2015 Fiscal Year Research-status Report
化学反応器としてのマイクロバブルの可能性とその応用に関する研究
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15K05781
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
金子 暁子 筑波大学, システム情報系, 准教授 (40396940)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿部 豊 筑波大学, システム情報系, 教授 (10241720)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 混相流 / マイクロバブル / ベンチュリ管式微細気泡発生装置 / 環境負荷低減技術 / レジスト除去 / 濁水処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ベンチュリ管式微細気泡発生装置により発生した気泡の急激な膨張・収縮現象を化学反応器として活用し，（1）オゾンマイクロバブルによる半導体ウエハのレジスト除去技術の確立，および（2）大型貯水池濁水処理のための凝集剤の拡散技術の確立を行っている．
(1)①ベンチュリ管にオゾンガスを流入させ，流動条件に対するオゾン水濃度を計測した．ベンチュリ管内の気泡挙動についても詳細に観察した．喉部で気液二相流の音速に達する条件では気泡の急激な膨張・収縮を伴う気泡の微細化が生じることを確認した．また，流動条件に対するオゾン水濃度を調べた結果，同一の気相体積流量比では液相流速の増加に伴って，また，同一の液相流速では気相体積流量比の増加に伴いオゾン水濃度が増加した．ストレート管に対して，ベンチュリ管出口ではオゾン濃度の顕著な増加 が認められた．
②回転円盤内の流動挙動をステレオPTV計測した．その結果，円盤型ノズルでは円盤外周部に渦構造が確認された．一方，円盤段差つきノズルでは渦構造が抑制されていることが明らかになった．
(2)①アロフェンの微粒化技術の開発を目的とし，ベンチュリ管に水，空気およびアロフェンを流入させた際の管内流動挙動と，気泡およびアロフェンの径分布を計測した．さらに，ベンチュリ管のアロフェン径分布に及ぼす影響を調べるために，ベンチュリ管がない状態でも同様の計測を行った．気泡とアロフェンの径分布は，画像処理と，レーザ回折式微粒子径分布測定装置により計測した．その結果，アロフェンをベンチュリ管に通過させることで微粒化が確認された．アロフェンの微粒化には衝撃波の寄与はなく，せん断力や管形状に起因する圧力変動が寄与する可能性が示唆された．
②凝集剤の拡散性能を明らかにするための準備として，沈降塔を設備した．これにより，拡散性能とともに，重力の影響を詳細に調査することが可能となる．
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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
(1) ベンチュリ管式オゾンマイクロバブルを用いたレジスト除去技術の確立，においてはベンチュリ管式微細気泡発生装置によるオゾンマイクロバブル水の生成，およびオゾン水濃度の計測を実施予定であった．これに対して，気相流速および液相流速の影響，また，ベンチュリ管とストレート管によるオゾン水濃度の影響を詳細に調査し，ベンチュリ管を用いることでオゾンガスを効果的に溶解できることを明らかにした．
また，枚葉式スピン洗浄装置において，回転円盤内の流動挙動を可視化するための手段として，狭隘流れにおけるステレオPTV計測の準備を行う計画していた．これに対して，ステレオPTV計測を実現し，円盤間の渦構造について円盤の形状が重要な影響を及ぼすことを明らかにした．
(2) 大型貯水池濁水処理のための凝集剤拡散技術の確立，においては流動条件をパラメータにし，ベンチュリ管流出時のアロフェン粒子径を計測し，発生粒子径のマップを作成する計画であった．これに対して，液相見かけ流速および気相体積流量比をパラメータに，アロフェン粒子径分布を詳細に調べ，液相流速によらずベンチュリ管を介すことで微粒化が促進されることを明らかにした．同時に，計測上の問題点（ベンチュリ管を1回通過させる，あるいは複数回循環させる，計測位置の影響等）を明らかにすることができた．問題点や新たなパラメータを精査したため，粒子径のマップを作成するには至っていない．これについてはH28年度において引き続き実験を進める予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)平成27年度において①の基礎実験で明らかになったオゾン水製造およびノズル形状の知見に基づき，適切な気泡発生ノズルを枚葉式スピン洗浄装置に組み込む．回転円盤間におけるオゾン水およびオゾンマイクロバブルの挙動を可視化により詳細に調べる．合わせて，同システムにおいてi線フォトレジストの除去を実施し，流動条件に対するフォトレジスト除去のメカニズムを明らかにし，実用化に向けて，本レジスト除去技術の性能と適用条件を明らかにする．
(2)①アロフェンの微細化について流動条件に対する微粒化のマップを作製するため，実験条件を精査し，引き続き実験を実施する．②アロフェンの拡散性能を明らかにするために，沈降塔および水槽を準備し，一定時間アロフェンと微細気泡を撹拌させた後に，約24時間後のアロフェンの堆積状況を調べる．はじめはベンチュリ管1本に対して実施し，流動条件に対する拡散性能を調べる．
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