Development of multi-charged ion microbeam system for high-mix low-volume production of power semiconductors
| Project/Area Number |
20K04219
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Niihama National College of Technology (2021-2023)
National Institute of Technology, Toyama College (2020) |
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Principal Investigator |
浅地 豊久 新居浜工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70574565)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 翼 大島商船高等専門学校, 電子機械工学科, 准教授 (10390501)
太田 孝雄 奈良工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (80353267)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | ECRイオン源 / イオンビーム / ウィーンフィルタ / マイクロビーム / マグネシウム / 電子サイクロトロン共鳴 / マイクロ波 |
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| Outline of Research at the Start |
近年需要が急増しているパワー半導体の多品種少量生産に用いるアルミニウム多価イオンのマイクロビーム装置を開発する．多価イオンを利用することでイオン注入装置の革新的な小型化，低価格化が実現でき，多品種少量半導体の生産効率が飛躍的に向上する．多価イオン源には大幅に小型化した電子サイクロトロン共鳴イオン源を新たに開発する．イオンビーム分離器は，直交電磁場を用いるウィーンフィルタと静電偏向を組み合わせることによって高分解能を実現する．さらにキャピラリーの集束効果を用いて多価イオンの高密度マイクロビーム化を図る．これらにより，日本の自動車産業の競争力強化に貢献する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
多価イオンビーム支援プラズマ加工装置の開発からイオンビームの生成、さらには照射実験 へと展開するために、本研究計画では以下の研究項目を実施した。
(1)多価イオン源の開発、(2)ウィーンフィルタの電磁場解析、(3)アルミニウム蒸発源の開発とイオンビームの生成、(4)キャピラリーを用いたビーム収束。
(1)イオン源は、マイクロ波を2.45GHzに高周波化し、それに伴い磁場を強化することによって、総ビーム電流を1.3GHzの80μAと比較して3.5倍（280μA）に増やすことができた。現状の装置ではビーム引き出し電圧は4kVのため280μAが上限となったが、10kV以上の電圧を印加できれば他機関のビーム電流に匹敵する性能を達成することが期待できる。(2)ウィーンフィルタについては、2次元シミュレーションにより電場の均一化を図った。両端の不均一電場を改善するために湾曲した電極を開発した。ただし、2次元シミュレーションでの設計は限界が見えたため、AIを用いて再検討を行っている。(3)蒸発源については、管状炉を用いた新たな外付け型蒸発源を製作し、蒸発温度の低いマグネシウムで多価イオンビームが生成できることを確認した。アルミニウムについては、イオンビーム生成までには至らなかったが、蒸発については確認できた。最後に、(4)キャピラリーを用いたビーム収束については、ウィーンフィルタでAr一価のイオンビームを分離して内径φ2mmのアルミナ管を通すことで直径100μm以下のビーム生成ができた。これまでに報告されている事例と比較すると加速電圧が低いことが原因と思われるが、さらに細いキャピラリーを用いると通過するビームが検出できなかった。これについては、さらに追加実験が必要である。
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Report
(4 results)
Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Verification for Aluminum Multi-Charged Ions Generation Using ECR Ion Source2021
Author(s)
Seitatsu Onosaka, Syotaro Oue, Taku Shinohara, Tsubasa Nakamura, Daichi Ishii, Syo Itimiya, Shiori Kobayashi, Hiroya Uyama, Suzuka Fujita, Ayumu Inagaki, Toyohisa Asaji, Kazumasa Takahashi, Toru Sasaki, Takashi Kikuchi
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Journal Title
Transactions on GIGAKU
Volume: 8
Related Report
Peer Reviewed
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[Presentation] CHANGE IN TOTAL ION BEAM CURRENT OF ECR ION SOURCE BY EACH PARAMETERS2020
Author(s)
Taku SHINOHARA, Syotaro OUE, Seitatsu ONOSAKA, Tsubasa NAKAMURA, Daichi ISHII, Tsukasa ITIMIYA, Shiori KOBAYASHI, Hiroya UYAMA, Ayumu INAGAKI, Toyohisa ASAJI, Kazumasa TAKAHASHI, Toru SASAKI, Takashi KIKUCHI
Organizer
The 5th International Conference on “Science of Technology Innovation”
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[Presentation] PRODUCTION OF MULTI-CHARGED ALUMINUM IONS DUE TO THE DIFFERENCE IN BUFFER GAS USING AN SUPPTER SOURCE IN ECR ION SOURCE2020
Author(s)
Seitatsu ONOSAKA, Syotaro OUE, Taku SHINOHARA, Tsubasa Nakamura, Daichi Ishii, Syo Itimiya, Shiori Kobayashi, Hiroya Uyama, Ayumu Inagaki, Toyohiro Asaji, Kazumasa Takahashi, Toru Sasaki, Takashi Kikuchi
Organizer
The 5th International Conference on “Science of Technology Innovation”
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