Ultrasone dispersie van polijstmiddelen (CMP)
- Een niet-uniforme deeltjesgrootte en inhomogene deeltjesgrootteverdeling veroorzaakt ernstige schade aan het gepolijste oppervlak tijdens een CMP-proces.
- Ultrasone dispersie is een superieure techniek om polijstdeeltjes van nanogrootte te dispergeren en te deagglomereren.
- De uniforme dispersie die bereikt wordt door sonicatie resulteert in superieure CMP bewerking van oppervlakken waarbij krassen en gebreken door te grote korrels vermeden worden.
Ultrasone dispersie van polijstdeeltjes
Chemisch-mechanisch polijsten/planariseren (CMP) slurries bevatten schurende (nano-)deeltjes om de gewenste polijst-eigenschappen te verkrijgen. Veel gebruikte nanodeeltjes met abrasieve eigenschappen zijn silicumdioxide (silica, SiO2), ceriumoxide (ceria, CeO2), aluminiumoxide (aluminiumoxide, Al2O3), α- en y-Fe203onder andere nanodiamanten. Om schade aan het gepolijste oppervlak te voorkomen, moeten de slijpdeeltjes een uniforme vorm en smalle korrelgrootteverdeling hebben. De gemiddelde deeltjesgrootte varieert tussen 10 en 100 nanometer, afhankelijk van de CMP formulering en het gebruik.
Ultrasoon dispergeren staat bekend om het produceren van uniforme, langdurig stabiele dispersies. Ultrasoon cavitatie en schuifkrachten brengen de benodigde energie in de suspensie zodat agglomeraten worden gebroken, van de Waals krachten worden overwonnen en de schurende nanodeeltjes gelijkmatig worden verdeeld. Met sonicatie is het mogelijk om de deeltjesgrootte exact te reduceren tot de beoogde korrelgrootte. Door de slurry gelijkmatig ultrasoon te bewerken, kunnen te grote korrels en ongelijkmatige korrelgrootteverdeling worden geëlimineerd. – zorgen voor een gewenste CMP-verwijderingssnelheid en minimaliseren het optreden van krassen.
- beoogde deeltjesgrootte
- hoge uniformiteit
- lage tot hoge concentratie vaste stof
- hoge betrouwbaarheid
- nauwkeurige regeling
- exacte reproduceerbaarheid
- lineaire, naadloze schaalvergroting
Ultrasone homogenisatoren worden gebruikt om polijstmiddelen te dispergeren en te malen
Ultrasone dispersie is een betrouwbare en zeer efficiënte technologie voor de productie van nanodeeltjes van ceriumoxide.
Ultrasoon formuleren van CMP
Ultrasoon mengen wordt in veel industrieën gebruikt om stabiele suspensies met lage tot zeer hoge viscositeiten te produceren. Om uniforme en stabiele CMP-suspensies te produceren, moeten de schurende materialen (bijv. silica, ceria nanodeeltjes, α- en y-Fe203 enz.), additieven en chemicaliën (bijv. alkalische stoffen, roestwerende middelen, stabilisatoren) worden gedispergeerd in de basisvloeistof (bijv. gezuiverd water).
In termen van kwaliteit is het voor hoogwaardige polijstslurries essentieel dat de suspensie langdurige stabiliteit en een zeer uniforme deeltjesverdeling vertoont.
Ultrasoon dispergeren en formuleren levert de vereiste energie om de abrasieve polijstmiddelen te deagglomereren en te verdelen. Nauwkeurige controleerbaarheid van de ultrasone verwerkingsparameters geven de beste resultaten met een hoge efficiëntie en betrouwbaarheid.
Ultrasone dispergeerapparaat UP400St voor de productie van CMP-slurries in het lab.
Ultrasone dispergeersystemen
Hielscher Ultrasonics levert krachtige ultrasone systemen voor de dispersie van nanomaterialen zoals silica, ceria, aluminiumoxide en nanodiamanten. Betrouwbare ultrasone processoren leveren de vereiste energie, geavanceerde ultrasone reactoren creëren optimale procesomstandigheden en de operator heeft nauwkeurige controle over alle parameters, zodat de ultrasone procesresultaten precies kunnen worden afgestemd op de gewenste procesdoelen (zoals korrelgrootte, deeltjesverdeling enz.).
Een van de belangrijkste procesparameters is de ultrasone amplitude. Hielscher's industriële ultrasone systemen kan betrouwbaar zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24/7 bedrijf. De mogelijkheid om zulke hoge amplitudes te gebruiken, zorgt ervoor dat zelfs zeer veeleisende procesdoelen kunnen worden bereikt. Al onze ultrasone processors kunnen exact worden aangepast aan de vereiste procesomstandigheden en eenvoudig worden bewaakt via de ingebouwde software. Dit garandeert de hoogste betrouwbaarheid, consistente kwaliteit en reproduceerbare resultaten. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt het mogelijk om 24/7 onder zware omstandigheden en in veeleisende omgevingen te werken.
De MultiSonoReactor MSR-4 is een industriële inline homogenisator die geschikt is voor de industriële productie van boorspoeling. Sonificatie wordt gebruikt voor het dispergeren en malen van polijstmiddelen.
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)
Chemisch-mechanisch polijsten/planariseren (CMP) slurries worden gebruikt om oppervlakken glad te maken. De CMP slurry bestaat uit chemische en mechanisch-abrasieve componenten. Daarbij kan CMP beschreven worden als een gecombineerde methode van chemisch etsen en abrasief polijsten.
CMP-suspensies worden veel gebruikt om siliciumoxide-, poly-silicium- en metaaloppervlakken te polijsten en glad te maken. Tijdens het CMP-proces wordt de topografie van het waferoppervlak verwijderd (bijv. halfgeleiders, zonnewafers, 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. Veel gebruikte dispergeermiddelen kunnen kationisch, anionisch of niet-ionisch zijn en omvatten natriumdodecylsulfaat (SDS), cetylpyridiniumchloride (CPC), natriumzout van caprinezuur, natriumzout van laurinezuur, decylnatriumsulfaat, hexadecylnatriumsulfaat, hexadecyltrimethylammoniumbromide (C16TAB), dodecyltrimethylammoniumbromide (C12TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 en A20.