ผงขัดเงาสามชนิดที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคืออะไร?

ผงขัดเป็นวัสดุสำคัญในการขัดเงาเซมิคอนดักเตอร์ โดยมีบทบาทสำคัญในการขัดเงาให้ได้ผิวสำเร็จและความเรียบเนียนตามที่ต้องการ ด้วยการใช้อนุภาคขัดชนิดพิเศษ ผงขัดจึงสามารถขจัดชั้นวัสดุขนาดเล็กออกจากแผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มีความแม่นยำสูงและลดข้อบกพร่องให้น้อยที่สุด กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ทำให้ผงขัดกลายเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ปัจจุบันผงขัดที่นิยมใช้มากที่สุด ได้แก่ SiO2, CeO2 และ Al2O3

เซเรียมออกไซด์ ราชาแห่ง ผงขัดเงา

ซีเรียมเป็นธาตุลำดับที่ 2 ในกลุ่มแลนทาไนด์และเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับ 25 บนโลก เกือบจะเท่าทองแดงเลยทีเดียว
ในสภาวะธรรมชาติ ซีเรียมออกไซด์ (CeO2) เป็นซีเรียมออกไซด์ที่พบได้บ่อยและเสถียรที่สุด โดยทั่วไปซีเรียมออกไซด์จะมีโครงสร้างผลึกฟลูออไรต์แบบคิวบิกที่มีหมู่สเปซ Fm3m โครงสร้างชั้นอิเล็กตรอนวาเลนซ์ของ Ce คือ 4f15d16s2 และความแตกต่างของพลังงานระหว่างอิเล็กตรอนชั้นนอกและอิเล็กตรอนชั้นในมีน้อยมาก ดังนั้น ซีเรียมออกไซด์จึงมีสถานะวาเลนซ์สองสถานะ ได้แก่ ไตรวาเลนต์และเตตระวาเลนต์ ภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อมภายนอก Ce3+ และ Ce4+ สามารถเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันได้ พร้อมกับการเกิดและการหายไปของช่องว่างออกซิเจน ด้วยคุณสมบัตินี้ ซีเรียมออกไซด์จึงมีปฏิกิริยาสูง สารกัดกร่อนซีเรียมออกไซด์สามารถสร้างฟันเคมีที่หลุดออกได้ง่ายบนพื้นผิวของชิ้นงานเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการขัดเงาที่ยอดเยี่ยม

ซีเรียมออกไซด์ราชาแห่งผงขัดเงา

ซีเรียม ซึ่งเป็นธาตุลำดับที่สองในอนุกรมแลนทาไนด์ และเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับที่ 25 ของโลก มีปริมาณมากพอๆ กับทองแดง ในธรรมชาติ ซีเรียมมักอยู่ในรูปของซีเรียมออกไซด์ (CeO2) ซึ่งเป็นออกไซด์ที่เสถียรและพบได้บ่อยที่สุดของซีเรียม ซีเรียมออกไซด์มีโครงสร้างผลึกฟลูออไรต์แบบคิวบิกที่มีหมู่ปริภูมิ Fm3m ซีเรียมออกไซด์มีโครงสร้างอิเล็กตรอน 4f15d16s2 โดยมีความแตกต่างของพลังงานเล็กน้อยระหว่างอิเล็กตรอนชั้นนอกและชั้นใน ส่งผลให้ซีเรียมออกไซด์มีสถานะวาเลนซ์สองสถานะ ได้แก่ Ce3+ และ Ce4+ ภายใต้อิทธิพลภายนอก Ce3+ และ Ce4+ สามารถเกิดการสลับขั้วกันได้ พร้อมกับการเกิดและการหายไปของช่องว่างออกซิเจน ด้วยคุณสมบัตินี้ ซีเรียมออกไซด์จึงมีปฏิกิริยาสูง

สารกัดกร่อนเซเรียมออกไซด์สามารถสร้างฟันเคมีที่ถอดออกได้ง่ายบนพื้นผิวชิ้นงาน ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการขัดเงาที่ยอดเยี่ยม

ข้อดีของ ซีเรียมออกไซด์ เป็นสารกัดกร่อน

พลังออกซิไดซ์ที่แข็งแกร่ง: ซีเรียมสี่วาเลนต์ในซีเรียมออกไซด์มีฤทธิ์ออกซิไดซ์อย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรงกับวัสดุขัดเงา

ความแข็งที่เหมาะสม: ซีเรียมออกไซด์มีความอ่อนนุ่มกว่าเวเฟอร์ซิลิคอนเล็กน้อย ช่วยป้องกันความเสียหายทางกลที่สำคัญ พร้อมทั้งให้พื้นผิวที่เรียบและสะอาด

ความเร็วและประสิทธิภาพการขัดเงาสูง: อัตราการขัดเงาเร็วขึ้น 3 ถึง 4 เท่าเมื่อเปรียบเทียบกับสารกัดกร่อนอื่น

รูปแบบและกิจกรรมคริสตัลที่เหนือกว่า: เซเรียมออกไซด์มีโครงสร้างผลึกที่ดีเยี่ยมและมีความสม่ำเสมอ ใช้วัสดุน้อยลงและใช้งานได้ยาวนานขึ้น

สะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: สารละลายขัดเซเรียมออกไซด์มีความสะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะ และใช้งานง่าย

ซิลิกอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสารที่ใช้กันมากที่สุด

นาโน-SiO2 ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในสาขาการขัดเงาทางเคมีและเชิงกล เนื่องจากมีความเสถียร ทนทานต่ออุณหภูมิ และมีคุณสมบัติการแขวนลอยที่ดีเยี่ยม นาโน-SiO2 สามารถแบ่งตามลักษณะทางสัณฐานวิทยาได้เป็นทรงกลมและไม่ใช่ทรงกลม

ผงขัด SiO2 นาโนทรงกลม

ผงขัดนาโน SiO2 ทรงกลมเป็นวัสดุขัดหลักสำหรับแผ่นเวเฟอร์ซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ หลังจากกระบวนการ CMP (Chemical Mechanical Planarization) ความหยาบผิวของแผ่นเวเฟอร์ที่ขัดด้วยนาโน SiO2 ทรงกลมจะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการขัดด้วยสารกัดกร่อนนาโน SiO2 แบบไม่ทรงกลม อย่างไรก็ตาม อัตรา CMP ของสารกัดกร่อนนาโน SiO2 ทรงกลมแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการแปรรูปในปัจจุบันได้ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของสารกัดกร่อนทรงกลม แนวโน้มหลักทั้งในประเทศและต่างประเทศคือการปรับปรุงสารกัดกร่อนโดยการนำเมโซพอร์หรือการเจือปนมาใช้ เพื่อเพิ่มอัตราการขัดและเพิ่มประสิทธิภาพในการแปรรูปแผ่นเวเฟอร์

สารกัดกร่อนนาโน SiO2 แบบไม่เป็นทรงกลม

ผงขัดนาโน SiO2 แบบไม่ทรงกลมมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ทำให้มีพื้นที่ผิวจำเพาะมากขึ้น ส่งผลให้มีอัตราการขัดสูงกว่าเมื่อเทียบกับสารขัดทรงกลม ปัจจุบัน สารขัดรูปทรงไม่สม่ำเสมอ เช่น รูปกลีบดอก ดัมเบล วงรี แท่ง รังไหม และคอลัมน์ ได้รับการสังเคราะห์ขึ้นอย่างประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตาม สารขัดรูปทรงไม่ทรงกลมมักจะมีขอบและมุมที่คม ซึ่งอาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวเวเฟอร์ได้ง่ายในระหว่างการทำ CMP ส่งผลให้ความหยาบของพื้นผิวเพิ่มขึ้นและความเรียบของพื้นผิวเวเฟอร์ลดลง

โดยรวมแล้ว SiO2 มีเสถียรภาพและการกระจายตัวที่ดีเยี่ยม และไม่ก่อให้เกิดการปนเปื้อนของไอออนบวกของโลหะ ความแข็งของ SiO2 ใกล้เคียงกับซิลิคอนธาตุ และก่อให้เกิดรอยขีดข่วนหรือรอยถลอกน้อยมากบนวัสดุตั้งต้น คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สารกัดกร่อน SiO2 เหมาะสำหรับการขัดโลหะอ่อน ซิลิคอน และวัสดุอื่นๆ ด้วยเหตุนี้ SiO2 จึงเป็นสารกัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบันในสารละลายขัดเงา

อะลูมินา ประสิทธิภาพสูง

อะลูมินา (Al₂O₃) มีรูปแบบผลึกหลากหลายรูปแบบ โดยมีมากกว่า 10 ประเภทที่รู้จัก ประเภทที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ เฟส α, β และ γ ในบรรดารูปแบบเหล่านี้ α-Al₂O₃ เป็นผลึกสีขาว มักมีรูปร่างคล้ายรอมโบฮีดรัล มีโครงสร้างคอรันดัม เป็นผลึกที่เสถียรที่สุด มีพื้นที่ผิวจำเพาะต่ำ โครงสร้างหนาแน่น และมีปฏิกิริยาต่ำ ทำให้มีความเสถียรสูงที่อุณหภูมิสูง เฟสนี้ยังมีคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ในการขัดเงาด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) ผงขัดอะลูมินามักถูกเลือกใช้เนื่องจากมีความแข็งสูง ความเสถียรสูง และความต้านทานต่อน้ำและกรด โดย α-Al₂O₃ เป็นชนิดที่นิยมใช้

รูปร่างและขนาดของอนุภาคอะลูมินาส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการขัดเงาใน CMP เมื่อใช้ผงอะลูมินาทรงกลมขนาดต่ำกว่าไมครอนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นสารกัดกร่อนในสารละลาย CMP ผงอะลูมินาจะให้อัตราการขจัดคราบสูง การขัดเงาที่รวดเร็ว และการเกิดรอยขีดข่วนขนาดเล็กบนพื้นผิวที่ขัดเงาน้อยที่สุด ส่งผลให้มีความเรียบเนียนเป็นเลิศ คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้อะลูมินาเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขัดเงาอุปกรณ์ออปติคัล ผลึกควอตซ์ และผลึกเดี่ยวเซมิคอนดักเตอร์อย่างแม่นยำ ดังนั้น การเตรียมอะลูมินาทรงกลมขนาดต่ำกว่าไมครอนจึงกลายเป็นหัวข้อวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมาก

บทสรุป

อะลูมินา ซีเรียมออกไซด์ และซิลิคอนไดออกไซด์ ต่างก็มีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง เป็นสารขัดเงาที่นิยมใช้มากที่สุดสามชนิด นอกจากนี้ ด้วยการเติบโตของเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ สารขัดเงาชนิดแข็งพิเศษ เช่น เพชร จึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง และกำลังกลายเป็นหนึ่งในสารขัดเงาที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว

ผงมหากาพย์

EPIC Powder นำเสนอโซลูชันการแปรรูปผงขั้นสูงที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะของสารขัดเงา เช่น อะลูมินา ซีเรียมออกไซด์ และซิลิกอนไดออกไซด์ อุปกรณ์เจียรที่ทันสมัยของเรา เช่น เครื่องบดลูกบอล, เจ็ทมิลล์และเครื่องแยกอากาศ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารกัดกร่อนเหล่านี้จะมีขนาดอนุภาค ความสม่ำเสมอ และประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด ไม่ว่าจะเป็นวัสดุขัดเงาแบบดั้งเดิมหรือสารกัดกร่อนที่มีความแข็งเป็นพิเศษอย่างเพชร อุปกรณ์ของ EPIC Powder ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและคุณภาพของกระบวนการขัดเงา รองรับความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ด้วยความเชี่ยวชาญและเครื่องจักรที่ทันสมัย เรามุ่งมั่นที่จะนำเสนอโซลูชันการแปรรูปผงคุณภาพสูงที่ตรงตามมาตรฐานความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูงสุด