希薄気体用数値反応槽の開発

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02452115
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 敏雄 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (50013206)
• 研究分担者: 佐賀 徹雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (30013220) ; 谷口 伸行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10217135) ; 松本 洋一郎 東京大学, 工学部, 助教授 (60111473)
• キーワード: 数値流体力学 / 薄膜製造技術 / 希薄気体流 / 分子動力学 / モンテカルロ法 / 数値反応槽 / コンピュ-タグラフィックス

研究概要

本研究は薄膜製造技術の一つである減圧CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法を主対象とし、ボルツマン方程式のモデル化手法であるモンテカルロ直接シミュレ-ション(DSMC)法を中心に希薄気体流の数値解析の実用化を検討した。特に、槽内の混合化学反応や表面蒸着等の現象に対して分子動力学(MD)法を適用して分子動力学法による解析とモンテカルロ直接シミュレ-ションによる解析との統合を図り、設計・製造に有用な統括的な解析手法を確立することを目的とした。そのために、設備備品費などにより3次元流れ解析プログラムを作成し試験的運用を行うためのハ-ドウェア-システムを得て(1)減圧CVD反応槽内希薄流の数値解析、(2)反応・蒸着過程の解析、(3)コンピュ-タによる成膜過程の画像表示、(4)希薄気体用数値反応槽の構成の4つの課題について研究を進展させた。課題1については、反応槽内に多数のウェハ-が挿入された状態を解析するための3次元DSMC解析コ-ドを構築し、解析結果と実験デ-タの巨視的評価から、中間領域の希薄気体流解析において導入した数学モデルが定性的に有効性であることを確認した。課題2にたいしては、分子動力学(MD)法を用いた解析コ-ド試作して、固体表面おける反応・蒸着のメカニズムを解析した。これにより成膜上の境界条件の数学モデルの改良に関する一つの研究方法を開拓した。また、分子相互作用に関する数種の数学モデルについてDSMC法の試行計算を行い、影響が比較的小さいことを示した。さらに課題3において、流動状態および粒子運動に関する3次元的で非定常な情報を表示するアニメ-ションを実際に作成し、本研究の実用化の方向を例示した。また、一般に実用上の課題となる格子生成法についても検討した。以上の成果に基づき反応槽内の流動解析を複数の条件下で計算し、工学的に有効であるとの検証を得た。

研究成果

• [文献書誌] 小林 敏雄: "流れの可視化と数値シミュレ-ション" 流体解析システム研究会第2回計算流体力学シンポジウム構演論文集. 89-99 (1990)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "ミクロ構造と流れ" 電気学会全国大会構演論文集. 6. S8-15-16 (1990)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Advanced Technologies for Flow Visualization and Data Processing:ParticleーImaging Velocimetry・Computational Fluid Dynamies" Seience & Technology in Japan. 49-52 (1990)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi: "Error Estimate and Flow Analysis using Spectral Elemnt Method" Proc.2nd JapanーSoviet Union Symp.on Computational Fluid DynaMics. (1990)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "画像処理" 日本機械学会北陸信越支部構習会“流れの計測技術と可視化技術"教材. 103-115 (1990)
• [文献書誌] 景井 高男: "一般座標系における格子の適合性の表示" 可視化情報. 10. 125-127 (1990)
• [文献書誌] 松本 裕昭: "LennardーJonesポテンシャルにより希薄気体衝撃波の数値シミュレ-ション" 第4回数値流体力学シンポジウム講演論文集. 75-78 (1990)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "流れをとらえる可視化と画像処理技術ーその1 流れの可視化画像" 画像ラボ. 2. 59-63 (1991)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "流れをとらえる可視化と画像処理技術ーその2 流れの画像解析" 画像ラボ. 2. 51-56 (1991)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "流れをとらえる可視化と画像処理技術ーその3 流れ場の計測" 画像ラボ. 2. 56-61 (1991)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "流れをとらえるー可視化と画像処理技術ーその4 数値実験、物理実験における流れ画像" 画像ラボ. 2. 56-60 (1991)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "LESによるバックステップ乱流のアニメ-ション表示" 可視化情報.
• [文献書誌] 松本 裕昭: "直接シミュレ-ション・モンテカルロ法におけるエネルギ依存等方散乱モデル" 日本機械学会第69期全国大会講演論文集(910ー62). B. 111-113 (1991)
• [文献書誌] 若松 洋一郎: "ミクロ構造の流れ" 日本機械学会誌. 94. 1028-1031 (1991)
• [文献書誌] 松本 洋一郎: "分子動力学におけるCC" 日本機械学会・可視化情報学会講習会「流れにコンピュ-タグラフィックス」教材. 57-64 (1991)
• [文献書誌] J.Matsui: "Molecular Dynamics of GasーSurface Interaction" 3rd ASME & JSME Joint Symposium of Heat Transfer. 4. 159-164 (1991)
• [文献書誌] H.Nishikawa,: "Numlerical Calculation of Bubbly Two Flow around an Airfoil" Calculation & Fluids. 19. 453-460 (1991)
• [文献書誌] Young Ho Lee: "Velocity Measurements in 3ーD Cavity Flows by PIV" Proc.2nd KSMEーJSME Fluids Engineering Conference. 1. 293-298 (1990)
• [文献書誌] Y.Matsumoto: "Numerical Analysis on GasーSurface Interaction by Molecular Dynamics Method" 17th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics. 889-896 (1990)
• [文献書誌] Nobuyuki Taniguchi: "Construction of a FlowーSimulating Method with Finite Volume Based on a Voronoi Diagram" JSME International Journal. 34. 18-23 (1991)
• [文献書誌] 小林 敏雄: "LESによるバックステップ乱流のアニメ-ション表示" 可視化情報. 11. 25-28 (1991)
• [文献書誌] 佐賀 徹雄: "流れの可視化にやける流体計測と画像処理" 計測と制御. 39. 19-26 (1990)
• [文献書誌] 佐賀 徹雄: "流線解析法" 可視化情報学会 手法別講習会 教材. 62-63 (1991)
• [文献書誌] 佐賀 徹雄: "高速流れ画像解析プログラム" 第7回ソフトウェアコンファレンス講演論文集. 131-134 (1991)
• [文献書誌] Toshio Kobayashi(ed.J.Kondo): "SuperーComputing“Supercomputing of Incomressible Fluid Flow"" SpringerーVerlag, 125-140 (1991)