CN102796458B - 化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法。其中，化学机械抛光水性组合物包含：1-20重量%，优选4—6重量%的磨料；0.5-10重量%，优选0.9-3重量%的氧化剂；0.01-10重量%，优选0.1-2重量%的络合剂；以及0.1-10重量％，优选1-5重量%的缓蚀成膜剂，其中，所述化学机械抛光水性组合物的pH值为1.0-7.0，优选1.5-4.0。本发明的化学机械抛光水性组合物能够有效地应用于钛基片的化学机械抛光工艺，从而能够有效地获得高抛光速率、高表面质量的抛光钛金属层。

Description

化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法。

背景技术

目前，关于钛的化学机械抛光法（CMP）的研究主要集中在抛光速率的提升和相对钨/铜/氧化物等的选择比的调节上，而对抛光后钛的表面质量如抛光缺陷、表面粗糙度等很少涉及。然而，就目前的发展趋势来看，下一代高技术电子产品制造要求的是高度平坦化、纳米级表面粗糙度、极低微观缺陷和极低颗粒吸附的表面，这也对抛光钛金属的改良性抛光组合物和抛光工艺方法提出了更高的需求，特别是在低抛光压力的实验条件下实现高抛光速率、高表面质量的抛光钛金属层。

因此，目前用于钛基片抛光的组合物及化学机械抛光工艺方法仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能快速有效去除钛基片冷热加工过程中生成的氧化层及表面缺陷、获得极低颗粒残留、极低腐蚀缺陷的高平整度、低表面粗糙度表面的两步式抛光工艺方法和用于此工艺方法的化学机械抛光水性组合物。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种化学机械抛光水性组合物。根据本发明的实施例，该化学机械抛光水性组合物包含：1-20重量%，优选4—6重量%的磨料；0.5-10重量%，优选0.9-3重量%的氧化剂；0.01-10重量%，优选0.1-2重量%的络合剂；以及0.1-10重量％，优选1-5重量%的缓蚀成膜剂，其中，所述化学机械抛光水性组合物的pH值为1.0-7.0，优选1.5-4.0。根据本发明的实施例，该化学机械抛光水性组合物能够有效地应用于钛基片的化学机械抛光工艺，从而能够有效地获得高抛光速率、高表面质量的抛光钛金属层。

根据本发明的一些实施例，本发明的化学机械抛光水性组合物还可以包含：1-20重量%，优选4—6重量%的磨料；0.5-10重量%，优选0.9-3重量%的氧化剂；0.01-10重量%，优选0.1-2重量%的络合剂；0.1-10重量%，优选1-5重量%的缓蚀成膜剂，以及pH调节剂和去离子水（或蒸馏水）。

根据本发明的实施例，在本发明的化学机械抛光水性组合物中，磨料可以为选自二氧化硅、二氧化铈、氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化锗的至少一种，优选胶体二氧化硅。其中，胶体二氧化硅的性状和粒度不受特别限制，根据本发明的一些实施例，选择硬度粒度适中、颗粒圆润均匀的纳米二氧化硅颗粒作为磨料，从而能够在保证抛光速率的同时避免划痕、凹坑、橘皮等表面缺陷。根据本发明的一个具体示例，胶体二氧化硅的平均粒度可以为10-200纳米，优选10-50纳米。

根据本发明的实施例，在本发明的化学机械抛光水性组合物中，氧化剂可以为选自无机过氧化合物和有机过氧化合物的至少一种，优选过氧化氢。这是因为，过氧化氢作为一种“清洁氧化剂”，能够提供一个氧，自身变为水，具有选择性的强氧化性，并且能够避免在抛光组合物中引入污染成分，从而能够减少体系的复杂性。

根据本发明的实施例，在本发明的化学机械抛光水性组合物中，络合剂可以为选自氨、多聚氰酸、多聚氰酸盐、磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐、多聚磷酸盐、氮川三乙酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸盐、二乙烯三胺五乙酸、二乙烯三胺五乙酸盐、羟乙基乙二胺三乙酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、二羟基甘氨酸、草酸、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸、氨基乙酸、丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸、羟谷氨酸、羧甲基羟基丙二酸、羧甲基羟基丁二酸、羟乙基氨基乙酸、草酰胺、氟化钠、氟化钾和氟化铵的至少一种，优选氟化铵。这是因为，氟化铵的组成离子在抛光组合物的酸度条件下均可有效的与抛光产物离子如钛离子有效络合，从而能够降低抛光产物离子对抛光过程产生的消极作用如降低抛光速率、增大抛光过程的不稳定性等。其中，需要说明的是，当络合剂为上述可选物质中的两种及以上的组合时，组合物中各物质的比例并不受特别限制，只要能够使组合物实现其作为络合剂的作用即可。此外，根据本发明的一些实施例，磷酸盐、偏磷酸盐、多聚磷酸盐的种类均不受特别限制，例如磷酸盐可以为磷酸三钠等，偏磷酸盐可以为三偏磷酸钠、四偏磷酸钠等、多聚磷酸盐可以为三聚磷酸钠等。

根据本发明的实施例，在本发明的化学机械抛光水性组合物中，缓蚀成膜剂为分子含有选自-SO₃ ^-、-PO₄ ^2-、-CONH₂和-COO^-的至少一种活性基团的有机化合物，优选为含有-PO₄ ^2-和-COO^-的至少一种活性官能团的有机化合物。根据本发明的一些具体示例，缓蚀成膜剂可以为选自氨基二甲叉膦酸盐、氨基三甲叉膦酸盐、羟乙基乙二胺三甲叉膦酸盐、乙二胺四甲叉膦酸盐、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸、羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、木质素磺酸钠、羟甲基纤维素、乳酸、氨基磺酸、聚丙烯酸和单宁的至少一种，优选2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）和乳酸（LA）的至少一种。优选的缓蚀成膜剂能在被抛光金属表面与Ti4+或Ti螯合吸附生成一层致密的保护膜、起屏蔽缓蚀作用、阻止腐蚀的进行。需要说明的是，当缓蚀成膜剂为上述可选物质中的两种及以上的组合时，组合物中各物质的比例并不受特别限制，只要能够使组合物实现其作为缓蚀成膜剂的作用即可。

本领域的技术人员可以理解，本发明的化学机械抛光水性组合物要求其pH值为1.0-7.0，优选1.5-4.0，因此，需要调节化学机械抛光水性组合物的pH值。根据本发明的实施例，利用pH调节剂调节化学机械抛光水性组合物的pH值，其中pH调节剂为无机或有机酸碱。根据本发明的一些具体示例，pH调节剂可以为选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氧化钾、氨水、乙醇胺和三乙醇胺的至少一种。需要说明的是，当pH调节剂为上述可选物质中的两种及以上的组合时，组合物中各物质的比例并不受特别限制，只要能够使组合物实现其作为pH调节剂的作用即可。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种钛基片化学机械抛光工艺方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用本发明的化学机械抛光水性组合物，对钛基片依次进行初抛光和精抛光。根据本发明的实施例，利用该方法能够有效地对钛基片进行化学机械抛光，能够快速有效地去除钛基片冷热加工过程中生成的氧化层及表面缺陷，从而能够获得极低颗粒残留、极低腐蚀缺陷的高平整度、低表面粗糙度的钛片。发明人惊奇地发现，本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法，工艺简单、可控，操作容易，需时短，加工成本低，并且抛光去除效率高、优化表面粗糙度和全局平坦化的效果非常好，其中抛光去除速率最高可达234.0nm/min，表面粗糙度最低可至1.31nm。

在本文中，有时也将本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法称为“两步式抛光工艺方法”。根据本发明的一些实施例，该两步式抛光工艺方法具体包括：首先，采用硬质抛光垫和本发明的化学机械抛光水性组合物对表面平整度和粗糙度都极差的钛基片进行初抛光，以便得到镜面状态的高平整度钛片；其后，采用软质抛光垫和本发明的化学机械抛光水性组合物对初抛光后的钛基片进行精抛光，以便去除表面缺陷、降低表面粗糙度，得到极低颗粒残留、极低腐蚀缺陷的高平整度、纳米级粗糙度的钛片。其中，需要说明的是，在本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法中，初抛光的主要目的是对钛基片进行高速高平整度的研磨，而精抛光的主要目的是对经过初抛光的钛基片进行表面粗糙度优化。

此外，一般，抛光垫的硬度决定其保持面形精度的能力。使用硬质或耐磨的抛光垫能够获得较好的表面平整度，且能够保持较高的抛光去除速率；而使用软质的抛光垫能够获得缺陷较少的被抛光表面，并可优化表面粗糙度。因此，根据本发明的一些具体示例，在本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法中，初抛光采用硬质抛光垫进行，优选IC1000聚氨酯抛光垫（陶氏电子材料，DowElectronic Materials），其中硬质抛光垫的肖氏D级硬度值为约60。根据本发明的另一些实施例，在本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法中，精抛光采用软质抛光垫进行，优选工业用二步抛光垫（日本不二见电子材料，Fujimi ElectronicMaterials），其中该软质抛光垫的肖氏D级硬度值为约27。

根据本发明的实施例，在本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法中，在1.0Psi抛光压力下进行初抛光和精抛光。低至1.0Psi的抛光压力能最大限度的避免钛基片冷热加工过程中生成氧化层及表面缺陷。

根据本发明的实施例，在本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法中，利用抛光机，优选UNIPOL-1502型单面抛光机进行初抛光和精抛光。这是因为，该型号抛光机不可控变量少，操作简单，过程稳定，稳定性和重复性佳。

需要说明的是，本发明的化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法，是本申请的发明人经过艰苦的创造性劳动和优化的工作而完成的，其至少具有以下优点：

1、本发明的化学机械抛光水性组合物，呈弱酸性，优选pH值在1.5—4.0之间，其能够在保持纳米二氧化硅颗粒稳定性和分散性的同时，保障氧化剂过氧化氢的稳定性，且能够保证对设备的腐蚀性较小。

2、本发明的化学机械抛光水性组合物，其优选的缓蚀成膜剂由2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和乳酸复合组成，兼具膦酸、羧酸和羟基的结构特性，这些活性基团可与钛片表面的Ti⁴⁺或Ti螯合吸附生成一层致密的保护膜，能够发挥屏蔽缓蚀作用，从而能够阻止腐蚀的进行，减少表面缺陷和颗粒残留；此外，上述两种试剂的复合能有效地增强缓蚀剂在金属表面的成膜能力，而同时存在于本发明的化学机械抛光水性组合物中的络合剂NH⁴⁺和F^-，其络合、扩散作用能够破坏缓蚀膜层，两者的协同作用能够平衡化学腐蚀作用强度和机械磨削作用强度，从而能够达到提高抛光去除效率、优化表面粗糙度和全局平坦化的效果。

3、本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法，通过更换硬度和孔隙度差别较大的两种聚氨酯抛光垫来实现高速率高平整度研磨的初抛光和优化表面粗糙度的精抛光，并且其所使用的抛光组合物均为同一种——即本发明的化学机械抛光水性组合物，工艺简单、可控，易操作。

4、本发明的化学机械抛光水性组合物及钛基片化学机械抛光工艺方法，均适合在低至1.0Psi的抛光压力情况下抛光，并取得了优异的抛光效果，抛光去除速率高，表面平整度好，极低表面缺陷和颗粒吸附，以及纳米级的表面粗糙度；优化组合物配方在低抛光压力下的精抛光中抛光去除速率最高可达234.0nm/min，表面粗糙度最低可至1.31nm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了本发明实施例1中实验组1-3的抛光去除速率（MRR）、表面粗糙度（Sa）与抛光压力的关系趋势图，其中图1（a）为MRR与抛光压力的关系趋势图，图1（b）为Sa与抛光压力的关系趋势图；

图2显示了本发明实施例1中实验组3的经过初抛光的钛基片的表面形貌观测图（观测仪器：microXAM三维白光干涉表面形貌仪，显微倍数：50X）；

图3显示了本发明实施例2中对照组2的经过精抛光的钛基片的表面形貌观测图，其中图3（a）为50X下的观测图，图3（b）为1000X下的观测图（观测仪器：Leica DM2500光学显微镜）；以及

图4显示了本发明实施例2中实验组1的经过精抛光的钛基片的表面形貌3D观测图（测试仪器：microXAM三维白光干涉表面形貌仪，显微倍数：50X）。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

设备及相关参数：

UNIPOL-1502型单面抛光机；

待抛光的钛基片：纯度99.9%的101.6mm(4in)化学纯钛圆基片；

初抛光使用抛光垫：IC1000聚氨酯抛光垫（Dow Electronic Materials）；

精抛光使用抛光垫：工业用二步抛光垫（Fujimi Electronic Materials）；

抛光盘转速：80rpm；

抛光进液流量：100mL/min；

其中，抛光去除速率(MRR)采用精密电子天平FA1004测重计算，并使用Leica DM2500光学显微镜、microXAM三维白光干涉表面形貌仪观察经过抛光的钛基片的表面质量。

一般方法：

本发明的钛基片化学机械抛光工艺方法主要包括：

首先，采用IC1000聚氨酯抛光垫和本发明的化学机械抛光水性组合物（其包含：1-20重量%，优选4—6重量%的磨料；0.5-10重量%，优选0.9-3重量%的氧化剂；0.01-10重量%，优选0.1-2重量%的络合剂；以及0.1-10重量%，优选1-5重量%的缓蚀成膜剂，其pH值为1.0-7.0，优选1.5-4.0），在1.0Psi抛光压力下对钛基片进行初抛光，以便得到镜面状态的高平整度钛片；

然后，采用工业用二步抛光垫和本发明的化学机械抛光水性组合物（其包含：1-20重量%，优选4—6重量%的磨料；0.5-10重量%，优选0.9-3重量%的氧化剂；0.01-10重量%，优选0.1-2重量%的络合剂；以及0.1-10重量%，优选1-5重量%的缓蚀成膜剂，其pH值为1.0-7.0，优选1.5-4.0），在1.0Psi抛光压力下对经过初抛光的钛基片进行精抛光，以便去除表面缺陷、降低表面粗糙度，得到极低颗粒残留、极低腐蚀缺陷的高平整度、纳米级粗糙度的钛片。

实施例1初抛光过程中抛光进液及抛光下压力的变化对抛光效果的影响

按照下列实验组和对照组中所述的条件分别进行钛基片初抛光实验，然后比较各组的抛光效果：

1、分组及处理方法

实验组1：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于0.4Psi压力下，对钛基片进行初抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为176.0nm/min，表面粗糙度Sa为33.9nm。

实验组2：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于0.6Psi压力下，对钛基片进行初抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为281.4nm/min，表面粗糙度Sa为21.2nm。

实验组3：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对钛基片进行初抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为415.0nm/min，表面粗糙度Sa为15.2nm。其中，经过初抛光的钛基片的表面形貌观测图见图2（观测仪器：microXAM三维白光干涉表面形貌仪，显微倍数：50X）。

对照组1：

采用1000克去离子水，于0.4Psi压力下对钛基片进行初抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为25.4nm/min，表面粗糙度Sa为81.7nm。

对照组2：

采用1000克去离子水，于1.0Psi压力下对钛基片进行初抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为26.9nm/min，表面粗糙度Sa为78.4nm。

2、结果和分析

详细结果见下表1：

表1抛光进液种类和抛光压力对抛光效果的影响

注：*：缺陷包括划痕、颗粒吸附、过腐蚀坑等，由严重到优良分五级表示，星级越高，缺陷越多，缺陷率越高。

如表1所示，采用去离子水作为抛光进液进行初抛光时，抛光压力对抛光效果的影响不明显，抛光去除速率均低下，抛光表面粗糙度大，缺陷率高；而采用本发明的酸性化学机械抛光水性组合物作为抛光进液时，抛光去除速率和抛光表面粗糙度均有明显优化，缺陷率降低，并且随抛光压力的提升，MRR呈线性提升，线性相关系数R2达0.9852（见图1（a）），表面粗糙度也从33.9nm下降到15.2nm（见图1（b）），划痕、颗粒吸附、过腐蚀坑等亦明显减少。

从本实施例可以看出，采用本发明的化学机械抛光水性组合物作为初抛光的抛光进液，对初抛光的抛光速率和抛光表面质量达到了意想不到的优化效果。并且优选于1.0Psi压力下，对钛基片进行初抛光。

实施例2精抛光过程中化学机械抛光水性组合物的成分及pH值对抛光效果的影响

按照下列实验组和对照组中所述的条件分别对初抛光后的钛基片进行精抛光，然后比较各组的抛光效果：

1、分组及处理方法

实验组1：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）和10克乳酸（LA）（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为234.0nm/min，表面粗糙度Sa为1.31nm。其中，经过精抛光的钛基片的表面形貌3D观测图见图4（测试仪器：microXAM三维白光干涉表面形貌仪，显微倍数：50X）。

实验组2：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用KOH校准其pH值至10.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为252.8nm/min，表面粗糙度Sa为4.46nm。

实验组3：

将10克氟化铵（络合剂）加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为150.9nm/min，表面粗糙度Sa为5.57nm。

实验组4：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸（缓蚀成膜剂）和10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为214.5nm/min，表面粗糙度Sa为1.97nm。

实验组5：

将10克乳酸（缓蚀成膜剂）和10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为175.0nm/min，表面粗糙度Sa为2.98nm。

实验组6：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入187克30%的25nm的二氧化硅水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为143.0nm/min，表面粗糙度Sa为2.40nm。

对照组1：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入224克25%的50nm的三氧化二铝水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用H₂SO₄校准其pH值至3.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为354.6nm/min，表面粗糙度Sa为10.4nm。

对照组2：

将20克2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和10克乳酸（缓蚀成膜剂）、10克氟化铵（络合剂）依次加入500克去离子水中，搅拌溶解、均匀后再缓慢搅拌加入224克25%的50nm的三氧化二铝水溶胶（磨料）。

在抛光进行前，向上述混合物中加入60克30%的氧化剂过氧化氢溶液，并用KOH校准其pH值至10.0，最后加水补足1000克并搅拌均匀后立即于1.0Psi压力下，对初抛光后的钛基片进行精抛光。结果显示，抛光去除速率MRR为466.0nm/min，表面粗糙度Sa为18.7nm。其中，经过精抛光的钛基片的50X、1000X的表面形貌观测图见分别图3（a）和图3（b）（观测仪器：Leica DM2500光学显微镜）。

2、结果和分析

详细结果见下表2：

表2抛光组合物成分及pH值对抛光效果的影响

注：*：缺陷包括划痕、颗粒吸附、过腐蚀坑等，由严重到优良分五级表示，星级越高，缺陷越多，缺陷率越高。

如表2所示，在对照组中，采用氧化铝溶胶作为磨料时，无论化学机械抛光水性组合物的pH值为酸性或碱性，其抛光去除速率相对于采用二氧化硅作为磨料的实验组均有大幅度提升，但其表面质量恶化严重，划痕、凸点等缺陷严重，且在碱性情况下还存在大量的氧化铝颗粒吸附；而pH值对二氧化硅磨粒的影响为，碱性条件下MRR有一定幅度提升，但表面缺陷严重，表面粗糙度较差；比较表2中化学机械抛光水性组合物的成分对抛光效果的影响结果可知，缓蚀成膜剂组合物对抛光去除速率和表面质量影响比较明显，且相对于LA，PBTCA对抛光去除速率和表面质量的影响更加明显，PBTCA缺失对抛光效果有明显的消极作用；络合剂NH4F对抛光效果特别是MRR的影响也十分明显，缺失后MRR降低近50%。

从本实施例可以看出，优化的化学机械抛光水性组合物应以PBTCA和LA为缓蚀成膜剂，以氟化铵为络合剂，以胶体二氧化硅为磨料，且pH值应为弱酸性，如可以为3.0，这是因为兼具缓蚀成膜剂的成膜能力和络合剂的络合扩散能力，能较好的平衡化学作用和机械作用，从而，利用其对经过初抛光的钛基片进行精抛光时，能够得到优化的抛光去除速率和抛光表面质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种化学机械抛光水性组合物，其特征在于，包含：

1-20重量%的磨料，其中，所述磨料为胶体二氧化硅；

0.5-10重量%的氧化剂；

0.01-10重量%的络合剂；以及

0.1-10重量%的缓蚀成膜剂，

其中，所述化学机械抛光水性组合物的pH值为1.0-7.0，

所述络合剂为氟化铵，

所述缓蚀成膜剂为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸和乳酸。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，包含：

4-6重量%的磨料；

0.9-3重量%的氧化剂；

0.1-2重量%的络合剂；

1-5重量%的缓蚀成膜剂。

3.根据权利要求1所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述化学机械抛光水性组合物的pH值为1.5-4.0。

4.根据权利要求1所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述胶体二氧化硅的平均粒度为10-200纳米。

5.根据权利要求4所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述胶体二氧化硅的平均粒度为10-50纳米。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述氧化剂为选自无机过氧化合物和有机过氧化合物的至少一种。

7.根据权利要求6所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢。

8.根据权利要求1所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，利用pH调节剂调节所述化学机械抛光水性组合物的pH值，其中所述pH调节剂为无机或有机酸碱。

9.根据权利要求8所述的化学机械抛光水性组合物，其特征在于，所述pH调节剂为选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氧化钾、氨水、乙醇胺和三乙醇胺的至少一种。

10.一种钛基片化学机械抛光工艺方法，其特征在于，

利用权利要求1-9任一项所述的化学机械抛光水性组合物，对所述钛基片依次进行初抛光和精抛光。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述初抛光采用硬质抛光垫进行，其中所述硬质抛光垫的肖氏D级硬度值为60。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述硬质抛光垫为IC1000聚氨酯抛光垫。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述精抛光采用软质抛光垫进行，其中所述软质抛光垫的肖氏D级硬度值为27。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述软质抛光垫为工业用二步抛光垫。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在1.0Psi抛光压力下、利用抛光机进行所述初抛光和精抛光。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述抛光机为UNIPOL-1502型单面抛光机。

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