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引言
? ? ? 為了闡明半導(dǎo)體制造業(yè)中用于沖洗和干燥過(guò)程的馬蘭戈尼干燥過(guò)程中硅片上液滴干燥行為的機(jī)理，利用CCD相機(jī)研究了液滴在有機(jī)氣體溶解過(guò)程中的干燥時(shí)間。用微光學(xué)濃度傳感器測(cè)量了液滴中有機(jī)成分的濃度。此外，還分析了由相平衡得到的評(píng)價(jià)干燥時(shí)間和濃度的數(shù)值方法。兩者在質(zhì)量上都很一致。最后，通過(guò)數(shù)值分析，提出了降低水印、有機(jī)和水濃度的指南。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 如圖1所示，通過(guò)這樣做，在晶圓和純水的界面上形成的彎月面尖端的薄膜部分，有機(jī)物成分濃度比其根部部分高，使薄膜部分的表面張力更低。結(jié)果，在彎月面的根部部分之間產(chǎn)生表面張力梯度，通過(guò)Marangoni力將彎月面吸引到根部部分，即促進(jìn)排水。
? ? ? 在本研究中，在馬蘭戈尼干燥方面， 在明確晶圓上殘留的液膜、液滴的干燥機(jī)理的同時(shí)，通過(guò)它以得到降低水印的指針為目的。為此，本論文進(jìn)行了以下的討論。液滴的IPA濃度和干燥時(shí)間，由于實(shí)際的干燥是在室溫下進(jìn)行的，所以即使除去溫度的影響，干燥氣氛氣體的IPA濃度和水蒸氣濃度（相對(duì)濕度）也是密切相關(guān)的。在此，首先，通過(guò)模擬晶圓上殘留液滴的干燥的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)CCD攝像機(jī)的觀察和獨(dú)自的濃度測(cè)量探針，分別明確了氣氛氣體的IPA濃度和水蒸氣濃度（相對(duì)濕度）對(duì)干燥時(shí)間的影響，以及干燥過(guò)程中液滴的IPA濃度變化的影響。并且，通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)得到了結(jié)果。
? ? ? 為了掌握所得到的液滴的干燥過(guò)程的詳細(xì)情況，以成分氣液相平衡線圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行了有關(guān)干燥過(guò)程的數(shù)值分析。最后，以通過(guò)這些得到的見(jiàn)解為基礎(chǔ)，明確了為了降低水印，干燥氣氛氣體所要求的IPA以及水蒸氣濃度。
? ? ? 圖2中表示實(shí)驗(yàn)裝置的概略。在這里，不拉起晶圓，通過(guò)在水平上的晶圓上設(shè)置液滴來(lái)模擬殘留液膜、液滴。測(cè)試單元是亞克力制的，幾乎被密閉，其容積為1×10―3m3.在支撐晶圓的臺(tái)上，為了使氣體能夠通過(guò)，設(shè)置了充分的間隙。在單元的下部，為了得到水蒸氣氣氛，設(shè)置了裝有水的容器。IPA氣體， 從測(cè)試單元底面的2處孔供給， 通過(guò)晶圓臺(tái)的縫隙， 從上面的孔中抽出，向單元的供給， 將通過(guò)質(zhì)量流量控制器進(jìn)行流量調(diào)整的N2包含在IPA的液中進(jìn)行。為了抑制由于蒸發(fā)引起的IPA液溫度的下降，使用了恒溫槽。液滴的IPA濃度為 如圖所示，將獨(dú)自的濃度探針通過(guò)單元上部的孔進(jìn)行測(cè)量。該濃度探針由光纖構(gòu)成，通過(guò)讀取測(cè)量部的溶液的折射率，可以測(cè)量與其依存的IPA水溶液的濃度。??
? ? ? 用CCD相機(jī)拍攝的IPA氣體溶解時(shí)晶圓上液滴的干燥時(shí)間，橫軸表示RhIPA。 縱軸是干燥時(shí)間。參數(shù)是Rhwater.另外，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有插入濃度探針。另外，圖中的實(shí)線的曲線是數(shù)值計(jì)算結(jié)果，關(guān)于這個(gè)在后面敘述。
? ? ? 因此，關(guān)于在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的若干小的液滴也是同樣的傾向。用光纖濃度計(jì)測(cè)量的IPA氣體溶解時(shí)的液滴的xIPA的時(shí)間性變化，模擬該實(shí)驗(yàn)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。關(guān)于這一點(diǎn)將在后面敘述?？紤]到的平衡點(diǎn)，在非平衡的液滴接近平衡點(diǎn)的假設(shè)下，對(duì)如何蒸發(fā)進(jìn)行數(shù)值性調(diào)查。分析的概要如下。如果給出液滴的xIPA，其表面的蒸氣壓就可以確定為圖中的―點(diǎn)。這個(gè)蒸氣壓是IPA和水的蒸氣壓的和，各個(gè)蒸氣壓也可以讀?。ā汀瘢?。氣氛如果氣體的IPA和水的蒸氣壓為△，○的點(diǎn)，那么將該蒸氣壓差作為驅(qū)動(dòng)力，就可以決定單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)或溶解量。如果決定了這一點(diǎn)，就很容易時(shí)刻追蹤液滴的大小和濃度。下面，就具體的分析模型和單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)（或溶解量）的決定方法進(jìn)行說(shuō)明。
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討論和總結(jié)
? ? ? 在本解析中，液滴被IPA氣體搬入的空氣強(qiáng)制催促蒸發(fā)，以此來(lái)進(jìn)行解析。在解析時(shí)，設(shè)定如下的假設(shè):（1）晶圓上的液滴為半球，其內(nèi)部以及周圍的氣氛中的溫度是一樣的。（2）液滴體積微小，并且，氣體溶解、蒸發(fā)時(shí)，由于內(nèi)部發(fā)生移動(dòng)液滴自身的流動(dòng)，所以液滴內(nèi)部的濃度是一樣的。另外，（3）由于氣氛中的IPA氣體相對(duì)于溶解量被充分供給，因此不考慮氣相的擴(kuò)散，設(shè)定其濃度相同。
? ? ? 此外， 分析中采用的“液滴IPA濃度相同”的假設(shè) 這種不一致的原因也是令人擔(dān)憂的，如果液滴內(nèi)的IPA擴(kuò)散不充分，表面附近IPA濃度高的情況下，由于水的蒸發(fā)被抑制，實(shí)際上，即使干燥時(shí)間比分析長(zhǎng)，也不能認(rèn)為會(huì)變短。作為殘留的可能性，可以舉出給出的液滴周圍的物質(zhì)傳達(dá)率不是這個(gè)體系的東西。不能否定放置在墻面上的液滴的物質(zhì)傳達(dá)率估計(jì)過(guò)高。關(guān)于這一點(diǎn)，想作為今后的課題。一部分，在大的液滴尺寸下，分析和實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了不一致，但是在實(shí)際的殘留液滴這樣小的情況下，兩者顯示了很好的一致，因此為了調(diào)查干燥行為，可以利用本分析。
? ? ? 關(guān)于液滴的xIPA的時(shí)間變化，首先，對(duì)Rhwater濃度低（0%）進(jìn)行論述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果雖然不能說(shuō)定量一致，但是定性的結(jié)果非常一致。具體來(lái)說(shuō)，就是像實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所看到的那樣，從某個(gè)時(shí)刻開(kāi)始xIPA的急劇增加，以及RhIPA對(duì)其急劇上升時(shí)刻的影響。但是，實(shí)驗(yàn)中Rhwater為30%時(shí)的結(jié)果，也出現(xiàn)了不一致的情況。在這個(gè)Rhwater的分析中， 液滴的xIPA與實(shí)驗(yàn)的相比略有顯著增加（RhIPA為40， 70[%]。這是， 在上述液滴尺寸較大的情況下， 分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不一致被認(rèn)為是同樣的理由。但是， 根據(jù)前面所述的干燥時(shí)間的考察，如果液滴尺寸變小的話，關(guān)于這個(gè)濃度變化，也可以充分考慮顯示良好的一致。如上所述，定量上可以確認(rèn)若干的不一致，這是由于本研究中提出的分析模型并不是嚴(yán)密地模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，另外，關(guān)于物質(zhì)傳遞的各種參數(shù)（對(duì)流物質(zhì)傳遞所涉及的周圍環(huán)境和氣體流速等）是根據(jù)假定和預(yù)測(cè)給出的。但是，由于得到了良好的定性一致，所以可以認(rèn)為通過(guò)本分析模型，可以充分把握干燥過(guò)程中的物理現(xiàn)象。
? ? ? 因此，在本研究中，在Marangoni干燥中，在明確晶圓上殘留的液膜、液滴的干燥機(jī)理的同時(shí)，以通過(guò)其獲得降低水印的指針為目的。在本論文中，在實(shí)驗(yàn)性地調(diào)查給予液滴干燥過(guò)程的氣氛氣體的IPA濃度和水蒸氣濃度的影響的同時(shí)，通過(guò)并用數(shù)值分析明確了其詳細(xì)情況。并且，在該分析的基礎(chǔ)上，為了促進(jìn)液滴的干燥，另外，提出了將液滴的水迅速置換為IPA的指針。
? ? ? 隨著晶圓的大口徑化， 到目前為止， 關(guān)于在半導(dǎo)體制造的清洗·干燥技術(shù)中被認(rèn)為有效的Marangoni干燥， 水印的發(fā)生被視為問(wèn)題。關(guān)于水印的發(fā)生， 在清洗時(shí)殘留在晶圓上的液滴中的灰塵是原因的想法根深蒂固的情況下， 可以認(rèn)為，溶解在液滴水中的氧和Si的氧化反應(yīng)是其原因。