Dispersione a ultrasuoni di agenti lucidanti (CMP)

Dimensioni delle particelle non uniformi e una distribuzione granulometrica disomogenea causano gravi danni alla superficie lucidata durante un processo CMP.
La dispersione a ultrasuoni è una tecnica superiore per disperdere e deagglomerare particelle lucidanti di dimensioni nanometriche.
La dispersione uniforme ottenuta mediante sonicazione consente un trattamento CMP delle superfici di qualità superiore, evitando graffi e difetti dovuti a grani sovradimensionati.

Dispersione a ultrasuoni di particelle lucidanti

Le sospensioni per la lucidatura / planarizzazione chimico-meccanica (CMP) contengono (nano)particelle abrasive per ottenere le proprietà di lucidatura desiderate. Le nanoparticelle abrasive comunemente utilizzate comprendono il diossido di silicio (silice, SiO₂), l’ossido di cerio (ceria, CeO₂), l’ossido di alluminio (allumina, Al₂O₃), α- e y-Fe₂0₃, i nanodiamanti e altre ancora. Per evitare danni alla superficie lucidata, le particelle abrasive devono avere una forma uniforme e una distribuzione granulometrica ristretta. La dimensione media delle particelle varia tra 10 e 100 nanometri, a seconda della formulazione CMP e del suo impiego.
La dispersione a ultrasuoni è nota per la produzione di dispersioni uniformi e stabili a lungo termine. La cavitazione ultrasonica e le forze di taglio trasferiscono alla sospensione l’energia necessaria per rompere gli agglomerati, superare le forze di van der Waals e distribuire uniformemente le nanoparticelle abrasive. La sonicazione consente di ridurre le dimensioni delle particelle esattamente alla granulometria desiderata. Il trattamento uniforme della sospensione mediante ultrasuoni permette di eliminare i grani sovradimensionati e la distribuzione granulometrica disomogenea – garantendo la velocità di asportazione CMP desiderata e riducendo al minimo la formazione di graffi.

Vantaggi delle dispersioni CMP ottenute mediante ultrasuoni

dimensioni delle particelle mirate
elevata uniformità
concentrazione di solidi da bassa a elevata
elevata affidabilità
controllo preciso
riproducibilità esatta
passaggio di scala lineare e senza discontinuità

Dispersione a ultrasuoni di particelle lucidanti in sospensioni CMP e altre sospensioni.

Gli omogeneizzatori a ultrasuoni vengono utilizzati per disperdere e macinare gli agenti lucidanti

Dispersione a ultrasuoni di silice pirogenica: l’omogeneizzatore a ultrasuoni Hielscher UP400S disperde la polvere di silice in modo rapido ed efficiente, separandola in singole nanoparticelle.

L’ossido di cerio(IV), noto anche come ossido cerico, diossido cerico, ceria, ossido di cerio o diossido di cerio, può essere macinato e disperso in modo efficiente e uniforme mediante ultrasuoni. I dispersori a ultrasuoni riducono le particelle di ossido di cerio a dimensioni micrometriche e nanometriche, ad esempio per l’impiego come mezzi di lucidatura.

La dispersione a ultrasuoni è una tecnologia affidabile e altamente efficiente per la produzione di nanoparticelle di ossido di cerio.

Formulazione di sospensioni CMP mediante ultrasuoni

La miscelazione mediante ultrasuoni viene utilizzata in molti settori industriali per produrre sospensioni stabili con viscosità da basse a molto elevate. Per produrre sospensioni CMP uniformi e stabili, i materiali abrasivi (ad es. silice, nanoparticelle di ceria, α- e y-Fe₂0₃ ecc.), gli additivi e le sostanze chimiche (ad es. materiali alcalini, inibitori della ruggine, stabilizzanti) vengono dispersi nel liquido di base (ad es. acqua purificata).
In termini di qualità, per le sospensioni lucidanti ad alte prestazioni è essenziale che la sospensione presenti stabilità a lungo termine e una distribuzione delle particelle altamente uniforme.
La dispersione e la formulazione mediante ultrasuoni forniscono l’energia necessaria per deagglomerare e distribuire gli agenti lucidanti abrasivi. La possibilità di controllare con precisione i parametri del trattamento a ultrasuoni consente di ottenere risultati ottimali con elevata efficienza e affidabilità.

La dispersione a ultrasuoni è altamente efficiente per disperdere gli agenti lucidanti abrasivi nelle sospensioni CMP.

Dispersore a ultrasuoni UP400St per la produzione di sospensioni CMP in laboratorio.

Sistemi di dispersione a ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics fornisce sistemi a ultrasuoni ad alta potenza per la dispersione di materiali di dimensioni nanometriche, quali silice, ceria, allumina e nanodiamanti. Processori a ultrasuoni affidabili forniscono l’energia necessaria, sofisticati reattori a ultrasuoni creano condizioni di processo ottimali e l’operatore dispone di un controllo preciso di tutti i parametri, così da poter regolare i risultati del processo a ultrasuoni esattamente in funzione degli obiettivi di processo desiderati (quali granulometria, distribuzione delle particelle ecc.).
Uno dei parametri di processo più importanti è l’ampiezza ultrasonica. Per quanto riguarda Hielscher, i sistemi industriali a ultrasuoni possono fornire in modo affidabile ampiezze molto elevate. È possibile operare facilmente e in continuo con ampiezze fino a 200µm, 24/7. La capacità di operare a tali ampiezze elevate garantisce il raggiungimento anche di obiettivi di processo molto impegnativi. Tutti i nostri processori a ultrasuoni possono essere regolati con precisione in base alle condizioni di processo richieste e monitorati facilmente tramite il software integrato. Ciò garantisce la massima affidabilità, una qualità costante e risultati riproducibili. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.

Omogeneizzatore industriale a ultrasuoni per la dispersione e la macinazione efficienti degli agenti lucidanti.

Il MultiSonoReactor MSR-4 è un omogeneizzatore industriale in linea adatto alla produzione industriale di fanghi di perforazione. La sonicazione viene utilizzata per la dispersione e la macinazione degli agenti lucidanti.

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Bibliografia / Riferimenti

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Aharon Gedanken (2003): Sonochemistry and its application to nanochemistry. Current Science Vol. 85, No. 12 (25 December 2003), pp. 1720-1722.

Informazioni utili

Planarizzazione chimico-meccanica (CMP)

Le sospensioni per la lucidatura/planarizzazione chimico-meccanica (CMP) vengono utilizzate per levigare le superfici. La sospensione CMP è costituita da componenti chimici e meccanico-abrasivi. La CMP può quindi essere descritta come un metodo che combina l’attacco chimico e la lucidatura abrasiva.
Le sospensioni CMP sono ampiamente utilizzate per lucidare e levigare le superfici di ossido di silicio, silicio policristallino e metalli. Durante il processo CMP, i rilievi superficiali vengono rimossi dalla superficie del wafer (ad es. semiconduttori, wafer solari, componenti di dispositivi elettronici).

Tensioattivi

Per ottenere una formulazione CMP stabile a lungo termine, si aggiungono tensioattivi per mantenere le nanoparticelle in una sospensione omogenea. Gli agenti disperdenti comunemente utilizzati possono essere cationici, anionici o non ionici e comprendono dodecilsolfato di sodio (SDS), cloruro di cetilpiridinio (CPC), sale sodico dell’acido caprico, sale sodico dell’acido laurico, decilsolfato di sodio, esadecilsolfato di sodio, bromuro di esadeciltrimetilammonio (C₁₆TAB), bromuro di dodeciltrimetilammonio (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 e A20.