TW202108716A - 流體組成物及用於進行物質移除操作之方法 - Google Patents

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Abstract

一種適合於化學機械拋光基材之流體組成物可包括多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑、及溶劑。該流體組成物可基本上不含磨料顆粒，並可達到高物質移除率及優異的表面光度。

Description

流體組成物及用於進行物質移除操作之方法
本揭露係關於一種用於進行物質移除操作的流體組成物，特別是一種包含多價金屬硼酸鹽、氧化劑及溶劑的流體組成物，以及一種進行物質移除操作的方法。
有助於拋光製程（例如，用拋光墊拋光基材）的流體組成物具有多種應用，例如用於拋光玻璃、陶瓷或金屬材料，並且往往被設計用於化學機械平坦化 (CMP) 製程。在典型的 CMP 製程中，漿料與待拋光的基材的相對運動有助於藉由化學及機械地與基材的外表面交互作用並移除不需要的材料來進行平坦化（拋光）製程。進行拋光，直到獲得具有低表面粗糙度的所需光滑外表面。需要開發成本有效的流體組成物，該等流體組成物可有助於拋光期間的高物質移除率，並且導致具有低表面粗糙度的拋光基材。
如本文所用，術語「包含/包括 (comprises/comprising/includes/ including)」、「具有 (has/having)」或任何彼等之其他變體，係意欲涵蓋非排除性含括 (non-exclusive inclusion)。例如，包含一系列特徵之程序、方法、物件或設備不一定僅限於該些特徵，而是可包括未明確列出的或此程序、方法、物件或設備固有的其他特徵。
如本文所用，除非有相反的明確提及，否則「或 (or)」係指包含性的或 (inclusive-or) 而非互斥性的或 (exclusive-or)。例如，條件 A 或 B 滿足下列任一者：A 為真（或存在）且 B 為假（或不存在）、A 為假（或不存在）且 B 為真（或存在）、以及 A 和 B 均為真（或存在）。
又，「一 (a/an)」的使用係經採用來描述本文中所述之元件及部件。這僅係為方便起見且為給出本發明範圍的一般含義。除非係明確意指其他意涵，否則此描述應該被理解為包括一者或至少一者及單數，亦包括複數。
本揭露係關於一種經調適用於進行物質移除操作的流體組成物。該組成物包含多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑及溶劑。驚人地已觀察到，本揭露的流體組成物可以高物質移除率及所需的低表面粗糙度對多種材料進行拋光，該多種材料包括具有高硬度的材料（諸如碳化矽或金剛石）。在一個實施例中，本揭露的流體組成物可基本上不含磨料顆粒。如本文所用，基本上不含磨料顆粒意謂磨料顆粒的量不超過 0.1 重量 %。
如本文所用，術語「多價金屬」係關於含有氧化態為 +2 或更大的陽離子的金屬。如本文所用，術語「多價金屬硼酸鹽」是包含至少一個多價金屬陽離子的金屬硼酸鹽化合物或複合物。應當理解的是，某些多價金屬硼酸鹽化合物僅包含一種類型的多價金屬陽離子。
為了計算組成物中的多價金屬硼酸鹽的濃度，假定形成了多價金屬離子與硼酸根離子之間的中性鹽，例如 FeBO3 或 AlBO3 或 Cu3 (BO3 )2 。
在一個實施例中，本揭露的組成物的多價金屬硼酸鹽可包括硼酸鐵(III)、硼酸銅(II)、硼酸鈷(II)、硼酸鉍(III)、硼酸鋁(III)、硼酸鈰(III)、硼酸鉻(III)、硼酸釕(III)、硼酸鈦(III)、硼酸鉛(II)、或其任何組合。在一特定的實施例中，多價金屬硼酸鹽可為硼酸鐵(III)。如本文所用，術語「硼酸鐵(III)」可與術語「硼酸鐵」或「Fe3+ -硼酸鹽」或 FeBO3 互換使用。
在一個實施例中，本揭露的組成物可藉由以下方式製成：在溶劑中溶解硼酸 (H3 BO3 ) 及多價金屬鹽（例如，多價金屬硝酸鹽、氯化物或硫酸鹽），添加並溶解至少一種氧化劑，以及將分散體的 pH 值調整至所需的 pH 值。
在另一個態樣中，多價金屬硼酸鹽可藉由以下方式形成：將具有單價陽離子的硼酸鹽（例如，硼酸鈉或硼酸鉀）與多價金屬鹽（例如，多價金屬硝酸鹽、或氯化物或硫酸鹽）一起溶解。在另一個態樣中，多價金屬硼酸鹽可作為細粉直接添加，並且分散在溶劑中。
在一個態樣中，流體組成物中的多價金屬硼酸鹽的量可為以該組成物的總重量為基準計至少 0.010 重量 %，或至少 0.025 重量 %、或至少 0.05 重量 %、或至少 0.07 重量 %、或至少 0.1 重量 %、或至少 0.5 重量 %、或至少 1 重量 %、或至少 2 重量 %、或至少 3 重量 %。在另一個態樣中，多價金屬硼酸鹽的量可為以該組成物的總重量為基準計不大於 50 重量 %，或不大於 40 重量 %、或不大於 30 重量 %、或不大於 20 重量 %、或不大於 10 重量 %、或不大於 5 重量 %、或不大於 4 重量 %、或不大於 3 重量 %、或不大於 2 重量 %、或不大於 1 重量 %、或不大於 0.5 重量 %、或不大於 0.1 重量 %、或不大於 0.08 重量 %、或不大於 0.05 重量 %。多價金屬硼酸鹽的量可為上述任何最小值與最大值之間的值，諸如以該組成物的總重量為基準計至少 0.010 重量 % 並且不大於 5 重量 %、或至少 0.05 重量 % 並且不大於 1 重量 %、或至少 0.05 重量 % 並且不大於 0.2 重量 %。
在一個非限制實施例中，該組成物的總多價金屬離子與總硼之莫耳比可在 1:20 至 20:1（金屬 : 硼）的範圍內，此意謂其可能具有過量的多價的金屬離子或過量的硼酸根離子。在一個實施例中，總多價金屬離子與總硼之莫耳比可係至少 1:18、或至少 1:15、或至少 1:12、或至少 1:10、或至少 1:9、或至少 1:8、或至少 1:7、或至少 1:6、或至少 1:5、或至少 1:4、或至少 1:3、或至少 1:2。在另一實施例中，多價金屬離子與硼之比率可不大於 18:1、或不大於 15:1、或不大於 12:1、或不大於 10:1、或不大於 9:1、或不大於 8:1、或不大於 7:1、或不大於 6:1、或不大於 5:1、或不大於 4:1、或不大於 3:1 或不大於 2:1、或不大於 1:1。
在一個態樣中，總多價金屬離子與總硼之莫耳比可用於計算總多價金屬離子與總硼酸根離子之莫耳比，該莫耳比可與上述總多價金屬離子與總硼之比率在相同範圍內。例如，在一個非限制性實施例中，總多價金屬離子與總硼酸根離子之比率可在 1:20 至 20:1 的範圍內。應當理解的是，此類計算可基於以下假設：組成物中的所有硼皆為硼酸根離子的形式。
本揭露的組成物中所含有的氧化劑可為至少部分溶於溶劑中並且具有適當的氧化電位以單獨地或與組成物中所含有的多價金屬硼酸鹽組合地與基材表面進行化學反應的化合物。驚人地，已經觀察到若磨料漿料組成物中亦含有多價金屬硼酸鹽，則氧化劑的效率可大大提高。不受理論束縛，假定當在拋光期間化學改變基材材料的表面時，獲得了多價金屬硼酸鹽及氧化劑的加乘效應。
在一個態樣中，氧化劑的氧化電位可為至少 0.26 V、或至少 0.4 V、或至少 0.5 V、或至少 1.0 V、或至少 1.5 V。在另一個態樣中，氧化電位可不大於 2.8 V、或不大於 2.5 V、或不大於2.0 V。如本文所用，氧化電位是相對於標準氫電極，在 25℃ 的溫度、1 atm 的壓力、1 mol/L 的測試化合物在水中的濃度下量測的，並且是以伏特 (V) 為單位量測的。
氧化劑的非限制性實例可為例如過氧化物、過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、溴化物、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、鉻酸鹽或其任何組合。在一特定實施例中，氧化劑可選自過錳酸鉀、過氧化氫、過硫酸鉀、氧化錳或其任何組合。
流體組成物中的氧化劑的量可為以該組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 %、或至少 0.05 重量 %、或至少 0.1 重量 %、或至少 0.5 重量 %、或至少 1.0 重量 %、或至少 1.5 重量 %、或至少 2 重量 %、或至少 3 重量 %。在另一態樣中，氧化劑的量可為以該組成物的總重量為基準計不大於 40 重量 %，諸如不大於 30 重量 %、不大於 20 重量 %、不大於 10 重量 %、不大於 7 重量 %、不大於 5 重量 %、不大於 3 重量 %、不大於 2 重量 %、不大於 1 重量 %、或不大於 0.5 重量 %。氧化劑的量可為上述任何最小值與最大值之間的值，諸如以該組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 % 並且不大於 10 重量 %，或至少 1 重量 % 並且不大於 5 重量 %。
在一個實施例中，多價金屬硼酸鹽與氧化劑之莫耳比可不大於 1:10、或不大於 1:20、或不大於 1:25、或不大於 1:30、或不大於 1:35、或不大於 1:40。在另一個實施例中，多價金屬硼酸鹽與氧化劑之莫耳比可為至少 1:100、或至少 1:80、或至少 1:60、或至少 1:50。
在一特定實施例中，本揭露的流體組成物的溶劑可為水，但不限於此。在一個態樣中，溶劑可為水與一種或多種其他極性溶劑及/或非極性溶劑的混合物。
流體組成物亦可包含一種或多種任選的添加劑，例如界面活性劑、或分散劑、或螯合劑、pH 緩衝劑、流變改性劑、耐蝕劑或其任何組合。
在某個實施例中，本揭露的流體組成物可基本上由硼酸鐵、過錳酸鹽及水組成。基本上意謂就該方面而言，流體組成物中所含有的其他成分或雜質的量不大於 0.1 重量 %。
流體組成物的 pH 值可在至少 1 並且不大於 9 的範圍內。在某些態樣中，pH 可係至少 1.3、或至少 1.5、或至少 1.7、或至少 1.9、或至少 2.0。在其他態樣中，組成物的 pH 可不大於 8.5，諸如不大於 8、或不大於 7、或不大於 5、或不大於 4、或不大於 3.5、或不大於 3.0、或不大於 2.5、或不大於 2.3。流體組成物的 pH 值可為上述任何最小值與最大值之間的值，諸如至少 1 並且不大於 9、至少 1.5 並且不大於 5、或至少 1.8 並且不大於 3.5。
在另一個實施例中，本揭露的流體組成物可用作磨料漿料（包括磨料顆粒）的基礎組成物。在一個態樣中，磨料顆粒可不限於特定材料類型，並且可包括例如氧化鋯、氧化鋁、二氧化矽、金剛石、立方氮化硼、氧化鈰、氧化鐵、氧化鈦、氧化錳、氧化鑭或其任何組合。在特定態樣中，磨料顆粒可選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化錳、氧化鈰、二氧化矽、金剛石或氧化鐵。在某一態樣中，磨料顆粒可為氧化鋁。在另一個特定態樣中，磨料顆粒可為氧化鋯。
磨料顆粒的平均粒徑 (D50) 可為至少 10 nm、或至少 25 nm、或至少 50 nm、至少 80 nm、至少 100 nm、至少 130 nm、或至少 150 nm、至少 180 nm 、或至少 200 nm、或至少 250 nm。在另一個實施例中，平均粒徑可不大於 50 微米，諸如不大於 20 微米、不大於 10 微米、不大於 5 微米、不大於 1 微米、不大於 0.8 微米、不大於 0.5 微米、或不大於 0.3 微米。磨料顆粒的平均粒徑可為上述任何最小值與最大值之間的值，例如至少 50 nm 並且不大於 500 nm、至少 70 nm 並且不大於 250 nm、或至少 80 nm 並且不大於 200 nm。
在一個實施例中，磨料顆粒的量可為以該組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 %、或至少 0.05 重量 %、或至少 0.1 重量 %、或至少 0.5 重量 %、或至少 1 重量 %、或至少 2 重量 %、或至少 3 重量 %、或至少 4 重量 %、或至少 5 重量 %。在另一個實施例中，磨料顆粒的量可不大於 50 重量 %，諸如不大於 40 重量 %、或不大於 30 重量 %、或不大於 20 重量 %、或不大於 15 重量 %、或不大於 10 重量 %、或不大於 8 重量 %、或不大於 5 重量 %。磨料顆粒的量為上述任何最小值與最大值之間的值。在一特定態樣中，磨料顆粒的量可係至少 0.1 重量 % 並且不大於 5 重量 %。
本揭露亦係關於一種拋光基材的方法。該方法可包括：提供上述本揭露的流體組成物，使該流體組成物與基材直接接觸；以及拋光基材表面。在一個態樣中，基材可以使用拋光墊進行拋光，其中該拋光墊及該基材相對於彼此移動，並且流體組成物與基材及拋光墊接觸。
在一個實施例中，在拋光期間流體組成物的溫度可為至少 40℃、或至少 45℃、或至少 50℃、或至少 55℃、或至少 60℃、或至少 65℃。在另一個實施例中，在拋光期間組成物的溫度可不大於 90℃、或不大於 85℃、或不大於 80℃、或不大於 75℃、或不大於 70℃。在拋光期間組成物的溫度可為上述任何最小值與最大值之間的值。
驚人地已經發現，本揭露的流體組成物可有助於化學機械拋光製程，並且可促成當拋光基材時的高物質移除率，以及具有低表面粗糙度的拋光基材的光滑外表面。
在一個實施例中，待拋光的基材可包含陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石、或聚合物。在一特定實施例中，基材可為 III-V 族化合物，例如氮化鎵。在另一個特定實施例中，基材可為 IV-IV 族化合物，例如碳化矽。聚合物的非限制性示例可為聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚醯亞胺、聚烯烴、聚丙烯醯胺、聚酯、聚胺甲酸酯或任何組合，諸如，例如在光致抗蝕劑中使用的其共聚物或交聯聚合物 。
在一特定態樣中，本揭露的流體組成物及方法可經調適用於以至少 2.0 μm/小時、或至少 3 μm/小時、或至少 3.5 μm/小時、或至少 4 μm/小時的物質移除率拋光碳化矽基材。
在另一特定態樣中，本揭露的流體組成物及方法可經調適用於拋光碳化矽基材，其中拋光後基材的表面粗糙度可不大於 5 Å、或不大於 4 Å、或不大於 3 Å、或不大於 2.5 Å、或不大於 2 Å。
如在以下實例中進一步證明的，已經驚人地觀察到本揭露的流體組成物在不添加磨料顆粒的情況下，可適用於以高物質移除率及優異的表面光度對基材進行化學機械拋光。
在另一非限制實施例中，本揭露的流體組成物亦可用於水淨化。氧化劑，例如過錳酸鹽，亦可廣泛用於降解水中的有機物質及金屬雜質，其中該金屬被轉換成金屬離子。如本揭露的實例中所示，過錳酸鹽與多價金屬硼酸鹽對拋光期間物質移除率的加乘效應，特別是過錳酸鹽與硼酸鐵的組合對拋光期間物質移除率的加乘效應，亦可增強金屬污染水的處理效率。
在另一個實施例中，本揭露係關於一種經調適用於製備流體組成物的套組，以及一種使用該套組製成的流體組成物拋光基材的方法。該套組可以包括第一包裝及第二包裝（在此亦稱為“雙包裝套組”），其中第一包裝可包含多價金屬鹽，並且第二包裝可包含硼酸。在某一特定態樣中，由雙包裝套組製造的流體組成物可基本上不含磨料顆粒。驚人地已經觀察到，與在一個包裝中包含所有成分的流體組成物相比，由雙包裝套組製備的流體組成物可在較長的時間段內具有所需的拋光效率。不受理論束縛，假定與多價金屬硼酸鹽被包含較長時間段的組成物相比，緊接在進行拋光操作之前原位形成多價金屬硼酸鹽可具有優勢。
在組合第一包裝及第二包裝之後從套組獲得的流體組成物可對應於如上文關於拋光基材所述的流體組成物，具有相同的特性及功能。在一個態樣中，至少一種氧化劑可以包含在套組的第一包裝或第二包裝中。在一特定態樣中，至少一種氧化劑可與硼酸及溶劑一起包含在第一包裝中，而第二包裝可包含多價金屬鹽及溶劑。
許多不同態樣及實施例係可行的。一些該等態樣及實施例已於本文中描述。在閱讀本說明書之後，熟習本技術者將理解該等態樣及實施例僅係說明性，且並不限制本發明的範圍。實施例可根據如下列實施例之任何一或多者。 實施例
實施例 1.一種流體組成物，其包含：多價金屬硼酸鹽；至少一種氧化劑；以及溶劑。
實施例 2.如實施例 1 所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵(III)、硼酸銅(II)、硼酸鈷(II)、硼酸鉍(III)、硼酸鋁(III)、硼酸鈰(III)、硼酸鉻(III)、硼酸釕(III)、硼酸鈦(III)、硼酸鉛(II)、或其任何組合。
實施例 3.如實施例 2 所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵(III)、硼酸銅(II)、硼酸鈷(II)、硼酸鉍(III)、硼酸鋁(III)、硼酸鈰(III)、或其任何組合。
實施例 4.如實施例 3 所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽基本上由硼酸鐵(III) 組成。
實施例 5.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該組成物基本上不含磨料顆粒。
實施例 6.如實施例 5 所述之流體組成物，其中該流體組成物不含磨料顆粒。
實施例 7.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽的量為以該流體組成物的總重量為基準計至少 0.010 重量 %、或至少 0.025 重量 %、或至少 0.05 重量 %、或至少 0.07 重量 %、或至少 0.1 重量 %、或至少 0.3 重量 %、或至少 0.5 重量 %、或至少 0.7 重量 %、或至少 1.0 重量 %、或至少 1.5 重量 %、或至少 2.0 重量 %。
實施例 8.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽的量為以該組成物的總重量為基準計不大於 50 重量 %、或不大於 40 重量 %、或不大於 30 重量 %、或不大於 20 重量 %、或不大於 10 重量 %、或不大於 5 重量 %、或不大於 4 重量 %、或不大於 3 重量 %、或不大於 2 重量 %、或不大於 1 重量 %、或不大於 0.5 重量 %、或不大於 0.1 重量 %。
實施例 9.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽的量為至少 0.010 重量 %並且不大於 5 重量 %、或至少 0.05 重量 %並且不大於 0.2 重量 %。
實施例 10.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物包括在 1:20 至 20:1 的範圍內的總多價金屬離子與總硼之莫耳比。
實施例 11.如實施例 10 所述之流體組成物，其中該總多價金屬離子與總硼之莫耳比係至少 1:18、或至少 1:15、或至少 1:12、或至少 1:10、或至少 1:9、或至少 1:8、或至少 1:7、或至少 1:6、或至少 1:5、或至少 1:4、或至少 1:3、或至少 1:2。
實施例 12.如實施例 10 所述之流體組成物，其中該總多價金屬離子與總硼之莫耳比不大於 18:1、或不大於 15:1、或不大於 12:1、或不大於 10:1、或不大於 9:1、或不大於 8:1、或不大於 7:1、或不大於 6:1、或不大於 5:1、或不大於 4:1、或不大於 3:1 或不大於 2:1、或不大於 1:1。
實施例 13.如實施例 10 所述之流體組成物，其中該多價金屬離子與硼之莫耳比範圍是 1:1 至 1:7。
實施例 14.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該至少一種氧化劑的氧化電位為至少 0.26 V、或至少 0.4 V、或至少 0.5 V、或至少 1.0 V、或至少 1.5 V。
實施例 15.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該至少一種氧化劑的氧化電位不大於 2.8 V。
實施例 16.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該至少一種氧化劑包括過氧化物、過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、鉻酸鹽、氧化錳或其任何組合。
實施例 17.如實施例 16 所述之流體組成物，其中該氧化劑基本上由過錳酸鹽組成。
實施例 18.如實施例 17 所述之流體組成物，其中該過錳酸鹽是過錳酸鉀。
實施例 19.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該氧化劑的量為以該流體組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 %、或至少 0.05 重量 %、或至少 0.1 重量 %、或至少 0.5 重量 %、或至少 1.0 重量 %、或至少 1.5 重量 %、或至少 2 重量 %、或至少 3 重量 %。
實施例 20.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該氧化劑的量為以該流體組成物的總重量為基準計不大於 40 重量 %，諸如不大於 30 重量 %、不大於 20 重量 %、不大於 10 重量 %、不大於 7 重量 %、不大於 5 重量 %、不大於 3 重量 %、不大於 2 重量 %、不大於 1 重量 %、或不大於 0.5 重量 %。
實施例 21.如實施例 19 或 20 所述之流體組成物，其中該氧化劑的量為以該流體組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 % 並且不大於 10 重量 %，或者至少 1 重量 % 並且不大於 5 重量 %。
實施例 22.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該溶劑包括水。
實施例 23.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中 pH 為至少 1.0、或至少 1.3、或至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4、或至少 2.5。
實施例 24.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中 pH 為不大於 9、或不大於 7、或不大於 5、或不大於 4、或不大於 3.8、或不大於 3.5、或不大於 3.2、或不大於 3.0、或不大於 2.8、或不大於 2.5、或不大於 2.3。
實施例 25.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該組成物的 pH 為至少 1 並且不大於 9、或至少 1.5 並且不大於 5、或至少 1.8 並且不大於 3.5。
實施例 26.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物經調適用於基材的化學機械拋光。
實施例 27.如實施例 26 所述之流體組成物，其中該基材包含陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石或聚合物。
實施例 28.如實施例 27 所述之流體組成物，其中該陶瓷材料包括 III-V 族化合物或 IV-IV 族化合物。
實施例 29.如實施例 26 或 27 所述之流體組成物，其中該陶瓷材料包括氮化鎵或碳化矽。
實施例 30.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該組成物亦包含表面活性劑、或分散劑、或螯合劑、或 pH 緩衝劑、或流變改性劑、或耐蝕劑或其任何組合。
實施例 31.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其基本上由硼酸鐵、過錳酸鹽及水組成。
實施例 32.如前述實施例中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物經調適用於以至少 2 μm/小時的物質移除率及不大於 5.0 Å 的表面粗糙度拋光碳化矽基材。
實施例 33.如實施例 32 所述之流體組成物，其中拋光該碳化矽基材的物質移除率為至少 2.5 μm/小時、或至少 3.0 μm/小時、或至少 3.2 μm/小時、或至少 3.4 μm/小時、或至少 3.6 μm/小時、或至少 3.8 μm/小時、或至少 4.0 μm/小時。
實施例 34.如實施例 32 所述之流體組成物，其中拋光該碳化矽基材後的表面粗糙度不大於 4 Å、或不大於 3 Å、或不大於 2.8 Å、或不大於 2.6 Å、或不大於 2.4 Å、或不大於 2.2 Å、或不大於 2.0 Å。
實施例 35.一種製備流體組成物的方法，其包含： 藉由以下方式形成多價金屬硼酸鹽：將多價金屬鹽及硼酸或鹼性硼酸鹽溶於溶劑中，其中該多價金屬鹽的陰離子選自硝酸根、氯離子或硫酸根； 將至少一種氧化劑溶於該溶劑中；以及將 pH 調節在 1 與 9 之間。
實施例 36.如實施例 35 所述之方法，其中該多價金屬硼酸鹽與該氧化劑之莫耳比不大於 1:20、或不大於 1:25、或不大於 1:30、或不大於 1:35、或不大於 1:40。
實施例 37.如實施例 35 所述之方法，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵(III)，並且該氧化劑包括過錳酸鹽。
實施例 38.如實施例 35-37 中任一項所述之方法，其中該流體組成物包括在 1:20 與 20:1 的範圍內的多價金屬離子與硼之莫耳比。
實施例 39.如實施例 38 所述之方法，其中該多價金屬離子與硼之莫耳比為至少 1:18、或至少 1:15、或至少 1:12、或至少 1:10、或至少 1:9、或至少 1:8、或至少 1:7、或至少 1:6、或至少 1:5、或至少 1:4、或至少 1:3、或至少 1:2。
實施例 40.如實施例 38 所述之方法，其中該多價金屬離子與硼之莫耳比不大於 18:1、或不大於 15:1、或不大於 12:1、或不大於 10:1、或不大於 9:1、或不大於 8:1、或不大於 7:1、或不大於 6:1、或不大於 5:1、或不大於 4:1、或不大於 3:1、或不大於 2:1、或不大於 1:1。
實施例 41.如實施例 38 所述之方法，其中該多價金屬離子與硼之莫耳比 範圍是 1:1 至 1:7。
實施例 42.如實施例 35-41 中任一項所述之方法，其中該流體組成物基本上不含磨料顆粒。
實施例 43.一種拋光基材之方法，其包含： 提供流體組成物，其中該流體組成物包含多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑及水； 將該流體組成物與該基材及拋光墊接觸；以及 將該基材拋光。
實施例 44.如實施例 43 所述之方法，其中該流體組成物基本上不含磨料顆粒。
實施例 45.如實施例 43 或 44 所述之方法，其中該流體組成物不含磨料顆粒。
實施例 46.如實施例 43-45 中任一項所述之方法，其中該基材包含陶瓷材料、金屬、金屬合金、金剛石、或聚合物、III-V 族化合物或 IV-IV 化合物。
實施例 47.如實施例 46 所述之方法，其中該基材為碳化矽或氮化鎵。
實施例 48.如實施例 43-47 中任一項所述之方法，其中拋光以至少 2.0 μm/小時、或至少 3 μm/小時、或至少 3.5 μm/小時、或至少 4 μm/小時的基材移除率進行。
實施例 49.如實施例 43-48 中任一項所述之方法，其中拋光後該基材的表面粗糙度不大於 5 Å、或不大於 4 Å、或不大於 3 Å、或不大於 2.5 Å、或不大於 2 Å。
實施例 50.如實施例 35-49 中任一項所述之方法，其中該至少一種氧化劑的氧化電位為至少 0.26 V、或至少 0.4 V、或至少 0.5 V、或至少 1.0 V、或至少 1.5 V。
實施例 51.如實施例 35-50 中任一項所述之方法，其中該氧化劑的氧化電位不大於 2.8 V。
實施例 52.如實施例 35-51 中任一項所述之方法，其中該至少一種氧化劑包括過氧化物、過氧二硫酸鹽、過錳酸鹽、亞氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、氧化錳或其任何組合。
實施例 53.如實施例 52 所述之方法，其中該氧化劑基本上由過錳酸鹽組成。
實施例 54.如實施例 53 所述之方法，其中該過錳酸鹽包括過錳酸鉀。
實施例 55.如實施例 35-54 中任一項所述之方法，其中該多價金屬硼酸鹽的量為以該組成物的總重量為基準計至少 0.010 重量 % 並且不大於 5 重量 %、或至少 0.05 重量 % 並且不大於 1 重量 %、或至少 0.05 重量 % 並且不大於 0.3 重量 %。
實施例 56.如實施例 35-55 中任一項所述之方法，其中該氧化劑的量為以該組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 % 並且不大於 10 重量 %，或者至少 0.5 重量 % 並且不大於 5 重量 %。
實施例 57.如實施例 35-56 中任一項所述之方法，其中該溶劑包括水。
實施例 58.如實施例 35-57 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 為至少 1.3、或至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4、或至少 2.5。
實施例 59.如實施例 35-58 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 不大於 8.5、或不大於 7、或不大於 5、或不大於 4、或不大於 3.8、或不大於 3.5、或不大於 3.2、或不大於 3.0、或不大於 2.8、或不大於 2.5、或不大於 2.3。
實施例 60.如實施例 35-59 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 為至少 1.3 並且不大於 8、或至少 1.5 並且不大於 5、或至少 1.8 並且不大於 3.5。
實施例 61.如實施例 35-60 中任一項所述之方法，其中該流體組成物基本上不含磨料顆粒。
實施例 62.一種經調適以製備用於拋光基材的流體之套組，該套組包含第一包裝及第二包裝，其中該第一包裝包含多價金屬鹽，並且該第二包裝包含硼酸。
實施例 63.如實施例 62 所述之套組，其中該套組經調適為使得在組合包裝 1 及包裝 2 之後，原位形成多價金屬硼酸鹽。
實施例 64.如實施例 62 或 63 所述之套組，其中該第一包裝或該第二包裝亦包含至少一種氧化劑。
實施例 65.如實施例 62-64 中任一項所述之套組，其中該第二包裝亦包含至少一種氧化劑。
實施例 66.如實施例 62-65 中任一項所述之套組，其中該多價金屬鹽的該多價金屬離子包括 Fe3+ 、Fe2+ 、Co2+ 、Ce3+ 、Bi3+ 、Al3+ 、Ru3+ 、Ti3+ 、Pb2+ 或其任何組合。
實施例 67.如實施例 66 所述之套組，其中該多價金屬離子包括 Fe3+ 或 Cu2+ 。
實施例 68.如實施例 67 所述之套組，其中該多價金屬離子基本上由 Fe3+ 組成。
實施例 69.如實施例 62-68 中任一項所述之套組，其中該第一包裝基本上不含硼。
實施例 70.如實施例 62-69 中任一項所述之套組，其中該多價金屬鹽的陰離子包括硝酸根、氯離子、溴離子、碘離子、硫酸根、磷酸根或其任何組合。
實施例 71.如實施例 62-70 中任一項所述之套組，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、次氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、鉻酸鹽、過氧化物、氧化錳或其任何組合。
實施例 72.如實施例 71 所述之套組，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鹽。
實施例 73.如實施例 72 所述之套組，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鉀。
實施例 74.如實施例 62-74 中任一項所述之套組，其中該套組基本上不含磨料顆粒。
實施例 75.一種拋光基材之方法，其包含：製備流體組成物，其中製備該流體組成物包含組合第一包裝及第二包裝，該第一包裝及該第二包裝是套組的一部分，其中該第一包裝包含多價金屬鹽並且該第二包裝包含硼酸；使該流體組成物與基材及拋光墊接觸；以及 將該基材拋光。
實施例 76.如實施例 75 所述之方法，其中組合該第一包裝及該第二包裝包括原位形成多價金屬硼酸鹽。
實施例 77.如實施例 75 或 76 所述之方法，其中製備該流體組成物是在拋光該基材的同一天進行的。
實施例 78.如實施例 75-77 中任一項所述之方法，其中該第一包裝或該第二包裝亦包含至少一種氧化劑。
實施例 79.如實施例 75-78 中任一項所述之方法，其中該第二包裝亦包含至少一種氧化劑。
實施例 80.如實施例 75-79 中任一項所述之方法，其中該多價金屬鹽的該多價金屬離子包括 Fe3+ 、Fe2+ 、Co2+ 、Ce3+ 、Bi3+ 、Al3+ 、Ru3+ 、Ti3+ 、Pb2+ 或其任何組合。
實施例 81.如實施例 80 所述之方法，其中該多價金屬離子包括 Fe3+ 或 Cu2+ 。
實施例 82.如實施例 81 所述之方法，其中該多價金屬離子基本上由 Fe3+ 組成。
實施例 83.如實施例 75-82 中任一項所述之方法，其中該第一包裝基本上不含硼。
實施例 84.如實施例 75-83 中任一項所述之方法，其中該多價金屬鹽的陰離子包括硝酸根、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸根、硫酸根、或其任何組合。
實施例 85.如實施例 75-84 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 為至少 1.3、或至少 1.5、至少 1.7、至少 1.9、至少 2.0、至少 2.1、至少 2.2、至少 2.3、至少 2.4、或至少 2.5。
實施例 86.如實施例 75-85 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 不大於 8.5、或不大於 7、或不大於 5、或不大於 4、或不大於 3.8、或不大於 3.5、或不大於 3.2、或不大於 3.0、或不大於 2.8、或不大於 2.5、或不大於 2.3。
實施例 87.如實施例 75-86 中任一項所述之方法，其中該流體組成物的 pH 為至少 1.3 並且不大於 8、或至少 1.5 並且不大於 5、或至少 1.8 並且不大於 2.5。
實施例 88.如實施例 75-87 中任一項所述之方法，其中藉由該套組製備的流體組成物基本上不含磨料顆粒。
實施例 89.如實施例 74-86 中任一項所述之方法，其亦包含如申請專利範圍第 43 項至第 61 項所述 之實施例中的任一項。 實例
以下非限制性實例說明了本發明。 實例 1
藉由以下方式製備含水流體組成物 (S1)：在攪拌下將 2.5 g (6.19 mmol) 的九水合硝酸鐵(III) (Fe(NO3 )3 9H2 O)、2.5 g (40.3 mmol) 硼酸 (H3 BO3 ) 及 40.0 g (253.2 mmol) 過錳酸鉀 (KMnO4 ) 溶於 955 ml 蒸餾水中。在混合所有成分後，用 1N HNO3 將 pH 值調整至為 2.1 的 pH。根據成分的莫耳量，Fe3+ 離子與硼酸根離子 (BO3 3- ) 之莫耳比為 1:6.5。
對比流體組成物 C1 以與漿料 S1 相同的方式製備，不同之處在於不包含硼酸並且沒有 Fe3+ 離子鹽，使得其僅含有與樣本 S1 相同類型和量的氧化劑 (KMnO4 )，並且被調節至為 2.1 的相同 pH。
對比漿料組成物 C2 與對比漿料 C1 類似地製備，不同之處在於亦包含 1 重量 % 的平均粒徑為 100 nm 的 α 氧化鋁顆粒。
藉由使用 Strasbaugh 6EC 拋光工具對碳化矽基材進行拋光來測試和比較漿料的拋光特性。
測試組成物及測試結果的匯總，諸如物質移除率 (MMR) 及拋光後的表面粗糙度，可在表 1 中看到。 表 1：
樣本 磨料顆粒 金屬離子 金屬離子 [mmol/kg] H3 BO3 [mmol/kg] KMnO4 [mmol/kg] MMR [µm/hr] 表面粗糙度 [Å] pH 觀察
S1 - Fe3+ 6.19 40.3 253.2 4.07 2.0 2.1  
S2 - Fe3+ 30.94 202.2 253.2 5.21 2.3 2.1  
S3 - Cu2+ 30.94 202.2 253.2 5.54 2.9 2.1  
S4 - Co2+ 30.94 202.2 253.2 3.30 2.4 2.1  
C1 - - - - 253.2 2.72 2.2 2.1 劃痕及節距
C2 1 重量 % 的氧化鋁 - - - 253.2 3.86   2.1 劃痕及節距
C3 - - - 202.2 253.2 3.41 2.3 2.1  
如圖 1 中進一步圖示，可以看出，具有硼酸鐵及氧化劑 (KMnO4 ) 的組合的流體組成物，參見樣本 S1，具有為 4.07 μm/小時的高碳化矽移除率，此比僅包含氧化劑 KMnO4 而不包含硼酸鐵的對比流體組成物 C1 的移除率高約 50%。若 Fe3+ 和 H3 BO3 的濃度增大 5 倍，則 MMR 可進一步增大，參見樣本 S2。與 Fe3+ -硼酸鹽類似，Cu2+ -硼酸鹽與 KMnO4 組合作為氧化劑（參見樣本 S3）亦與僅包含氧化劑 KMnO4 的對比樣本 C1 或僅包含 KMnO4 和硼酸的對比組合物 C3 相比顯示出強 MMR 改進。
可以進一步看出，即使藉由添加 1 重量 % 的量的氧化鋁磨料顆粒至組成物 C1 中（參見組成物 C2），拋光效率仍然與組成物 S1、S2 及 S3 的移除率相比較低，組成物 S1、S2 及 S3 不含磨料顆粒。形成Co2+ -硼酸鹽（參見樣本 S4）在選定條件下與樣本 C2 和 C3 相比未顯示出 MMR 增加，並且與樣本 C1 相比僅具有微小的優勢。 拋光測試的描述：
測試本揭露的實例的所有流體組成物在使用 Strasbaugh 6EC 單面拋光工具以及購自 Cabot 的 D100 拋光墊拋光 4H 型碳化矽（偏軸 4°）晶圓時對物質移除率的影響。碳化矽晶圓的直徑為 150 mm 並且厚度為 350 μm。物質移除率是根據使用 Ohaus Explorer 型號 FX324 精確標尺量測的失重計算的。
使用 Zygo New View 8300+ 掃描光學輪廓儀量測表面粗糙度。
拋光是在以下條件下進行的：
壓板直徑（吋） 22.0
運行時間 (min) 10.0
下壓力 (psi) 9.0
壓板速度 (rpm) 103
頭部速度 (rpm) 123
PV（下壓力· 壓板速度） 533.9 lbs/in· s
PV（下壓力· 壓板速度） 9554 kg/m· s
頭部速度/壓板速度 1.19
流量 (ml/min) 48
流率/壓板面積 0.126 ml/in2 min
拋光墊 D100
在前述說明書中，已經參照特定實施例描述了該等概念。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應了解，可以在不偏離以下申請專利範圍中規定的發明範疇的情況下進行各種修改及改變。因此，說明書及圖式應被視為說明性而非限制性意義，並且所有此類修改都意欲包含在本發明的範圍內。
無。
藉由參考附圖，可以更好地理解本發明，且其眾多特徵和優點對於本領域技術人員而言是顯而易見的。 圖 1 包括圖示根據一個實施例的流體組成物的物質移除率 (MRR) 及對比流體組成物的物質移除率的圖式。

Claims (15)

  1. 一種流體組成物，其包含：一多價金屬硼酸鹽；至少一種氧化劑；以及一溶劑。
  2. 如請求項1所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽包括硼酸鐵 (III)、硼酸銅 (II)、硼酸鈷 (II)、硼酸鉍 (III)、硼酸鋁 (III)、硼酸鈰 (III)、硼酸鉻 (III)、硼酸釕 (III)、硼酸鈦 (III)、硼酸鉛 (II)、或其任何組合。
  3. 如請求項2所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽基本上由硼酸鐵 (III) 組成。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物基本上不含磨料顆粒。
  5. 如請求項1至請求項3中任一項所述之流體組成物，其中該多價金屬硼酸鹽的量為以該組成物的總重量為基準計至少 0.01 重量 %，且以該組成物的總重量為基準計不大於 10 重量 %。
  6. 如請求項1至請求項3中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物的多價金屬離子與硼之莫耳比範圍是 1:1 至 1:7。
  7. 如請求項1至請求項3中任一項所述之流體組成物，其中該至少一種氧化劑包括過錳酸鹽、過氧二硫酸鹽、亞氯酸鹽、過氯酸鹽、過氧化物、次氯酸鹽、亞硝酸鹽、次硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、鉻酸鹽、或其任何組合。
  8. 如請求項7所述之流體組成物，其中該氧化劑基本上由過錳酸鹽組成。
  9. 如請求項1至請求項3中任一項所述之流體組成物，其中該流體組成物經調適用於一基材的化學機械拋光。
  10. 如請求項9所述之流體組成物，其中該基材包括 III-V 族化合物或 IV-IV 族化合物。
  11. 一種拋光一基材之方法，其包含： 提供一流體組成物，其中該流體組成物包含多價金屬硼酸鹽、至少一種氧化劑及水； 將該流體組成物與該基材及一拋光墊接觸；以及 將該基材拋光。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該流體組成物基本上不含磨料顆粒。
  13. 如請求項11或請求項12所述之方法，其中該流體組成物的 pH 不大於 5。
  14. 一種經調適以製備用於拋光基材的流體之套組，該套組包含一第一包裝及一第二包裝，其中該第一包裝包含多價金屬鹽，並且該第二包裝包含硼酸。
  15. 如請求項14所述之套組，其中該套組經調適為使得在將包裝 1 及包裝 2 組合後，原位形成多價金屬硼酸鹽，並且其中所獲得的流體組成物基本上不含磨料顆粒。
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