要了解什么是Zeta 電位，首先要了解一個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），它會在周圍通過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散層，在擴散層的反離子按照一定的濃度梯度擴散至溶液體系。雙電層的形成其實就是靜電吸引力與熱運動效應(yīng)的共同結(jié)果。

在實際的膠體溶液體系里，在顆粒表面總是會有一部分溶劑分子與其緊密結(jié)合，因此這部分溶劑會跟隨顆粒一起運動，那么這個運動過程中在固液界面會發(fā)生相對滑動，也就是滑動面（假想面，具體位置不清楚）。

Zeta電位指的就是滑動面處的電勢。它可以用來衡量溶液中顆粒之間的吸引力和排斥力，也可以用來表示膠體溶液體系的穩(wěn)定性。Zeta電位也被常用來監(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，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電位有減小趨勢代表研磨液趨于不穩(wěn)定，有可能發(fā)生團聚沉降，這個時候研磨液的大顆粒數(shù)和粒徑可能就會發(fā)生變化，會對工藝產(chǎn)生影響（例如刮傷會增多）。但在實際應(yīng)用中Fab廠通常會通過檢測研磨液的pH, 濃度，粒徑分布及大顆粒數(shù)（LPC）等參數(shù)直接來監(jiān)控研磨液是否有異常，研磨液廠商通常會監(jiān)控Zeta電位的數(shù)據(jù)。

Zeta電位的大小與pH有很強的相關(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