[发明专利]活性抛光组合物及其制备方法

说明书

本发明通常涉及玻璃、半导体和集成电路的抛光。更具体地讲，本发明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螯合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发明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,pp680-1,1977)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。