Dispersarea cu ultrasunete a agenților de lustruire (CMP)

Dimensiunea neuniformă a particulelor și distribuția neomogenă a dimensiunilor particulelor cauzează daune severe suprafeței lustruite în timpul unui proces CMP.
Dispersarea cu ultrasunete este o tehnică superioară pentru dispersarea și dezaglomerarea particulelor de lustruire de dimensiuni nanometrice.
Dispersia uniformă obținută prin sonicare are ca rezultat o prelucrare CMP superioară a suprafețelor, evitând zgârieturile și defectele cauzate de granulele supradimensionate.

Dispersarea cu ultrasunete a particulelor de lustruire

Suspensiile pentru lustruirea / planarizarea chimico-mecanică (CMP) conțin (nano)particule abrazive pentru a asigura proprietățile de lustruire dorite. Nanoparticulele abrazive utilizate frecvent includ, printre altele, dioxidul de siliciu (silice, SiO₂), oxidul de ceriu (ceria, CeO₂), oxidul de aluminiu (alumină, Al₂O₃), α- și y-Fe₂0₃, nanodiamantele. Pentru a evita deteriorarea suprafeței lustruite, particulele abrazive trebuie să aibă o formă uniformă și o distribuție îngustă a dimensiunii granulelor. Dimensiunea medie a particulelor variază între 10 și 100 nanometri, în funcție de formularea CMP și de utilizarea acesteia.
Este binecunoscut faptul că dispersarea cu ultrasunete produce dispersii uniforme, stabile pe termen lung. Prin cavitația ultrasonică și forțele de forfecare, energia necesară este cuplată în suspensie, astfel încât aglomeratele sunt sparte, forțele van der Waals sunt învinse, iar nanoparticulele abrazive sunt distribuite uniform. Prin sonicare este posibilă reducerea dimensiunii particulelor exact până la dimensiunea țintă a granulelor. Prin prelucrarea uniformă cu ultrasunete a suspensiei, granulele supradimensionate și distribuția neuniformă a dimensiunilor pot fi eliminate – asigurând o rată de îndepărtare CMP dorită și reducând la minimum apariția zgârieturilor.

Avantajele dispersiilor CMP obținute cu ultrasunete

dimensiune țintă a particulelor
uniformitate ridicată
concentrație de solide de la scăzută la ridicată
fiabilitate ridicată
control precis
reproductibilitate exactă
scalare liniară, fără discontinuități

Dispersarea cu ultrasunete a particulelor de lustruire în suspensii și paste CMP.

Omogenizatoarele cu ultrasunete sunt utilizate pentru dispersarea și măcinarea agenților de lustruire

Dispersarea ultrasonică a silicei pirogene: omogenizatorul ultrasonic Hielscher UP400S dispersează rapid și eficient pulberea de silice în nanoparticule individuale.

Oxidul de ceriu(IV), cunoscut și ca oxid ceric, dioxid ceric, ceria, oxid de ceriu sau dioxid de ceriu, poate fi măcinat și dispersat eficient și uniform prin sonicare. Dispersoarele cu ultrasunete micronizează și nanodimensionează particulele de oxid de ceriu, de ex. pentru utilizarea ca medii de lustruire.

Dispersarea cu ultrasunete este o tehnologie fiabilă și foarte eficientă pentru producerea nanoparticulelor de oxid de ceriu.

Formularea CMP cu ultrasunete

Amestecarea și omogenizarea cu ultrasunete sunt utilizate în multe industrii pentru a produce suspensii stabile cu vâscozități de la scăzute la foarte ridicate. Pentru a produce suspensii CMP uniforme și stabile, materialele abrazive (de ex. silice, nanoparticule de ceria, α- și y-Fe₂0₃ etc.), aditivii și substanțele chimice (de ex. materiale alcaline, inhibitori de coroziune, stabilizatori) sunt dispersate în lichidul de bază (de ex. apă purificată).
Din punct de vedere al calității, pentru suspensiile de lustruire de înaltă performanță este esențial ca suspensia să prezinte stabilitate pe termen lung și o distribuție foarte uniformă a particulelor.
Dispersarea și formularea cu ultrasunete furnizează energia necesară pentru dezaglomerarea și distribuirea agenților abrazivi de lustruire. Controlul precis al parametrilor de procesare cu ultrasunete oferă cele mai bune rezultate, cu eficiență și fiabilitate ridicate.

Dispersarea cu ultrasunete este foarte eficientă pentru dispersarea agenților abrazivi de lustruire în suspensiile CMP.

Dispersorul cu ultrasunete UP400St pentru producerea suspensiilor CMP în laborator.

Sisteme de dispersare cu ultrasunete

Hielscher Ultrasonics furnizează sisteme cu ultrasunete de mare putere pentru dispersarea materialelor de dimensiuni nanometrice, cum ar fi silicea, ceria, alumina și nanodiamantele. Procesoarele cu ultrasunete fiabile furnizează energia necesară, reactoarele cu ultrasunete sofisticate creează condiții optime de proces, iar operatorul are control precis asupra tuturor parametrilor, astfel încât rezultatele procesului cu ultrasunete pot fi ajustate exact la obiectivele de proces dorite (cum ar fi dimensiunea granulelor, distribuția particulelor etc.).
Unul dintre cei mai importanți parametri de proces este amplitudinea ultrasonică. Hielscher oferă sisteme industriale cu ultrasunete care pot furniza în mod fiabil amplitudini foarte ridicate. Amplitudinile de până la 200µm pot fi menținute ușor și continuu în regim 24/7. Capacitatea de a funcționa la amplitudini atât de ridicate asigură atingerea chiar și a unor obiective de proces foarte solicitante. Toate procesoarele noastre cu ultrasunete pot fi ajustate exact la condițiile de proces necesare și monitorizate ușor prin intermediul software-ului integrat. Acest lucru asigură cea mai înaltă fiabilitate, o calitate constantă și rezultate reproductibile. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim de lucru intens și în medii solicitante.

Omogenizator industrial cu ultrasunete pentru dispersarea și măcinarea eficientă a agenților de lustruire.

MultiSonoReactor MSR-4 este un omogenizator industrial inline, potrivit pentru producția industrială a noroaielor de foraj. Sonicarea este utilizată pentru dispersarea și măcinarea agenților de lustruire.

Subiecte conexe

Literatură / Referințe

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.

Informații utile

Planarizarea chimico-mecanică (CMP)

Suspensiile pentru lustruirea/planarizarea chimico-mecanică (CMP) sunt utilizate pentru netezirea suprafețelor. Suspensia CMP este alcătuită din componente chimice și mecanico-abrazive. Astfel, CMP poate fi descrisă ca o metodă combinată de corodare chimică și lustruire abrazivă.
Suspensiile CMP sunt utilizate pe scară largă pentru lustruirea și netezirea suprafețelor de oxid de siliciu, polisiliciu și metal. În timpul procesului CMP, topografia este îndepărtată de pe suprafața plachetei (de ex. semiconductori, plachete solare, componente ale dispozitivelor electronice).

Surfactanți

Pentru a obține o formulare CMP stabilă pe termen lung, se adaugă surfactanți care mențin nanoparticulele în suspensie omogenă. Agenții de dispersie utilizați frecvent pot fi cationici, anionici sau neionici și includ dodecil sulfat de sodiu (SDS), clorură de cetilpiridiniu (CPC), sarea de sodiu a acidului capric, sarea de sodiu a acidului lauric, decil sulfat de sodiu, hexadecil sulfat de sodiu, bromură de hexadeciltrimetilamoniu (C₁₆TAB), bromură de dodeciltrimetilamoniu (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 și A20.