粒子ビーム技術の材料産業への応用

Applications of beam technology to material industry

花田 磨砂也

Hanada, Masaya

核融合用に開発したイオンビーム技術は、材料産業に応用されている。現在は、主に正イオンが用いられており、イオンドーピングによる材料の改質や微細加工に応用されている。最近、負イオン生成技術の開発はめざましく進展し、産業への応用が期待されている。原研では、ITER用に開発したMeV級負イオン源を用いて、世界で初めて、10ミクロン厚さの単結晶シリコン板の製作に成功した。本技術により、次世代半導体基板製作の開発が促進されると期待されている。本稿では、ビームによる半導体単結晶薄板製作技術を中心に、核融合で開発したイオンビームの応用について解説する。

The beam technology developed for neutral beam injection in fusion application has been applied to industry. Presently, positive ion beams are widely applied to process the semiconductor. For example, an intense argon ion beam is used for milling substrates of the semiconductor, and a large liquid crystal is also manufactured by implanting P+ or B+ ions on glass plates. Recently, the intense negative ion beam has also been developed and is being applied to new field in semiconductor industry. Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) is developing new technology for slicing the thin single-crystal semiconductor plates of several tens of micrometers in thickness from the ingot without waste by implanting the MeV-class H ion beam developed for ITER. This process is realized only by using the high-energy negative ion beam since the positive ion implantation requires the mass separation that practically limits the ion beam energy, namely, penetration depth of the ions. By implanting 725 keV H ions directly onto the Si ingot, the single-crystal Si plates of 10 mm in thickness have successfully been sliced. It is expected that this technology opens mass productions of high efficiency solar cells and micro-machines.