CN108603076A - 抛光系统以及制备和使用抛光系统的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抛光系统，所述抛光系统包括待抛光的基板和抛光垫。所述抛光垫包括基底层和抗磨损层。所述系统还包括设置在所述抛光垫与所述基板之间的抛光液。所述抛光液包含流体组分和多个陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物包括均匀地分散在整个多孔陶瓷基体上的单独的磨料颗粒。多孔陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料。所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中。
Description
技术领域
本公开涉及可用于基板的抛光的抛光液和使用此类抛光液的方法。
背景技术
已提出了用于超硬基板的抛光的各种制品、系统和方法。此类制品、系统和方法在例如C.Z.Li等人，《机械工程师学会会报，B辑：工程制造杂志》，第225卷(C.Z.Li et.al.,Proc.IMechE Vol.225 Part B:J.Engineering Manufacture)；以及Y.Wang等人，《高级材料研究》，第126-128卷，2010年，第429-434页，瑞士Trans Tech Publications出版社，出版年份：2010年(Y.Wang,et.al,Advanced Materials Research Vols.126-128(2010)pp429-434(2010)Trans Tech Publications,Switzerland)中有所描述。
发明内容
在一些实施方案中，提供了一种抛光系统。该系统包括待抛光的基板和抛光垫。该抛光垫包括基底层和抗磨损层。该系统还包括设置在抛光垫与基板之间的抛光液。抛光液包含流体组分；以及多个陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物包括均匀地分散在整个多孔陶瓷基体上的单独的磨料颗粒。所述多孔陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料。所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中。
在一些实施方案中，提供了抛光基板的方法。该方法包括提供待抛光的基板以及提供抛光垫。抛光垫包括基底层和抗磨损层。该方法还包括提供抛光液。抛光液包含流体组分以及多个陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物包括均匀地分散在整个多孔陶瓷基体上的单独的磨料颗粒。所述多孔陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料。陶瓷磨料复合物分散在流体组分中。该方法还包括将抛光液定位在基板与抛光垫之间，并且将基板和抛光垫相对于彼此移动，使得基板被抛光。
本公开的以上概述不旨在描述本公开的每个实施方案。本公开中的一个或多个实施方案的细节也阐述在以下说明中。依据说明书和权利要求书，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。
附图说明
结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1示出根据本公开的一些实施方案的利用制品和方法的抛光系统的示例的示意图。
图2A示出根据本公开的一些实施方案的抛光垫的顶部透视图。
图2B和2C示出根据本公开的一些实施方案的抛光垫的示意性剖视图。
具体实施方式
定义
如本文所用，单数形式“一个”、“一种”、和“所述”包括复数指代，除非所述内容清楚地表示其它含义。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
如本文所用，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望属性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
当前，超硬基板(例如，蓝宝石基板)抛光工艺为固定研磨工艺或涉及使用磨料填充金属板，然后用胶态二氧化硅浆液来进行化学机械抛光的研磨工艺。打磨和抛光超硬基板的挑战尚未使用这类工艺的已知版本得到满足。例如，不足的材料移除速率、不佳的表面光洁度、次表面损坏、高成本和整个工艺难度均与这类已知工艺相关联。
本公开涉及克服了许多与常规研磨工艺相关联的上述问题的可用于抛光超硬基板的制品、系统和方法。
机械和化学-机械平面化工艺从基板(例如，半导体晶片、场发射显示器和许多其它微电子基板)的表面移除材料，从而在基板中以期望的高度形成平整表面。
图1示意性地示出根据本公开的一些实施方案的利用制品和方法的抛光系统10的示例。如图所示，系统10可包括压板20、载体组件30、抛光垫40和设置在抛光垫40的主表面周围的一层抛光液50。在抛光系统10的操作期间，驱动组件55可旋转(箭头A)压板20，以移动抛光垫40来执行抛光操作。抛光垫40和抛光液50可单独地或组合起来限定抛光环境，该抛光环境是以机械方式和/或以化学方式从基板12的主表面移除材料或抛光基板12的主表面。为使用抛光系统10来抛光基板12的主表面，载体组件30可在抛光液50的存在下抵靠抛光垫40的抛光表面42按压基板12。压板20(且因此抛光垫40)和/或载体组件30然后相对于彼此移动，以使基板12横跨抛光垫40的工作表面42平移。载体组件30可旋转(箭头B)且任选地横向移动(箭头C)。因此，磨料颗粒(其可包含于抛光垫40和/或抛光液50中)和/或抛光环境中的化学品从基板12的表面移除材料。应当理解，图1的抛光系统10仅为可结合本公开的制品和方法采用的抛光系统的一个示例，并且可在不脱离本公开的范围的情况下采用其它常规抛光系统。
在一些实施方案中，本公开的抛光垫40可包括具有第一主表面65和第二主表面67(例如，第一主平坦表面和第二主平坦表面)的聚合物材料的基底层。抛光垫还可包括多个腔，这些腔从基底层的第一主表面65和第二主表面67中的任一者或两者延伸到基底层中。例如，如图2A至图2C所示，抛光垫40可包括具有第一主表面65的基底层60和从第一主表面65延伸到基底层60中的多个腔70。腔70可延伸到基底层60中任何所需距离(包括完全穿过基底层60)。另选地，基底层60的第一主表面和第二主表面中的任一者或两者可为连续表面(即，不包括腔)。在其中第一主表面包括腔并且第二主表面是连续的实施方案中，应当理解任一主表面均可用作工作表面42(即，该垫的最靠近待抛光的基板并旨在在抛光工艺期间接触抛光液的表面)。
在例示性实施方案中，抛光垫40的基底层可由聚合物材料形成。例如，基底层可以由以下材料形成：热塑性塑料，例如聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚环氧乙烷、聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯乙烯、聚甲醛塑料等)；热固性塑料(例如，聚氨酯、环氧树脂、苯氧基树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺和脲甲醛树脂、可辐射固化的树脂)或它们的组合形成。在一些实施方案中，基底层可包含聚丙烯或由聚丙烯形成。基底层可基本上由仅一层材料组成，或者其可具有多层构造。例如，基底层可包括多个层或层叠堆，其中所述叠堆的单独的层通过合适的紧固机构(例如，粘合剂)联接到彼此。基底层(或层叠堆的单独的层)可具有任何形状和厚度。基底层的厚度(即，基底层沿垂直于第一主表面和第二主表面的方向的尺寸)可小于10mm、小于5mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.25mm、小于0.125mm、或小于0.05mm。
在各种实施方案中，腔70可具有任何尺寸和形状。例如，腔的形状可选自多个几何形状，诸如立方体、圆柱体、棱柱、半球体、长方体、棱锥、截棱锥、圆锥形、截锥形、十字形、带有呈弓形或平坦的底部表面的柱状、或它们的组合。另选地，腔中的一些或全部可具有不规则形状。在一些实施方案中，腔中的每个具有相同的形状。另选地，任意数量的腔可具有不同于任意数量的其它腔的形状。
在各种实施方案中，形成腔的侧壁或内壁中的一者或多者可相对于顶部主表面垂直，或作为另外一种选择可沿任何一个方向渐缩(即，朝腔的底部或朝腔的顶部(朝主表面)渐缩)。形成锥形的角可在约1度至75度、约2度至50度、约3度至35度、或介于约5度至15度之间的范围内。腔的高度或深度可为至少1μm、至少10μm或至少800μm；小于10mm、小于5mm或小于1mm。腔70的高度可以是相同的，或腔中的一者或多者可具有不同于任意数量的其它腔70的高度。
在一些实施方案中，腔70可具有限定在第一主表面65中的腔开口70'，腔开口70'具有至少2μm、至少25μm、至少50μm或至少100μm；小于20mm、小于10mm、小于5mm或小于1mm的长度(腔沿主表面的平面的最长尺寸)；以及至少2μm、至少25μm、至少50μm或至少100μm；小于20mm、小于10mm、小于5mm或小于1mm的宽度(腔沿主表面的平面的最短尺寸)。在各种实施方案中，腔开口70'中的一者或多者(最多至腔的全部)为非沟槽状的(即，腔开口70'的长宽比为1、小于1.5、小于2或小于3)。
在例示性实施方案中，腔中的一者或多者(最多至全部)可形成为棱锥或截棱锥。此类棱锥形状可具有三至六个边(不包括底边)，但也可采用更大或更小数量的边。
在一些实施方案中，腔70可被提供成其中腔70呈对准行和列的布置方式。在某些情况下，一行或多行腔70可直接与相邻行的腔70对准。另选地，一行或多行腔70可与相邻行的腔70偏置。在其它实施方案中，腔70可被布置成螺线、螺旋线、螺丝锥、或网格状的形式。在另一其它实施方案中，腔70可被布置成“随机”阵列(即，不呈有组织的图案)。
在各种实施方案中，腔70的腔开口70'可彼此邻接(或几乎邻接)，或作为另外一种选择，腔开口70'可彼此分开某一指定距离。腔开口70'的间距可为每线性厘米至少5,000个开口、每线性厘米至少400个开口、每线性厘米至少200个开口或每线性厘米至少100个开口；每线性厘米少于0.5个开口、每线性厘米少于1个开口、每线性厘米少于2个开口或每线性厘米少于10个开口。另外，间距可改变，使得腔开口70'的集中度在一个位置比在另一个位置大(例如，集中度可在主表面的中心为最大)。在一些实施方案中，存在至少1个开口/4cm2、至少1个开口/cm2、至少4个开口/cm2、至少100个开口/cm2或至少1,000个开口/cm2的区域间距密度。复合物的区域间距密度在约1个开口/4cm2至40,000个开口/cm2、约20个开口/cm2至10,000个开口/cm2、或约50个开口/cm2至5,000个开口/cm2的范围。
在一些实施方案中，结合先前所述实施方案中的任一者，所述腔阵列之中的腔70中的一者或多者(最多至全部)可至少部分地填充有材料，以利于抛光垫30的性能改善。合适的腔填充材料可包括延性金属、蜡、抛光沥青、有机或无机组合物的多孔材料或它们的组合。腔填充材料可填充腔的体积的任一部分(最多至全部)。腔中的每个可设置有相同的腔填充材料和/或填充水平，或者可设置有不同的填充材料和/或填充水平。通过形成具有低支承面积的腔，可增加有效压力，从而提高与普雷斯顿方程相关联的移除速率，等等。用弹性或延性材料诸如抛光沥青或泡沫填充腔可能对支承区域几乎没有影响，因为颗粒将远离工件反射，然而“填充”可有效地将磨料工作颗粒供应至工作支承区域的点。如果腔太深，则颗粒可沉积在腔的底部中且可能从活性抛光区域或支承区域移除。泡沫材料诸如多孔聚氨酯为用于形成磨料颗粒至高压力区域的递送的腔填料的另一个示例。松散结合颗粒添加剂诸如电镀白色氧化铝也可作为助磨剂加入腔中，以提高被抛光的工件的移除速率或表面光洁度。
在一些实施方案中，抗磨损涂层可覆盖抛光垫的第一主表面和第二主表面中的任一者或两者的一部分(最多至全部)。例如，如图2B所示，抗磨损涂层73可覆盖并适形于或基本上适形于主表面65、67(包括腔70的内表面)。或者，如图2C所示，抗磨损涂层73可能不适形于或基本上不适形于主表面65、67，但可被设置为平坦或基本上平坦的涂层。令人惊讶的是，已发现具有某些抗磨损涂层的抛光垫可提供近似通过未涂布的抛光垫实现的那些移除速率的移除速率，同时显著延长抛光垫的工作寿命。虽然图2B和图2C示出覆盖第一主表面65和第二主表面67两者的抗磨损涂层73，但应当理解，抗磨损涂层73也可只存在于抛光垫的工作表面上。
在一些实施方案中，抗磨损涂层73可包含聚合物材料或由聚合物材料形成。可将聚合物材料选择成使得其可适形于或基本上可适形于它所覆盖的结构的形状。例如，抗磨损涂层73可包含超高分子量聚乙烯、聚苯硫醚、ABS、Tefzel[ETFE]、聚碳酸酯、Hytrel[TPE]等，或由超高分子量聚乙烯、聚苯硫醚、ABS、Tefzel[ETFE]、聚碳酸酯、Hytrel[TPE]等形成。在一些实施方案中，抗磨损涂层73可以介于0.1和20、1和10、1和5或2和5密耳之间的平均厚度存在。抗磨损涂层73的厚度在其所覆盖的表面上可为均匀的(例如，任何一点处的厚度可与表面上任何其它点处的厚度相比相差小于10％或小于20％)。抗磨损涂层可通过任何常规机构(诸如例如，使用压敏粘合剂、共挤出法或其它粘合剂)沉积到抛光垫上。
在一些实施方案中，本公开的抛光垫可包括一个或多个附加层。例如，抛光垫可包括粘合剂层诸如压敏粘合剂、热熔粘合剂或环氧树脂。可赋予垫更大刚度的“子垫”诸如热塑性塑料层(例如，聚碳酸酯层)可用于全局平坦化。子垫也可包括可压缩材料层，例如，发泡材料层。也可使用包括热塑性塑料层和可压缩材料层两者的组合的子垫。除此之外或另选地，可包括用于消除静电或监测传感器信号的金属膜、用于透射光的光学透明层、用于更精细精修工件的泡沫层、或用于赋予抛光表面“硬带”或刚性区的带肋材料。
如本领域的技术人员将理解，本公开的抛光垫可根据各种方法而形成，包括例如模塑、挤出、压印以及它们的组合。
在一些实施方案中，本公开的抛光液50(通常称为“浆液”)可包含具有分散和/或悬浮在其中的磨料复合物的流体组分。
在各种实施方案中，流体组分可为非水性的或水性的。非水性流体定义为具有至少50重量％的非水性流体，例如，有机溶剂。水性流体定义为具有至少50重量％的水。非水性流体组分可包括醇，例如乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇、甘油、聚乙二醇、三乙二醇；乙酸酯，例如乙酸乙酯、三乙酸酯、乙酸丁酯；酮，例如甲基乙基酮；有机酸，例如乙酸；醚；三乙醇胺；三乙醇胺的络合物诸如杂氮硅三环或硼当量；或它们的组合。水性流体组分可包含(除水之外)非水性流体组分，包括上述非水性流体中的任一者。流体组分可基本上由水组成，或流体组分中的水的量可为至少50重量％、至少70重量％、至少90重量％或至少95重量％。流体组分可基本上由非水性流体组成，或流体组分中的非水性流体的量可为至少50重量％、至少70重量％、至少90重量％或至少95重量％。当流体组分包含水性流体和非水性流体两者时，所得流体组分可为均匀的，即，单相溶液。
在例示性实施方案中，可将流体组分选择成使得磨料复合物颗粒不溶解于流体组分中。
在一些实施方案中，流体组分还可包含一种或多种添加剂，诸如例如分散助剂、流变改性剂、抗蚀剂、pH调节剂、表面活性剂、螯合剂/络合剂、钝化剂、泡沫抑制剂、以及它们的组合。常常加入分散助剂以阻止可导致不一致的或不利的抛光性能的浆液内的团聚颗粒的下垂、沉降、沉淀、和/或絮凝。可用的分散剂可包括为相对高分子量的脂族或脂环卤化物与胺的反应产物的胺分散剂，诸如为其中烷基基团包含至少30个碳原子的烷基酚与醛(尤其是甲醛)和胺(尤其是聚亚烷基多胺)的反应产物的聚亚烷基多胺和曼尼希分散剂。胺分散剂的示例在美国专利No.3,275,554；No.3,438,757；No.3,454,555和No.3,565,804中有所描述，所有这些专利均以引用方式并入本文。曼尼希分散剂的示例在美国专利No.3,036,003；No.3,236,770；No.3,414,347；No.3,448,047；No.3,461,172；No.3,539,633；No.3,586,629；No.3,591,598；No.3,634,515；No.3,725,480；No.3,726,882和No.3,980,569中有所描述，这些专利以引用方式并入本文。
可使用提供空间稳定性的分散助剂，诸如可以商品名SOLSPERSE、CARBOSPERSE和IRCOSPERSE从俄亥俄州威克利夫市的路博润公司(Lubrizol Corporation,Wickliffe,Ohio)购得的那些。附加分散剂包括：DISPERBYK添加剂，诸如得自德国韦塞尔县的BYK添加剂和设备公司(BYK Additives and Instruments,Wesel,Germany)的DISPERBYK 180；和DISPERS添加剂，包括得自弗吉尼亚州霍普韦尔市的伊诺力克工业公司(EvonikIndustries Hopewell,Virginia)的TEGO DISPERS 652、TEGO DISPERS 656和TEGODISPERSE 670。分散助剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
流变改性剂可包括剪切致稀剂和剪切增稠剂。剪切致稀剂可包括涂布在聚烯烃聚合物材料上的聚酰胺蜡，其可以商品名DISPARLON从康涅狄格州诺瓦克市的金氏工业公司(King Industries,Inc,Norwalk,Connecticut)购得，其包括DISPARLON AQH-800、DISPARLON 6100、DISPARLON BB-102。某些粘土(诸如蒙脱石粘土)也可作为剪切致稀剂加入。流变改性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
增稠剂可包括：热解法二氧化硅，诸如可以商品名CAB-O-SIL从马萨诸塞州波士顿市的卡伯特公司(Cabot Corporation,Boston,Massachusetts)商购获得的那些和得自伊诺力克工业公司(Evonik Industires)的AEROSIL；得自路博润公司(LubrizolCorporation)的SOLTHIX RHEOLOGY MODIFIERS和IRCOGEL；水溶性聚合物，例如聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、纤维素衍生物(羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、乙酸丁酸纤维素等)、聚乙烯醇、聚(甲基)丙烯酸、聚乙二醇、聚(甲基)丙烯酰胺、聚磺苯乙烯或它们的任何组合；非水性聚合物，例如聚烯烃、苯乙烯/马来酸酯共聚物，以及类似的聚合物物质(包括均聚物、共聚物和接枝共聚物)。所述试剂可包括含氮甲基丙烯酸聚合物，例如，衍生自甲基丙烯酸甲酯和二甲基氨基丙胺的含氮甲基丙烯酸酯聚合物。可商购获得的材料的示例包括聚异丁烯，诸如得自英国伦敦的BP公司(BP,London,England)的INDOPAL和/或得自德克萨斯州欧文市的埃克森美孚公司(ExxonMobil,Irving,Texas)的PARAPOL；烯烃共聚物，诸如得自路博润公司(Lubrizol Corporation)的LUBRIZOL 7060、7065和7067以及得自日本东京的三井化学公司(Mitsui Chemicals,Tokyo,Japan)的LUCANT HC2000L和LUCANT HC-600；氢化苯乙烯-二烯共聚物，诸如得自德克萨斯州休斯顿市的壳牌化学公司(ShellChemicals,Houston,Texas)的SHELLVIS 40和SHELLVIS 50以及得自路博润公司(LubrizolCorporation)的LZ 7308和LZ 7318；苯乙烯/马来酸酯共聚物，诸如得自路博润公司(Lubrizol Corporation)的LZ 3702和LZ 3715。聚甲基丙烯酸酯，诸如可以商品名VISCOPLEX购自宾夕法尼亚州霍舍姆市的伊诺力克罗曼克斯美国公司(Evonik RohMaxUSA,Inc.,Horsham,Pennsylvania)的那些、得自弗吉尼亚州里士满市的雅富顿化学公司(Afton Chemical Corporation,Richmond,Virginia)的HITEC系列粘度指数改进剂，以及得自路博润公司(Lubrizol Corporation)的LZ 7702、LZ 7727、LZ7725和LZ 7720C；烯烃接枝聚甲基丙烯酸酯聚合物，例如得自伊诺力克罗曼克斯美国公司(Evonik RohMax USA,Inc.)的VISCOPLEX 2-500和VISCOPLEX 2-600；以及氢化聚异戊二烯星形聚合物，如得自壳牌化学公司(Shell Chemicals)的SHELLVIS 200和SHELLVIS 260。其它材料包括具有径向构造或星形构造的甲基丙烯酸酯聚合物，诸如得自路博润公司(Lubrizol Corporation)的ASTERIC聚合物。可使用的粘度改性剂在美国专利No.5,157,088；No.5,256,752和No.5,395,539中有所描述，这些专利以引用方式并入本文。粘度改性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
可加入流体组分中的抗蚀剂包括碱性物质，所述碱性物质可中和抛光工艺的可降解金属的酸性副产物，该碱性物质诸如三乙醇胺、脂肪胺、辛胺辛酸、和十二碳烯基琥珀酸或酸酐和脂肪酸(诸如油酸)与多胺的缩合产物。抗蚀剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
可使用的合适的pH调节剂包括碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物、碱性盐、有机胺、氨和铵盐。示例包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铵、硼酸钠、氯化铵、三乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺和乙二胺。一些pH调节剂(诸如二乙醇胺和三乙醇胺)可能也能够在金属抛光期间与金属杂质(诸如铝离子)形成螯合物复合物。也可以采用缓冲液体系。可将缓冲液调节成跨越从酸性至近中性再至碱性的pH范围。多元酸用作缓冲剂，并且当完全或部分用氢氧化铵中和制得铵盐时，它们是代表性示例，其包括磷酸-磷酸铵、多磷酸-多磷酸铵、硼酸-四硼酸铵、硼酸-五硼酸铵pH调节剂的体系可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。其它缓冲液包括三质子型质子传递物和多质子型质子传递物及其盐(例如，铵盐)。这些可包括基于以下质子传递物的铵离子缓冲液体系，所有都具有至少一个大于7的pKa：天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、和肌肽。
可用的表面活性剂包括离子表面活性剂和非离子表面活性剂。非离子表面活性剂可包括含有亲水性链段和疏水性链段的聚合物，例如可以商品名PLURONIC从新泽西州弗洛勒姆帕克市的巴斯夫公司(BASF Corporation,Florham Park,New Jersey)购得的聚(丙二醇)-嵌段-聚(乙二醇)-嵌段-聚(丙二醇)；可以商品名BRIJ从新泽西州爱迪生的禾大公司(Croda International PLC,Edison,New Jersey)购得的聚(乙烯)-嵌段-聚(乙二醇)；可以商品名TERGITOL从密歇根州米德兰市的陶氏化学公司(Dow Chemical,Midland,Michigan)商购获得的壬基酚乙氧基化物和可以商品名TWEEN 60商购获得的聚乙二醇单硬脂酸脱水山梨醇酯以及得自禾大国际PLC公司(Croda International PLC)的其它TWEEN表面活性剂。
离子表面活性剂可包括阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂两者。阳离子表面活性剂包括季铵盐、磺酸盐、羧酸盐、直链烷基胺、烷基苯磺酸盐(洗涤剂)、(脂肪酸)皂、月桂基硫酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐和木质素磺酸盐。阴离子表面活性剂以两亲性阴离子和通常为碱性金属(Na+、K+)或季铵的阳离子解离于水中。类型包括月桂基聚氧乙烯醚-羧酸，诸如得自北卡罗来纳州高点市(High Point,North Carolina)的花王化学公司(KAOChemicals)、花王专业美洲LLC公司(Kao Specialties Americas LLC)的AKYPO RLM-25。表面活性剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
络合剂(诸如配体和螯合剂)可以包含在流体组分中，尤其是当本申请涉及其中金属屑和或金属离子可在使用期间存在于流体组分中的金属精修或抛光时。可通过添加络合剂来增强金属的氧化和溶解。这些化合物可键合到金属，以增大金属或金属氧化物在水性液体和非水性液体中的溶解度，如Cotton&Wilkinson；以及Hathaway在《综合协调化学》(Comprehensive Coordination Chemistry)第5卷(Wilkinson、Gillard、McCleverty编辑)中大体说明。可加入或用于液体组分中的合适添加剂包括也称为配体的单齿络合剂，诸如氨、胺、卤化物、拟卤化物、羧酸盐、硫醇盐等。可加入工作液体中的其它添加剂包括多齿络合剂，通常为多齿胺。合适的多齿胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、或它们的组合。两种单齿和多齿络合剂的组合包括氨基酸(诸如甘氨酸)和常用的分析螯合剂(诸如EDTA-乙二胺四乙酸和它的多种类似物)。另外的螯合剂包括：多磷酸盐、1,3-二酮、氨基醇、芳族杂环碱、酚、氨基酚、肟、席夫碱、和硫化合物。合适的络合剂(特别是在当对金属氧化物表面进行抛光时的情况下)的示例包括铵盐，诸如NH4HCO3、鞣酸、邻苯二酚、Ce(OH)(NO)3、Ce(SO4)2、邻苯二甲酸、水杨酸等。
络合剂可包括具有一个羧基基团(即，单官能羧酸)或多个羧酸基团(即，多官能羧酸)的羧酸和其盐，例如，二官能羧酸(即，二羧酸)和三官能羧酸(即，三羧酸)。如本文所用，术语“单官能”、“二官能”、“三官能”和“多官能”是指酸分子上的羧基基团的数量。络合剂可包括由碳、氢和一个或多个羧基基团组成的简单羧酸。示例性单官能简单羧酸包括，例如，甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、3-丁烯酸、癸酸、月桂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯乙酸、苯甲酸和甲苯酸。示例性多官能简单羧酸包括，例如，草酸、丙二酸、甲基丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。络合剂可包括取代羧酸，该取代羧酸包含一个或多个取代基，例如，卤化物、羟基基团、氨基基团、醚基和/或除所述一个或多个羧基基团之外的羰基基团。包括一个或多个羟基基团的羟基羧酸为一类取代羧酸。示例性羟基羧酸包括单官能羟基-羧酸和多官能羟基-羧酸。示例性单官能羟基-羧酸包括甘油酸(即，2,3-二羟基丙酸)、乙醇酸、乳酸(例如，L-乳酸、D-乳酸和DL-乳酸)、羟基丁酸、3-羟基丙酸、葡糖酸和甲基乳酸(即，2-羟基异丁酸)。示例性多官能羟基羧酸包括苹果酸和酒石酸(二官能羟基-羧酸)和柠檬酸(三官能羟基-羧酸)。络合剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。
钝化剂可加入流体组分中，以在被抛光的基板上形成钝化层，从而改变给定基板的移除速率或在基板包括含有两种或更多种不同材料的表面时调节一种材料相对于另一种材料的移除速率。可使用本领域中已知用于钝化金属基板的钝化剂，包括苯并三唑和对应的类似物。可使用已知用于钝化无机氧化物基板的钝化剂包括氨基酸，例如甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸、脯氨酸、精氨酸、半胱氨酸和酪氨酸。另外，离子表面活性剂和非离子表面活性剂也可用作钝化剂。钝化剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用，例如氨基酸和表面活性剂。
可使用的泡沫抑制剂包括硅氧烷；丙烯酸乙酯和丙烯酸2-乙基己酯的共聚物，其还可任选地包括乙酸乙烯酯；以及反乳化剂，其包括三烷基磷酸酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和(环氧乙烷-环氧丙烷)聚合物。泡沫抑制剂可以单独使用或可以两种或更多种的组合使用。可用于流体组分中的其它添加剂包括氧化剂和/或漂白剂，诸如，例如过氧化氢、硝酸和过渡金属络合物(诸如硝酸铁)；润滑剂；杀生物剂；皂等。
在各种实施方案中，抛光液中的添加剂类的浓度(即，来自单一添加剂类的一种或多种添加剂的浓度)可为基于抛光液的重量计至少约0.01重量％、至少约0.1重量％、至少约0.25重量％、至少约0.5重量％或至少约1.0重量％；小于约20重量％、小于约10重量％、小于约5重量％或小于约3重量％。
在例示性实施方案中，本公开的磨料复合物可包括多孔陶瓷磨料复合物。多孔陶瓷磨料复合物可包括分散在多孔陶瓷基体中的单个磨料颗粒。如本文所用，术语“陶瓷基体”包括玻璃状陶瓷材料和晶体陶瓷材料两者。当考虑到原子结构时，这些材料通常属于同一类别。相邻的原子的键合是电子转移或电子共享过程的结果。另选地，可存在被称为次价键的作为正电荷与负电荷的吸引力的结果的较弱键。晶体陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷具有离子键合和共价键合。离子键合是作为从一个原子到另一个原子的电子转移的结果而实现的。共价键合是共享价电子的结果且具有极强的方向性。通过比较，金属中的主价键被称为金属键且涉及电子的无方向性共享。晶体陶瓷可细分成二氧化硅系硅酸盐(诸如耐火粘土、莫来石、瓷器和波特兰水泥)、非硅酸盐氧化物(例如，氧化铝、氧化镁、MgAl2O4和氧化锆)和非氧化物陶瓷(例如，碳化物、氮化物和石墨)。玻璃陶瓷与晶体陶瓷在组成上具有可比性。作为特定加工技术的结果，这些材料不具有晶体陶瓷所具有的长范围次序。玻璃陶瓷是受控的热处理的结果以产生至少约30％结晶相和最高至约90％的一个或多个结晶相。
在例示性实施方案中，陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料。在其它实施方案中，陶瓷基体包含至少50重量％、70重量％、75重量％、80重量％、或90重量％的玻璃状陶瓷材料。在一个实施方案中，陶瓷基体基本上由玻璃状陶瓷材料组成。
在各种实施方案中，陶瓷基体可包含玻璃，该玻璃包含金属氧化物，例如，氧化铝、氧化硼、氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化锰、氧化锌、以及它们的混合物。陶瓷基体可包含硼硅酸铝玻璃，该硼硅酸铝玻璃包含Si2O、B2O3和Al2O3。硼硅酸铝玻璃可包含约18％的B2O3、8.5％的Al2O3、2.8％的BaO、1.1％的CaO、2.1％的Na2O、1.0％的Li2O，剩余为Si2O。此类氧化铝-硼硅酸盐玻璃可从佛罗里达州奥德马尔市的特种玻璃股份有限公司(Specialty GlassIncorporated,Oldsmar Florida)商购获得。
如本文所用，术语“多孔”用于描述其特征在于具有分布在其整个质量上的孔或空隙的陶瓷基体的结构。孔可通向复合物的外表面或被密封。陶瓷基体中的孔据信有利于导致所使用的(即，钝的)磨料颗粒从复合物释放的陶瓷磨料复合物的受控的分解。孔也可通过提供用于从磨料颗粒与工件之间的界面移除尘屑和所使用的磨料颗粒的路径来提高磨料制品的性能(例如，切割速率和表面光洁度)。空隙可以占复合物的约至少4体积％、复合物的至少7体积％，复合物的至少10体积％或复合物的至少20体积％；并且小于复合物的95体积％、小于复合物的90体积％、小于复合物的80体积％，或小于复合物的70体积％。多孔陶瓷基体可通过本领域中熟知的技术来形成，例如，通过受控焙烧陶瓷基体前体或通过在陶瓷基体前体中包含成孔剂，例如，玻璃泡。
在一些实施方案中，磨料颗粒可包含金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、经加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝氧化锆、氧化铁、二氧化铈、石榴石、以及它们的组合。在一个实施方案中，磨料颗粒可包含金刚石或基本上由金刚石组成。金刚石磨料颗粒可为天然或合成制备的金刚石。金刚石颗粒可呈带有与其相关联的不同小平面的块状形状或作为另外一种选择呈不规则形状。金刚石颗粒可为单晶金刚石或多晶金刚石，诸如可以商品名“Mypolex”从宾夕法尼亚州史密斯菲尔德市的海波金刚石公司(MypodiamondInc.,Smithfield Pennsylvania)商购获得的金刚石。各种粒度的单晶金刚石可购自俄亥俄州沃辛顿市的金刚石创新公司(Diamond Innovations,Worthington,Ohio)。多晶金刚石可购自德克萨斯州雪松公园市的美国的东名公司(Tomei Corporation of America,CedarPark,Texas)。金刚石颗粒可包含表面涂层，诸如金属涂层(镍、铝、铜等)、无机涂层(例如，二氧化硅)、或有机涂层。
在一些实施方案中，磨料颗粒可包括磨料颗粒的共混物。例如，可使金刚石磨料颗粒与第二较软类型的磨料颗粒混合。在此情况下，第二磨料颗粒可具有比金刚石磨料颗粒小的平均粒度。
在例示性实施方案中，磨料颗粒可均匀地(或基本上均匀地)分布在整个陶瓷基体上。如本文所用，“均匀地分布”意指复合物颗粒的第一部分中的磨料颗粒的单位平均密度与复合物颗粒的任一第二不同部分相比相差不超过20％、不超过15％、不超过10％、或不超过5％。这与例如使磨料颗粒集中在颗粒的表面处的磨料复合物颗粒形成对比。
在各种实施方案中，本公开的磨料复合物颗粒还可包含任选的添加剂，诸如填料、偶联剂、表面活性剂、抑泡剂等。这些材料的量可进行选择，以提供所需的特性。另外，磨料复合物颗粒可包含一种或多种脱模剂(或已附着到其外表面)。如下面将更详细讨论，可使用一种或多种脱模剂来制造磨料复合物颗粒，以阻止颗粒聚集。可用的脱模剂可包括例如金属氧化物(例如，氧化铝)、金属氮化物(例如，氮化硅)、石墨、以及它们的组合。
在一些实施方案中，可用于本公开的制品和方法的磨料复合物可具有约至少5μm、至少10μm、至少15μm或至少20μm；小于1,000μm、小于500μm、小于200μm、或小于100μm的平均尺寸(平均主轴直径或复合物上的两个点之间的最长直线)。
在例示性实施方案中，磨料复合物的平均尺寸为用于复合物中的磨料颗粒的平均尺寸的至少约3倍，用于复合物中的磨料颗粒的平均尺寸的至少约5倍，或用于复合物中的磨料颗粒的平均尺寸的至少约10倍；并且小于复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的30倍、小于复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的20倍，或小于复合物中使用的磨料颗粒的平均尺寸的10倍。可用于本公开的制品和方法中的磨料颗粒可具有至少约0.5μm、至少约1μm、或至少约3μm；小于约300μm、小于约100μm、或小于约50μm的平均粒度(平均主轴直径(或颗粒上的两个点之间的最长直线))。磨料粒度可进行选择，以例如提供工件上的所需切割速率和/或所需表面粗糙度。磨料颗粒可具有至少8、至少9、或至少10的莫氏硬度。
在各种实施方案中，陶瓷磨料复合物的陶瓷基体中的磨料颗粒的重量对玻璃状陶瓷材料的重量为至少约1/20、至少约1/10、至少约1/6、至少约1/3、小于约30/1、小于约20/1、小于约15/1或小于约10/1。
在各种实施方案中，陶瓷磨料复合物中的多孔陶瓷基体的量为多孔陶瓷基体和单独的磨料颗粒的总重量的至少5重量百分比、至少10重量百分比、至少15重量百分比、至少33重量百分比、小于95重量百分比、小于90重量百分比、小于80重量百分比、或小于70重量百分比，其中陶瓷基体包含除磨料颗粒以外的任何填料、附着的脱模剂和/或其它添加剂。
在各种实施方案中，磨料复合物颗粒可精确成型或不规则成型(即，非精确成型)。精确成型的陶瓷磨料复合物可为任意形状(例如，立方体、块状、圆柱体、棱柱、棱锥、截棱锥、锥形、截锥形、球形、半球形、十字形或柱状)。磨料复合物颗粒可为不同磨料复合物形状和/或尺寸的混合物。另选地，磨料复合物颗粒可具有相同(或基本上相同)的形状和/或尺寸。非精确成型的颗粒包括可由例如喷雾干燥工艺形成的球状体。
在各种实施方案中，流体组分中的磨料复合物的浓度可为至少0.065重量％、至少0.16重量％、至少0.33重量％或至少0.65重量％；小于6.5重量％、小于4.6重量％、小于3.0重量％或小于2.0重量％。在一些实施方案中，陶瓷磨料复合物和用于其制造中的脱模剂两者均可包含在流体组分中。在这些实施方案中，流体组分中的磨料复合物和脱模剂的浓度可为至少0.1重量％、至少0.25重量％、至少0.5重量％或至少1.0重量％；小于10重量％、小于7重量％、小于5重量％或小于3重量％。
本公开的磨料复合物颗粒可通过任何颗粒成形工艺而形成，包括例如浇注、复制、微复制、模塑、喷涂、喷雾干燥、雾化、涂布、镀覆、沉积、加热、固化、冷却，凝固、压缩、压实、挤出、烧结、炖、原子化、渗透、浸渍、抽真空、喷砂、断裂(取决于基体材料的选择)或任何其它可用方法。复合物可形成为较大的制品，然后断裂成较小的块，如例如通过压碎或通过沿较大的制品内的划线断裂。如果复合物最初形成为较大的主体，则可期望通过熟习此项技术的人员已知的方法中的一种选择使用较窄尺寸范围内的碎片。在一些实施方案中，陶瓷磨料复合物可包括通常使用美国专利6,551,366和6,319,108的方法生产的玻璃状粘结的金刚石团聚体，所述专利全文以引用方式并入本文。
通常，用于制造陶瓷磨料复合物的方法可包括混合有机粘结剂、溶剂、磨料颗粒(例如，金刚石)以及陶瓷基体前体颗粒(例如，玻璃粉)；在升高的温度下将混合物喷雾干燥，产生“生坯”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒；收集“生坯”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒并与脱模剂(例如电镀白色氧化铝)混合；然后将粉末混合物在足以使含有磨料颗粒的陶瓷基体材料玻璃化的温度下退火，同时通过燃烧除去粘结剂；形成陶瓷磨料复合物。陶瓷磨料复合物可任选地被筛滤成所需粒度。脱模剂阻止“生坯”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒在玻璃化过程中聚集在一起。这使得玻璃化陶瓷磨料复合物能够保持与在喷雾干燥器外直接形成的“生坯”磨料/陶瓷基体/粘结剂颗粒的尺寸相似的尺寸。小重量分数(小于10％、小于5％或者甚至小于1％)的脱模剂可在玻璃化过程中附着到陶瓷基体的外表面。脱模剂通常具有大于陶瓷基体的软化点的软化点(对于玻璃材料等而言)或熔点(对于晶体材料等而言)或分解温度，其中应当理解，并非所有的材料均具有熔点、软化点或分解温度中的每一者。对于的确具有熔点、软化点或分解温度中的两者或更多者的材料而言，应当理解，熔点、软化点或分解温度中的较低者大于陶瓷基体的软化点。可用的脱模剂的示例包括但不限于金属氧化物(例如，氧化铝)、金属氮化物(例如，氮化硅)和石墨。
在一些实施方案中，可用将赋予有益于磨料浆液的特性的试剂来对本公开的磨料复合物颗粒进行表面改性(例如，以共价方式、以离子方式或以机械方式)。例如，可用酸或碱来浸蚀玻璃表面以形成适当的表面pH。共价改性的表面可通过使颗粒与包含一种或多种表面处理剂的表面处理物进行反应来形成。合适的表面处理剂的示例包括硅烷、钛酸盐、锆酸盐、有机磷酸酯和有机磺酸酯。适用于本发明的硅烷表面处理剂的示例包括辛基三乙氧基硅烷、乙烯基硅烷(例如，乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷)、四甲基氯硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、三-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]异氰脲酸酯、乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、双-(γ-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三烷氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基烷基三甲氧基硅烷、苯基三氯甲硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、SILQUEST A1230专有非离子硅烷分散剂(可得自俄亥俄州哥伦布市的迈图公司(Momentive,Columbus,Ohio))以及它们的混合物。可商购获得的表面处理剂的示例包括SILQUEST A174和SILQUEST A1230(可购自迈图公司(Momentive))。表面处理剂可用于调节其正在改性的表面的疏水性质或亲水性质。乙烯基硅烷可用于通过使乙烯基基团与另一种试剂进行反应来提供甚至更复杂的表面改性。反应性或惰性金属可与玻璃金刚石颗粒组合以化学或物理地改变表面。可使用溅镀、真空蒸镀、化学气相沉积(CVD)或熔融金属技术。
本公开还涉及抛光基板的方法。该方法可使用诸如参照图1所述的抛光系统或用任何其它常规抛光系统(例如，单面或双面的抛光和打磨)来进行。在一些实施方案中，抛光基板的方法可包括提供待抛光的基板。基板可为可期望抛光和/或平坦化的任何基板。例如，基板可为金属、金属合金、金属氧化物、陶瓷、或聚合物(通常呈半导体晶片或光学透镜的形式)。在一些实施方案中，本公开的方法尤其可适用于抛光超硬基板诸如蓝宝石(A平面、R平面或C平面)、硅、碳化硅、石英或硅酸盐玻璃。基板可具有待抛光的一个或多个表面。
在各种实施方案中，所述方法还可包括提供抛光垫和抛光液。抛光垫和抛光液可与上述抛光垫和抛光液中的任一者相同或类似。
在一些实施方案中，所述方法还可包括在存在抛光垫与基板之间的相对运动时使基板的表面与抛光垫和抛光液接触。例如，再次参见图1的抛光系统，载体组件30可在压板20相对于载体组件30移动(例如，平移和/或旋转)时而在抛光液50存在下抵靠抛光垫40的抛光表面对基板12施加压力。另外，载体组件30可相对于压板20移动(例如，平移和/或旋转)。基板与抛光表面之间的持续压力和相对运动则可导致基板的抛光。
在例示性实施方案中，本公开的系统和方法尤其适合超硬基板(诸如蓝宝石、A平面、R平面或C平面)的抛光。精加工的蓝宝石晶体、片材或晶片例如可用于发光二极管工业和移动手持装置的覆盖层中。在此类应用中，所述系统和方法提供材料的持续移除。此外，已发现本公开的系统和方法可提供与用常规采用的大磨料粒度实现的移除速率相当的移除速率，同时提供可与用常规采用的小粒度实现的表面光洁度相当的表面光洁度。另外，本公开的系统和方法能够提供持续移除速率而无诸如对于固定研磨垫所需的垫的广泛敷料。此外，已发现，本公开的抛光垫(其具有某些抗磨损涂层)提供近似通过类似未涂布抛光垫实现的那些移除速率和表面光洁度的移除速率和表面光洁度，同时显著延长抛光垫的工作寿命。
本公开的操作将参照以下详述的实施例另外描述。提供这些实施例以另外说明各种具体和优选的实施方案和技术。然而，应当理解，可做出许多变型和修改而仍落在本公开的范围内。
实施例
材料
*粒度为通过常规激光散射测量的平均值。
测试方法与制备过程
移除速率测试方法1
在抛光之前和之后通过重量测定法测量蓝宝石晶片。使用测量的重量损失以基于3.98g/cm3的晶片密度来测定移除的材料的量。对于单面抛光，以微米/分钟为单位报告的移除速率为三个晶片在指定抛光间隔内的平均厚度减小。对于双面抛光，以微米/分钟为单位报告的移除速率为九个晶片中的三个晶片在指定抛光间隔内的平均厚度减小。
表面粗糙度测试方法1
使用接触笔轮廓曲线仪(购自加利福尼亚州米尔皮塔斯的科天公司(KLA-TencorCorporation,Milpitas,California)的Model P-16+)来进行表面粗糙度测量；包括Ra、Rmax和Rz。扫描速率为100微米/秒，并且扫描长度为2500微米。对于单面抛光，在三个晶片中的每一者的抛光面上进行十次轮廓曲线仪扫描，并且取数据的平均值。对于双面抛光，在九个晶片中的每一者的顶面上进行十次轮廓曲线仪扫描，并且取十次扫描数据的平均值。
抛光测试方法-1
使用德国伦茨堡莱玛特·沃尔特斯公司(Lapmaster Wolters,Rendsburg,Germany)的Peter Wolters AC 500双面打磨工具进行抛光。使用双面PSA将18.31英寸(46.5cm)外径、7英寸(17.8cm)内径垫安装到抛光机的18.31英寸(46.5cm)外径、7英寸(17.8cm)内径底部压板。除了与顶部压板的孔图案对准以允许浆液行进至工件和底部垫的16cm×1cm浆液孔之外，顶部垫是类似的。压板沿顺时针方向以60rpm旋转。将包括三个圆孔的三个环氧玻璃载体(各自的尺寸被设定为容纳5.1cm直径晶片)设置到底部垫上并与工具齿轮对准。凹陷部中心点彼此等距离定位且相对于载体的中心偏置，使得当载体旋转时，每个凹陷部的中心点将沿着圆旋转，其中1cm的晶片边缘悬于垫/压板边缘上方。将三个A-平面蓝宝石晶片(5.1cm直径×0.5cm厚)安装在3个载体凹陷部中的每一者中并对其进行抛光。将每批三个载体，每批总共9个晶片运行30分钟。对晶片施加最高负载，以实现4psi的抛光压力。初始阶段被设定在20daN下，持续20秒，旋转速度为60rpm，顺时针运行。环形齿轮被设定在8下，同样沿顺时针方向。第二阶段被设定在52daN下，持续30分钟，最后阶段被设定在20daN下，持续20秒。浆液流量恒定在6g/min下。
在抛光之前和之后通过重量测定法测量晶片。使用测量的重量损失以基于3.98g/cm3的晶片密度来测定移除的材料的量。以微米/分钟报告的移除速率为三个晶片在30分钟的抛光间隔内的平均厚度减小。针对每个30分钟时间段重复使用晶片。
抛光测试方法-2
使用购自伊利诺伊州惠灵W.Hinz路105号邮编60090的英格斯公司(EngisCorp.of 105 W.Hinz Rd.,Wheeling,IL 60090)的Engis FL 15型号抛光机进行抛光。使用双面PSA将15英寸(38.1cm)直径的垫安装到抛光机的15英寸(38.1cm)直径的压板。压板以50rpm旋转。抛光机的头部以40rpm旋转而不进行清扫运动。将包括三个凹陷部(每个凹陷部的尺寸被设定成保持5.1cm直径的晶片)的载体安装到头部。凹陷部中心点彼此等距离定位且相对于头部的中心偏置，使得当头部旋转时，每个凹陷部的中心点沿着具有13.5cm周长的圆旋转。将三个A-平面蓝宝石晶片(5.1cm直径×0.5cm厚)安装在载体凹陷部中并对其进行抛光。抛光时间为30分钟。使用30.7lbs(13.9kg)的砝码对晶片施加负载，以实现4psi的抛光压力。浆液流速为1g/min并在距垫中心约4cm的点处将浆液滴到垫上。
在抛光之前和之后通过重量测定法测量晶片。使用测量的重量损失以基于3.98g/cm3的晶片密度来测定移除的材料的量。以微米/分钟报告的移除速率为三个晶片在30分钟的抛光间隔内的平均厚度减小。针对每个30分钟时间段重复使用晶片。
制备陶瓷磨料复合物(CAC-1)
按下述方式，使用喷雾干燥技术，由水性分散体制备陶瓷磨料复合物。将49g的Standex230加入1,100g的去离子水中并且对其进行连续搅拌。在10分钟之后，在1分钟时间间隔内加入720g的GF。应注意，在使用之前将GF磨碎成约4.2微米的粒度。然后在连续搅拌下将880g的MCD3A加入溶液中。然后在离心雾化器(得自丹麦的GEA工程技术股份公司(GEA Process Engineering A/S,Denmark)的MOBILE MINER 2000)中使溶液雾化。雾化轮以20,000rpm运行。空气在200℃下供应至雾化室中并用于在液滴形成时对液滴进行干燥，从而制备喷雾干燥的陶瓷磨料复合物。然后将所收集的复合物与AlOx组合，从而形成65/35的复合物/AlOx(重量/重量)粉末共混物。使粉末共混物在750℃下玻璃化1小时。在冷却之后，使玻璃化的陶瓷磨料复合物穿过具有约63微米的开口的常规筛网。具有约63微米和更小的粒度的所收集的玻璃化陶瓷磨料复合物被命名为CAC-1。
制备润滑剂
在3min内，通过以约20rpm滚动闭合容器轻轻搅拌，将28.5g Carbopol Aqua 30加入462g去离子水中。将1388g甘油加入该水混合物中，并轻轻搅拌30分钟，小心不夹带气泡。将1.9g Kathon加入该水/甘油溶液中，并轻轻搅拌15分钟。加入8.5g 18％氢氧化钠水溶液，并且将粘稠溶液轻轻搅拌30分钟。
制备浆液-1
通过形成包含10g的CAC-1和990g润滑剂的甘油/水溶液来制备浆液。在使用之前使用常规高剪切混合器使所述溶液混合约3分钟。
制备比较例1(CE1)的垫
将Gen II垫41-9103-5040-8的25英寸×25英寸片材在聚碳酸酯的两侧上层压到包括442KW双面粘合剂的30密耳厚聚碳酸酯片材上，其中Gen II垫表面朝上。然后将该垫模切以符合适当的工具压板。
制备实施例2-11、13、15-22和24的垫
在一侧上用底漆94的薄涂层处理指定片材或膜材料的25英寸×25英寸片材(参见表1)。然后将指定片材或膜材料的涂底漆侧与300LSE双面粘合剂的片材层压，其中剥离衬垫保留在未层压侧上。用底漆94的薄涂层处理CE1中的25英寸×25英寸Gen II垫的顶表面。将剥离衬垫从300LSE层压片材或膜材料移除，然后与CE1中的涂底漆Gen II垫层压。然后将该垫模切以符合适当的工具压板。
制备实施例12、14和23的垫
用底漆94的薄涂层处理CE1中的25英寸×25英寸Gen II垫的顶表面。将剥离衬垫从已配有粘合剂(参见表1)的指定片材或膜材料的25英寸×25英寸片材中移除，然后与CE1中的涂底漆Gen II垫层压。然后将该垫模切以符合适当的工具压板。
制备实施例25的垫
将具有15"直径、1"中心孔的聚碳酸酯的圆形片材(在两侧上均包含442kw粘合剂)附接到15"铝压板。然后通过将颗粒铺展在顶部粘合剂表面上，用1mm YSZ研磨介质对442粘合剂的顶层进行改性。将单层YSZ颗粒粘附到粘合剂层，在介质颗粒之间具有约1mm的平均间隙。堆积的颗粒容易通过倒置经涂布的聚碳酸酯片材和压板而移除。通过在颗粒球体的顶部上施加倒置的15"铝压板，将颗粒紧紧地压到粘合剂。使其在24小时内建立粘附。移除顶部铝板并将2密耳UHMWPE的15"直径片材施加到YSZ颗粒上，其中粘合剂侧附接到YSZ颗粒。使用橡胶手压辊，将膜轻轻翻滚。将铝板在UHMWPE膜上另外施加24小时。移除顶部压板并根据抛光测试方法2测试该垫。
制备实施例26的垫
将具有1"中心孔的15"直径的聚碳酸酯圆形片材(在两侧上均包括442kw粘合剂)附接到15"铝压板上。然后将具有15"外径和1"内径孔的聚丙烯改性杆片的圆形片材附连到442粘合剂的顶层，其中杆侧朝上。然后用浸在底漆94中的涂漆刷在整个表面上刷垫的杆侧。使该垫干燥12小时。最后，将具有1"内径孔和2密耳厚度的15"直径UHMWPE片材施加到杆片上。该垫未经测试。
抛光测试—实施例CE1至25
利用抛光测试方法1、移除速率测试方法1、表面粗糙度测试方法1和浆液1在表1中所示的垫上运行实施例CE1至24的抛光测试。测试结果在表2中列出。在抛光测试方法2下运行实施例25。
表2
本发明的其它实施方案属于所附权利要求书的范围。
Claims (16)
1.一种抛光系统，包括：
待抛光的基板；
抛光垫，所述抛光垫包括
基底层；以及
抗磨损层；以及
设置在所述抛光垫与所述基板之间的抛光液，所述抛光液包含：
流体组分；以及
多个陶瓷磨料复合物，所述陶瓷磨料复合物包括均匀地分散在整个多孔陶瓷基体上的单独的磨料颗粒；
其中所述多孔陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料；并且
其中所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中。
2.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述基底层具有最靠近所述基板定位的第一主表面，并且其中所述抗磨损层设置在所述基底层的所述第一主表面上。
3.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述抗磨损层包含超高分子量聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述抗磨损层具有介于1密耳和5密耳之间的平均厚度。
5.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述基底层是聚合物的。
6.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述基底层包含聚丙烯。
7.根据权利要求1所述的抛光系统，所述抛光垫还包括多个腔，所述腔从所述基底层的所述主表面中的任一者或两者延伸到所述基底层中。
8.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述流体组分包括乙二醇、丙二醇、甘油或乙二醇的低聚物。
9.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述磨料颗粒包括金刚石、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、经加热处理的氧化铝、碳化硅、碳化硼、氧化铝氧化锆、氧化铁、二氧化铈或石榴石。
10.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述磨料颗粒包括金刚石。
11.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述陶瓷磨料复合物具有小于500微米的平均粒度。
12.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述陶瓷磨料复合物的平均尺寸是所述磨料颗粒的平均尺寸的至少约5倍。
13.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述多孔陶瓷基体包含玻璃，所述玻璃包含氧化铝、氧化硼、氧化硅、氧化镁、氧化钠、氧化锰或氧化锌。
14.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述磨料复合物在所述流体组分中的浓度介于0.065重量％和6.5重量％之间。
15.根据权利要求1所述的抛光系统，其中所述多孔陶瓷基体包含至少40重量％的玻璃状陶瓷材料。
16.一种抛光基板的方法，所述方法包括：
提供待抛光的基板；
提供抛光垫，所述抛光垫包括
基底层；以及
抗磨损层；
提供抛光液，所述抛光液包含
流体组分；以及
多个陶瓷磨料复合物，所述陶瓷磨料复合物包括均匀地分散在整个多孔陶瓷基体上的单独的磨料颗粒；
其中所述多孔陶瓷基体的至少一部分包含玻璃状陶瓷材料；并且
其中所述陶瓷磨料复合物分散在所述流体组分中；
将所述抛光液定位在所述基板与所述抛光垫之间；
将所述基板和所述抛光垫相对于彼此移动，使得所述基板被抛光。
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