイオンビームＩＢを均一に半導体ウェハに注入する基板処理供給ユニット２０とを備える。
【００１６】
イオンビーム生成ユニット１２は、図２に示されるように、イオン源１０と、引出電極１１と、質量分析装置２２と、を有する。イオンビーム生成ユニット１２では、イオン源１０から引出電極１１を通してビームが引き出されると同時に加速され、引出加速されたビームは質量分析装置２２により質量分析される。質量分析装置２２は、質量分析磁石２２ａと質量分析スリット２２ｂとを有する。質量分析スリット２２ｂは、質量分析装置２２の次の構成要素である高エネルギー多段直線加速ユニット１４の入り口部内に配置されている。なお、質量分析スリット２２ｂは、質量分析磁石２２ａの直後（すなわち、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直前）に配置されてもよい。
【００１７】
高エネルギー多段直線加速ユニット１４の直線加速部ハウジング内の最前部に、イオンビームの総ビーム電流を計測するための第１ビーム計測器８０ａが配置されている。第１ビーム計測器８０ａは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第１ビーム計測器８０ａは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはインジェクターファラデーカップとも呼ばれる。インジェクターファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第１ビーム計測器８０ａは、イオン源１０及び／または質量分析磁石２２ａの調整時にイオンビームＩＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第１ビーム計測器８０ａは、ビームライン下流に到達するイオンビームＩＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。
【００１８】
質量分析装置２２による質量分析の結果、注入に必要なイオン種だけが選別され、選別されたイオン種のイオンビームＩＢは、次の高エネルギー多段直線加速ユニット１４に導かれる。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、通常の高エネルギーイオン注入に使用される第１線形加速器１５ａを備える。第１線形加速器１５ａは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、第１線形加速器１５ａに加えて、第２線形加速器１５ｂを備えてもよい。第２線形加速器１５ｂは、超高エネルギーイオン注入およびその他のイオン注入のために第１線形加速器１５ａとともに使用される。第２線形加速器１５ｂは１以上の（例えば複数の）高周波共振器１４ａを備える。高エネルギー多段直線加速ユニット１４により加速されたイオンビームＩＢは、ビーム偏向ユニット１６により方向が変化させられる。
【００１９】
第１線形加速器１５ａは、複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。高周波共振器１４ａは筒状の電極を備える。収束発散レンズ６４は、例えば電場レンズ（例えば静電四極電極（Ｑレンズ））である。収束発散レンズ６４は磁場レンズ（例えば四極電磁石）であってもよい。高周波共振器１４ａの筒状電極と収束発散レンズ６４（例えばＱレンズ）とは一列に交互に配列されており、それらの中心をイオンビームＩＢが通る。第２線形加速器１５ｂも第１線形加速器１５ａと同様に複数の高周波共振器１４ａと複数の収束発散レンズ６４とを備える。
【００２０】
収束発散レンズ６４は、加速の途中や加速後にイオンビームＩＢの収束発散を制御し、イオンビームＩＢを効率的に輸送するために設けられている。収束発散レンズ６４は、高周波線形加速器の内部あるいはその前後に、必要な数が配置される。横収束レンズ６４ａと縦収束レンズ６４ｂとが交互に配列される。すなわち、横収束レンズ６４ａが高周波共振器１４ａの筒状電極の前方（または後方）に配置され、縦収束レンズ６４ｂが高周波共振器１４ａの筒状電極の後方（または前方）に配置される。また、第２線形加速器１５ｂの終端の横収束レンズ６４ａの後方には追加の縦収束レンズ６４ｂが配置されている。高エネルギー多段直線加速ユニット１４を通過するイオンビームＩＢの収束及び発散が調整され、それにより後段のビーム偏向ユニット１６に最適な二次元ビームプロファイルのイオンビームＩＢが入射する。
【００２１】
高周波線形加速器においては高周波（ＲＦ）の加速パラメータとして、個々の高周波共振器１４ａの筒状電極に印加する電圧の振幅Ｖ［ｋＶ］、周波数ｆ［Ｈｚ］が考慮される。複数段の高周波加速を行う場合には、高周波共振器１４ａ相互の位相φ［ｄｅｇ］も加速パラメータに追加される。これらの振幅Ｖ、周波数ｆ、及び位相φは、高周波（ＲＦ）のパラメータである。周波数ｆは固定値が使用されてもよい。また、収束発散レンズ６４の運転パラメータ（収束発散パラメータともいう）も考慮される。収束発散パラメータは例えばＱレンズ電圧である。
【００２２】
高エネルギー多段直線加速ユニット１４を出た高エネルギーのイオンビームＩＢは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、高エネルギーのイオンビームＩＢの走査及び平行化を経てウェハ４０に所望の注入精度で照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、中心軌道補正、及びビーム収束発散の調整を実施しておくことが望まれる。
【００２３】
ビーム偏向ユニット１６は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、中心軌道補正、エネルギー分散の制御を行う。ビーム偏向ユニット１６は、少なくとも２つの高精度偏向電磁石と少なくとも１つのエネルギー幅制限スリットとエネルギー分析スリット、及び、少なくとも１つの横収束機器とを備える。複数の偏向電磁石は、高エネルギーイオンビームのエネルギー分析とイオン注入角度の精密な補正、及び、エネルギー分散の抑制とを行うよう構成されている。
【００２４】
ビーム偏向ユニット１６は、上流から順に、エネルギー分析磁石２４、エネルギー幅制限スリット２７、横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリット２８、及びステアリング磁石３０を備える。エネルギー分析磁石２４は、高エネルギー多段直線加速ユニット１４の下流に配設されている。横収束四重極レンズ２６は、エネルギー分散を抑制する。ステアリング磁石３０は、ステアリング（軌道補正）を提供する。イオンビームＩＢは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ウェハ４０の方向へ向かう。
【００２５】
ステアリング磁石３０の下流においてビーム電流量を計測する第２ビーム計測器８０ｂが設けられている。第２ビーム計測器８０ｂは、スキャナーハウジング内の最前部、すなわちビーム整形器３２の直前部に配置されている。第２ビーム計測器８０ｂは、駆動機構によりビームライン上に上下方向から出し入れ可能に構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは例えばファラデーカップである。このファラデーカップはリゾルバーファラデーカップとも呼ばれる。リゾルバーファラデーカップは、水平方向に長い長方形の枡状形状で、開口部をビームライン上流側に向けて構成されている。第２ビーム計測器８０ｂは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４及び／またはビーム偏向ユニット１６の調整の際にイオンビームＩＢの総ビーム電流を計測するために使用される。また、第２ビーム計測器８０ｂは、ビームライン下流に到達するイオンビームＩＢを必要に応じてビームライン上で完全に遮断するために用いられてもよい。
【００２６】
エネルギー分析磁石２４は、ビーム偏向ユニット１６の複数の偏向電磁石のうち最上流側の１つである。エネルギー分析磁石２４は、エネルギーフィルター磁石（ＥＦＭ）と呼ばれることもある。ステアリング磁石３０は、ビーム偏向ユニット１６の複数の偏向電磁石のうち最下流側の１つである。
【００２７】
ビーム偏向ユニット１６の偏向電磁石を通過中のイオンには、遠心力とローレンツ力が働いており、それらが釣り合って、円弧状の軌跡が描かれる。この釣合いを式で表すとｍｖ＝ｑＢｒとなる。ｍはイオンの質量、ｖは速度、ｑはイオン価数、Ｂは偏向電磁石の磁束密度、ｒは軌跡の曲率半径である。この軌跡の曲率半径ｒが、偏向電磁石の磁極中心の曲率半径と一致したイオンのみが、偏向電磁石を通過できる。言い換えると、イオンの価数が同じ場合、一定の磁場Ｂがかかっている偏向電磁石を通過できるのは、特定の運動量ｍｖを持ったイオンのみである。エネルギー分析磁石２４は実際には、イオンの運動量を分析する装置である。同様に、ステアリング磁石３０や質量分析磁石２２ａも運動量フィルターである。
【００２８】
ビーム偏向ユニット１６は、複数の磁石を用いることで、イオンビームＩＢを１８０°偏向させることができる。これにより、ビームラインがＵ字状の高エネルギーイオン注入装置を簡易な構成で実現できる。エネルギー分析磁石２４およびステアリング磁石３０は、それぞれ偏向角度が９０度となるように構成されており、その結果、合計の偏向角度が１８０度となるように構成されている。なお、一つの磁石で行う偏向量は９０°に限られず、以下の組合せでもよい。
（１）偏向量が９０°の磁石が１つ＋偏向量が４５°の磁石が２つ
（２）偏向量が６０°の磁石が３つ
（３）偏向量が４５°の磁石が４つ
（４）偏向量が３０°の磁石が６つ
（５）偏向量が６０°の磁石が１つ＋偏向量が１２０°の磁石が１つ
（６）偏向量が３０°の磁石が１つ＋偏向量が１５０°の磁石が１つ
【００２９】
エネルギー分析磁石２４には高い磁場精度が必要であるので、精密な磁場測定を行う高精度な磁場測定器８６が取り付けられている。磁場測定器８６は、ＭＲＰ（磁気共鳴プローブ)とも呼ばれるＮＭＲ(核磁気共鳴)プローブとホールプローブとを適宜組み合わせたもので、ＭＲＰはホールプローブの較正に、ホールプローブは磁場一定のフィードバック制御にそれぞれ使用される。また、エネルギー分析磁石２４は、磁場の不均一性が０．０１％未満になるように、厳しい精度で製作されている。ステアリング磁石３０にも同様に磁場測定器８６が設けられている。なおステアリング磁石３０の磁場測定器８６には、ホールプローブのみ取り付けられていてもよい。さらに、エネルギー分析磁石２４及びステアリング磁石３０の各々には、電流設定精度と電流安定度とが１×１０−４以内の電源とその制御機器が接続されている。
【００３０】
ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６から出たイオンビームＩＢを輸送するものであり、収束発散レンズ群から構成されるビーム整形器３２と、ビーム走査器３４と、ビーム平行化器３６と、静電式の最終エネルギーフィルター３８とを有する。最終エネルギーフィルター３８は最終エネルギー分離スリットを含む。ビーム輸送ラインユニット１８の長さは、イオンビーム生成ユニット１２と高エネルギー多段直線加速ユニット１４との合計長さに合わせて設計されている。ビーム輸送ラインユニット１８は、ビーム偏向ユニット１６により高エネルギー多段直線加速ユニット１４と連結されて、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
【００３１】
ビーム輸送ラインユニット１８の下流側の終端には、基板処理供給ユニット２０が設けられている。基板処理供給ユニット２０は、注入処理においてイオンビームＩＢをウェハ４０に照射するための真空処理室２１を有する。真空処理室２１の中には、イオンビームＩＢのビーム電流、位置、注入角度、収束発散角、上下左右方向のイオン分布等を計測するビームモニター、イオンビームＩＢによるウェハ４０の帯電を防止する帯電防止装置、ウェハ４０を搬入搬出し適正な位置・角度に設置するウェハ搬送機構、イオン注入中にウェハ４０を保持するＥＳＣ（Electrostatic Chuck）、注入中ビーム電流の変動に応じた速度でウェハ４０をビームスキャン方向と直角方向に動かすウェハスキャン機構が収納されている。
【００３２】
基板処理供給ユニット２０においては、第３ビーム計測器８０ｃがイオン注入位置の後方に設けられている。第３ビーム計測器８０ｃは、例えば、イオンビームＩＢの総ビーム電流を計測する固定式の横長ファラデーカップである。この横長ファラデーカップはチューニングファラデーとも呼ばれる。第３ビーム計測器８０ｃは、ウェハ領域においてイオンビームＩＢの走査範囲全体を計測できるビーム電流計測機能を有する。第３ビーム計測器８０ｃは、ビームラインの最下流において最終セットアップビームを計測するよう構成されている。
【００３３】
基板処理供給ユニット２０においては、図１に示されるように、真空処理室２１に隣接してウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を備える。ウェハ搬送装置９０は、カセットステーション９２に格納されたウェハ等の被処理物を真空処理室２１に搬送するように構成されている。ウェハは、カセットステーション９２から大気搬送部、ロードロック室、及び中間搬送室を介して真空処理室２１に搬入される。一方、イオン注入処理がなされたウェハは、中間搬送室、ロードロック室、及び大気搬送部を介してカセットステーション９２に搬出される。
【００３４】
このようにして、イオン注入装置１００のビームライン部は、対向する２本の長直線部を有する水平のＵ字状の折り返し型ビームラインに構成されている。上流の長直線部は、イオン源１０で生成したイオンビームＩＢを加速する複数のユニットから成る。下流の長直線部は、上流の長直線部に対し方向転換されたイオンビームＩＢを調整してウェハ４０に注入する複数のユニットから成る。２本の長直線部はほぼ同じ長さに構成されている。２本の長直線部の間に、メンテナンス作業のために十分な広さの作業スペースＲ１が設けられている。
【００３５】
このようにＵ字状にユニットを配置した高エネルギーイオン注入装置は、設置面積を抑えつつ良好な作業性が確保されている。また、高エネルギーイオン注入装置においては、個々のユニットや装置をモジュール構成とすることで、ビームライン基準位置に合わせて着脱、組み付けが可能となっている。
【００３６】
また、高エネルギー多段直線加速ユニット１４と、ビーム輸送ラインユニット１８とが折り返して配置されるため、高エネルギーイオン注入装置の全長を抑えることができる。従来装置ではこれらがほぼ直線状に配置されている。また、ビーム偏向ユニット１６を構成する複数の偏向電磁石の曲率半径は、装置幅を最小にするように最適化されている。これらによって、装置の設置面積を最小化するとともに、高エネルギー多段直線加速ユニット１４とビーム輸送ラインユニット１８との間に挟まれた作業スペースＲ１において、高エネルギー多段直線加速ユニット１４やビーム輸送ラインユニット１８の各装置に対する作業が可能となる。また、メンテナンス間隔が比較的短いイオン源１０と、基板の供給／取出が必要な基板処理供給ユニット２０とが隣接して配置されるため、作業者の移動が少なくてすむ。
【００３７】
ところで、イオン注入装置１００は、超高エネルギーイオン注入を可能とするよう構成されていてもよい。ここで、超高エネルギーとは、例えば、少なくとも４ＭｅＶ、または、少なくとも５ＭｅＶのエネルギー領域をいう。超高エネルギーイオン注入によれば、従来典型的な高エネルギーイオン注入に比べてさらに高いエネルギーで所望の不純物イオンがウェハ表面に打ち込まれるので、ウェハ表面のより深い領域（例えば深さ５μｍ以上）に所望の不純物を注入することができる。超高エネルギーイオン注入の用途は、例えば、最新のイメージセンサ等の半導体デバイス製造におけるＰ型領域及び／またはＮ型領域を形成することである。
【００３８】
イオン源１０は、第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームＩＢを生成するよう構成されている。高エネルギー多段直線加速ユニット１４は、イオン源１０により生成されたイオンビームＩＢを少なくとも５ＭｅＶの超高エネルギーに加速可能である。イオン注入装置１００は、イオンビームＩＢを超高エネルギーに加速可能な他の線形加速機構を備えてもよい。ただし、イオン注入装置１００の加速器は、線形加速機構には限られない。イオン注入装置１００は、イオンビームＩＢを超高エネルギーに加速可能なその他任意の加速器、例えばタンデム加速機構を備えてもよい。本発明は、特定のイオン加速方式には限定されない。
【００３９】
また、イオン注入装置１００は、イオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインを備える。イオンビーム被照射体は、第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されている。ビームラインは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４または他の加速器の下流に接続され、加速器によって超高エネルギーに加速されたイオンビームＩＢを輸送可能である。イオンビーム被照射体は、ビームラインにおいて超高エネルギーのイオンビームＩＢが照射されうる場所に配置される。
【００４０】
ビームラインは、複数のビームライン構成要素を含む。ビームラインは、ビームライン構成要素として、エネルギー分析磁石２４、横収束四重極レンズ２６、エネルギー幅制限スリット２７、エネルギー分析スリット２８、ステアリング磁石３０、ビーム整形器３２、ビーム走査器３４、ビーム平行化器３６、最終エネルギーフィルター３８、真空処理室２１を例えば含む。また、ビームラインには、ビームライン構成要素として、第２ビーム計測器８０ｂ、第３ビーム計測器８０ｃなどのビーム電流計測器が備えられている。
【００４１】
イオンビーム被照射体は、これらのビームライン構成要素の少なくとも一部であってもよい。例えば、イオンビーム被照射体は、ビーム偏向装置、アパチャープレート、ビームシャッター、ビームダンパー、ウェハ支持部、またはウェハの少なくとも一部として構成されていてもよい。イオンビーム被照射体は、ビームラインに備えられたビーム電流計測器の少なくとも一部として構成されていてもよい。
【００４２】
イオンビーム被照射体においてイオンビームＩＢが照射される被照射域は、エネルギー分析磁石２４またはステアリング磁石３０において、ビームを偏向するビーム偏向磁場を印加する領域の内壁であってもよい。被照射域は、ビームの必要成分を切り取るためのアパチャープレートであってもよく、例えばエネルギー幅制限スリット２７またはエネルギー分析スリット２８においてアパチャーを含む領域であってもよい。被照射域は、ビームを遮蔽するためのビームシャッターまたはビームダンパーであってもよい。上述のように、ビーム電流計測器がビームシャッターまたはビームダンパーとして使用されてもよい。被照射域は、ビームを偏向するビーム偏向電場を生成するビーム偏向電極であってもよく、例えばビーム整形器３２、ビーム走査器３４、ビーム平行化器３６、または最終エネルギーフィルター３８のビーム偏向電極であってもよい。
【００４３】
被照射域は、ビームを調整するために使用されるイオン電流検出用のファラデーカップのビーム検出面であってもよく、例えば第２ビーム計測器８０ｂ、第３ビーム計測器８０ｃ、またはその他のビーム電流計測器のビーム検出面であってもよい。被照射域は、ウェハ駆動機構４２の表面に設置されウェハ４０の周辺に配置されるプレートなどのウェハ支持部４４であってもよい。被照射域は、ウェハ４０またはダミーウェハであってもよい。
【００４４】
本発明者は、超高エネルギーイオン注入において、イオンビーム被照射体に入射する第１非放射性核種のイオンと、イオンビーム被照射体に含有された第２非放射性核種との間に核反応が起こる可能性があることに気づいた。核反応の結果、中性子線やガンマ線などの放射線が発生しうる。放射性核種が生成される場合もありうる。使用されるイオン種およびイオンビーム被照射体の材料が非放射性核種であるにもかかわらず、放射線の問題が起こりうる。従来典型的なイオン注入では核反応が実用上の問題となるほど高いエネルギーは使われていない。したがって、従来のイオン注入装置においてはこうした核反応に対処する必要性は認識されていなかった。
【００４５】
例えば、第１非放射性核種がホウ素１１Ｂであり、第２非放射性核種が炭素１２Ｃである場合、イオンビームＩＢがイオンビーム被照射体に入射するとき、次の核反応が起こりうる。この核反応を以下では、Ｂ−Ｃ反応と称することがある。
１１Ｂ＋１２Ｃ  →  ２２Ｎａ＋ｎ＋ｋγ
ここで、ｎは中性子、γはガンマ線を表し、ｋは整数である。核反応の結果生じる放射線は、注入エネルギーが高いほど、またイオンビーム電流が増すほど、核反応率（すなわち単位時間あたりの核反応の回数）が増加し、顕著となりうる。Ｂ−Ｃ反応による生成物であるナトリウム２２Ｎａは放射性核種である。ナトリウム２２Ｎａは半減期２．６年で徐々にネオン２２Ｎｅに崩壊してガンマ線を発生する。イオンビームＩＢが比較的原子番号の小さい重陽子、炭素、窒素など他のイオン種を含む場合、またはイオンビーム被照射体が比較的原子番号の小さい元素を含む固体材料で形成されている場合にも、イオンビーム被照射体へのイオンビームＩＢの照射に伴って生じる核反応により放射線が発生するかもしれない。
【００４６】
図３は、Ｂ−Ｃ反応についての核反応断面積を例示する図である。図３の縦軸は１１Ｂと１２Ｃの間の核反応断面積を表し、横軸は１１Ｂの入射エネルギーを表す。核反応断面積は核反応が起こる確率にあたり、値が大きいほど核反応が起こりやすいことを表す。図３に示されるのは、理論計算の結果である。図３に示されるように、１１Ｂの入射エネルギーが５ＭｅＶ以上の超高エネルギーである場合、核反応断面積が比較的大きな値となるので、Ｂ−Ｃ反応が実用上の問題となりやすいと言える。また、１１Ｂの入射エネルギーが４ＭｅＶから５ＭｅＶの超高エネルギーである場合にも、核反応断面積がある程度大きな値となるので、Ｂ−Ｃ反応が実用上の問題となりうる。例えばビーム電流が大きければ、入射エネルギーが５ＭｅＶ以下の場合にもＢ−Ｃ反応が有意に発生するかもしれない。
【００４７】
図４は、ホウ素１１Ｂのエネルギー減衰曲線を例示する図である。図示されるのは、被照射域の材料を黒鉛とし、その表面に７．５ＭｅＶの超高エネルギーで１１Ｂイオンが入射した場合のエネルギー減衰曲線である。イオン注入装置１００に適用される第２ビーム計測器８０ｂ、第３ビーム計測器８０ｃなどのビーム電流計測器のビーム検出面は通例黒鉛で形成されている。また、アパチャープレート、ビームシャッター、ビームダンパーなどその他のイオンビーム被照射体の被照射域も、しばしば黒鉛で形成される。図４の縦軸はエネルギーを表し、横軸は表面からの距離（深さ）を表す。
【００４８】
図示されるように、１１Ｂイオンのエネルギーは深さが増すとともに小さくなっている。黒鉛に打ち込まれた１１Ｂイオンは黒鉛表面からの深さの増加に対してほぼ線形的にエネルギーが減少する。１１Ｂイオンの入射エネルギーが増加すればエネルギー減衰曲線は上方に移動し、１１Ｂイオンの入射エネルギーが減少すればエネルギー減衰曲線は下方に移動が、表面からの深さの増加に対してほぼ線形的にエネルギーが減少するという傾向は同様である。
【００４９】
この例のように入射エネルギーが７．５ＭｅＶの１１Ｂイオンの場合、深さ２．５μｍまでは５ＭｅＶ以上のエネルギーを持つ。図３を参照すると、１１Ｂイオンのエネルギーが５ＭｅＶ以上の場合、核反応断面積が比較的大きい。よって、深さ２．５μｍまでの領域に存在する炭素原子１２Ｃは、入射する１１ＢイオンとＢ−Ｃ反応を起こしやすい。黒鉛表面には明らかに炭素が大量に存在する。黒鉛の深さ２．５μｍまでの領域から有意な線量で中性子線が放出されうる。一方、深さ４μｍより深い領域では１１Ｂイオンのエネルギーは３．５ＭｅＶ以下に減衰される。よって、深さ４μｍより深い領域に炭素が存在したとしても、入射エネルギーが７．５ＭｅＶ以下の１１Ｂイオンであれば、Ｂ−Ｃ反応が起こる可能性は十分に小さく、実用上無視できる。
【００５０】
イオン注入装置の運用において、放射線の発生および放射性核種の生成は十分に抑制されることが安全上望まれる。また、仮に、ある程度の放射線の発生や放射性核種の生成があるとしたら、放射線の線量や放射性核種の生成を管理することが安全上望まれる。例えば注入エネルギーが高くかつイオンビーム電流も大きい場合など、イオンビーム照射条件によっては、比較的高い線量で放射線が発生したり、比較的多い量の放射性核種が生成することが予想される。そのような場合にはイオンビーム照射条件に対して放射線量のモニタリングと放射性核種の生成量と管理を要する。
【００５１】
こうした観点から、本発明者は、超高エネルギーイオン注入に起因してイオン注入装置１００のビームラインで生じうる核反応に対処するいくつかの対策を考案した。以下ではそうした対策をＢ−Ｃ反応を例として説明する。
【００５２】
第１の対策は、発生する放射線量及び／または放射性核種の生成量の推定を含む。推定された放射線量および放射性核種生成量は、放射線の線量管理に利用することができる。イオン注入装置１００は、被照射域に存在する炭素とそこに照射されるホウ素とのＢ−Ｃ反応によって発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算するよう構成されてもよい。放射線の推定線量及び／または放射性核種の推定生成量に基づき適切な警告が表示または出力されてもよい。必要な行動を警告により作業者に促すことができるので、イオン注入装置１００の運用における安全性を高めることができる。
【００５３】
また、放射線量（例えば、中性子線量）に対するインターロックが設定されていてもよい。イオン注入装置１００は、放射線量が設定値を超えることが予想される場合には、イオンビームＩＢの照射を禁止し、または、照射中においては照射を停止してもよい。同様に、被照射域における放射性核種の蓄積量に対するインターロックが設定されていてもよい。このようにすれば、放射線の過剰な発生は抑制され、イオン注入装置１００の運用における安全性を高めることができる。
【００５４】
第２の対策は、イオンビーム被照射体の材料の変更である。イオンビーム被照射体のうち少なくとも被照射域が、従来典型的に使用される材料に比べて原子番号（または原子量）の大きい元素を含む固体材料で形成される。このようにすれば、より原子番号の大きい元素を含む材料で被照射域が形成されるので、被照射域における核反応が起こりにくくなる。なお、より原子番号の小さい元素を含む材料であっても、核反応が起こる確率を低減するのであれば、採用可能である。
【００５５】
例えば、従来黒鉛で形成される被照射域については、その材料が黒鉛から、炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素と炭素との固体混合物または固体化合物、または、炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素を含むが炭素は含まない固体材料に変更される。言い換えれば、被照射域は、黒鉛よりも低炭素濃度の材料、または無炭素材料で形成されてもよい。このようにすれば、炭素の原子数密度または濃度が低減された被照射域が形成される。よって、被照射域にホウ素イオンビームが入射しても、Ｂ−Ｃ反応が起こりにくくなる。
【００５６】
第３の対策は、被照射域の切替を含む。ある１つのイオンビーム被照射体に複数の被照射域が切替可能に設けられてもよい。イオン注入装置１００は、複数の切替可能な被照射域から、発生する放射線の推定線量が比較的少ない被照射域を選択するよう構成されてもよい。イオン注入装置１００は、複数の切替可能な被照射域から、放射性核種の推定生成量が比較的少ない被照射域を選択するよう構成されてもよい。こうして選択された被照射域にイオンビームＩＢが入射すれば、放射線の過剰な発生及び／または放射性核種の過剰な蓄積は抑制される。
【００５７】
第４の対策として、イオンビーム被照射体は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を備え、複数の被照射域は、所定のエネルギーしきい値を超えるエネルギーに加速された高エネルギーイオンビーム専用に割り当てられた高エネルギー専用被照射域を含んでもよい。また、複数の被照射域は、所定のエネルギーしきい値以下のエネルギーに加速された低エネルギーイオンビーム専用に割り当てられた低エネルギー専用被照射域を含んでもよい。イオン注入装置１００は、複数の被照射域からイオンビームＩＢのエネルギーに応じて適切な被照射域を選択するよう構成されてもよい。
【００５８】
低エネルギー専用被照射域は、第１固体材料で形成され、高エネルギー専用被照射域は、第１固体材料と異なる第２固体材料で形成されてもよい。第１固体材料は、第２非放射性核種を含み、第２固体材料は、第１固体材料に比べて低濃度の第２非放射性核種を含むかまたは第２非放射性核種を含まない。好ましくは、第２固体材料は、第２非放射性核種よりも原子番号の大きい元素を含む。このようにすれば、高エネルギー専用被照射域が、より原子番号の大きい元素を含む材料で形成されるので、高エネルギー専用被照射域における核反応が起こりにくくなる。低エネルギー専用被照射域については、そもそも核反応は問題とならないので、任意の材料で形成されてもよい。
【００５９】
図４を参照して説明したように、高エネルギーのイオンビームＩＢは、被照射域の浅い領域では高いエネルギーを持つが、深い領域位置へと進むにつれてエネルギーが失われる。その結果、深い位置では、入射するイオンビームＩＢのエネルギーが低くなり、図３から読み取れるように核反応はあまり起こらなくなると考えられる。
【００６０】
したがって、少なくとも高エネルギー専用被照射域については、被照射域の浅い領域と深い領域とで異なる材料が用いられてもよい。イオンビーム被照射体は、母材と、母材に支持された被照射域とを備えてもよい。被照射域は、母材を被覆するコーティング層であってもよい。母材が第１固体材料で形成され、被照射域が第２固体材料で形成されてもよい。このようにしても、高エネルギー専用被照射域における核反応が起こりにくくなる。
【００６１】
これらの対策は、単独で実施されてもよいし、組み合わせて実施されてもよい。
【００６２】
図５は、ある実施形態に係るイオン注入装置１００の制御装置５０の概略的な構成を示すブロック図である。イオンビーム被照射体７０が第２ビーム計測器８０ｂである場合を例として説明する。この実施形態は、イオンビーム被照射体７０が第３ビーム計測器８０ｃまたはその他のビーム電流計測器、またはその他のイオンビーム被照射体である場合にも適用可能である。
【００６３】
本明細書のブロック図において示される各ブロックは、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路、機械装置で実現でき、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者に理解されるところである。
【００６４】
制御装置５０は、第２ビーム計測器８０ｂに入射するホウ素イオン（例えば１１Ｂのイオン）と第２ビーム計測器８０ｂのビーム検出面に含まれる炭素原子（例えば１２Ｃ）とのＢ−Ｃ反応により発生する中性子線の推定線量を演算するよう構成されている。また、制御装置５０は、Ｂ−Ｃ反応により生成される放射性核種であるナトリウム２２Ｎａの推定生成量を演算するよう構成されている。
【００６５】
制御装置５０は、ビーム条件読込部５１、核反応率演算部５４、放射線量演算部５６、放射性核種生成量演算部５７、警告表示部５８、ビーム照射制御部５９、被照射域選択部６０、記憶部６２を備える。
【００６６】
また、制御装置５０は、入力部６６及び出力部６８を備える。入力部６６は、作業者または他の装置からの入力を受け付けるよう構成されている。入力部６６は例えば、作業者からの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段、及び／または、他の装置との通信をするための通信手段を含む。出力部６８は、イオン注入装置１００の制御に関連するデータを出力するよう構成され、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含む。制御装置５０は、入力部６６からデータの入力を受け、及び／または、出力部６８にデータを出力することができる。
【００６７】
第２ビーム計測器８０ｂによって計測された実測ビーム電流を表すビーム電流測定信号が制御装置５０に入力される。制御装置５０は、選択された被照射域にイオンが入射するようにイオンビーム被照射体７０とイオンビームＩＢとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構、具体的には例えば、イオンビームＩＢに対してイオンビーム被照射体７０を移動させるよう構成された駆動機構７２を制御するよう構成されている。
【００６８】
ビーム条件読込部５１は、イオンビーム照射条件を読み込む。イオンビーム照射条件は、例えば、被照射域の材料、被照射域の面積、イオンビームＩＢのエネルギー、単位時間あたりの照射量、照射時間、注入角度を含む。イオンビーム照射条件は、作業者によって入力部６６から入力され、または記憶部６２から読み込まれる。
【００６９】
核反応率演算部５４は、イオンビーム被照射体７０におけるＢ−Ｃ核反応の推定核反応率を演算する。核反応率は、単位時間あたりの核反応の発生回数を表す。核反応率演算部５４は、イオンビームＩＢのエネルギー、単位時間あたりの照射量、および、イオンビーム被照射体７０の被照射域での炭素原子（例えば１２Ｃ）の原子数密度に基づいて、推定核反応率を演算することができる。核反応率演算部５４は、Ｂ−Ｃ反応の核反応率を演算するための公知の演算方法により推定核反応率を演算してもよい。核反応率演算部５４は、演算された推定核反応率を記憶部６２に保存する。
【００７０】
演算に使用されるイオンビームＩＢのエネルギーは、被照射域の表面への入射エネルギーと被照射域の材料に応じて決まるエネルギー減衰曲線として与えられてもよい。あるいは、演算負荷を軽減するために、イオンビームＩＢの注入深さを注入飛程に基づいて固定（例えば１０μｍ）と仮定し、イオンビームＩＢのエネルギーは、深さ方向に一定値（例えば、被照射域の表面への入射エネルギーに等しい値）を仮定してもよい。これは、深い領域のエネルギーを実際よりも高く仮定していることになるので、放射線の推定線量や放射性核種の推定生成量が実際よりも大きく演算されることになる。したがって、実際に発生する放射線量や放射性核種の生成量は推定される量より少ないと考えられる。推定についての安全率をより大きくとることに相当し、より安全である。
【００７１】
演算に使用される単位時間あたりの照射量は、イオンビーム照射条件から計算される推定値であってもよい。あるいは、推定精度の向上のために、単位時間あたりの照射量は、イオンビーム被照射体７０である第２ビーム計測器８０ｂにより計測された実測ビーム電流であってもよい。
【００７２】
放射線量演算部５６は、核反応率演算部５４により演算された推定核反応率に基づいて中性子線の推定線量を演算する。放射線量演算部５６は、Ｂ−Ｃ反応により発生する中性子線量を演算するための公知の演算方法により中性子線の推定線量を演算してもよい。放射線量演算部５６は、演算された中性子線の推定線量と、ビームラインにおけるイオンビーム被照射体７０の位置情報と、ビームラインに備えられた放射線遮蔽材の配置情報とに基づいて、ビームラインの外部またはイオン注入装置１００の外部の所望の位置での推定放射線量を演算してもよい。このようにして、任意の時点での推定放射線量を管理することができる。放射線量演算部５６は、演算された中性子線の推定線量を記憶部６２に保存する。演算された中性子線の推定線量は、出力部６８に出力されてもよい。
【００７３】
放射性核種生成量演算部５７は、核反応率演算部５４により演算された推定核反応率に基づいてナトリウム２２Ｎａの推定生成量を演算する。放射性核種生成量演算部５７は、Ｂ−Ｃ反応により生成されるナトリウム２２Ｎａの推定生成量を公知の演算方法により演算してもよい。放射性核種生成量演算部５７は、演算されたナトリウム２２Ｎａの推定生成量を記憶部６２に保存する。演算されたナトリウム２２Ｎａの推定生成量は、出力部６８に出力されてもよい。
【００７４】
放射性核種生成量演算部５７は、イオンビーム照射条件ごとに演算される放射性核種の推定生成量を積算することにより、イオンビーム被照射体７０に蓄積された放射性核種の累積推定生成量を演算してもよい。あるイオンビーム照射条件に従ってイオンビーム被照射体７０のある被照射域にイオンビームが照射されるたびに、放射性核種が生成され蓄積されうる。様々なイオンビーム照射条件でイオン照射が繰り返された結果として被照射域に蓄積される放射性核種の総量は、各々のイオンビーム照射条件のもとでの放射性核種の生成量の累積により与えられる。ただし、放射性核種の蓄積量は、放射性核種の崩壊により時間とともに減少する。したがって、放射性核種生成量演算部５７は、イオンビーム照射条件ごとに演算される放射性核種の推定生成量を積算する際に、崩壊による放射性核種の減少量を反映してもよい。
【００７５】
警告表示部５８は、放射線量演算部５６により演算された中性子線の推定線量が所定の上限線量を超えるか否かを判定してもよい。また、警告表示部５８は、放射性核種生成量演算部５７により演算された放射性核種の推定生成量（例えば累積推定生成量）が所定の上限値を超えるか否かを判定してもよい。警告表示部５８は、中性子線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合には、警告を表示する。警告は、出力部６８に出力されてもよい。警告は、イオンビーム被照射体７０の交換を促す警告であってもよい。警告表示部５８は、中性子線の推定線量が所定の上限線量を超えない場合には、警告を表示しない。警告表示部５８は、放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えない場合には、警告を表示しない。所定の上限線量および所定の上限値はそれぞれ、例えば経験的または実験による知見から、適宜設定することができる。
【００７６】
ビーム照射制御部５９は、放射線量演算部５６により演算された中性子線の推定線量が所定の上限線量を超えるか否かを判定してもよい。また、ビーム照射制御部５９は、放射性核種生成量演算部５７により演算された放射性核種の推定生成量（例えば累積推定生成量）が所定の上限値を超えるか否かを判定してもよい。ビーム照射制御部５９は、中性子線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合には、イオンビーム被照射体７０へのイオンビームＩＢの照射を禁止してもよい。イオンビームＩＢが現在生成されていない場合には、ビーム照射制御部５９は、以降のイオンビーム照射を許可しなくてもよい。イオンビーム照射中である場合には、ビーム照射制御部５９は、イオンビーム照射を中止してもよい。ビーム照射制御部５９は、中性子線の推定線量が所定の上限線量を超えない場合には、イオンビーム照射を許可し、または継続してもよい。ビーム照射制御部５９は、放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えない場合には、イオンビーム照射を許可し、または継続してもよい。照射禁止を判定するための上限線量および上限値はそれぞれ、警告用の上限線量および上限値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７７】
単一の被照射域のみを有するイオンビーム被照射体７０に関しては、中性子線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合、次回のメンテナンス作業時など適切な機会に、新しいイオンビーム被照射体７０と交換されてもよい。
【００７８】
イオンビーム被照射体７０は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を有してもよい。被照射域選択部６０は、放射線量演算部５６により演算された中性子線の推定線量が所定の上限線量を下回るようにイオンビーム被照射体７０の複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択してもよい。被照射域選択部６０は、放射性核種生成量演算部５７により演算された放射性核種の推定生成量が所定の上限値を下回るようにイオンビーム被照射体７０の複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択してもよい。被照射域選択部６０は、選択された被照射域にイオンが入射するようにイオンビームＩＢに対してイオンビーム被照射体７０を移動させるように駆動機構７２を制御してもよい。
【００７９】
被照射域選択部６０は、イオンビーム照射条件が変更されるたびに、異なる被照射域を新たに選択してもよい。被照射域選択部６０は、選択されている被照射域についての中性子線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合に、異なる被照射域を新たに選択してもよい。
【００８０】
イオン注入装置１００は、相対位置調整機構の例として、選択された被照射域にイオンビームＩＢが照射されるようにイオンビームＩＢを偏向するよう構成されたイオンビーム偏向機構を備えてもよい。
【００８１】
図６（ａ）から図６（ｃ）は、イオンビーム被照射体７０に設けられた複数の被照射域７４の切替構成を例示する概略図である。図６（ａ）には第２ビーム計測器８０ｂを示し、図６（ｂ）および図６（ｃ）にはアパチャープレート８２を示す。
【００８２】
図６（ａ）に示されるように、第２ビーム計測器８０ｂは、板状の部材の一面に二行二列に配置された４つの被照射域７４を備える。各被照射域７４は、ファラデーカップである。駆動機構７２は、被照射域７４が配置された平面において縦横の二軸に第２ビーム計測器８０ｂを移動可能であり、イオンビームＩＢ（図示せず）が任意の被照射域７４に入射するように第２ビーム計測器８０ｂを移動させることができる。イオンビームＩＢは紙面に垂直な方向に第２ビーム計測器８０ｂに入射する。
【００８３】
なお被照射域７４とファラデーカップは一対一に対応することは必須ではない。１つのファラデーカップ内に複数の被照射域７４が設けられてもよい。つまり、ファラデーカップのビーム検出面のうちある領域が１つの被照射域７４として使用され、それと重なり合わない別の領域が他の被照射域７４として使用されてもよい。あるいは、１つの被照射域７４に複数のファラデーカップが設けられてもよい。
【００８４】
図６（ｂ）に示されるように、アパチャープレート８２は、平行に延びる二本のスリット８３を有し、スリット８３ごとに１つの被照射域７４が配置されている。被照射域７４とスリット８３は一対一に対応してもよいし、そうでなくてもよい。図６（ｃ）に示されるように、１つのスリット８３に沿って複数の被照射域７４が互いに重なり合わないように配置されていてもよい。例えば、スリット８３の上部が１つの被照射域７４として使用され、それと重なり合わないようにスリット８３の下部がもう１つの被照射域７４として使用されてもよい。
【００８５】
複数の被照射域７４の配置とイオンビーム被照射体７０の移動方向は、種々の方式が可能である。いくつかの例を図７（ａ）から図７（ｄ）に挙げる。
【００８６】
図７（ａ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が平面状の形状を有し、複数の被照射域７４が当該平面上に配置され、駆動機構７２が当該平面に平行な方向にイオンビーム被照射体７０を移動させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。複数の被照射域７４が一列に配列され、駆動機構７２はイオンビーム被照射体７０を被照射域７４の配列方向に沿って移動可能であってもよい。図７（ｂ）に示されるように、複数の被照射域７４は、平面のおもて面と裏面に配置され、駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を反転させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。
【００８７】
図７（ｃ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が角柱状（例えば、三角柱状または四角柱状）の形状を有し、複数の被照射域７４が角柱の側面に配置され、駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を角柱の中心軸またはこれに平行な軸まわりに回転させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。角柱の各側面に１つずつ被照射域７４が配置されてもよいし、角柱の各側面に複数の被照射域７４が配置されてもよい。１つの側面に複数の被照射域７４が配置される場合には、駆動機構７２はイオンビーム被照射体７０を当該側面に平行移動させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。
【００８８】
図７（ｄ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が円柱状の形状を有し、複数の被照射域７４が円柱側面の異なる角度位置に配置され、駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を円柱の中心軸またはこれに平行な軸まわりに回転させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。円柱の異なる角度位置に１つずつ被照射域７４が配置されてもよいし、円柱の同じ角度位置に複数の被照射域７４が配置されてもよい。駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を中心軸の方向に移動させることによって被照射域７４が切り替えられてもよい。
【００８９】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、イオンビーム被照射体７０の被照射域７４の例を示す概略図である。図８（ａ）に示されるように、被照射域７４は、固体材料７５で形成されている。固体材料７５は、炭素と炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素とを含む。あるいは、固体材料７５は、炭素よりも原子番号の大きい元素のみからなる（この場合、固体材料７５は炭素を含まない。）。炭素よりも原子番号の大きい元素は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）である。固体材料７５は、炭素と炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素との固体混合物または固体化合物であってもよい。例えば、固体材料７５は、炭素（例えば黒鉛）とアルミニウムとの混合物であってもよい。固体材料７５は、ＳｉＣまたはＳｉｘＣｙ（ｘ、ｙは組成比を示す）であってもよい。このようにすれば、従来典型的な黒鉛製の被照射域に比べて、炭素の原子数密度または濃度が低減された被照射域７４が形成される。よって、被照射域７４にホウ素のイオンビームＩＢが入射しても、Ｂ−Ｃ反応が起こりにくくなる。
【００９０】
図８（ｂ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０は、母材７６と、母材７６に支持された表層部７７とを備える。表層部７７は、母材７６上に形成される。表層部７７は、母材７６を被覆するコーティング層であってもよい。表層部７７は、例えば蒸着などの適する成膜方法によって母材７６の表面に形成されてもよい。表層部７７の露出面が被照射域７４として使用される。
【００９１】
母材７６は、黒鉛またはその他の適する固体材料で形成される。母材７６は、黒鉛のみから形成されてもよい。表層部７７は、上述の固体材料７５で形成される。すなわち、表層部７７は、炭素と炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素とを含む固体材料、または、炭素よりも原子番号の大きい元素のみからなる固体材料で形成される。このようにすれば、被照射域７４に入射するイオンビームＩＢは、表層部７７でエネルギーが減衰された後に、母材７６の深部へと進入する。表層部７７は、従来典型的な黒鉛製の被照射域に比べて、炭素の原子数密度または濃度が低減されている。よって、被照射域７４にホウ素のイオンビームＩＢが入射しても、Ｂ−Ｃ反応が起こりにくくなる。
【００９２】
図９は、ある実施形態に係るイオンビーム被照射体７０の被照射域７４の切替処理を例示するフローチャートである。この処理は制御装置５０によって実行される。処理が開始されると、まず、イオンビーム照射条件が制御装置５０のビーム条件読込部５１に読み込まれる（Ｓ１０）。読み込まれるイオンビーム照射条件は例えば、次回の照射に使用されるイオンビーム照射条件である。あるいは、例えば放射線量の試算のために、その他の任意のイオンビーム照射条件が制御装置５０に読み込まれてもよい。
【００９３】
被照射域７４が選択される（Ｓ１２）。被照射域選択部６０は、前回の処理において選択されていた被照射域７４をそのまま選択してもよい。あるいは、被照射域選択部６０は、別の被照射域７４を新たに選択してもよい。
【００９４】
放射線の推定線量が演算される（Ｓ１４）。図５を参照して説明したように、制御装置５０は、読み込まれたイオンビーム照射条件と、選択された被照射域７４の材料とに基づいて、選択された被照射域７４から発生する放射線の推定線量を演算する。
【００９５】
被照射域選択部６０は、演算された放射線の推定線量が所定の上限線量を超えるか否かを判定する（Ｓ１６）。演算された放射線の推定線量が所定の上限線量を超える場合には（Ｓ１６のＮ）、選択可能な別の被照射域７４があるか否かを判定する（Ｓ１７）。選択可能な別の被照射域７４がある場合には（Ｓ１７のＹ）、被照射域選択部６０は、別の被照射域７４を選択する（Ｓ１２）。ここで、被照射域選択部６０は、放射線の推定線量が所定の上限線量を超えると判定されていない被照射域７４を選択する。過去の処理において放射線の推定線量が所定の上限線量を超えると判定された被照射域７４は、選択されない。選択された被照射域７４について、放射線の推定線量が演算され（Ｓ１４）、演算された放射線の推定線量が所定の上限線量を超えるか否かが再確認される（Ｓ１６）。
【００９６】
選択可能な別の被照射域７４が無い場合には（Ｓ１７のＮ）、被照射域選択部６０は、警告を表示し（Ｓ１９）、イオンビーム被照射体７０へのイオンビームの照射を禁止する（Ｓ２１）。
【００９７】
演算された放射線の推定線量が所定の上限線量を超えない場合には（Ｓ１６のＹ）、選択された被照射域７４にイオンビームＩＢが照射される（Ｓ１８）。選択された被照射域７４にイオンが入射するようにイオンビーム被照射体７０とイオンビームＩＢとの相対位置が調整され、その位置でイオンビーム被照射体７０はビームラインに支持される。イオンビームＩＢは、イオン源１０により生成され、高エネルギー多段直線加速ユニット１４により加速される。イオンビームＩＢは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４以降のビームラインにより輸送され、イオンビーム被照射体７０に照射される。こうして、本処理は終了する。
【００９８】
図１０は、ある実施形態に係るイオンビーム被照射体７０の被照射域７４の他の切替処理を例示するフローチャートである。この処理は制御装置５０によって実行される。処理が開始されると、まず、イオンビーム照射条件が制御装置５０のビーム条件読込部５１に読み込まれる（Ｓ１０）。次に、被照射域７４が選択される（Ｓ１２）。
【００９９】
放射性核種の推定生成量が演算される（Ｓ２０）。図５を参照して説明したように、制御装置５０は、読み込まれたイオンビーム照射条件と、選択された被照射域７４の材料とに基づいて、選択された被照射域７４における放射性核種の推定生成量を演算する。
【０１００】
被照射域選択部６０は、演算された放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えるか否かを判定する（Ｓ２２）。演算された放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合には（Ｓ２２のＮ）、選択可能な別の被照射域７４があるか否かを判定する（Ｓ１７）。選択可能な別の被照射域７４がある場合には（Ｓ１７のＹ）、被照射域選択部６０は、別の被照射域７４を選択する（Ｓ１２）。ここで、被照射域選択部６０は、放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えると判定されていない被照射域７４を選択する。過去の処理において放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えると判定された被照射域７４は、選択されない。選択された被照射域７４について、放射性核種の推定生成量が演算され（Ｓ２０）、演算された放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えるか否かが再確認される（Ｓ２２）。
【０１０１】
選択可能な別の被照射域７４が無い場合には（Ｓ１７のＮ）、被照射域選択部６０は、警告を表示し（Ｓ１９）、イオンビーム被照射体７０へのイオンビームの照射を禁止する（Ｓ２１）。
【０１０２】
演算された放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超えない場合には（Ｓ２２のＹ）、選択された被照射域７４にイオンビームＩＢが照射される（Ｓ２４）。選択された被照射域７４にイオンが入射するようにイオンビーム被照射体７０とイオンビームＩＢとの相対位置が調整され、その位置でイオンビーム被照射体７０はビームラインに支持される。イオンビームＩＢは、イオン源１０により生成され、高エネルギー多段直線加速ユニット１４により加速される。イオンビームＩＢは、高エネルギー多段直線加速ユニット１４以降のビームラインにより輸送され、イオンビーム被照射体７０に照射される。
【０１０３】
イオンビーム被照射体７０へのイオンビームＩＢの照射後に、選択された被照射域７４における放射性核種の推定生成量が更新される（Ｓ２６）。放射性核種生成量演算部５７は、今回のイオンビームＩＢの照射による放射性核種の推定生成量を既存の推定生成量に積算する。こうして更新された放射性核種の推定生成量は記憶部６２に保存され、本処理は終了する。
【０１０４】
図１１（ａ）から図１１（ｃ）は、イオンビーム被照射体７０の他の例を示す概略図である。図１１（ａ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０は、駆動機構７２による駆動方向に配列された第１被照射域７４ａおよび第２被照射域７４ｂを備える。したがって、イオンビーム被照射体７０は、駆動機構７２の駆動により、イオンビームＩＢに照射される被照射域を第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂから選択することができる。イオンビーム被照射体７０は、第２ビーム計測器８０ｂまたはその他のビーム電流計測器であってもよい。第１被照射域７４ａおよび第２被照射域７４ｂはそれぞれファラデーカップであってもよい。イオンビーム被照射体７０は、その他のイオンビーム被照射体であってもよい。
【０１０５】
第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂには異なるエネルギーに加速されたイオンビームＩＢが入射する。第１被照射域７４ａは、第１エネルギー領域に加速されたイオンビーム用に割り当てられ、第２被照射域７４ｂは、第２エネルギー領域に加速されたイオンビーム用に割り当てられている。
【０１０６】
第２エネルギー領域は、第１エネルギー領域より高いエネルギー領域である。第２エネルギー領域は、例えば、４ＭｅＶ以上、または５ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域にある。言い換えれば、第２エネルギー領域の下限エネルギーの値は、４ＭｅＶ以上、または５ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域から選択される。第１エネルギー領域は、例えば、４ＭｅＶ未満、または５ＭｅＶ未満のエネルギー領域にある。第１エネルギー領域の上限エネルギーの値は、４ＭｅＶ未満、または５ＭｅＶ未満のエネルギー領域から選択される。第１エネルギー領域および第２エネルギー領域は、例えば経験的または実験による知見から、適宜設定することができる。
【０１０７】
必要に応じて、イオンビーム被照射体７０には、第２エネルギー領域より高い第３エネルギー領域に加速されたイオンビーム用に割り当てられた第３被照射域が設けられてもよい。
【０１０８】
なお、図１１（ａ）に示される例においてはイオンビーム被照射体７０が１つの第１被照射域７４ａと１つの第２被照射域７４ｂを備えるが、イオンビーム被照射体７０は、複数の第１被照射域７４ａと複数の第２被照射域７４ｂを備えてもよい。複数の第１被照射域７４ａ（または第２被照射域７４ｂ）の各々には、異なるエネルギーのイオンビームが割り当てられてもよい。あるいは、複数の第１被照射域７４ａ（または第２被照射域７４ｂ）は、図６（ａ）から図６（ｃ）に示されるものと同様に、エネルギーとは無関係に切替可能であってもよい。
【０１０９】
図７（ｂ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が平面状の形状を有し、第１被照射域７４ａがイオンビーム被照射体７０のおもて面に配置され、第２被照射域７４ｂがイオンビーム被照射体７０の裏面に配置されてもよい。駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を反転させることによって第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂが切り替えられてもよい。
【０１１０】
図７（ｃ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が角柱状の形状を有し、第１被照射域７４ａが角柱の一側面に配置され、第２被照射域７４ｂが角柱の他の側面に配置されてもよい。駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を角柱の中心軸またはこれに平行な軸まわりに回転させることによって第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂが切り替えられてもよい。図７（ｄ）に示されるように、イオンビーム被照射体７０が円柱状の形状を有し、第１被照射域７４ａが円柱側面のある角度位置に配置され、第２被照射域７４ｂが円柱側面の別の角度位置に配置されてもよい。駆動機構７２がイオンビーム被照射体７０を円柱の中心軸またはこれに平行な軸まわりに回転させることによって第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂが切り替えられてもよい。
【０１１１】
図１１（ｂ）に示されるように、第１被照射域７４ａを備える第１イオンビーム被照射体７０ａと、第２被照射域７４ｂを備える第２イオンビーム被照射体７０ｂとが設けられてもよい。第１イオンビーム被照射体７０ａと第２イオンビーム被照射体７０ｂがそれぞれ移動可能とされ、それにより第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂが切り替えられてもよい。第１イオンビーム被照射体７０ａは第１駆動機構７２ａにより駆動され、第２イオンビーム被照射体７０ｂは第２駆動機構７２ｂにより駆動されてもよい。
【０１１２】
図１１（ｃ）に示されるように、第１イオンビーム被照射体７０ａと第２イオンビーム被照射体７０ｂの一方が固定とされ、他方が駆動機構７２により移動可能とされてもよい。第１イオンビーム被照射体７０ａ（または第２イオンビーム被照射体７０ｂ）が固定され、第２イオンビーム被照射体７０ｂ（または第１イオンビーム被照射体７０ａ）が第１被照射域７４ａ（または第２被照射域７４ｂ）の手前でイオンビームＩＢの経路に対し進退可能とされてもよい。
【０１１３】
イオンビーム被照射体７０の複数の被照射域７４は、イオン種に応じて割り当てられてもよい。例えば、イオンビーム被照射体７０は、ホウ素用の被照射域とその他のイオン種用の被照射域とを備えてもよい。ホウ素用の被照射域について、上述の第１被照射域７４ａと第２被照射域７４ｂが設けられていてもよい。あるいは、第１被照射域７４ａは、ホウ素の低エネルギーイオンビームとその他のイオン種のイオンビームに割り当てられ、第２被照射域７４ｂは、ホウ素の高エネルギーイオンビームに割り当てられてもよい。
【０１１４】
第１被照射域７４ａは、第１固体材料７５ａで形成されている。第１固体材料７５ａは黒鉛であってもよく、第１被照射域７４ａは黒鉛のみから形成されてもよい。第１固体材料７５ａは、その他の適する固体材料であってもよい。
【０１１５】
第２被照射域７４ｂは、第２固体材料７５ｂで形成されている。第２固体材料７５ｂは、炭素と炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素とを含む。あるいは、第２固体材料７５ｂは、炭素よりも原子番号の大きい元素のみからなる（この場合、第２固体材料７５ｂは炭素を含まない。）。炭素よりも原子番号の大きい元素は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）である。第２固体材料７５ｂは、炭素と炭素よりも原子番号の大きい少なくとも１種の元素との固体混合物または固体化合物であってもよい。例えば、第２固体材料７５ｂは、炭素（例えば黒鉛）とアルミニウムとの混合物であってもよい。第２固体材料７５ｂは、ＳｉＣまたはＳｉｘＣｙ（ｘ、ｙは組成比を示す）であってもよい。このようにすれば、従来典型的な黒鉛製の被照射域に比べて、炭素の原子数密度または濃度が低減された第２被照射域７４ｂが形成される。よって、第２被照射域７４ｂにホウ素のイオンビームＩＢが入射しても、Ｂ−Ｃ反応が起こりにくくなる。
【０１１６】
第２被照射域７４ｂは、図８（ｂ）に示される被照射域７４と同様に、母材と、母材に支持された表層部とを備えてもよい。母材が第１固体材料７５ａで形成され、表層部が第２固体材料７５ｂで形成されてもよい。
【０１１７】
図１２は、ある実施形態に係るイオンビーム被照射体７０の被照射域７４の他の切替処理を例示するフローチャートである。この処理は制御装置５０によって実行される。処理が開始されると、まず、イオンビーム照射条件が制御装置５０のビーム条件読込部５１に読み込まれる（Ｓ１１）。
【０１１８】
次に、イオンビーム照射条件についての判定が行われる。被照射域選択部６０は、イオンビーム被照射体７０に入射するイオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にあるか、または第２エネルギー領域にあるかを判定する（Ｓ３０）。イオンビーム被照射体７０に入射するイオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には、被照射域選択部６０は、第１被照射域７４ａを選択する（Ｓ３２）。イオンビーム被照射体７０に入射するイオンビームのエネルギーが第２エネルギー領域にある場合には、被照射域選択部６０は、第２被照射域７４ｂを選択する（Ｓ３４）。その後、選択された被照射域７４にイオンビームＩＢが照射される（Ｓ３６）。こうして、本処理は終了する。
【０１１９】
なお、被照射域選択部６０は、イオンビーム被照射体７０に入射するイオンビームがホウ素を含むイオンビームであるか否かを判定してもよい。被照射域選択部６０は、ホウ素イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合に第１被照射域７４ａを選択してもよい。被照射域選択部６０は、ホウ素イオンビームのエネルギーが第２エネルギー領域にある場合に第２被照射域７４ｂを選択してもよい。被照射域選択部６０は、ホウ素を含まないイオンビームの場合には、第１被照射域７４ａを選択してもよい。
【０１２０】
エネルギーに応じて被照射域を分けることによって、Ｂ−Ｃ核反応の発生が抑制される。その結果、超高エネルギーイオン注入の際にイオンビーム被照射体７０から発生する放射線量は低減され、または実質的に無くなる。放射性核種の生成量についても低減され、または実質的に無くなる。よって、制御装置５０は、第１被照射域７４ａおよび第２被照射域７４ｂについて放射線の推定線量および放射性核種の推定生成量を演算しなくてもよい。あるいは、発生する放射線量および放射性核種の推定生成量が十分に低いことを保証するために、制御装置５０は、第２被照射域７４ｂのみについて放射線の推定線量および放射性核種の推定生成量を演算してもよい。
【０１２１】
以上、本発明を実施形態にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１２２】
ここまではＢ−Ｃ反応に関して１１Ｂの注入にのみ言及したが、類似の核反応はホウ素の安定同位体である１０Ｂの注入でも生じうる。１０Ｂと１２Ｃの核反応は次式で示される。
１１Ｂ＋１２Ｃ  →  ２１Ｎａ＋ｎ＋ｋγ
１０Ｂの注入でも１１Ｂの注入と同様の技術が適用可能である。
【０１２３】
本発明の実施の形態は以下のように表現することもできる。
【０１２４】
１．第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、
前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、
前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算するよう構成された制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【０１２５】
２．前記第１非放射性核種は、１１Ｂまたは１０Ｂであり、前記第２非放射性核種は、１２Ｃであり、前記放射線は、中性子線であり、前記放射性核種は、２２Ｎａまたは２１Ｎａであることを特徴とする実施形態１に記載のイオン注入装置。
【０１２６】
３．前記イオン源により生成された前記イオンビームを少なくとも４ＭｅＶの超高エネルギーに加速可能な加速器をさらに備えることを特徴とする実施形態１または２に記載のイオン注入装置。
【０１２７】
４．前記制御装置は、
前記イオンビームのエネルギーおよび単位時間あたりの照射量を含むイオンビーム照射条件と前記イオンビーム被照射体の被照射域での前記第２非放射性核種の原子数密度とに基づいて推定核反応率を演算する核反応率演算部と、
前記推定核反応率に基づいて前記放射線の推定線量を演算する放射線量演算部と、を備えることを特徴とする実施形態１から３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１２８】
５．前記制御装置は、前記推定核反応率に基づいて前記放射性核種の推定生成量を演算する放射性核種生成量演算部を備えることを特徴とする実施形態４に記載のイオン注入装置。
【０１２９】
６．前記制御装置は、前記放射線の推定線量が所定の上限線量を超える場合及び／または前記放射性核種の推定生成量が所定の上限値を超える場合に、警告を表示し及び／または前記イオンビーム被照射体へのイオンビーム照射を禁止するよう構成されていることを特徴とする実施形態１から５のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３０】
７．前記イオンビーム被照射体は、母材と、母材に支持された被照射域とを備え、前記被照射域は、前記第２非放射性核種よりも原子番号の大きい元素を含む固体材料で形成されていることを特徴とする実施形態１から６のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３１】
８．前記イオンビーム被照射体は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を有し、
前記制御装置は、前記放射線の推定線量が所定の上限線量を下回るように前記複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする実施形態１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３２】
９．前記イオンビーム被照射体は、互いに異なる場所に位置する複数の被照射域を有し、
前記制御装置は、前記放射性核種の推定生成量が所定の上限値を下回るように前記複数の被照射域からいずれかの被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする実施形態１から８のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３３】
１０．前記イオンビーム被照射体は、前記第２非放射性核種を含む第１固体材料で形成された第１被照射域と、第１固体材料に比べて低濃度で前記第２非放射性核種を含むかまたは前記第２非放射性核種を含まない第２固体材料で形成された第２被照射域とを有し、
前記制御装置は、前記イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には前記第１被照射域を選択し、前記イオンビームのエネルギーが前記第１エネルギー領域より高い第２エネルギー領域にある場合には前記第２被照射域を選択するよう構成され、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備えることを特徴とする実施形態１から７のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３４】
１１．前記第２固体材料は、前記第２非放射性核種よりも原子番号の大きい元素を含むことを特徴とする実施形態１０に記載のイオン注入装置。
【０１３５】
１２．前記第２エネルギー領域は、４ＭｅＶ以上の超高エネルギー領域にあることを特徴とする実施形態１０または１１に記載のイオン注入装置。
【０１３６】
１３．前記イオンビーム被照射体は、前記ビームラインに備えられたビーム電流計測器として構成され、
前記制御装置は、前記ビーム電流計測器により計測された実測ビーム電流に基づいて前記放射線の推定線量と前記放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算することを特徴とする実施形態１から１２のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３７】
１４．前記イオンビーム被照射体は、ビーム偏向装置、アパチャープレート、ビームシャッター、ビームダンパー、ウェハ支持部、またはウェハの少なくとも一部として構成されていることを特徴とする実施形態１から１３のいずれかに記載のイオン注入装置。
【０１３８】
１５．第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成するよう構成されたイオン源と、
第１被照射域および第２被照射域を有するイオンビーム被照射体を支持するよう構成されたビームラインと、
前記イオンビームのエネルギーが第１エネルギー領域にある場合には前記第１被照射域を選択し、前記イオンビームのエネルギーが前記第１エネルギー領域より高い第２エネルギー領域にある場合には前記第２被照射域を選択するよう構成された制御装置と、を備え、
前記ビームラインは、選択された前記被照射域に前記第１非放射性核種のイオンが入射するように前記イオンビーム被照射体と前記イオンビームとの相対位置を調整するよう構成された相対位置調整機構を備え、
前記第１被照射域は、前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む第１固体材料で形成され、
前記第２被照射域は、前記第１固体材料に比べて低濃度で前記第２非放射性核種を含むかまたは前記第２非放射性核種を含まない第２固体材料で形成されていることを特徴とするイオン注入装置。
【０１３９】
１６．第１非放射性核種のイオンを含むイオンビームを生成することと、
前記第１非放射性核種と異なる第２非放射性核種を含む固体材料で形成されたイオンビーム被照射体を支持することと、
前記第１非放射性核種と前記第２非放射性核種の核反応により発生する放射線の推定線量と放射性核種の推定生成量の少なくとも一方を演算することと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  イオン源、  １４  高エネルギー多段直線加速ユニット、  ４０  ウェハ、  ４４  ウェハ支持部、  ５０  制御装置、  ５４  核反応率演算部、  ５６  放射線量演算部、  ５７  放射性核種生成量演算部、  ７０  イオンビーム被照射体、  ７２  駆動機構、  ７４  被照射域、  ７４ａ  第１被照射域、  ７４ｂ  第２被照射域、  ７５  固体材料、  ７５ａ  第１固体材料、  ７５ｂ  第２固体材料、  ７６  母材、  ７７  表層部、  ８２  アパチャープレート、  １００  イオン注入装置、  ＩＢ  イオンビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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