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珠磨机在CMPSlurry上的应用
ApplicationNote
新年伊始，围绕集成电路的更多政策细节正如火如荼地的落实，集成电路被列为“十四五”规划中科技攻关的7大前沿领域之一。CMPSlurry，是用于CMP工艺中的重要原料。如何确保Slurry在全部供应链（包括运输及储藏）过程中的稳定等，一直是Slurry过去和现在面对的关键。对于CMPSlurry的平均粒径（研磨主体粒径，评估用于粗抛还是精抛）、尾端大颗粒（尾端大颗粒的存在易引起划伤，降低良率，评估用于预测良率）、Zeta电位（体系电荷正负性及Zeta电位绝对值）及稳定性分析表征具有非常重要的地位。
目的：探究不同珠磨工艺对氧化硅研磨液的平均粒径、尾端大颗粒和产品稳定性的影响。
方法：使用珠磨机制备氧化硅研磨液，使用纳米粒度仪、计数粒度仪、稳定性分析仪对氧化硅研磨液进行表征。
结论：结果表明，珠磨机与粒度仪及稳定性分析仪的结合能为CMPSlurry的研发及质量控制提供整套解决方案。
CMP全称为ChemicalMechanicalPolishing，即化学机械抛光。通过表面化学作用和机械研磨的技术结合来实现晶圆表面微米/纳米级不同材料的去除，其过程如图1所示。CMP过程中将Slurry（抛光液，也称研磨液）滴在晶圆上，用抛光垫以一定的速度进行抛光，使得晶圆表面平坦化。CMP技术是晶圆制造的必须流程之一，对高精度、高性能晶圆制造至关重要。岳飞曾说：“阵而后战，兵法之常。运用之妙，存乎一心”。如果把CMP的全套工艺比作用兵打仗，那么CMP工艺中抛光材料，特别是Slurry的选择无疑是“运用之妙”的关键所在。在CMP抛光材料中，Slurry占到抛光材质的半壁江山。
图1CMP工艺
CMPSlurry主要是由研磨颗粒(如SiO2、Al2O3、CeO2等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂等组成，其中研磨颗粒起到研磨作用，化学氧化剂提供腐蚀溶解作用。影响去除效率的因素有：Slurry的化学成分、浓度；磨粒的种类、大小、形状和浓度；Slurry的黏度、pH值、流速、流动途径等。
目前全球CMP抛光液市场主要被美国和日本厂商垄断，占据全球CMP抛光液市场八成市场份额。国内厂商安集微电子占据全球市场的份额3%左右。从国内市场来看，根据QYResearch预测数据，国内抛光液市场规模到年或超10亿美元。届时国内市场占全球市场规模将超过50%，远高于当前约16%的份额。面对如此庞大的市场需求，对于抛光液的制备及性能要求也愈发严苛。除了最基本的质量要求外，如何确保Slurry在全部供应链（包括运输及储藏）过程中的稳定等，一直是Slurry过去和现在面对的关键。因此，对于CMPSlurry表征中，平均粒径（研磨主体粒径，评估用于粗抛还是精抛）、尾端大颗粒（尾端大颗粒的存在易引起划伤，降低良率，评估用于预测良率）、Zeta电位（体系电荷正负性及Zeta电位绝对值，）及稳定性分析具有非常重要的地位。
目前制备CMPSlurry的方法主要有珠磨法（也称砂磨法）、高压微射流均质等。相对而言，珠磨法适用性更广些。珠磨机通过工作腔体内珠子与磨料颗粒的高剪切，高碰撞作用对物料进行分散及研磨，从而快速达到要求的粒径。通过珠子粒度规格，珠子填充料，处理频率等工艺参数条件，可适用于不同材质，不同配方的Slurry制备。高压微射流均质机采用液压传动系统推动氧化锆柱塞头产生高压，使物料以极大的速度流经固定几何结构均质腔的微管道中，从而得到粒度相对均一的样品，高压微射流虽在同等价格下可获得较高处理量，但由于Slurry研磨颗粒硬度高，且均质压力高，对均质腔的损耗非常大，出于长期使用考虑，均质腔的更换是一笔不菲的成本，此外，工艺均质的次数也是综合考量产量的重要因素。
日本HIROSHIMAMETALMACHINERYCO.,LTD.公司旗下HMM系列珠磨机设备可完美轻松应对Slurry样品制备，实现从桌面型小试、中试及线性放大的需求，开创性采用“无筛网”珠料分离，自动化回收研磨珠，高效且便捷。
日本HMM珠磨机基本介绍
品牌：日本HMM
原理：珠磨机的研磨作业是通过转子搅拌，物料和研磨珠充分分散；通过研磨珠与物料的高剪切和高碰撞力将物料尺寸粒径磨小并更好的分散。通过不同的研磨珠子粒径、填充率及研磨频率可适用不同配方样品的研磨要求，从而快速达到要求的粒径。
制备关键点：研磨珠粒径、研磨珠填充率、研磨频率、研磨时间。
应用：广泛应用于电子、化工、电池、颜料、燃料、制药、食品等行业，出色的性能赢得客户的广泛赞誉。
图2样品在仪器内部示意图
应用实例
下面我们采用HMM珠磨机对CMPSlurry（例：氧化硅研磨液）进行珠磨，并采用粒径表征设备对均质处理前后结果进行分析、对比。实验过程中所使用设备如下：
试验设备
HMM?
APEXLABO
PSS?
