活性抛光组合物及其制备方法技术

一种制备适合用于抛光物品的组合物的方法，其中通过在基质磨料的表面化学吸附一种单独使用时其氧化物比基质磨料具有更高的抛光速率的阳离子，使基质磨料得以活化，所述方法包括：将上述基质磨料和含上述阳离子的化合物在一种含水介质中周期性地碰撞，介质的ｐＨ值处于有利于上述阳离子吸附到基质磨料表面的数值。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及玻璃、半导体和集成电路的抛光。更具体地讲，本专利技术涉及物品的表面制备，其中要求有更快的抛光速率。抛光溶液或浆料通常由含一定浓度磨料颗粒的溶液构成。颗粒或基体浸浴或在浆料中洗浴，浆料与压向基体的弹性垫相连，弹性垫旋转并使浆料颗粒在负载作用下压向基体。垫子的水平移动引起浆料颗粒沿基体表面运动，导致基体表面磨蚀或除去体积。表面除去速率(抛光速率)很大程度上取决于所施加压力的大小，垫子旋转的速率和磨料颗粒的化学活性。尽管实际上任何尺寸足够小的颗粒都可用来抛光，只有少数化合物有用于高速抛光的经济价值。对大多数基体(如SiO2或硅酸盐)，发现主要由CeO2或ZrO2组成的配方有最高的抛光速率。因此，现有技术中有许多是叙述基于这两种氧化物的抛光浆料的组成和制备。为了使得抛光工艺更加经济，人们尽了很大努力来开发添加剂以增加抛光速率。这类促进剂通常可以分为蚀刻剂，它们本身可以溶解基体，或抛光化合物促进剂，它们加入磨料中后可以增加抛光速率。蚀刻剂促进剂，如在USP4,169,337中所述的促进剂，通常是与SiO2磨料一起使用以抛光硅片。这些添加剂可以分为两类(1)增加或降低溶液pH的添加剂(如有机胺)，或(2)有机化合物，通常是胺类(如乙二胺或哌嗪)，它们可以通过配合或螫合Si从而额外增加Si的腐蚀速率。这些蚀刻剂类的促进剂与本专利技术中所用的促进剂明显不一样。已经叙述了许多不同的抛光化合物促进剂，它们可以分为两种主要类型(1)在焙烧之前与基质磨料共沉淀的添加剂，和(2)向最终抛光浆料中添加的水溶性添加剂。在USP326 2766(Nonamaker)，3,768,989(Goetzinger和Silvernail)和3,301,646(Smoot)中可以找到属于第一类的现有技术的例子。这些例子很重要，因为它们说明了共沉淀活性物质的主要现有技术途径。Nonamaker教导为了增加最终焙烧产品的抛光速率，在焙烧之前向主要由稀土氧化物(包括CeO2)构成的混合物中加入少量的SiO2(＜5％)。这种效果的精确机制还不清楚。在类似的方法中，Goetzinger和Silvernail教导了稀土元素碳酸盐，主要是碳酸铈与硅灰石(硅酸钙)的共沉淀。接着焙烧共沉淀物以得到活性最终产物。同样地，活化的精确机制仍未公开。Smoot教导有意地向氧化锆中添加钙或其它二价离子(例如，Mg2+)以制备钙稳定的立方氧化锆，它是一种广泛用作结构陶瓷的材料。该方法包括将ZrO2和稳定化合物通常是CaCO3干混，然后在高温下(～2100°F)(～1149℃)焙烧混合物以形成立方ZrO2产品。发现稳定化的立方氧化锆比未添加钙促进剂而获得的普通的单斜相二氧化锆有更高的抛光速率。第二种活化机制是通过向最终溶液中添加水溶性添加剂来活化浆料。如Silvermail所述(“Mechanism of Glass Polishing”，Glass Industry，vol.52，pp.172—5，1971)，向抛光浆料中添加Ce(OH)4可以明显增加抛光速率。尤其是，一些原来非活性的氧化物，如Tb4O7在添加Ce(OH)4后显示高的抛光速率。还有其它的化合物被用作促进剂。Shlishevskii和Migus’kina(Sov.J.Opt.Technol.，vol.44，pp 680—1，1977)指出，当向CeO2基抛光浆料中添加2％的钼酸铵，1％的莫尔(Mohr’s)盐(NH4)2SO4·FeSO4或1％的硫酸锌时，抛光速率可以增加2倍。这种作用的机理据认为是硅酸盐活性产物与添加剂化合物配合，从而防止了它们重新沉积在基体的表面。现有技术中用于增强抛光活性的方法存在以下缺陷。首先，尽管蚀刻剂添加剂可以增加基体表面总的去除速率，它们的作用是各向同性的，即，它们作用于基体表面所有暴露的部分。这导致抛光基体表面粗糙度和结构的恶化。因此用来制备高质量表面(即最终抛光面)的浆料通常不希望加入这类物质。在硅片抛光中尤其是这样。至于抛光化合物添加剂，在焙烧之前加入添加剂的主要缺点是在形成最终抛光化合物之后，不能再调整抛光速率。另一个缺点是这项技术不能用于某些重要技术的抛光磨料，尤其是SiO2，它常常被用于硅片和集成电路的抛光。溶液添加剂，如Ce(OH)4没有恒定的活化作用并且因为胶凝作用而不能用于SiO2基抛光浆料。另一种增加低抛光速率浆料(例如SiO2)的抛光速率途径是向其加入另一种浆料(如CeO2)。尽管这并不是已公开的现有技术的主题，但这是在抛光工艺中的常规做法。这种技术有两个缺陷。首先，增加的速率与所加的第二种浆料的量成正比。因此，为了获得抛光速率的显著增加，必须添加显著量的第二种物质。其次并且更重要的一点是，除非两种物质的颗粒尺寸分布严格相匹配，否则加入第二种浆料后将改变原始浆料的粒径分布。尽管这是可以做到的，但从经济角度考虑是不合适的。这在例如用来抛光硅片的硅胶浆料中尤其明显。这些浆料具有极小的粒径，通常为50-100nm。相反，所有已知的工业CeO2基浆料的平均粒径超过1000nm。加入这样的大颗粒将对抛光后制成的硅片表面产生灾难性的影响。从上可知，如果能开发一种添加剂，它能在不增加基体的静态腐蚀的同时增加抛光速率，并能在形成颗粒之后用于各种磨料类型，尤其是SO2，还不会改变原始浆料的粒度，则它将比现有技术有显著的进步。因此，本专利技术的目的是提供一种在不增加抛光溶液总的腐蚀性的同时增加浆料的抛光速率的改进的方法，它可容易地用于各种磨料颗粒，尤其是SiO2，并且可以这种方式使用，即不会改变原始粒径。本专利技术的另一个目的是提供一种用上述方法制得的性能明显改进的抛光浆料。通过参考下面的描述及实施例，本领域普通技术人员将明了本专利技术的这些及其它目的。本专利技术的目的通过提供一种制备适合抛光表面，尤其是集成电路表面的溶液的方法而得以实现，其中基质磨料如SiO2通过添加一种阳离子而得以活化，单独使用时，这种阳离子的氧化物比基质磨料表现出更高的抛光速率。这种活化是通过活性阳离子化学吸附在基质磨料上而实现的。而这种吸附又是通过在一种含水介质中共磨基质磨料和少量的活性氧化物而完成的，其中的含水介质的pH值处于对活性阳离子吸附在基质磨料表面有利的数值。任选地，也可以使用由上述活性阳离子构成或在同样条件下含上述活性阳离子的研磨磨料以获得相同的结果。这种制备方法与现有技术的活化工艺的显著不同在于只要满足吸附的最低条件，它可用于各种基质磨料颗粒，不需要对磨料进行后续的热处理，并且当研磨磨料用作活性阳离子源时，不会向浆料中加入外来颗粒，而这类外来颗粒会改变粒径分布。此外，正如将从下面实施例所看到的，只需加入少量的活性阳离子就可使抛光速率有显著增加。这使得本专利技术的技术与只是简单地添加第二种更加活性的磨料组分的现有技术有显著的不同。这种作用的机理是通过上述活性阳离子固体源与基质磨料周期性地碰撞将活性阳离子转移到基质磨料的表面。这种吸附的结果，磨料颗粒具有了活性离子本身的表面特性。因此，用ZrO2源处理过的SiO2颗粒将表现出与ZrO2颗粒类似的表面电荷特性。在抛光时，颗粒将表现出ZrO2磨料的速率特性，而不是SiO2磨料的。尽管现有技术中有许多通过吸附第二种阳离子来改变固体或颗粒表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：L·M·库克，S·B·朗克，G·布兰卡伦尼，
申请(专利权)人：罗德尔控股公司，
类型：发明
国别省市：