表面局在光を用いたWet洗浄現象観測に伴う離脱ナノ粒子への作用エネルギー解析

与使用表面局部光观察湿法清洁现象相关的分离纳米颗粒的作用能量分析

基本信息

批准号：
21J14543
负责人：
寺山裕
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノ粒子挙動で構成されるようなWet洗浄（例えば半導体製造工程における被研磨基板表面上パーティクルの洗浄）では、微小粒子であるほど除去が困難とされているが、洗浄後のみに大気真空中での検査のため実現象が未だ不明であった。そこで、当研究室で開発された表面局在光を用いた光学系で、液中サブ100 nm粒子の高速な離脱挙動を観測した上で、表面上ナノ粒子の剥離に必要なエネルギー等を計測し現象の支配要因を見出すことで、ナノスケール洗浄現象の解明を目的とした。まず、リンス洗浄時に基板表面上に発生するせん断流れによって、シリカ表面上φ50、70 nmシリカ粒子の残留、φ300 nm粒子の複数離脱を短時間（露光時間10 ms）実測し、離脱可能なナノ粒子径を把握した。次に、『せん断流れ場で表面上付着ナノ粒子に作用する仕事』と、その対の『粒子離脱に必要なエネルギー』を測定・数値解析し、これらの優位性を評価した。具体的には、基板表面に付着したナノ粒子はせん断流れ場では、流体的抗力が粒径の２乗に比例、その力で発生するモーメントが粒径の３乗に比例と算出されたため、比較的モーメントが支配的と判明した。対して、摩擦間力顕微鏡によって測定された①剥離するまでの力の変動量[nNオーダ]と②探針の変位量[nmオーダ]で『粒子離脱に必要なエネルギー[fJオーダ]』が算出された。この離脱エネルギーを「ナノ粒子と基板表面の間で発生する物理・化学結合エネルギー」の各要素で数値計算すると、主に水素結合が支配的であった。これらナノスケール洗浄現象におけるエネルギーが定量化され、支配要因が明らかになったことで、表面上ナノ粒子に外力場で作用する仕事（モーメントと比例と考えられる）が、粒子の離脱に必要なエネルギーを超えた条件で、粒子が離脱に至ると示唆され、その指標が示された。

在湿清洁（例如，在半导体制造过程中要抛光的基板表面上的清洁颗粒），据说越细颗粒越细，越难去除它们，但是实际的现象仍然未知，因为仅在清洁后才在大气中进行了清洁后进行检查，因此进行了实际现象。因此，目的是通过使用光学系统使用光学系统在我们的实验室中开发出的表面划分的光，然后测量纳米粒子在表面上分离所需的能量，并找到现象中的因素，从而阐明液体中液体中纳米级清洁现象的液体中的快速脱离行为。首先，由于冲洗干净的底物表面上产生的剪切流，二氧化硅表面上的其余φ50和70 nm二氧化硅颗粒以及在短时间内测量了多个φ300nm颗粒的脱离（暴露时间10 ms），并确定可分离的纳米粒子直径。接下来，测量并通过数值分析了“作用于剪切流场中的表面连接纳米颗粒”和“颗粒分离所需的能量”以评估其优势的“作品”。具体而言，在附着在基板表面的纳米颗粒的剪切流场中，计算出流体阻力与粒径的平方成正比，并且力产生的力矩与粒径的立方体功率成正比，因此发现该矩是相对主导的。另一方面，根据剥离前的力波动[NN阶]计算“粒子脱离[FJ订单]所需的能量”以及通过摩擦力显微镜测量的探针[NM顺序]的位移量。当使用“纳米颗粒和底物表面之间产生的物理和化学键能的元素”元素进行数值计算时，氢键主要是主导。量化了这些纳米级清洁现象中的能量，并揭示了主要因素，这表明作用于外力场中表面纳米颗粒的工作（认为与时刻成正比）导致在超过粒子分离所需的能量的条件下分离，并提供了这一点的指标。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

エバネッセント光を用いたナノスケール洗浄現象の可視化に関する研究（超音波による超微粒子剥離瞬間の確証）

利用倏逝光进行纳米级清洁现象的可视化研究（通过超声波确认瞬时超细颗粒剥离）

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
○寺山裕;カチョーンルンルアンパナート;鈴木恵友;藤島響;濵田聡美;和田雄高;檜山浩國
通讯作者：
檜山浩國

Direct Observation of Removal of SiO2 Particles from Silica Surfaces: Evanescent Field and Lateral Force Microscopy Study

直接观察二氧化硅表面去除 SiO2 颗粒的情况：倏逝场和横向力显微镜研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
◯Yutaka Terayama;Panart Khajornrungruang;Keisuke Suzuki;Jihoon Seo;S. V. Babu;Hamada Satomi;Yutaka Wada;Hirokuni Hiyama
通讯作者：
Hirokuni Hiyama

Direct Observation of Removal of SiO2 Nano-Particles from Silica Surfaces: Evanescent Field Microscopy Study and Shear Flow Acting Moment（校閲中）

直接观察二氧化硅表面去除 SiO2 纳米颗粒的情况：倏逝场显微镜研究和剪切流作用力矩（正在审查）

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Yutaka Terayama;Panart Khajornrungruang;Keisuke Suzuki;Hibiki Fujishima;Hamada Satomi;Yutaka Wada;Hirokuni Hiyama
通讯作者：
Hirokuni Hiyama

エバネッセント光を応用した超音波洗浄時におけるサブ30 nm金単粒子剥離・再付着挙動の実時間可視化

使用倏逝光进行超声波清洗期间亚 30 nm 金单颗粒分离和重新附着行为的实时可视化

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
◯寺山裕;カチョーンルンルアン・パナート;鈴木恵友;森稜太朗;濵田聡美;和田雄高;檜山浩國
通讯作者：
檜山浩國

Megasonic Cleaning phenomena and efficiency evaluation of Silica nanoparticle on a SiO2 surface by Evanescent Field

倏逝场对 SiO2 表面二氧化硅纳米粒子的兆声波清洗现象及效率评估

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
◯Yutaka Terayama;Panart Khajornrungruang;Keisuke Suzuki;Ryotaro Mori;Satomi Hamada;Yutaka Wada;Hirokuni Hiyama
通讯作者：
Hirokuni Hiyama