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Study of Ultra −high Cleanliness Clean −Unit System Platform (CUSP) for the Cross ―Disciplinary Research

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Academic year: 2021

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博 士 ( 理 学 )    ラ ハ マ ン モ ハ マ ド ダ リ ル

     学位論文題名

Study of Ultra −high Cleanliness Clean −Unit System Platform (CUSP) for the Cross ―Disciplinary Research

(異分野横断的研究の為の超高清浄クリーンユニット シス テ ムプ ラ ッ トフオー ム(CUSP) の研究)

学 位論文内容の要旨

Ultra‑high cleanliness clean environment is the most important factor in the cross‑disciplinary

research such as nanotechnology and biotechnology. The time dependence of the airborne particle count and

the cleanliness of the acrylic material based clean‑unit system platform (CUSP), local compact CUSP

portable (CUP) and stainless steel clean‑unit system platform (S‑CUSP) with 100% air feedback through the

feedback loop have been investigated.

The time dependence of the airborne particle count and the cleanliness of the acrylic material based

clean‑unit system platform (CUSP) with the combination of the ultra low penetration air (ULPA) filterjust beneath

the high efficiency particulate air (HEPA) filter and with the isolation of the particle counter from the CUSP

interior volume has been reported. It is found that the cleanliness of the CUSP with double filters is significantly

improved to the ISO class ‑1, which is four orders of magnitude better than that of the classical manned super

cleanroom (ISO Class 3). The significant improvement of cleanliness of CUSP is strongly associated with the reduction of the particles coming out from the particle counter as well as with controlling the number of particles

coming out from the HEPA filter. The number of particles coming out from the inner surface of the acrylic material based CUSP with double filters is 3 x 10‑4 m‑2s‑'

An important tool, the CUP, for constituting a large network of ultra‑high cleanliness clean

environment platform is also fabricated in this dissertation. Another important aspect of CUP is to transport the processing materials without deteriorating the cleanliness of the CUSP unit. The time dependence of the airbome particle count in the CUP has been investigated. The CUP provides the cleanliness of ISO class 2 which is one       ‑ 1438 ‑

(2)

order of magnitude better than that of the conventional wafer transportation box (SMIF‑Pod).

Moreover, for obtaining more stringent cleanliness class better than ISO class ‑1, we also study the time dependence of the airbome particle count in the stainless steel clean‑unit system platform (S‑CUSP) with single

and double filters. The S‑CUSP provides the ultra‑high cleanliness of ISO class ‑2〜 ‑3 with the conjunction of double filters. This result is attributed due to the conjunction of the double filters as well as the small number of

physically adsorbed particles coming out from the inner surface of the S‑CUSP. In S‑CUSP with double filters, the

number of physically adsorbed particles coming out from the inner surface is 2.3 x l0‑6m‑2s.l.

In conclusion, ultimate cleanliness of ISO class ‑1 is achieved using CUSP. The CUSP will definitely expedite the cross‑disciplinary research such as nanotechnology and biotechnology.

(CUSP で世界最高のISO クラス‐1 が実現できることを明らかにした。)

‑ J439

(3)

学位論文審査の要旨

主 査

  

教 授

  

石 橋

  

     副 査    教 授    伊 土 政 幸

     副 査    教 授    末 宗 幾 夫( 情 報科 学 研究 科 ) I

     副 査    講 師    近 藤 憲 治

     学位論文題名

Study of Ultra −high Cleanliness Clean −Unit System Platforn1 (CUSP ) fortheCrOSS −DiSCiplinaryReSearCh

(異分野横断的研究の為の超高清浄クリーンユニット    シ ス テ ム プ ラ ッ ト フ オ ー ム (CUSP) の 研 究 )

    近年、 ナノテ クノロ ジー・ ナノ サイエ ンスに 関する研究が盛んに行われている。特にボトムアップ系 と トップ ダウン 系の 接続・ 統合の 重要性 は増し てきている。しかし、従来、両系はおのおの異なるクリー ン ルーム を用い て実 験され ており 、ボト ムアッ プ系とトップダウン系を、同一の極めて高い清浄度を持つ 環 境で実 験・プ ロセ スする ことを 可能に するプ ラットフオームの開発は未開拓の分野で、今後の発展が待 た れてい る状況 にあ る。特 に、高 性能か っ廉価 でランニングコストも低い、コンパクトで拡張性に富むプ ラ ッ ト フ オ ー ム は 、 先 進 国 のみ な ら ず 発 展 途上 国 に お い ても そ の 重 要 性は 高 ま る ば かり で あ る 。   本 論文は 、こ のよう な現況 にある クリ ーン環 境について、従来のクリーンルームの構造にトポロジカル な 変換を 加え、 密閉 循環フ ィード バック システ ムを構成して高清浄度実現に関して理論・実験両面で研究 し 、 基 礎 物 性 実 験 、 産 業 科 学 上 有 益 な プ ラ ッ ト フ オ ー ム を 得 る こ と を 目 的 と し て い る 。     精密な プロセ シング のため には 、ゴミ や塵な どのない清浄な環境/クリーンルームが必要となる。US 209Dク ラ ス1as0ク ラス3) の ク リー ン ル ー ム は, ス ー パ ー クリ ー ン ル ー ムと 呼 ば れ る 高 度に ク リ ー ン な空間であり、このシステムの構築には膨大な費用と時間がかかり、その維持にも大きな費用を要する。

ス ーパー クリー ンル ームは 、差し 渡し数 十メー トル の大き さを有 し、2重の入れ子構造になっている。そ こ で、こ の高清 浄度 より簡 易な構 造で再 現する こと を考え 、まず2重 になっている壁をひとっにまとめ、

大 き さ を デス ク上 に乗るImくらい の大 きさに 縮小し 、更に ファ ンフイ ルター ユニッ トを2つ重 箱重ね に し て 天 井 に乗 せ更 に、排 気をも うー度 吸気 側に戻 すこと 、っま り完全 密閉 にして 、排気 の100%フイ ー ド バック を行う こと と、Clean Unit System Platform (CUSP)システ ムの高性能化を達成し、適切な素材 を 選 定 の 上、 著者 はISOクラス −1(マイ ナス1)の 究極の 清浄度 を得 た。そ の際、 測定系 その ものに も 考 察を加 えるこ とで 、これ を高性 能化す ること にも成功している。これは世界最高の清浄度であり、これ が コンパ クト、 廉価 で拡張 可能な 系で実 現され た意 義は大 きい。 しかも 、こ の到達 清浄度 は,CUSPの内 部 環 境 に のみ 支 配 さ れ 、CUSPの 設置 環境に は全く 影響さ れない とい う顕著 な特徴 を持つ 。CUSPユ ニツ ト は,こ うした 小型 装置を 内包す る機能 性単位 ブロックとして使用するのに適している。ここで重要なの は ,CUSPの 拡 張 性 にあ る 。CUSPで は異な る実験 系を 容易に 連結で きるよ うに 最低三 方向に 接続可 能な 構 造にし ている 。左 右、後 方、上 下に接 続する ことで、複数種の異質な領域の実験や生産をスモールフッ ト プ リ ン トか っイ ンテグ レート して一 貫し て実現 するこ とがで きる。 著者 は、3ユニ ットを 連結し たcu SP系 を利用 して 、高精 度な清 浄度測 定も 実現し た。ま た、ナ ノテク ノロ ジーの 場合, トップ ダウンの手 法 とポト ムアッ プの 手法を シーム レスに 適用す ることが望ましいが,これに対する具体的な実験系として CUSPは 十 分 に 応 え るこ と が で き る。CUSPでは各 機能 をユニ ット化 し拡張 性高 く組み 合わせ られ, トッ

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プ ダウ ンとボ トムア ップの 融合・ 統合 のための重要なプロセス並びに生産プラットフオームになる可能性 を 実証 した。

  こ れ を 要す る に 、 著 者は 、CUSPで世界 最高のISOク ラス ‐1が 実現 できる ことを 明らか にし たもの で あ り 、 基 礎 科学 の 進 展 の みな らず、 次世代 の産 業イン フラと して貢 献する とこ ろ大な るもの がある 。   よ っ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 ( 理 学 ) の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。

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参照

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