當你用著5G手機刷視頻、用AI芯片跑大模型時，很少有人會留意：在這些頂端科技的背后，決定芯片精度與良率的，不只是電路設計，更離不開一道關鍵工序——CMP 化學機械拋光。

半導體制造中，化學機械拋光（CMP）是實現(xiàn)晶圓表面平坦化的關鍵工藝。隨著制程節(jié)點從90nm進步到7nm，晶體管密度激增，線寬縮小到原子級尺度，任何表面不平整都可能導致短路、漏電或良率驟降。

化學機械拋光（CMP）通過化學腐蝕與機械磨削相結(jié)合，將晶圓表面平坦化至納米級精度，為后續(xù)光刻、沉積打下基礎。CMP的關鍵在于拋光液（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。

面對先進制程晶圓對CMP拋光粉體粒度要求越來越細，磨料D50為20~50nm超細二氧化硅或氧化鋁，嚴禁粒度寬分布，PDI：＜0.1。馬爾文帕納科Zetaszier納米粒度及電位分析儀，利用動態(tài)光散射（DLS）技術和非侵入背散射（NIBS^TM）技術，可提供0.3nm-15μm的寬范圍粒徑測試范圍。

圖1 Zetasizer 納米粒度及電位分析儀

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

Zeta 電位測量是使用 馬爾文帕納科的毛細管池（如圖 2 所示）進行的，該毛細管池的厚度設計為幾毫米，這減少了吸收和散射的影響。所有儲備分散體均可直接測量，無需任何進一步制備。

圖2 毛細管和定徑池中的 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，對拋光液的粒度控制提出了更高要求。

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

馬爾文帕納科Mastersizer3000+激光粒度儀測量速度高達10000次/秒，藍光輔助光源可提高納米級別CMP顆粒的檢測精度；更精密的焦平面檢測器覆蓋0.015 – 144°，實現(xiàn)超寬測量范圍 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。

實際應用中，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，需通過粒徑優(yōu)化降低粗糙度。Mastersizer提供前后對比數(shù)據(jù)，幫助配方調(diào)整，提升良率。

針對先進制程，國產(chǎn)CMP產(chǎn)業(yè)對拋光材料粒度分析的核心要求是更快的檢測速度、更高的檢測精度、更嚴苛的大顆粒檢出限，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，具備高測量重復性與再現(xiàn)性，同一樣品重復150次，測量的RSD小于0.5%，滿足先進制程對粒度檢測的要求。

圖3.Mastersizer 3000+配有Hydro MV分散單元和Hydro Insight 動態(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拋光液市場被美日廠商壟斷，占據(jù)80%以上份額。國內(nèi)安集科技等企業(yè)正在快速崛起，但對高duan檢測設備的需求仍然迫切。馬爾文帕納科作為顆粒表征領域的專家，其粒度檢測解決方案，正在幫助越來越多的國產(chǎn)半導體材料企業(yè)實現(xiàn)技術突破。