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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程的馬蘭戈尼干燥過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)氣體溶解過程中的干燥時間。用微光學(xué)濃度傳感器測量了液滴中有機(jī)成分的濃度。此外，還分析了由相平衡得到的評價干燥時間和濃度的數(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，通過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（相對濕度）也是密切相關(guān)的。在此，首先，通過模擬晶圓上殘留液滴的干燥的實(shí)驗(yàn)裝置，通過CCD攝像機(jī)的觀察和獨(dú)自的濃度測量探針，分別明確了氣氛氣體的IPA濃度和水蒸氣濃度（相對濕度）對干燥時間的影響，以及干燥過程中液滴的IPA濃度變化的影響。并且，通過這個實(shí)驗(yàn)得到了結(jié)果。
? ? ? 為了掌握所得到的液滴的干燥過程的詳細(xì)情況，以成分氣液相平衡線圖為基礎(chǔ)，進(jìn)行了有關(guān)干燥過程的數(shù)值分析。最后，以通過這些得到的見解為基礎(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，通過在水平上的晶圓上設(shè)置液滴來模擬殘留液膜、液滴。測試單元是亞克力制的，幾乎被密閉，其容積為1×10―3m3.在支撐晶圓的臺上，為了使氣體能夠通過，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， 從測試單元底面的2處孔供給， 通過晶圓臺的縫隙， 從上面的孔中抽出，向單元的供給， 將通過質(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)自的濃度探針通過單元上部的孔進(jìn)行測量。該濃度探針由光纖構(gòu)成，通過讀取測量部的溶液的折射率，可以測量與其依存的IPA水溶液的濃度。??
? ? ? 用CCD相機(jī)拍攝的IPA氣體溶解時晶圓上液滴的干燥時間，橫軸表示RhIPA。 縱軸是干燥時間。參數(shù)是Rhwater.另外，在這個實(shí)驗(yàn)中沒有插入濃度探針。另外，圖中的實(shí)線的曲線是數(shù)值計(jì)算結(jié)果，關(guān)于這個在后面敘述。
? ? ? 因此，關(guān)于在現(xiàn)場產(chǎn)生的若干小的液滴也是同樣的傾向。用光纖濃度計(jì)測量的IPA氣體溶解時的液滴的xIPA的時間性變化，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)。這個蒸氣壓是IPA和水的蒸氣壓的和，各個蒸氣壓也可以讀?。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)動力，就可以決定單位時間內(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間內(nèi)的蒸發(fā)（或溶解量）的決定方法進(jìn)行說明。
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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)，以此來進(jìn)行解析。在解析時，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，由于內(nèi)部發(fā)生移動液滴自身的流動，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，即使干燥時間比分析長，也不能認(rèn)為會變短。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的時間變化，首先，對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)果雖然不能說定量一致，但是定性的結(jié)果非常一致。具體來說，就是像實(shí)驗(yàn)結(jié)果中所看到的那樣，從某個時刻開始xIPA的急劇增加，以及RhIPA對其急劇上升時刻的影響。但是，實(shí)驗(yàn)中Rhwater為30%時的結(jié)果，也出現(xiàn)了不一致的情況。在這個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)前面所述的干燥時間的考察，如果液滴尺寸變小的話，關(guān)于這個濃度變化，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)為通過本分析模型，可以充分把握干燥過程中的物理現(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，以通過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)查給予液滴干燥過程的氣氛氣體的IPA濃度和水蒸氣濃度的影響的同時，通過并用數(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)生被視為問題。關(guān)于水印的發(fā)生， 在清洗時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。