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2016 年度 実績報告書

極低温微細固体粒子を用いた環境調和型洗浄法の開発と高密度水素貯蔵への展開

研究課題

研究課題/領域番号 15H03913
研究機関東北大学

研究代表者

石本 淳  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (10282005)

研究分担者 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, 大学院理工学研究科, 准教授 (20423577)
真田 俊之  静岡大学, 大学院総合科学技術研究科, 准教授 (50403978)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード混相流 / 極低温 / 微粒化 / ナノ洗浄 / 噴霧 / 半導体洗浄 / 超高熱流束 / 冷却
研究実績の概要

本年度は,極低温微細固体窒素粒子生成システムの高圧・高速化を実施した.
現在,現有設備による微細固体窒素粒子の生成に際しては2.0atm から3.0atm 程度のタンク加圧方式により行っているが,粒子数密度が小さく高付着性不純物とナノ粒子に対しては洗浄効果が小さいという難点を有している.そこで,粒子数密度を増大させるためには噴霧流量を増大させる必要があるが,このためには過冷却液体窒素LN2極低温気体窒素GN2二相流をラバルノズル内で超音速領域まで加速流動させ断熱膨張効率を向上させる必要がある.数100m/s を超える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した.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実施した.
続いて,極低温固体窒素粒子噴霧洗浄法の活用による半導体ウエハレジスト除去量のSEM による評価,不純物除去特性に及ぼすレジスト化学組成の影響,ウエハ表面検査装置(パーティクルカウンター) を用いた洗浄性能の評価,Poly-Si配線ダメ-ジの評価と洗浄性能予測に関する計測データベース融合解析を実施した.なお,レジスト洗浄性能評価に関しては現有装置であるエネルギー分散型X 線分析装置ならびに走査型蛍光X 線分析装置を使用した.
その結果,本方式による洗浄法は特にノボラック系レジストに対して効果的であることが判明し,レジストはく離特性に対して効果的となる噴霧流動条件の解明を行った.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

極低温固体窒素粒子を用いた環境調和型洗浄法の開発に必要となる,極低温固体粒子噴霧の衝突流動特性の計測と噴霧洗浄特性に関するXPS, ToF-SIMS分析と計測融合型シミュレーションによる総合的検討を実施した.

今後の研究の推進方策

高密度水素エネルギー貯蔵に貢献する極低温微細固体粒子噴霧流動特性に関する混相流体力学的・熱力学的特性に関する基礎データを取得する.特に,噴霧のウエハ表面衝突時における噴霧角,初期速度がレジストはく離特性におよぼる影響に関して検討を加える.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 8件、 招待講演 4件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Wroclaw University of Sci. and Tech.(Poland)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Wroclaw University of Sci. and Tech.
  • [国際共同研究] INSA de Lyon(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      INSA de Lyon
  • [雑誌論文] Integrated Computational Study for Total Atomization Process of Primary Breakup to Spray Droplet Formation in Injector Nozzle2016

    • 著者名/発表者名
      Ochiai, N., Ishimoto, J., Arioka, A., Yamaguchi, N., Sasaki, Y., and Furukawa, N.
    • 雑誌名

      SAE Technical Paper

      巻: 2016-02-3303 ページ: -

    • DOI

      10.4271/2016-01-2202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Micro-Solid Nitrogen Particulate Spray Cooling Characteristics and its Application to Wafer Cleaning Technology2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 雑誌名

      Proceedings of 1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] FSI Approach of Hydrogen Leakage Problems with Crack Propagation2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto, Toshinori Sato and Alain Combescure
    • 雑誌名

      Proceedings of the TFC ELyT Workshop 2016

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [学会発表] Micro-Solid Nitrogen Particulate Spray Cooling Characteristics and its Application to Wafer Cleaning Technology2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 学会等名
      1st Asian ICMC and CSSJ 50th Anniversary Conference, Nov. 8, 2016, Kanazawa Kageki-za, Kanazawa, Japan
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Supercomputing of Tsunami Damage Mitigation Using Offshore Mega-Floating Structure2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 学会等名
      International Innovation Workshop on Tsunami, Snow Avalanche & Flash Flood Energy Dissipation, January 21-22, 2016, Maison Villemanzy in Lyon, France
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Integrated Computational Study for Total Atomization Process of Primary Breakup to Spray Droplet Formation in Injector Nozzle2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Ochiai
    • 学会等名
      SAE 2016 International Powertrains, Fuels & Lubricants Meeting, October 24-26, 2016, Baltimore, Maryland, USA
    • 国際学会
  • [学会発表] FSI Approach of Hydrogen Leakage Problems with Crack Propagation2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 学会等名
      TFC ELyT Workshop 2016, October 6-8, 2016, Miyagi Zao Royal Hotel, Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Study of Unsteady Cavitation in High-Speed Submerged Water Jet2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Ochiai
    • 学会等名
      The Fourth International Symposium on Innovative Energy Research III, Multiphase Energy Science and Disaster Damage Mitigation Technology Related to FSI Analysis, Oct. 10, 2016, Sendai
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Model and Computing of Freezing Front Propagation of Biological Cell Suspension2016

    • 著者名/発表者名
      Przemyslaw Smakulski
    • 学会等名
      The Fourth International Symposium on Innovative Energy Research III, Multiphase Energy Science and Disaster Damage Mitigation Technology Related to FSI Analysis, Oct. 10, 2016, Sendai
    • 国際学会
  • [学会発表] Coupled Analysis of High-Density Hydrogen Safety Management2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 学会等名
      13th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2016), Oct. 10-12, 2016, Sendai International Center, Sendai, Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiphase Fluid Dynamic Approach for Fire Whirl Risk Mitigation2016

    • 著者名/発表者名
      Jun Ishimoto
    • 学会等名
      13th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2016), Oct. 10-12, 2016, Sendai International Center, Sendai, Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] 極低温微細固体粒子噴霧を用いた各種細胞のガラス凍結2016

    • 著者名/発表者名
      石本淳
    • 学会等名
      BioJapan 2016, October 12-14, 2016, Pacifico Yokohama, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] ブリッジツールを用いたVOF-Lagrangeハイブリッド噴霧微粒化シミュレーション法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      石本淳
    • 学会等名
      ICSC 2016, CONVERGE Conference Day, 2016年11月17日(木), 横浜ベイホテル東急, Yokohama, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] メガソニック場中の複数気泡並進運動メカニズムの数値的解明2016

    • 著者名/発表者名
      森 勇人
    • 学会等名
      混相流シンポジウム2015 オーガナイズドセッション(OS-5 サステナブル異分野融合型混相流),2016年8月8日(月)~10日(水),同志社大学 今出川キャンパス(京都市)
  • [学会発表] ラバルノズル内における固相変化を伴う極低温微粒化と粒子衝突挙動に関する数値予測2016

    • 著者名/発表者名
      関田健雄
    • 学会等名
      日本機械学会流体工学部門講演会,2016年11月12日~13日,山口大学(宇部市)
  • [産業財産権] 凍結装置、凍結方法2016

    • 発明者名
      石本淳
    • 権利者名
      石本淳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 公開番号
      特開2016-182103 (P2016-182103A)

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公開日: 2018-12-17  

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