在集成电路的生产制造过程中,晶圆的清洗和干燥工艺是使用最频繁、重复次数最多的工艺过程。清洗结束后,晶圆表面纳米尺度的孔型结构中残留的是异丙醇(IPA)液体。在干燥过程中,氮气环境下置于卡盘中的晶圆通过高速旋转,来加速其表面IPA的蒸发。晶圆上各竖直微孔的尺寸不同,距离旋转轴心的位置不同,微孔中IPA液体蒸发速率也不相同。各个微孔中IPA蒸发速率的不同将导致同一时刻下不同微孔的液面高度不同,在液体表面张力的作用下,将造成相邻孔间的结构受力不均匀,最终导致晶圆表面构型的塌陷,使得晶圆报废。因此预测和掌握晶圆表面不同的纳米尺度孔型结构中IPA液体的蒸发速率,对于控制整个晶圆加工过程的时间和质量具有重要意义。本文的目的为研究纳米尺度孔型结构中IPA的蒸发特性,以预测IPA在晶圆表面构型中的蒸发速率。本文采用实验和理论相结合的方法,先对微米尺度孔型结构中IPA的蒸发特性进行研究,然后根据微米尺度的研究结果,进一步考虑尺寸效应的影响,建立了纳米尺度孔型结构中的IPA蒸发模型。本文研究的主要工作和结论如下:(1)根据晶圆表面微孔中IPA液体的实际蒸发过程,设计和搭建了氮气环境下毫米/微米尺度的IPA蒸发实验台。该实验台中,可供研究的微孔内径最小可达50μm。(2)对微米尺度竖直孔型结构中,IPA液体的蒸发特性进行了实验研究。研究结果表明,在所测试的工况内,IPA蒸发速率随孔口气流速度的减小而减小,但气流速度对蒸发速率的影响随着IPA蒸发高度的增加而减弱,孔口气流速度越大,蒸发速率随IPA蒸发高度下降越剧烈。IPA蒸发速率及扩散系数随环境温度的升高而加快。IPA蒸发速率随竖直孔内径的减小而减小,但当孔径在0.05 mm到0.2 mm范围内,蒸发速率随孔径的变化不再明显。根据IPA蒸发速率孔内IPA当地传质系数在小孔(孔径> 3 mm)和微孔(孔径< 0.5 mm)中的不同变化规律,分别开发了当地传质系数关联式,其精度分别为:对于3 mm到5 mm直径的小孔,其预测值与88%的实验数据误差在±20%以内,平均误差为12.6%;对于0.05 mm到0.2 mm直径的微孔,其预测值与86%的实验数据误差在±30%以内,平均误差为17.6%。(3)基于实验研究结果,对于微米尺度竖直微孔中IPA液体的蒸发过程进行了模型研究,并用实验结果对模型精度进行了验证。竖直微孔中IPA的蒸发传质过程,根据孔口氮气流速度的不同,分为两类不同的情况,本文分别建立了两种蒸发模型:a)当孔口氮气流速度较小(v < 1 m/s)时,孔内IPA的蒸发以分子扩散为主,在孔口处IPA蒸汽与氮气进行对流传质。本文考虑了弯曲液面对扩散的影响,推导建立了低速条件下的IPA蒸发模型。该低速模型的预测值与实验数据比较,平均误差约为10.5%;且较平液面模型,在小孔径区域精度更高。b)当孔口氮气流速度较大(v > 10 m/s)时,竖直孔内IPA的蒸发过程先后存在强对流(直接吹走)、孔内对流传质和孔内分子扩散三个阶段。经历近孔口处的IPA液体被气流直接携带走的强对流阶段后,IPA进入后二个阶段(称为稳定蒸发阶段),此时孔内IPA当地传质系数呈现由快至慢的过程。与低速情况相比,在分子扩散阶段,靠近孔口处的孔内区域始终存在气流影响。该高速模型的预测值与实验数据比较,平均误差约为5%。(4)基于微米尺度IPA蒸发模型,引入竖直孔的单晶硅壁面对孔内IPA分子的吸附作用影响,应用连续性假设,建立了属于过渡区的纳米尺度孔型结构中IPA蒸发模型。采用分子动力学模拟方法,分析了纳米尺度孔道中,IPA与氮气互扩散系数受孔径大小的影响。结果表明,该扩散系数随着孔径的减小而增大,但在本文针对的过渡态范围内(孔径> 50 nm),其变化较小,因此纳米尺度模型中IPA的物性参数值仍可采用微米尺度的实验值。