CN105862044B - 化学机械抛光浆液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种pH值介于8.5至13.5之间的化学机械抛光浆液，用于对不锈钢基材进行抛光，其包括含量为10至50wt％的研磨颗粒；含量为0.001至2.0wt％的散热剂；含量为0.001至1.0wt％的氧化剂；含量为10至5000ppm的润滑提升剂；以及含量为10至5000ppm的发泡抑制剂，其中该研磨颗粒的粒径尺寸介于20至500nm之间。根据本发明之碱性抛光浆液能于化学机械抛光后达到提高抛光效果、表面质量与抛光后之表面保护效益。

Description

化学机械抛光浆液
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光领域，特别是涉及一种用于抛光不锈钢金属材料的抛光浆液组成物。
背景技术
过去对于不锈钢金属材质表面的化学机械抛光处理，皆利用酸性蚀刻或腐蚀作用所施加之化学力或是利用较坚硬耐磨的颗粒(如氧化铝、碳化硅或氧化硅等)于金属表面上所施加之机械力来达成表面平坦化之效果。在美国专利US20140127983A1与Kao et al.于一公开文件”Advances in Materials Science and Engineering之Synthesis andCharacterization of SiO2Nanoparticles and their Efficacy in ChemicalMechanical Polishing Steel Substrate”中，均未揭露以化学配方调制使用于化学机械抛光制程中的抛光浆液。
此外，在现有技术中，用于不锈钢基材抛光的抛光浆液多以酸性金属抛光液为主，该酸性抛光液往往无法提供不锈钢基材优良的抛光效果。
然而在不锈钢表面于化学机械抛光之精致抛光过程中，除了透过精抛浆液对不锈钢表面达到表面收光、平坦度提升之外，也需针对粗抛及中抛制程阶段所产生或遗留之刮痕、滑痕与刮伤等表面缺陷作移除与修复等进阶工作，以达到表面零缺陷与光泽度之完美抛光基材。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种化学机械抛光浆液，可用于快速抛光不锈钢金属材料，使其达到镜面抛光效果以及抛光表面无缺陷之目的。
为达上述发明目的，一种根据本发明之化学机械抛光浆液包含：研磨颗粒、散热剂、氧化剂、润滑提升剂以及发泡抑制剂等组成，其中该研磨颗粒相对于该化学机械抛光浆液的含量为10至50wt％、散热剂的含量为0.001至2.0wt％、氧化剂的含量为0.001至1.0wt％、润滑提升剂以及发泡抑制剂的含量则皆为10至5000ppm，并且该研磨颗粒的粒径尺寸介于20至500nm之间。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中还包含有一碱性pH值调整剂，该碱性pH值调整剂的添加可使该化学机械抛光浆液的pH值介于8.5至13.5之间。
根据本发明的另一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中还包含有一溶剂，其中该溶剂选自为水。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该研磨颗粒系选自由胶质二氧化硅、高温成型二氧化硅、胶质三氧化二铝、结晶相三氧化二铝、奈米碳化硅、奈米结晶金刚钻石所组成之群组中的至少一者。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该散热剂系选自由乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、三甘醇所组成之群组中的至少一者。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该氧化剂系选自由草酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、苹果酸、山梨酸、延胡索酸、冰醋酸、戊酸、丙二酸、己二酸、聚甲基丙烯酸、过氯酸钠、氯酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、硝酸铁、氯化铁所组成之群组中的至少一者。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该润滑提升剂系选自由十二烷基硫酸钠、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、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、双酚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组成之群组中的至少一者。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该发泡抑制剂系选自由聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷所组成之群组中的至少一者。
根据本发明的一实施例所述，在上述化学机械抛光浆液中，该碱性pH值调整剂系选自由氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾所组成之群组中的至少一者。
附图说明
无
具体实施方式
下面的详细描述是实施本发明的最佳当前预期模式。由于本发明的范围由所附的权利要求所限定，因此该描述不应被视为限制，而仅是用于说明本发明通用原理的目的。
本发明针对目前不锈钢基材在化学机械抛光之粗抛、中抛与精抛等连续制程中，因抛光浆液之组成、抛光条件等所产生之线纹、刮痕、表面橘皮(orange peel)与表面雾化等材料缺陷，进而提供一种可应用于不锈钢金属之镜面抛光且可达到抛光表面无缺陷之碱性化学机械抛光浆液，其包括：研磨颗粒；散热剂；氧化剂；润滑提升剂；以及发泡抑制剂。
为控制本发明所述之抛光浆液在碱性条件下，该抛光浆液还包括用于调配该抛光浆液之pH值的碱性pH值调整剂。
应当理解的是，本发明所述之化学机械抛光浆液还包含一作为载剂的溶剂，其可为水或去离子水等水溶剂。
在本发明一实施例中，于机械搅拌条件下，将所需固含量配制之研磨颗粒加入去离子水中分散与稀释，随后依序加入氧化剂、润滑提升剂、发泡抑制剂与碱性pH调整剂使抛光浆液调整至所需之pH值，并添加去离子水辅助进行抛光浆液完整比例之配制，将其充分搅拌均匀后即完成本发明所述之化学机械抛光浆液。
以下使用本发明所调制的化学机械抛光浆液对不锈钢基材进行精抛制程，在清洗与干燥后以原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)量测其表面粗糙度并观察其表面状态，并且以厚度量测仪量测抛光前后之厚度差异所得之移除率。
抛光条件如下：抛光机：M15P；盘面尺寸：390mm；抛光垫种类：Politex；研磨头转速/盘面转速：75/90rpm；下压压力：0.4kgf/cm2；抛光液流速：15L/min；抛光时间：6min；抛光使用之浆料浓度：10wt％；被抛光物件：不锈钢SS-304；被抛光对象尺寸(长x宽x高)：37x26x 0.6mm。
请参考下表一，表一为本发明利用上述化学机械抛光浆液对不锈钢基材进行抛光的具体实施例。
表一
在上述实施例中的研磨颗粒为抛光浆液的主成分，其含量于整体抛光浆液中可为10～50wt％，优选的控制在20～45wt％之间，更优选的控制在27～42wt％之间；研磨颗粒的粒径尺寸控制于20～500nm之间，优选的在30～400nm之间，更优选的在50～350nm之间。由于研磨颗粒的选择会影响基材的移除率及其表面质量，因此除了在上述实施例中所选用的胶质二氧化硅与结晶相三氧化二铝之外，尚可选自由高温成型二氧化硅、胶质三氧化二铝、结晶相三氧化二铝、奈米碳化硅(金钢砂)、奈米结晶金刚钻石所组成之群组中的至少一者。
在上述实施例中的散热剂系一种抛光散热剂，用于加速抛光基材的散热程度，以去除在化学机械抛光的过程中温度对不锈钢基板的去除率以及表面粗糙度的影响。该散热剂可选自由乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、三甘醇所组成之群组中的至少一者，其含量于整体抛光浆液中可介于0.001～2.0wt％之间，优选的在0.01～0.8wt％之间，最优选的控制在0.1～1.5wt％之间。
在上述实施例中的氧化剂系用于氧化基材表面以形成一层氧化膜来提高其抛光选择性，其含量于整体抛光浆液中可介于0.001～1.0wt％之间，优选的为0.01～0.8wt％之间，更佳为0.03～0.6wt％之间。该氧化剂除了表一中所选用的草酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、山梨酸、冰醋酸、丙二酸、己二酸、聚甲基丙烯酸、氯酸钠、亚氯酸钠、硝酸铁与氯化铁之外，还可选自由次氯酸钠、苹果酸、延胡索酸、戊酸以及过氯酸钠所组成之群组中的至少一者。
在上述实施例中的润滑提升剂可助于在抛光过程中增加抛光润滑性与滑顺度，其含量在整体抛光浆液中可介于10～5000ppm之间，优选的在50～4000ppm之间，更佳可控制在200～3000ppm之间。该润滑提升剂除了表一所选用中的十二烷基硫酸钠、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甘油醚、双酚A聚氧乙烯醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚以及聚乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯之外，亦可选自由聚乙二醇单甲醚、聚氧乙烯月桂醚与脂肪醇聚氧乙烯醚所组成之群组中的至少一者。
在上述实施例中的发泡抑制剂可进一步去除于抛光过程中因空气接触而产生的泡沫，其可选自由聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷所组成之群组中的至少一者。该发泡抑制剂在整体抛光浆液中的含量可介于10～5000ppm之间，优选的控制在50～4000ppm之间，更加可在100～2000ppm之间。
在上述实施例中的碱性pH值调整剂，除了于表一中所举之氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠以及四甲基氢氧化铵之外，还可选自由四乙基氢氧化铵、碳酸钾所组成之群组中的至少一者，用于将本发明所述之抛光浆液的pH值范围控制在8.5～13.5之间，优选的在9～13之间，更优选的在9.5～11.5之间。
由表一中可见，若将抛光浆液的组成调配在上述的组成条件下，不锈钢基材的表面粗糙度皆可被控制在0.33mm以下，移除率可达到14.8μm/h，并且该不锈钢基材的表面呈现无缺陷之镜面光泽状态。
请参考下表二，表二为使用非本发明所述之化学机械抛光浆液对不锈钢基材进行抛光制程的比较例，其抛光条件与本发明实施例相同，在此不再赘述。
表二
透过表二比较例的实施，可见只要抛光浆液中的研磨颗粒含量、研磨颗粒粒径尺寸、抛光浆液pH值、氧化剂、润滑提升剂及发泡抑制剂其中有一项不同于本发明抛光浆液所述的控制参数，例如在比较例1中该研磨颗粒的含量低于本发明所述的10wt％；在比较例2中的研磨颗粒粒径尺寸低于本发明所述之20nm；在比较例3中的抛光浆液pH值低于本发明所述的8.5；以及在比较例4-7中缺少本发明所述抛光浆液中的散热剂、氧化剂、润滑提升剂与发泡抑制剂，经抛光后不锈钢基材的表面粗糙度则会增加，研磨移除率降低，并且造成不锈钢金属基材表面产生如线纹、刮痕、表面橘皮与表面雾化等缺陷进而破坏其抛光效果。
本发明的碱性化学机械抛光浆液在不锈钢基材的表面粗糙度及移除率方面皆发挥显著优异之抛光效果，除了可对于不锈钢基材于粗抛与中抛制程后所进行的精抛达到表面缺陷移除与镜面呈现之外，也提供基材表面于抛光后的表面钝化保护效果，可长时间维持于精抛后之表面镜面光泽。相较于现有技术，本发明提供之碱性抛光浆液能提升在不锈钢基材的抛光效果、表面质量(无缺陷)与抛光后之表面保护效益。
虽然本发明已以有限数量的实施例描述，应当理解的是，可以进行本发明的许多变型，修改以及其它应用。因此，如随后的权利要求所要求保护的发明并不局限于本文所述的实施例。

Claims (10)

1.一种pH值介于8.5至13.5之间的化学机械抛光浆液，包含：
含量为10至50wt%的研磨颗粒；
含量为0.001至2.0wt%的散热剂；
含量为0.001至1.0wt%的氧化剂；
含量为10至5000ppm的润滑提升剂；以及
含量为10至5000ppm的发泡抑制剂，其中该研磨颗粒的粒径尺寸介于20至500nm之间。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该抛光组成物还包含一碱性pH值调整剂。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该抛光组成物还包含一水溶剂。
4.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该研磨颗粒系选自由胶质二氧化硅、高温成型二氧化硅、胶质三氧化二铝、结晶相三氧化二铝、奈米碳化硅、奈米结晶金刚钻石所组成之群组中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该散热剂系选自由乙二醇、聚乙二醇、丙三醇、三甘醇所组成之群组中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该氧化剂系选自由草酸、柠檬酸、酒石酸、水杨酸、苹果酸、山梨酸、延胡索酸、冰醋酸、戊酸、丙二酸、己二酸、聚甲基丙烯酸、过氯酸钠、氯酸钠、亚氯酸钠、次氯酸钠、硝酸铁、氯化铁所组成之群组中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该润滑提升剂系选自由十二烷基硫酸钠、十二烷基聚氧乙醚硫酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、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、双酚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组成之群组中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，其中该发泡抑制剂系选自由聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷所组成之群组中的至少一者。
9.根据权利要求2所述的化学机械抛光浆液，其中该碱性pH值调整剂系选自由氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、碳酸钠、碳酸钾所组成之群组中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆液，系用于不锈钢金属材料之化学机械抛光。
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