Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschalldispersion von Polierkörpern (CMP)

  • Nur durch sehr feine Korngrößen und eine uniforme Partikelgrößenverteilung kann eine Beschädigung der Oberfläche beim chemisch-mechanischen Polieren (CMP) verhindert werden.
  • Die Dispergierung mittels Ultraschall ist eine äußerst zuverlässige und effektive Methode, um nanoskalige abrasive Partikel in der Polierschmiere zu dispergieren.
  • Die gleichmäßige Korngrößenverteilung, welche durch Ultraschall erreicht wird, führt zu einer qualitativ hochwertigen CMP-Schmiere, so dass Kratzer und Beschädigungen aufgrund zu großer Körner vermieden werden.

Ultraschall-Dispergierung von Polierkörpern

Zu den häufig verwendete Nanopartikeln mit Abrasion gehören u.a. Siliciumdioxid (Siliciumdioxid, SiO2), Ceroxid (Ceroxid, CeO2), Aluminiumoxid (Aluminiumoxid, Al2O3), α- und y-Fe203, Nanodiamanten. Um Schäden an der zu polierenden Oberfläche zu vermeiden, müssen die Schleifpartikel eine gleichmäßige Form und eine enge Korngrößenverteilung aufweisen. Die durchschnittliche korngröße liegt zw. 10 und 100 Nanometern und ist abhängig von der CMP-Schmiere und deren Verwendung.
Die Ultraschall-Dispergierung hat sich bewährt, uniforme, langzeitstabile Dispersionen herzustellen. Ultraschall- Kavitation und deren Scherkräfte koppeln die benötigte Energie in die Suspension, so dass Agglomerate zerschlagen, van-der-Waals-Kräfte überwunden und die nanopartikulären Polierkörper gleichmäßig dispergiert werden. Mittels Hochleistungsultraschall ist es möglich, die Partikelgröße exakt auf die gezielte Korngröße zu reduzieren. Durch die effektive Verarbeitung mittels Ultraschall können Überkörner und eine ungleichmäßige Partikelgrößenverteilung in der CMP-Slurry zuverlässig eliminiert werden – wodurch die gewünschte CMP-Abtragsrate sichergestellt und Oberflächenbeschädigungen gleichzeitig minimiert werden.

Ultraschall-Dispergierung von Silica

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Ultraschalldispergieren ergibt sich eine sehr enge Partikelgrößenverteilung.

Partikelgrößenverteilung VOR (grün) und NACH (rot) Ultraschalldispergierung: die grüne Kurve zeigt der Partikelgröße vor der Beschallung, die rote Kurve ist die Korngrößenverteilung des mittels Ultraschall dispergierten Silicas.

VorteileUltraschall-dispergiertes Nano-Silica (zum Vergrößern anklicken!)

  • exakte Korngröße
  • hohe Homogenität
  • niedrige bis hohe Feststoffkonzentration
  • hohe Prozesszuverlässigkeit
  • präzise Kontrolle
  • exakte Reproduzierbarkeit
  • lineares, reibungsloses Scale-up

Formulierung von CMP-Schmiere mittels Ultraschall

Ultraschallmischer und -homogenisatoren werden in vielen Industrien eingesetzt, um stabile Suspensionen herzustellen. Die Feststoffkonzentration kann von nieder- bis sehr hochviskos variieren - unsere Ultraschalldispergatoren verarbeiten auch hochpastöse Medien problemlos. Um eine einheitliche und stabile CMP-Schmiere zu produzieren, werden die Schleif- und Polierkörper (z.B. Siliciumdioxid, Ceroxid-Nanopartikel, α- und y-Fe203 etc.), Additive und Chemikalien (z.B. alkalische Stoffe, Rostschutzmittel, Stabilisatoren) in der Grundflüssigkeit (z.B. gereinigtes Wasser) dispergiert.
In Bezug auf Qualität, für hohe Leistung Polieraufschlämmungen ist es wichtig, dass die Aussetzung Langzeitstabilität und eine sehr gleichmäßige Partikelverteilung zeigt.
Beim ultraschall-gestützten Dispergieren und Formulieren wird die notwendige Energie effizient in das Poliermittel eingetragen, um die Schleif- und Polierkörper zu vermahlen und dispergieren. Durch die präzise Kontrolle der Prozessparameter werden bei der Ultraschall-Dispergierung beste Ergebnisse mit sehr hoher Effizienz und Zuverlässigkeit erreicht.

Intensive Beschallung streut Schleif Nanopartikel gleichmäßig in CMP-Slurries.

Industrielle Ultraschalldispergierer UIP1500hdT

Ultraschall-Dispergiersysteme

Hielscher Ultrasonics liefert Hochleistungs-Ultraschallsysteme für die Dispersion von nanogroßen Materialien wie Siliziumdioxid, Ceroxid, Aluminiumoxid und Nanodiamanten. Zuverlässige Ultraschallprozessoren liefern die erforderliche Energie, ausgeklügelte Ultraschallreaktoren schaffen optimale Prozessbedingungen und der Bediener hat eine präzise Kontrolle über alle Parameter, so dass die Ultraschallprozessergebnisse exakt auf die gewünschten Prozessziele (wie Korngröße, Partikelverteilung etc.) abgestimmt werden können.
Der mitunter wichtigste Prozessparameter ist die Ultraschallamplitude. Hielscher's industrielle Ultraschallsysteme liefern problemlos sehr hohe Amplituden. Amplituden von bis zu 200μm können kontinuierlich im 24/7-Betrieb generiert werden. Durch ihre Leistungsstärke können Hielscher Ultraschallsysteme auch sehr anspruchsvolle Prozessziele zuverlässig erfüllen. Alle unsere Ultraschallprozessoren können exakt auf die geforderten Prozessbedingungen abgestimmt und mittels der eingebauten Software einfach überwacht werden. Dies gewährleistet höchste Zuverlässigkeit, gleichbleibende Qualität und reproduzierbare Ergebnisse. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallsysteme ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter Heavy-Duty sowie in anspruchsvollen Umgebungen.

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Wissenswertes

Chemisch-Mechanisches Planarisieren / Polieren (CMP)

Für das chemisch-mechanische Polieren / Planarisieren (CMP) werden Poliermittel (sogenannte CMP-Schmieren) eingesetzt, um Oberflächen zu glätten. Die CMP-Schmiere besteht aus chemisch und mechanisch abrasiven Komponenten. Daher kann das chemisch-meschanische Polieren als kombiniertes Verfahren aus chemischem Ätzen und mechanischem Polieren mit Polierkörpern beschrieben werden.
Der Einsatz von CMP-Suspensionen ist weit verbreitet, um Siliziumoxid-, Polysilizium- sowie Metalloberflächen zu glätten und polieren. Während des CMP-Verfahrens werden bspw. unerwünschte Erhebungen von # Waferoberflächen entfernt (z.B. bei Halbleitern, Solarwafern, Komponenten von elektronischen Geräten).

Emulgatoren & Tenside

Um eine langfristig stabile CMP-Slurry herzustellen, werden der Suspension Tenside zugesetzt, um die Nanopartikel in homogener Suspension zu halten. Häufig verwendete Dispergiermittel können sowohl kationisch, anionisch oder nichtionisch sein. Zu den typischerweise verwendeten Tensiden zählen Natriumdodecylsulfat (SDS), Cetylpyridiniumchlorid (CPC), Natriumsalze der Caprinsäure, Natriumsalze der Laurinsäure, Decylnatriumsulfat, Hexadecylnatriumsulfat, Hexadecyltrimethylammoniumbromid (C16TAB), Dodecyltrimethylammoniumbromid (C12TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 und A20.