双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述蓝宝石衬底抛光液是专门针对双面抛光机使用。该抛光液是一种含有二氧化硅、氧化剂、碱性组合物、表面活性剂及水的组合物。所述氧化剂可以氧化工件表面的金属杂质，从而防止抛光后的工件表面被金属污染，提高工件表面的抛光质量。所述表面活性剂为阴离子和非离子表面活性剂，该表面活性剂的加入可以使抛光液具有更低的表面张力、高流动性和渗透性，可以降低抛光中的摩擦阻力并取得更佳的润滑作用，且双面抛光机较单面抛光机抛光效率高，在提高抛光效率的同时有更佳抛光效果，并且可以降低生产成本。
【专利说明】双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，专门针对双面抛光机使用。 【背景技术】
[0002] 蓝宝石单晶（Sapphire)是一种多功能氧化物晶体，它具有优良的光学性能、物理 性能和化学性能。与天然宝石相比，它具有硬度高，仅次于金刚石，熔点高、透光性好、热传 导性和电绝缘性优异、耐磨性好、化学性能稳定，且对红外线的透过率高等特性，因此被广 泛应用于光电子、通讯、国防等领域，如精密仪器仪表、航天工业的红外透光材料、激光器的 窗口及反射镜、半导体硅的外延基片、半导体氮化硅的外延存底材料、绝缘存底等。随着科 学技术的不断发展，上述应用要求蓝宝石零件必须具有很高的表面质量，因此对蓝宝石晶 体的加工精度和表面完整性要求越来越高。但是，由于蓝宝石硬度高且脆性大，机械加工困 难，在生产蓝宝石衬底片的过程中普遍遇到抛光效率低，晶片表面粗糙度高的问题。目前， 蓝宝石的精密和超精密加工已成为制造【技术领域】中的关键问题，解决的办法主要是开发一 种高抛光效率和低粗糙度的抛光液。
[0003] 化学机械抛光（CMP)是目前几乎唯一可以达到全局平面化的技术。其基本操作原 理为：在一定压力下和抛光液存在下，被抛光工件相对于抛光垫作相对运动，从而达到表面 平整的效果。化学机械抛光集化学、机械及流体力学等综合作用的过程，其凭借纳米粒子的 研磨作用和氧化剂的化学腐蚀作用有机结合，对被研磨工件的表面进行处理，得到表面光 洁平整、低表面形貌的工件。
[0004] 抛光液作为化学机械抛光技术中的关键要素，其性能直接影响工件抛光厚的表面 质量。本发明综合考虑上述内容，制备出一种适合于双面抛光机用的蓝宝石衬底抛光液，该 抛光液可增强抛光效果，提高抛光效率，且降低生产成本。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于：提供一种专门针对双面抛光机使用的蓝宝石衬底抛光液，其 中抛光液中含有对盘片进行表面氧化的氧化剂，该氧化剂提供化学作用，可以氧化体系中 的金属杂质，从而防止抛光后的工件表面被金属污染，提高工件表面的抛光质量，便于清 洗。且该抛光液中还含有阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，使抛光液具有更低的表 面张力、高流动性和渗透性，可以降低抛光中的摩擦阻力并取得更佳的润滑作用，在提高抛 光效率的同时有更佳抛光效果，并且可以降低生产成本。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供一种双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液。该抛光液 用在蓝宝石的抛光用途上，所属抛光液含有二氧化硅磨料、碱性化合物、氧化剂、表面活性 剂及水。
[0007] 本发明的抛光液中含有对盘片进行表面氧化的氧化剂，该氧化剂提供化学作用， 可以氧化体系中的金属杂质，从而防止抛光后的工件表面被金属污染，便于清洗，提高工件 表面的抛光质量。
[0008] 本发明的抛光液中还含有阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，使抛光液具有 更低的表面张力、高流动性和渗透性，可以降低抛光中的摩擦阻力并取得更佳的润滑作用， 在提高抛光效率的同时有更佳抛光效果，并且可以降低生产成本。 【具体实施方式】
[〇〇〇9] 为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，特例举以下实施例，详细说明如下： [〇〇1〇] 本实施状态的抛光液中含有二氧化硅、碱性化合物、氧化剂、表面活性剂及水。并 且氧化剂是任何可溶于水介质中的氧化剂，且氧化剂的氧化势大于被抛光工件内金属的氧 化势。该体系中的离子型表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成。
[〇〇11] 抛光液中的二氧化硅，承担着抛光蓝宝石时机械磨削作用。抛光液中所含的二氧 化硅，可以是胶体二氧化硅、气相二氧化硅或沉淀法二氧化硅，也可以是其中的两种以上的 混合物。本发明选用的是胶体二氧化硅，为提高抛光效率，由胶体二氧化硅的粒子密度和 BET发测得的胶体二氧化硅的比表面积就得粒子的平均粒径，理想的在10nm以上，更理想 的在20nm以上，最理想的在30nm以上。但为了使抛光后工件表面效果好，使划痕数减少， 理想的平均粒径在300nm以下，更理想的在200nm以下，最理想的在lOOnm以下，且粒径分 布越窄越好。二氧化硅的含量控制在4 % -60%，优选8 % -50%，更优选10-45%。
[0012] 抛光液中的氧化剂，主要提供化学作用，可以氧化工件表面的金属杂质，从而防止 抛光后的工件表面被金属污染，提高工件表面的抛光质量。该氧化剂是任何可溶于水介质 中的氧化剂，且其氧化势大于被抛光工件内金属的氧化势，常用的有氯酸盐、高氯酸盐、亚 氯酸盐、硝酸铁、过氧化物及过硫酸盐等，本发明优选的是高氯酸盐。高氯酸盐的含量控制 在 0· 001% -1%，优选 0· 05% -0· 5%，更优选 0· 01% -ο. 1%。
[0013] 抛光液中的碱性化合物，用于腐蚀或者刻蚀对蓝宝石表面进行化学抛光，作为抛 光促进剂，辅助胶体二氧化硅进行化学机械抛光的作用。抛光液中的碱性化合物可以是氢 氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠等的无机碱性化合物。也 可以是氨，如氢氧化铵、氢氧化四甲基铵、碳酸氢铵及碳酸铵等铵盐，还有可能是甲胺、二甲 胺、三甲胺、乙胺、（一）乙胺醇、Ν-(β-胺乙基）哌嗪、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚 乙基四胺、无水哌嗪、六水合哌嗪、1-(2-胺乙基）哌嗪、Ν-甲基哌嗪等胺，其中为了提高抛 光液的抛光效率，抑制蓝宝石因铁、镍、铜、镁、钙及与其氢氧化物及氧化物等的抛光液中的 金属杂质而造成污染，理想的选择是氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化四甲基铵，其抑 制蓝宝石因抛光液中的金属杂质而造成污染的理由是，这些化合物不与金属原子螯合。碱 性氧化物可以提高二氧化硅粒径的分散度并使抛光液较易清洗。为了抑制抛光后蓝宝石发 生表面粗糙和因抛光液的粘度过于增大而导致抛光液凝胶化，碱性化合物的含量一般控制 在 0.01 % -20%，优选 0· 1% -15%，更优选 1-10%。
[0014] 抛光液中的表面活性剂由阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂组成，可以使抛 光液具有更低的表面张力、高流动性和渗透性，可以降低抛光中的摩擦阻力并取得更佳的 润滑作用，使抛光后的工件表面粗糙度变的更小，在提高抛光效率的同时有更佳抛光效果， 并且可以降低生产成本。
[0015] 抛光液中的阴离子表面活性剂一般选择磺酸型表面活性剂、羧酸型表面活性剂及 硫酸脂型表面活性剂中的一种或几种复配使用。磺酸型表面活性剂一般选择烷基磺酸盐、 烷基苯、烷基萘磺酸盐、萘磺酸盐、N-戊基磺酸盐、聚氧乙烯烷基磺基琥珀酸二钠等的磺基 琥珀酸盐、椰子油脂肪酸钾基氨基乙磺酸钠等；羧酸型表面活性剂一般选用椰子油脂肪酸 甲甘氨酸钠、月桂酸三乙醇胺、N-戊基氨基酸盐、聚氧乙烯烷基醚羧酸盐、聚氧丙烯烷基醚 羧酸盐、戊基化肽等；硫酸脂型表面活性剂一般选用十二烷基醚硫酸钠等的烷基醚硫酸盐、 硫酸化油、聚氧乙烯烷基烯丙基醚硫酸盐、聚氧丙烯烷基烯丙基醚硫酸盐、烷基酰胺硫酸盐 等。
[0016] 抛光液中的非离子表面活性剂一般选择聚氧乙烯型非离子表面活性剂、多元醇脂 肪酸酯型非离子表面活性剂、聚醚型非离子表面活性剂中的一种。聚氧乙烯型非离子表面 活性剂一般选择脂肪醇聚氧乙烯型、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯、聚氧乙烯烷基 胺、聚氧乙烯烷醇酰胺、脂肪酰烷醇胺聚氧乙烯醚非离子表面活性剂；多元醇脂肪酸酯型非 离子表面活性剂一般选择甘油脂肪酸酯（单、双酯）、季戊四醇脂肪酸酯、山梨醇脂肪酸酯、 失水山梨醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、聚甘油多聚蓖麻酸酯、失水木糖醇酯、非离子表面活 性剂；聚醚型非离子表面活性剂选择聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚非离子表面活性剂。表面活 性剂的含量一般控制在0.001% -1%，优选0.05% -0.5%，更优选0.02% -0. 1%。
[0017] 本发明提供一种专门针对双面抛光机使用的蓝宝石衬底抛光液，用于对蓝宝石衬 底进行化学机械抛光。采用本发明提供的抛光液对蓝宝石衬底进行抛光，可以使得蓝宝石 衬底粗糙度小于0. 2nm，抛光速率大于3um/h，可有效消除凹坑、突起、划痕等表面缺陷。
[0018] 下面就以具体实例来对本发明进行说明。
[0019] 根据需要，分别添加从天津西美科技有限公司生产的80nm胶体二氧化硅1000g， 外购氧化剂硝酸铁2g，外购聚氧乙烯烷基醚羧酸钠阴离子表面活性剂3g，烷基酚聚氧乙烯 醚非离子表面活性剂2g，碱性化合物100g，配制出10kg抛光液作为实施例1。
[0020] 采用上述同样的方法分别制备以下抛光液作为比较例：
[0021] 比较例1 :粒径80nm的二氧化硅胶体1000g、氧化剂高氯酸盐2g、聚氧乙烯烷基醚 羧酸钠阴离子表面活性剂5g、碱性化合物100g的抛光液10kg ;
[0022] 比较例二：粒径80nm的二氧化硅粒径1000g、氧化剂高氯酸盐2g、烷基酚聚氧乙烯 醚非离子表面活性剂5g、碱性化合物100g的抛光液10kg。
[0023] 采用上述实施例抛光液和比较例抛光液对蓝宝石衬底在单面抛光机上进行相同 条件的化学机械抛光，使用相同的国产抛光布抛光lh，抛光条件如表1、表2。
[0024]
[0025] 表 1
【权利要求】
1. 一种双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：该抛光液专门针对双面抛光机 使用，是一种含有氧化剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的抛光液，含有二氧化 硅、碱性化合物、表面活性剂及水。二氧化硅是胶体二氧化硅、气相二氧化硅或者沉淀法二 氧化硅。氧化剂为任何可溶于水介质中的氧化剂，且其氧化势大于被抛光工件内金属的氧 化势，常用的有氯酸盐、高氯酸盐、亚氯酸盐、硝酸铁、过氧化物及过硫酸盐等。碱性化合物 例如是氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、乙二胺、三乙醇胺、氢氧化四甲基铵等有机碱 类。阴离子表面活性剂是磺酸型表面活性剂、羧酸型表面活性剂及硫酸脂型表面活性剂中 的一种，非离子表面活性剂是聚氧乙烯型非离子表面活性剂、多元醇脂肪酸酯型非离子表 面活性剂、聚醚型非离子表面活性剂中的一种。
2. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：专门针对双 面抛光机使用，是一种含有氧化剂的抛光液。
3. 按照权利要求2所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述的氧化 剂高氯酸盐。
4. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：专门针对双 面抛光机使用，是一种含有阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的抛光液。
5. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述二氧化 硅是胶体二氧化硅、气相二氧化硅或者沉淀法二氧化硅。
6. 按照权利要求5所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述二氧化 硅磨料是胶体二氧化硅。
7. 按照权利要求6所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述胶体二 氧化硅的平均粒径在80nm，粒径分布85%以上。
8. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：抛光液中的 二氧化硅的含量是10% -45%。
9. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述碱性化 合物，一般选自无机碱或有机碱。
10. 按照权利要求1所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述抛光液 含有阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂两种表面活性剂。
11. 按照权利要求10所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：阴离子表 面活性剂一般选用磺酸型表面活性剂、羧酸型表面活性剂及硫酸脂型表面活性剂等。
12. 按照权利要求10所述的双面抛光机用蓝宝石衬底抛光液，其特征在于：所述非离 子表面活性剂一般选用聚氧乙烯型非离子表面活性剂、多元醇脂肪酸酯型非离子表面活性 齐U、聚醚型非离子表面活性剂等。
【文档编号】C09G1/02GK104109480SQ201310134778
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2013年4月18日
【发明者】高如山 申请人:天津西美半导体材料有限公司