JP7145110B2 - イオン注入装置 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン注入装置に関する。
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。ウェハの表面近傍に注入されるイオンの所望の注入深さに応じて、イオンの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。
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、中性子線などの放射線が発生しうる。
特開２０１８－２０６５０４号公報
中性子線の発生が懸念される超高エネルギーイオン注入装置の場合、装置全体を放射線管理区域内に設置することも考えられるが、量産用の半導体製造工場内に放射線管理区域を別途設けることは容易ではない。
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、装置外の中性子線量率を抑制できるイオン注入装置を提供することにある。
本発明のある態様のイオン注入装置は、イオンビームが輸送されるビームラインに沿って配置される複数のユニットと、ビームラインの最下流に配置される基板搬送処理ユニットとを含み、高エネルギーのイオンビームの衝突により中性子線が発生しうる中性子線発生源を有する装置本体と、装置本体を少なくとも部分的に包囲する筐体と、中性子線発生源から筐体までの距離が所定以下となる方向に中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される中性子線散乱部材と、を備える。
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。
本発明によれば、装置外の中性子線量率が抑制されたイオン注入装置を提供できる。
筐体に設けられる中性子線散乱部材を模式的に示す図である。 収容部の構造を模式的に示す断面図である。 筐体とは別に設けられる中性子線散乱部材を模式的に示す図である。 実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。 図５（ａ）～（ｃ）は、図４のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。 ロードポートの正面扉の構造を模式的に示す上面図である。 図７（ａ），（ｂ）は、ロードポートの開放状態の正面扉を模式的に示す上面図である。 実施の形態に係るイオン注入工程の流れを示すフローチャートである。 第１工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である 第２工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である。 第３工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である。 第４工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である。 第５工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である。 第６工程におけるイオン注入装置を模式的に示す図である。
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。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
本実施の形態は、高エネルギー用のイオン注入装置に関する。イオン注入装置は、イオン源で生成したイオンビームを加速させ、加速して得られた高エネルギーのイオンビーム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Ｗ）まで輸送し、被処理物にイオンを注入する。
本実施の形態における「高エネルギー」とは、４ＭｅＶ以上、５ＭｅＶ以上または１０ＭｅＶ以上のエネルギーを有するイオンビームのことをいう。高エネルギーのイオン注入によれば、従来の４ＭｅＶ未満のエネルギーのイオン注入に比べてより高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。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型領域および／またはＮ型領域を形成することである。
高エネルギー用のイオン注入装置では、高エネルギーイオンビームがビームラインの構成部材に衝突することで中性子線が発生しうる。本発明者らの知見によれば、４ＭｅＶ以上のエネルギーを有する硼素イオンビームを用いる場合に中性子線が発生することが分かっている。具体的には、非放射性核種である硼素１１Ｂについて、以下の（１）および（２）で示される核反応が生じうる。
１１Ｂ＋１１Ｂ → ２１Ｎｅ＋ｎ …（１）
１１Ｂ＋１２Ｃ → ２２Ｎｅ＋ｎ …（２）
上記（１）は、硼素１１Ｂ同士が衝突して中性子ｎが発生する核反応（Ｂ－Ｂ反応ともいう）である。まず、ビームラインの構成部材に硼素１１Ｂのイオンビームが入射（衝突）すると、その構成部材の内部に硼素１１Ｂが蓄積されていく。その後に高エネルギーの硼素１１Ｂのイオンビームが構成部材の内部に蓄積された硼素１１Ｂに衝突すると、上記（１）で示されるＢ－Ｂ反応が生じて中性子線が発生する。
上記（２）は、硼素１１Ｂと炭素１２Ｃが衝突して中性子ｎが発生する核反応（Ｂ－Ｃ反応ともいう）である。ビームラインの構成部材の少なくとも一部は、グラファイト（つまり炭素）で構成されるため、グラファイトに高エネルギーの硼素１１Ｂのイオンビームが衝突することで、上記（２）で示されるＢ－Ｃ反応が生じて中性子線が発生する。なお、グラファイトの内部に硼素１１Ｂが蓄積されることで、上記（１）のＢ－Ｂ反応による中性子線も発生しうる。
このように、高エネルギー用のイオン注入装置では、注入イオンに放射性核種が含まれていないにも拘わらず、ビームラインの様々な箇所に高エネルギーイオンビームが衝突することで放射性核種が生成されて中性子線が発生しうる。したがって、高エネルギー用のイオン注入装置は、高エネルギーイオンビームの衝突により中性子線が発生しうる中性子線発生源を有する。したがって、高エネルギー用のイオン注入装置では、中性子線発生源にて発生する中性子線を適切に管理する必要がある。
一般に、中性子線などの放射線が生じる装置を扱う場合、専用の放射線管理区域を設け、その区域内にイオン注入装置を設置する運用方法が考えられる。しかしながら、量産用の半導体製造工場内に放射線管理区域を別途設けることは容易ではない。半導体製造工場内では、イオン注入装置と他の装置の間でウェハ容器等を随時搬送する必要があり、放射線管理区域内にイオン注入装置を設置した場合には管理区域との間でウェハ容器等の搬出入が発生する。中性子線を適切に遮蔽するためには、例えば数十ｃｍ以上の厚みのコンクリート壁が必要となり、ウェハ容器の搬出入のための遮蔽扉も非常に厚いものとなる。そうすると、ウェハ容器の搬出入のために厚い遮蔽扉を都度開閉する必要があり、大変な労力となる。また、遮蔽扉の開閉時にイオン注入装置の運転を停止しなければならないとすると半導体デバイスの生産効率が低下してしまう。そこで、発明者らは、ビームラインを構成する装置本体の外周を囲う筐体に中性子線散乱部材を取り付けることにより、筐体の外部の中性子線量率が法令等で定められる基準値を下回るようにすることを考えた。
なお、高エネルギー用のイオン注入装置にて発生する放射線として、上述の中性子線の他にＸ線が挙げられる。筐体にはＸ線の遮蔽部材として鉛板などが取り付けられる。Ｘ線は、中性子線に比べて遮蔽が容易であり、例えば厚さが１ｍｍ～５ｍｍ程度の鉛板を用いることで筐体の外部に向かうＸ線を十分に遮蔽できる。一方、中性子線量率を低下させることは容易ではない。例えば、中性子線散乱部材として一般的な高密度ポリエチレン（比重０．９５ｇ／ｃｍ３程度）を用いる場合、中性子線量率を１／１０に減衰させるためには１５０ｍｍ～２００ｍｍ程度の厚みが必要となる。
中性子線量率を低下させるためには、装置全体を厚みの大きい中性子線散乱部材で包囲することが望ましいかもしれない。しかしながら、高エネルギー用のイオン注入装置では、イオンビームを高エネルギーまで加速するための加速装置が大型となるため、装置本体の占める面積は例えば１０ｍ×２０ｍ以上となり、装置本体の高さも２ｍを超える。そのため、装置全体にわたって厚みの大きい中性子線散乱部材を取り付けると、大量の中性子線散乱部材が必要となり、コストおよび製品重量の大幅な増加につながり望ましくない。
本実施の形態では、中性子線を完全に遮蔽することを目指すのではなく、筐体の外部で中性子線量率が法令等で定められる所定の基準値を超えるおそれのある箇所に重点的に中性子線散乱部材を配置するようにする。具体的には、中性子線発生源から筐体までの距離に応じて中性子線散乱部材の配置を変えるようにする。中性子線量率は、中性子線発生源からの距離の２乗に反比例し、中性子線発生源から筐体までの距離が近い場所では中性子線量率が大きくなるが、中性子線発生源から筐体の距離が遠い場所では中性子線量率が小さくなるためである。
なお、本実施の形態における中性子線発生源にて発生する中性子線量率はそれほど大きくなく、例えば、中性子線発生源から約１ｍの距離での中性子線量率は０．１～２μＳｖ／ｈ程度である。したがって、中性子線量率が相対的に高い箇所に重点的に中性子線散乱部材を配置することで、筐体の外部での中性子線量率を法令等で定める基準値以下に抑えることが可能となりうる。
本実施の形態における「中性子線散乱部材」とは、中性子線に対する散乱効果の大きい材料のことをいう。中性子線の散乱効果の大きい元素として水素（Ｈ）や硼素（Ｂ）が知られており、水素や硼素の含有率が高い材料が中性子線散乱部材として好ましい。例えば、水素密度の高い材料として、ポリエチレンやパラフィンなどのポリオレフィンが挙げられ、水素原子の含有量が０．０８～０．１５ｇ／ｃｍ３である材料が好ましい。具体例として、比重が０．９４～０．９７ｇ／ｃｍ３程度の高密度ポリエチレンが挙げられる。また、中性子線散乱部材として、高密度ポリエチレンに酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）などの硼素化合物が１０～４０重量％程度含まれるものを用いてもよい。
図１は、筐体７０に設けられる中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂを模式的に示す図である。筐体７０は、ビームラインを構成する装置７８の外周を囲むように配置され、外部空間Ｅと内部空間Ｆを隔てる。中性子線発生源７９は、装置７８の内部に存在する。筐体７０は、外部空間Ｅに露出する外面７０ａと、内部空間Ｆに露出する内面７０ｂとを有する。中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂは、筐体７０の内部、つまり、筐体７０の外面７０ａと内面７０ｂの間に設けられる。
筐体７０は、中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂが設けられる収容部７１（単に収容部ともいう）と、中性子線散乱部材が設けられない非収容部７２とを有する。収容部７１は、厚さｔａが相対的に大きい第１中性子線散乱部材７６ａが設けられる第１収容部７１ａと、厚さｔｂが相対的に小さい第２中性子線散乱部材７６ｂが設けられる第２収容部７１ｂとを含む。
第１中性子線散乱部材７６ａは、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離となる第１方向（矢印Ｄａ）に配置され、中性子線発生源７９から第１方向に出射される中性子線が入射しうる位置に配置される。第２中性子線散乱部材７６ｂは、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離よりも大きい第２距離となる第２方向（矢印Ｄｂ）に配置され、中性子線発生源７９から第２方向に出射される中性子線が入射しうる位置に配置される。第１中性子線散乱部材７６ａの厚さｔａは、例えば１００ｍｍ以上であり、２００ｍｍ～５００ｍｍ程度である。一方、第２中性子線散乱部材７６ｂの厚さｔｂは、例えば５０ｍｍ以上であり、１００ｍｍ～２００ｍｍ程度である。第１距離（Ｄａ）は、例えば２ｍ未満、１．５ｍ未満または１ｍ未満であり、第２距離（Ｄｂ）は、例えば１０ｍ未満または５ｍ未満であり、２ｍ以上、１．５ｍ以上または１ｍ以上である。
中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離および第２距離よりも大きい第３距離となる第３方向（矢印Ｄｃ）には中性子線散乱部材が配置されていない。第３距離（Ｄｃ）は、例えば５ｍ以上、１０ｍ以上または１５ｍ以上である。したがって、本実施の形態では、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離がある所定値（例えば第２距離）以下となる方向に中性子線散乱部材が配置され、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が別の所定値（例えば第３距離）を超える方向には中性子線散乱部材が配置されない。
第１中性子線散乱部材７６ａは、散乱部材の厚み方向と、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａに向かう第１方向（矢印Ｄａ）との角度差θａが小さい場所に配置されるとも言える。一方で、第２中性子線散乱部材７６ｂは、散乱部材の厚み方向と、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａに向かう第２方向（矢印Ｄｂ）との角度差θｂが大きい場所に配置されるとも言える。中性子線発生源７９から第１中性子線散乱部材７６ａに向かう中性子線は、第１中性子線散乱部材７６ａに対してほぼ直角に入射しうるため、中性子線が通過する実効的な厚み（ｔａ／ｃｏｓ（θａ））と散乱部材の実際の厚みｔａとがほぼ等しい。一方、中性子線発生源７９から第２中性子線散乱部材７６ｂに向かう中性子線は、第２中性子線散乱部材７６ｂに対して斜めに入射しうるため、中性子線が通過する実効的な厚み（ｔｂ／ｃｏｓ（θａ））が散乱部材の実際の厚みｔｂよりも大きくなる。そのため、相対的に小さい厚みｔｂの第２中性子線散乱部材７６ｂを用いたとしても、筐体７０の外部空間Ｅにおける中性子線量率を効果的に低減できる。
図１の例では、第１収容部７１ａと第２収容部７１ｂが隣接して配置され、第１収容部７１ａと第２収容部７１ｂが少なくとも部分的に厚み方向または中性子線発生源７９から外面７０ａに向かう方向に重なるように配置される。また、第１収容部７１ａに設けられる第１中性子線散乱部材７６ａと、第２収容部７１ｂに設けられる第２中性子線散乱部材７６ｂとが少なくとも部分的に厚み方向または中性子線発生源７９から外面７０ａに向かう方向に重なるように配置される。これにより、第１収容部７１ａと第２収容部７１ｂの隙間を通じて高線量率の中性子線が外部空間Ｅに漏れ出るのを防ぐことができる。
図１の例では、中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂの厚みを２段階で変化させているが、中性子線散乱部材の厚みを３段階以上の段階数で変化させてもよいし、中性子線散乱部材の厚みを連続的に変化させてもよい。また、第１収容部７１ａおよび第２収容部７１ｂにおいて、所望の厚みｔａ，ｔｂを有する板状またはブロック状の中性子線散乱部材を用いてもよいし、所望の厚みｔａ，ｔｂよりも薄い板状またはブロック状の中性子線散乱部材を厚み方向に複数重ねて用いてもよい。
図２は、収容部７１の構造を詳細に示す図である。収容部７１は、本体枠７３と、蓋板７４とを有する。収容部７１の内部には、Ｘ線遮蔽部材７５と、中性子線散乱部材７６とが設けられる。本体枠７３は、Ｘ線遮蔽部材７５および中性子線散乱部材７６を支持するための支持構造であり、収容部７１の外面７０ａおよび側面７０ｃを構成する。蓋板７４は、本体枠７３の開口に取り付けられ、収容部７１の内面７０ｂを構成する。本体枠７３および蓋板７４は、鉄やアルミニウムなどの金属材料で構成される。Ｘ線遮蔽部材７５および中性子線散乱部材７６は、厚み方向に重ねて配置され、例えばＸ線遮蔽部材７５が外面７０ａ側、中性子線散乱部材７６が内面７０ｂ側となるように配置される。Ｘ線遮蔽部材７５は、例えば鉛板であり、中性子線散乱部材７６は、例えば板状またはブロック状の高密度ポリエチレンである。なお、蓋板７４を設ける代わりに、中性子線散乱部材７６の内面７０ｂ側の表面に不燃性シートを取り付けてもよい。また、蓋板７４と中性子線散乱部材７６の間に不燃性シートを追加的に取り付けてもよい。不燃性シートとは、加熱された場合に一定時間（例えば２０分）燃焼しないシート状部材であり、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系の樹脂シート、ガラス繊維を基材とする樹脂シート、または金属シートなどが挙げられる。
非収容部７２は、中性子線散乱部材７６が内部に設けられない点を除いて収容部７１と同様に構成することができる。非収容部７２は、例えば、図２に示す本体枠７３および蓋板７４を有し、非収容部７２の内部にＸ線遮蔽部材７５が設けられる。非収容部７２の厚みは、収容部７１の厚みと同じであってもよいし、収容部７１の厚みより小さくてもよい。非収容部７２の内部は空洞であってもよい。
図３は、筐体７０とは別に設けられる中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂを模式的に示す図であり、中性子線発生源７９が存在する装置７８または装置７８の支持構造に対して中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂが取り付けられる。筐体７０には中性子線散乱部材が設けられていないため、筐体７０は上述の非収容部７２として構成される。中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂの表面には不燃性シートが取り付けられてもよい。
図３においても、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離に応じて中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂを配置している。厚みｔａの大きい第１中性子線散乱部材７７ａは、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離となる第１方向（矢印Ｄａ）に配置され、中性子線発生源７９から第１方向に出射される中性子線が入射しうる位置に配置される。厚みｔｂの小さい第２中性子線散乱部材７７ｂは中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離よりも大きい第２距離となる第２方向（矢印Ｄｂ）に配置され、中性子線発生源７９から第２方向に出射される中性子線が入射しうる位置に配置される。一方、中性子線発生源７９から筐体７０の外面７０ａまでの距離が第１距離および第２距離よりも大きい第３距離となる第３方向（矢印Ｄｃ）には中性子線散乱部材が配置されていない。このように中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂを配置することで、図１の構成と同様の中性子線量率の低減効果が見込まれる。
図３では中性子線発生源７９のより近くに中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂが配置されるため、図１の中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂに比べて必要とされる中性子線散乱部材の量が少なくて済む。したがって、図１よりも図３の中性子線散乱部材の配置の方が好ましいかもしれない。しかしながら、ビームラインを構成する装置７８の周囲には様々な機器やケーブル等があり、装置７８の近傍において中性子線散乱部材を隙間なく配置することは必ずしも容易ではない。そこで、本実施の形態では、図１のように筐体に取り付ける中性子線散乱部材７６ａ，７６ｂを基本としつつ、図３のように装置本体の近傍にも中性子線散乱部材７７ａ，７７ｂを適宜配置するようにする。これにより、装置全体での中性子線散乱部材の総量を低減しつつ、筐体の外部空間Ｅでの中性子線量率が基準値以下となるようにする。
図４は、実施の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５（ａ）～（ｃ）は、図４のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。図５（ａ）は、図４のＡ－Ａ線断面に対応し、図５（ｂ）は、図４のＢ－Ｂ線断面に対応し、図５（ｃ）は、図４のＣ－Ｃ線断面に対応する。
イオン注入装置１００は、装置本体５８と、筐体６０とを備える。装置本体５８は、ビーム生成ユニット１２と、ビーム加速ユニット１４と、ビーム偏向ユニット１６と、ビーム輸送ユニット１８と、基板搬送処理ユニット２０とを含む。筐体６０は、装置本体５８の外周に配置され、装置本体５８を少なくとも部分的に包囲する。詳細は後述するが、図面においてハッチングを施した箇所に中性子線散乱部材が配置されている。
ビーム生成ユニット１２は、イオン源１０と、質量分析装置１１とを有する。ビーム生成ユニット１２では、イオン源１０からイオンビームが引き出され、引き出されたイオンビームが質量分析装置１１により質量分析される。質量分析装置１１は、質量分析磁石１１ａと、質量分析スリット１１ｂとを有する。質量分析スリット１１ｂは、質量分析磁石１１ａの下流側に配置される。質量分析装置１１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は、次のビーム加速ユニット１４に導かれる。
ビーム加速ユニット１４は、イオンビームの加速を行う複数の線形加速装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、ビームプロファイルスリット２３とを有し、ビームラインＢＬのうち直線状に延びる部分を構成する。複数の線形加速装置２２ａ～２２ｃのそれぞれは、一以上の高周波共振器を備え、高周波（ＲＦ）電場をイオンビームに作用させて加速させる。ビームプロファイルスリット２３は、ビーム加速ユニット１４の最下流に設けられ、複数の線形加速装置２２ａ～２２ｃにより加速された高エネルギーイオンビームのビームプロファイルを測定するために用いられる。
本実施の形態では、三つの線形加速装置２２ａ～２２ｃが設けられる。第１線形加速装置２２ａは、ビーム加速ユニット１４の上段に設けられ、複数段（例えば５段～１０段）の高周波共振器を備える。第１線形加速装置２２ａは、ビーム生成ユニット１２から出力される連続ビーム（ＤＣビーム）を特定の加速位相に合わせる「バンチング（bunching）」を行い、例えば、１ＭｅＶ程度のエネルギーまでイオンビームを加速させる。第２線形加速装置２２ｂは、ビーム加速ユニット１４の中段に設けられ、複数段（例えば５段～１０段）の高周波共振器を備える。第２線形加速装置２２ｂは、第１線形加速装置２２ａから出力されるイオンビームを２～３ＭｅＶ程度のエネルギーまで加速させる。第３線形加速装置２２ｃは、ビーム加速ユニット１４の下段に設けられ、複数段（例えば５段～１０段）の高周波共振器を備える。第３線形加速装置２２ｃは、第２線形加速装置２２ｂから出力されるイオンビームを４ＭｅＶ以上の高エネルギーまで加速させる。
本実施の形態では、ビーム加速ユニット１４に含まれる１５段～３０段程度の高周波共振器を三つの線形加速装置２２ａ～２２ｃに分けて実装しているが、ビーム加速ユニット１４の構成は図示されるものに限られない。ビーム加速ユニット１４は、全体が一つの線形加速装置として構成されてもよいし、二つの線形加速装置や四以上の線形加速装置に分かれて実装されてもよい。また、ビーム加速ユニット１４が他の任意の形式の加速装置で構成されてもよく、例えばタンデム加速装置を備えてもよい。本実施の形態は、特定のイオン加速方式には限定されず、４ＭｅＶ以上の超高エネルギーイオンビームを生成可能であれば任意のビーム加速装置を採用することができる。
ビーム加速ユニット１４から出力される高エネルギーイオンビームは、ある範囲のエネルギー分布を持っている。このため、ビーム加速ユニット１４の下流で高エネルギーのイオンビームを往復走査および平行化させてウェハに照射するためには、事前に高い精度のエネルギー分析と、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必要となる。
ビーム偏向ユニット１６は、ビーム加速ユニット１４から出力される高エネルギーイオンビームのエネルギー分析、エネルギー分散の制御、軌道補正を行う。ビーム偏向ユニット１６は、ビームラインＢＬのうち円弧状に延びる部分を構成する。高エネルギーイオンビームは、ビーム偏向ユニット１６によって方向転換され、ビーム輸送ユニット１８に向かう。
ビーム偏向ユニット１６は、エネルギー分析電磁石２４と、エネルギー分散を抑制する横収束四重極レンズ２６と、エネルギー分析スリット２７と、第１ファラデーカップ２８と、ステアリング（軌道補正）を提供する偏向電磁石３０と、第２ファラデーカップ３１とを有する。エネルギー分析電磁石２４は、エネルギーフィルタ電磁石（ＥＦＭ）とも呼ばれる。また、エネルギー分析電磁石２４、横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８で構成される装置群を総称して「エネルギー分析装置」とも呼ばれる。
エネルギー分析スリット２７は、エネルギー分析の分解能を調整するためにスリット幅が可変となるよう構成される。エネルギー分析スリット２７は、例えば、スリット幅方向に移動可能な二枚の遮蔽体により構成され、二枚の遮蔽体の間隔を変化させることによりスリット幅が調整可能となるように構成される。エネルギー分析スリット２７は、スリット幅の異なる複数のスリットのいずれか一つを選択することによりスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。
第１ファラデーカップ２８は、エネルギー分析スリット２７の直後に配置され、エネルギー分析用のビーム電流測定に用いられる。第２ファラデーカップ３１は、偏向電磁石３０の直後に配置され、軌道補正されてビーム輸送ユニット１８に入るイオンビームのビーム電流測定用に設けられる。第１ファラデーカップ２８および第２ファラデーカップ３１のそれぞれは、ファラデーカップ駆動部（不図示）の動作によりビームラインＢＬに出し入れ可能となるよう構成される。
ビーム輸送ユニット１８は、ビームラインＢＬのうち直線状に延びる部分を構成し、装置中央のメンテナンス領域ＭＡを挟んでビーム加速ユニット１４と並行する。ビーム輸送ユニット１８の長さは、ビーム加速ユニット１４の長さと同程度となるように設計される。その結果、ビーム加速ユニット１４、ビーム偏向ユニット１６およびビーム輸送ユニット１８で構成されるビームラインＢＬは、全体でＵ字状のレイアウトを形成する。
ビーム輸送ユニット１８は、ビーム整形器３２と、ビーム走査器３４と、ビームダンプ３５と、ビーム平行化器３６と、最終エネルギーフィルタ３８と、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒとを有する。
ビーム整形器３２は、四重極収束／発散装置（Ｑレンズ）などの収束／発散レンズを備えており、ビーム偏向ユニット１６を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形器３２は、例えば、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成され、三つの四重極レンズを有する。ビーム整形器３２は、三つのレンズ装置を用いることにより、イオンビームの収束または発散を水平方向（ｘ方向）および鉛直方向（ｙ方向）のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形器３２は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。
ビーム走査器３４は、ビームの往復走査を提供するよう構成され、整形されたイオンビームをｘ方向に走査するビーム偏向装置である。ビーム走査器３４は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を有する。走査電極対は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対の間に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームをさまざまな角度に偏向させる。その結果、イオンビームが矢印Ｘで示される走査範囲にわたって走査される。図４において、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を細実線で示している。
ビーム走査器３４は、矢印Ｘで示される走査範囲を超えてビームを偏向させることにより、ビームラインＢＬから離れた位置に設けられるビームダンプ３５にイオンビームを入射させる。ビーム走査器３４は、ビームダンプ３５に向けてビームラインＢＬからイオンビームを一時的に待避させることにより、下流の基板搬送処理ユニット２０にイオンビームが到達しないようにイオンビームを遮断する。
ビーム平行化器３６は、走査されたイオンビームの進行方向を設計上のビームラインＢＬの軌道と平行にするよう構成される。ビーム平行化器３６は、中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極を有する。平行化レンズ電極は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームに作用させて、イオンビームの進行方向を平行に揃える。なお、ビーム平行化器３６は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。
最終エネルギーフィルタ３８は、イオンビームのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方（－ｙ方向）に偏向して基板搬送処理ユニット２０に導くよう構成されている。最終エネルギーフィルタ３８は、角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）と呼ばれることがあり、電界偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（図示せず）に接続される。図５（ｃ）において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームを下方に偏向させる。なお、最終エネルギーフィルタ３８は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。
左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒは、最終エネルギーフィルタ３８の下流側に設けられ、矢印Ｘで示される走査範囲の左端および右端のビームが入射しうる位置に配置される。左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒは、ウェハＷに向かうビームを遮らない位置に設けられ、ウェハＷへのイオン注入中のビーム電流を測定する。
ビーム輸送ユニット１８の下流側、つまり、ビームラインＢＬの最下流には基板搬送処理ユニット２０が設けられる。基板搬送処理ユニット２０は、注入処理室４０と、ビームモニタ４２と、基板搬送装置４４と、ロードポート４６とを有する。注入処理室４０には、イオン注入中のウェハＷを保持し、ウェハＷをビーム走査方向（ｘ方向）と直角方向（ｙ方向）に動かすプラテン駆動装置（不図示）が設けられる。
ビームモニタ４２は、注入処理室４０の内部のビームラインＢＬの最下流に設けられる。ビームモニタ４２は、ビームラインＢＬ上にウェハＷが存在しない場合にイオンビームが入射しうる位置に設けられており、イオン注入工程の事前または工程間においてビーム電流を測定するよう構成される。ビームモニタ４２は、例えば、注入処理室４０と基板搬送装置４４との間を接続する搬送口４３の近くに位置し、搬送口４３よりも鉛直下方の位置に設けられる。
基板搬送装置４４は、ウェハ容器４５が載置されるロードポート４６と、注入処理室４０との間でウェハＷを搬送するよう構成される。ロードポート４６は、複数のウェハ容器４５が同時に載置可能となるよう構成されており、例えば、ｘ方向に並べられる４台の載置台を有する。ロードポート４６の鉛直上方にはウェハ容器搬送口４７が設けられており、ウェハ容器４５が矢印Ｙで示されるように鉛直方向に通過可能となるよう構成される。ウェハ容器４５は、例えば、イオン注入装置１００が設置される半導体製造工場内の天井等に設置される搬送ロボットによりウェハ容器搬送口４７を通じてロードポート４６に自動的に搬入され、ロードポート４６から自動的に搬出される。
イオン注入装置１００は、さらに中央制御装置５０を備える。中央制御装置５０は、イオン注入装置１００の動作全般を制御する。中央制御装置５０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現され、中央制御装置５０により提供される各種機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。
中央制御装置５０の近傍には、イオン注入装置１００の動作モードを設定するための表示装置や入力装置を有する操作盤４９が設けられる。中央制御装置５０および操作盤４９の位置は特に限られないが、例えば、ビーム生成ユニット１２と基板搬送処理ユニット２０の間のメンテナンス領域ＭＡの出入口４８に隣接して中央制御装置５０および操作盤４９を配置することができる。イオン注入装置１００を管理する作業員による作業頻度の高いイオン源１０、ロードポート４６および中央制御装置５０および操作盤４９の場所を隣接させることで、作業効率を高めることができる。
イオン注入装置１００は、４ＭｅＶ以上の高エネルギーのイオンビームの衝突により中性子線が発生しうる中性子線発生源を有する。中性子線発生源となりうる箇所は、高エネルギーのイオンビームが連続的に入射しうる部材であり、スリット、ビームモニタおよびビームダンプなどである。具体的には、中性子線発生源となりうるスリットとして、ビームプロファイルスリット２３やエネルギー分析スリット２７などが挙げられる。また、中性子線発生源となりうるビームモニタとして、第１ファラデーカップ２８や第２ファラデーカップ３１、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒ、ビームモニタ４２などが挙げられる。また、ビーム走査器３４の下流に設けられるビームダンプ３５も中性子線発生源となりうる。図４および図５（ａ）～（ｃ）において、中性子線発生源となりうるビームラインの構成要素を黒色で塗りつぶしている。
イオン注入装置１００は、装置内で発生しうる中性子線を測定するための複数の中性子線測定器５１，５２，５３，５４を備える。イオン注入装置１００にて発生しうる中性子線の線量率はそれほど大きくなく、一般的な中性子線測定器の検出限界に近い値となりうるため、計測精度を高めるために中性子線発生源の近傍に配置される。第１中性子線測定器５１は、ビームプロファイルスリット２３の近傍に配置され、第２中性子線測定器５２は、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８の近傍に配置される。第３中性子線測定器５３は、ビームダンプ３５と左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒの間に位置する最終エネルギーフィルタ３８の近傍に配置され、第４中性子線測定器５４は、ビームモニタ４２の近傍に配置される。
なお、中性子線測定器の配置は例示にすぎず、図示される箇所よりも少ない箇所または多い箇所に中性子線測定器が配置されてもよい。例えば、第２ファラデーカップ３１やビームダンプ３５の近傍に追加または代替の中性子線測定器が配置されてもよい。また、同一箇所に複数の中性子線測定器が設けられてもよく、例えば、図４の４箇所に配置される中性子線測定器５１～５４のそれぞれが複数台（例えば２台または３台）の中性子線測定器を有してもよい。
筐体６０は、装置本体５８にて発生する中性子線を散乱させ、筐体６０の外側の外部空間Ｅの中性子線量率が所定の基準値以下となるようにする。筐体６０は、図５（ａ）～（ｃ）に示されるように、装置本体５８の側方に設けられる側壁部６１と、装置本体５８の鉛直上方に設けられる天井部６２と、装置本体の鉛直下方に設けられる床部６３とを含む。筐体６０は、装置本体５８が占める略直方体の内部空間Ｆを包囲する。
側壁部６１、天井部６２および床部６３のそれぞれは、少なくとも部分的に中性子線散乱部材が取り付けられている。一方で、ビームラインの一部区間に沿って配置される筐体６０の一部、つまり、側壁部６１、天井部６２および床部６３の一部には中性子線散乱部材が取り付けられていない。図面において、ハッチングのある箇所に中性子線散乱部材が設けられ、ハッチングのない箇所には中性子線散乱部材が設けられていない。
側壁部６１、天井部６２および床部６３のそれぞれの少なくとも一部は、例えば、上述の収容部７１または非収容部７２と同様に構成することができる。なお、筐体６０の任意の位置にスライド扉やヒンジ扉を設けることができ、これらの扉構造に対して中性子線散乱部材が取り付けられてもよい。
側壁部６１は、ビーム生成ユニット１２の近傍または周囲に配置される第１側壁部６１ａを有する。ビーム生成ユニット１２は、高エネルギーに加速される前の低エネルギーのイオンビームが通過する箇所であり、中性子線発生源とはならない。また、第１側壁部６１ａは、中性子線発生源から５ｍ～１０ｍ以上離れた位置に設けられるため、中性子線散乱部材が設けられていない。例えば、第１側壁部６１ａは、上述の非収容部７２と同様に構成される。
側壁部６１は、ビーム加速ユニット１４に沿って配置される第２側壁部６１ｂおよび第３側壁部６１ｃを有する。第２側壁部６１ｂは、高エネルギーに加速される前のイオンビームが通過する第１線形加速装置２２ａおよび第２線形加速装置２２ｂに沿って配置されるため、中性子線散乱部材が設けられていない。一方、第３側壁部６１ｃは、高エネルギーのイオンビームが通過する第３線形加速装置２２ｃに沿って配置される部分であり、中性子線発生源となりうるビームプロファイルスリット２３の近傍に配置されるため、中性子線散乱部材が設けられる。第２側壁部６１ｂは、例えば、上述の非収容部７２と同様に構成される。第３側壁部６１ｃは、例えば、上述の収容部７１と同様に構成される。第３側壁部６１ｃは、第２収容部７１ｂと同様に構成され、厚みの小さい第２中性子線散乱部材７６ｂが設けられてもよい。
側壁部６１は、ビーム偏向ユニット１６に沿って配置される第４側壁部６１ｄ、第５側壁部６１ｅおよび第６側壁部６１ｆを有する。ビーム偏向ユニット１６は、中性子線発生源となりうるエネルギー分析スリット２７、第１ファラデーカップ２８および第２ファラデーカップ３１を有するため、ビーム偏向ユニット１６の近傍の側壁部６１ｄ～６１ｆには中性子線散乱部材が設けられる。
第４側壁部６１ｄは、ビームラインＢＬが円弧状となるエネルギー分析電磁石２４の近傍に配置されるため、ビームラインＢＬから第４側壁部６１ｄまでの距離が比較的大きい。そのため、第４側壁部６１ｄには厚みの小さい中性子線散乱部材が設けられる。同様に、第６側壁部６１ｆは、ビームラインＢＬが円弧状となる偏向電磁石３０の近傍に配置され、ビームラインＢＬから第６側壁部６１ｆまでの距離が比較的大きいため、厚みの小さい中性子線散乱部材が設けられる。第４側壁部６１ｄおよび第６側壁部６１ｆは、上述の第２収容部７１ｂと同様に構成され、厚みの小さい第２中性子線散乱部材７６ｂが設けられてもよい。
第５側壁部６１ｅは、ビームラインＢＬが直線状となる横収束四重極レンズ２６、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８の近傍に配置され、ビームラインＢＬと並行する。第５側壁部６１ｅは、筐体６０の占有面積を小さくする観点からビームラインＢＬに近接して配置される。中性子発生源となるエネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８から第５側壁部６１ｅまでの距離は小さく、例えば２ｍ以下、１．５ｍ以下、または１ｍ以下である。さらに、エネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８から第５側壁部６１ｅに向かう中性子線は、第５側壁部６１ｅの厚み方向に進行するため、中性子線が通過する実効的な厚みを稼ぐことも難しい。そのため、第５側壁部６１ｅには、厚みの大きい中性子線散乱部材が設けられ、その厚さは例えば１５０ｍｍ以上、２００ｍｍ以上または３００ｍｍ以上である。第５側壁部６１ｅは、上述の第１収容部７１ａと同様に構成され、厚みの大きい第１中性子線散乱部材７６ａが設けられてもよい。
側壁部６１は、ビーム輸送ユニット１８に沿って配置される第７側壁部６１ｇを有する。第７側壁部６１ｇは、ビーム輸送ユニット１８の上流側に位置するビーム整形器３２、ビーム走査器３４およびビーム平行化器３６の近傍に配置される。第７側壁部６１ｇの近傍には、中性子線発生源となりうる第２ファラデーカップ３１やビームダンプ３５が存在するものの、これらの中性子線発生源から第７側壁部６１ｇまでの距離が比較的大きい。そのため、第７側壁部６１ｇには厚みの小さい中性子線散乱部材が設けられる。第７側壁部６１ｇは、上述の第２収容部７１ｂと同様に構成され、厚みの小さい第２中性子線散乱部材７６ｂが設けられてもよい。
側壁部６１は、最終エネルギーフィルタ３８、注入処理室４０および基板搬送装置４４に沿って配置される第８側壁部６１ｈを有する。第８側壁部６１ｈは、高エネルギーイオンビームが頻繁に入射しうるビームモニタ４２の近傍に配置され、ビームモニタ４２における中性子線量率が比較的多いため、厚みの大きい中性子線散乱部材が設けられる。第８側壁部６１ｈは、上述の第１収容部７１ａと同様に構成され、厚みの大きい第１中性子線散乱部材７６ａが設けられてもよい。
側壁部６１は、ロードポート４６を囲うように配置される第９側壁部６１ｉを有する。第９側壁部６１ｉは、ロードポート４６の正面に配置される部分と、ロードポート４６の側方に配置される部分とを有する。第９側壁部６１ｉにはロードポート４６への出入口と正面扉が設けられる。第９側壁部６１ｉは、ビームモニタ４２の近傍に配置されるため、中性子線散乱部材が設けられる。第９側壁部６１ｉは、ビームモニタ４２からの距離が近いため、厚みの大きい中性子線散乱部材を設けることが好ましいが、正面扉の厚みを大きくしすぎると正面扉の開閉に労力がかかり、利便性の低下につながる。そこで、ビームモニタ４２とロードポート４６の間に追加の中性子線散乱部材６４ａ，６４ｂを配置することにより、第９側壁部６１ｉに必要とされる中性子線散乱部材の厚みを小さくしている。第９側壁部６１ｉは、上述の第２収容部７１ｂと同様に構成され、厚みの小さい第２中性子線散乱部材７６ｂが設けられてもよい。
なお、天井部６２および床部６３についても、側壁部６１と同様の考え方で中性子線散乱部材が設けられている。つまり、中性子線発生源の近傍や、中性子線発生源から天井部６２または床部６３までの距離が近い箇所において、中性子線散乱部材を重点的に配置するようにし、それ以外の箇所では中性子線散乱部材を薄くするか、中性子線散乱部材を設けないようにしている。
図５（ａ）において、天井部６２は、中性子線散乱部材が設けられない第１天井部６２ａと、中性子線散乱部材が設けられる第２天井部６２ｂを有する。第１天井部６２ａは、ビーム生成ユニット１２と、ビーム加速ユニット１４の上流側（第１線形加速装置２２ａおよび第２線形加速装置２２ｂ）とに沿って配置される。第２天井部６２ｂは、ビーム加速ユニット１４の下流側（第３線形加速装置２２ｃおよびビームプロファイルスリット２３）に沿って配置される。第２天井部６２ｂは、中性子線発生源となりうるビームプロファイルスリット２３からの距離が近い（例えば１ｍ以内である）ため、ビームプロファイルスリット２３からの距離に応じて中性子線散乱部材の厚さを段階的に変化させている。例えば、第２天井部６２ｂにおいて、ビームプロファイルスリット２３からの距離が近くなるほど板状の中性子線散乱部材を重ねる枚数を多くしている。
図５（ａ）において、床部６３は、中性子線散乱部材が設けられない第１床部６３ａと、中性子線散乱部材が設けられる第２床部６３ｂを有する。第１床部６３ａは、ビーム生成ユニット１２と、ビーム加速ユニット１４の上流側とに沿って配置される。第２床部６３ｂは、ビームプロファイルスリット２３の近傍に配置される。床部６３は、装置本体５８の取り付けや作業時の足場を確保する観点から極力平坦となるように構成されることが好ましい。言いかえれば、床部６３に厚みの大きい中性子線散乱部材を部分的に配置することで、床部６３の上面が階段状に構成されることは好ましくない。そこで、第３線形加速装置２２ｃやビームプロファイルスリット２３を収容する装置の下面に追加の中性子線散乱部材６４ｃ，６４ｄを配置し、第２床部６３ｂに必要とされる中性子線散乱部材の厚みを小さくしている。
図５（ｂ）において、天井部６２は、中性子線散乱部材が設けられる第３天井部６２ｃを有する。第３天井部６２ｃは、ビーム偏向ユニット１６に沿って配置される。第３天井部６２ｃは、第２天井部６２ｂと同様、中性子線発生源となりうるエネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８の近傍において、中性子線発生源からの距離が近くなるほど中性子線散乱部材の厚みが大きくなるように構成される。
図５（ｂ）において、床部６３は、中性子線散乱部材が設けられる第３床部６３ｃを有する。第３床部６３ｃは、ビーム偏向ユニット１６に沿って配置される。また、ビーム偏向ユニット１６を構成する装置の下面には、追加の中性子線散乱部材６４ｅが配置される。追加の中性子線散乱部材６４ｅは、中性子線発生源となりうるエネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８の近傍に配置され、中性子線発生源からの距離が近くなるほど中性子線散乱部材の厚みが大きくなるように構成される。追加の中性子線散乱部材６４ｅを配置することで、第３床部６３ｃに必要とされる中性子線散乱部材の厚みを小さくしている。
図５（ｃ）において、天井部６２は、中性子線散乱部材が設けられる第４天井部６２ｄおよび第５天井部６２ｅを有する。第４天井部６２ｄは、ビーム輸送ユニット１８に沿って配置され、第５天井部６２ｅは、基板搬送処理ユニット２０に沿って配置される。第４天井部６２ｄは、中性子線発生源となりうる第２ファラデーカップ３１およびビームダンプ３５のそれぞれの近傍において中性子線散乱部材の厚みが大きくなるように構成される。また、ビーム走査器３４の上面のうちビームダンプ３５の近傍の位置には追加の中性子線散乱部材６４ｇが設けられている。第５天井部６２ｅは、中性子線発生源となりうるビームモニタ４２からの距離が近くなるほど中性子線散乱部材の厚みが大きくなるように構成される。
図５（ｃ）において、床部６３は、中性子線散乱部材が設けられる第４床部６３ｄおよび第５床部６３ｅを有する。第４床部６３ｄは、ビーム輸送ユニット１８に沿って配置され、第５床部６３ｅは、基板搬送処理ユニット２０に沿って配置される。第４床部６３ｄは、中性子線散乱部材の厚みが均一となるように構成されている。第２ファラデーカップ３１の近傍の装置本体５８の下面には、追加の中性子線散乱部材６４ｆが配置されている。追加の中性子線散乱部材６４ｆを配置することで、第４床部６３ｄに必要とされる中性子線散乱部材の厚みを小さくしている。第５床部６３ｅは、ビームモニタ４２が設けられる注入処理室４０の近傍において、中性子線散乱部材の厚みが大きくなるよう構成されている。なお、基板搬送装置４４およびロードポート４６の床部（第６床部）６３ｆには、中性子線散乱部材が設けられていない。注入処理室４０と基板搬送装置４４の間に配置される追加の中性子線散乱部材６４ａにより、ビームモニタ４２から第６床部６３ｆに向かう中性子線量率を十分低減できるからである。
図５（ｃ）において、基板搬送処理ユニット２０に設けられる追加の中性子線散乱部材６４ａ，６４ｂは、注入処理室４０とロードポート４６の間のウェハＷの搬送を妨げないように配置される。具体的には、搬送口４３が設けられる高さ位置において、矢印Ｚで示される水平方向のウェハ搬送経路上に中性子線散乱部材が配置されないように構成される。つまり、追加の中性子線散乱部材６４ａ，６４ｂは、互いに水平方向に重ならないように配置される。その一方で、矢印Ｚで示される水平方向のウェハ搬送経路を通じて外部に中性子線が漏れ出すのを防ぐため、ロードポート４６の正面には中性子線散乱部材を含む第９側壁部６１ｉが設けられる。第９側壁部６１ｉは、追加の中性子線散乱部材６４ａ，６４ｂのそれぞれと部分的に水平方向に重なるように配置される。
図５（ｃ）において、基板搬送処理ユニット２０に設けられる追加の中性子線散乱部材６４ｂは、ウェハ容器搬送口４７を通じた矢印Ｙで示される鉛直方向のウェハ容器の搬送を妨げないように配置される。つまり、追加の中性子線散乱部材６４ｂは、ウェハ容器搬送口４７を挟んで第９側壁部６１ｉから水平方向に離れて配置される。その一方で、ウェハ容器搬送口４７を通じて外部に中性子線が漏れ出すのを防ぐため、追加の中性子線散乱部材６４ｂと第９側壁部６１ｉとが部分的に水平方向に重なるように配置される。
図６は、ロードポート４６の正面扉８０の構造を模式的に示す上面図である。ロードポート４６は、左右方向（矢印Ｓの方向）に一列に並べられる４個の載置台４６ａ～４６ｄを有する。ロードポート４６の正面には、図４の第９側壁部６１ｉの一部で囲われる出入口８１が設けられ、出入口８１を閉鎖可能となるように二枚のスライド扉８２，８３と、一枚のヒンジ扉８４が設けられる。正面扉８０を構成する各扉８２～８４には中性子線散乱部材が取り付けられている。
第１スライド扉８２は、左右方向に延びる第１レール８５に沿って左右方向にスライド可能となるよう構成され、第２スライド扉８３は、左右方向に延びる第２レール８６に沿って左右方向にスライド可能となるよう構成される。第１スライド扉８２および第２スライド扉８３は、奥行き方向に異なる位置に配置され、ロードポート４６の正面視において第１スライド扉８２が奥側、第２スライド扉８３が手前側に配置されている。ヒンジ扉８４は、出入口８１の右端に設けられるヒンジ８７を回転軸として矢印Ｒで示されるように回動可能となるよう構成される。
図６に示される正面扉８０の閉鎖状態において、第１スライド扉８２は出入口８１の中央に配置され、第２スライド扉８３は出入口８１の左側に配置され、ヒンジ扉８４は出入口８１の右側に配置される。別の言い方をすれば、ヒンジ扉８４は出入口８１の右端を閉鎖し、二枚のスライド扉８２，８３はヒンジ扉８４に閉鎖されない出入口８１の残りの部分を閉鎖する。閉鎖状態において、第１スライド扉８２および第２スライド扉８３は、部分的に奥行き方向に重なるように構成され、第１スライド扉８２およびヒンジ扉８４も、部分的に奥行き方向に重なるように構成される。ヒンジ扉８４は、閉鎖状態において、第２スライド扉８３と奥行き方向の位置が一致するように構成される。
図７（ａ），（ｂ）は、開放状態の正面扉８０を模式的に示す上面図である。図７（ａ）は、出入口８１の左側を開放した状態を示す。ヒンジ扉８４が手前に開放され、第１スライド扉８２および第２スライド扉８３が出入口８１の右側にスライドされている。その結果、左側に配置される第１載置台４６ａおよび第２載置台４６ｂの双方の正面が開放された状態となる。図７（ｂ）は、出入口８１の右側を開放した状態を示す。ヒンジ扉８４が手前に開放され、第１スライド扉８２および第２スライド扉８３が出入口８１の左側にスライドされている。その結果、右側に配置される第３載置台４６ｃおよび第４載置台４６ｄの双方の正面が開放された状態となる。
本実施の形態によれば、４個の載置台４６ａ～４６ｄが設けられるロードポート４６において、三枚の扉８２～８４を組み合わせることで、開放状態において左右いずれかの２個の載置台の正面全体を開放させることができ、左右方向に余裕のある作業スペースを提供できる。仮に、正面扉８０を二枚のスライド扉のみで構成した場合、出入口８１の中央付近において二枚のスライド扉が重なるように配置されるため、中央の２個の載置台４６ｂ，４６ｃの手前を広く開放させることができない。また、正面扉８０を三枚のスライド扉で構成した場合、三枚のスライド扉を奥行き方向にずらして配置する必要があり、正面扉８０の全体の奥行き方向の厚みが増えてしまう。本実施の形態では、正面扉８０を構成する各扉８２～８４のそれぞれに厚みの大きい（例えば２００ｍｍ程度の）中性子線散乱部材が取り付けられるため、三枚のスライド扉を採用する場合には正面扉８０の奥行きが大きくなってしまう。一方、本実施の形態によれば、二枚のスライド扉と一枚のヒンジ扉を組み合わせることで、正面扉８０の奥行きを小さくしつつ、出入口８１を広く開放させることができる。
図６および図７（ａ），（ｂ）に示される正面扉８０では、ヒンジ扉８４を出入口８１の右側に設ける構成としたが、ヒンジ扉８４を出入口８１の左側に設けてもよい。つまり、図示される構造とは左右対称となるように正面扉８０を構成してもよい。その他、出入口８１の左側に第１ヒンジ扉を配置し、出入口８１の右側に第２ヒンジ扉を配置し、出入口８１の中央に一枚のスライド扉が配置されるように構成してもよい。
つづいて、中性子線の測定について述べる。中央制御装置５０は、図４に示される複数の中性子線測定器５１～５４のそれぞれの測定値を取得し、中性子線の発生状況をモニタする。中央制御装置５０は、複数の中性子線測定器５１～５４の測定値に基づいて、少なくとも一箇所の中性子線発生源の位置を推定し、位置が推定された少なくとも一箇所の中性子線発生源から放射される中性子線強度を推定する。
例えば、第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて中性子線が検出される一方で、第３中性子線測定器５３や第４中性子線測定器５４にて中性子線が検出されない場合、ビームラインＢＬの上流側に中性子線発生源があることが推定される。この場合、第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２のそれぞれの測定値の大きさを解析することで、いずれの中性子線発生源にて中性子線が発生しているかを推定できる。例えば、第１中性子線測定器５１の測定値が大きく、第２中性子線測定器５２の測定値が小さい場合、ビームプロファイルスリット２３が中性子線発生源であることが推定される。また、第１中性子線測定器５１の測定値が小さく、第２中性子線測定器５２の測定値が大きい場合、エネルギー分析スリット２７、第１ファラデーカップ２８および第２ファラデーカップ３１の少なくとも一つが中性子線発生源であることが推定される。また、第１中性子線測定器５１の測定値および第２中性子線測定器５２の測定値がいずれも大きい場合、ビームプロファイルスリット２３、エネルギー分析スリット２７、第１ファラデーカップ２８および第２ファラデーカップ３１の全てが中性子線発生源である可能性が推定される。逆に、第１中性子線測定器５１の測定値および第２中性子線測定器５２にて中性子線が検出されず、第３中性子線測定器５３や第４中性子線測定器５４にて中性子線が検出される場合、ビームラインＢＬの下流側に中性子線発生源があることが推定される。中性子線発生源の位置を推定することにより、位置が推定された中性子線発生源に対する複数の中性子線測定器５１～５４の配置や距離に基づいて、位置が推定された中性子線発生源から放射される中性子線強度を推定することもできる。
中央制御装置５０は、複数の中性子線測定器５１～５４の測定値に基づいて、筐体６０の内側の内部空間Ｆの中性子線の線量率分布を推定してもよい。中央制御装置５０は、複数の中性子線測定器５１～５４の測定値に基づいて、筐体６０の外側の中性子線量率を推定してもよい。中央制御装置５０は、例えば、中性子線発生源の位置および中性子線量率を推定し、推定した中性子線発生源の位置および中性子線量率に基づいて、筐体６０の外部空間Ｅまたは内部空間Ｆの任意の位置の中性子線量率をシミュレーション等により算出してもよい。筐体６０の内部または外部の中性子線量率は、装置本体５８の配置や筐体６０の配置、筐体６０に設けられる中性子線散乱部材の配置、および、筐体６０とは別に設けられる中性子線散乱部材の配置を考慮して算出されてもよい。中央制御装置５０は、算出した筐体６０の内部または外部の中性子線量率が所定の上限値を超える場合、アラートを出力したり、イオンビームの出力を一時的に停止したり、中性子線量率が上限値未満となるように装置本体５８を構成する複数の装置の少なくとも一つの動作条件を変更したりしてもよい。
中央制御装置５０は、複数の中性子線測定器５１～５４の測定値に基づいて、ビームラインＢＬに沿って配置される複数の装置の少なくとも一つをモニタしてもよい。具体的には、装置本体５８を構成する複数の装置の少なくとも一つの異常を検知したり、複数の装置のうちメンテナンスが必要な装置を推定したりしてもよい。中央制御装置５０は、装置本体５８の動作モードに関する情報を用いて、モニタ対象となる少なくとも一つの装置が正常であるか異常であるかを判定してもよい。装置本体５８の動作モードに応じて、中性子線発生源となる場所や中性子線発生源にて発生する中性子線量率が異なりうるからである。以下、図８～図１４を参照しながら、中性子線が発生しうる状況となる動作モードについて説明する。
図８は、実施の形態に係るイオン注入工程の流れを示すフローチャートであり、イオンビームを調整した後にウェハＷにイオン注入する流れを示している。図９～図１４は、各工程における装置本体５８の動作モードと、中性子線発生源の位置と、複数の中性子線測定器５１～５４で検出される中性子線９０～９７とを模式的に示している。図９～図１４において、ビームラインＢＬを通過するイオンビームの到達範囲を太線で示し、主たる中性子線発生源を黒く塗りつぶしている。
まず、図８の第１工程（Ｓ１０）において、ビームエネルギーが調整される。図９は、第１工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第１工程は、ビームプロファイルスリット２３をビームラインＢＬに挿入し、エネルギー分析スリット２７のスリット幅を狭くし、第１ファラデーカップ２８をビームラインＢＬに挿入した状態（第１動作モードともいう）でなされる。第１工程では、ビームプロファイルスリット２３、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８に高エネルギーイオンビームが衝突して中性子線が発生する可能性がある。したがって、第１工程では、ビームプロファイルスリット２３、エネルギー分析スリット２７および第１ファラデーカップ２８が中性子線発生源となりうる。このとき、ビームプロファイルスリット２３にて発生する中性子線９０は、主に第１中性子線測定器５１により検出される。また、エネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８にて発生する中性子線９１は、主に第２中性子線測定器５２により検出される。なお、ビームプロファイルスリット２３にて発生する中性子線９０は、第２中性子線測定器５２にも検出されうる。同様に、エネルギー分析スリット２７や第１ファラデーカップ２８にて発生する中性子線９１は、第１中性子線測定器５１にも検出されうる。
つづいて、図８の第２工程（Ｓ１２）において、第１ファラデーカップ２８を用いてビーム電流が調整される。図１０は、第２工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第２工程は、ビームプロファイルスリット２３をビームラインＢＬから待避し、エネルギー分析スリット２７のスリット幅を広くして通常幅とし、第１ファラデーカップ２８をビームラインＢＬに挿入した状態（第２動作モードともいう）でなされる。第２工程は、図９の第１工程と同様の動作モードとなるが、ビームプロファイルスリット２３には高エネルギーイオンビームが衝突せず、エネルギー分析スリット２７には高エネルギーイオンビームが衝突しにくくなる。その結果、第２工程では、実質的に第１ファラデーカップ２８のみに高エネルギーイオンビームが衝突し、第１ファラデーカップ２８が中性子線発生源となりうる。第１ファラデーカップ２８にて発生する中性子線９２は、第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２により検出されうる。第２工程では、より多くの高エネルギーイオンビームが第１ファラデーカップ２８に入射するため、第１工程よりも第１ファラデーカップ２８にて発生しうる中性子線９２の線量率が高くなる。
次に、図８の第３工程（Ｓ１４）において、第２ファラデーカップ３１を用いてビーム電流が調整される。図１１は、第３工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第３工程は、第１ファラデーカップ２８をビームラインＢＬから待避し、第２ファラデーカップ３１をビームラインＢＬに挿入した状態（第３動作モードともいう）でなされる。第３工程では、イオンビームが第２ファラデーカップ３１に衝突するため、第２ファラデーカップ３１が主たる中性子線発生源となりうる。第２ファラデーカップ３１にて発生する中性子線９３は、主に第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２にて検出される。このとき、第２ファラデーカップ３１の近傍に配置される第２中性子線測定器５２にて検出される中性子線９３の線量率が相対的に大きく、第２ファラデーカップ３１から離れて配置される第１中性子線測定器５１にて検出される中性子線９３の線量率が相対的に小さくなる。
次に、図８の第４工程（Ｓ１６）において、ビームモニタ４２を用いてビーム電流が調整される。図１２は、第４工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第４工程は、第２ファラデーカップ３１をビームラインＢＬから待避し、ビーム走査器３４にてイオンビームを往復走査しないアンスキャン状態（第４動作モードともいう）でなされる。第４工程では、イオンビームがビームモニタ４２に衝突するため、ビームモニタ４２が主たる中性子線発生源となりうる。ビームモニタ４２にて発生する中性子線９４は、主に第３中性子線測定器５３および第４中性子線測定器５４にて検出される。このとき、ビームモニタ４２の近傍に配置される第４中性子線測定器５４にて検出される中性子線９４の線量率が相対的に大きく、ビームモニタ４２から離れて配置される第３中性子線測定器５３にて検出される中性子線９４の線量率が相対的に小さくなる。
次に、図８の第５工程（Ｓ１８）において、イオンビームがビームラインＢＬから一時的に待避され、注入処理室４０にイオン注入すべきウェハＷが搬入される。図１３は、第５工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第５工程では、ビーム走査器３４を用いてイオンビームを偏向させ、イオンビームがビームダンプ３５に入射する状態（第５動作モードともいう）となる。したがって、第５工程では、ビームダンプ３５が主たる中性子線発生源となりうる。ビームダンプ３５にて発生する中性子線９５は、主に第１中性子線測定器５１、第２中性子線測定器５２および第３中性子線測定器５３にて検出される。このとき、ビームダンプ３５の近傍に配置される第３中性子線測定器５３にて検出される中性子線９５の線量率が相対的に大きく、ビームダンプ３５から離れて配置される第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて検出される中性子線９５の線量率が相対的に小さくなる。
次に、図８の第６工程（Ｓ２０）において、ビーム走査器３４を用いて往復走査されるイオンビームがウェハＷに照射されてイオン注入処理がなされる。図１４は、第６工程におけるイオン注入装置１００を模式的に示す。第６工程では、ビーム走査器３４を用いてイオンビームが往復走査され、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒにイオンビームが入射する状態となる。また、第６工程では、ウェハＷが鉛直方向に往復運動してウェハＷに入射しないイオンビームの少なくとも一部がビームモニタ４２に入射する状態（第６動作モードともいう）となる。したがって、第６工程では、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒおよびビームモニタ４２が主たる中性子線発生源となりうる。左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒにて発生する中性子線９６は、主に第３中性子線測定器５３により検出され、ビームモニタ４２にて発生する中性子線９７は、主に第４中性子線測定器５４により検出される。なお、第６工程では、注入処理室４０に到達するイオンビームの一部がビームモニタ４２に入射するため、第４工程よりもビームモニタ４２にて発生しうる中性子線量率が低くなり、第４中性子線測定器５４により検出される中性子線９７の線量率も低くなる。
なお、装置本体５８は、これらの第１工程～第６工程のそれぞれに対応する動作モード以外にも、装置本体５８の状態によって様々な動作モードを取りうる。
このように、装置本体５８の動作モードが変わると、中性子線発生源となりうる箇所が変化し、中性子線発生源にて発生する中性子線量率も変化しうる。そこで、中央制御装置５０は、装置本体５８の動作モードに応じた異常検知を行う。中央制御装置５０は、装置本体５８の動作モードに関する情報と、特定の動作モードにおける少なくとも一つの中性子線測定器の測定値とに基づいて装置をモニタする。例えば、動作モードに応じて異常検知の基準を異ならせ、動作モードに応じた基準を用いて複数の装置の少なくとも一つをモニタしてもよい。また、少なくとも一つの中性子線測定器の測定値が特定の動作モードに対応して定められる基準値を超える場合、測定値が基準値以下となるように複数の装置の少なくとも一つの動作条件を変更してもよい。例えば、中性子線量率が低下するように動作条件を変更したり、中性子線が発生しないようにビーム出力を一時的に停止したりしてもよい。
図９の第１動作モードまたは図１０の第２動作モードの場合、第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて中性子線９０，９１，９２が検出される可能性がある一方で、第３中性子線測定器５３や第４中性子線測定器５４にて中性子線が検出されない状態が正常と言える。そこで、第１動作モードや第２動作モードでは、第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２の上限値が高めに設定され、第３中性子線測定器５３および第４中性子線測定器５４の上限値が低め（例えば背景ノイズレベル近傍）に設定される。これにより、万が一、第３中性子線測定器５３または第４中性子線測定器５４にて中性子線が検出される場合に、イオン注入装置１００において何らかの異常が発生したことを検知できる。第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２を用いることで、ビーム加速ユニット１４およびビーム偏向ユニット１６の少なくとも一方にて発生する中性子線をモニタしながら、ビームエネルギーやビーム電流の調整を実行してもよい。これにより、第１中性子線測定器５１または第２中性子線測定器５２の測定値が上限値を超える場合に、第１動作モードまたは第２動作モードの調整工程において何らかの異常が発生したことを検知できる。
図１１の第３動作モードの場合、第２ファラデーカップ３１が主たる中性子線発生源となりうるため、第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて中性子線が検出されない、または、微量の中性子線が検出されうる状態が正常と言える。例えば、第２ファラデーカップ３１の近傍に配置される第２中性子線測定器５２にて検出される中性子線量率よりも、第２ファラデーカップ３１から離れて配置される第１中性子線測定器５１にて検出される中性子線量率が小さい状態が正常と言える。そこで、第３動作モードでは、第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２を用いて、エネルギー分析装置より下流の第２ファラデーカップ３１にて発生する中性子線をモニタしながらビーム電流の調整を実行してもよい。
図１２の第４動作モードの場合、ビームモニタ４２が主たる中性子線発生源となりうるため、第３中性子線測定器５３や第４中性子線測定器５４にて中性子線が検出される可能性がある一方で、第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて中性子線が検出されない状態が正常と言える。そこで、第４動作モードでは、第１中性子線測定器５１および第２中性子線測定器５２の上限値を低め（例えば背景ノイズレベル近傍）に設定し、第３中性子線測定器５３および第４中性子線測定器５４の上限値を高めに設定してもよい。第４動作モードでは、第３中性子線測定器５３および第４中性子線測定器５４を用いて、ビームモニタ４２にて発生する中性子線をモニタしながらビーム電流の調整を実行してもよい。
図１３の第５動作モードの場合、ビームダンプ３５が主たる中性子線発生源となりうるため、第１中性子線測定器５１、第２中性子線測定器５２または第３中性子線測定器５３にて中性子線が検出されない、または、微量の中性子線が検出されうる状態が正常と言える。例えば、ビームダンプ３５の近傍に配置される第３中性子線測定器５３にて検出される中性子線量率よりも、ビームダンプ３５から離れて配置される第１中性子線測定器５１や第２中性子線測定器５２にて検出される中性子線量率が小さい状態が正常と言える。そこで、第５動作モードでは、第１中性子線測定器５１、第２中性子線測定器５２および第３中性子線測定器５３を用いて、ビームダンプ３５にて発生する中性子線を測定しながらビームが適切に待避されているかをモニタしてもよい。第５動作モードにおいて、第４中性子線測定器５４に中性子線が検出される場合、ビーム待避に何らかの異常が発生したとみなし、ウェハの搬出入を停止させてもよい。
図１４の第６動作モードの場合、左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒおよびビームモニタ４２が主たる中性子線発生源となりうるため、第４動作モードと同様、第３中性子線測定器５３および第４中性子線測定器５４を用いて中性子線を測定しながら、イオン注入処理が適切になされているかをモニタしてもよい。左右ファラデーカップ３９Ｌ，３９Ｒやビームモニタ４２にて中性子線が発生しない場合であっても、最終エネルギーフィルタ３８にて異常が発生し、ＡＥＦ電極対に高エネルギーイオンビームが衝突する場合には、最終エネルギーフィルタ３８が中性子線発生源となる可能性がある。異常発生により最終エネルギーフィルタ３８にて中性子線が発生する場合、第３中性子線測定器５３にて検出される中性子線量率が上昇することが想定される。そこで、第３中性子線測定器５３にて測定される中性子線量率のみが第６動作モードに対して定められる上限値を超える場合、最終エネルギーフィルタ３８に異常が発生したとみなし、イオン注入処理を停止させてもよい。
中央制御装置５０は、複数の中性子線測定器５１～５４の測定値を蓄積し、上述した複数の動作モードにおける各測定器の測定値の関係性や時間変化の推移を分析してもよい。例えば、装置本体５８の動作モードと、特定の動作モードにおける複数の中性子線測定器５１～５４の測定値との相関データを蓄積し、蓄積された相関データに基づいて装置本体５８を構成する各装置の状態を推定してもよい。各装置の状態として、例えば、現時点においてメンテナンスが必要な状況であるか否かを推定してもよいし、将来的にメンテナンスが必要となる時期がいつ頃となるかを推定してもよい。装置の経年使用によって中性子線発生源に蓄積される硼素量が増えるほど、中性子線発生源にて発生しうる中性子線量率が増加しうるため、測定器にて測定される中性子線量率の増加傾向を分析することでメンテナンスの要否や時期を推定できる。
中央制御装置５０は、装置本体５８の動作モードと、特定の動作モードにおける複数の中性子線測定器５１～５４の測定値とに基づいて、少なくとも一つの測定器自体の異常を検知してもよい。一般に、中性子線測定器自体の異常を検知するには、複数の中性子線測定器を同じ位置に配置して同条件の中性子線を測定する必要がある。しかしながら、本実施の形態のように複数の中性子線発生源があるために複数箇所で中性子線を測定する必要がある場合、複数箇所のそれぞれに複数の中性子線測定器を配置すると大幅なコストの増加につながる。そこで、本実施の形態では、互いに異なる箇所に配置される複数の中性子線測定器５１～５４の測定値に基づいて、少なくとも一つの中性子測定器自体の異常を検知してもよい。
上述した各動作モードでは、動作モードごとに主たる中性子線発生源となりうる場所が決まっており、中性子線発生源から各中性子線測定器５１～５４までの距離も固定されているため、特定の動作モードにおける各中性子線測定器５１～５４の測定値の比率はほぼ一定となる。したがって、動作モードごとに定められる各中性子線測定器５１～５４の測定値の比率から逸脱する測定値がある場合、測定器自体の異常を検知したり、異常が発生している測定器を推定したりできる。また、複数の動作モードにおいて各中性子線測定器５１～５４の測定値の比率を算出して比較することで、異常が発生している測定器を推定してもよい。
本実施の形態によれば、動作モードに応じて中性子線発生源となりうる箇所を推定しているため、想定される中性子線発生源の数（例えば８箇所）よりも少ない複数の位置（例えば４箇所）に配置される中性子線測定器５１～５４を用いて装置内の中性子線を適切にモニタできる。つまり、複数箇所の中性子線発生源のそれぞれに１対１で対応するように中性子線測定器を配置する場合に比べて中性子線測定器の数を少なくすることができ、多数の中性子線測定器を配置することによるコスト増加を防ぐことができる。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。
上述の実施の形態では、装置本体５８や筐体６０に板状またはブロック状の中性子線散乱部材を取り付ける場合について示した。変形例においては、粒状、ジェル状またはペースト状の中性子線散乱部材を設けてもよい。例えば、装置本体５８や筐体６０の表面や隙間にジェル状またはペースト状の中性子線散乱部材を塗布または充填してもよい。その他、装置本体５８や筐体６０の支持構造における空洞部分に粒状の中性子線散乱部材を充填してもよい。
本実施の形態のある態様は以下の通りである。
（項１－１）
イオンビームが輸送されるビームラインに沿って配置される複数のユニットと、前記ビームラインの最下流に配置される基板搬送処理ユニットとを含み、高エネルギーのイオンビームの衝突により中性子線が発生しうる中性子線発生源を有する装置本体と、
前記装置本体を少なくとも部分的に包囲する筐体と、
前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が所定以下となる方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される中性子線散乱部材と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
（項１－２）
前記中性子線散乱部材は、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が第１距離となる第１方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される第１中性子線散乱部材と、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が前記第１距離よりも大きい第２距離となる第２方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置され、前記第１中性子線散乱部材よりも厚みの小さい第２中性子線散乱部材とを含むことを特徴とする項１－１に記載のイオン注入装置。
（項１－３）
前記中性子線散乱部材は、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が第１距離となる第１方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される一方、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が前記第１距離よりも大きい第３距離となる第３方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置されないことを特徴とする項１－１または項１－２に記載のイオン注入装置。
（項１－４）
前記中性子線発生源は、前記ビームラインに設けられるスリット、ビームモニタおよびビームダンプの少なくとも一つであることを特徴とする項１－１から項１－３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－５）
前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記筐体に取り付けられることを特徴とする項１－１から項１－４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－６）
前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記筐体に設けられる扉に取り付けられることを特徴とする項１－５に記載のイオン注入装置。
（項１－７）
前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記装置本体および前記装置本体の支持構造体の少なくとも一方に取り付けられることを特徴とする項１－１から項１－６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－８）
前記中性子線散乱部材は、前記ビームラインの一部区間に沿って配置される前記筐体の一部には取り付けられないことを特徴とする項１－１から項１－７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－９）
前記複数のユニットは、イオン源から引き出されるイオンビームを加速させて前記高エネルギーのイオンビームを生成するビーム加速ユニットと、前記高エネルギーのイオンビームを前記基板搬送処理ユニットに向けて輸送するビーム輸送ユニットと、を備え、
前記中性子線散乱部材は、前記ビーム輸送ユニットに沿って配置される前記筐体の一部に少なくとも部分的に取り付けられる一方、前記ビーム加速ユニットに沿って配置される前記筐体の一部には少なくとも部分的に取り付けられないことを特徴とする項１－８に記載のイオン注入装置。
（項１－１０）
前記複数のユニットは、前記ビーム加速ユニットと前記ビーム輸送ユニットの間をつなぐビーム偏向ユニットをさらに備え、
前記ビームラインは、直線状の前記ビーム加速ユニットと、曲線状の前記ビーム偏向ユニットと、直線状の前記ビーム輸送ユニットとによってＵ字状に構成され、
前記中性子線散乱部材は、前記ビーム偏向ユニットに沿って配置される前記筐体の一部に少なくとも部分的に取り付けられることを特徴とする項１－９に記載のイオン注入装置。
（項１－１１）
前記基板搬送処理ユニットは、前記高エネルギーのイオンビームをウェハに照射する注入処理がなされる注入処理室と、複数枚のウェハを収容可能なウェハ容器が載置されるロードポートと、前記注入処理室と前記ウェハ容器の間でウェハを搬送する基板搬送装置と、を備え、
前記筐体は、前記ロードポートの鉛直上方において前記ウェハ容器が鉛直方向に通過可能となるよう構成されるウェハ容器搬送口を有し、
前記中性子線散乱部材は、前記ウェハ容器搬送口における前記ウェハ容器の搬送を妨げないように配置されることを特徴とする項１－１から項１－１０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－１２）
前記中性子線散乱部材の一部は、前記ウェハ容器搬送口を挟んで水平方向に重なるように配置されることを特徴とする項１－１１に記載のイオン注入装置。
（項１－１３）
前記筐体は、前記ロードポートの正面に設けられる出入口と、前記出入口の右端または左端を閉鎖する一枚のヒンジ扉と、前記ヒンジ扉により閉鎖されない前記出入口の残りを閉鎖する二枚のスライド扉とを有し、
前記中性子線散乱部材は、前記ヒンジ扉および前記スライド扉の双方に取り付けられることを特徴とする項１－１１または項１－１２に記載のイオン注入装置。
（項１－１４）
前記筐体は、前記ロードポートの正面に設けられる出入口と、前記出入口の右端および左端を閉鎖する二枚のヒンジ扉と、前記二枚のヒンジ扉により閉鎖されない前記出入口の中央を閉鎖する一枚のスライド扉とを有し、
前記中性子線散乱部材は、前記ヒンジ扉および前記スライド扉の双方に取り付けられることを特徴とする項１－１１または項１－１２に記載のイオン注入装置。
（項１－１５）
前記筐体は、前記装置本体の側方に設けられる側壁部と、前記装置本体の鉛直上方に設けられる天井部と、前記装置本体の鉛直下方に設けられる床部とを含み、
前記側壁部、前記天井部および前記床部のそれぞれは、前記中性子線散乱部材が取り付けられる箇所と、前記中性子線散乱部材が取り付けられない箇所とを有することを特徴とする項１－１から項１－１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－１６）
前記中性子線散乱部材は、水素原子の含有量が０．０８ｇ／ｃｍ３～０．１５ｇ／ｃｍ３である材料で構成されることを特徴とする項１－１から項１－１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－１７）
前記中性子線散乱部材は、ポリオレフィンを含むことを特徴とする項１－１から項１－１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－１８）
前記中性子線散乱部材は、硼素原子をさらに含むことを特徴とする項１－１７に記載のイオン注入装置。
（項１－１９）
前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、板状またはブロック状であることを特徴とする項１－１から項１－１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－２０）
前記板状または前記ブロック状の中性子線散乱部材の表面に不燃性シートが取り付けられることを特徴とする項１－１９に記載のイオン注入装置。
（項１－２１）
前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、粒状、ジェル状またはペースト状であることを特徴とする項１－１から項１－２０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－２２）
前記筐体に取り付けられるＸ線遮蔽部材をさらに備えることを特徴とする項１－１から項１－２１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項１－２３）
前記高エネルギーのイオンビームは、４ＭｅＶ以上のエネルギーを有する硼素イオンを含むことを特徴とする項１－１から項１－２２のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
本実施の形態のある別の態様は以下の通りである。
（項２－１）
イオンビームが輸送されるビームラインに沿って配置される複数の装置と、
前記ビームラインの近傍の複数の位置に配置され、高エネルギーのイオンビームの衝突により前記ビームラインの複数箇所で発生しうる中性子線を測定する複数の中性子線測定器と、
前記複数の中性子線測定器のうち少なくとも一つの中性子線測定器の測定値に基づいて、前記複数の装置の少なくとも一つをモニタする制御装置と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
（項２－２）
前記制御装置は、前記複数の中性子線測定器の測定値に基づいて、前記ビームラインの少なくとも一箇所の中性子線発生源の位置を推定することを特徴とする項２－１に記載のイオン注入装置。
（項２－３）
前記制御装置は、前記複数の中性子線測定器の測定値に基づいて、前記ビームラインの少なくとも一箇所の中性子線発生源から放射される中性子線強度を推定することを特徴とする項２－１または項２－２に記載のイオン注入装置。
（項２－４）
前記複数の中性子線測定器の少なくとも一つは、前記ビームラインに設けられるスリット、ビームモニタおよびビームダンプの少なくとも一つの近傍に配置されることを特徴とする項２－１から項２－３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－５）
前記制御装置は、前記複数の装置の動作モードに関する情報と、特定の動作モードにおける少なくとも一つの中性子線測定器の測定値とに基づいて、前記複数の装置の少なくとも一つの異常を検知することを特徴とする項２－１から項２－４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－６）
前記制御装置は、前記少なくとも一つの中性子線測定器の測定値が前記特定の動作モードに対応して定められる基準値を超える場合、前記測定値が前記基準値以下となるように前記複数の装置の少なくとも一つの動作条件を変更することを特徴とする項２－５に記載のイオン注入装置。
（項２－７）
前記制御装置は、前記複数の装置の動作モードと、特定の動作モードにおける前記複数の中性子線測定器の測定値との相関データを蓄積し、蓄積された相関データに基づいて前記複数の装置のうちメンテナンスが必要な装置を推定することを特徴とする項２－１から項２－６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－８）
前記制御装置は、前記蓄積された相関データに基づいて前記複数の装置の少なくとも一つのメンテナンス時期を推定することを特徴とする項２－７に記載のイオン注入装置。
（項２－９）
前記制御装置は、前記複数の装置の動作モードに関する情報と、特定の動作モードにおける少なくとも二以上の中性子線測定器の測定値とに基づいて、前記複数の装置の少なくとも一つの異常を検知することを特徴とする項２－１から項２－８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１０）
前記複数の装置は、イオン源から引き出されるイオンビームを加速させて前記高エネルギーのイオンビームを生成するビーム加速装置と、前記ビーム加速装置の下流に配置されるエネルギー分析装置と、を含み、
前記制御装置は、前記ビーム加速装置および前記エネルギー分析装置の少なくとも一方にて発生しうる中性子線を少なくとも二以上の中性子線測定器を用いてモニタしながら、前記エネルギー分析装置から出力されるイオンビームのエネルギーおよびビーム電流の少なくとも一方を調整することを特徴とする項２－１から項２－９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１１）
前記複数の中性子線測定器は、前記ビーム加速装置の出口に設けられるスリットの近傍に配置される第１測定器と、前記エネルギー分析装置の出口に設けられるスリットおよびビームモニタの近傍に配置される第２測定器と、を含み、
前記制御装置は、前記ビーム加速装置および前記エネルギー分析装置の少なくとも一方にて発生しうる中性子線を前記第１測定器および前記第２測定器を用いてモニタすることを特徴とする項２－１０に記載のイオン注入装置。
（項２－１２）
前記制御装置は、前記エネルギー分析装置よりも前記ビームラインの下流にて発生しうる中性子線を前記第１測定器および前記第２測定器を用いてモニタすることを特徴とする項２－１１に記載のイオン注入装置。
（項２－１３）
前記複数の装置は、前記イオンビームに電界および磁界の少なくとも一方を印加し、前記ビームラインから離れて設けられるビームダンプに向けてイオンビームを待避させるビーム偏向装置を含み、
前記制御装置は、前記ビーム偏向装置による前記イオンビームの待避時において前記ビームダンプにて発生しうる中性子線を少なくとも二以上の中性子線測定器を用いてモニタすることを特徴とする項２－１から項２－１２のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１４）
前記複数の中性子線測定器は、前記イオンビームが照射されるウェハが配置される注入位置の近傍に設けられるビームモニタよりも上流側に配置される第３測定器と、前記注入位置の近傍に設けられる前記ビームモニタよりも下流側に配置される第４測定器とを含み、
前記制御装置は、前記注入位置の近傍に設けられる前記ビームモニタにて発生しうる中性子線を前記第３測定器および前記第４測定器を用いてモニタすることを特徴とする項２－１から項２－１３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１５）
前記制御装置は、前記複数の装置の動作モードに関する情報と、特定の動作モードにおける前記複数の中性子線測定器の測定値に基づいて、少なくとも一つの中性子線測定器自体の異常を検知することを特徴とする項２－１から項２－１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１６）
前記複数の装置および前記複数の中性子線測定器を包囲する筐体をさらに備え、
前記制御装置は、前記複数の中性子線測定器の測定値に基づいて前記筐体の外側の中性子線量率を推定することを特徴とする項２－１または項２－１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－１７）
前記制御装置は、前記筐体に含まれる中性子線散乱材および前記ビームラインの近傍に配置される中性子線散乱材の少なくとも一方の配置に基づいて前記筐体の外側の中性子線量率を推定することを特徴とする項２－１６に記載のイオン注入装置。
（項２－１８）
前記制御装置は、推定した前記筐体の外側の中性子線量率が所定の上限値を超える場合、前記筐体の外側の中性子線量率が低下するように前記複数の装置の少なくとも一つの動作条件を変更することを特徴とする項２－１６または項２－１７に記載のイオン注入装置。
（項２－１９）
前記制御装置は、前記複数の中性子線測定器の測定値に基づいて前記筐体の内側の中性子線の線量率分布を推定することを特徴とする項２－１６から項２－１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－２０）
前記高エネルギーのイオンビームは、４ＭｅＶ以上のエネルギーを有する硼素（Ｂ）イオンを含むことを特徴とする項２－１から項２－１９のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
（項２－２１）
イオンビームが輸送されるビームラインの近傍の複数の位置に配置される複数の中性子線測定器を用いて、高エネルギーのイオンビームの衝突により前記ビームラインの複数箇所で発生しうる中性子線を測定することと、
前記複数の中性子線測定器のうち少なくとも一つの中性子線測定器の測定値に基づいて前記ビームラインに沿って配置される複数の装置の少なくとも一つをモニタすることと、を備えることを特徴とするイオン注入方法。
１０…イオン源、１２…ビーム生成ユニット、１４…ビーム加速ユニット、１６…ビーム偏向ユニット、１８…ビーム輸送ユニット、２０…基板搬送処理ユニット、２２ａ～２２ｃ…線形加速装置、２３…ビームプロファイルスリット、２４…エネルギー分析電磁石、２７…エネルギー分析スリット、２８…第１ファラデーカップ、３１…第２ファラデーカップ、３４…ビーム走査器、３５…ビームダンプ、４０…注入処理室、４２…ビームモニタ、４４…基板搬送装置、４５…ウェハ容器、４６…ロードポート、４７…ウェハ容器搬送口、５８…装置本体、６０…筐体、６１…側壁部、６２…天井部、６３…床部、８０…扉構造、８１…出入口、８２，８３…スライド扉、８４…ヒンジ扉、１００…イオン注入装置。

Claims (23)

  1. イオンビームが輸送されるビームラインに沿って配置される複数のユニットと、前記ビームラインの最下流に配置される基板搬送処理ユニットとを含み、高エネルギーのイオンビームの衝突により中性子線が発生しうる中性子線発生源を有する装置本体と、
    前記装置本体を少なくとも部分的に包囲する筐体と、
    前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が所定以下となる方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される中性子線散乱部材と、を備えることを特徴とするイオン注入装置。
  2. 前記中性子線散乱部材は、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が第１距離となる第１方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される第１中性子線散乱部材と、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が前記第１距離よりも大きい第２距離となる第２方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置され、前記第１中性子線散乱部材よりも厚みの小さい第２中性子線散乱部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
  3. 前記中性子線散乱部材は、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が第１距離となる第１方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置される一方、前記中性子線発生源から前記筐体までの距離が前記第１距離よりも大きい第３距離となる第３方向に前記中性子線発生源から出射される中性子線が入射しうる位置に配置されない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。
  4. 前記中性子線発生源は、前記ビームラインに設けられるスリット、ビームモニタおよびビームダンプの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  5. 前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記筐体に取り付けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  6. 前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記筐体に設けられる扉に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載のイオン注入装置。
  7. 前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、前記装置本体および前記装置本体の支持構造体の少なくとも一方に取り付けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  8. 前記中性子線散乱部材は、前記ビームラインの一部区間に沿って配置される前記筐体の一部には取り付けられないことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  9. 前記複数のユニットは、イオン源から引き出されるイオンビームを加速させて前記高エネルギーのイオンビームを生成するビーム加速ユニットと、前記高エネルギーのイオンビームを前記基板搬送処理ユニットに向けて輸送するビーム輸送ユニットと、を備え、
    前記中性子線散乱部材は、前記ビーム輸送ユニットに沿って配置される前記筐体の一部に少なくとも部分的に取り付けられる一方、前記ビーム加速ユニットに沿って配置される前記筐体の一部には少なくとも部分的に取り付けられないことを特徴とする請求項８に記載のイオン注入装置。
  10. 前記複数のユニットは、前記ビーム加速ユニットと前記ビーム輸送ユニットの間をつなぐビーム偏向ユニットをさらに備え、
    前記ビームラインは、直線状の前記ビーム加速ユニットと、曲線状の前記ビーム偏向ユニットと、直線状の前記ビーム輸送ユニットとによってＵ字状に構成され、
    前記中性子線散乱部材は、前記ビーム偏向ユニットに沿って配置される前記筐体の一部に少なくとも部分的に取り付けられることを特徴とする請求項９に記載のイオン注入装置。
  11. 前記基板搬送処理ユニットは、前記高エネルギーのイオンビームをウェハに照射する注入処理がなされる注入処理室と、複数枚のウェハを収容可能なウェハ容器が載置されるロードポートと、前記注入処理室と前記ウェハ容器の間でウェハを搬送する基板搬送装置と、を備え、
    前記筐体は、前記ロードポートの鉛直上方において前記ウェハ容器が鉛直方向に通過可能となるよう構成されるウェハ容器搬送口を有し、
    前記中性子線散乱部材は、前記ウェハ容器搬送口における前記ウェハ容器の搬送を妨げないように配置されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  12. 前記中性子線散乱部材の一部は、前記ウェハ容器搬送口を挟んで水平方向に重なるように配置されることを特徴とする請求項１１に記載のイオン注入装置。
  13. 前記筐体は、前記ロードポートの正面に設けられる出入口と、前記出入口の右端または左端を閉鎖する一枚のヒンジ扉と、前記ヒンジ扉により閉鎖されない前記出入口の残りを閉鎖する二枚のスライド扉とを有し、
    前記中性子線散乱部材は、前記ヒンジ扉および前記スライド扉の双方に取り付けられることを特徴とする請求項１１または１２に記載のイオン注入装置。
  14. 前記筐体は、前記ロードポートの正面に設けられる出入口と、前記出入口の右端および左端を閉鎖する二枚のヒンジ扉と、前記二枚のヒンジ扉により閉鎖されない前記出入口の中央を閉鎖する一枚のスライド扉とを有し、
    前記中性子線散乱部材は、前記ヒンジ扉および前記スライド扉の双方に取り付けられることを特徴とする請求項１１または１２に記載のイオン注入装置。
  15. 前記筐体は、前記装置本体の側方に設けられる側壁部と、前記装置本体の鉛直上方に設けられる天井部と、前記装置本体の鉛直下方に設けられる床部とを含み、
    前記側壁部、前記天井部および前記床部のそれぞれは、前記中性子線散乱部材が取り付けられる箇所と、前記中性子線散乱部材が取り付けられない箇所とを有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  16. 前記中性子線散乱部材は、水素原子の含有量が０．０８ｇ／ｃｍ３～０．１５ｇ／ｃｍ３である材料で構成されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  17. 前記中性子線散乱部材は、ポリオレフィンを含むことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  18. 前記中性子線散乱部材は、硼素原子をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のイオン注入装置。
  19. 前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、板状またはブロック状であることを特徴とする請求項１から１８のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  20. 前記板状または前記ブロック状の中性子線散乱部材の表面に不燃性シートが取り付けられることを特徴とする請求項１９に記載のイオン注入装置。
  21. 前記中性子線散乱部材の少なくとも一部は、粒状、ジェル状またはペースト状であることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  22. 前記筐体に取り付けられるＸ線遮蔽部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
  23. 前記高エネルギーのイオンビームは、４ＭｅＶ以上のエネルギーを有する硼素イオンを含むことを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載のイオン注入装置。
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