化學機械拋光漿液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種pH值介于8.5至13.5之間的化學機械拋光漿液，用于對不銹鋼基材進行拋光，其包括含量為10至50wt％的研磨顆粒；含量為0.001至2.0wt％的散熱劑；含量為0.001至1.0wt％的氧化劑；含量為10至5000ppm的潤滑提升劑；以及含量為10至5000ppm的發(fā)泡抑制劑，其中該研磨顆粒的粒徑尺寸介于20至500nm之間。根據本發(fā)明之堿性拋光漿液能于化學機械拋光后達到提高拋光效果、表面質量與拋光后之表面保護效益。
【專利說明】
化學機械拋光漿液
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種化學機械拋光領域，特別是設及一種用于拋光不誘鋼金屬材料的 拋光漿液組成物。
【背景技術】
[0002] 過去對于不誘鋼金屬材質表面的化學機械拋光處理，皆利用酸性蝕刻或腐蝕作用 所施加之化學力或是利用較堅硬耐磨的顆粒（如氧化侶、碳化娃或氧化娃等）于金屬表 面上所施加之機械力來達成表面平坦化之效果。在美國專利US20140127983A1與Kao et al.于一公開文件"Advances in Materials Science and Engineering 之 Synthesis and Characterization of Si02Nanoparticles and their Efficacy in Chemical Mechanical 化Iishing Steel Substrate"中，均未掲露W化學配方調制使用于化學機械拋光制程中的 拋光漿液。
[0003] 此外，在現有技術中，用于不誘鋼基材拋光的拋光漿液多W酸性金屬拋光液為主， 該酸性拋光液往往無法提供不誘鋼基材優(yōu)良的拋光效果。
[0004] 然而在不誘鋼表面于化學機械拋光之精致拋光過程中，除了透過精拋漿液對不誘 鋼表面達到表面收光、平坦度提升之外，也需針對粗拋及中拋制程階段所產生或遺留之刮 痕、滑痕與刮傷等表面缺陷作移除與修復等進階工作，W達到表面零缺陷與光澤度之完美 拋光基材。

【發(fā)明內容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種化學機械拋光漿液，可用于快速拋光不誘鋼金 屬材料，使其達到鏡面拋光效果W及拋光表面無缺陷之目的。
[0006] 為達上述發(fā)明目的，一種根據本發(fā)明之化學機械拋光漿液包含：研磨顆粒、散熱 劑、氧化劑、潤滑提升劑W及發(fā)泡抑制劑等組成，其中該研磨顆粒相對于該化學機械拋光漿 液的含量為10至50wt %、散熱劑的含量為0.0 Ol至2. Owt %、氧化劑的含量為0.0 Ol至 1. Owt%、潤滑提升劑W及發(fā)泡抑制劑的含量則皆為10至SOOOppm,并且該研磨顆粒的粒徑 尺寸介于20至500皿之間。
[0007] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中還包含有一堿性抑值 調整劑，該堿性抑值調整劑的添加可使該化學機械拋光漿液的抑值介于8. 5至13. 5之間。
[0008] 根據本發(fā)明的另一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中還包含有一溶劑，其 中該溶劑選自為水。
[0009] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該研磨顆粒系選自由 膠質二氧化娃、高溫成型二氧化娃、膠質=氧化二侶、結晶相=氧化二侶、奈米碳化娃、奈米 結晶金剛鉆石所組成之群組中的至少一者。
[0010] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該散熱劑系選自由乙 二醇、聚乙二醇、丙S醇、S甘醇所組成之群組中的至少一者。
[0011] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該氧化劑系選自由草 酸、巧樣酸、酒石酸、水楊酸、蘋果酸、山梨酸、延胡索酸、冰醋酸、戊酸、丙二酸、己二酸、聚甲 基丙締酸、過氯酸鋼、氯酸鋼、亞氯酸鋼、次氯酸鋼、硝酸鐵、氯化鐵所組成之群組中的至少 一者。
[0012] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該潤滑提升劑系選自 由十二烷基硫酸鋼、十二烷基聚氧乙酸硫酸鋼、六偏憐酸鋼、聚乙二醇辛基苯基酸、聚乙二 醇二甲酸、聚乙二醇單甲酸、聚乙二醇二甘油酸、聚氧乙締月桂酸、脂肪醇聚氧乙締酸、聚乙 二醇=甲氧基娃丙基酸、雙酪A聚氧乙締酸二丙締酸醋、聚乙二醇二甲基丙締酸醋、聚乙二 醇甲基酸甲基丙締酸醋所組成之群組中的至少一者。
[0013] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該發(fā)泡抑制劑系選自 由聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷所組成之群組中的至少一者。
[0014] 根據本發(fā)明的一實施例所述，在上述化學機械拋光漿液中，該堿性抑值調整劑系 選自由氨氧化鐘、氨氧化鋼、四甲基氨氧化錠、四乙基氨氧化錠、碳酸鋼、碳酸鐘所組成之群 組中的至少一者。
【附圖說明】
[0015] 無
【具體實施方式】
[0016] 下面的詳細描述是實施本發(fā)明的最佳當前預期模式。由于本發(fā)明的范圍由所附的 權利要求所限定，因此該描述不應被視為限制，而僅是用于說明本發(fā)明通用原理的目的。
[0017] 本發(fā)明針對目前不誘鋼基材在化學機械拋光之粗拋、中拋與精拋等連續(xù)制程中， 因拋光漿液之組成、拋光條件等所產生之線紋、刮痕、表面橘皮（orange peel)與表面霧化 等材料缺陷，進而提供一種可應用于不誘鋼金屬之鏡面拋光且可達到拋光表面無缺陷之堿 性化學機械拋光漿液，其包括：研磨顆粒；散熱劑；氧化劑；潤滑提升劑；W及發(fā)泡抑制劑。
[0018] 為控制本發(fā)明所述之拋光漿液在堿性條件下，該拋光漿液還包括用于調配該拋光 漿液之抑值的堿性抑值調整劑。
[0019] 應當理解的是，本發(fā)明所述之化學機械拋光漿液還包含一作為載劑的溶劑，其可 為水或去離子水等水溶劑。
[0020] 在本發(fā)明一實施例中，于機械攬拌條件下，將所需固含量配制之研磨顆粒加入去 離子水中分散與稀釋，隨后依序加入氧化劑、潤滑提升劑、發(fā)泡抑制劑與堿性抑調整劑使 拋光漿液調整至所需之抑值，并添加去離子水輔助進行拋光漿液完整比例之配制，將其充 分攬拌均勻后即完成本發(fā)明所述之化學機械拋光漿液。
[0021] W下使用本發(fā)明所調制的化學機械拋光漿液對不誘鋼基材進行精拋制程，在清洗 與干燥后W原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope, AFM)量測其表面粗糖度并觀察其表 面狀態(tài)，并且W厚度量測儀量測拋光前后之厚度差異所得之移除率。
[0022] 拋光條件如下：拋光機：M15P ;盤面尺寸：390mm ;拋光墊種類：Politex ;研磨頭轉 速/盤面轉速：75/90巧m ;下壓壓力：0. 4k奸/cm2;拋光液流速：巧L/min ;拋光時間：6min ; 拋光使用之漿料濃度：l〇wt% ;被拋光物件：不誘鋼SS-304 ;被拋光對象尺寸（長X寬X 高）：37x 26x 0. 6mm。
[0023] 請參考下表一，表一為本發(fā)明利用上述化學機械拋光漿液對不誘鋼基材進行拋光 的具體實施例。
[0024] 表一 陽0巧]
[0026]
[0027] 在上述實施例中的研磨顆粒為拋光漿液的主成分，其含量于整體拋光漿液中可為 10~50wt%，優(yōu)選的控制在20~45wt%之間，更優(yōu)選的控制在27~42wt%之間；研磨顆 粒的粒徑尺寸控制于20~500nm之間，優(yōu)選的在30~400nm之間，更優(yōu)選的在50~350nm 之間。由于研磨顆粒的選擇會影響基材的移除率及其表面質量，因此除了在上述實施例中 所選用的膠質二氧化娃與結晶相=氧化二侶之外，尚可選自由高溫成型二氧化娃、膠質= 氧化二侶、結晶相=氧化二侶、奈米碳化娃（金鋼砂）、奈米結晶金剛鉆石所組成之群組中 的至少一者。
[0028] 在上述實施例中的散熱劑系一種拋光散熱劑，用于加速拋光基材的散熱程度，W 去除在化學機械拋光的過程中溫度對不誘鋼基板的去除率W及表面粗糖度的影響。該散熱 劑可選自由乙二醇、聚乙二醇、丙=醇、=甘醇所組成之群組中的至少一者，其含量于整體 拋光漿液中可介于0.0 Ol~2. Owt %之間，優(yōu)選的在0.0 l~0. Swt %之間，最優(yōu)選的控制在 0. 1 ~1. 5wt%之間。
[0029] 在上述實施例中的氧化劑系用于氧化基材表面W形成一層氧化膜來提高其拋光 選擇性，其含量于整體拋光漿液中可介于0.0 Ol~1. Owt%之間，優(yōu)選的為0.0 l~0. 8wt% 之間，更佳為0. 03~0. 6wt %之間。該氧化劑除了表一中所選用的草酸、巧樣酸、酒石酸、水 楊酸、山梨酸、冰醋酸、丙二酸、己二酸、聚甲基丙締酸、氯酸鋼、亞氯酸鋼、硝酸鐵與氯化鐵 之外，還可選自由次氯酸鋼、蘋果酸、延胡索酸、戊酸W及過氯酸鋼所組成之群組中的至少 一者。
[0030] 在上述實施例中的潤滑提升劑可助于在拋光過程中增加拋光潤滑性與滑順度，其 含量在整體拋光漿液中可介于10~SOOOppm之間，優(yōu)選的在50~4000ppm之間，更佳可控 制在200~3000ppm之間。該潤滑提升劑除了表一所選用中的十二烷基硫酸鋼、十二烷基 聚氧乙酸硫酸鋼、六偏憐酸鋼、聚乙二醇辛基苯基酸、聚乙二醇二甲酸、聚乙二醇二甘油酸、 雙酪A聚氧乙締酸二丙締酸醋、聚乙二醇二甲基丙締酸醋、聚乙二醇=甲氧基娃丙基酸W 及聚乙二醇甲基酸甲基丙締酸醋之外，亦可選自由聚乙二醇單甲酸、聚氧乙締月桂酸與脂 肪醇聚氧乙締酸所組成之群組中的至少一者。
[0031] 在上述實施例中的發(fā)泡抑制劑可進一步去除于拋光過程中因空氣接觸而產生的 泡沫，其可選自由聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷所組成之群組中的至少一者。該發(fā)泡抑 制劑在整體拋光漿液中的含量可介于10~SOOOppm之間，優(yōu)選的控制在50~4000ppm之 間，更加可在100~2000ppm之間。
[0032] 在上述實施例中的堿性抑值調整劑，除了于表一中所舉之氨氧化鐘、氨氧化鋼、 碳酸鋼W及四甲基氨氧化錠之外，還可選自由四乙基氨氧化錠、碳酸鐘所組成之群組中的 至少一者，用于將本發(fā)明所述之拋光漿液的抑值范圍控制在8. 5~13. 5之間，優(yōu)選的在 9~13之間，更優(yōu)選的在9. 5~11. 5之間。
[0033] 由表一中可見，若將拋光漿液的組成調配在上述的組成條件下，不誘鋼基材的表 面粗糖度皆可被控制在0. 33mm W下，移除率可達到14. 8 ym/h，并且該不誘鋼基材的表面 呈現無缺陷之鏡面光澤狀態(tài)。
[0034] 請參考下表二，表二為使用非本發(fā)明所述之化學機械拋光漿液對不誘鋼基材進行 拋光制程的比較例，其拋光條件與本發(fā)明實施例相同，在此不再寶述。 W對表二 [0036]
[0037] 透過表二比較例的實施，可見只要拋光漿液中的研磨顆粒含量、研磨顆粒粒徑尺 寸、拋光漿液抑值、氧化劑、潤滑提升劑及發(fā)泡抑制劑其中有一項不同于本發(fā)明拋光漿液 所述的控制參數，例如在比較例1中該研磨顆粒的含量低于本發(fā)明所述的lOwt% ;在比較 例2中的研磨顆粒粒徑尺寸低于本發(fā)明所述之20nm ;在比較例3中的拋光漿液抑值低于 本發(fā)明所述的8. 5 ; W及在比較例4-7中缺少本發(fā)明所述拋光漿液中的散熱劑、氧化劑、潤 滑提升劑與發(fā)泡抑制劑，經拋光后不誘鋼基材的表面粗糖度則會增加，研磨移除率降低，并 且造成不誘鋼金屬基材表面產生如線紋、刮痕、表面橘皮與表面霧化等缺陷進而破壞其拋 光效果。
[0038] 本發(fā)明的堿性化學機械拋光漿液在不誘鋼基材的表面粗糖度及移除率方面皆發(fā) 揮顯著優(yōu)異之拋光效果，除了可對于不誘鋼基材于粗拋與中拋制程后所進行的精拋達到表 面缺陷移除與鏡面呈現之外，也提供基材表面于拋光后的表面純化保護效果，可長時間維 持于精拋后之表面鏡面光澤。相較于現有技術，本發(fā)明提供之堿性拋光漿液能提升在不誘 鋼基材的拋光效果、表面質量（無缺陷）與拋光后之表面保護效益。
[0039] 雖然本發(fā)明已W有限數量的實施例描述，應當理解的是，可W進行本發(fā)明的許多 變型，修改W及其它應用。因此，如隨后的權利要求所要求保護的發(fā)明并不局限于本文所述 的實施例。
【主權項】
1. 一種pH值介于8. 5至13. 5之間的化學機械拋光衆(zhòng)液，包含： 含量為10至50wt%的研磨顆粒； 含量為〇. 〇〇1至2. Owt%的散熱劑； 含量為〇. 〇〇1至1. 〇wt%的氧化劑； 含量為10至5000ppm的潤滑提升劑；以及 含量為10至5000ppm的發(fā)泡抑制劑，其中該研磨顆粒的粒徑尺寸介于20至500nm之 間。2. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該拋光組成物還包含一堿性pH值調 整劑。3. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該拋光組成物還包含一水溶劑。4. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該研磨顆粒系選自由膠質二氧化 硅、高溫成型二氧化硅、膠質三氧化二鋁、結晶相三氧化二鋁、奈米碳化硅、奈米結晶金剛鉆 石所組成之群組中的至少一者。5. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該散熱劑系選自由乙二醇、聚乙二 醇、丙三醇、三甘醇所組成之群組中的至少一者。6. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該氧化劑系選自由草酸、檸檬酸、酒 石酸、水楊酸、蘋果酸、山梨酸、延胡索酸、冰醋酸、戊酸、丙二酸、己二酸、聚甲基丙烯酸、過 氯酸鈉、氯酸鈉、亞氯酸鈉、次氯酸鈉、硝酸鐵、氯化鐵所組成之群組中的至少一者。7. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該潤滑提升劑系選自由十二烷基硫 酸鈉、十二烷基聚氧乙醚硫酸鈉、六偏磷酸鈉、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙 二醇單甲醚、聚乙二醇二甘油醚、聚氧乙烯月桂醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇三甲氧基 硅丙基醚、雙酚A聚氧乙烯醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基醚甲基 丙烯酸酯所組成之群組中的至少一者。8. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，其中該發(fā)泡抑制劑系選自由聚二甲基硅 氧烷、六甲基二硅氧烷所組成之群組中的至少一者。9. 根據權利要求2所述的化學機械拋光漿液，其中該堿性pH值調整劑系選自由氫氧化 鉀、氫氧化鈉、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、碳酸鈉、碳酸鉀所組成之群組中的至少一 者。10. 根據權利要求1所述的化學機械拋光漿液，系用于不銹鋼金屬材料之化學機械拋 光。
【文檔編號】C23F3/04GK105862044SQ201510357090
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年6月25日
【發(fā)明人】楊逸涵, 劉文成, 何明徹, 陸明輝, 張松源
【申請人】盟智科技股份有限公司