二、 文獻回顧與理論背景研究
2.1 微塵移除與吸附之機制
2.1.3 靜電力
材料表面通常為靜電電荷所充滿，這些電荷可能是離子或是游離的官 能基，在水中有相當大的帶電電荷可以被利用，就是中性的去離子水，其 中也包含了10P-7POHP-P和10P-7PHP+P mole/L。一個微小的粒子被分離或是懸浮在 液體系統中稱之為膠體。膠體通常是一個物體帶電物體浸入液體環境中而 獲得。大多數的帶電離子會被液體中的離子作選擇性的吸附中和，而膠體 在液體中卻會被充電，在液體溶液與膠體中間形成與膠體相反的帶電層。
微塵粒子的表面附著機制可由典型的膠體理論（Colloidal theory）[13]來解 釋。帶電之膠體與溶液的正、負電荷在界面處作交換，離子效應在溶液中 支配著正電荷、負電荷的交換。膠體帶電粒子可以透過量測zeta potential 而得知，而量測zeta potential即量測膠體shear plane到溶液的之間的位能。
當兩個體的zeta potential 呈正負相反狀態，則會產生相吸作用。由於 金屬氧化層的zeta potential 在強酸下一般呈正值，在強鹼下呈負值Itano
et al. [14]以此理論解釋為何微塵粒子易在酸性環境下及高離子強度的溶液
中易與晶圓表面產生聚作用。所以，晶圓表面及微塵粒子的zeta potential 應以同極電荷存在，使兩者間產生相斥作用，以便移除微塵粒子，在鹼性 溶液中，晶圓表面氧化層和多數微塵粒子皆以負值的zeta potential存在。
圖 2-3 為表示一個微塵粒子在溶液中的位能，假設一個微塵粒子表面 淨電荷為負，且負電荷均勻的分佈在微塵表面，在液體中的正電離子會被 附在膠體上，在膠體的表面電位能是最高的，隨著遠離微塵粒子電位遞減，
在溶液中正電荷與負電荷達成平衡，整個溶液呈電中性。離子的運動分兩 個區域：
（a） 離子吸附區（layer of adsorbed ions）---從帶電膠體吸附溶 液中電荷相反之離子。
（b） 離子擴散區（Extent of Diffuse layers of count ions）---微塵 粒子為平衡電中性，正、負離子擴散、吸附、包圍微塵粒子 使之產生電中性。
而 shear plane 為此二區域的邊界條件，這個邊界條件的電位稱之為
zeta potential。
surrounding the particle diffuse layer of
counter ions Concentration
of positive ions
Concentration of negative ions
（Net ） surrounding the particle diffuse layer of
counter ions Concentration
of positive ions
Concentration of negative ions
（Net ） 離子強度（ionic strength）低時，需要大量的溶液體積方可保持電荷平衡
（charge balance），因此微塵粒子與微塵粒子間的距離足以利用相斥力
（repulsion force）保持分離狀態。反之，當溶液的離子強度高時，則保持
Particle with ionic double layer
Wafer surface with ionic double layer In APM solution
-
Particle with ionic double layer
Wafer surface with ionic double layer In APM solution
圖 2-4 微塵粒子與晶圓表面形成之雙離子層模式 [15]
在靜電力相排斥時，清洗溶液應使微塵粒子或晶圓表面呈微侵蝕現象 如圖2-5，有助於粒子從表面「掘除」（lift-off）。
靜電力 凡得瓦力
substrate
Substrate cons umption 靜電力 凡得瓦力
substrate
Substrate cons umption
圖 2-5 晶圓表面呈微蝕刻而使微塵粒子去除 [05]
但實際上微塵粒子附著在晶圓上的時候，微塵粒子與晶圓的離子擴散 層是相互交疊的如圖 2-6 所示，因此微塵粒子與晶圓的接觸面的面和非與 晶圓的接觸面，所受的壓力不盡相同。因此可以寫成下列式子 [12]：
Fe= Cd - C kT (3) FBeB：微塵粒子所受之靜電壓力。
k：波茲曼常數。
T：絶對溫度。
C：濃度。
particle
Si substrate
靜電濃度 C
靜電濃度 CBd
圖2-6 微塵與晶圓的接觸面和非與晶圓的接觸面所受之壓力不同 [12]
因 此 ， 潔 淨 法 如 APM （ UAUmmonia (NH4OH ) and hydrogen
UPUeroxide(H2O2) UMUixtures）可使溶液鹼性化並產生微蝕刻效果，又提供大 量離子可以使微塵被晶圓靜電排斥進而移除，所以APM是一個良好的去除 微塵粒子溶液。