Clarification of Mechanism of Particle Removal by Megasonic Cleaning using Fluid Structure Coupling Method

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14584
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 落合 直哉 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40614508)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: メガソニック / 流体構造連成解析 / 個別要素法 / 粒子除去

Outline of Annual Research Achievements

半導体の洗浄に用いられるメガソニック洗浄を, ナノデバイスにダメージを与えないような確立した洗浄手法にするためには, その粒子除去メカニズムを明らかにする必要がある. 本研究では, メガソニック洗浄における粒子除去メカニズムを検討するために, メガソニック場中の気泡挙動の流体解析と付着粒子の構造解析の連成解析手法を構築した. メガソニック場中の気泡挙動の流体解析については開発済みであったので, 本年度は, 拡張個別要素法による付着粒子挙動の解析手法の構築と流体解析との連成について検討を行った. 個別要素法由来の力のほかに付着粒子に与える力として, 壁面との間のVan der Waals力, 壁面間にすべり方向に力が作用した際の摩擦力, 流体からの抗力と圧力勾配による力を考慮し, 気泡振動が誘起する圧力分布に対して運動する粒子挙動を模擬することが可能となった. さらに流体側との連成のために付着粒子が存在する領域から固相割合を定義して流体側に与えることで, 粒子が存在する際の流体挙動についても検討可能となった. また, 付着粒子を再現するために個別要素法において要素間に考慮するばねのばね定数, 粘性抵抗を表すダッシュポットの粘性係数及び連続体を再現するために導入する間隙ばねのばね定数といった各種パラメータを決定する必要がある. そこで本研究では, モデル化した粒子に一方向の単純な力を与えて, 与えた力と付着パラメータに対してどのような付着挙動になるのかを検討し, 材料の弾性パラメータなどからばね定数を与えたものが良好な結果を示すことがわかった.

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度は構造解析手法とそれと流体解析手法の構築を目標としていた. 構造解析パラメータの値については検討が不十分な点もあるが, 気泡振動によって誘起される粒子挙動をある程度妥当に捕えられる手法は構築できたと判断でき, 研究は順調に進展していると言える.

Strategy for Future Research Activity

付着粒子のパラメータを決定し, 流体側の気泡の条件に対する付着粒子の除去挙動のシミュレーションを行う. この際, 付着粒子に対する気泡の位置と付着粒子挙動の関係などを調べ, 粒子除去の主要メカニズムについて検討していく.

Causes of Carryover

学会発表や論文発表等まで至らなかったため次年度使用額が生じた.
国内及び国際学会発表や論文投稿といった研究成果発表と研究結果となる三次元シミュレーションデータ保存用のHDD購入のために使用する計画である.