本發(fā)明涉及超精密拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度復(fù)合拋光液及其制備方法。
背景技術(shù)：
區(qū)別于傳統(tǒng)的純機(jī)械或純化學(xué)的拋光方法，化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)通過化學(xué)的和機(jī)械的綜合作用，從而避免了由單純機(jī)械拋光造成的表面損傷和由單純化學(xué)拋光易造成的拋光速度慢、表面平整度和拋光一致性差等缺點，因而廣泛應(yīng)用在集成電路(IC)、超大規(guī)模集成電路(ULSI)、計算機(jī)硬盤及光學(xué)玻璃表面的超精密拋光中，近幾年逐漸應(yīng)用到手機(jī)、平板等電子產(chǎn)品的外殼、邊框等金屬件的表面精細(xì)拋光中來。
拋光液是CMP的關(guān)鍵要素之一，拋光液的性能直接影響拋光后表面的質(zhì)量。拋光液一般由超細(xì)固體粒子研磨劑(如微納米級的SiO2、α-Al2O3、CeO2等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。拋光液磨料的種類、物理化學(xué)性質(zhì)、粒徑大小、顆粒分散度及穩(wěn)定性等均與拋光效果緊密相關(guān)。
目前，市場上所銷售的拋光液絕大多數(shù)只添加了一種組分的研磨劑，但是針對同一種基材，添加多組分研磨劑的復(fù)合拋光液往往能夠獲得意想不到的效果，如CN201410255977.8中介紹了一種用于藍(lán)寶石拋光的硅鋁復(fù)合拋光液，相對于單一氧化硅拋光液，該拋光液可以使加工件獲得一定表面狀態(tài)的同時提高拋光速度；又如專利CN201610039894.4中介紹了一種金屬拋光用復(fù)合拋光液及其制備方法，該復(fù)合拋光液在金屬拋光中可顯著提高拋光效率，防止磨料在金屬工件表面產(chǎn)生鑲嵌，提高工件亮度，減少了下一道工序的處理難度，適合推廣使用；又如專利號CN201410308864.X介紹了一種新型復(fù)合金屬拋光液及其制備方法，拋光液能滿足各產(chǎn)品、零部件的拋光處理要求，提高了拋光效率高、清洗效果、表面精度等；同時還有專利號CN201410852457.5、CN201480049117.7、CN201110298605.X等。復(fù)合拋光液中不同性能的研磨劑對于加工件能起到不同的效果，相當(dāng)于對同一工件用含不同性能的研磨劑的單一拋光液逐次拋光，因而較大的提高了拋光效率，由于微納米級別的研磨劑本身存在嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，如何保證多組分研磨劑在拋光液中均勻分散開來，是獲得高質(zhì)量復(fù)合拋光液的難點，既要保證研磨劑顆粒的均勻分散，又要保證各研磨劑成分的均勻分散，利用上述專利中所采用的攪拌分散是難以實現(xiàn)的。
目前用在高精度拋光的拋光液，對研磨劑粉體的粒度、形貌及其粒度分布均勻性要求越來越高，磨料粒徑越小，粒度分布越窄，及均一性越好，才能實現(xiàn)加工件表面的全局平坦化乃至鏡面效果，由于對于研磨劑粉體的性能要求越來越高，因而必須采購高品質(zhì)的粉體材料，不但提高了研磨劑的采購成本，也局限了研磨劑原料的采購渠道，因此有待進(jìn)一步地改進(jìn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種有高分散、高穩(wěn)定，長時間不沉降、成品率高的高精度復(fù)合拋光液及其制備方法。
本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：
本發(fā)明提供一種高精度復(fù)合拋光液，由以下重量百分比組分組成：
研磨劑0.1％～50％，
分散劑0.01％～20％，
懸浮劑0.01％～15％，
緩蝕劑0.1％～5％，
余量為去離子水溶劑。
進(jìn)一步地，所述研磨劑為平均粒徑為0.1～5um的氧化硅、氧化鋯、氧化鈰、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，所述分散劑為硅酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，所述懸浮劑為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素中的一種或幾種與黃原膠、海藻酸鈉、阿拉伯樹膠、大豆蛋白膠中的一種或幾種按質(zhì)量比為1：0.1～1形成的混合物。
進(jìn)一步地，所述緩蝕劑為鉻酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽、釩酸鹽、硼酸鹽、聚磷酸鹽、鋅鹽、膦酸(鹽)、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木質(zhì)素中的一種或幾種；
一種高精度復(fù)合拋光液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)按一定比例將研磨劑和去離子水加入到砂磨機(jī)中，按一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行研磨和分散處理；
(2)待步驟(1)中得到的漿料達(dá)到一定分散效果后，加入分散劑；
(3)將步驟(2)中經(jīng)過研磨、分散得到的漿料加入高速攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌，并按一定比例加入懸浮劑、緩蝕劑；
(4)將步驟(3)中所得到的漿料放置24h無沉淀即可。
進(jìn)一步地，所述步驟(1)中所述研磨劑和去離子水的質(zhì)量百分比為：0.01～1：1。
進(jìn)一步地，所述步驟(1)中所述砂磨機(jī)為提籃式、渦輪式或棒銷式砂磨機(jī)中的任意一種；所述砂磨機(jī)研磨介質(zhì)為直徑為0.1～0.5mm的氧化鋯球；所述砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速為5000～8000r/min；研磨時間為0.5～3h。
進(jìn)一步地，所述步驟(2)中漿料中研磨劑顆粒的粒度分布為2D10≥D50≤0.5D90。
進(jìn)一步地，所述步驟(3)中所述高速攪拌機(jī)，其攪拌漿為周邊齒式分散盤，攪拌速度為500～1000r/min，攪拌時間為0.5～3h。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明所提供的一種用于高精度復(fù)合拋光液，廣泛應(yīng)用的氧化物研磨劑顆粒有氧化鈦、氧化鈰、膠體氧化硅、氧化鋯、氧化鋁等，其莫氏硬度依次為5～6、7、7、8.5、9，選用比待拋光基材質(zhì)軟的氧化物研磨劑顆粒進(jìn)行拋光，物理去除作用弱而化學(xué)活性強(qiáng)，拋光過程中主要以化學(xué)溶除為主，可實現(xiàn)對基材低速率、表面質(zhì)量好且低損傷的拋光；選用比待拋光基材質(zhì)硬的氧化物研磨劑顆粒進(jìn)行拋光，主要以機(jī)械去除為主，可實現(xiàn)對基材的高速率拋光；
而且該制備方法通過引入砂磨機(jī)對拋光液里的研磨劑進(jìn)行研磨分散處理，砂磨機(jī)與球磨機(jī)、輥磨機(jī)、膠體磨等研磨設(shè)備相比較，具有生產(chǎn)效率高、連續(xù)性強(qiáng)、成本低、產(chǎn)品細(xì)度高等優(yōu)點，利用砂磨機(jī)高的旋轉(zhuǎn)速度的剪切作用以及細(xì)的研磨介質(zhì)的切削作用，可以在較短的時間內(nèi)，將研磨劑中的較大顆粒破碎，較細(xì)顆粒的團(tuán)聚體打開，減小研磨劑顆粒的粒度分布范圍，同時不同研磨劑顆粒充分分散均勻，因而可根據(jù)不同基材的需要，制備添加任意多種不同性能的研磨劑的復(fù)合拋光液，同時引入新的分散劑和懸浮劑，所以能保證該拋光液具有高分散、高穩(wěn)定，長時間不沉降，成品率高的特點，同時該方法對用于研磨劑的原料的粒度分布和均一性無要求，拓寬了研磨劑原料的選擇范圍，只要符合平均粒度要求的粉體材料均可適用。
具體實施方式
下面具體闡明本發(fā)明的實施方式，這些實施例的給出僅僅是為了說明的目的，并不能理解為對本發(fā)明的限定，僅供參考和說明使用，不構(gòu)成對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，因為在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的基礎(chǔ)上，可以對本發(fā)明進(jìn)行許多改變。
實施例1
將氧化硅(D10＝2um、D50＝3um、D90＝10um)、氧化鋁(D10＝1.8um、D50＝3um、D90＝7um)按質(zhì)量百分比1:1的比例混合成研磨劑，并與去離子水按質(zhì)量比0.5：1加入砂磨機(jī)中，攪拌均勻后，以研磨介質(zhì)為0.2mm氧化鋯球，7000r/min轉(zhuǎn)速研磨分散2h，獲得拋光液漿料粒度分布為D10＝1.5um、D50＝2.6um、D90＝3.5um，加入由六偏磷酸鈉和十二烷基硫酸鈉配成的分散劑，分散劑添加量為研磨劑質(zhì)量的1％；將研磨分散好的漿料加入高速攪拌機(jī)中，轉(zhuǎn)速為800r/min，首先按研磨劑質(zhì)量2％加入由羥丙基甲基纖維素與黃原膠按質(zhì)量比1：0.5配成的懸浮劑，然后按研磨劑質(zhì)量2％加入由硼酸鹽與琉基苯并噻唑配成的緩蝕劑，攪拌1h后，放置24h無沉淀，產(chǎn)品最長可放置一月不沉淀，pH值為7.5，呈弱堿性，長期使用不會對工件和設(shè)備表面造成腐蝕損傷。
實施例2
將氧化鈰(D10＝0.8um、D50＝1um、D90＝12um)、氧化鋁(D10＝0.6um、D50＝1um、D90＝3um)、氧化鋯(D10＝0.5um、D50＝1um、D90＝6um)按按質(zhì)量百分比1:1：1的比例混合成研磨劑，并與去離子水按質(zhì)量比0.2：1加入砂磨機(jī)中，攪拌均勻后，以研磨介質(zhì)為0.2mm氧化鋯球，7500r/min轉(zhuǎn)速研磨分散3h，獲得拋光液漿料粒度分布為D10＝0.5um、D50＝0.8um、D90＝1.2um，加入由三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和三乙基己基磷酸配成的分散劑，分散劑添加量為研磨劑質(zhì)量的2％；將研磨分散好的漿料加入高速攪拌機(jī)中，轉(zhuǎn)速為1000r/min，首先按研磨劑質(zhì)量3％加入由羥乙基纖維素與黃原膠、大豆蛋白膠按質(zhì)量比1：0.8配成的懸浮劑，然后按研磨劑質(zhì)量3％加入由聚磷酸鹽、鋅鹽與磺化木質(zhì)素配成的緩蝕劑，攪拌2h后，放置24h無沉淀，產(chǎn)品最長可放置一月不沉淀，pH值為6，呈弱酸性，長期使用不會對工件和設(shè)備表面造成腐蝕損傷。
實施例3
將氧化鎂(D10＝0.2um、D50＝0.5um、D90＝2um)、氧化鈦(D10＝0.18um、D50＝0.5um、D90＝3um)按按質(zhì)量百分比1:1的比例混合成研磨劑，并與去離子水按質(zhì)量比0.6：1加入砂磨機(jī)中，攪拌均勻后，以研磨介質(zhì)為0.2mm氧化鋯球，8000r/min轉(zhuǎn)速研磨分散2.5h，獲得拋光液漿料粒度分布為D10＝0.16um、D50＝0.3um、D90＝0.5um，加入由焦磷酸鈉、甲基戊醇和脂肪酸聚乙二醇酯配成的分散劑，分散劑添加量為研磨劑質(zhì)量的0.5％；將研磨分散好的漿料加入高速攪拌機(jī)中，轉(zhuǎn)速為1000r/min，首先按研磨劑質(zhì)量6％加入由甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素與黃原膠按質(zhì)量比1：1配成的懸浮劑，然后按研磨劑質(zhì)量4％加入由膦羧酸和琉基苯并噻唑配成的緩蝕劑，攪拌3h后，放置24h無沉淀，產(chǎn)品最長可放置一月不沉淀，pH值為6，呈弱酸性，長期使用不會對工件和設(shè)備表面造成腐蝕損傷。
本發(fā)明所提供的一種用于高精度復(fù)合拋光液，廣泛應(yīng)用的氧化物研磨劑顆粒有氧化鈦、氧化鈰、膠體氧化硅、氧化鋯、氧化鋁等，其莫氏硬度依次為5～6、7、7、8.5、9，選用比待拋光基材質(zhì)軟的氧化物研磨劑顆粒進(jìn)行拋光，物理去除作用弱而化學(xué)活性強(qiáng)，拋光過程中主要以化學(xué)溶除為主，可實現(xiàn)對基材低速率、表面質(zhì)量好且低損傷的拋光；選用比待拋光基材質(zhì)硬的氧化物研磨劑顆粒進(jìn)行拋光，主要以機(jī)械去除為主，可實現(xiàn)對基材的高速率拋光；
而且該制備方法通過引入砂磨機(jī)對拋光液里的研磨劑進(jìn)行研磨分散處理，砂磨機(jī)與球磨機(jī)、輥磨機(jī)、膠體磨等研磨設(shè)備相比較，具有生產(chǎn)效率高、連續(xù)性強(qiáng)、成本低、產(chǎn)品細(xì)度高等優(yōu)點，利用砂磨機(jī)高的旋轉(zhuǎn)速度的剪切作用以及細(xì)的研磨介質(zhì)的切削作用，可以在較短的時間內(nèi)，將研磨劑中的較大顆粒破碎，較細(xì)顆粒的團(tuán)聚體打開，減小研磨劑顆粒的粒度分布范圍，同時不同研磨劑顆粒充分分散均勻，因而可根據(jù)不同基材的需要，制備添加任意多種不同性能的研磨劑的復(fù)合拋光液，同時引入新的分散劑和懸浮劑，所以能保證該拋光液具有高分散、高穩(wěn)定，長時間不沉降，成品率高的特點，同時該方法對用于研磨劑的原料的粒度分布和均一性無要求，拓寬了研磨劑原料的選擇范圍，只要符合平均粒度要求的粉體材料均可適用。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。