2015 Fiscal Year Annual Research Report
Development of environmentally conscious cleaning method using cryogenic fine solid particles and its application to high density hydrogen storage
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15H03913
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石本 淳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10282005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀邊 英夫 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00372243)
松浦 一雄 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (20423577)
真田 俊之 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (50403978)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 混相流 / 極低温 / 微粒化 / ナノ洗浄 / 噴霧 / 半導体洗浄 / 超高熱流束 / 冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，半導体ウェハ－フォトレジストはく離・洗浄性能ならびにPoly-Si 配線ダメージに及ぼすサブミクロンオーダ極低温固体粒子噴霧流の混相流体力学的特性の検討を目的とし，1) 「ラバルノズル利用型極低温固体粒子のメガソニック微粒化特性・氷核生成促進とレジスト高速衝突噴霧特性の解明」に主眼を置いた研究を行った．具体的には，スーパーコンピューティングを用いたラバルノズル方式による微細固体窒素粒子生成ならびに噴霧流特性の検討を行い，固体窒素噴霧実験との比較検討を行った．さらに，本方式による半導体洗浄法への適用実験を行い，以下の検討を行った． まず，固相変化を伴うラバルノズル内一成分液体窒素混相流に関してLES-VOFモデルに基づく基礎方程式系を展開することにより，計測融合型スーパーコンピューティングを用いた固体窒素粒子生成に関する検討を行った． 次に，極低温粒子噴霧流実験より得られたデータと比較し，数値解析の妥当性を検討した．最後に，微細固体窒素粒子噴霧流の半導体ウェハへの照射実験を行い，本手法の半導体洗浄システムへの有用性を検討した．
検討の結果， ラバルノズル内に極低温気液二相流が流入後，気液混合されることにより過冷却液体窒素が微細化され液滴流を形成し，スロート部に遷音速流入していることが判明した．ノズルスロート流入後，微粒化された液体窒素液滴は断熱膨張により自己冷却後固相変化し，微細固体窒素粒子が生成していることを確認した．また，このプロセスが連続的に生じることにより， 極低温微細固体粒子の連続生成が可能となっていることを明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
極低温微細固体粒子を用いた環境調和型洗浄法の開発に必要となる，極低温固体粒子生成用ラバルノズル内における高速二相流動特性と微細固体粒子形成の相変化メカニズムに関して実験と数値計算からなる融合解析的アプローチを行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
極低温固体粒子噴霧流速の高速化を図るため，噴射圧力の高圧化が可能となる高圧法規対応の過冷却液体窒素と極低温気体窒素の高圧容器を新たに設計製作する．本システムにより生成される極低温固体粒子超音速噴霧に対しPIA-PTV 融合粒子計測を行うことにより，固体窒素噴霧高速化に要する諸流動条件の検討を行う．
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