Bột đánh bóng là vật liệu quan trọng trong đánh bóng bán dẫn, đóng vai trò then chốt trong việc đạt được độ hoàn thiện và độ mịn bề mặt mong muốn. Bằng cách sử dụng các hạt mài mòn chuyên dụng, bột đánh bóng loại bỏ hiệu quả các lớp vật liệu siêu nhỏ khỏi tấm wafer bán dẫn, đảm bảo độ chính xác cao và giảm thiểu khuyết tật. Quá trình này rất quan trọng để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị bán dẫn, khiến bột đánh bóng trở thành một phần không thể thiếu trong sản xuất điện tử hiện đại. Hiện nay, các loại bột đánh bóng được sử dụng phổ biến nhất là SiO2, CeO2 và Al2O3.
Xeri oxit, vua của bột đánh bóng
Xeri là nguyên tố thứ hai trong nhóm Lantan và là nguyên tố phổ biến thứ 25 trên Trái Đất, gần bằng đồng.
Ở trạng thái tự nhiên, oxit xeri (CeO2) là oxit xeri phổ biến và ổn định nhất. Oxit xeri thường có cấu trúc tinh thể fluorit lập phương với nhóm không gian Fm3m. Cấu trúc lớp electron hóa trị của Ce là 4f15d16s2, và chênh lệch năng lượng giữa các electron bên ngoài và các electron bên trong rất nhỏ. Do đó, oxit xeri có hai trạng thái hóa trị: hóa trị ba và hóa trị bốn. Dưới tác động của môi trường bên ngoài, Ce3+ và Ce4+ có thể chuyển đổi lẫn nhau, kèm theo sự hình thành và biến mất của các lỗ trống oxy. Dựa trên tính chất này, oxit xeri có khả năng phản ứng mạnh. Vật liệu mài mòn oxit xeri có thể tạo ra các răng hóa học dễ dàng tháo rời trên bề mặt phôi để đạt được hiệu suất đánh bóng tuyệt vời.
Xeri oxit, vua của bột đánh bóng
Xeri, nguyên tố thứ hai trong họ lanthanide và là nguyên tố phổ biến thứ 25 trên Trái Đất, có hàm lượng tương đương với đồng. Trong tự nhiên, xeri thường tồn tại dưới dạng xeri oxit (CeO2), là oxit bền nhất và phổ biến nhất của xeri. Xeri oxit có cấu trúc tinh thể fluorit lập phương với nhóm không gian Fm3m. Cấu hình electron của xeri là 4f15d16s2, với chênh lệch năng lượng nhỏ giữa các electron ngoài và trong. Do đó, xeri oxit tồn tại ở hai trạng thái hóa trị: Ce3+ và Ce4+. Dưới tác động bên ngoài, Ce3+ và Ce4+ có thể chuyển đổi lẫn nhau, kèm theo sự hình thành và biến mất các chỗ khuyết oxy. Do đặc tính này, xeri oxit thể hiện khả năng phản ứng mạnh.
Vật liệu mài mòn oxit xeri có thể tạo thành các răng hóa học dễ tháo rời trên bề mặt phôi, đảm bảo hiệu suất đánh bóng tuyệt vời.
Ưu điểm của Xeri oxit như một chất mài mòn
Sức mạnh oxy hóa mạnh: Xeri hóa trị bốn trong oxit xeri có tác dụng oxy hóa mạnh, góp phần tạo ra tương tác hóa học mạnh mẽ với vật liệu đánh bóng.
Độ cứng phù hợp: Oxit xeri mềm hơn một chút so với wafer silicon. Nó ngăn ngừa hư hỏng cơ học đáng kể đồng thời tạo ra bề mặt nhẵn mịn, sạch sẽ.
Tốc độ và hiệu quả đánh bóng cao: Tốc độ đánh bóng nhanh hơn từ 3 đến 4 lần so với các chất mài mòn khác.
Hình dạng và hoạt động tinh thể vượt trội: Xeri oxit có cấu trúc tinh thể và độ đồng nhất tuyệt vời. Nó cần ít vật liệu hơn và bền hơn.
Sạch sẽ và thân thiện với môi trường: Bùn đánh bóng oxit xeri sạch, không gây ô nhiễm và dễ xử lý.
Silicon dioxide, được sử dụng phổ biến nhất
Nano-SiO2 được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đánh bóng cơ học hóa học nhờ độ ổn định, khả năng chịu nhiệt và độ lơ lửng tuyệt vời. Dựa trên hình thái, nó có thể được chia thành dạng hình cầu và dạng không cầu.
Bột đánh bóng Nano SiO2 hình cầu
Bột đánh bóng nano SiO2 hình cầu là vật liệu đánh bóng chính cho wafer bán dẫn. Sau khi được xử lý bằng phương pháp CMP (Chemical Mechanical Planarization), độ nhám bề mặt wafer được đánh bóng bằng hạt mài nano SiO2 hình cầu tốt hơn đáng kể so với hạt mài nano SiO2 không hình cầu. Tuy nhiên, tỷ lệ CMP của hạt mài nano SiO2 hình cầu truyền thống không còn đáp ứng được nhu cầu xử lý hiện tại. Do đó, việc cải thiện hiệu suất của hạt mài hình cầu là một nhu cầu cấp thiết. Xu hướng chủ đạo hiện nay trong và ngoài nước là biến tính hạt mài bằng cách bổ sung mesopore hoặc pha tạp. Nhằm tăng tỷ lệ đánh bóng và đạt hiệu suất xử lý cao hơn cho wafer, việc đánh bóng wafer đang được tiến hành.
Vật liệu mài mòn Nano SiO2 không hình cầu
Bột đánh bóng nano SiO2 không hình cầu có hình dạng bất thường, dẫn đến diện tích bề mặt riêng lớn hơn. Điều này dẫn đến tốc độ đánh bóng cao hơn so với vật liệu mài hình cầu. Hiện nay, các vật liệu mài hình dạng bất thường như hình cánh hoa, hình quả tạ, hình bầu dục, hình que, hình kén và hình cột đã được tổng hợp thành công. Tuy nhiên, vật liệu mài không hình cầu thường có các cạnh và góc sắc, dễ gây trầy xước bề mặt wafer trong quá trình CMP. Điều này dẫn đến độ nhám bề mặt tăng lên và độ phẳng của bề mặt wafer giảm đi.
Nhìn chung, SiO2 có độ ổn định và khả năng phân tán tuyệt vời, không gây nhiễm bẩn cation kim loại. Độ cứng của nó gần bằng silic nguyên tố, và ít gây trầy xước hoặc mài mòn cho vật liệu nền. Những đặc tính này làm cho vật liệu mài SiO2 phù hợp để đánh bóng kim loại mềm, silic và các vật liệu khác. Do đó, SiO2 hiện là vật liệu mài được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại bùn đánh bóng.
Nhôm oxit, hiệu suất cao
Nhôm oxit (Al₂O₃) tồn tại ở nhiều dạng tinh thể, với hơn 10 loại đã biết. Các dạng phổ biến nhất là pha α, β và γ. Trong số đó, α-Al₂O₃ là tinh thể màu trắng, thường có dạng hình thoi, với cấu trúc corundum. Đây là dạng tinh thể ổn định nhất với diện tích bề mặt riêng thấp, cấu trúc đặc và độ phản ứng thấp, khiến nó rất ổn định ở nhiệt độ cao. Pha này cũng mang lại các tính chất cơ học và điện tuyệt vời. Trong đánh bóng cơ học hóa học (CMP), bột đánh bóng nhôm oxit thường được lựa chọn vì độ cứng, độ ổn định và khả năng chống nước và axit cao, trong đó α-Al₂O₃ là loại được ưa chuộng.
Hình dạng và kích thước của các hạt alumina ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất đánh bóng trong CMP. Khi bột alumina hình cầu siêu nhỏ có độ tinh khiết cao được sử dụng làm chất mài mòn trong bùn CMP, nó mang lại tốc độ loại bỏ cao, đánh bóng nhanh và hạn chế tối đa sự hình thành các vết xước siêu nhỏ trên bề mặt được đánh bóng, mang lại độ mịn tuyệt vời. Những đặc tính này làm cho nó trở nên lý tưởng cho việc đánh bóng chính xác các thiết bị quang học, tinh thể thạch anh và tinh thể đơn bán dẫn. Do đó, việc chế tạo alumina hình cầu siêu nhỏ đã trở thành một chủ đề nghiên cứu nóng hổi.
Phần kết luận
Nhôm oxit, xeri oxit và silic dioxit đều có ưu và nhược điểm riêng. Chúng là ba loại vật liệu mài mòn đánh bóng được sử dụng phổ biến nhất. Ngoài ra, với sự ra đời của các chất bán dẫn thế hệ thứ ba, chẳng hạn như silic cacbua, các vật liệu mài mòn siêu cứng như kim cương đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Chúng đang nhanh chóng trở thành một trong những vật liệu mài mòn phổ biến nhất trong ngành.
bột sử thi
EPIC Powder cung cấp các giải pháp xử lý bột tiên tiến đáp ứng nhu cầu đặc biệt của các vật liệu mài mòn đánh bóng như nhôm oxit, xeri oxit và silicon dioxide. Thiết bị mài hiện đại của chúng tôi, chẳng hạn như máy nghiền bi, máy nghiền phản lựcvà máy phân loại bằng khí, đảm bảo các vật liệu mài mòn này đạt được kích thước hạt, độ đồng đều và hiệu suất tối ưu. Dù là vật liệu đánh bóng truyền thống hay vật liệu mài mòn siêu cứng mới nổi như kim cương, thiết bị của EPIC Powder đều nâng cao hiệu quả và chất lượng của quy trình đánh bóng, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các ngành công nghiệp như sản xuất chất bán dẫn. Với chuyên môn và máy móc tiên tiến, chúng tôi cam kết cung cấp các giải pháp xử lý bột vượt trội, đáp ứng các tiêu chuẩn cao nhất về độ chính xác và độ tin cậy.
