CN107189695A - 一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液 - Google Patents

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王良咏
徐志国
李彦军
徐宇恒
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Zhejiang Sinorgmed Crystal Nano Science And Technology Co Ltd
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Zhejiang Sinorgmed Crystal Nano Science And Technology Co Ltd
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明尤其涉及一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，属于不锈钢衬底化学机械抛光技术领域。包含抛光颗粒、氧化剂、腐蚀抑制剂、pH调节剂及水性介质；其中，抛光颗粒重量百分含量为0.1wt‑50wt％，优选5wt‑40wt％；氧化剂重量百分含量为0.1wt‑10wt％，优选0.5wt‑5wt％；腐蚀抑制剂重量百分含量为0.001wt‑2wt％，优选0.001wt‑1wt％。本发明所述化学机械抛光液在保证不锈钢高抛光效率的同时，能有效降低化学机械抛光后不锈钢衬底表面的料纹以及橘皮缺陷。

Description

一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液
技术领域
本发明涉及一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，属于蓝宝石衬底的化学机械抛光技术领域。
背景技术
不锈钢因其外观漂亮、耐腐蚀特性、不易损坏等优点，广泛应用于厨卫、建筑、包装、手机、手表、品牌logo等产品。尤其近年来随着智能终端设备的广泛普及、以及苹果产品的示范带动作用，不锈钢在智能终端设备(手机、手表、手环等)中广泛应用于外壳、品牌logo、扬声器喇叭网等。因后续工艺需求、以及人们对外观细腻质感的审美要求，要求其表面具有高亮度、低表面缺陷，呈完美镜面。而一般未经加工的不锈钢衬底表面普遍存在机械损伤、大量宏观划痕、粗糙不平及沾污等缺陷，难以满足要求。能实现全局平坦化、对衬底低损伤的化学机械抛光工艺(又称化学机械平坦化Chemical-Mechanical Planarization或化学机械研磨Chemical-Mechanical Polishing，简称CMP)，则使得大规模加工不锈钢衬底、得到高质量不锈钢衬底表面成为可能。
在不锈钢衬底的CMP加工中，因不锈钢硬度大，如何提高抛光效率成为一大难题；与此同时，不锈钢主要成分为Fe/Cr合金、并含有Ni、Si、Mn等各种金属半金属微量元素，各元素物理性质及反应活性差异均较大，抛光后不锈钢表面容易存在颗粒残留、料纹、针孔、橘皮等各种缺陷，尤其是料纹和橘皮缺陷控制难度较大。
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种不锈钢衬底用化学机械抛光液,用于解决现有技术中的问题。
发明内容
本发明的目的为了克服现有不锈钢衬底用化学机械抛光液存在抛光表面有料纹及橘皮为主的较低质量不锈钢衬底表面的技术缺陷，提出了一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液。
一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液包含抛光颗粒、氧化剂、腐蚀抑制剂、pH调节剂及水性介质；
其中，所述的抛光颗粒为胶体二氧化硅，其粒径范围为5-200nm，优选10-130nm；且所述抛光颗粒在抛光过程中，可通过抛光材料-抛光颗粒-抛光垫的接触，实现对抛光材料的机械去除；
抛光颗粒通过自身硬度、表面化学活性以及表面带电情况，在抛光过程中起到增强机械摩擦、颗粒润滑以及参与表面反应的功能；
抛光颗粒重量百分含量为0.1wt-50wt％，优选5wt-40wt％；
氧化剂选自双氧水、过氧乙酸以及硝酸铁的一种；氧化剂通过氧化修饰抛光材料表面，在CMP工艺尤其是金属抛光过程中起着重要的作用；本发明所筛选的氧化剂能有效提高不锈钢抛光速度，与此同时能保证一定的抛光后表面质量；
氧化剂重量百分含量为0.1wt-10wt％，优选0.5wt-5wt％；
腐蚀抑制剂选自环糊精、羟丙基纤维素(Mw 3万)、二苯-18-皇冠醚-6、可溶性淀粉，优选环糊精和二苯-18-皇冠醚-6；其中，二苯-18-皇冠醚-6及二苯-18-皇冠醚-6属于醚类腐蚀抑制剂；
金属抛光中最常见的腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)，在不锈钢抛光中BTA会明显降低抛光速度；而且因其在不锈钢表面形成的钝化膜不够致密，抛光后的不锈钢表面料纹和橘皮缺陷仍未得到明显改善；
腐蚀抑制剂重量百分含量为0.001wt-2wt％，优选0.001wt-1wt％；
pH调节剂选自NaOH、KOH、氨水、三乙醇胺、硝酸以及磷酸；所述pH调节剂的pH值范围为2到11，优选9到11。
有益效果
本发明提供的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，与其他不锈钢衬底用化学机械抛光液相比，具有如下有益效果：
1.本发明所述抛光液的抛光效率很高；金属抛光中最常见的腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)，在不锈钢抛光中BTA会明显降低抛光速度；而本发明可以有效提高抛光速度；
2.现有的不锈钢衬底用化学机械抛光液因在不锈钢表面形成的钝化膜不够致密，抛光后的不锈钢表面料纹和橘皮缺陷仍未得到明显改善；本发明所筛选的醚类腐蚀抑制剂尤其是二苯-18-皇冠醚-6，因其分子结构中含大量富电子、孤电子对局域化以及其本身分子结构呈中空结构，非常有利于其在不锈钢表面通过大量氢键形成致密钝化膜，从而有效控制抛光后不锈钢表面的料纹和橘皮缺陷；
3.本发明提供的一种不锈钢衬底用化学机械抛光液，尤其适用于不锈钢304和316的化学机械抛光工艺。
附图说明
图1为本发明一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液对比例1抛光后不锈钢表面显微镜照片；
图2为本发明一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液对比例2抛光后不锈钢表面显微镜照片；
图3为本发明一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液对比例3、4抛光后不锈钢表面显微镜照片；
图4为本发明一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液实施例1抛光后不锈钢表面显微镜照片；
图5为本发明一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液实施例2、3抛光后不锈钢表面显微镜照片。
具体实施方式
本发明将通过下列实施例进一步加以详细描述，下列实施例仅用来举例说明本发明，而不对本发明的范围作任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现的修改和变化均包括在本发明及所附权利要求的范围内。本专利的实施例针对304不锈钢衬底进行抛光测试。
A.仪器：UNIPOL-1502抛光机
B.条件：压力(Down Force)：3psi
抛光垫(Pad):黑色精抛布
抛光垫转速(Pad Speed):60rpm
抛光头转速(Carrier Speed):60rpm
温度：25℃
抛光液流速(Feed Rate)：150ml/min
抛光时间：0-30min
C.抛光液：取实施例抛光液进行测试(见表1)。
本发明所述实施例采用UNIPOL-1502抛光机对304不锈钢衬底进行抛光，抛光前后使用金相显微镜(OLYMPUS,MX61)观察304不锈钢衬底表面形貌。
各实施例抛光液配方及抛光测试结果如表1所示：
实施例1
其中，实施例1的抛光颗粒粒径为60nm，固含量为40wt％；氧化剂选用H2O2，其含量为5wt％；腐蚀抑制剂为羟丙基纤维素，其含量为1000ppm；pH调节剂选择KOH，pH值为10；抛光到镜面所需时间为10分钟；抛光后不锈钢表面无料纹，轻微橘皮。
实施例2
实施例2的抛光颗粒粒径为100nm，固含量为40wt％；氧化剂选用过氧乙酸，其含量为6wt％；腐蚀抑制剂为二苯-18-皇冠醚-6，其含量为5000ppm；pH调节剂选择氨水，pH值为9；抛光到镜面所需时间为8分钟；抛光后不锈钢表面无料纹、无橘皮。
表1实施例抛光液配方及抛光测试结果
整体而言，使用本发明提供的化学机械抛光液，可明显提升蓝宝石抛光速率。以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：包含抛光颗粒、氧化剂、腐蚀抑制剂、pH调节剂及水性介质；
其中，抛光颗粒重量百分含量为0.1wt-50wt％，优选5wt-40wt％；
氧化剂重量百分含量为0.1wt-10wt％，优选0.5wt-5wt％；
腐蚀抑制剂重量百分含量为0.001wt-2wt％，优选0.001wt-1wt％。
2.根据权利要求1所述的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：所述的抛光颗粒为胶体二氧化硅，其粒径范围为5-200nm，优选10-130nm；且所述抛光颗粒在抛光过程中，可通过抛光材料-抛光颗粒-抛光垫的接触，实现对抛光材料的机械去除；
抛光颗粒通过自身硬度、表面化学活性以及表面带电情况，在抛光过程中起到增强机械摩擦、颗粒润滑以及参与表面反应的功能。
3.根据权利要求1所述的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：氧化剂选自双氧水、过氧乙酸以及硝酸铁的一种；氧化剂通过氧化修饰抛光材料表面，在CMP工艺尤其是金属抛光过程中起着重要的作用；本发明所筛选的氧化剂能有效提高不锈钢抛光速度，与此同时能保证一定的抛光后表面质量。
4.根据权利要求1所述的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：腐蚀抑制剂选自环糊精、羟丙基纤维素(Mw 3万)、二苯-18-皇冠醚-6、可溶性淀粉，优选环糊精和二苯-18-皇冠醚-6；其中，二苯-18-皇冠醚-6及二苯-18-皇冠醚-6属于醚类腐蚀抑制剂；
金属抛光中最常见的腐蚀抑制剂为苯并三氮唑(BTA)，在不锈钢抛光中BTA会明显降低抛光速度；而且因其在不锈钢表面形成的钝化膜不够致密，抛光后的不锈钢表面料纹和橘皮缺陷仍未得到明显改善。
5.根据权利要求1所述的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：pH调节剂选自NaOH、KOH、氨水、三乙醇胺、硝酸以及磷酸；所述pH调节剂的pH值范围为2到11，优选9到11。
6.根据权利要求1所述的一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液，其特征在于：尤其适用于不锈钢304和316的化学机械抛光工艺。
CN201710577009.2A 2017-04-15 2017-07-14 一种可有效应用于不锈钢衬底化学机械抛光工艺的抛光液 Pending CN107189695A (zh)

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