Kiillotusaineiden ultraäänidispergointi (CMP)

Epätasainen hiukkaskoko ja epäyhtenäinen hiukkaskokojakauma aiheuttavat vakavia vaurioita kiillotettavalle pinnalle CMP-prosessin aikana.
Ultraäänidispergointi on erinomainen menetelmä nanokokoisten kiillotushiukkasten dispergointiin ja agglomeraattien hajottamiseen.
Ultraäänikäsittelyllä saavutettu tasainen dispersio mahdollistaa erinomaisen pintojen CMP-käsittelyn ja ehkäisee ylisuurten rakeiden aiheuttamia naarmuja ja virheitä.

Kiillotushiukkasten ultraäänidispergointi

Kemiallis-mekaanisessa kiillotuksessa / tasoituksessa (CMP) käytettävät lietteet sisältävät hiovia (nano)hiukkasia haluttujen kiillotusominaisuuksien saavuttamiseksi. Yleisesti käytettyjä hiovia nanohiukkasia ovat muun muassa piidioksidi (silika, SiO₂), ceriumoksidi (ceria, CeO₂), alumiinioksidi (alumina, Al₂O₃), α- ja y-Fe₂0₃ sekä nanotimantit. Kiillotettavan pinnan vaurioitumisen välttämiseksi hiovien hiukkasten muodon on oltava yhtenäinen ja raekokojakauman kapea. Keskimääräinen hiukkaskoko vaihtelee 10 ja 100 nanometrin välillä CMP-koostumuksen ja sen käyttötarkoituksen mukaan.
Ultraäänidispergoinnin tiedetään tuottavan tasaisia, pitkään stabiileina pysyviä dispersioita. Ultraäänen aiheuttama kavitaatio ja leikkausvoimat siirtävät tarvittavan energian suspensioon, jolloin agglomeraatit hajoavat, van der Waalsin voimat voitetaan ja hiovat nanohiukkaset jakautuvat tasaisesti. Ultraäänikäsittelyllä hiukkaskoko voidaan pienentää täsmälleen tavoiteltuun raekokoon. Lietteen tasaisella ultraäänikäsittelyllä voidaan poistaa ylisuuret rakeet ja epätasainen kokojakauma – näin varmistetaan haluttu CMP-materiaalinpoistonopeus ja minimoidaan samalla naarmujen syntyminen.

Ultraäänellä tuotettujen CMP-dispersioiden edut

tavoiteltu hiukkaskoko
suuri tasalaatuisuus
kiintoainepitoisuus pienestä suureen
suuri luotettavuus
tarkka hallinta
täsmällinen toistettavuus
lineaarinen, saumaton skaalaus suurempaan mittakaavaan

Kiillotushiukkasten ultraäänidispergointi CMP-lietteisiin ja suspensioihin.

Ultraäänihomogenisaattoreita käytetään kiillotusaineiden dispergointiin ja jauhatukseen

Pyrogeenisen piidioksidin ultraäänidispergointi: Hielscher-ultraäänihomogenisaattori UP400S dispergoi piidioksidijauheen nopeasti ja tehokkaasti yksittäisiksi nanohiukkasiksi.

Cerium(IV)oksidi, joka tunnetaan myös nimillä cerium(IV)oksidi, cerium(IV)dioksidi, ceria, ceriumoksidi tai ceriumdioksidi, voidaan jauhaa ja dispergoida tehokkaasti ja tasaisesti ultraäänikäsittelyllä. Ultraäänidispergointilaite pienentää ceriumoksidihiukkaset mikro- ja nanokokoon esimerkiksi kiillotusaineina käyttöä varten.

Ultraäänidispergointi on luotettava ja erittäin tehokas teknologia ceriumoksidinanohiukkasten valmistukseen.

CMP-koostumusten valmistus ultraäänellä

Ultraäänisekoitusta käytetään monilla teollisuudenaloilla stabiilien suspensioiden valmistukseen, kun niiden viskositeetti vaihtelee pienestä erittäin suureen. Tasaisten ja stabiilien CMP-lietteiden valmistamiseksi hiovat aineet (esim. silika, ceria-nanohiukkaset, α- ja y-Fe₂0₃ jne.), lisäaineet ja kemikaalit (esim. emäksiset aineet, ruosteenestoaineet, stabilointiaineet) dispergoidaan perusnesteeseen (esim. puhdistettuun veteen).
Laadun kannalta tehokkaissa kiillotuslietteissä on olennaista, että suspensio pysyy pitkään stabiilina ja hiukkasjakauma on erittäin tasainen.
Ultraäänidispergointi ja koostumusten valmistus ultraäänellä tuottavat tarvittavan energian hiovien kiillotusaineiden agglomeraattien hajottamiseen ja aineiden tasaiseen jakautumiseen. Ultraäänikäsittelyn parametrien tarkka hallittavuus antaa parhaat tulokset sekä suuren tehokkuuden ja luotettavuuden.

Ultraäänidispergointi on erittäin tehokas menetelmä hiovien kiillotusaineiden dispergointiin CMP-lietteisiin.

Ultraäänidispergointilaite UP400St CMP-lietteiden valmistukseen laboratoriossa.

Ultraäänidispergointijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics toimittaa suuritehoisia ultraäänijärjestelmiä nanokokoisten materiaalien, kuten silikan, cerian, aluminan ja nanotimanttien, dispergointiin. Luotettavat ultraääniprosessorit tuottavat tarvittavan energian, edistyneet ultraäänireaktorit luovat optimaaliset prosessiolosuhteet ja käyttäjä voi hallita kaikkia parametreja tarkasti, joten ultraääniprosessin tulokset voidaan säätää täsmälleen haluttujen prosessitavoitteiden mukaisiksi (kuten raekoko, hiukkasjakauma jne.).
Yksi tärkeimmistä prosessiparametreista on ultraäänen amplitudi. Hielscherin teolliset ultraäänijärjestelmät voivat tuottaa luotettavasti erittäin suuria amplitudeja. Jopa 200µm:n amplitudeja voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7-käytössä. Mahdollisuus käyttää näin suuria amplitudeja varmistaa, että erittäin vaativatkin prosessitavoitteet voidaan saavuttaa. Kaikki ultraääniprosessorimme voidaan säätää täsmälleen vaadittuihin prosessiolosuhteisiin, ja niitä voidaan valvoa helposti sisäänrakennetun ohjelmiston avulla. Tämä varmistaa korkeimman luotettavuuden, tasaisen laadun ja toistettavat tulokset. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.

Teollinen ultraäänihomogenisaattori kiillotusaineiden tehokkaaseen dispergointiin ja jauhatukseen.

MultiSonoReactor MSR-4 on teollinen jatkuvatoiminen homogenisaattori, joka soveltuu porauslietteiden teolliseen valmistukseen. Ultraäänikäsittelyä käytetään kiillotusaineiden dispergointiin ja jauhatukseen.

Liittyvät aiheet

Kirjallisuus / Lähteet

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.

Hyödyllistä tietoa

Kemiallis-mekaaninen tasoitus (CMP)

Kemiallis-mekaanisessa kiillotuksessa/tasoituksessa (CMP) käytettäviä lietteitä käytetään pintojen tasoittamiseen. CMP-liete koostuu kemiallisista ja mekaanisesti hiovista komponenteista. CMP:tä voidaan siten kuvata menetelmäksi, jossa yhdistyvät kemiallinen syövytys ja hiontaan perustuva kiillotus.
CMP-suspensioita käytetään laajalti piioksidi-, monikiteisten pii- ja metallipintojen kiillottamiseen ja tasoittamiseen. CMP-prosessin aikana kiekon pinnan korkeuserot poistetaan (esim. puolijohteet, aurinkokennokiekot, elektronisten laitteiden komponentit).

Pinta-aktiiviset aineet

Pitkään stabiilina pysyvän CMP-koostumuksen aikaansaamiseksi lisätään pinta-aktiivisia aineita, jotka pitävät nanohiukkaset homogeenisessa suspensiossa. Yleisesti käytetyt dispergointiaineet voivat olla kationisia, anionisia tai ionittomia, ja niihin kuuluvat natriumdodekyylisulfaatti (SDS), setyylipyridiniumkloridi (CPC), kapriinihapon natriumsuola, lauriinihapon natriumsuola, natriumdekyylisulfaatti, natriumheksadekyylisulfaatti, heksadekyylitrimetyyliammoniumbromidi (C₁₆TAB), dodekyylitrimetyyliammoniumbromidi (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 ja A20.