Ультразвуковое диспергирование полировальных материалов (CMP)

Неодинаковый размер частиц и неоднородное распределение частиц по размерам приводят к серьёзным повреждениям полируемой поверхности в процессе CMP.
Ультразвуковое диспергирование – превосходный метод диспергирования и деагломерации наноразмерных полировальных частиц.
Равномерное диспергирование, достигаемое обработкой ультразвуком, обеспечивает превосходную обработку поверхностей методом CMP, предотвращая появление царапин и дефектов из-за чрезмерно крупных зёрен.

Ультразвуковое диспергирование полировальных частиц

Суспензии для химико-механической полировки / планаризации (CMP) содержат абразивные (нано-)частицы, обеспечивающие необходимые полировальные свойства. К широко используемым наночастицам с абразивными свойствами относятся диоксид кремния (кремнезём, SiO₂), оксид церия (диоксид церия, CeO₂), оксид алюминия (глинозём, Al₂O₃), α- и y-Fe₂0₃, наноалмазы и другие материалы. Чтобы избежать повреждения полируемой поверхности, абразивные частицы должны иметь одинаковую форму и узкое распределение зёрен по размерам. Средний размер частиц составляет от 10 до 100 нанометров в зависимости от состава суспензии CMP и её применения.
Ультразвуковое диспергирование широко известно как метод получения однородных дисперсий, сохраняющих стабильность в течение длительного времени. Ультразвуковая кавитация и силы сдвига передают необходимую энергию в суспензию, благодаря чему агломераты разрушаются, силы Ван-дер-Ваальса преодолеваются, а абразивные наночастицы равномерно распределяются. Обработка ультразвуком позволяет уменьшить размер частиц точно до заданного размера зёрен. Равномерная ультразвуковая обработка суспензии позволяет устранить чрезмерно крупные зёрна и неравномерное распределение по размерам – обеспечивая требуемую скорость удаления материала при CMP и сводя к минимуму появление царапин.

Преимущества ультразвукового диспергирования суспензий CMP

заданный размер частиц
высокая однородность
концентрация твёрдой фазы от низкой до высокой
высокая надёжность
точное управление
точная воспроизводимость
линейное, плавное масштабирование

Ультразвуковое диспергирование полировальных частиц в суспензиях CMP и других суспензиях.

Ультразвуковые гомогенизаторы используются для диспергирования и измельчения полировальных материалов

Ультразвуковое диспергирование пирогенного диоксида кремния: ультразвуковой гомогенизатор Hielscher UP400S быстро и эффективно диспергирует порошок диоксида кремния до отдельных наночастиц.

Оксид церия(IV), также известный как оксид четырёхвалентного церия, диоксид четырёхвалентного церия, церия, оксид церия или диоксид церия, можно эффективно и равномерно измельчать и диспергировать с помощью обработки ультразвуком. Ультразвуковой диспергатор измельчает частицы оксида церия до микро- и наноразмеров, например, для использования в качестве полировальных материалов.

Ультразвуковое диспергирование – надёжная и высокоэффективная технология производства наночастиц оксида церия.

Приготовление составов CMP с помощью ультразвука

Ультразвуковое смешивание применяется во многих отраслях для получения стабильных суспензий с вязкостью от низкой до очень высокой. Для получения однородных и стабильных суспензий CMP абразивные материалы (например, кремнезём, наночастицы диоксида церия, α- и y-Fe₂0₃ и т. д.), добавки и химические вещества (например, щелочные материалы, ингибиторы ржавления, стабилизаторы) диспергируют в базовой жидкости (например, очищенной воде).
С точки зрения качества для высокоэффективных полировальных суспензий необходимы долговременная стабильность и высокая однородность распределения частиц.
Ультразвуковое диспергирование и приготовление составов обеспечивают передачу энергии, необходимой для деагломерации и распределения абразивных полировальных материалов. Возможность точного управления параметрами ультразвуковой обработки обеспечивает наилучшие результаты при высокой эффективности и надёжности.

Ультразвуковое диспергирование высокоэффективно для диспергирования абразивных полировальных материалов в суспензиях CMP.

Ультразвуковой диспергатор UP400St для приготовления суспензий CMP в лаборатории.

Системы ультразвукового диспергирования

Hielscher Ultrasonics поставляет ультразвуковые системы высокой мощности для диспергирования наноразмерных материалов, таких как кремнезём, диоксид церия, глинозём и наноалмазы. Надёжные ультразвуковые процессоры обеспечивают передачу необходимой энергии, высокотехнологичные ультразвуковые реакторы создают оптимальные условия процесса, а оператор может точно управлять всеми параметрами, благодаря чему результаты ультразвукового процесса можно точно настроить в соответствии с желаемыми технологическими целями (такими как размер зёрен, распределение частиц и т. д.).
Одним из важнейших параметров процесса является амплитуда ультразвуковых колебаний. У Hielscher промышленные ультразвуковые системы способны надёжно обеспечивать очень высокие амплитуды. Работа с амплитудами до 200µm легко поддерживается непрерывно в режиме 24/7. Возможность работы с такими высокими амплитудами позволяет достигать даже очень сложных технологических целей. Все наши ультразвуковые процессоры можно точно настроить на требуемые условия процесса и легко контролировать с помощью встроенного программного обеспечения. Это обеспечивает высочайшую надёжность, неизменное качество и воспроизводимые результаты. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Промышленный ультразвуковой гомогенизатор для эффективного диспергирования и измельчения полировальных материалов.

MultiSonoReactor MSR-4 – промышленный поточный гомогенизатор, подходящий для промышленного производства буровых растворов. Обработка ультразвуком используется для диспергирования и измельчения полировальных материалов.

Связанные темы

Литература / Ссылки

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.

Полезные сведения

Химико-механическая планаризация (CMP)

Суспензии для химико-механической полировки/планаризации (CMP) используются для сглаживания поверхностей. Суспензия CMP состоит из химических и механически действующих абразивных компонентов. Таким образом, CMP можно описать как комбинированный метод химического травления и абразивной полировки.
Суспензии CMP широко используются для полировки и сглаживания поверхностей оксида кремния, поликремния и металлов. В процессе CMP с поверхности пластин устраняется рельеф (например, полупроводниковых пластин, пластин для солнечных элементов, компонентов электронных устройств).

Поверхностно-активные вещества

Для получения состава CMP, сохраняющего стабильность в течение длительного времени, добавляют поверхностно-активные вещества, удерживающие наночастицы в однородной суспензии. Широко используемые диспергирующие вещества могут быть катионными, анионными или неионогенными и включают додецилсульфат натрия (SDS), хлорид цетилпиридиния (CPC), натриевую соль каприновой кислоты, натриевую соль лауриновой кислоты, децилсульфат натрия, гексадецилсульфат натрия, бромид гексадецилтриметиламмония (C₁₆TAB), бромид додецилтриметиламмония (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 и A20.