TWI554602B

TWI554602B - 用於拋光玻璃之組成物及方法

Info

Publication number: TWI554602B
Application number: TW103109473A
Authority: TW
Inventors: 劉逢宇; 哈瑞許席禮瓦丹
Original assignee: 卡博特微電子公司
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-10-21
Also published as: TW201534703A

Description

用於拋光玻璃之組成物及方法

增加記憶體或硬磁碟中之儲存容量之需求及記憶體或硬磁碟小型化之趨勢(由於電腦設備中對更小的硬碟機之需求)仍係記憶體或硬磁碟製造製程之重點，其包括該等磁碟之平坦化或拋光以確保最大性能。除其在筆記型電腦中之熟知應用以外，亦在汽車導航系統及數位攝影機中發現硬磁碟機。用於該等行動裝置中所用硬磁碟機之記錄媒體必須能夠防止資料丟失，此意味著其必須具有耐受振動及衝擊之能力。玻璃記憶體磁碟與非可攜式設備中所用之鋁磁碟相比具有優良的抗衝擊特性。因此，業內對在記憶體磁碟應用中使用玻璃作為基板之興趣增加。

由於對增加之儲存容量之需求的增加，因此需要用於拋光該等記憶體或硬磁碟之經改良製程。術語「記憶體或硬磁碟」係指以電磁形式保存資訊之任何磁碟、硬碟(hard disk)、硬磁碟(rigid disk)或記憶體磁碟。記憶體或硬磁碟通常具有包含鎳-磷之表面，但記憶體或硬磁碟表面可包含任何其他適宜材料。必須改良記憶體或硬磁碟之平面性，此乃因磁碟機之記錄頭與記憶體或硬磁碟之表面之間之距離降低，其中記錄密度之改良要求磁頭相對於記憶體或硬磁碟之低浮動高度。為允許磁頭之較低浮動高度，需要改良記憶體或硬磁碟之表面光度。

伴隨改良記憶體磁碟之平面性之需要，需要降低磁碟之表面粗糙度及減少其上所發現之表面微粗度峰之數量。儘管存在若干種與金屬記憶體磁碟結合使用之化學機械拋光(CMP)組成物及方法，但極少習用CMP方法或市售CMP組成物適合於玻璃記憶體或硬磁碟之平坦化或拋光。已試圖藉由減小拋光組成物中所用磨料之粒徑降低表面粗糙度；然而，利用較小磨料粒徑，移除速率且因此生產量可顯著減小。

因此，業內仍需要用於拋光玻璃基板之經改良拋光方法。

本發明提供化學機械拋光組成物，其包含以下各項、基本由以下各項組成或由以下各項組成：(a)磨料粒子、(b)聚合物及(c)水，其中滿足以下條件：(i)聚合物具有總體電荷，(ii)磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a係符號與聚合物之總體電荷相同之數值，且(iii)| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |。

本發明亦提供化學機械拋光組成物，其包含以下各項、基本由以下各項組成或由以下各項組成：(a)磨料粒子，其包含在該等磨料粒子之外表面上之二氧化矽；(b)聚合物，其包含聚(烷基)丙烯酸酯、其鹽或其組合，其中該聚合物包含0莫耳%至3莫耳%具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體，及(c)水，其中該拋光組成物具有1.8至4之pH且滿足以下條件：(i)該聚合物具有總體負電荷，(ii)磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a為負，且(iii)| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |。

本發明進一步提供化學機械拋光基板之方法，該方法包含(1)使基板與拋光墊及化學機械拋光組成物接觸，該組成物包含(a)磨料粒子、(b)聚合物及(c)水，其中滿足以下條件：(i)聚合物具有總體電荷，(ii)磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且(iii)| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |，(2)使該拋光墊相對於該基板移動且該化學機械拋光組成物位於其間，及(3)磨蝕該基板之至少一部分以拋光該基板。

圖1A及1B圖解說明使用由本發明涵蓋(圖1B)及不涵蓋(圖1A)之化學機械拋光組成物所達成之之平均粗度峰計數及粗度峰之量級(參見實例5)。

本發明提供化學機械拋光組成物，其包含以下各項、基本由以下各項組成或由以下各項組成：(a)磨料粒子、(b)聚合物及(c)水，其中滿足以下條件：(i)聚合物具有總體電荷，(ii)磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且(iii)| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |。

磨料粒子可包含任何適宜材料、基本由其組成或由其組成，該材料通常為金屬氧化物及/或類金屬氧化物(在下文中統稱為「金屬氧化物」)。適宜材料之實例包括氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、二氧化鈰、氧化鋯、氧化鍺、氧化鎂、氧化鉭及其組合。在一些實施例中，磨料粒子不包含氧化鋁或二氧化鈰。較佳地，磨料粒子之外表面包含二氧化矽或由二氧化矽組成，且更佳地磨料粒子係二氧化矽粒子(即，磨料粒子由二氧化矽組成)。

磨料粒子亦可包含包含一種以上材料(例如兩種、三種、四種或五種材料)之複合粒子、基本由其組成或由其組成。複合粒子可為一種以上材料之均質或非均質混合物。在較佳實施例中，複合粒子之外表面包含二氧化矽或由二氧化矽組成。複合粒子亦可具有核心-殼體結構，其中包含一或多種材料之核心粒子經一或多個包含一或多種材料之殼體塗佈，其中核心及殼體之材料可相同或不同。較佳地，複合粒子之最外殼體包含二氧化矽或由二氧化矽組成。

磨料粒子可藉由任何適宜方法製備，例如濕式製程法。濕式製程磨料粒子之特徵在於係藉由可溶性前體自其水溶液之聚合來製備，且濕式製程法通常包括縮合聚合法及沈澱法。濕式製程二氧化矽通常可藉由可溶性二氧化矽前體自其水溶液之聚合或沈澱來製備，且濕式製程二氧化矽之適宜實例包括可經鹼穩定之縮合聚合二氧化矽或沈澱二氧化矽。濕式製程二氧化矽可藉由聚合或沈澱(例如)Si(OH)₄、鹼金屬矽酸鹽、烷氧基矽烷及其組合來製備。適宜鹼金屬矽酸鹽具有通式Si(OM)₄，其中「M」係鹼金屬。適宜鹼金屬矽酸鹽包括矽酸鋰、矽酸鈉及矽酸鉀。更佳地，磨料係藉由矽酸之沈澱所獲得且通常作為水性二氧化矽溶膠提供之二氧化矽。濕式製程二氧化矽之適宜起始材料包括鹼金屬矽酸鹽(例如，矽酸鈉及矽酸鉀)。較佳地，二氧化矽溶膠包含經鈉及/或鉀離子穩定之陰離子型實質上球形二氧化矽粒子。適宜二氧化矽溶膠係自以下購得：Nissan Chemical(例如，SNOWTEX產品)、Nyacol Nanotechnologies公司(例如，NEXSIL產品，例如NEXSIL及NEXSIL A系列產品)、EKA Chemicals(例如，BINDZIL產品，例如BINDZIL 30/310、30/360、40/130、40/170、40/220及50/80產品)、AkzoNobel(例如，LEVASIL產品)、Nalco Chemical(例如，TX13112、TX11005、DVSTS006、1034A、1050、2327及2329產品)、DuPont、Bayer、Applied Research、Silbond及Clariant。

該等磨料粒子具有1nm至100nm之平均粒徑，且較佳為1nm至50nm。二氧化矽離子可具有任何適宜平均粒徑(即，平均粒子直徑)。如本文所用，術語「平均粒徑」係指D50，其係如使用動態光散射所測定之中值粒徑，且在本文中稱為「D50粒徑」。二氧化矽粒子之D50 粒徑可為10nm或更大，例如15nm或更大、20nm或更大、25nm或更大、28nm或更大或30nm或更大。或者或另外，二氧化係之D50粒徑可為80nm或更小，例如，75nm或更小、70nm或更小、60nm或更小、50nm或更小、45nm或更小、40nm或更小、35nm或更小、32nm或更小或30nm或更小。因此，二氧化矽可具有由上述端點中之任兩者界定之D50粒徑。舉例而言，二氧化矽之D50粒徑可為10nm至80nm、10nm至70nm、10nm至60nm、10nm至50nm、10nm至40nm、20nm至50nm、20nm至40nm、20nm至35nm、25nm至40nm、25nm至35nm、25nm至30nm、28nm至32nm或30nm至35nm。

拋光組成物可包含任何適宜量之二氧化矽。通常，拋光組成物可含有0.01重量%或更高之二氧化矽，例如，0.05重量%或更高、0.1重量%或更高、0.5重量%或更高、1重量%或更高、2重量%或更高、3重量%或更高之二氧化矽、4重量%或更高之二氧化矽或5重量%或更高之二氧化矽。或者或另外，拋光組成物可含有50重量%或更低之二氧化矽，例如，40重量%或更低、30重量%或更低、20重量%或更低、15重量%或更低、10重量%或更低或5重量%或更低之二氧化矽。因此，拋光組成物可包含由上文針對二氧化矽所述之端點中之任兩者界定的量的二氧化矽。舉例而言，拋光組成物可包含0.01重量%至50重量%、0.5重量%至40重量%、1重量%至30重量%、1重量%至20重量%之二氧化矽、2重量%至20重量%之二氧化矽、3重量%至10重量%之二氧化矽、4重量%至10重量%之二氧化矽、5重量%至15重量%之二氧化矽或5重量%至10重量%之二氧化矽。

磨料粒子較佳係膠態穩定的。術語膠體係指磨料粒子於液體載劑中之懸浮液。膠態穩定性係指經過一段時間仍能維持此懸浮液形式。在本發明之上下文中，若在將磨料置於100mL量筒中且並不攪動使其靜置2小時時間時，量筒底部50mL之粒子濃度([B]，以g/mL表示)與量筒頂部50mL之粒子濃度([T]，以g/mL表示)間之差值除以磨料組成物中粒子之初始濃度([C]，以g/mL表示)小於或等於0.5(亦即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為該磨料係膠態穩定的。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。

本發明之化學機械拋光組成物可含有任何適宜液體載劑(例如，溶劑或分散介質)。液體載劑可包含任何適宜溶劑或分散介質，基本由其組成或由其組成，其包括(例如)水性載劑(例如，水)、非水性載劑(例如，有機溶劑)或其混合物。在較佳實施例中，液體載劑包含50%或更多水與非水性載劑之混合物。舉例而言，液體載劑可包含60%或更多、70%或更多、80%或更多或90%或更多水與非水性載劑之混合物。水可與非水性載劑混溶或不混溶，但較佳水與非水性載劑不混溶。液體載劑較佳包含水，且更佳地液體載劑係水(例如，液體載劑係由水組成)，例如去離子水。

本發明之化學機械拋光組成物可含有任何適宜聚合物。聚合物可包含在化學機械拋光組成物中具有總體電荷之聚合物、基本由其組成或由其組成，該總體電荷通常係聚合物之官能團、化學機械拋光組成物之pH及/或組成物中存在其他組份之結果。聚合物可擁有具有永久電荷之基團(例如，四級烷基銨)，及/或聚合物可擁有在分散或溶解於液體介質中時可變得帶電之可電離基團(例如，羧酸鈉)。聚合物上之電荷亦取決於介質之pH。

具有總體電荷之適宜聚合物包括陽離子聚合物、陰離子聚合物、兩性聚合物及其組合。在較佳實施例中，聚合物係在本發明之化學機械拋光組成物中具有總體負電荷之陰離子聚合物。聚合物可為均聚物、共聚物(例如，嵌段、接枝、隨機及/或交替共聚物、三元聚合物，及更高「x」-聚合物，例如4-、5-、6-、7-、8-、9-或10-聚合物)、其鹽及其組合/摻合物。聚合物通常係自一或多種單體藉由此項技術中已知之任何適宜聚合方法(例如縮合聚合或自由基聚合)來合成，或聚合物可商業上購得。具有總體電荷之聚合物之適宜實例包括聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯(例如，聚丙烯酸酯)、聚(烷基)(烷基)丙烯酸(例如，聚丙烯酸)、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯醯胺、聚醯胺、聚胺、其共聚物、其摻合物及其鹽(例如，其鋰、鈉、鉀、銨、鎂、鈣、鋅、鐵及銅鹽等)。其他適宜聚合物以及用於合成該等適宜聚合物之適宜單體闡述於美國專利第7,511,008號中，其整體內容以引用的方式併入本文中。在較佳實施例中，聚合物係聚丙烯酸鹽，例如聚丙烯酸鈉(例如，自Thermphos購得之DEQUEST P9020)。

如本文所用之術語「聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯」及「聚(烷基)(烷基)丙烯酸」意指每一「(烷基)」部分係可選的，即，可存在或不存在於聚合物中，且「(烷基)」部分可相同或不同。「聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯」及「聚(烷基)(烷基)丙烯酸」可為均聚物、共聚物、其鹽及其組合/摻合物，如上文中所述。用於合成「聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯」及「聚(烷基)(烷基)丙烯酸」之單體或共聚單體係(烷基)(烷基)丙烯酸酯及/或(烷基)(烷基)丙烯酸。聚合物及單體中之「(烷基)」部分通常包含具有1至20個碳之烷基。舉例而言，適宜「聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯」包括聚(甲基丙烯酸酯)(即，第一「(烷基)」不存在)及聚丙烯酸酯(其中第一及第二「(烷基)」均不存在)。適宜「(烷基)」部分包括甲基、乙基、2-乙基己基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等，該等可以任何適宜方式組合。適宜「聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯」包括聚(丙烯酸乙酯)及甲基丙烯酸2-乙基己基酯與甲基丙烯酸酯之共聚物。適宜「聚(烷基)(烷基)丙烯酸」包括聚(丙基丙烯酸)。通常，任何聚(烷基)(烷基)丙烯酸酯均可用於本發明之化學機械拋光組成物中，前提條件係聚合物、共聚物及/或其鹽具有本文所述之性質。

應瞭解，基於多價羧酸之聚合物的去質子化程度將取決於所用拋光組成物之pH。因此，基於多價羧酸之聚合物可以酸形式、部分中和形式或甚至完全中和形式提供。

在一些實施例中，聚合物包含0莫耳%至3莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體。令人驚訝地，與包含具有多於3莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體之聚合物的類似拋光組成物相比，尤其其中聚合物包含小於3莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體之本發明之化學機械拋光組成物產生經拋光基板較低之表面粗糙度及/或較低之極端曲率半徑。舉例而言，本發明拋光組成物之聚合物可包含小於3莫耳%，例如小於2.5莫耳%、小於2.0莫耳%、小於1.5莫耳%、小於1.0莫耳%、小於0.5莫耳%或小於0.1莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體。就此而言，當聚合物包含(例如)包含為(烷基)(烷基)丙烯酸、其鹽或其組合之單體的聚(烷基)(烷基)丙烯酸、其鹽或其組合，聚合物包含小於3莫耳%具有磺酸酯基團或磺酸基團之共聚單體。在較佳實施例中，聚合物不包含具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體(即，聚合物包含0莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體或共聚單體)。

聚合物之分子量可為500g/mol或更高，例如750g/mol或更高、1000g/mol或更高、1250g/mol或更高、1500g/mol或更高、2000g/mol或更高、2500g/mol或更高或3000g/mol或更高。或者或另外，聚合物之分子量可為10000g/mol或更低，例如5000g/mol或更低、4500g/mol或更低、4000g/mol或更低、3500g/mol或更低或3000g/mol或更低。因此，聚合物可具有由上述端點中之任兩者界定之分子量。舉例而言，聚合物之分子量可為500g/mol至10000g/mol、500 g/mol至5000g/mol、750g/mol至4500g/mol、1000g/mol至4000g/mol、1500g/mol至3500g/mol、2000g/mol至3000g/mol、2500g/mol至3000g/mol、2500g/mol至3500g/mol或3000g/mol至3500g/mol。

拋光組成物可包含任何適宜量之聚合物，例如5ppm或更高、10ppm或更高、25ppm或更高、50ppm或更高、75ppm或更高、100ppm或更高、150ppm或更高、200ppm或更高或250ppm或更高之聚合物。或者或另外，拋光組成物可包含1000ppm或更低、900ppm或更低、800ppm或更低、700ppm或更低、600ppm或更低或500ppm或更低之聚合物。因此，拋光組成物可包含由上文針對聚合物所述之端點中之任兩者界定的量的聚合物。舉例而言，拋光組成物可包含5ppm至1000ppm、10ppm至900ppm、25ppm至800ppm、50ppm至700ppm、100ppm至600ppm或200ppm至500ppm之聚合物。特別的是，該聚合物係以1ppm至10,000ppm之量存在，且較佳為1ppm至2,000ppm。

儘管不希望受限於理論，但相信聚合物囊封二氧化矽粒子而不會強烈地吸附於粒子之表面上，此至少部分地由於粒子表面及聚合物之負電荷所致。因此，經聚合物囊封二氧化矽粒子之ζ電位比二氧化矽粒子自身之ζ電位更負。換言之，經聚合物囊封二氧化矽粒子之ζ電位的絕對值大於二氧化矽粒子自身之ζ電位的絕對值，如由式所表示：｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜，其中Z_b係在聚合物存在下之二氧化矽粒子的ζ電位且Z_a係在不存在該聚合物下之二氧化矽粒子的ζ電位。

磨料粒子通常具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a，且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且ζ電位Z_b之絕對值通常大於ζ電位Z_a之絕對值(即，｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜)。方程式「｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜」尤其反映出聚合物之存在通常增加磨料粒子之電荷的量級(即，ζ電位Z_b的量級相對於ζ電位Z_a的量級增加)。磨料粒子之ζ電位係指圍繞磨料粒子之離子的電荷與本體溶液之電荷(例如，液體載劑及其中所溶解之任何其他組份)之間之差異。磨料粒子之ζ電位通常將隨pH及/或其他組份(例如，帶電聚合物)之存在而變，如下文更詳細闡述，且ζ電位可藉由此項技術中已知之任何適宜方法量測，如電泳遷移率技術。磨料粒子之ζ電位在一個pH範圍內可為正且在另一pH範圍內為負，此取決於構成磨料粒子之材料。然而，一些材料在給定pH範圍內可僅具有正或負電位。對於在給定pH範圍內展現正或負ζ電位之材料而言，磨料粒子之ζ電位自負性變為正性之pH稱為等電點(即，磨料粒子不具有淨電荷之pH)。舉例而言，二氧化矽磨料粒子於水之分散液中之等電點係pH小於2(例如，1.5至1.7)，其中二氧化矽磨料粒子之ζ電位為零。

傳統觀點將建議，由於不同電荷吸引及相同電荷排斥之已知現象，僅具有與磨料粒子之ζ電位之數字符號相反之電荷的聚合物才將與磨料粒締合，如美國專利第6,776,810號中所述，其整體內容以引用的方式併入本文中。然而，令人驚訝地，即使當磨料粒子之ζ電位具有與聚合物相同符號之數值(即，二者均為負或二者均為正)時，聚合物亦意想不到地以某種方式囊封及/或與磨料粒子締合(例如，借助氫鍵、範德華相互作用(van der Waals interaction)、疏水相互作用等)。不希望受限於理論，相信當ζ電位Z_a係符號與聚合物之總體電荷相同之數值，且| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |時，聚合物可以某種方式囊封磨料粒子及/或與磨料粒子締合，以便聚合物提供空間障壁及靜電障壁以防止磨料粒子彼此聚集。空間障壁物理上防止粒子締合/聚集，而靜電障壁代表兩種帶相同電荷之物質(即，帶負電荷之聚合物與具有負ζ電位之磨料粒子)之間的排斥力，由此防止物質締合/聚集。防止磨料粒子聚集係期望的，此乃因聚集體必然地大於組份粒子，該等較大聚集體在拋光基板時通常導致較高之基板移除速率及伴隨的表面粗糙度之不期望增加。在所拋光基板亦具有類似於磨料粒子之特性之情形中(例如，鑒於其相似的化學組成，玻璃基板將認為類似於二氧化矽磨料粒子)，聚合物亦可與基板締合，由此在磨料粒子與基板表面之間提供空間障壁及靜電障壁，該等障壁有助於改良經拋光基板之表面特性。因此，不希望受限於理論，相信當聚合物及磨料粒子具有本文所述之特性及關係時，防止磨料粒子聚集及/或在磨料粒子與基板表面之間存在由聚合物提供之潤滑效應，此效應可有助於本文所述之空間及/或靜電相互作用，以便當利用本發明之化學機械拋光組成物實施化學機械拋光時達成基板之較低表面粗糙度。

磨料粒子可具有任何適宜ζ電位Z_a及/或Z_b，前提條件係磨料粒子之ζ電位與聚合物之電荷之間的關係滿足本文所述之特性。本文所列舉之ζ電位值適用於ζ電位Z_a(在不存在該聚合物下量測之ζ電位)及ζ電位Z_b(在存在該聚合物下量測之ζ電位)二者，如在本發明之化學機械拋光組成物中所量測。舉例而言，磨料粒子可具有正ζ電位Z_a及Z_b、或負ζ電位Z_a及Z_b。磨料粒子之ζ電位通常可藉由磨料粒子材料之選擇、拋光組成物之pH及聚合物之特性及量來調節。通常，磨料粒子之電位Z_a及/或Z_b為約-40mV或更高，例如，約-30mV或更高、約-20mV或更高、約-15mV或更高、約-10mV或更高、約-9mV或更高、約-8mV或更高、約-7mV或更高、約-6.8mV或更高、約-6mV或更高、約-5mV或更高、約-4.8mV或更高、約-4.6mV或更高、約-4.4mV或更高、約-4.2mV或更高、約-4mV或更高、約-3.8mV或更高、約-3.6mV或更高、約-3.4mV或更高、約-3.2mV或更高、約-3mV或更高、約-2.8mV或更高、約-2.6mV或更高、約-2.4mV或更高、約-2.2mV或更高、約-2mV或更高、約-1.8mV或更高、約-1.6mV或更高、約-1.4mV或更高、約-1.2mV或更高、約-1mV或更高、約-0.8mV或更高、約-0.6mV或更高、約-0.4mV或更高、約-0.2mV或更高、0mV或更高、約+0.2mV或更高、約+0.4mV或更高、約+0.6mV或更高、約+0.8mV或更高、約+1mV或更高、約+1.2mV或更高、約+1.4mV或更高、約+1.6mV或更高、約+1.8mV或更高、約+2mV或更高、約+2.2mV或更高、約+2.4mV或更高、約+2.6mV或更高、約+2.8mV或更高、約+3mV或更高、約+3.2mV或更高、約+3.4mV或更高、約+3.6mV或更高、約+3.8mV或更高、約+4mV或更高、約+4.2mV或更高、約+4.4mV或更高、約+4.6mV或更高、約+4.8mV或更高、約+5mV或更高、約+6mV或更高、約+7mV或更高、約+8mV或更高、約+9mV或更高、約+10mV或更高、約+15mV或更高、約+20mV或更高、約+30mV或更高或約+40mV或更高。或者或另外，磨料粒子之ζ電位Z_a及/或Z_b可為約+100mV或更低，例如，約+90mV或更低、約+85mV或更低、約+80mV或更低、約+70mV或更低、約+60mV或更低、約+50mV或更低、約+40mV或更低、約+30mV或更低、約+20mV或更低、約+15mV或更低、約+10mV或更低、約+9mV或更低、約+8mV或更低、約+7mV或更低、約+6mV或更低、約+5mV或更低、約+4.8mV或更低、約+4.6mV或更低、約+4.4mV或更低、約+4.2mV或更低、約+4mV或更低、約+3.8mV或更低、約+3.6mV或更低、約+3.4mV或更低、約+3.2mV或更低、約+3mV或更低、約+2.8mV或更低、約+2.6mV或更低、約+2.4mV或更低、約+2.2mV或更低、約+2mV或更低、約+1.8mV或更低、約+1.6mV或更低、約+1.4mV或更低、約+1.2mV或更低、約+1mV或更低、約+0.8mV或更低、約+0.6mV或更低、約+0.4mV或更低、約+0.2mV或更低，0mV或更低、約-0.2mV或更低、約-0.4mV或更低、約-0.6mV或更低、約-0.8mV或更低、約-1mV或更低、約-1.2mV或更低、約-1.4mV或更低、約-1.6mV或更低、約-1.8mV或更低、約-2mV或更低、約-2.2mV或更低、約-2.4mV或更低、約-2.6mV或更低、約-2.8mV或更低、約-3mV或更低、約-3.2mV或更低、約-3.4mV或更低、約-3.6mV或更低、約-3.8mV或更低、約-4mV或更低、約-4.2mV或更低、約-4.4mV或更低、約-4.6mV或更低、約-4.8mV或更低、約-5mV或更低、約-6mV或更低、約-7mV或更低、約-8mV或更低、約-9mV或更低、約-10mV或更低、約-15mV或更低、約-20mV或更低、約-30mV或更低、約-40mV或更低、約-50mV或更低、約-60mV或更低、約-70mV或更低、約-80mV或更低、約-90mV或更低或約-100mV或更低。因此，磨料粒子之ζ電位Z_a及/或Z_b可在由上述端點中任兩者所界定之範圍內。舉例而言，ζ電位Z_a及/或Z_b可為約-40mV至約+20mV、約-15mV至0mV或約-6.8mV至約-0.8mV。在較佳實施例中，ζ電位Z_a及ζ電位Z_b為負，且ζ電位Z_a及Z_b為約-0.2mV至約-6mV。

拋光組成物的pH可為1或更高、或1.2或更高、或1.4或更高、1.6或更高或1.8或更高。或者或另外，拋光組成物之pH可為6或更低、5.5或更低、5或更低、4.5或更低或4或更低。因此，拋光組成物可具有由上述針對pH所述之端點中之任兩者界定之pH。舉例而言，拋光組成物之pH可為1至6、1.2至5.5、1.4至5、1.6至4.5或1.8至4。

拋光組成物之pH可藉由任何適宜方式達成及/或維持。更具體而言，拋光組成物可進一步包含pH調節劑、pH緩衝劑或其組合。pH調節劑可為任何適宜pH調節化合物。舉例而言，pH調節劑可為硝酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨或其組合。pH緩衝劑可為任何適宜緩衝劑，例如磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽及諸如此類。拋光組成物可包含任何適宜量之pH調節劑及/或pH緩衝劑，前提條件係使用適宜量之緩衝劑達成及/或維持在本文所述範圍內之拋光組成物pH。

本發明之化學機械拋光組成物可另外包含任何適宜之其他組份，此取決於所拋光工件(例如基板)之類型。舉例而言，化學機械拋光組成物可另外包含氧化劑、腐蝕抑制劑、消泡劑、防腐劑、殺生物劑及諸如此類。適宜氧化劑包括過硼酸鹽(例如，過硼酸鈉、過硼酸鉀、過硼酸銨等)、過碳酸鹽(例如，過碳酸鈉、過碳酸鉀等)、過磷酸鹽(例如，過磷酸鈉、過磷酸鉀等)、氯酸鹽及過氯酸鹽(例如，氯酸銨、四甲基氯酸銨、過氯酸銨、四甲基過氯酸銨等)、碘酸鹽及過碘酸鹽(例如，碘酸銨、碘酸鉀、過碘酸銨、四甲基過碘酸銨等)、過硫酸鹽(例如，過硫酸銨、四甲基過硫酸銨等)、過氧化物(例如，含有至少一個過氧基團(--O--O--)之化合物，包括有機及無機過氧化物，例如過氧化氫、過氧化苯甲醯、過乙酸、二-第三基過氧化物、過氧化鈉等)及其組合。適宜腐蝕抑制劑包括咪唑、四唑、胺基四唑、苯并三唑、苯并咪唑、含有胺基、亞胺基、羧基、巰基、硝基及/或烷基之脲及/或硫脲化合物、二羧酸(例如草酸、丙二酸、琥珀酸、氮基三乙酸、亞胺基二乙酸)及其組合。

拋光組成物可以任何適宜技術來製備，其中多數技術已為彼等熟習此項技術者所習知。拋光組成物可以間歇或連續製程來製備。通常，拋光組成物可藉由以任何順序組合其組份來製備。如本文所用之術語「組份」包括個別成份(例如，磨料粒子、聚合物等)以及成份之任何組合(例如，磨料粒子、聚合物、可選的殺生物劑等)。

舉例而言，磨料粒子可分散於水中。然後可將聚合物與任何可選的其他化合物一起添加，並藉由能夠將該等組份納入拋光組成物中之任何方法來混合。聚合物可在製備拋光組成物期間之任一時間處添加。拋光組成物可在使用前製備，其中一或多種組份(例如聚合物)係在即將使用前(例如，使用前1分鐘內或使用前1小時內或使用前7天內)添加至拋光組成物中。亦可藉由在拋光操作期間在基板表面混合該等組份來製備拋光組成物。

拋光組成物可作為包含磨料粒子、聚合物及水之單包裝系統供應。或者，磨料粒子可作為水中之分散液於第一容器中供應，且聚合物及可選的其他化合物可以乾燥形式或作為於中之溶液或分散液於第二容器中供應。第一或第二容器中之組份可呈乾燥形式，而另一容器中之組份可呈水性分散液形式。而且，其對於第一及第二容器中之組份具有不同pH值、或者具有實質上類似或甚至相等pH值係適宜的。其他兩個容器、或三個或更多個容器、拋光組成物之各組份之組合在熟習此項技術者之知識範圍內。

本發明之拋光組成物亦可以濃縮物形式提供，該濃縮物意欲在使用之前利用適當量的水來稀釋。在此實施例中，拋光組成物濃縮物可包含磨料粒子、聚合物、可選的其他化合物和水，其量使得在用適當量的水稀釋濃縮物時，拋光組成物之每一組份將以在上文針對每一組份所述之適當範圍內之量存在於拋光組成物中。舉例而言，磨料粒子、聚合物和可選的其他化合物各自可以為以上針對每一組份所述濃度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)的量的濃度存在，以便當利用等體積的水(例如，分別2等份體積的水、3等份體積的水或4等份體積的水)稀釋濃縮物時，每一組份將以在以上針對每一組份所述範圍內之量存在於拋光組成物中。另外，如彼等熟習此項技術者應理解，濃縮物可含有最終拋光組成物中存在之適當分數之水以確保其他組份至少部分或完全溶於該濃縮物中。

本發明亦提供利用本文所述之拋光組成物化學機械拋光基板之方法。該方法包含(1)使基板與拋光墊及化學機械拋光組成物接觸，該化學機械拋光組成物包含以下各項、基本由以下各項組成或由以下各項組成：(a)磨料粒子、(b)聚合物及(c)水，其中滿足以下條件：(i)聚合物具有總體電荷，(ii)磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且(iii)| ζ電位Z_b |>| ζ電位Z_a |，(2)使該拋光墊相對於該基板移動且該化學機械拋光組成物位於其間，及(3)磨蝕該基板之至少一部分以拋光該基板。

此方法中所採用之基板可為此項技術中已知之任何適宜基板。舉例而言，適宜基板包括記憶體儲存裝置、半導體基板及玻璃基板。適用於該方法中之基板包括記憶體磁碟、硬磁碟、磁頭、MEMS裝置、半導體晶圓、場發射顯示器及其他微電子基板，尤其包含絕緣層(例如，二氧化矽、氮化矽或低介電材料)及/或含金屬層(例如，銅、鉭、鎢、鋁、鎳、鈦、鉑、釕、銠、銥或其他貴金屬)之基板。優選地，基板包含玻璃，且更佳地至少欲拋光基板之最上層(即，頂部層)包含玻璃或由玻璃組成，以便在利用本發明拋光組成物拋光基板過程期間移除玻璃，以拋光(例如，平滑或平坦化)基板。

本發明方法提供具有低平均表面粗糙度之經拋光基板。表面粗糙度平均(「R_a」)係此項技術中熟知之通用參數，其係基板表面之表面輪廓、且因此為粗糙度之量度。R_a代表基板表面峰(例如，粗糙度不規則)高於基板表面之平均平面之高度的算術平均值。R_a通常係經由原子力顯微鏡(AFM)結合與AFM儀器一起提供之分析AFM儀器所收集資料之電腦程式來量測。如本文所用之表面粗糙度平均(R_a)係由AFM量測，以便表面粗糙度平均參數在本文中稱為「AFM-R_a」。如本文所述，AFM-R_a係在0.5μm×1μm面積之基板表面上使用自Veeco購得之AFM儀器Nanoscope Dimension 3100(即，D3100)量測。

使用本發明方法所拋光基板之AFM-R_a通常為2Å或更低，例如，1.95Å或更低、1.9Å或更低、1.85Å或更低、1.8Å或更低、1.75Å或更低、1.7Å或更低、1.65Å或更低、1.6Å或更低、1.55Å或更低、 1.5Å或更低、1.45Å或更低、1.4Å或更低、1.35Å或更低、1.3Å或更低、1.25Å或更低、1.2Å或更低、1.15Å或更低、1.1Å或更低、1.05Å或更低、1Å或更低、0.95Å或更低、0.9Å或更低、0.85Å或更低、0.8Å或更低、0.75Å或更低、0.7Å或更低、0.65Å或更低、0.6Å或更低、0.55Å或更低、0.5Å或更低、0.45Å或更低、0.4Å或更低、0.35Å或更低、0.3Å或更低、0.25Å或更低、0.2Å或更低、0.15Å或更低、0.1Å或更低或0.05Å或更低。或者或另外，使用本發明方法所拋光基板之AFM-R_a通常為0.05Å或更高，例如，0.1Å或更高、0.15Å或更高、0.2Å或更高、0.25Å或更高、0.3Å或更高、0.35Å或更高、0.4Å或更高、0.45Å或更高、0.5Å或更高、0.55Å或更高、0.6Å或更高、0.65Å或更高、0.7Å或更高、0.75Å或更高、0.8Å或更高、0.85Å或更高、0.9Å或更高、0.95Å或更高、1Å或更高、1.05Å或更高、1.1Å或更高、1.15Å或更高、1.2Å或更高、1.25Å或更高、1.3Å或更高、1.35Å或更高、1.4Å或更高、1.45Å或更高、1.5Å或更高、1.55Å或更高、1.6Å或更高、1.65Å或更高、1.7Å或更高、1.75Å或更高、1.8Å或更高、1.85Å或更高、1.9Å或更高或1.95Å或更高。因此，使用本發明方法所拋光基板之AFM-R_a可在由上述端點中任兩者所界定之範圍內。舉例而言，AFM-R_a可為0.9Å至1.25Å、0.55Å至0.8Å或0.75Å至0.95Å。在較佳實施例中，使用本發明方法所拋光基板之AFM-R_a為1Å或更低。

本發明方法提供具有低平均粗度峰計數之經拋光基板。如本文所定義，基板之平均粗度峰計數係1×1μm面積之經拋光基板表面上所存在之高度或深度數量級統計上大於基板之粗糙度平均(R_a)之表面特徵(例如，峰或不規則，即，「粗度峰」)的數量。平均粗度峰計數係由基板表面上之8次AFM量測之平均值測定(例如，在其中基板之兩側在本發明方法中拋光之情形中，四次量測在基板之前表面上實施且四次量測在基板之背表面上實施，其中基板每一側上之四次量測均在圍繞基板中心與基板邊緣之間之一半處實施，且每一位置藉由繞基板之中心旋轉0°、90°、180°及270°隔開)。用於粗度峰計數量測之AFM儀器係自Veeco購得之Nanoscope Dimension 3100。「統計上大於」意指粗度峰之高度或深度為基板R_a值之約X%，其中X%為110%或更高，例如，120%或更高、130%或更高、140%或更高、150%或更高、160%或更高、170%或更高、180%或更高、190%或更高、200%或更高、210%或更高、220%或更高、230%或更高、240%或更高、250%或更高、260%或更高、270%或更高、280%或更高、290%或更高、300%或更高、320%或更高、340%或更高、360%或更高、380%或更高、400%或更高、420%或更高、440%或更高、460%或更高、480%或更高、500%或更高、520%或更高、540%或更高、560%或更高、580%或更高、600%或更高、620%或更高、640%或更高、660%或更高、680%或更高、700%或更高、720%或更高、740%或更高、760%或更高、780%或更高、800%或更高、820%或更高、840%或更高、860%或更高、880%或更高、900%或更高、920%或更高、940%或更高、960%或更高、980%或更高或1000%或更高。

使用本發明方法(例如，採用本文所界定之化學機械拋光組成物)所拋光基板之平均粗度峰計數通常為1.5或更低，例如，1.4或更低、1.3或更低、1.2或更低、1.1或更低、1或更低、0.9或更低、0.8或更低、0.75或更低、0.7或更低、0.65或更低、0.6或更低、0.55或更低、0.5或更低、0.45或更低、0.4或更低、0.35或更低、0.3或更低、0.25或更低、0.2或更低、0.15或更低、0.1或更低、0.05或更低或0。較佳地，使用本發明方法所拋光基板之平均粗度峰計數為1或更低。與此相比，使用習用化學機械拋光組成物(例如，其他方面相同但不包含(例如)本文所定義聚合物之組成物)所拋光基板之平均粗度峰計數通常為1.75或更高。

使用本發明方法(例如，採用本文所定義之化學機械拋光組成物)所拋光基板之粗度峰的數量級通常低於使用習用化學機械拋光組成物(例如，其他方面相同但不包含(例如)本文所定義聚合物及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係之組成物)所拋光基板之粗度峰的數量級。舉例而言，使用本發明方法所拋光基板之粗度峰的數量級之基板與使用其他方面相同但不包含聚合物(及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係)之拋光組成物所拋光基板之粗度峰的數量級相比為90%或更低，例如，80%或更低、70%或更低、60%或更低、50%或更低、40%或更低、30%或更低、20%或更低或10%或更低。

本發明之拋光方法尤其適於結合化學機械拋光(CMP)裝備使用。通常，該裝備包含平臺，在使用時該平臺運動且具有因軌道、直線或圓周運動產生之速率；與該平臺接觸且隨平臺運動而移動之拋光墊；及載體，其藉由接觸拋光墊並相對於拋光墊之表面移動來固持欲拋光之基板。藉由放置基板接觸拋光墊及本發明之拋光組成物且然後使拋光墊相對於基板移動，從而磨蝕基板之至少一部分以拋光基板來進行基板之拋光。

可使用化學機械拋光組成物及任何適宜拋光墊(例如，拋光表面)來平坦化或拋光基板。適宜拋光墊包含(例如)織物及非織物拋光墊。另外，適宜拋光墊可包含具有各種密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮後回彈之能力及壓縮模數之任何適宜聚合物。適宜聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸(nylon)、氟代烴、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共同形成之產物及其混合物。

期望地，CMP裝備進一步包含原位拋光終點檢測系統，許多該等系統為業內所習知。業內已習知藉由分析自所拋光工件表面反射之光或其他輻射來檢查及監測拋光製程之技術。該等方法闡述於(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號中。期望地，對於所拋光工件之拋光製程進度之檢查或監測使得可確定拋光終點，亦即，確定何時終止對特定工件之拋光製程。

化學機械拋光製程可以各種途徑進行表徵，例如根據基板之移除速率、所得表面粗糙度及基板之所得邊緣垂邊(roll-off)。

基板之移除速率可使用任何適宜技術測定。測定基板移除速率之適宜技術的實例包括在使用本發明拋光方法之前及之後對基板進行稱重以測定每單位拋光時間所移除基板之量，其可根據每單位拋光時間所移除基板之厚度與移除速率相關聯，及在使用本發明拋光方法之前及之後測定基板之厚度以直接量測每單位拋光時間基板之移除速率。

表面粗糙度之量測已為此項技術習知。用於測定基板表面粗糙度之適宜技術包括表面輪廓測量術、光散射技術、干涉法及原子力顯微術(「AFM」)。可用於測定表面粗糙度之測試設備係自供應商購得，包括Schmitt Industries(Portland,OR)、Lightmachinery公司(CA)及Veeco Instruments(Plainfield,NY)。

化學機械拋光基板之後，經拋光基板之原子力顯微術粗糙度平均值(AFM-R_a)通常為利用其他方面相同但不包含聚合物(及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係)之拋光組成物所拋光之基板的95%或更低。舉例而言，AFM-R_a為當採用其他方面相同但不含有聚合物(及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係)之拋光組成物之AFM-R_a的95%或更低，例如，90%或更低、85%或更低、80%或更低、75%或更低、70%或更低、65%或更低、60%或更低、55%或更低、50%或更低、45%或更低、40%或更低、35%或更低、30%或更低、25%或更低、20%或更低、15%或更低、10%或更低或5%或更低。或者或另外，AFM-R_a可為當採用其他方面相同但不含有聚合物(及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係)之拋光組成物之AFM-R_a的5%或更高，例如，10%或更高、15%或更高、20%或更高、25%或更高、30%或更高、35%或更高、40%或更高、45%或更高、50%或更高、55%或更高、60%或更高、65%或更高、70%或更高、75%或更高、80%或更高、85%或更高、90%或更高或95%或更高。因此，相當的AFM-R_a可在由上述端點中任兩者所界定之範圍內。舉例而言，AFM-R_a可為其他方面相同但不包含聚合物(及/或聚合物電荷與ζ電位之間不具有本文所述關係)之拋光組成物之AFM-R_a的60%至75%、50%至70%或25%至90%。

以下實例進一步說明本發明，但當然不應理解為以任何方式限制本發明之範圍。

使用以下拋光參數實施實例中所列舉之拋光試驗：

AFM-R_a係根據本文所述之程序藉由原子力顯微術(AFM)量測之表面粗糙度平均值。AFM-R_q係基板表面上高於基板表面之平均平面之峰高度(例如，粗糙度不規則)之均方根平均值。AFM-R_q係根據類似於本文所述AFM-R_a之程序來測定，只是與算術平均(AFM-R_a)相反，所得資料經受均方根平均(AFM-R_q)。表面粗糙度係藉由使用D3100原子力顯微鏡(Veeco,Plainfield,NY)來量測。本文所提及之「AFM Ra(Å)2×1μm」係針對0.5×1μm掃描面積所量測之表面粗糙度。

實例1

此實例證實在拋光單獨基板(包含玻璃碟片)中藉由本發明拋光組成物可達成之聚丙烯酸鈉對移除速率及表面粗糙度之效應。

四個單獨基板(包含玻璃碟片)利用三種不同拋光組成物來拋光。每一拋光組成物包含8重量%於水中之具有34nm之D50粒徑之膠質二氧化矽且其pH為2.3。拋光組成物1A(對照)不包含任何聚合物。拋光組成物1B(本發明)進一步包含50ppm之聚丙烯酸鈉。拋光組成物1C(比較)進一步包含50ppm之聚丙烯醯胺。兩個基板利用拋光組成物1A拋光，而拋光組成物1B及1C用於拋光單一基板。

拋光之後，測定每一基板之移除速率及表面粗糙度。結果闡述於表1中。

如自表1中所闡述之結果顯而易見，本發明包含聚丙烯酸鈉之拋光組成物所展現之移除速率為對照拋光組成物所展現之移除速率平均值的大約86%，且AFM表面粗糙度(Ra)為對照拋光組成物所展現之平均AFM表面粗糙度之大約87%。比較拋光組成物所展現之移除速率為對照拋光組成物所展現之移除速率平均值之大約78%，且AFM表面粗糙度(Ra)為對照拋光組成物所展現之AFM表面粗糙度之大約97%。此外，拋光組成物1B中之二氧化矽粒子展現比拋光組成物1A及1C中之二氧化矽粒子更負的ζ電位。

實例2

此實例證實在拋光單獨基板(包含玻璃碟片)中pH對移除速率及表面粗糙度之效應。

六個單獨基板(包含玻璃碟片)利用五種不同拋光組成物拋光。每一拋光組成物含有8.5重量%於水中之具有30nm之D50粒徑之膠質二氧化矽。拋光組成物2A-2E之pH分別為2.3、2.6、2.8、3及4。兩個基板利用拋光組成物2A拋光，而拋光組成物2B-2E中之每一者用於拋光單一基板。

拋光之後，測定每一基板之移除速率及表面粗糙度。結果闡述於表2中。

如自表2中所闡述之結果顯而易見，pH為4之拋光組成物2E展現最低AFM表面粗糙度，其表面粗糙度為拋光組成物2A(其pH為2.3)所展現之平均表面粗糙度的大約85%。然而，拋光組成物2E所展現之移除速率為拋光組成物2A所展現之平均移除速率的約29%。

實例3

此實例證實在拋光單獨基板(包含玻璃碟片)中二氧化矽粒徑及聚合物之量對移除速率及表面粗糙度之效應。

九個單獨基板(包含玻璃碟片)利用八種不同拋光組成物拋光。每一拋光組成物包含8重量%於水中之膠質二氧化矽且其pH為2.3。拋光組成物3A(比較)含有D50粒徑為34nm之膠質二氧化矽且不包含任何聚合物。拋光組成物3B(本發明)含有D50粒徑為34nm之膠質二氧化矽且進一步包含50ppm之聚丙烯酸。拋光組成物3C(本發明)含有D50粒徑為34nm之膠質二氧化矽且進一步包含500ppm之聚丙烯酸。拋光組成物3D(比較)含有D50粒徑為26nm之膠質二氧化矽且不包含任何聚合物。拋光組成物3E(本發明)含有D50粒徑為26nm之膠質二氧化矽且進一步包含500ppm之聚丙烯酸。拋光組成物3F(比較)含有D50粒徑為18nm之膠質二氧化矽且不包含任何聚合物。拋光組成物3G(本發明)含有D50粒徑為18nm之膠質二氧化矽且進一步包含50ppm之聚丙烯酸。拋光組成物3H(本發明)含有D50粒徑為18nm之膠質二氧化矽且進一步包含500ppm之聚丙烯酸。兩個基板利用拋光組成物3A拋光，而拋光組成物3B-3H中之每一者用於拋光單一基板。

拋光之後，測定每一基板之移除速率及表面粗糙度。結果闡述於表3中。

如自表3中所闡述之結果顯而易見，在具有D50粒徑為34nm之二氧化矽之情況下，隨著聚丙烯酸之量自拋光組成物3A中之0ppm增加至拋光組成物3B中之50ppm，使得AFM Ra降低大約13%且移除速率減小大約4%。聚丙烯酸之量自拋光組成物3A中之0ppm增加至拋光組成物3C中之500ppm使得AFM Ra降低大約26%且移除速率減小大約51%。在添加或不添加聚丙烯酸之情況下，二氧化矽D50粒徑降低至如拋光組成物3D及3E中之26nm或如拋光組成物3F-3H中之18nm使得與含有D50粒徑為34nm之二氧化矽的拋光組成物3A相比移除速率減小大約50-85%。

實例4

此實例證實在拋光單獨基板(包含玻璃碟片)中拋光組成物中所存在二氧化矽之類型對移除速率及表面粗糙度之效應。

五個單獨基板(包含玻璃碟片)利用四種不同拋光組成物拋光。每一拋光組成物包含8.5重量%於水中之二氧化矽及50ppm之聚丙烯酸且其pH為2.3。拋光組成物4A(本發明)含有源自矽酸鈉且D50粒徑為34nm之膠質二氧化矽。拋光組成物4B(本發明)含有源自原矽酸四乙酯(「TEOS」)且D50粒徑為25nm之實質上球形二氧化矽。拋光組成物4C(比較)含有源自TEOS且D50粒徑為50nm之繭形二氧化矽。拋光組成物4D(比較)含有源自TEOS且D50粒徑為72nm之聚集二氧化矽。兩個基板利用拋光組成物4A拋光，而拋光組成物4B-4D中之每一者用於拋光單一基板。

拋光之後，測定基板之移除速率及表面粗糙度。結果闡述於表4中。

如自表4中所闡述之結果顯而易見，含有D50粒徑為25nm之TEOS衍生之二氧化矽的拋光組成物4B所展現之AFM表面粗糙度比拋光組成物4A所展現之平均AFM表面粗糙度高大約8.4%，且移除速率比拋光組成物4A所展現之平均移除速率低大約6.4%。含有D50粒徑為50nm之TEOS衍生之二氧化矽的拋光組成物4C所展現之AFM表面粗糙度比拋光組成物4A所展現之平均AFM表面粗糙度高大約50%，且移除速率比拋光組成物4A所展現之平均移除速率高大約34%。含有D50粒徑為72nm之TEOS衍生之二氧化矽的拋光組成物4D所展現之AFM表面粗糙度比拋光組成物4A所展現之平均AFM表面粗糙度高大約66%，且移除速率比拋光組成物4A所展現之平均移除速率高大約128%。

實例5

此實例證實在拋光單獨基板(包含玻璃碟片)中拋光組成物中存在之聚丙烯酸對粗度峰計數之效應。

兩個單獨基板(包含玻璃碟片)利用兩種不同拋光組成物拋光。每一拋光組成物包含8.5重量%於水中之矽酸鈉衍生之膠質二氧化矽且其 pH為2.3。拋光組成物5A(比較)不含有任何聚合物。拋光組成物5B(本發明)進一步含有50ppm之聚丙烯酸。

拋光之後，使用Nanoscope Dimension 3100原子力顯微鏡(Bruker,Santa Barbara,CA)檢查基板。在每一碟片上檢查四個1×1μm位點。利用拋光組成物5A拋光之磁碟展現大約2個粗度峰/量測位點，而利用拋光組成物5B拋光之磁碟展現大約0.25個粗度峰/量測位點。該等結果圖解說明於1A及1B中。

實例6

此實例證實對於不同磨料粒徑在利用包含聚合物之化學機械拋光組成物拋光玻璃基板時該聚合物之量對移除速率及AFM-R_a之效應，其中所採用聚合物具有與磨料粒子之ζ電位Z_a符號相同之總體電荷。

為方便且易於與此實例之拋光組成物相比較，來自實例3之拋光組成物3A-3C及其AFM-R_a及移除速率重現於表5中。十九個相似基板(包含圓形玻璃碟片)各自用十九種拋光組成物(拋光組成物6A-6S)中之一者拋光。每一拋光組成物含有8重量%(拋光組成物3A-3C及6A-6E)或8.5重量%(拋光組成物6F-6S)之自矽酸鈉製得之濕式製程實質上球形二氧化矽磨料粒子。預計由二氧化矽粒子量的差異(8重量%對8.5重量%)引起的移除速率或AFM-R_a之差異與聚合物之效應相比極小，因此在此實例之上下文中認為二氧化矽量的差異並不重要。拋光組成物3A-3C及6A-6O具有2.3之pH且證實聚合物量對具有不同中值粒徑之磨料粒子之效應。拋光組成物6P-6S具有4或8之pH且僅採用單一大小之粒子(34nm)以證實在該等pH下採用該聚合物之效應。二氧化矽磨料粒子在拋光組成物之pH下具有表5中所示之中值粒徑。拋光組成物以表5中所示之量含有聚丙烯酸鹽(例如，自Thermphos購得之DEQUEST P9020)，即陰離子聚合物。聚丙烯酸鹽具有3000g/mol之重均分子量。

拋光之後，測定每一拋光組成物之移除速率及AFM-R_a。結果概述於表5中。

如自表5顯而易見，在不同中值粒徑下(在2.3之pH下)之拋光組成物中納入聚丙烯酸鹽之效應的比較揭露，與具有其他中值粒徑(例如，分別為18nm、26nm及96nm)之磨料粒子所觀察到之AFM-R_a降低(5%、11%及11%)相比，對於分別包含中值粒徑為34nm及66nm之磨料粒子的拋光組成物而言藉由採用0ppm至500ppm之量的聚丙烯酸鹽所達成之AFM-R_a的減小(24%及29%)更顯著(適用時，將具有相同量之聚合物及相同中值粒徑之拋光組成物的拋光結果平均以獲得本文所報告之減小速率)。而且，發現在pH為4或8之拋光組成物中納入聚丙烯酸鹽降低移除速率，同時亦稍微改良AFM-R_a。自表5中所述之結果明顯看出，聚丙烯酸鹽在表5中所描述之所有中值粒徑及pH下對AFM-R_a具有有利效應。

本文所引用之所有參考文獻(包括出版物、專利申請案及專利)皆以引用方式併入本文中，其併入程度如同將每一參考文獻個別且特別指示以引用方式併入本文中並且其全文列示於本文中一般。

除非本文另外指明或上下文明顯矛盾，否則在闡述本發明的上下文(尤其在下文申請專利範圍之上下文)中所用的術語「一(a及an)」、「該」及相似指示物均應解釋為涵蓋單數與複數二者。除非本文另外指明或上下文明顯矛盾，否則緊接著一或多個項目之列表使用之術語「至少一者」(例如，「A及B中之至少一者」)應解釋為意指選自所列示項目之一個項目(A或B)或兩個或更多個所列示項目之任何組合(A及B)。除非另外指明，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」應解釋為開放性術語(即，意指「包括但不限於」)。除非本文另外指明，否則本文所列舉之數值範圍僅意欲作為個別提及此範圍內之每一單獨值之速記方法，並且每一單獨值係如同在本文中個別列舉一般併入本說明書中。除非本文另有說明或上下文另外明顯矛盾，否則本文所述之所有方法可以任何適宜順序實施。除非另外闡明，否則本文所提供之任何及所有實例或實例性語言(例如，「例如」)之使用僅意欲用於更好地闡釋本發明且並不對本發明之範圍加以限制。本說明書中之任何語言均不應解釋為指示任何未主張要素對於本發明實踐係必不可少的。

本文闡述本發明之較佳實施例，包括本發明者已知用於實施本發明之最佳模式。熟習此項技術者在閱讀上述說明後可瞭解彼等較佳實施例之各種變化形式。發明者預期熟習此項技術者適當使用該等變化形式，且發明者打算以不同於本文具體闡述之方式實施本發明。因此，本發明包括適用法律所允許的本文隨附申請專利範圍中所引述標的物之所有修改形式及等效形式。此外，除非本文另外說明或上下文另外明顯矛盾，否則在其所有可能的變化中，上述要素之任何組合均涵蓋於本發明中。

Claims

一種化學機械拋光組成物，其包含：(a)磨料粒子，其係以1重量%至30重量%之量存在，(b)聚合物，其係以1ppm至10,000ppm之量存在，及(c)水，其中滿足以下條件：(i)該聚合物具有總體電荷，(ii)該等磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且該等磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中該ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且(iii)｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜。
如請求項1之拋光組成物，其中該等磨料粒子之外表面由二氧化矽組成。
如請求項1之拋光組成物，其中該等磨料粒子係藉由縮合鹼金屬矽酸鹽來合成。
如請求項1之拋光組成物，其中該等磨料粒子具有實質上球形形狀。
如請求項1之拋光組成物，其中該等磨料粒子具有1nm至100nm之平均粒徑。
如請求項1之拋光組成物，其中該聚合物包含為(烷基)丙烯酸、其鹽或其組合之單體及0莫耳%至3莫耳%具有磺酸酯基團或磺酸基團之共聚單體。
如請求項6之拋光組成物，其中該聚合物具有1000g/mol至4000g/mol之重均分子量。
如請求項1之拋光組成物，其中該拋光組成物具有1至6之pH。
一種化學機械拋光組成物，其包含：(a)磨料粒子，其係以1重量%至30重量%之量存在，且其包含在該等磨料粒子之外表面上之二氧化矽，(b)聚合物，其係以1ppm至10,000ppm之量存在，且其包含聚(烷基)丙烯酸、其鹽或其組合，其中該聚合物包含0莫耳%至3莫耳%之具有磺酸酯基團或磺酸基團之單體，及(c)水，其中該拋光組成物具有1.8至4之pH且滿足以下條件：(i)該聚合物具有總體負電荷，(ii)該等磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且該等磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中該ζ電位Z_a為負，且(iii)｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜。
如請求項9之拋光組成物，其中該等磨料粒子係藉由縮合鹼金屬矽酸鹽來合成。
如請求項9之拋光組成物，其中該等磨料粒子之形狀實質上為球形。
如請求項9之拋光組成物，其中該等磨料粒子具有1nm至50nm之平均粒徑。
如請求項9之拋光組成物，其中該聚合物係(烷基)丙烯酸、其鹽或其組合之均聚物。
如請求項9之拋光組成物，其中該聚合物具有1000g/mol至4000g/mol之重均分子量。
如請求項13之拋光組成物，其中該聚合物係以1ppm至2,000ppm之量存在。
如請求項9之拋光組成物，其中滿足以下方程式：｜ζ電位Z_b｜- ｜ζ電位Z_a｜1mV。
一種化學機械拋光基板之方法，該方法包含：(1)使基板與拋光墊及包含以下之化學機械拋光組成物接觸：(a)磨料粒子，其係以1重量%至30重量%之量存在，(b)聚合物，其係以1ppm至10,000ppm之量存在，及(c)水，其中滿足以下條件：(i)該聚合物具有總體電荷，(ii)該等磨料粒子具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_a且該等磨料粒子具有在存在該聚合物下量測之ζ電位Z_b，其中該ζ電位Z_a係符號與該聚合物之該總體電荷相同之數值，且(iii)｜ζ電位Z_b｜>｜ζ電位Z_a｜，(2)相對於該基板移動該拋光墊且該化學機械拋光組成物位於其間，及(3)磨蝕該基板之至少一部分以拋光該基板。
如請求項17之方法，其中該基板具有在不存在該聚合物下量測之ζ電位Z_c，其中該ζ電位Z_c具有符號與(a)ζ電位Z_a之該數值及(b)該聚合物之該總體電荷相同之數值。
如請求項17之方法，其中該基板係玻璃。
如請求項17之方法，其中該聚合物包含聚(烷基)丙烯酸酯、其鹽或其組合。
如請求項17之方法，其中在化學機械拋光該基板之後，該經拋光基板具有1.5Å或更低之原子力顯微術粗糙度平均值(AFM Ra)，如在該經拋光基板之2μm×1μm面積上所量測。