1Marangoni干燥機(jī)理分析：
Marangoni干燥原理如圖1所示,晶片在IPA氣氛下與水分離（可通過(guò)晶片提拉或水慢排的方式實(shí)現(xiàn)）,完全分離后,流體慢排使花籃干燥，開(kāi)啟排風(fēng)將IPA蒸汽抽掉,同時(shí)通入氮?dú)獯蹈删砻鏆埩舻腎PA。
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在IPA蒸汽存在的環(huán)境中，由于IPA的表面張力比水小得多（25℃,IPA表面張力為20.9×10-3N/m:水的表面張力為72.8×10-3N/m），所以會(huì)在坡?tīng)钏鞅韺有纬杀砻鎻埩μ荻?/span>,產(chǎn)生Marangoni對(duì)流,使水更容易從晶片表面脫離。
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圖1中的第2個(gè)步驟“晶片緩慢提拉”是Marangoni干燥的核心環(huán)節(jié).提拉過(guò)程中，晶片表面的水會(huì)呈坡?tīng)盍飨?，如圖2所示,如果兩片晶片距離很近（例如處在花籃的相鄰槽中）,這種坡?tīng)钏鲿?huì)相連為彎月形[1].這種坡?tīng)钏鞯淖罡唿c(diǎn)與晶片接觸，主要受到4種力的作用，即水的重力G，晶片/水的界面張力γls，晶片的表面張力γs和水的表面張力γl,θ為水與晶片的接觸角,如圖3所示。
2實(shí)驗(yàn)部分
利用100mm（4英寸）硅拋光片進(jìn)行IPA干燥,分兩組實(shí)驗(yàn)，干燥后利用光散射測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)水痕缺陷。
A組：分別在提拉速率1mm/s、2mm/s和3mm/s下進(jìn)行不同IPA流量的Marangoni干燥，減壓排風(fēng)階段氮?dú)饬髁?0L/min。B組：提拉速率1mm/s、IPA流量20L/min下進(jìn)行Marangoni干燥減壓排風(fēng)階段氮?dú)饬髁吭O(shè)置為（10～100）L/min，每次增幅10L/min。C組：調(diào)整提拉高度，造成晶片與花籃的不同程度脫離。
3結(jié)果與討論
3.1Marangoni干燥的影響因素Marangoni對(duì)流的形成本質(zhì)是IPA濃度梯度，而水從表面的脫離效果又與晶片提升速度密切相關(guān)。圖4給出了不同提拉速率下IPA流量與水痕比例的關(guān)系。從圖4中可以看出，在沒(méi)有IPA供給時(shí)，晶片水痕的出現(xiàn)比例是100%，隨著IPA流量的增加,水痕比例有明顯的下降趨勢(shì)，當(dāng)流量增加到一定范圍時(shí)，水痕比例又出現(xiàn)平緩增長(zhǎng)的趨勢(shì)。圖5顯示了幾種IPA流量下的典型水痕缺陷。
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在沒(méi)有IPA蒸汽的情況下，晶片表面的水主要受到重力和水表面張力的作用向下流動(dòng)，當(dāng)晶片露出水面1/2后，晶片與水面的交界線開(kāi)始收縮，晶片表面的水受到的宏觀向下的力開(kāi)始變小，當(dāng)晶片完全脫離水面后，晶片下半部分仍有大量水存在，這些表面附著的水在氮?dú)庵斜淮蹈桑纬闪祟w粒群和氧化物構(gòu)成的水痕缺陷，如圖5（a）所示，這表明單純依靠慢速提拉難以獲得良好的干燥效果。如果在晶片提拉過(guò)程中，通入IPA蒸汽，產(chǎn)生Marangoni效應(yīng)，可使干燥效果大幅度提高，水痕缺陷變少變小，如圖5（b）和圖5（c）所示。但是。絕非IPA蒸汽流量越大越好，實(shí)驗(yàn)中IPA流量超過(guò)60L/min后，晶片表面會(huì)呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則缺陷，如圖5（d）所示，這是因?yàn)镮PA蒸汽在腔體內(nèi)積聚，在晶片表面冷凝形成液體薄層，在減壓排風(fēng)后揮發(fā)掉，殘留下各種形態(tài)的干燥缺陷。從圖4中還能發(fā)現(xiàn)提拉速率對(duì)干燥效果有著明顯影響，低速提拉更容易獲得良好的干燥效果，但過(guò)低的提拉速率會(huì)降低干燥效率，并使得干燥效果變得不穩(wěn)定。另一個(gè)非常重要的現(xiàn)象是：即使在IPA蒸汽存在的情況下，無(wú)論如何設(shè)置蒸汽流量或提拉速率，當(dāng)晶片脫離水面后，底部仍會(huì)有少量水存在，難以完全消除。事實(shí)上，Marangoni干燥產(chǎn)生的水痕大多出現(xiàn)在晶片底部，其直接原因即是晶片完全脫離水面后底部仍有殘水。如何不留痕跡地消除底部殘水，是IPA干燥的另一個(gè)核心環(huán)節(jié)。3.2底部殘水的去除晶片完全脫離水面后，底部的殘水只能通過(guò)蒸發(fā)去除，所以此部分的核心內(nèi)容是營(yíng)造合適的蒸發(fā)環(huán)境。為獲得良好的蒸發(fā)效果，此步驟進(jìn)行減壓排風(fēng)是必要的，同時(shí)還要持續(xù)供給氮?dú)?，使其在去除腔體內(nèi)的IPA蒸汽的同時(shí)形成流動(dòng)氣流，加快底部殘水的蒸發(fā)。根據(jù)伯努利原理，氮?dú)獾牧髁繉?duì)殘水的蒸發(fā)效果有著重要影響，圖6是不同氮?dú)饬髁肯碌木稍餇顩r，表明氮?dú)饬髁吭酱?，晶片的干燥效果越好?/span>
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圖6同時(shí)表明，單純依靠氮?dú)獯捣?，?huì)有相當(dāng)一部分晶片底部的殘水不能被完全去除，這是生產(chǎn)工藝所不能容忍的，并且氮?dú)獯捣飨滤恼舭l(fā)速率很慢，水與晶片界面長(zhǎng)時(shí)間存在并暴露在氣體中，較容易發(fā)生氧化反應(yīng)，形成局部氧化缺陷。實(shí)驗(yàn)表明，此步驟如果通入適量的IPA蒸汽，可以幫助殘水盡快在晶片表面鋪展開(kāi)來(lái)，其原理如圖7所示，以加快殘水的蒸發(fā)。必須指出的是，雖然同樣是IPA的作用，但此步驟已不再是Marangoni效應(yīng)范疇，對(duì)IPA流量和供給時(shí)間有了不同的要求。
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3.3干燥過(guò)程中花籃對(duì)晶片的影響在多片干燥過(guò)程中，花籃對(duì)晶片干燥效果的影響是不能回避的?；ɑ@是承載晶片的容器，需要與晶片一并被干燥，但是其結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比晶片復(fù)雜得多，在干燥中需要進(jìn)行專門討論。晶片與花籃具有面接觸，二者同時(shí)進(jìn)行IPA干燥時(shí)，面接觸部位（通常為溝槽）的水難以在Marangoni干燥步驟完全消失，而長(zhǎng)時(shí)間存留在溝槽內(nèi)，最終導(dǎo)致氧化性缺陷。片、籃在干燥中的分離設(shè)計(jì)有助于降低水痕缺陷的比例，如表1所示，當(dāng)片、籃處于半分離狀態(tài)時(shí)，二者的接觸面相對(duì)下降，晶片兩側(cè)的水流到晶片底部，造成底部水痕缺陷比例增加；當(dāng)片、籃處于完全分離狀態(tài)時(shí)，接觸面的影響被消除，水痕比例有明顯下降，但是隨著片、籃分離程度的增加，整體干燥時(shí)間也會(huì)增加。
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