第四章 結果與討論
4.2.5 黏附係數(Sticking Coefficient, E)計算
凝結性oAMCs之黏附係數與其本身物理或化學特性有關，同時也與晶 圓表面特性或表面狀況有關，隨著晶圓表面覆蓋率的增加，吸附沈積速率 將逐漸減緩，尤其當表面沈積密度達到一吸附平衡後，黏附係數將漸漸趨 近於零。然而過去學者們在探討污染物於晶圓表面之黏附係數時，並無提 及此一現象，並直接由實驗數據來計算各污染物之黏附係數。然而根據本 研究由實驗數據計算DEP與DBP於晶圓表面之黏附係數時發現，物種DEP 於 1 小時平均黏附係數約為(9.8±0.4)×10-6，而 4 小時平均黏附係數則為 (3.1±0.2)×10-6，黏附係數有明顯減小之趨勢，如表 4.13 所示，而此趨勢亦 發生在DBP之黏附係數計算上，其 1 小時和 4 小時之平均黏附係數分別為 (1.4±0.1)×10-5、(5.7±0.6)×10-6，因此本研究認為黏附係數值應為一隨曝露時 間遞減的變數，而非一固定常數。
表4.13 同時可比較文獻上曾針對凝結性oAMCs黏附係數計算研究，由 於大部分的曝露沈積實驗是在有流場的潔淨室內進行，故部分學者考量流 場對黏附係數的影響，修正SEMATECH所定義之黏附係數計算公式，即將 3.2.4 節(3.5)式中的平均分子運動速度VT/4 以層流流速u取代，即為(3.7)式所 示，以反應出外部流場對黏附係數所產生的影響。
由於一般潔淨室內的層流流速u約為 0.35 ~ 0.5 m sec-1，而平均氣體分 子之運動速度VT則為 120~200 m sec-1(M.W. = 150 ~ 400 g/mole)，VT/4 約為 30~50 m sec-1左右，故利用(3.5)式與(3.7)式計算後，其結果基本上將相差約 2 個數量級左右，因此一般利用(3.7)式之計算結果，其黏附係數值通常較小。
由表 4.13 可知，文獻上曾針對DEP與DBP物種進行黏附係數計算的學 者有Sakamoto et al.[96]、Sasajima et al.[99]與Veillerot et al.[89]，其中Sakamoto et al.[96]與Sasajima et al.[99]雖與本研究相同皆以(3.5)式(SEMATECH定義)進行 計算，但其曝露結果卻都在層流流場下所完成，而且也無描述其計算時曝 露時間的長短，因此在條件不盡相同的前提下，很難斷定結果是否一致。
另外，學者Veillerot et al.[89]則清楚指出流場狀況(u=0.44 m sec-1)與實驗曝
表 4.13、晶圓表面上凝結性有機物之黏附係數調查比較表
作者 污染物種 黏附係數 備註
DOP 2×10-3
Siloxanes(D3~D6) <1×10-4 Takeda[21]
(1998)
aromatic
hydrocarbons <1×10-5
1.利用(3.7)式計算,
Siloxanes(D3~D6) 3×10-5
1.利用(3.7)式計算, 2.垂直於層流氣流.
BHTb 6.5×10-7 Siloxane D10 9.5×10-5
TCEP 9.5×10-6
DEP 3.0×10-6 2-Ethyl 1-hexanol (9.2±4.1)×10-5
Phtalic anhydride (3.1±1.0)×10-3 Tetradecance (2.1±1.5)×10-3 Pentadecane (2.1±1.0)×10-3 TXIBc (1.2±0.5)×10-3 DMPPd (5.4±2.8)×10-4 DEP (6.7±2.8)×10-5 This study
DBP (0-4 hours) (5.7± 0.6)×10-6
Note; a. Tris (2-chloroethyl) phosphate、b. 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol、c. 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol diisobutyrate、 d. dimethylpropylphthalate
露時間(24 hrs)，其中之結果DEP=(6.7± 2.8)×10-5與DBP =(8.9± 2.7)×10-5，若 與本研究之4 小時之平均黏附係數結果進行比較，Veillerot et al.[89]之數值大 於本研究結果約 15~20 倍，推測此為流場狀況(停滯流場v.s.層流流場)和曝 露時間長短(4 小時v.s.24 小時)的差異所造成。另外若比較長曝露時間下之 DEP與DBP之黏附係數時，Veillerot et al.所計算 24 小時之平均黏附係數DBP 約略大於DEP，與本研究 4 小時平均黏附係數DBP略大於DEP之結果相近，
故在長時間之下DBP具有較大之吸附能力。
由於污染物之黏附係數值隨著曝露時間的增長而慢慢遞減，因此本研 究利用(3.8)式之時間相依黏附係數公式，模擬出DEP與DBP於不同環境濃度 下(2 與 20 µg m-3)兩物種之黏附係數變化，如圖 4.26 所示。由圖中可看出黏 附係數曲線皆隨著曝露時間的增長而遞減，並可發現同一物種之黏附係數 曲線，較高濃度(20μg m-3)下其衰減速度大較低濃度(2μg m-3)，推測此應 為較高濃度下，表面單分子層覆蓋率增加較快所導致。而DBP高低濃度的 差異明顯大於DEP高低濃度之差異，此現象可藉由動力式之觀點來解釋，
由於DBP之kde值小於DEP之kde值，故在(3.8)式中DBP之kadCg項將逐漸成為 影響黏附係數衰減之主要因子，因此環境中DBP高低濃度對黏附係數所產 生之差異較為顯著。由此可推測，具有低kde值之有機微污染物，如高分子 量DOP(kde ≈ 0)[5,6]，其環境濃度對黏附係數的影響將更為顯著。
值得注意的是在曝露初期約 10 分鐘左右，DEP 的黏附係數出現大於 DBP 的情況，之後隨著時間的增長，DEP 之黏附係數則呈現快速衰減並小 於DBP 之黏附係數，故此研究結果顯示，較低分子量之凝結性有機物於曝 露初期具有較高之黏附係數。同時亦可與圖4.23(a)與(b)於相同濃度且短曝 露時間下(60min)DEP 表面沈積量高於 DBP 表面沈積量之結果可相互印證。
因此時間相依之黏附係數曲線圖將非常適合去描述有機污染物於晶圓 表面沈積行為之變化，在短曝露時間下，較低分子量之oAMCs 對元件之污 染威脅，將遠超過較高分子量之oAMCs。故在微污染的控制上，具有凝結 吸附能力之較低分子量有機物質，在短曝露時間下，其應為主要控制對象。
0.0E+00 4.0E-06 8.0E-06 1.2E-05 1.6E-05 2.0E-05 2.4E-05
0 50 100 150 200 250
Exposure Time (min)
Sticking Coefficient
DBP, 2 μg/m3 DBP, 20μg/m3 DEP, 2 μg/m3 DEP, 20μg/m3
圖 4.26、不同環境濃度下 DEP 與 DBP 物種之黏附係數曲線變化