專利名稱：高精度氧化鋁拋光液及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁拋光液及其制備方法，更確切地說，是關于一種中位粒徑 小，粒度分布窄，拋光精度高的氧化鋁拋光液及其制備方法。
背景技術：
化學機械拋光(ChemicalMechanical Polishing, CMP)技術是由 IBM 公司于 20 世紀80年代中期開發(fā)的一項新技術，這種方法可以真正使整個硅晶片表面平坦化。CMP技 術主要被應用于半導體集成電路電子化學品的加工以及精密光學系統(tǒng)的制造。區(qū)別于傳統(tǒng) 的純機械或純化學的拋光方法，CMP通過化學的和機械的綜合作用，從而避免了由單純機械 拋光造成的表面損傷和由單純化學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，是世界十大IC(Integrate Circuit)制造廠廣為接受的技術。在CMP技術中，化學機械拋光漿液是關鍵因素之一，對CMP的平坦化效果有著非常 關鍵的影響，所以CMP的工藝方法基本上都是圍繞研磨液的發(fā)展來開展的。CMP拋光液一般 可分為氧化物拋光液和金屬層拋光液兩種，其中氧化物拋光液的使用較為廣泛。目前國內 外的CMP拋光液主要有Si02拋光液、Ce02拋光液和A1203拋光液。a -氧化鋁憑借其高硬度、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已被廣泛應用于集成電路和玻璃基片 等元器件的表面拋光；作為化學機械拋光磨料，a-氧化鋁的形狀、尺寸大小都直接影響著 拋光效果。磨粒粒徑越小，粒度分布越窄，即均一性越好。否則，會導致拋光片面上各處的 拋光速率不等，使拋光不均勻，影響拋光漿傳質的均勻性和片上壓力的分布，拋光過程中對 表面的損傷較嚴重，不僅造成表面粗糙度較大，還易出現拋光劃痕、凹坑等表面缺陷影響拋 光效果。而拋光材料中大顆粒的存在被認為是拋光劃痕產生的根源之一。CN1398939A公布了一種拋光組合物，它包含(a)至少一種選自二氧化硅和氧化 鋁的研磨劑；(b)至少一種有機化合物，它選自聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚氧乙烯烷基醚、 聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚和具有C-C三鍵的聚氧化烯加聚物其中RfRe 各是H或烷基，X和Y各是乙烯氧基或丙烯氧基，m和n各是1_20的正整數；(c)至少一 種選自擰棱酸、草酸、酒石酸、甘氨酸、a-丙氨酸和組氨酸的加速拋光的化合物；(d)至少 一種選自苯并三唑、苯并咪唑、三唑、咪唑和甲苯三唑的防腐蝕劑；(e)過氧化氫；以及(f) 水。CN1316477 一種用于存儲器硬盤的拋光組合物，該組合物至少包含以下組分(a) 以拋光組合物總量計的0. 1-50% (重量)至少一種磨料，選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鈰、氧 化鋯、氧化鈦、氮化硅和二氧化錳。由以上可以看出，目前統(tǒng)一的認識是氧化鋁是一種非常好的拋光材料，但對拋光 材料的粒度分布并沒有提出要求，而粒度分布不均勻，含有大顆粒導致拋光過程中對表面 的損傷較嚴重，不僅造成表面粗糙度較大，還易出現拋光劃。目前對氧化鋁的粒度分布對高 精度拋光要求，并沒有一個統(tǒng)一的認識。W02007/046420公布了一種氧化鈰漿料、氧化鈰拋光液以及使用其拋光襯底的方法，其提供了通過使氧化鈰粒子的分散性達到最大狀態(tài)而減小粗大粒子的含有比率，從而 實現減少拋光損傷以及使拋光高速化的氧化鈰漿料、氧化鈰拋光液以及使用其拋光襯底的方法。CN1696236A公布了化學機械拋光漿料及拋光基板的方法，其通過控制漿料固含量 來減少粗顆粒的分布。以上兩種方法通過提高分散性減少粗大粒子的含有比率，卻不能從根本上去除大 顆粒，依然存在著使用過程中劃傷的可能。CN 101628728A公布了一種白剛玉超精細研磨微粉的生產方法，對于粒徑在40微 米以下的微粉，采用水力沉降法分級，分級由細到粗進行，先分細級別的，后分粗級別的，直 至全部分級完畢。該發(fā)明的分級方法在嚴格控制料漿濃度、沉降時間、虹吸高度的同時，加 入了高效的分散劑，分散劑的分子在水中穿插在團聚顆粒之間，包附在所有大小不同的微 粒的周圍，受分散劑分子電荷的排斥，使微粒再不能團聚在一起，既使得分級的精度提高， 又使得最終產品可以保持松散狀態(tài)。CN 1587055A公開了一種低玻粉用a -氧化鋁，包括氧化鋁的球磨和水力旋流分 級，但如何分級并沒有詳細說明，同時得到的產品粒度較大，為200-250目。由上可以看出，氧化鋁粒度分布對拋光精度的影響并沒有統(tǒng)一的認識，同時控制 氧化鋁大顆粒的方法主要為通過稀釋減少大顆粒所占的比例或通過基于重力沉降而發(fā)展 起來的濕法分級混合液體在沉淀池內，密度大的固體顆粒在重力作用下緩慢地下沉直至 池底，且密度相對較小的液體在最上層。然而重力沉降分離時間很長，不能滿足工業(yè)化大生 產快速分離和分離結果受控的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度氧化鋁拋光液及其制備方法，以解決商業(yè)對日 益嚴格的拋光精度的要求，克服現有技術存在的上述缺陷。本發(fā)明所述的高精度氧化鋁拋光液，為一種水性漿液，特征是含有如下重量份的 組分酸性pH調節(jié)劑 10-25份分散劑0.1-0. 8 份高精度氧化鋁粉 74-90份重量固含量為0.5-20%;所述酸性pH調節(jié)劑選自硝酸、鹽酸、醋酸或硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁等可溶性鋁鹽 等的一種或幾種，優(yōu)選可溶性鋁鹽；所述分散劑選自聚乙二醇20000、聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉、十六烷基三甲基溴化 胺或十二烷基硫酸鈉中的一種或幾種，優(yōu)選六偏磷酸鈉；所述的高精度氧化鋁粉，中位粒徑D5Q為0. 2 2. Oil m，且滿足D1Q彡0. 5D50 ； D90 ^ 2D50 ;D100 ^ 3D50O所述的拋光液的顆粒度測試方法是指用激光散射原理的激光粒度儀 測得的粒度分布。本發(fā)明的高精度氧化鋁拋光液的制備方法，包括如下步驟將原料a-氧化鋁與水打漿，然后采用水力離心分級，獲得所述的氧化鋁拋光粉；
所述原料^-氧化鋁中位粒徑05(|<2.(^111，其中，a-氧化鋁晶型的重量百分比 占95%以上；具體的，包括以下具體步驟(1)水力離心分級將中位粒徑D5Q < 2. 0 y m的a -氧化鋁與水混合打漿，獲得漿 液，所述的漿液的重量固含量為5% 40%，然后采用水力離心分級，收集含有不同粒度分 布的a “氧化鋁的漿液C’和漿液D’ ；漿液C，的粒度分布如下D5。= 1. 5 士0. 2 ii nuDi。彡 0. 5D50,D90 ( 2D50,D100 ( 3D50 ；漿液D，的粒度分布如下D5Q = 0. 5 士0. 2 ii m，D1(1 彡 0. 5D50,D90 ( 2D50,D100 ( 3D50 ；所述的水力離心分級是藉離心沉降速度的將不同密度互不相溶的液體-固相顆 粒分開的離心機。不同密度互不相溶的液體-固相顆粒進入高速旋轉的轉鼓內，在強大的 離心力場作用下，大小顆粒沉降速率不同，大顆粒向外運動，積聚在轉鼓的周壁，隨漿液從 轉鼓底部排出；而小顆粒在內層隨漿液從轉鼓上部排除。不同漿液分別存放，分別經多次分 級，直至全部產品粒度分布符合要求，得到不同級別的產品；所述的分級設備為通用的設備，如蝶式離心分離機或臥式螺旋分離機，如南京綠 盛分離機有限公司的DBS500蝶式分離機；(2)干燥將收集的漿液在100 200°C干燥6 12h ；(3)破碎將步驟(2)獲得的產物經氣流粉碎，破碎因烘干而引起的團聚顆粒，直 至500目篩網過篩后無篩上物，得到氧化鋁拋光粉；(4)高精度氧化鋁拋光液的制備將所述高精度氧化鋁拋光粉、酸性pH調節(jié)劑、分散劑和水混合，分散，即可得產品。所述分散，優(yōu)選在高速剪切機中進行，所述高速剪切機為一種通用的產品，如上海 華巖儀器設備公司型號為GFJ-2. 2的產品及EHSY西域型號為QSJ-20的產品等；分散時間 優(yōu)選為l-2h ；與現有技術相比，本發(fā)明提供的高精度氧化鋁拋光液，具有氧化鋁中位粒徑小，粒 度分布范圍窄，耐磨性高，制品精度高等優(yōu)點。


圖1為實施例1中a -氧化鋁A粒度分布圖。圖2為實施例1中a -氧化鋁粒B粒度分布圖。圖3為實施例1中氧化鋁拋光粉目標產品C的粒度分布圖。圖4為實施例1中氧化鋁拋光粉目標產品D的粒度分布圖。圖5為實施例2中a -氧化鋁A粒度分布圖。
具體實施例方式實施例中，高速剪切機為江陰市勤業(yè)化工機械有限公司GF-250高速分散機，氣流 粉碎機為昆山密友實業(yè)有限公司0YF-400氣流粉碎機顆粒度測試方法是采用激光散射原理的激光粒度儀測得，采用珠海歐美克 LS-POP(VI)型激光粒度儀。
實施例1高精度氧化鋁的制備(1) a -氧化鋁的制備將市售a -氧化鋁A(粒度特征參數如下:D10 2. 50um,D25 3. 65 um, D50 5. 42 u m, D75 :8. 07 u m, D90 :12. 43 u m, D(3,2) :4. 64 u m, D(4,3) :6. 48 u m)經氣流 粉碎，得適于分級的氧化鋁產品B。B粒度特征參數如下D1Q:0. 79iim，D25 1. 13 um, D50 1. 71 y m, D75 :2. 61 y m, D90 :3. 88 y m, D(3,2) :1. 46 u m, D(4,3) :2. 02 y m。(2)水力離心分級將B和水機械混合，配成漿液，重量固含量為40%，經DBS500 蝶式分離機重復離心分級，分別得到不同粒度分布的漿液C’和漿液D’ ；漿液C，的粒度分布如下:D50 = 1. 5 士0. 2 ii m，D10 > 0. 5D50，D90 ( 2D50，D100 ( 3D50漿液D，的粒度分布如下D5。= 0. 5 士0. 2 ii nuDi。彡 0. 5D50,D90 彡 2D50,D100 彡 3D50(3)干燥將(2)中所得的漿液在100°C干燥12h(4)破碎將第(3)步產品經渦流式氣流粉碎機粉碎，得本發(fā)明所述的不同粒度分 布的高精度氧化鋁拋光粉C和D。激光粒度儀測試所得樣品C粒度分布見圖3，D10:0. 78 um, D25 :1.04 um, D50 1. 40 u m,D75 :1. 81 u m, D90 :2. 16 u m,D100 :3. 50 u m, D(3,2) :1. 25 u m,D(4,3) :1. 45 u m ；D10/D50 = 0. 56，D90/D50 = 1. 54，D100/D50 = 2. 50。激光粒度儀測試所得樣品D粒度分布見圖4 :D10 0. 26 u m, D25 0. 35 u m, D50 0. 47 u m,D75 :0. 59 u m, D90 :0. 70 u m,D100 :1. 35 u m,D(3,2) :0. 41 u m,D(4,3) :0. 48 u m ；D10/D50 = 0. 55，D90/D50 = 1. 49，D100/D50 = 2. 87。實施例2高精度氧化鋁的制備(1) a -氧化鋁的制備選用市售氧化鋁A，(粒度特征參數如下D1Q 0. 70um,D25
0.89 u m, D50 1. 28 u m, D75 :1. 85 u m, D90 :2. 55 u m, D100 13. 31 u m, D(3,2) : 1. 17 u m, D(4,3)
1.56 u m) o 見圖 5。(2)水力離心分級將A和水機械混合配成漿液固含量為5%，經DBS500蝶式分離 機重復離心分級，分別得到不同粒度分布的漿液C’和漿液D’ ；漿液C，的粒度分布如下D5。= 1. 5 士0. 2 ii nuDi。彡 0. 5D50,D90 ( 2D50,D100 ( 3D50 ；漿液D，的粒度分布如下D5。= 0. 5 士0. 2 ii nuDi。彡 0. 5D50,D90 彡 2D50,D100 彡 3D50 ；(3)干燥將(2)中所得的漿液在200°C干燥6h ；(4)破碎將步驟(3)的產物經渦流式氣流粉碎機粉碎，得本發(fā)明所述的不同粒度 分布的高精度氧化鋁拋光粉C和D。實施例3高精度氧化鋁拋光液的制備74. 2份重量的實施例1中產品C、25份氯化鋁，0. 8份重量的十二烷基硫酸鈉，用 水配制成重量固含量為0. 5%的漿液，采用高速剪切機剪切分散2h，得到目標產品。實施例4高精度氧化鋁拋光液的制備81. 5份重量的實施例1中產品D、18份醋酸，0. 5份重量的聚丙烯酸鈉，用水配制 成固含量為20%的漿液，采用高速剪切機剪切分散1. 5h，得到目標產品。
實施例5高精度氧化鋁拋光液的制備86. 4份重量的實施例1中產品C、13份鹽酸，0. 6份重量的十二烷基硫酸鈉，用水 配制成固含量為5%的漿液，采用高速剪切機剪切分散1. 5h，得到目標產品。實施例6將實施例3拋光液產品以激光光盤母盤玻璃⑶-ROM為拋光對象，經Unipol拋光 試驗機進行拋光試驗(設備壓力26Mpa，轉速650r/min)。拋光后產品的粗糙度為7人，無劃 傷。實施例7將實施例4拋光液產品以激光光盤母盤玻璃LD為拋光物，經Unipol拋光試驗機 進行拋光試驗(設備壓力26Mpa，轉速650r/min)。拋光后產品的粗糙度為3A，無劃傷。對比例1將74. 2份重量的實施2中市售氧化鋁A、25份氯化鋁，0. 8份重量的十二烷基硫酸 鈉，用水配制成重量固含量為0.5%的漿液，采用高速剪切機剪切分散2h，得到目標產品。 以激光光盤母盤玻璃CD-ROM為拋光對象，經Unipol拋光試驗機進行拋光試驗(設備壓力 26Mpa，轉速650r/min)。拋光后產品的粗糙度為30人，有明顯劃傷。
權利要求
高精度氧化鋁拋光液，其特征在于，為一種水性漿液，含有如下重量份的組分酸性pH調節(jié)劑 10-25份分散劑 0.1-0.8份高精度氧化鋁粉 74-90份重量固含量為0.5-20％。
2.根據權利要求1所述的氧化鋁拋光液，其特征在于，所述酸性pH調節(jié)劑選自硝酸、鹽 酸、醋酸或可溶性鋁鹽。
3.根據權利要求2所述的氧化鋁拋光液，其特征在于，所述的可溶性鋁鹽選自硝酸鋁、 氯化鋁或硫酸鋁中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的氧化鋁拋光液，其特征在于，所述分散劑選自聚乙二醇 20000、聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉、十六烷基三甲基溴化胺或十二烷基硫酸鈉中的一種或幾 種。
5.根據權利要求1 4任一項所述的氧化鋁拋光液，其特征在于，所述的高精度氧化鋁 粉，中位粒徑 D5Q 為 0. 2 2. 0 ii m，且滿足D1Q 彡 0. 5D50 ；D90 彡 2D50 ;D100 彡 3D5。。
6.權利要求1 5任一項所述的氧化鋁拋光液的制備方法，包括如下步驟將高精度 氧化鋁拋光粉、酸性PH調節(jié)劑、分散劑和水混合，分散，即可得產品。酸性PH調節(jié)劑 分散劑高精度氧化鋁粉10-25 份 0. 1-0. 8 份 74-90 份
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度氧化鋁拋光液及其制備方法，所述高精度氧化鋁拋光液，為一種水性漿液，含有如下重量份的組分酸性pH調節(jié)劑10-25份，分散劑0.1-0.8份，高精度氧化鋁粉74-90份，重量固含量為0.5-20％；所述的高精度氧化鋁拋光液粒度分布為中位粒徑0.2～2.0μm，且滿足D10≥0.5D50；D90≤2D50；D100≤3D50。與現有技術相比，本發(fā)明提供的拋光液，具有氧化鋁中位粒徑小，粒度分布范圍窄，耐磨性高，制品拋光精度高等優(yōu)點。
文檔編號C09G1/02GK101831244SQ20101017041
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權日2010年5月10日
發(fā)明者張鵬, 李冉, 李速娟, 楊筱瓊, 蒙素玲, 趙月昌, 顧捐永, 高璐 申請人:上海高納粉體技術有限公司