Meðal ýmissa slípiefna er kísilsól (kvoðudreifing nanó-kísilagna í vatni eða leysi) mikið notað við slípun á rafrænum efnum eins og kísilskífum, kísildíoxíði og kísilnítríði vegna hóflegrar hörku, góðs dreifileika og lítillar hættu á rispum. Hins vegar setja forrit af hálfleiðara-flokki afar strangar kröfur til kísilsóls: óhreinindi úr málmsporum geta dreifst inn í tæki og valdið leka eða þröskuldsspennureki; ó-jöfn kornastærð eða tilvist stórra agna getur leitt til ör-rispna á flötum flötum, sem dregur beint úr uppskeru; lélegur kvoðastöðugleiki leiðir til óstöðugs fægihraða, sem hefur áhrif á samkvæmni-í-lotu. Þess vegna hefur það orðið algeng áskorun fyrir bæði efnisvísindi og hálfleiðaraiðnað hvernig á að útbúa kísilsól sem uppfyllir samtímis kröfur um „ofur-háan hreinleika, eindreifða kornastærð, stýranlega formgerð og langtíma-stöðugleika.
Áskorun 1: Fjarlægir óhreinindi úr málmsnefjum
Óhreinindi úr málmi eru stór þáttur sem veldur galla á yfirborði skúffunnar og bilun í búnaði. Málmjónir eins og Na, Fe, Al, Ca, Mg, Cu og Pb geta verið eftir á yfirborði skúffunnar eftir slípun, skert einangrun tækisins og valdið leka, eða dreifist inn í kísilundirlagið við háan-hita, sem leiðir til breytureks. Þar af leiðandi þarf venjulega að innihald málmóhreininda í kísilsóli sem notað er fyrir flís CMP slurry sé undir 1 ppm, og fyrir háþróaða ferla, jafnvel undir 1 ppb fyrir hvern einstakan málm. Við framleiðslu á kísilsóli eru snefilmálmar hins vegar ekki aðeins fluttir úr hráefnum (kísildufti, vatnsgleri, silíkatesterum) heldur einnig úr hvarfílátum, leiðslum og aukefnum. Hefðbundin síun og jónaskipti geta ekki fjarlægt óhreinindi rækilega á ppb stigi.
Áskorun 2: Nákvæm stjórn á eindreifingu kornastærðar
Þegar slípandi slurry með breiðri kornastærðardreifingu er notuð hafa stórar kísilagnir tilhneigingu til að mynda rispur á yfirborði kísilskífunnar og valda sveiflum í fægihraða eða staðbundinni yfir-fægingu. Þess vegna er kornastærð og einsleitni hennar mikilvæg. Venjulega þarf hálfleiðara-kísilsól kornastærð á bilinu 10–50 nm; fyrir há-ferla (td 5 nm hnút og neðar) þarf enn fínni stjórn, um 10–30 nm. Hins vegar, meðan á vexti kísilagna stendur, eiga sér stað efri kjarnamyndun og þétting, sem gerir sannarlega eindreifðar agnir erfitt að ná. Þar að auki, í stórum-framleiðslu, geta minniháttar sveiflur í breytum eins og hitastigi, pH og straumhraða raskað einsleitni kornastærðar, sem gerir mjög miklar kröfur um nákvæmni vinnslunnar.
Áskorun 3: Stýranleg formgerð agna
Þrátt fyrir að kúlulaga eindreifð kísilsól, notuð sem slípiefni, geti náð góðum yfirborðsgæði, hafa kúlulaga kísilagnir tilhneigingu til að rúlla og hafa lítil snertiflötur, sem leiðir til lítillar fægivirkni. Undanfarin ár hafa leiðandi erlend fyrirtæki einbeitt sér að því að þróa ó-kúlulaga, kant-lausar, sléttar-slípiefni á yfirborði kísils eins og lóða-laga, kókólaga-laga og sporöskjulaga agnir. Þessar agnir bjóða upp á kosti eins og mikið sérstakt yfirborð, mýkt og litla risputilhneigingu, sem gefur mikla fyrirheit um hálfleiðara CMP fægja. Hins vegar er undirbúningur slíkra formgerða enn krefjandi.
Áskorun 4: Að tryggja-langtíma stöðugleika
Langtíma-stöðugleiki er grundvallaratriði fyrir notkun kísilsóls í iðnaði. Geyma þarf slurry hálfleiðara fægja í 6–12 mánuði eða lengur, sem krefst þess að kísilsólið geli ekki, lagskiptist eða gangist undir agnavöxt við breitt pH (8–11) og hátt fast efni (30%–40%) aðstæður. Tæknilegir örðugleikarnir liggja í mikilli yfirborðsorku nanóagna, sem gerir það að verkum að þær eru viðkvæmar fyrir þéttingu vegna minni rafstöðueiginleika eða vetnisbindingar. Að auki flýta hitastigsbreytingar og óhreinindijónamengun hröðun á kvoða. Stöðugleikastýring verður veldisvísis erfiðari við mikið magn af fast efni, sem krefst breytingar á yfirborði og fínstillingu kerfisins til að auka stöðugleika til lengri tíma.{11}
Almennar undirbúningsaðferðir rafræns-kísilsóls til að fægja slurry
Sem stendur eru helstu aðferðirnar til að búa til há-hreinleika kísilsól jónaskipti, vatnsrof kísildufts og sól-gel (sílíkatester vatnsrof). Þessar þrjár aðferðir eru verulega mismunandi hvað varðar val á hráefni, hreinleika vöru, eftirlit með kornastærð og framleiðslukostnaði, sem gerir þær hentugar fyrir mismunandi kröfur um hálfleiðara fægja.
1. Jónaskiptaaðferð
Einnig þekkt sem vatnsgleraðferðin, þetta er þroskaðasta og mest notaða ferlið. Það notar iðnaðarvatnsgler (natríumsílíkat) sem hráefni, sem er leitt í gegnum katjónaskiptaresín til að fjarlægja Na⁺, og síðan í gegnum veikt-basa anjónaskiptaresín til að fjarlægja klóríð og önnur óhreinindi, sem gefur þynnt kísilsól og há-virka kísilsýrulausn. Stöðugleikaefni er síðan bætt við til að stilla pH í 8,5–10,5 og í gegnum kjarnamyndun og agnavaxtarviðbrögð myndast eindreifð, stærð-stýranleg kísilsól, sem að lokum er þétt og hreinsað með ofsíun eða skilvindu.
Kostir: Hentar fyrir stóra-iðnframleiðslu, lágan hráefniskostnað, stjórnanlega kornastærð niður í 10–20 nm, og eftir djúphreinsun er hægt að stýra málmjónainnihaldi upp í ppm-stig, sem uppfyllir þarfir lág-til-miðja-hálfleiðaraslípun.
Ókostir: Vatnsglerhráefni innihalda mörg málmóhreinindi, sem gerir hreinsun erfitt; strangt eftirlit með styrk hvarfsins, pH, hitastigi o.s.frv., er nauðsynlegt til að forðast ó-jafna kornastærð eða hlaup; ferlið myndar einnig mikið magn af salti-sem inniheldur afrennsli, og endurnýjun plastefnis er kostnaðarsöm, með miklum umhverfisþrýstingi.
2. Sol-gel aðferð
Þessi aðferð notar há-hreinleika tetraetýl orthosilicate (TEOS) eða tetramethyl orthosilicate (TMOS) sem kísilgjafa. Í alkóhólleysi er vatnsrof og fjölþétting hvatað af sýru eða basa til að framleiða SiO₂ nanóagnir, fylgt eftir með leysiskiptum og styrkingu til að fá há-kísilsól. Með því að stjórna efnahvarfsskilyrðum nákvæmlega er hægt að ná fram lyfjamisnotkun á sameindastigi, sem framleiðir kísilnanóagnir með jafnri stærð, stýranlegri formgerð og miklum hreinleika. TEOS er almennt valinn fyrir iðnaðarframleiðslu og rannsóknarstofurannsóknir vegna lægri kostnaðar, minni eiturhrifa, hærra öryggis og hægari, stjórnanlegra vatnsrofshraða. TMOS vatnsrofnar mjög hratt, sem leiðir til kröftugra viðbragða og hraðari myndunar kísilsóls, sem auðveldar mjög krosstengda hlaupbyggingu á stuttum tíma, en erfitt er að stjórna hvarfinu.
3. Kísilduft vatnsrofsaðferð
Þessi aðferð notar há-hreinleika kísilduft sem hráefni, sem hvarfast við hreint vatn undir hvata ólífræns eða lífræns basa (td natríumhýdroxíðs) til að mynda vökvaða kísilsýru, sem síðan fjölliðar og myndar kísilsól. Hreinleiki vörunnar fer eftir hreinleika kísilduftsins, sem gerir kleift að framleiða mjög -hreinleika kísilsóls með mjög litlu magni óhreininda. Á sama tíma er auðveldara að stjórna breytum eins og SiO₂ kornastærð, seigju, pH, þéttleika og hreinleika miðað við aðrar aðferðir. Hins vegar er eftirlit með formgerð erfitt og hætta á vetnissprengingu.