TWI440677B - 用於鎳－磷塗覆記憶碟之含有混合磨料的拋光組合物 - Google Patents

Description

用於鎳-磷塗覆記憶碟之含有混合磨料的拋光組合物

本發明係關於一種拋光組合物及使用該組合物拋光一基材的方法；特定而言，本發明係關於一種含有混合磨料的拋光組合物，以及使用該組合物拋光一基材的方法。

對於增加記憶碟或剛性碟(rigid disks)容量的需求以及記憶碟或剛性碟最小化的趨勢(例如由於電腦設備需要較小的硬體)持續強調記憶碟或剛性碟生產製程的重要性，其中包括確保最大效能之該等碟片的平坦化或拋光。雖然已有數種化學機械拋光(CMP)組合物及方法可用於半導體裝置的製造，但只有少數傳統的CMP方法或商業上可購得的CMP組合物係相當適合於記憶碟或剛性碟的平坦化或拋光。

用語「記憶碟或剛性碟」代表任何以電磁形式保存資訊的磁碟、硬碟、剛性碟、或記憶碟。記憶碟或剛性碟通常具有包含鎳-磷的表面，但記憶碟或剛性碟表面可包含任何其他適合的材料。記憶或剛性碟的平坦性必須加以改進，因為磁碟驅動器的記錄頭與記憶或剛性碟之表面間的距離隨著記錄密度的進步而縮短，此需要較低之相對於記憶碟或剛性碟之浮動高度。為了容 許磁頭的較低浮動高度，改進記憶或剛性碟的表面修整(finish)的改良是需要的。

影響磁頭浮動高度的記憶碟或剛性碟表面特性包括波紋(waviness)和微波紋。波紋或翹曲是整個碟片表面之平坦度的總偏差值。可能存在中間形式的表面偏差值，此處稱為微波紋。微波紋是在一波長範圍下之碟片表面的波紋，波長範圍為轉換頭的長度層級，由目前的科技，波長約為10至5000微米。對於低的浮動頭高度，微波紋可造成含有空氣的共振(airbearing resonance)，造成過量的頭對碟片間隔調幅。微波紋造成的間隔調幅將導致碟片表面上不良的資料複寫，在某些情況下甚至導致頭與碟片表面碰撞，結果造成碟片表面及/或記錄頭的損傷。

在記憶碟或剛性碟拋光期間，通常碟片邊緣從拋光工具受到較碟片其餘表面處更高的壓力，這導致碟片邊緣處形成彎曲或磨圓的輪廓。本領域中稱磨圓邊緣區域為邊緣滾邊(roll-off)、擦邊(rub-off)或鈍邊(dub-off)。碟片上該等磨圓區域不適用於記錄。

一般而言，用於記憶碟或剛性碟的拋光組合物係包含磨料以增加基材的移除速率，亦可藉由增加拋光墊對基材的下壓力來達到高移除速率。然而，增加下壓力會導致磨料顆粒嵌入基材表面，結果對微波紋及表面粗糙度造成負面影響。

本領域中對於在不犧牲基材的移除速率下能最小化嵌入磨料、微波紋、以及邊緣滾邊之平坦化或拋光記憶碟或剛性碟的拋光組合物及方法仍存有需求。

本發明提供一種拋光組合物，包含：(a)一磨料，包含(i)平均長寬比為0.8：1至1.2：1之第一α-氧化鋁顆粒、(ii)平均長寬比大於1.2：1之第二α-氧化鋁顆粒、(iii)發煙氧化鋁顆粒、及(iv)濕製程氧化矽顆粒；以及(b)水。

本發明提供一種拋光基材之方法，該方法包含：(i)提供一基材，尤其是包含至少一鎳-磷層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供本發明之拋光組合物；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)研磨該基材表面之至少一部分，以移除至少部分的基材，尤其是至少部分的鎳-磷，以拋光該基材表面。

第1圖係平均長寬比為0.8：1至1.2：1的α-氧化鋁顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

第2圖係平均長寬比大於1.2：1的α-氧化鋁顆粒的SEM圖。

本發明提供一種拋光組合物，其包含磨料及水、實質上由磨料及水組成、或由磨料及水組成。該磨料包含以下成分、實質由以下成分組成、或由以下成分組成：(i)第一α-氧化鋁顆粒，該第一α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係0.8：1至1.2：1；(ii)第二α-氧化鋁顆粒，該第二α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係大於1.2：1；(iii)發煙氧化鋁顆粒；(iv)濕製程氧化矽顆粒。

α-氧化鋁顆粒係指包含約50重量%或更高之α-構形氧化鋁的氧化鋁顆粒，該構形通常在例如高於1400℃的高溫下形 成。

該拋光組合物包含平均長寬比為0.8：1至1.2：1的第一α-氧化鋁顆粒。用語「長寬比」在磨料顆粒的技術領域中廣為人知，其係指長度與寬度的比值、或長度與截面(例如直徑)的比值、或是在不規則顆粒的情況下，最大截面尺寸與最小截面尺寸的比值。

第一及第二α-氧化鋁顆粒的長寬比可輕易為本領域技術人士利用例如以影像分析軟體協助(Media Cybernetic LP(美國馬里蘭州，銀泉)所售IMAGE-PRO PLUS影像分析軟體)之光學顯微鏡來測定。舉例言之，做為代表性的樣品的一部分磨料顆粒的二維輪廓可經影像分析定出該磨料顆粒的長寬比。

第1圖及第2圖描繪具有不同長寬比的α-氧化鋁顆粒在形狀外觀上的差異。具體而言，第1圖係平均長寬比0.8：1至1.2：1之α-氧化鋁顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。第2圖係平均長寬比大於1.2：1之α-氧化鋁顆粒的SEM圖。

第一α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可為0.8：1或以上、0.9：1或以上、1：1或以上、1.05：1或以上、或是1.1：1或以上。或者或除此之外，第一α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可為1.2：1或以下、1.1：1或以下、或是1：1或以下。因此，第一α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可由前述任兩個端點限制。例如，第一α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可為0.8：1至1.1：1、0.9：1至1：1、或是1.05：1至1：1。

第一α-氧化鋁顆粒可為任何合適的顆粒尺寸。大約為球形的顆粒之顆粒尺寸為該顆粒的直徑。任何非球形的顆粒的顆粒尺寸為包圍該顆粒的最小球體的直徑。第一α-氧化鋁顆粒的 平均顆粒尺寸(例如，平均粒徑)可為50奈米或以上、100奈米或以上、200奈米或以上、300奈米或以上、400奈米或以上、或是450奈米或以上。或者或除此之外，第一α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為800奈米或以下、700奈米或以下、600奈米或以下、500奈米或以下、或是450奈米或以下。因此，第一α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可由前述任兩個端點限制。例如，第一α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為50至500奈米、200至500奈米、300至600奈米、300至700奈米、450至600奈米、或是400至700奈米。

拋光組合物可包含任何適合量的第一α-氧化鋁顆粒。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.05重量%或以上、0.1重量%或以上、或是0.3重量%或以上的第一α-氧化鋁顆粒。或者或除此之外，拋光組合物可含有5重量%或以下、3重量%或以下、1重量%或以下、0.8重量%或以下、或是0.5重量%或以下的第一α-氧化鋁顆粒。因此，拋光組合物所含有第一α-氧化鋁顆粒的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至5重量%、0.1至3重量%、0.3至0.8重量%、或是0.1至0.8重量%的第一α-氧化鋁顆粒。

拋光組合物包含平均長寬比大於1.2：1的第二α-氧化鋁顆粒。第二α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可為1.2：1或以上、1.3：1或以上、1.5：1或以上、2：1或以上、或是2.5：1或以上。或者或除此之外，第二α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可為5：1或以下、4：1或以下、或是3：1或以下。因此，第二α-氧化鋁顆粒的平均長寬比可由前述任兩個端點限制。例如，第二α-氧化鋁顆粒的平均長寬 比可為1.3：1至5：1、1.5：1至5：1、或是2：1至4：1。

第二α-氧化鋁顆粒可為任何合適的顆粒尺寸。第二α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸(例如，平均粒徑)可為20奈米或以上、30奈米或以上、40奈米或以上、50奈米或以上、或是75奈米或以上。或者或除此之外，第二α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為600奈米或以下、500奈米或以下、400奈米或以下、300奈米或以下、250奈米或以下、或是200奈米或以下。因此，第二α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可由前述任兩個端點限制。例如，第二α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為20至600奈米、30至500奈米、30至400奈米、50至300奈米、50至250奈米、75至250奈米、或是75至200奈米。

拋光組合物可包含任何適合量的第二α-氧化鋁顆粒。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.05重量%或以上、0.1重量%或以上、或是0.3重量%或以上的第二α-氧化鋁顆粒。或者或除此之外，拋光組合物可含有5重量%或以下、3重量%或以下、1重量%或以下、0.8重量%或以下、或是0.5重量%或以下的第二α-氧化鋁顆粒。因此，拋光組合物所含有第二α-氧化鋁顆粒的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至5重量%、0.1至3重量%、0.3至0.8重量%、或是0.1至0.8重量%的第二α-氧化鋁顆粒。

磨料含有第一α-氧化鋁顆粒及第二α-氧化鋁顆粒之重量比可為0.1：1或以上、0.3：1或以上、0.5：1或以上、或是0.7：1或以上。或者或除此之外，第一α-氧化鋁顆粒與第二α-氧化鋁顆粒之重量比可為1.3：1或以下、1.1：1或以下、1：1或以下、0.9：1 或以下、或是0.8：1或以下。因此，第一α-氧化鋁顆粒與第二α-氧化鋁顆粒之重量比可由前述任兩個端點限制。例如，第一α-氧化鋁顆粒與第二α-氧化鋁顆粒之重量比可為0.1：1至1：1、0.3：1至1：1、0.5：1至1：1、0.5：1至1.1：1、或是0.7：1至0.9：1。

拋光組合物包含發煙氧化鋁顆粒。發煙氧化鋁係氧化鋁的非晶質形式。發煙氧化鋁具有團聚體結構，其中大致為球形的初級顆粒集合成類似鏈狀的初級顆粒團聚體。初級顆粒彼此藉由共價鍵及靜電交互作用而結合在一起，且通常可抵抗由例如輸入機械能量(如高剪力混合)造成的降解。數個發煙氧化鋁團聚體可更鬆散的集合成積聚體形式。積聚體較容易破碎成其組分的團聚體。發煙氧化鋁的顆粒尺寸指包圍初級顆粒團聚體(而非個別的初級顆粒或數個團聚體的積聚體)的最小球體的直徑。

發煙氧化鋁顆粒可為任何合適的平均顆粒尺寸(即，平均粒徑)。發煙氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為30奈米或以上、40奈米或以上、50奈米或以上、70奈米或以上、或是100奈米或以上。或者或除此之外，發煙氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為250奈米或以下、230奈米或以下、210奈米或以下、190奈米或以下、或是150奈米或以下。因此，發煙氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可由前述任兩個端點限制。例如，發煙氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸可為30至250奈米、30至230奈米、50至190奈米、70至150奈米、或是100至150奈米。

拋光組合物可包含任何適合量的發煙氧化鋁顆粒。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.05重量%或以上、0.1重量%或以上、或是0.3重量%或以上的發煙氧化鋁顆粒。或者或除 此之外，拋光組合物可含有5重量%或以下、3重量%或以下、1重量%或以下、0.8重量%或以下、或是0.5重量%或以下的發煙氧化鋁顆粒。因此，拋光組合物所含有發煙氧化鋁顆粒的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至5重量%、0.1至3重量%、0.3至0.8重量%、或是0.1至0.8重量%的發煙氧化鋁顆粒。

拋光組合物包含濕製程氧化矽顆粒(例如，凝聚聚合的或沉澱的氧化矽顆粒)。凝聚聚合氧化矽顆粒通常藉由凝聚Si(OH)₄ 以形成膠體顆粒來製備，其中膠體顆粒定義為平均顆粒尺寸約1奈米至約1000奈米者。該等濕製程氧化矽顆粒可根據美國專利第5,230,833號而製備，或可由各種商購可得之產品獲得，例如Akzo-Nobel Bindzil 50/80產品、Nalco DVSTS006產品、及Fuso PL-2產品，以及其他可購自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical及Clariant的類似產品。

濕製程氧化矽顆粒可具有任何合適的平均顆粒尺寸(即，平均粒徑)。濕製程氧化矽顆粒的平均顆粒尺寸可為4奈米或以上、10奈米或以上、15奈米或以上、20奈米或以上、或是25奈米或以上。或者或除此之外，濕製程氧化矽顆粒的平均顆粒尺寸可為180奈米或以下、120奈米或以下、110奈米或以下、90奈米或以下、80奈米或以下、70奈米或以下、60奈米或以下、50奈米或以下、或是40奈米或以下。因此，濕製程氧化矽顆粒的平均顆粒尺寸可由前述任兩個端點限制。例如，濕製程氧化矽顆粒的平均顆粒尺寸可為10至100奈米、20至100奈米、20至80奈米、20至60奈米、或是20至40奈米。

拋光組合物可包含任何適合量的濕製程氧化矽顆粒。拋光組合物可含有0.5重量%或以上、1重量%或以上、2重量%或以上、或是5重量%或以上的濕製程氧化矽顆粒。或者或除此之外，拋光組合物可含有25重量%或以下、20重量%或以下、15重量%或以下、10重量%或以下、8重量%或以下、6重量%或以下、或是5重量%或以下的濕製程氧化矽顆粒。因此，拋光組合物所含有濕製程氧化矽顆粒的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.5至20重量%、1至15重量%、5至15重量%、或是0.5至5重量%的濕製程氧化矽顆粒。

磨料可含有任何適合量的第一α-氧化鋁顆粒、第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒。例如，以拋光組合物中之磨料的總重量計，磨料可含有1至10重量%的第一α-氧化鋁顆粒、10至60重量%的第二α-氧化鋁顆粒、5至20重量%的發煙氧化鋁顆粒、及20至60重量%的濕製程氧化矽顆粒。

拋光組合物較佳不含任何其他形式的氧化鋁，即，此處所描述之第一及第二α-氧化鋁顆粒與發煙氧化鋁顆粒之外的其他氧化鋁顆粒。相似地，拋光組合物較佳不含任何其他形式的氧化矽，此處描述之濕製程氧化矽顆粒之外的其他氧化矽顆粒。此外，拋光組合物較佳不含任何此處描述之氧化鋁及氧化矽顆粒以外的其他磨料，即此處描述之第一α-氧化鋁顆粒、第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽以外的其他磨料顆粒。

較佳地，磨料於拋光組合物中係膠體穩定的。用語「膠體」意指顆粒於液體載體(例如水)中的懸浮液。「膠體穩定」意指懸浮液經過時間的維持程度。在本文中，若磨料放在一 個100毫升量筒中並不攪拌的放置2小時，在量筒底部50毫升的顆粒濃度([B]，以公克/毫升表示)與在量筒頂部50毫升的顆粒濃度([T]，以公克/毫升表示)的差值除以磨料組合物的總顆粒濃度([C]，以公克/毫升表示)係小於或等於0.5(即，([B]-[T])/[C]0.5)，則磨料被視為膠體穩定。更佳地，([B]-[T])/[C]之值小於或等於0.3，且最佳小於或等於0.1。

拋光組合物可含有任何適合量的磨料。拋光組合物可含有0.5重量%或以上、1重量%或以上、2重量%或以上、或是5重量%或以上的磨料。或者或除此之外，拋光組合物可含有25重量%或以下、20重量%或以下、15重量%或以下、10重量%或以下、8重量%或以下、6重量%或以下、或是5重量%或以下的磨料。因此，拋光組合物所含有磨料的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.5至20重量%、1至15重量%、5至15重量%、或是0.5至5重量%的磨料。

拋光組合物包含水。水係用於幫助使用磨料顆粒於將拋光或平坦化的適宜基材的表面。較佳地，水係去離子水。

拋光組合物可具有任何適合之pH值。拋光組合物期望具有一酸性的pH值，即低於7的pH值。較佳地，拋光組合物之pH值為6或更低(例如，5或更低)，甚至更佳地，拋光組合物之pH值為1至4(例如，2至4)。拋光組合物可視需要含有pH值調整劑，例如，氫氧化鉀、氫氧化銨、及/或硝酸。拋光組合物亦可視需要含有pH值緩衝系統，本領域中已知多種pH值緩衝系統。pH值緩衝劑可為任何適合之pH值緩衝劑，例如，碳酸氫鹽-碳酸鹽緩衝系統、胺烷基磺酸等。拋光組合物可包含任何適合 量的pH值調整劑及/或pH值緩衝劑，只要該適合量係用於達成及/或維持拋光組合物的pH值於適合的範圍內。

拋光組合物可視需要更包含至少一種氧化劑。氧化劑的功能係氧化至少一部分的基材，例如包含如鎳-磷之一層或多層。該氧化劑可為任何適合的氧化劑。適合的氧化劑之非限制性的例子包括過氧化氫、過硫酸鹽(例如過硫酸銨)、鐵鹽類(例如硝酸鐵)、固態過氧化氫、及其組合。固態過氧化氫包括過碳酸鈉、過氧化鈣、及過氧化鎂，其等溶解於水中時會放出游離的過氧化氫。較佳地，氧化劑係過氧化氫。

拋光組合物可包含任何適合量的氧化劑。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.5重量%或以上、0.1重量%或以上、1重量%或以上、或是1.5重量%或以上的氧化劑。或者或除此之外，拋光組合物可含有10重量%或以下、5重量%或以下、3重量%或以下、2重量%或以下、或是1.5重量%或以下的氧化劑。因此，拋光組合物所含有氧化劑的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至10重量%、0.5至5重量%、0.1至3重量%、1.5至3重量%、或是1.5至2重量%的氧化劑。

拋光組合物可視需要更包括至少一種鎳的螯合劑。該螯合劑可為任何適合的鎳的螯合劑。適合的鎳的螯合劑的非限制性的例子包括胺基酸(例如甘胺酸)及有機羧酸(例如菸鹼酸及酒石酸)。

拋光組合物可含有任何適合量的該螯合劑。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.5重量%或以上、0.1重量%或以上、1重量%或以上、或是1.5重量%或以上的該螯合劑。或者或 除此之外，拋光組合物可含有10重量%或以下、5重量%或以下、3重量%或以下、2重量%或以下、或是1.5重量%或以下的該螯合劑。因此，拋光組合物含有的該螯合劑的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至10重量%、0.5至5重量%、0.1至3重量%、1.5至3重量%、或是1.5至2重量%的鎳的螯合劑。

拋光組合物可視需要更包含至少一種非離子型界面活性劑。該非離子型界面活性劑可為任何適合的非離子型界面活性劑。適合的非離子型界面活性劑包括含有矽氧烷單元、環氧乙烯單元、及/或環氧丙烯單元的共聚物界面活性劑，其可具有直鏈狀、支鏈狀、或三矽氧烷結構。適合的非離子型界面活性劑的非限制性例子包括乙氧化烷基酚(例如乙氧化壬基酚)、乙氧化醇、乙氧化矽氧烷等。較佳地，非離子型界面活性劑包括乙氧化壬基酚，例如可購自Dow Corning(美國密西根州，米德蘭)的Tergitol NP系列；以及乙氧化矽氧烷，例如可購自General Electric(美國紐約州，斯克內克塔迪)的Silwet系列。

拋光組合物可含有任何適合量的非離子型界面活性劑。拋光組合物可含有0.01重量%或以上、0.5重量%或以上、0.1重量%或以上、1重量%或以上、或是1.5重量%或以上的非離子型界面活性劑。或者或除此之外，拋光組合物可含有10重量%或以下、5重量%或以下、3重量%或以下、2重量%或以下、或是1.5重量%或以下的非離子型界面活性劑。因此，拋光組合物所含有的非離子型界面活性劑的量可由前述任兩個端點限制。例如，拋光組合物可含有0.01至10重量%、0.5至5重量%、0.1至3重 量%、1.5至3重量%、或是1.5至2重量%的非離子型界面活性劑。

拋光組合物可視需要更包含一或多種添加劑。該添加劑包括界面活性劑及/或流變控制劑、抗發泡劑、及除生物劑。添加劑可以任何適合的量存在該拋光組合物中。該添加劑可包括任何適合的分散劑，例如同元聚合物或是隨機、嵌段、或梯度丙烯酸酯共聚物，其中包含一或多種丙烯酸單體(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯基丙烯酸酯、及苯乙烯基丙烯酸酯)、其組合、及其鹽類。該除生物劑可為任何適合的除生物劑，例如異噻唑酮(isothiazolinone)除生物劑。

本發明之拋光組合物可由任何適合的技術製備，其中有許多係本領域之技藝人士所知。拋光組合物可以批式或連續製程製備。一般而言，該拋光組合物可藉由將其組分以任何順序組合而製備。此處之用語「組分」包括各別的成分(例如，第一α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、磨料、水等等)，以及任何成分的組合(例如磨料、水、氧化劑、螯合劑等等)。

舉例言之，可將該磨料分散於水中，之後可加入氧化劑、螯合劑、及非離子型界面活性劑，並以任何可將組分併入拋光組合物的方法混合之。其他可增加一或多種需移除的材料的移除速率而產生基材拋光的化合物可類似的用於拋光組合物的製備中。拋光組合物可於使用前製備，其中一或多種組分(例如pH值調整組分)僅在使用前加入拋光組合物(例如，在使用前7天內、或使用前1小時內、或使用前1分鐘內)。拋光組合物亦可藉由在拋光操作期間於基材表面上混合各組分而製備。

拋光組合物亦可以濃縮劑提供，其用意為在使用前 以適當量的水稀釋。在此情況下，拋光組合物濃縮劑可包含例如磨料及水，其量可使得一旦將該濃縮劑以適當量的水稀釋時，拋光組合物的各個組分將於拋光組合物中以適當的使用量存在。此外，如本領域具通常知識者所理解，該濃縮劑可含有適當部分的存在於最終拋光組合物中的水，以確保各組分及其他適合的添加劑至少部分或完全溶解於該濃縮劑中。

本發明提供一種拋光基材之方法，該方法包含：(i)提供一基材，例如包含至少一鎳-磷層的基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供前述之拋光組合物；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)研磨該基材表面之至少一部分，以移除至少部分的基材表面，從而由基材表面移除至少部分鎳-磷，並拋光基材表面。

本發明拋光組合物特別適合與化學機械拋光裝置一起使用。一般而言，CMP裝置包含：一平台，其在使用時係處於運動中且具有一來自軌道、線性、及/或環狀運動的速度；一拋光墊，其與該平台接觸，且在運動中係與該平台一起移動；以及一載體，其藉由接觸及相對於該拋光墊的表面移動將要拋光的基材以保持之。基材的拋光係藉由將基材安置為與拋光墊及本發明的拋光組合物接觸，並將拋光墊相對於基材移動，以此研磨至少一部份的表面而拋光該基材。

可使用本發明的拋光組合物及任何適合的拋光表面(例如拋光墊)而平坦化或拋光基材。適合的拋光墊包括，例如，織物及非織物拋光墊。此外，適合的拋光墊可包含任何適合的各種密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮後回彈能力、及壓縮係數的 聚合物。適合的聚合物包括例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、氟碳化物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其所共形成之產物、及其混合物。硬質聚氨酯拋光墊特別適合與本發明拋光方法一起使用。

所欲的化學機械拋光裝置更包含一原位(in situ )拋光終點偵測系統，其多數為本領域所知。藉由分析工件表面所反射的光或其他輻射而檢驗及監控拋光製程的技術已為本領域所知。該等方法係描述於例如美國專利第5,196,353號、美國專利第5,433,651號、美國專利第5,609,511號、美國專利第5,643,046號、美國專利第5,658,183號、美國專利第5,730,642號、美國專利第5,838,447號、美國專利第5,872,633號、美國專利第5,893,796號、美國專利第5,949,927號、及美國專利第5,964,643號。期望根據基材被拋光檢驗及監控拋光製程之進程，得以決定拋光終點；即，根據特定的基材決定何時終止拋光製程。

實施例

以下的實施例進一步描述本發明，但當然不應被視為以任何方式限制本發明之範圍。

於實施例中反映的拋光實驗係涉及使用商購可得的拋光裝置，以9.51千帕(1.38 psi)的下壓力將基材向CR200拋光墊(由Ceiba Technologies購得)施壓，除非另有描述，平台速度為20至30 rpm，且載體速度為25至30 rpm。

光學表面分析器(OSA)的氧化鋁計數係於進行60秒P2 KISS緩衝步驟後，以OSA Candela 6100(由KLA Tencor購得)使用設置於斜射及垂直入射角的兩個獨立雷射光波長(405 奈米及660奈米)來測量。OSA氧化鋁計數係嵌入的氧化鋁顆粒量的間接測量。

碟片表面的粗糙度測量係由紋理測量系統(TMS)測定，其包含裝設有波長為670奈米的II級雷射的散射儀。

基材表面的微波紋、短微波紋、及低頻率粗糙度(LF-Ra)的測量係使用Zygo干涉儀分別於波長200至1450微米、80至500微米、及20至200微米測量。

實施例1

以0.7重量%平均長寬比為2至2.7：1的第二α-氧化鋁顆粒、0.18重量%發煙氧化鋁顆粒、2.63重量%平均表面積為80平方公尺/公克的膠體氧化矽顆粒、0.8重量%過氧化氫、及0.0108重量%有機矽氧烷、以及其餘部分的水製備拋光組合物。第二α-氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為350奈米。在不同條件下使用該拋光組合物拋光鎳-磷(Ni-P)基材。拋光參數包括12秒斜降時間(ramp down time)以及如表1所示之下壓力及水潤洗時間。

測定每一組拋光條件的鎳-磷基材的移除速率(RR)，且列於表1中。此外，評估所得到之鎳-磷基材的嵌入氧化鋁顆粒(OSA計數)、微波紋、及粗糙度(TMS Ra)，其結果列於表1中。

由表1所列資料可看出，移除速率係以下壓力的函數增加。舉例言之，在其他條件皆相似之下，當下壓力由7.24千帕增加至9.51千帕至11.72千帕，則基材移除速率由37.88埃/分鐘增加至41.48埃/分鐘至42.81埃/分鐘。然而，在其他條件皆相似之下，當下壓力由7.24千帕增加至9.51千帕及11.72千帕，基材中的嵌入氧化鋁顆粒數量非期望地由847增加為1187至2474。當下壓力固定為9.51千帕，且水潤洗時間由12秒增加至30秒至60秒時，基材移除速率增加，且基材中的嵌入氧化鋁顆粒數量與基材表面的微波紋及粗糙度皆減少。

實施例2

依以平均長寬比為1至1.1：1的第一α-氧化鋁顆粒、平均長寬比為2至2.7：1的第二α-氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒以如表2所示之量製備拋光組合物2A至2H。此外，拋光組合物2A至2H包含0.18重量%平均顆粒尺寸為130奈米的發煙氧化鋁顆粒、0.8重量%酒石酸、0.6重量%過氧化氫、及0.0108重量%有機矽氧烷。

於類似的條件下使用該等拋光組合物拋光鎳-磷基材。評估所得的鎳-磷基材的拋光後及緩衝後的嵌入氧化鋁顆粒(OSA計數)，且列於表2中。

除了拋光組合物2A至2D係使用平均顆粒尺寸350奈米的第二α-氧化鋁顆粒，而拋光組合物2E至2H係使用平均顆粒尺寸500奈米的第二α-氧化鋁顆粒外，拋光組合物2A至2D係分別與拋光組合物2E至2H相似。在拋光組合物2A至2D及拋光組合物2E至2H的每一群組中，一個拋光組合物僅使用第二α-氧化鋁顆粒及發煙氧化鋁顆粒作為磨料(拋光組合物2A及2E)、一個拋光組合物僅使用第一及第二α-氧化鋁顆粒及發煙氧化鋁顆粒作為磨料(拋光組合物2B及2F)、一個拋光組合物僅使用第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒作為磨料(拋光組合物2C及2G)、以及一個拋光組合物使用第一及第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒作為磨料(拋光組合物2D及2H)。

由表2所列資料可看出，當磨料中不包括第一α-氧化鋁顆粒時，拋光後及緩衝後的基材缺陷計數係較磨料中包含第一及第二α-氧化鋁顆粒以及發煙氧化鋁顆粒時更高(比較拋光組合物2A及2B、拋光組合物2C及2D、拋光組合物2E及2F、以及拋光組合物2G及2H)。此外，至少在第二α-氧化鋁顆粒的平均顆粒尺寸為350奈米的情況下，當磨料中不包括濕製程氧化矽顆粒時，拋光後及緩衝後的基材缺陷計數係較磨料中包含濕製程氧化矽顆粒以及第一及第二α-氧化鋁顆粒及發煙氧化鋁顆粒者更高 (比較拋光組合物2A及2C、以及拋光組合物2B及2D)。

實施例3

以平均長寬比為1至1.1：1的第一α-氧化鋁顆粒、平均長寬比為2至2.7：1的第二α-氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒，以如表3A所示之量製備拋光組合物3A至3H。此外，拋光組合物3A至3H包含0.18重量%平均顆粒尺寸為130奈米的發煙氧化鋁顆粒、1重量%酒石酸、0.6重量%過氧化氫、及0.0108重量%有機矽氧烷。

於類似的條件下使用該等拋光組合物拋光鎳-磷基材。測定每一拋光組合物的鎳-磷基材的移除速率(RR)，且列於表3B中。此外，評估所得到的鎳-磷基材的微波紋、短微波紋、低頻率粗糙度、及滾邊，其結果列於表3B中。

除了拋光組合物3A至3D係使用平均顆粒尺寸350奈米的第二α-氧化鋁顆粒，而拋光組合物3E至3H係使用平均顆粒尺寸500奈米的第二α-氧化鋁顆粒外，拋光組合物3A至3D係分別與拋光組合物3E至3H相似。在拋光組合物3A至3D及拋光組合物3E至3H的每一群組中，一個拋光組合物僅使用第二α-氧化鋁顆粒及發煙氧化鋁顆粒作為磨料(拋光組合物3A及3E)、一個拋光組合物僅使用第一及第二α-氧化鋁顆粒及發煙氧化鋁顆粒作為磨料(拋光組合物3B及3F)、一個拋光組合物僅使用第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒作為磨料(拋光組合物3C及3G)、一個拋光組合物使用第一及第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒作為磨料(拋光組合物3D及3H)。

由表3B所列資料可看出，相較於含有平均顆粒尺寸350奈米的第二α-氧化鋁顆粒的磨料，在磨料含有平均顆粒尺寸500奈米的第二α-氧化鋁顆粒時可獲得較高的移除速率，但將伴隨微波紋、短微波紋、及低頻率粗糙度的增加(比較拋光組合物3A及3E、拋光組合物3B及3F、拋光組合物3C及3G、以及拋光組合物3D及3H)。

當磨料包含第一α-氧化鋁顆粒、第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、及濕製程氧化矽顆粒時，可獲得可接受的移除速率，且對於所得基材可獲得可接受的微波紋、短微波紋、及低頻率粗糙度特性。舉例言之，相較於拋光組合物3A至3C， 拋光組合物3D展現出可接受的移除速率與經拋光之基材的表面性質間的平衡。相似地，相較於拋光組合物3E至3G，拋光組合物3H展現出可接受的移除速率與經拋光之基材的表面性質間的平衡。

實施例4

如表4所示，以0.1重量%平均長寬比為1至1.1且平均顆粒尺寸200奈米的第一α-氧化鋁顆粒、0.86重量%平均長寬比為2至2.7且平均顆粒尺寸500奈米的第二α-氧化鋁顆粒、1.65重量%濕製程氧化矽顆粒(表面積如表4所示)、0.24重量%發煙氧化鋁顆粒、0.0108重量%有機矽氧烷(Silwet L7200)、1重量%螯合劑、及2.1重量%氧化劑製備拋光組合物4A至4H。

於類似的條件下使用該等拋光組合物拋光鎳-磷基材。評估所得的鎳-磷基材的拋光後的嵌入氧化鋁顆粒(OSA計數)，且列於表4中。

由表4所列資料可看出，當拋光組合物包含80平方公尺/公克的較低表面積濕製程氧化矽顆粒(即，濕製程氧化矽顆 粒尺寸較大)時，相較於170平方公尺/公克的較高表面積(即，相較於尺寸較小的濕製程氧化矽顆粒)，可觀測到較少的缺陷計數，這表示拋光後基材中有較少的嵌入氧化鋁顆粒。詳言之，拋光組合物4A至4D(包含表面積80平方公尺/公克的氧化矽)具有明顯較低的拋光後缺陷計數，分別相較於其餘皆相同的拋光組合物4E至4H(包含表面積170平方公尺/公克的氧化矽)的拋光後缺陷計數而言。

此外，在拋光組合物中使用菸鹼酸作為螯合劑通常較使用甘胺酸作為螯合劑者產生較少的拋光後缺陷計數。舉例言之，拋光組合物4D、4G、及4H(含有菸鹼酸作為螯合劑)所得拋光後缺陷計數分別為130、236、及290，較使用拋光組合物4B、4E、及4F(含有甘胺酸作為螯合劑)的拋光後缺陷計數223、324、及374為低。然而，拋光組合物4A(含有過氧化氫及甘胺酸)展現較拋光組合物4C(含有過氧化氫及菸鹼酸)所展現的拋光後缺陷計數161為低的拋光後缺陷計數134。

由表4所列資料亦可看出，在拋光組合物中使用過氧化氫作為氧化劑通常較使用過硫酸鈉作為氧化劑者具有較低的拋光後缺陷。舉例言之，拋光組合物4A、4E、及4G(含有過氧化氫作為氧化劑)所得拋光後缺陷計數分別為134、324、及236，較使用拋光組合物4B、4F、及4H(含有過硫酸鈉作為氧化劑)的拋光後缺陷計數223、374、及290為低。然而，相較於所得拋光後缺陷計數為130的拋光組合物4D(含有菸鹼酸及過硫酸鈉)，拋光組合物4C(含有菸鹼酸以及過氧化氫)獲得較高的拋光後缺陷計數161。

實施例5

以平均長寬比為1至1.1：1且平均顆粒尺寸200奈米的第一α-氧化鋁顆粒、平均長寬比為2至2.7：1且平均顆粒尺寸500奈米的第二α-氧化鋁顆粒、發煙氧化鋁顆粒、濕製程氧化矽顆粒、螯合劑、及氧化劑並以表5所示之種類及用量製備拋光組合物5A至5B。

於類似的條件下使用該等拋光組合物拋光鎳-磷基材。測定鎳-磷基材的移除速率(RR)，且列於表5中。此外，評估所得的鎳-磷基材的微波紋，且列於表5中。

由表5所列資料可看出，本發明組合物產生可接受的微波紋結果，亦具有高Ni-P移除速率。

列於此處之所有的參考文獻，包括出版物、專利申請、及專利，參照相同內容而併於此，如同每一參考文獻單獨且特別地指出係併於此處以供參考且係全文併於此處。

用於描述本發明的用語「一」、「一個」、及「該」以及相似的詞(尤其在後附申請專利範圍中)，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾，應理解為涵蓋單數及複數形式。用語「包含」、「具有」、「包括」、及「含有」除非有其他指示，應理解為開放式 用詞(即代表「包括但不限於」)。數值的範圍於此處僅用於簡單的個別表示該範圍中每個分別的數值，除非有其他指示，且每個分別的數值係合併於說明書中，如同分別列於此處。此處所描述的所有方法可以任何適合的順序進行，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾。任何及所有的實施例或是例示性的用詞(如「例如」)旨在更好的表示本發明，且並不對本發明的範圍造成限制，除非另有請求。說明書中的用語皆不應被視為意指任何未請求的元件為本發明實施所必需。

此處已描述本發明較佳的實施態樣，包括發明人所知實施本發明的最佳例。在閱讀前揭描述後，較佳實施態樣的變化對本領域具通常知識者而言是明顯的。發明人預期本領域技藝人士適當時可使用該等改變，且發明人意謂本發明可以此處具體描述之方法以外的方式實施。因此，依所適用法律之許可，本發明係包括記載於後附申請專利範圍之標的之所有修改及等效者。此外，除非另有指明或是由文中可見明顯矛盾，否則前述元件在所有可能的改變中的任何組合係涵蓋於本發明中。

Claims (20)

1. 一種拋光組合物，包含：(a)一磨料，包含：(i)第一α-氧化鋁顆粒，該第一α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係0.8：1至1.2：1，且平均顆粒尺寸為50奈米至800奈米；(ii)第二α-氧化鋁顆粒，該第二α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係大於1.2：1，且平均顆粒尺寸為20奈米至600奈米；(iii)發煙氧化鋁顆粒，該發煙氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至250奈米；(iv)濕製程氧化矽顆粒，該濕製程氧化矽顆粒之平均顆粒尺寸為4奈米至180奈米；其中，以該磨料的總重量計，該磨料包含(i)1至10重量%之該第一α-氧化鋁顆粒；(ii)20至60重量%之該第二α-氧化鋁顆粒；(iii)5至20重量%之該發煙氧化鋁顆粒；及(iv)20至60重量%之該濕製程氧化矽顆粒；且該第一α-氧化鋁顆粒與該第二α-氧化鋁顆粒之重量比係0.1：1至1.3：1；以及(b)水。
2. 如請求項1所述之組合物，其中該第二α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係1.3：1至5：1。
3. 如請求項1所述之組合物，其中該第一α-氧化鋁顆粒與該第二α-氧化鋁顆粒之重量比係0.1：1至1：1。
4. 如請求項1所述之組合物，其中該組合物包含1重量%至10重量%之該磨料。
5. 如請求項1所述之組合物，其中該組合物更包含一氧化劑。
6. 如請求項1所述之組合物，其中該組合物更包含一鎳的螯合劑。
7. 如請求項1所述之組合物，其中該組合物更包含一非離子型界面活性劑。
8. 如請求項1所述之組合物，其中該第一α-氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為200奈米至600奈米，且該第二α-氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為100奈米至600奈米。
9. 如請求項1所述之組合物，其中該組合物之pH值為1至4。
10. 一種拋光基材之方法，該方法包含：(i)提供一基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一拋光組合物，包含：(a)一磨料，包含：(A)第一α-氧化鋁顆粒，該第一α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係0.8：1至1.2：1，且平均顆粒尺寸為50奈米至800奈米；(B)第二α-氧化鋁顆粒，該第二α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係大於1.2：1，且平均顆粒尺寸為20奈米至600奈米；(C)發煙氧化鋁顆粒，該發煙氧化鋁顆粒之平 均顆粒尺寸為30奈米至250奈米；(D)濕製程氧化矽顆粒，該濕製程氧化矽顆粒之平均顆粒尺寸為4奈米至180奈米；其中，以該磨料的總重量計，該磨料包含(i)1至10重量%之該第一α-氧化鋁顆粒；(ii)20至60重量%之該第二α-氧化鋁顆粒；(iii)5至20重量%之該發煙氧化鋁顆粒；及(iv)20至60重量%之該濕製程氧化矽顆粒；且該第一α-氧化鋁顆粒與該第二α-氧化鋁顆粒之重量比係0.1：1至1.3：1；以及(b)水；(iv)將該基材之一表面與該拋光墊及該拋光組合物接觸；以及(v)研磨該基材表面之至少一部分，以移除至少部分的基材並拋光該基材表面。
11. 如請求項10所述之方法，其中該第二α-氧化鋁顆粒之平均長寬比係1.3：1至5：1。
12. 如請求項10所述之方法，其中該第一α-氧化鋁顆粒與該第二α-氧化鋁顆粒之重量比係0.1：1至1：1。
13. 如請求項10所述之方法，其中該組合物包含1重量%至10重量%之該磨料。
14. 如請求項10所述之方法，其中該組合物更包含一氧化劑。
15. 如請求項10所述之方法，其中該組合物更包含一鎳的螯合劑。
16. 如請求項10所述之方法，其中該組合物更包含一非離子型界 面活性劑。
17. 如請求項10所述之方法，其中該第一α-氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為200奈米至600奈米，且該第二α-氧化鋁顆粒之平均顆粒尺寸為100奈米至600奈米。
18. 如請求項10所述之方法，其中該組合物之pH值為1至4。
19. 如請求項10所述之方法，其中該基材包含至少一鎳-磷層，且至少部分鎳-磷係自該基材表面移除以拋光該基材表面。
20. 如請求項19所述之方法，其中該基材係一鎳-磷塗覆的鋁記憶碟。