无需稀释在线监控 CMP 浆料粗大颗粒｜日本 RION MR-S1 浆料监测系统

半导体先进制程 CMP 工艺中，抛光液内少量粗大颗粒极易造成晶圆表面划痕缺陷，离线实验室检测存在严重滞后。日本RION MR-S1 浆料监测系统（搭配 KS-71 颗粒传感器）采用光遮蔽检测原理，支持高浓度 CMP 浆料无需稀释直接在线测量，可部署于使用点（POU）实时监控 3μm、5μm 粗大颗粒数量，实现划痕风险早期预警，广泛应用于晶圆厂 CMP 抛光液循环管路质控。

一、行业痛点：CMP 抛光液大颗粒管控难题

化学机械平坦化（CMP）是晶圆制造核心工序，抛光浆料由纳米磨料、氧化剂、分散剂等组成。浆料在调配、输送、循环使用过程中，会出现磨料团聚、滤芯破损、管路析出杂质等问题，产生 3μm 以上粗大颗粒（LPC），微量大颗粒即可引发晶圆划痕，直接降低芯片良率。

传统质控方案多采用离线取样送实验室检测，取样、前处理、测试、反馈全流程耗时久，无法捕捉管路内瞬时颗粒突增，一旦出现异常，批量晶圆可能已产生缺陷。同时多数在线检测设备需要对高固含抛光液进行稀释，稀释过程会改变颗粒分散状态，引入二次污染，数据失真。市场亟需可直连产线管路、免稀释、紧凑型在线颗粒监控设备。

二、产品概述：RION MR-S1 浆料监测系统

MR-S1（Slurry Monitor System）是日本 RION（理音）面向半导体 CMP 工艺开发的专用浆料在线监测成套系统，配套核心检测单元KS-71 CMP 颗粒传感器，专为二氧化硅、氧化铝等 CMP 抛光浆料粗大颗粒在线监测设计。整套系统由 KS-71 传感器、流量调节单元、数据采集控制器、监控软件组成，体积紧凑，支持壁挂 / 机架安装，可直接接入抛光液循环管路、使用点支管，实现 7×24 小时不间断实时监测。

核心优势

✅ 免稀释直接测量：高浓度CMP浆料无需稀释，避免稀释带来的数据偏差与污染风险；

✅ POU就地部署：传感器小型化，可安装在抛光机使用点位，就近取样，缩短样品传输距离；

✅ 双通道粗大颗粒计数：标准3μm、5μm两个粒径通道，精准监控致划痕风险颗粒；

✅ 耐腐蚀接液材质：合成石英+PFA接液部件，适配酸性、碱性各类CMP抛光体系；

✅ 工业数据交互：实时上传颗粒浓度数据，支持上下限报警，联动产线PLC，异常及时停机干预；

✅ 一级安全激光：Class1半导体激光，生产现场使用安全合规。

三、检测原理与核心技术参数

1. 检测原理

KS-71 传感器采用光遮蔽法（光阻法）：780nm 半导体激光射入样品流通池，当颗粒穿过光路时遮挡光束，光电二极管接收光强发生衰减，根据信号幅值判定颗粒粒径，脉冲数量统计颗粒个数，直接计算单位体积颗粒浓度（个 /mL）。该原理对大颗粒检测灵敏度高，适合 CMP 浆料缺陷颗粒监控。

2. 关键技术规格

四、典型安装工艺流程

在 CMP 抛光液循环管路 / 抛光机 POU 支管引出旁路取样；

管路接入 MR-S1 配套流量调节组件，稳定控制 60mL/min 样品流量；

KS-71 传感器串联接入流路，信号线缆连接 MR-S1 控制器；

控制器接入工厂局域网，上位机部署监控软件，设置颗粒浓度报警阈值；

系统持续采集、存储颗粒数据，超标自动声光报警并输出开关量信号对接产线控制系统；

定期使用 PSL 标准颗粒进行校准，维护流通池清洁，防止磨料附着污染光学窗口。

五、应用价值与适用场景

应用场景

晶圆制造：逻辑芯片、存储芯片 CMP 抛光工序抛光液在线监控；

抛光液生产企业：浆料成品灌装前在线大颗粒检测；

过滤工艺验证：评估滤芯拦截粗大颗粒的长期稳定性；

浆料回用工艺：循环抛光液老化、团聚风险持续监测。

落地价值

缺陷前置预警：实时捕捉大颗粒突增，提前定位滤芯失效、管路污染、浆料团聚问题，减少晶圆划痕报废；

优化过滤成本：精准掌握滤芯负载变化，实现滤芯按需更换，避免过度维保；

工艺数据追溯：完整保存全时段颗粒监测数据，满足半导体工厂制程追溯、客户审核要求；

替代离线抽检：降低实验室检测人力、耗材成本，消除取样滞后带来的品质管控盲区。

随着半导体制程不断向前推进，晶圆表面缺陷管控要求持续提升，CMP 抛光液粗大颗粒在线监测已经成为先进制程工厂标配质控环节。日本 RION MR-S1 浆料监测系统依托 KS-71 专用 CMP 颗粒传感器，凭借免稀释在线测量、就地部署、稳定可靠的特点，为抛光液全生命周期品质管控提供量化数据支撑，助力企业降低划痕不良、提升晶圆良率。