פיזור אולטרסוני של חומרי ליטוש (CMP)

גודל חלקיקים לא אחיד והתפלגות לא הומוגנית של גודל החלקיקים גורמים לנזק חמור למשטח המלוטש במהלך תהליך CMP.
פיזור אולטרסוני הוא טכניקה עדיפה לפיזור חלקיקי ליטוש בגודל ננומטרי ולפירוק האגלומרטים שלהם.
הפיזור האחיד המושג באמצעות סוניקציה מוביל לעיבוד CMP משופר של משטחים, תוך מניעת שריטות ופגמים הנגרמים מגרגרים גדולים מדי.

פיזור אולטרסוני של חלקיקי ליטוש

תרחיפים לליטוש / ליישור כימי־מכני (CMP) מכילים חלקיקים שוחקים (ננומטריים) כדי לספק את תכונות הליטוש הרצויות. חלקיקים ננומטריים שוחקים הנמצאים בשימוש נפוץ כוללים צורן דו־חמצני (סיליקה, SiO₂), תחמוצת צריום (צריה, CeO₂), תחמוצת אלומיניום (אלומינה, Al₂O₃), α- ו־y-Fe₂0₃, ננו־יהלומים ואחרים. כדי למנוע נזק למשטח המלוטש, החלקיקים השוחקים חייבים להיות בעלי צורה אחידה והתפלגות צרה של גודל הגרגרים. גודל החלקיקים הממוצע נע בין 10 ל־100 ננומטר, בהתאם להרכב תרחיף ה־CMP ולשימוש בו.
פיזור אולטרסוני מוכר היטב ביכולתו לייצר פיזורים אחידים ויציבים לאורך זמן. קוויטציה אולטרסונית וכוחות גזירה מעבירים לתרחיף את האנרגיה הנדרשת, כך שהאגלומרטים מתפרקים, מושגת התגברות על כוחות ואן דר ואלס והחלקיקים הננומטריים השוחקים מתפזרים באופן אחיד. באמצעות סוניקציה ניתן להקטין את גודל החלקיקים בדיוק לגודל הגרגרים הרצוי. באמצעות עיבוד אולטרסוני אחיד של התרחיף ניתן לסלק גרגרים גדולים מדי והתפלגות גדלים לא אחידה – וכך להבטיח את קצב הסרת החומר הרצוי ב־CMP תוך מזעור הופעתן של שריטות.

יתרונות הפיזורים האולטרסוניים ל־CMP

גודל החלקיקים הרצוי
אחידות גבוהה
ריכוז מוצקים נמוך עד גבוה
אמינות גבוהה
בקרה מדויקת
הדירות מדויקת
הגדלת קנה מידה ליניארית ורציפה

פיזור אולטרסוני של חלקיקי ליטוש בתרחיפי CMP ובתרחיפים.

הומוגנייזרים אולטרסוניים משמשים לפיזור ולטחינה של חומרי ליטוש

פיזור אולטרסוני של סיליקה פירוגנית: ההומוגנייזר האולטרסוני UP400S של Hielscher מפזר אבקת סיליקה במהירות וביעילות לחלקיקי ננו בודדים.

ניתן לטחון ולפזר ביעילות ובאחידות תחמוצת צריום(IV), הידועה גם בשמות תחמוצת צרית, דו־תחמוצת צרית, צריה, תחמוצת צריום או צריום דו־חמצני, באמצעות אולטרסאונד. מפזר אולטרסוני מקטין את חלקיקי תחמוצת הצריום לגדלים מיקרומטריים וננומטריים, למשל לשימוש כחומרי ליטוש.

פיזור אולטרסוני הוא טכנולוגיה אמינה ויעילה ביותר לייצור חלקיקים ננומטריים של תחמוצת צריום.

הכנת תרחיפי CMP באמצעות אולטרסאונד

ערבוב ומיזוג אולטרסוניים משמשים בתעשיות רבות לייצור תרחיפים יציבים בעלי צמיגות נמוכה עד גבוהה מאוד. כדי לייצר תרחיפי CMP אחידים ויציבים, החומרים השוחקים (למשל סיליקה, חלקיקים ננומטריים של צריה, α- ו־y-Fe₂0₃ וכו'), התוספים והכימיקלים (למשל חומרים בסיסיים, מעכבי חלודה ומייצבים) מפוזרים בנוזל הבסיס (למשל מים מטוהרים).
מבחינת איכות, בתרחיפי ליטוש בעלי ביצועים גבוהים חיוני שהתרחיף יפגין יציבות לאורך זמן והתפלגות חלקיקים אחידה מאוד.
פיזור והכנת תרחיפים באמצעות אולטרסאונד מספקים את האנרגיה הדרושה לפירוק האגלומרטים של חומרי הליטוש השוחקים ולפיזורם. היכולת לשלוט במדויק בפרמטרים של העיבוד האולטרסוני מספקת את התוצאות הטובות ביותר ביעילות ובאמינות גבוהות.

פיזור אולטרסוני יעיל ביותר לפיזור חומרי ליטוש שוחקים בתרחיפי CMP.

מפזר אולטרסוני UP400St לייצור תרחיפי CMP במעבדה.

מערכות פיזור אולטרסוניות

Hielscher Ultrasonics מספקת מערכות אולטרסוניות בהספק גבוה לפיזור חומרים בגודל ננומטרי, כגון סיליקה, צריה, אלומינה וננו־יהלומים. מעבדים אולטרסוניים אמינים מספקים את האנרגיה הדרושה, כורים אולטרסוניים מתוחכמים יוצרים תנאי תהליך מיטביים, ולמפעיל יש שליטה מדויקת בכל הפרמטרים, כך שניתן להתאים במדויק את תוצאות התהליך האולטרסוני ליעדי התהליך הרצויים (כגון גודל גרגרים, התפלגות חלקיקים וכו').
אחד מפרמטרי התהליך החשובים ביותר הוא המשרעת האולטרסונית. חברת Hielscher מציעה מערכות אולטרסוניות תעשייתיות המסוגלות לספק באופן אמין משרעות גבוהות מאוד. ניתן להפעיל בקלות וברציפות במשרעות של עד 200µm במסגרת עבודה 24/7. היכולת לפעול במשרעות גבוהות כל כך מבטיחה שניתן להשיג אפילו יעדי תהליך תובעניים מאוד. ניתן להתאים במדויק את כל המעבדים האולטרסוניים שלנו לתנאי התהליך הנדרשים ולנטר אותם בקלות באמצעות התוכנה המובנית. כך מובטחות האמינות הגבוהה ביותר, איכות עקבית ותוצאות הדירות. עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת עבודה 24/7 בעומס כבד ובסביבות תובעניות.

הומוגנייזר אולטרסוני תעשייתי לפיזור ולטחינה יעילים של חומרי ליטוש.

MultiSonoReactor MSR-4 הוא הומוגנייזר תעשייתי המותקן בקו התהליך, המתאים לייצור תעשייתי של בוצות קידוח. סוניקציה משמשת לפיזור ולטחינה של חומרי ליטוש.

נושאים קשורים

ספרות / מקורות

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.

עובדות שכדאי לדעת

יישור כימי־מכני (CMP)

תרחיפים לליטוש/ליישור כימי־מכני (CMP) משמשים להחלקת משטחים. תרחיף ה־CMP מורכב מרכיבים כימיים ומרכיבים מכניים שוחקים. לפיכך, ניתן לתאר את ה־CMP כשיטה המשלבת איכול כימי וליטוש שוחק.
תרחיפי CMP נמצאים בשימוש נרחב לליטוש ולהחלקה של משטחי תחמוצת צורן, צורן רב־גבישי ומתכת. במהלך תהליך ה־CMP מוסרים הבדלי הגובה מפני הפרוסה (למשל במוליכים למחצה, בפרוסות לתאים סולריים וברכיבים של מכשירים אלקטרוניים).

חומרים פעילי שטח

כדי לקבל תכשיר CMP יציב לאורך זמן, מוסיפים חומרים פעילי שטח לשמירת החלקיקים הננומטריים בתרחיף הומוגני. חומרי פיזור נפוצים עשויים להיות קטיוניים, אניוניים או לא־יוניים, והם כוללים נתרן דודציל סולפט (SDS), צטיל פירידיניום כלוריד (CPC), מלח נתרן של חומצה קפרית, מלח נתרן של חומצה לאורית, נתרן דציל סולפט, נתרן הקסדציל סולפט, הקסדצילטרימתילאמוניום ברומיד (C₁₆TAB), דודצילטרימתילאמוניום ברומיד (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 ו־A20.