化学机械抛光(CMP)是硅半导体工厂不可或缺的一部分。 使用光刻和薄膜沉积制成的集成电路总是借助CMP来实现基板和沉积层所需的平坦性。CMP浆料通常由分散在化学反应溶液中的纳米级研磨粉组成。在化学蚀刻软化材料的同时,机械研磨能去除材料,从而使形貌特征和表面都变平坦。 仅使用化学蚀刻会产生各向同性的结果,但不会使表面形貌变平坦,而只使用机械研磨则会使表面变平坦,但会产生表面缺陷。 正确设计的CMP流程则可以在不产生表面缺陷的情况下实现平坦性。

研磨颗粒的粒度分布是CMP浆料中的关键设计参数,会影响材料去除率和表面缺陷率等关键指标。 另一个重要参数是浆料中颗粒的分散/聚集。在抛光过程中,聚集的颗粒会表现得和超大颗粒一样,导致表面损坏。 

CMP研磨颗粒的典型粒度范围为10-250纳米。各种颗粒粒度测量技术能够以不同的准确度和精度测量此范围内的颗粒粒度。激光衍射、动态光散射和小角X射线散射是在这种粒度范围内提供高准确度和高精度的关键技术。

颗粒的聚集可能导致高达10微米的超大聚集体,其数量通常在百万分之几的比率范围内。通过检测 Zeta 电位,能确保浆料的稳定性,防止颗粒聚集。而光散射或成像技术则能帮助我们检测超大颗粒的存在。

CMP 浆料及其成分的表征

马尔文帕纳科拥有优化半导体行业CMP浆料各类参数的解决方案和仪器设备:

  • 纳米粒度电位仪 Zetasizer:从亚纳米到几微米的颗粒粒度分析。 此外,它还能测量Zeta 电位以研究浆料的稳定性。  
  • 激光粒度仪 Mastersizer 3000:从10nm到3mm的干粉或浆料分散(包括超大颗粒)的颗粒粒度分析
  • 静态图像分析仪 Morphologi 4:检测 0.5µm 及以上的超大颗粒。
  • Empyrean 锐影多功能X射线衍射仪:使用小角 X 射线散射在1-100nm粒度范围内进行颗粒分析。

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