在半导体制造工艺中，化学机械抛光（CMP）是实现晶圆全局和局部平坦化的关键工序。CMP抛光液与抛光垫、固定环协同工作，通过化学腐蚀和机械研磨相结合的方式，有效消除晶圆表面的不规则形貌，获得高度平整的表面（图1）。这种平整度对于后续集成电路的形成至关重要，而抛光液中颗粒的尺寸分布和稳定性直接影响抛光效果。

CMP抛光液颗粒特性对抛光质量的影响

晶片的平整度与所用抛光浆料颗粒的尺寸分布密切相关。抛光液中颗粒的尺寸和分布直接影响抛光速率和表面粗糙度，进而影响后续加工的电路质量。特别值得注意的是，微量存在的大颗粒团聚物可能对晶片表面造成划痕，导致产品缺陷。

抛光液浆料颗粒的表面电荷特性决定了浆料的稳定性，即颗粒团聚的倾向性。Zeta电位作为表征颗粒表面电荷的重要参数，会显著影响抛光过程。较高的Zeta电位绝对值（通常大于±30mV）表明颗粒间存在较强的静电排斥力，有利于保持分散体系的稳定性。

实验设备与方法

本研究采用丹东百特仪器有限公司生产的BeNano 180 Zeta Max纳米粒度及Zeta电位分析仪，配合BAT-1自动滴定仪进行测试。该仪器采用波长为671nm、功率50mW的激光器作为光源，在12°角设置检测器进行Zeta电位测量，在173°角设置检测器进行粒径分析。

样品制备与测试条件：将二氧化硅抛光液分散于水中，通过软件内置的SOP程序控制pH滴定过程。使用HCl水溶液调节体系pH值，终点pH设定为2，pH间隔为1，冗余度为0.2pH。测试温度控制在25℃±0.1℃，采用毛细管电极进行测量。

结果与分析

通过检测不同pH条件下抛光液的Zeta电位和粒径值，得到了Zeta电位随pH变化的曲线以及不同pH条件下的粒径分布图。

Zeta电位变化规律：在pH=2-10的测试范围内，样品的Zeta电位均为负值，表明颗粒表面携带负电荷。当pH大于6时，Zeta电位绝对值在-25mV至-30mV范围内波动，此时粒径稳定在120nm附近。从多分散指数（PDI）来看，此范围内PDI值较低，表明样品均匀性良好。

酸性环境下的变化：当pH低于5时，Zeta电位绝对值随pH降低而显著下降，在pH=2时降至-5mV。随着Zeta电位降低，颗粒间静电排斥力减弱，体系趋于不稳定，粒径逐渐增大。粒径分布图显示，随着pH降低，分布曲线明显向大尺寸方向偏移。

表1详细列出了不同pH条件下的粒径、PDI和Zeta电位数据，直观展示了参数间的相关性。

结论与意义

本研究表明，氧化硅抛光液在pH大于6的环境中能够保持较高的Zeta电位绝对值，从而维持良好的分散稳定性。而在低pH环境中，Zeta电位绝对值较低，颗粒容易团聚形成大颗粒，这会严重影响抛光效果，导致晶片表面产生缺陷。

BeNano 180 Zeta Max与BAT-1自动滴定仪的联用系统能够在一个测试序列中全面表征样品在不同pH条件下的粒径和Zeta电位变化，为CMP抛光液的配方优化和质量控制提供了可靠的技术手段。半导体制造商可以根据这些数据确定抛光液的最佳使用条件，确保抛光工艺的稳定性和可靠性。

通过这种科学的表征方法，不仅能够提高抛光质量，还能有效降低生产成本，为半导体行业的精细化发展提供技术支持。