Os micro spinbots magnéticos podem realizar polimento e limpeza de superfícies ultraprecisos

Uma equipe de pesquisa revelou uma tecnologia inovadora para polimento e limpeza de superfícies de ultraprecisão usando micro spinbots magnéticos operando simultaneamente. Esses pequenos robôs, capazes de remoção e polimento de contaminantes em escala nanométrica, oferecem uma alternativa leve, escalável e econômica para indústrias avançadas como semicondutores e óptica.

As descobertas da equipe foram publicadas na revista Pequenas Estruturasonde eles destacam o potencial dos robôs magnéticos macios para revolucionar a fabricação de precisão. Os pesquisadores foram liderados pelo Professor Sanha Kim do Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) e pelo Professor Jeong Jae (JJ) Wie da Hanyang University.

Na produção de semicondutores de alta densidade, atingir rugosidade de superfície ultrabaixa em camadas de metal é crucial para o desempenho do dispositivo. Mesmo pequenas imperfeições podem levar a defeitos que degradam a eficiência e a confiabilidade dos componentes eletrônicos.

Além disso, garantir que as superfícies estejam livres de contaminantes durante o processo de fabricação é essencial para evitar a introdução de partículas que podem comprometer a funcionalidade dos dispositivos. Para atender a esses requisitos rigorosos, tecnologias de polimento e limpeza de ultraprecisão se tornaram componentes-chave na fabricação de semicondutores.

Métodos tradicionais, como planarização química-mecânica (CMP) e sistemas de limpeza pós-CMP, têm sido o padrão da indústria para planarização de superfície e remoção de contaminantes. No entanto, esses sistemas apresentam desvantagens significativas. O equipamento CMP não é apenas grande e complexo, mas também extremamente caro, o que o torna difícil de dimensionar ou atualizar.

Além disso, os consumíveis usados ​​nesses processos, como almofadas de polimento, pasta abrasiva e escovas de limpeza, são caros e precisam de substituição frequente, aumentando as despesas operacionais. Essa combinação de altos custos iniciais e requisitos de manutenção contínua representa um grande desafio para os fabricantes que buscam reduzir os custos de produção e, ao mesmo tempo, melhorar o rendimento.

Para lidar com esses desafios, a equipe de pesquisa desenvolveu “spinbots”, microrrobôs acionados por campos magnéticos externos que realizam polimento e limpeza de superfícies de ultraprecisão. Os spinbots, feitos de poliuretano termoplástico–Fe₃O₄ nanocompósitos, são controlados por um agitador magnético, criando um campo magnético rotativo.

Esta configuração, embora muito menor e mais simples do que o equipamento tradicional, permite que os spinbots girem e pivotem autonomamente sobre superfícies, alcançando uma eficiência de limpeza notável de 99,6% ao remover contaminantes de tamanho nanométrico. Além de suas capacidades de limpeza, esses robôs podem polir superfícies com uma suavidade surpreendente, atingindo níveis de rugosidade tão baixos quanto a rugosidade média (Ra) de 1,8 nm.

O que torna essa tecnologia verdadeiramente inovadora é sua capacidade de operar múltiplos spinbots simultaneamente. Até 42 spinbots foram mostrados trabalhando juntos em três wafers empilhados verticalmente, oferecendo escalabilidade e eficiência sem precedentes em engenharia de superfície. Apesar de sua pequena escala, o sistema spinbot é 1.000 vezes mais leve do que as ferramentas de polimento convencionais, mas oferece resultados comparáveis ​​ou até superiores.

Além disso, os spinbots são capazes de realizar polimento de abrasão de três corpos. Neste processo, partículas de sílica dura são capturadas entre o spinbot e a superfície que está sendo polida, removendo gradualmente o material com precisão de nível nanométrico. Este método produz um acabamento suave como um espelho, rivalizando com técnicas de última geração como polimento por feixe de íons e polimento magnetorreológico, mas a uma fração do custo e do tamanho do equipamento.

Uma das principais vantagens da tecnologia spinbot é sua sustentabilidade. Os métodos tradicionais de polimento e limpeza exigem grandes quantidades de energia e frequentemente usam produtos químicos perigosos. Em contraste, os spinbots são alimentados por um campo magnético, eliminando a necessidade de tais produtos químicos e reduzindo o impacto ambiental. Além disso, os robôs são reutilizáveis, aumentando ainda mais a sustentabilidade da tecnologia.

A equipe de pesquisa prevê um futuro em que a tecnologia spinbot é integrada a sistemas de produção automatizados, oferecendo capacidades de fabricação de ultraprecisão a um custo menor e com impacto ambiental mínimo. Esse avanço representa um passo significativo em direção à fabricação autônoma, em que esses microrrobôs podem ser usados ​​em aplicações que vão de semicondutores a óptica e além.