Ultrazvuková disperze lešticích prostředků (CMP)
- Nejednotná velikost částic a nehomogenní distribuce velikosti částic způsobují během procesu CMP vážná poškození leštěného povrchu.
- Ultrazvuková disperze je vynikající technika pro dispergaci a deaglomeraci lešticích částic nanometrické velikosti.
- Rovnoměrná disperze dosažená sonikací vede k vynikajícímu CMP zpracování povrchů bez škrábanců a vad způsobených nadměrně velkými zrny.
Ultrazvuková disperze lešticích částic
Suspenze pro chemicko-mechanické leštění / planarizaci (CMP) obsahují abrazivní (nano)částice, aby zajistily požadované lešticí vlastnosti. Mezi běžně používané nanočástice s abrazivními vlastnostmi patří oxid křemičitý (silika, SiO2), oxid ceru (ceria, CeO2), oxid hlinitý (alumina, Al2O3), α- a y-Fe203, nanodiamanty a další. Aby nedošlo k poškození leštěného povrchu, musí mít abrazivní částice jednotný tvar a úzkou distribuci velikosti zrn. Průměrná velikost částic se pohybuje mezi 10 a 100 nanometry v závislosti na složení CMP a jeho použití.
Ultrazvukové dispergování je dobře známé tím, že vytváří rovnoměrné, dlouhodobě stabilní disperze. Ultrazvuková kavitace a smykové síly přenášejí potřebnou energii do suspenze, takže dochází k rozbití aglomerátů, překonání van der Waalsových sil a rovnoměrné distribuci abrazivních nanočástic. Pomocí sonikace je možné zmenšit velikost částic přesně na cílovou velikost zrna. Rovnoměrným ultrazvukovým zpracováním suspenze lze odstranit nadměrně velká zrna a nerovnoměrnou distribuci velikosti – což zajišťuje požadovanou rychlost úběru CMP a zároveň minimalizuje výskyt škrábanců.
- cílená velikost částic
- vysoká jednotnost
- nízká až vysoká koncentrace pevných látek
- vysoká spolehlivost
- přesné řízení
- přesná reprodukovatelnost
- lineární, plynulé zvětšování měřítka
Ultrazvukové homogenizátory se používají k dispergaci a mletí lešticích prostředků
Ultrazvuková disperze je spolehlivá a vysoce účinná technologie pro výrobu nanočástic oxidu ceru.
Ultrazvuková formulace CMP
Ultrazvukové míchání a mísení se v mnoha odvětvích používá k výrobě stabilních suspenzí s nízkou až velmi vysokou viskozitou. K výrobě rovnoměrných a stabilních CMP suspenzí se abrazivní materiály (např. silika, nanočástice ceria, α- a y-Fe203 atd.), aditiva a chemikálie (např. alkalické látky, inhibitory rzi, stabilizátory) dispergují do základní kapaliny (např. čištěné vody).
Z hlediska kvality je u vysoce výkonných lešticích suspenzí zásadní, aby suspenze vykazovala dlouhodobou stabilitu a vysoce rovnoměrnou distribuci částic.
Ultrazvukové dispergování a formulace dodávají potřebnou energii k deaglomeraci a distribuci abrazivních lešticích prostředků. Přesná řiditelnost parametrů ultrazvukového zpracování přináší nejlepší výsledky při vysoké účinnosti a spolehlivosti.
Ultrazvukový dispergátor UP400St pro výrobu CMP suspenzí v laboratoři.
Ultrazvukové dispergační systémy
Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové systémy pro dispergaci materiálů nanometrické velikosti, jako je silika, ceria, alumina a nanodiamanty. Spolehlivé ultrazvukové procesory dodávají potřebnou energii, propracované ultrazvukové reaktory vytvářejí optimální procesní podmínky a obsluha má přesnou kontrolu nad všemi parametry, takže výsledky ultrazvukového procesu lze přesně vyladit na požadované procesní cíle (jako je velikost zrna, distribuce částic atd.).
Jedním z nejdůležitějších procesních parametrů je ultrazvuková amplituda. Společnost Hielscher nabízí průmyslové ultrazvukové systémy schopné spolehlivě dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Schopnost provozovat takto vysoké amplitudy zajišťuje, že lze dosáhnout i velmi náročných procesních cílů. Všechny naše ultrazvukové procesory lze přesně nastavit na požadované procesní podmínky a snadno monitorovat pomocí vestavěného softwaru. To zajišťuje nejvyšší spolehlivost, konzistentní kvalitu a reprodukovatelné výsledky. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
MultiSonoReactor MSR-4 je průmyslový inline homogenizátor vhodný pro průmyslovou výrobu vrtných výplachů. Sonikace se používá k dispergaci a mletí lešticích prostředků.
Literatura / Reference
- 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.
Fakta, která stojí za to znát
Chemicko-mechanická planarizace (CMP)
Suspenze pro chemicko-mechanické leštění/planarizaci (CMP) se používají k vyhlazování povrchů. CMP suspenze se skládá z chemických a mechanicko-abrazivních složek. CMP lze tedy popsat jako kombinovanou metodu chemického leptání a abrazivního leštění.
CMP suspenze se široce používají k leštění a vyhlazování povrchů z oxidu křemíku, polykrystalického křemíku a kovů. Během procesu CMP se z povrchu waferu odstraňuje topografie (např. polovodiče, solární wafery, součásti elektronických zařízení).
Povrchově aktivní látky
Aby se získala dlouhodobě stabilní formulace CMP, přidávají se povrchově aktivní látky, které udržují nanočástice v homogenní suspenzi. Běžně používaná dispergační činidla mohou být kationtová, aniontová nebo neiontová a patří k nim dodecylsulfát sodný (SDS), cetylpyridinium-chlorid (CPC), sodná sůl kyseliny kaprinové, sodná sůl kyseliny laurové, decylsulfát sodný, hexadecylsulfát sodný, hexadecyltrimethylamonium-bromid (C16TAB), dodecyltrimethylamonium-bromid (C12TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 a A20.