2021 Fiscal Year Research-status Report
Investigation on an Outgassing Mechanism of Fluid Lubricated Bearings Using Ionic Liquids for Ultra-High Vacuum Circumstance
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21K14068
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
岡部 貴雄 東京理科大学, 先進工学部電子システム工学科, 助教 (80649400)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 超高真空 / 流体軸受 / 半導体製造装置 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度では，超高真空環境下の流体軸受に供給するイオン液体の選定と，これを循環させるポンプ機構の設計と試作を行った．第一段階として，試作したポンプのみの真空性能を評価した．真空性能は，試作したポンプが150 mlのイオン液体を循環する条件で到達真空圧力と発生するアウトガスの調査を行った．到達真空圧力の調査では，2.1×10^-5 Paに到達可能なことが示され，循環中の真空圧力は9.0×10^-5 Paであった．これは，次世代の半導体製造装置の要求する到達真空度を満たしている．過去の研究では，イオン液体を循環した状態の到達真空圧力は10^-4 Pa台に留まっており，イオン液体軸受のアドバンテージを十分には示していたとは言えていなかったが，今回の結果はイオン液体軸受の半導体製造装置適用に期待できる大きな進展である． この結果は国際会議と論文に投稿予定で，知財も出願している．
イオン液体から発生するガスの調査では，循環中でもイオン液体由来のアウトガスは10^-6 Pa未満にとどまっており十分低いレベルと分かった．しかし，カチオン由来の特定のアウトガスが，微少のイオン液体を用いた試験と比べ高い分圧で検出された．このことから，イオン液体はその分量によって発生させるアウトガスが異なる可能性を見出した．
最近では，半導体製造装置分野において，シリコンウエハそのものの裏面に液体を供給して浮上させて超高真空環境下でウエット製造プロセスを行う需要が高まってきている．このため，シリコンウエハそのものを流体軸受とみなしてこれを浮上させる新規機構の検討も行った．数値計算の結果，選定したイオン液体は，ウエハそのものを十分に安定して浮上可能で，流体軸受として構成可能と分かった．この結果を元にウエハ浮上パッドを試作した．今後はこれを上記のポンプと組み合わせ，真空性能と浮上精度の評価を行う予定である．
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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年目では，イオン液体の選定と軸受の評価計算が主な内容であり，予定通りに進んでいる．また，提案する機構の設計，検討，試作においては予定以上に進展があった．計測機器類の準備においては，世界的な半導体不足の影響のため遅れがみられる．したがって上記区分とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ予定通りに進んでいるため，今後も研究計画通りに進める．2年目では，1年目で試作した機構の評価を行っていく．
特に最近では，シリコンウエハをその裏面をイオン液体で直接濡らして非接触浮上させ，その把持と温度管理を行う需要が出てきた．当初申請書に記載した流体軸受の数値計算と熱の評価を，シリコンウエハを流体軸受とみなして評価することも検討している．半導体製造装置分野は進展が速いため，柔軟に対応するつもりである．
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