Ултразвуково диспергиране на полиращи агенти (CMP)

Нееднаквият размер на частиците и неравномерното им разпределение по размер причиняват сериозни увреждания на полираната повърхност по време на процеса CMP.
Ултразвуковото диспергиране е превъзходна техника за диспергиране и деагломерация на полиращи частици с нанометрични размери.
Равномерното диспергиране, постигнато чрез ултразвукова обработка, осигурява превъзходна CMP обработка на повърхностите, като предотвратява драскотини и дефекти, причинени от прекалено едри зърна.

Ултразвуково диспергиране на полиращи частици

Суспензиите за химико-механично полиране / планаризация (CMP) съдържат абразивни (нано-)частици, за да осигурят желаните полиращи свойства. Често използваните наночастици с абразивни свойства включват силициев диоксид (силика, SiO₂), цериев оксид (церия, CeO₂), алуминиев оксид (алумина, Al₂O₃), α- и y-Fe₂0₃, нанодиаманти и други. За да се избегнат увреждания на полираната повърхност, абразивните частици трябва да имат еднаква форма и тясно разпределение по размер на зърната. Средният размер на частиците варира между 10 и 100 нанометра в зависимост от състава на CMP суспензията и нейното приложение.
Ултразвуковото диспергиране е добре известно с получаването на равномерни дисперсии с дълготрайна стабилност. Ултразвуковата кавитация и силите на срязване предават необходимата енергия на суспензията, така че агломератите се разрушават, силите на Ван дер Ваалс се преодоляват и абразивните наночастици се разпределят равномерно. Чрез ултразвукова обработка е възможно размерът на частиците да се намали точно до целевия размер на зърната. Чрез равномерна ултразвукова обработка на суспензията могат да се елиминират прекалено едрите зърна и неравномерното разпределение по размер – като се осигурява желаната скорост на отнемане на материал при CMP и същевременно се свежда до минимум появата на драскотини.

Предимства на ултразвуковото диспергиране на CMP суспензии

целеви размер на частиците
висока равномерност
от ниска до висока концентрация на твърдата фаза
висока надеждност
прецизен контрол
точна възпроизводимост
линейно, безпроблемно мащабиране

Ултразвуково диспергиране на полиращи частици в CMP суспензии и други суспензии.

Ултразвуковите хомогенизатори се използват за диспергиране и смилане на полиращи агенти

Ултразвуково диспергиране на пирогенен силициев диоксид: Ултразвуковият хомогенизатор Hielscher UP400S диспергира бързо и ефективно прахообразния силициев диоксид до отделни наночастици.

Цериевият(IV) оксид, известен също като четиривалентен цериев оксид, четиривалентен цериев диоксид, церия, цериев оксид или цериев диоксид, може да се смила и диспергира ефективно и равномерно чрез ултразвукова обработка. Ултразвуковите диспергатори намаляват частиците от цериев оксид до микрометрични и нанометрични размери, напр. за използване като полиращи материали.

Ултразвуковото диспергиране е надеждна и високоефективна технология за производство на наночастици от цериев оксид.

Приготвяне на CMP суспензии чрез ултразвук

Ултразвуковото смесване се използва в много промишлени отрасли за получаване на стабилни суспензии с нисък до много висок вискозитет. За да се получат равномерни и стабилни CMP суспензии, абразивните материали (напр. силициев диоксид, наночастици от цериев оксид, α- и y-Fe₂0₃ и др.), добавките и химикалите (напр. алкални вещества, инхибитори на ръждата, стабилизатори) се диспергират в основната течност (напр. пречистена вода).
По отношение на качеството, за високоефективните полиращи суспензии е съществено суспензията да има дълготрайна стабилност и силно равномерно разпределение на частиците.
Ултразвуковото диспергиране и приготвяне на съставите осигуряват необходимата енергия за деагломерация и разпределяне на абразивните полиращи агенти. Възможността за прецизен контрол на параметрите на ултразвуковата обработка осигурява най-добри резултати при висока ефективност и надеждност.

Ултразвуковото диспергиране е високоефективно за диспергиране на абразивни полиращи агенти в CMP суспензии.

Ултразвуков диспергатор UP400St за получаване на CMP суспензии в лабораторията.

Системи за ултразвуково диспергиране

Hielscher Ultrasonics доставя ултразвукови системи с висока мощност за диспергиране на материали с нанометрични размери, като силициев диоксид, цериев оксид, алуминиев оксид и нанодиаманти. Надеждните ултразвукови процесори осигуряват необходимата енергия, усъвършенстваните ултразвукови реактори създават оптимални условия за процеса, а операторът има прецизен контрол върху всички параметри, така че резултатите от ултразвуковия процес могат да се настроят точно спрямо желаните цели на процеса (като размер на зърната, разпределение на частиците и др.).
Един от най-важните параметри на процеса е ултразвуковата амплитуда. Предлаганите от Hielscher промишлени ултразвукови системи могат надеждно да осигуряват много високи амплитуди. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа 24/7. Възможността за работа с толкова високи амплитуди гарантира, че могат да бъдат постигнати дори много взискателни цели на процеса. Всички наши ултразвукови процесори могат да се настройват точно спрямо необходимите условия на процеса и лесно да се наблюдават чрез вградения софтуер. Това гарантира най-висока надеждност, постоянно качество и възпроизводими резултати. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия.

Промишлен ултразвуков хомогенизатор за ефективно диспергиране и смилане на полиращи агенти.

MultiSonoReactor MSR-4 е промишлен проточен хомогенизатор, подходящ за промишленото производство на сондажни разтвори. Ултразвуковата обработка се използва за диспергиране и смилане на полиращи агенти.

Свързани теми

Литература / Източници

Mondragón Cazorla R., Juliá Bolívar J. E.,Barba Juan A., Jarque Fonfría J. C. (2012): Characterization of silica–water nanofluids dispersed with an ultrasound probe: A study of their physical properties and stability. Powder Technology Vol. 224, 2012.
Pohl M., Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. Partec, 2004.
Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.

Полезни факти

Химико-механична планаризация (CMP)

Суспензиите за химико-механично полиране/планаризация (CMP) се използват за изглаждане на повърхности. CMP суспензията се състои от химични и механично-абразивни компоненти. Така CMP може да се опише като комбиниран метод на химично ецване и абразивно полиране.
CMP суспензиите се използват широко за полиране и изглаждане на повърхности от силициев оксид, поликристален силиций и метали. По време на процеса CMP се отстраняват релефните неравности от повърхността на пластината (напр. полупроводници, пластини за слънчеви клетки, компоненти на електронни устройства).

Повърхностноактивни вещества

За да се получи CMP състав с дълготрайна стабилност, се добавят повърхностноактивни вещества, които поддържат наночастиците в хомогенна суспензия. Често използваните диспергиращи агенти могат да бъдат катионни, анионни или нейонни и включват натриев додецилсулфат (SDS), цетилпиридиниев хлорид (CPC), натриева сол на каприновата киселина, натриева сол на лауриновата киселина, натриев децилсулфат, натриев хексадецилсулфат, хексадецилтриметиламониев бромид (C₁₆TAB), додецилтриметиламониев бромид (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 и A20.