當(dāng)你用著5G手機(jī)刷視頻、用AI芯片跑大模型時(shí)，很少有人會(huì)留意：在這些尖端科技的背后，決定芯片精度與良率的，不只是電路設(shè)計(jì)，更離不開(kāi)一道關(guān)鍵工序——CMP 化學(xué)機(jī)械拋光。

半導(dǎo)體制造中，化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是實(shí)現(xiàn)晶圓表面平坦化的關(guān)鍵工藝。隨著制程節(jié)點(diǎn)從90nm進(jìn)步到7nm，晶體管密度激增，線寬縮小到原子級(jí)尺度，任何表面不平整都可能導(dǎo)致短路、漏電或良率驟降。

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）通過(guò)化學(xué)腐蝕與機(jī)械磨削相結(jié)合，將晶圓表面平坦化至納米級(jí)精度，為后續(xù)光刻、沉積打下基礎(chǔ)。CMP的關(guān)鍵在于拋光液（slurry）——它含有SiO?、CeO?或Al?O?等磨料顆粒，直徑通常在50-200納米之間。顆粒的尺寸分布、zeta電位（表面電荷穩(wěn)定性，通常需維持±30mV以上）直接決定拋光速率、缺陷控制與均勻性。

面對(duì)先進(jìn)制程晶圓對(duì)CMP拋光粉體粒度要求越來(lái)越細(xì)，磨料D50為20~50nm超細(xì)二氧化硅或氧化鋁，嚴(yán)禁粒度寬分布，PDI：＜0.1。馬爾文帕納科Zetaszier納米粒度及電位分析儀，利用動(dòng)態(tài)光散射（DLS）技術(shù)和非侵入背散射（NIBS^TM）技術(shù)，可提供0.3nm-15μm的寬范圍粒徑測(cè)試范圍。

圖1 Zetasizer 納米粒度及電位分析儀

當(dāng)用于CMP工藝時(shí)，漿料的濃度約為幾個(gè)重量百分比，但通常將漿料制備成高濃度至40或50wt%，以降低儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本。濃縮漿料的穩(wěn)定性與顆粒的 zeta 電位相關(guān)，它會(huì)影響儲(chǔ)存和隨后稀釋過(guò)程中的穩(wěn)定性，所以了解漿料中顆粒的Zeta電位至關(guān)重要。

Zeta 電位測(cè)量是使用 馬爾文帕納科專(zhuān)利毛細(xì)管池（如圖 2 所示）進(jìn)行的，該毛細(xì)管池的厚度設(shè)計(jì)為幾毫米，這減少了吸收和散射的影響。所有儲(chǔ)備分散體均可直接測(cè)量，無(wú)需任何進(jìn)一步制備。

圖2 毛細(xì)管和定徑池中的 25 wt% SiO₂ 漿料樣品

CMP步驟從12步增加到30步，拋光次數(shù)成倍數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)拋光液的粒度控制提出了更高要求。

拋光液中的大顆粒會(huì)造成晶圓表面劃痕，影響后續(xù)光刻工藝，甚至導(dǎo)致芯片短路。先進(jìn)制程晶圓對(duì)大顆粒更是有嚴(yán)格的限制。

馬爾文帕納科Mastersizer3000+激光粒度儀測(cè)量速度高達(dá)10000次/秒，藍(lán)光輔助光源可提高納米級(jí)別CMP顆粒的檢測(cè)精度；更精密的焦平面檢測(cè)器覆蓋0.015 – 144°，實(shí)現(xiàn)超寬測(cè)量范圍 10 nm ~ 3500 μm，完整涵蓋CMP拋光液從納米磨粒到大顆粒污染物的全粒徑范圍。

實(shí)際應(yīng)用中，如4H-SiC晶體CMP研究（Al?O?磨料）：拋光前平均徑0.623μm、頻率峰0.623μm；后漲至0.798μm、頻率0.717μm——證明拋光中生成的MnO?吸附引發(fā)了磨料聚合，需通過(guò)粒徑優(yōu)化降低粗糙度。Mastersizer提供前后對(duì)比數(shù)據(jù)，幫助配方調(diào)整，提升良率。

針對(duì)先進(jìn)制程，國(guó)產(chǎn)CMP產(chǎn)業(yè)對(duì)拋光材料粒度分析的核心要求是更快的檢測(cè)速度、更高的檢測(cè)精度、更嚴(yán)苛的大顆粒檢出限，以及全天候的穩(wěn)定性。

Mastersizer 3000plus 是一款及其穩(wěn)固的粒度分析儀器，具備高測(cè)量重復(fù)性與再現(xiàn)性，同一樣品重復(fù)150次，測(cè)量的RSD小于0.5%，完全滿足先進(jìn)制程對(duì)粒度檢測(cè)的要求。

圖3.Mastersizer 3000+配有Hydro MV分散單元和Hydro Insight 動(dòng)態(tài)成像裝置

圖4. 二氧化硅CMP粉體粒徑分布

圖5. 氧化鋁CMP粉體粒徑分布

圖6. 氧化鈰CMP粉體粒徑分布

全球CMP拋光液市場(chǎng)被美日廠商壟斷，占據(jù)80%以上份額。國(guó)內(nèi)安集科技等企業(yè)正在快速崛起，但對(duì)高端檢測(cè)設(shè)備的需求仍然迫切。馬爾文帕納科作為顆粒表征領(lǐng)域的專(zhuān)家，其粒度檢測(cè)解決方案，正在幫助越來(lái)越多的國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體材料企業(yè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

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