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要了解什么是Zeta 電位，首先要了解一個(gè)概念什么是斯特恩雙電層理論，如下圖1所示以研磨液溶液體系為例，在膠體溶液體系里，由于研磨顆粒自身帶電荷（比如帶負(fù)電荷），它會(huì)在周圍通過(guò)電荷吸引吸附一層反離子（正電荷），這層反離子層被稱為斯特恩層也稱為緊密層，斯特恩層之外則被稱為擴(kuò)散層，在擴(kuò)散層的反離子按照一定的濃度梯度擴(kuò)散至溶液體系。雙電層的形成其實(shí)就是靜電吸引力與熱運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的共同結(jié)果。

在實(shí)際的膠體溶液體系里，在顆粒表面總是會(huì)有一部分溶劑分子與其緊密結(jié)合，因此這部分溶劑會(huì)跟隨顆粒一起運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在固液界面會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，也就是滑動(dòng)面（假想面，具體位置不清楚）。

Zeta電位指的就是滑動(dòng)面處的電勢(shì)。它可以用來(lái)衡量溶液中顆粒之間的吸引力和排斥力，也可以用來(lái)表示膠體溶液體系的穩(wěn)定性。Zeta電位也被常用來(lái)監(jiān)控研磨液體系的穩(wěn)定性。例如研磨液中較大的Zeta電位使得顆粒之間的排斥力增強(qiáng)，溶液趨于穩(wěn)定；反之，較低的Zeta電位則可能使得溶液趨于不穩(wěn)定易發(fā)生團(tuán)聚。影響Zeta電位的主要因素是溶液的pH值與離子濃度等。

圖1：斯特恩雙電層模型示意圖

Zeta電位可以反映研磨液體系的穩(wěn)定性，當(dāng)Zeta電位有減小趨勢(shì)代表研磨液趨于不穩(wěn)定，有可能發(fā)生團(tuán)聚沉降，這個(gè)時(shí)候研磨液的大顆粒數(shù)和粒徑可能就會(huì)發(fā)生變化，會(huì)對(duì)工藝產(chǎn)生影響（例如刮傷會(huì)增多）。但在實(shí)際應(yīng)用中Fab廠通常會(huì)通過(guò)檢測(cè)研磨液的pH, 濃度，粒徑分布及大顆粒數(shù)（LPC）等參數(shù)直接來(lái)監(jiān)控研磨液是否有異常，研磨液廠商通常會(huì)監(jiān)控Zeta電位的數(shù)據(jù)。

Zeta電位的大小與pH有很強(qiáng)的相關(guān)性，因此保持研磨液有穩(wěn)定的pH值至關(guān)重要。

圖2：Zeta電位大小與pH值的關(guān)系

Zeta電位在CMP的清洗工藝中有著很重要的應(yīng)用，CMP研磨后的臟污類型或者來(lái)源一般包括：abrasive particles,slurry residue,pad debris, metallic contaminants等。在CMP清洗工藝中NH₃?H₂O是比較普遍使用的一種清洗化學(xué)品，下面以W CMP中Zeta 電位在NH₃?H₂O清洗過(guò)程中的應(yīng)用為例：

如下圖3所示在堿性環(huán)境中SiO₂ 顆粒（研磨顆粒）、PU顆粒(Pad debris)、W 表面的電位均為負(fù)，利用同種電荷互相排斥的作用去除W表面SiO₂研磨顆粒殘留以及Pad debris，同時(shí)清洗刷PVA Brush在堿性環(huán)境中也帶負(fù)電荷，這樣可以減少在刷洗過(guò)程中顆粒黏附在Brush 上，以達(dá)到理想的清洗效果。

圖3：不同pH 值下，不同物質(zhì)的Zeta 電位大小