Ultrazvočno dispergiranje polirnih sredstev (CMP)

Neenakomerna velikost delcev in nehomogena porazdelitev velikosti delcev med postopkom CMP povzročata hude poškodbe polirane površine.
Ultrazvočno dispergiranje je vrhunska tehnika za dispergiranje in deaglomeracijo polirnih delcev nanometrske velikosti.
Enakomerna disperzija, dosežena s sonikacijo, omogoča vrhunsko obdelavo površin s postopkom CMP, pri čemer se preprečijo praske in napake zaradi prevelikih zrn.

Ultrazvočno dispergiranje polirnih delcev

Suspenzije za kemijsko-mehansko poliranje / planarizacijo (CMP) vsebujejo abrazivne (nano)delce, ki zagotavljajo želene polirne lastnosti. Med pogosto uporabljene nanodelce z abrazivnimi lastnostmi spadajo silicijev dioksid (silika, SiO₂), cerijev oksid (ceria, CeO₂), aluminijev oksid (alumina, Al₂O₃), α- in y-Fe₂0₃, nanodiamanti in drugi. Da bi preprečili poškodbe polirane površine, morajo imeti abrazivni delci enakomerno obliko in ozko porazdelitev velikosti zrn. Povprečna velikost delcev je med 10 in 100 nanometri, odvisno od formulacije CMP in njene uporabe.
Ultrazvočno dispergiranje je dobro znano po tem, da omogoča pripravo enakomernih, dolgoročno stabilnih disperzij. Ultrazvočna kavitacija in strižne sile v suspenzijo vnašajo potrebno energijo, tako da se aglomerati razbijejo, premagajo van der Waalsove sile in abrazivni nanodelci enakomerno porazdelijo. S sonikacijo je mogoče velikost delcev zmanjšati natančno na ciljno velikost zrn. Z enakomerno ultrazvočno obdelavo suspenzije je mogoče odpraviti prevelika zrna in neenakomerno porazdelitev velikosti – s tem se zagotovi želena hitrost odstranjevanja materiala pri CMP, hkrati pa se pojav prask zmanjša na najmanjšo možno mero.

Prednosti ultrazvočno pripravljenih disperzij CMP

ciljna velikost delcev
visoka enakomernost
nizka do visoka koncentracija trdnih snovi
visoka zanesljivost
natančen nadzor
natančna ponovljivost
linearno, nemoteno povečevanje obsega proizvodnje

Ultrazvočno dispergiranje polirnih delcev v suspenzije CMP in druge suspenzije.

Ultrazvočni homogenizatorji se uporabljajo za dispergiranje in mletje polirnih sredstev

Ultrazvočno dispergiranje pirogenega silicijevega dioksida: ultrazvočni homogenizator Hielscher UP400S hitro in učinkovito dispergira prah silicijevega dioksida v posamezne nanodelce.

Cerijev(IV) oksid, znan tudi kot cerijev oksid s štirivalentnim cerijem, cerijev dioksid s štirivalentnim cerijem, ceria, cerijev oksid ali cerijev dioksid, je mogoče z ultrazvočno obdelavo učinkovito in enakomerno mleti ter dispergirati. Ultrazvočni dispergatorji zmanjšujejo delce cerijevega oksida na mikrometrsko in nanometrsko velikost, npr. za uporabo kot polirna sredstva.

Ultrazvočno dispergiranje je zanesljiva in zelo učinkovita tehnologija za proizvodnjo nanodelcev cerijevega oksida.

Ultrazvočna priprava formulacij CMP

Ultrazvočno mešanje se uporablja v številnih industrijskih panogah za pripravo stabilnih suspenzij z nizko do zelo visoko viskoznostjo. Za pripravo enakomernih in stabilnih suspenzij CMP se abrazivni materiali (npr. silika, nanodelci cerijevega oksida, α- in y-Fe₂0₃ itd.), dodatki in kemikalije (npr. alkalne snovi, zaviralci rjavenja, stabilizatorji) dispergirajo v osnovni tekočini (npr. prečiščeni vodi).
Z vidika kakovosti je za visokozmogljive polirne suspenzije bistveno, da je suspenzija dolgoročno stabilna in da je porazdelitev delcev zelo enakomerna.
Ultrazvočno dispergiranje in priprava formulacij zagotavljata potrebno energijo za deaglomeracijo in porazdelitev abrazivnih polirnih sredstev. Možnost natančnega nadzora parametrov ultrazvočne obdelave zagotavlja najboljše rezultate ob visoki učinkovitosti in zanesljivosti.

Ultrazvočno dispergiranje je zelo učinkovito za dispergiranje abrazivnih polirnih sredstev v suspenzije CMP.

Ultrazvočni dispergator UP400St za pripravo suspenzij CMP v laboratoriju.

Sistemi za ultrazvočno dispergiranje

Hielscher Ultrasonics dobavlja ultrazvočne sisteme visoke moči za dispergiranje materialov nanometrske velikosti, kot so silika, cerijev oksid, aluminijev oksid in nanodiamanti. Zanesljivi ultrazvočni procesorji zagotavljajo potrebno energijo, dovršeni ultrazvočni reaktorji ustvarjajo optimalne procesne pogoje, upravljavec pa ima natančen nadzor nad vsemi parametri, tako da je mogoče rezultate ultrazvočnega procesa natančno prilagoditi želenim procesnim ciljem (kot so velikost zrn, porazdelitev delcev itd.).
Eden najpomembnejših procesnih parametrov je ultrazvočna amplituda. Podjetje Hielscher ima industrijske ultrazvočne sisteme , ki lahko zanesljivo zagotavljajo zelo visoke amplitude. Pri neprekinjenem obratovanju 24/7 je mogoče brez težav vzdrževati amplitude do 200µm. Zmožnost obratovanja pri tako visokih amplitudah zagotavlja, da je mogoče doseči tudi zelo zahtevne procesne cilje. Vse naše ultrazvočne procesorje je mogoče natančno prilagoditi zahtevanim procesnim pogojem in jih preprosto spremljati z vgrajeno programsko opremo. To zagotavlja najvišjo zanesljivost, stalno kakovost in ponovljive rezultate. Robustnost ultrazvočne opreme podjetja Hielscher omogoča obratovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.

Industrijski ultrazvočni homogenizator za učinkovito dispergiranje in mletje polirnih sredstev.

MultiSonoReactor MSR-4 je industrijski pretočni homogenizator, primeren za industrijsko proizvodnjo vrtalnih izplak. Sonikacija se uporablja za dispergiranje in mletje polirnih sredstev.

Sorodne teme

Literatura / Viri

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.

Koristne informacije

Kemijsko-mehanska planarizacija (CMP)

Suspenzije za kemijsko-mehansko poliranje/planarizacijo (CMP) se uporabljajo za glajenje površin. Suspenzija CMP je sestavljena iz kemičnih in mehansko-abrazivnih komponent. Zato je mogoče CMP opisati kot kombinirano metodo kemičnega jedkanja in abrazivnega poliranja.
Suspenzije CMP se pogosto uporabljajo za poliranje in glajenje površin silicijevega oksida, polikristalnega silicija in kovin. Med postopkom CMP se s površine rezine odstranijo topografske neravnine (npr. pri polprevodnikih, rezinah za sončne celice in komponentah elektronskih naprav).

Površinsko aktivne snovi

Za pridobitev dolgoročno stabilne formulacije CMP se dodajajo površinsko aktivne snovi, ki ohranjajo nanodelce v homogeni suspenziji. Pogosto uporabljena dispergirna sredstva so lahko kationska, anionska ali neionska in vključujejo natrijev dodecil sulfat (SDS), cetilpiridinijev klorid (CPC), natrijevo sol kaprinske kisline, natrijevo sol lavrinske kisline, natrijev decil sulfat, natrijev heksadecil sulfat, heksadeciltrimetilamonijev bromid (C₁₆TAB), dodeciltrimetilamonijev bromid (C₁₂TAB), Triton X-100, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Symperonic A4, A7, A11 in A20.