1Marangoni干燥機理分析：
Marangoni干燥原理如圖1所示,晶片在IPA氣氛下與水分離（可通過晶片提拉或水慢排的方式實現(xiàn)）,完全分離后,流體慢排使花籃干燥，開啟排風(fēng)將IPA蒸汽抽掉,同時通入氮氣吹干晶片表面殘留的IPA。
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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），所以會在坡狀水流表層形成表面張力梯度,產(chǎn)生Marangoni對流,使水更容易從晶片表面脫離。
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圖1中的第2個步驟“晶片緩慢提拉”是Marangoni干燥的核心環(huán)節(jié).提拉過程中，晶片表面的水會呈坡狀流下，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）,這種坡狀水流會相連為彎月形[1].這種坡狀水流的最高點與晶片接觸，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實驗部分
利用100mm（4英寸）硅拋光片進行IPA干燥,分兩組實驗，干燥后利用光散射測試系統(tǒng)檢測水痕缺陷。
A組：分別在提拉速率1mm/s、2mm/s和3mm/s下進行不同IPA流量的Marangoni干燥，減壓排風(fēng)階段氮氣流量80L/min。B組：提拉速率1mm/s、IPA流量20L/min下進行Marangoni干燥減壓排風(fēng)階段氮氣流量設(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，在沒有IPA供給時，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，當(dāng)流量增加到一定范圍時，水痕比例又出現(xiàn)平緩增長的趨勢。圖5顯示了幾種IPA流量下的典型水痕缺陷。
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在沒有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，當(dāng)晶片露出水面1/2后，晶片與水面的交界線開始收縮，晶片表面的水受到的宏觀向下的力開始變小，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氣中被吹干，形成了顆粒群和氧化物構(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，實驗中IPA流量超過60L/min后，晶片表面會呈現(xiàn)無規(guī)則缺陷，如圖5（d）所示，這是因為IPA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，但過低的提拉速率會降低干燥效率，并使得干燥效果變得不穩(wěn)定。另一個非常重要的現(xiàn)象是：即使在IPA蒸汽存在的情況下，無論如何設(shè)置蒸汽流量或提拉速率，當(dāng)晶片脫離水面后，底部仍會有少量水存在，難以完全消除。事實上，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蒸發(fā)去除，所以此部分的核心內(nèi)容是營造合適的蒸發(fā)環(huán)境。為獲得良好的蒸發(fā)效果，此步驟進行減壓排風(fēng)是必要的，同時還要持續(xù)供給氮氣，使其在去除腔體內(nèi)的IPA蒸汽的同時形成流動氣流，加快底部殘水的蒸發(fā)。根據(jù)伯努利原理，氮氣的流量對殘水的蒸發(fā)效果有著重要影響，圖6是不同氮氣流量下的晶片干燥狀況，表明氮氣流量越大，晶片的干燥效果越好。
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圖6同時表明，單純依靠氮氣吹拂，會有相當(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，并且氮氣吹拂下水的蒸發(fā)速率很慢，水與晶片界面長時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。實驗表明，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來，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IPA流量和供給時間有了不同的要求。
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3.3干燥過程中花籃對晶片的影響在多片干燥過程中，花籃對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，在干燥中需要進行專門討論。晶片與花籃具有面接觸，二者同時進行IPA干燥時，面接觸部位（通常為溝槽）的水難以在Marangoni干燥步驟完全消失，而長時間存留在溝槽內(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，二者的接觸面相對下降，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，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，整體干燥時間也會增加。
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