Ultrasone dispersie van polijstmiddelen (CMP)

Een niet-uniforme deeltjesgrootte en een inhomogene deeltjesgrootteverdeling veroorzaken ernstige schade aan het gepolijste oppervlak tijdens een CMP-proces.
Ultrasone dispersie is een superieure techniek voor het dispergeren en deagglomereren van polijstdeeltjes op nanoschaal.
De uniforme dispersie die door sonicatie wordt bereikt, resulteert in een superieure CMP-bewerking van oppervlakken, waarbij krassen en defecten door te grote korrels worden voorkomen.

Ultrasone dispersie van polijstdeeltjes

Slurries voor chemisch-mechanisch polijsten / planariseren (CMP) bevatten abrasieve (nano)deeltjes om de gewenste polijsteigenschappen te bieden. Veelgebruikte nanodeeltjes met een abrasieve werking zijn onder meer siliciumdioxide (silica, SiO₂), ceriumoxide (ceria, CeO₂), aluminiumoxide (alumina, Al₂O₃), α- en y-Fe₂0₃, en nanodiamanten. Om schade aan het gepolijste oppervlak te voorkomen, moeten de abrasieve deeltjes een uniforme vorm en een smalle korrelgrootteverdeling hebben. De gemiddelde deeltjesgrootte ligt tussen 10 en 100 nanometer, afhankelijk van de CMP-formulering en het gebruik ervan.
Ultrasoon dispergeren staat bekend om het produceren van uniforme dispersies die langdurig stabiel zijn. Ultrasone cavitatie en afschuifkrachten koppelen de vereiste energie in de suspensie, zodat agglomeraten worden opgebroken, van der Waals-krachten worden overwonnen en de abrasieve nanodeeltjes uniform worden verdeeld. Met sonicatie is het mogelijk om de deeltjesgrootte precies tot de beoogde korrelgrootte te verkleinen. Door een uniforme ultrasone behandeling van de slurry kunnen te grote korrels en een ongelijkmatige grootteverdeling worden geëlimineerd – waardoor de gewenste materiaalafnamesnelheid bij CMP wordt gewaarborgd en het optreden van krassen tot een minimum wordt beperkt.

Voordelen van ultrasone CMP-dispersies

beoogde deeltjesgrootte
hoge uniformiteit
lage tot hoge concentratie vaste stoffen
hoge betrouwbaarheid
nauwkeurige controle
exacte reproduceerbaarheid
lineaire, naadloze opschaling

Ultrasone dispersie van polijstdeeltjes in CMP-slurries en suspensies.

Ultrasone homogenisatoren worden gebruikt om polijstmiddelen te dispergeren en te malen

Ultrasoon dispergeren van pyrogeen silica: de Hielscher ultrasone homogenisator UP400S dispergeert silicapoeder snel en efficiënt tot afzonderlijke nanodeeltjes.

Cerium(IV)oxide, ook bekend als cerium(IV)oxide, cerium(IV)dioxide, ceria, ceriumoxide of ceriumdioxide, kan met sonicatie efficiënt en uniform worden gemalen en gedispergeerd. Ultrasone dispergeerders verkleinen de ceriumoxidedeeltjes tot micro- en nanoschaal, bijv. voor gebruik als polijstmiddelen.

Ultrasone dispersie is een betrouwbare en zeer efficiënte technologie voor de productie van nanodeeltjes van ceriumoxide.

Ultrasoon formuleren van CMP

Ultrasoon mengen en vermengen wordt in veel industrieën gebruikt om stabiele suspensies met lage tot zeer hoge viscositeiten te produceren. Om uniforme en stabiele CMP-slurries te produceren, worden de abrasieve materialen (bijv. silica, nanodeeltjes van ceriumoxide, α- en y-Fe₂0₃ enz.), additieven en chemicaliën (bijv. alkalische materialen, roestremmers, stabilisatoren) in de basisvloeistof (bijv. gezuiverd water) gedispergeerd.
Voor de kwaliteit van polijstslurries met hoge prestaties is het essentieel dat de suspensie langdurig stabiel is en een zeer uniforme deeltjesverdeling heeft.
Ultrasoon dispergeren en formuleren levert de vereiste energie om de abrasieve polijstmiddelen te deagglomereren en te verdelen. De nauwkeurige regelbaarheid van de parameters van de ultrasone behandeling levert de beste resultaten bij een hoge efficiëntie en betrouwbaarheid.

Ultrasone dispersie is zeer efficiënt voor het dispergeren van abrasieve polijstmiddelen in CMP-slurries.

Ultrasone dispergeerder UP400St voor de productie van CMP-slurries in het laboratorium.

Ultrasone dispergeersystemen

Hielscher Ultrasonics levert ultrasone systemen met hoog vermogen voor de dispersie van materialen op nanoschaal, zoals silica, ceriumoxide, aluminiumoxide en nanodiamanten. Betrouwbare ultrasone processors leveren de vereiste energie, geavanceerde ultrasone reactoren creëren optimale procesomstandigheden en de operator heeft nauwkeurige controle over alle parameters, zodat de resultaten van het ultrasone proces precies op de gewenste procesdoelen kunnen worden afgestemd (zoals korrelgrootte, deeltjesverdeling enz.).
Een van de belangrijkste procesparameters is de ultrasone amplitude. De door Hielscher geleverde industriële ultrasone systemen kunnen betrouwbaar zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden toegepast bij 24/7-bedrijf. De mogelijkheid om dergelijke hoge amplitudes toe te passen, zorgt ervoor dat zelfs zeer veeleisende procesdoelen kunnen worden bereikt. Al onze ultrasone processors kunnen exact op de vereiste procesomstandigheden worden ingesteld en eenvoudig via de ingebouwde software worden bewaakt. Dit waarborgt de hoogste betrouwbaarheid, een constante kwaliteit en reproduceerbare resultaten. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf bij zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.

Industriële ultrasone homogenisator voor het efficiënt dispergeren en malen van polijstmiddelen.

De MultiSonoReactor MSR-4 is een industriële inline homogenisator die geschikt is voor de industriële productie van boorspoelingen. Sonicatie wordt gebruikt voor het dispergeren en malen van polijstmiddelen.

Verwante onderwerpen

Literatuur / Referenties

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.

Wetenswaardigheden

Chemisch-mechanische planarisatie (CMP)

Slurries voor chemisch-mechanisch polijsten/planariseren (CMP) worden gebruikt om oppervlakken glad te maken. De CMP-slurry bestaat uit chemische en mechanisch-abrasieve componenten. Daardoor kan CMP worden beschreven als een gecombineerde methode van chemisch etsen en abrasief polijsten.
CMP-suspensies worden veelvuldig gebruikt om oppervlakken van siliciumoxide, polykristallijn silicium en metaal te polijsten en glad te maken. Tijdens het CMP-proces wordt de topografie van het waferoppervlak verwijderd (bijv. halfgeleiders, wafers voor zonnecellen, componenten van elektronische apparaten).

Oppervlakteactieve stoffen

Om een langdurig stabiele CMP-formulering te verkrijgen, worden oppervlakteactieve stoffen toegevoegd om de nanodeeltjes in een homogene suspensie te houden. Veelgebruikte dispergeermiddelen kunnen kationisch, anionisch of niet-ionisch zijn en omvatten natriumdodecylsulfaat (SDS), cetylpyridiniumchloride (CPC), natriumzout van caprinezuur, natriumzout van laurinezuur, natriumdecylsulfaat, natriumhexadecylsulfaat, hexadecyltrimethylammoniumbromide (C₁₆TAB), dodecyltrimethylammoniumbromide (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 en A20.