一种石英玻璃基板用抛光液及其制备方法与应用与流程

本发明涉及抛光液，尤其是涉及一种石英玻璃基板用抛光液及其制备方法与应用。

背景技术：

1、目前，在集成电路制造中，采用光刻技术为主要方法的微细加工是实现大规模集成电路的一个关键技术。随着光刻的图形的微细化要求不断提高，对应用其中的石英掩膜版基板的缺陷密度及缺陷尺寸、面粗糙度、平坦度等品质提出了更严格的要求。为了获得表面粗糙度小，表面划伤等缺陷少的石英基板，选用合适的抛光液至关重要。石英基板抛光液的主要作用是去除石英基板表面的缺陷、污染物和粗糙度，使其表面变得平整、光滑和无瑕疵。这对于后续的工艺步骤、光学性能和器件制造非常重要。石英基板抛光液通常由多种化学成分组成，包括酸性或碱性溶剂、抛光颗粒和表面活性剂。酸性溶剂可以溶解表面的氧化物和污染物，而碱性溶剂可以中和酸性残留物并提供表面平整度，抛光颗粒可在抛光过程中起到研磨作用，帮助去除表面缺陷和粗糙度，表面活性剂则有助于提高抛光效果和液体的稳定性。

2、目前市面上，最常用的石英抛光用抛光液主要是氧化铈抛光液，而已商业化的氧化铈抛光液制备工艺主要是在氧化铈抛光粉的基础上进行球磨配制而成，并添加适量的分散剂与ph调节剂。此类氧化铈抛光液主要以提高抛光速率为主要指标进行优化生产，对石英基板的缺陷和平坦度并未改善。

3、基于此，亟需开发一种新型的石英玻璃基板用抛光液，以对石英基板的缺陷和平坦度进行改善。

技术实现思路

1、本发明所要解决的第一个技术问题是：

2、提供一种抛光液。

3、本发明所要解决的第二个技术问题是：

4、提供一种所述抛光液的制备方法。

5、本发明所要解决的第三个技术问题是：

6、所述抛光液的应用。

7、为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：

8、一种抛光液，包括以下组分：

9、粒径为50nm-1000nm的改性氧化铈；

10、表面活性剂；

11、抛光抑制剂；

12、溶剂；

13、助剂；

14、所述改性氧化铈为经过聚丙烯酸和/或聚乙二醇改性的氧化铈。

15、根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

16、本发明采用粒径为50nm-1000nm的改性氧化铈，以提高抛光性能的可控性。氧化铈具有良好的抛光特性，能够有效去除材料表面的缺陷、氧化层、污染物等，使表面变得更加光滑和均匀。氧化铈颗粒的粒径为50nm-1000nm，可以根据需要进行选择，从而实现对材料的精确抛光。较小的氧化铈颗粒能够提供更高的抛光精度，而较大的颗粒则适用于快速修复和粗糙表面的抛光。

17、通过调整氧化铈的含量和粒径分布，可以控制抛光液的抛光速率，以满足不同材料的抛光需求，避免过度抛光或抛光不足的情况。此外，粒径较小的氧化铈颗粒在抛光液中具有良好的分散性，能够均匀分布在液体中，提供更均匀的抛光效果和表面质量。

18、在将氧化铈抛光粉体配制成抛光液之前，可以对氧化铈抛光粉颗粒进行表面改性，改变颗粒表面电负性。本发明采用聚丙烯酸(paa)和/或聚乙二醇(peg)对氧化铈颗粒进行改性，形成一层改性膜覆盖在氧化铈颗粒表面。改性后的氧化铈抛光粉颗粒具有在ph为6.5-10之间的调整后的zeta电位值。

19、此外，在抛光液中增加表面活性剂可以改善抛光液与石英基板表面之间的接触角，减少抛光过程中产生的气泡，提高抛光均匀性，并减少石英基板表面划伤的发生。

20、抛光抑制剂主要用于减缓抛光过程中石英基板表面凹陷部分的抛光速率，而对于受压较大的表面凸起部分，抛光速率较高。这样可以提高石英基板抛光后的平坦度。

21、根据本发明的一种实施方式，所述抛光液，包括以下重量份的组分：

22、粒径为50nm-1000nm的改性氧化铈，5-20份；

23、表面活性剂，0.5-5份；

24、抛光抑制剂，0.1-2份；

25、溶剂，10-50份；

26、助剂，0.1-2份。

27、根据本发明的一种实施方式，所述抛光抑制剂包括磷酸二氢钾、单氟磷酸钠和氨基酸中的至少一种。抛光液中的抑制剂能够改善抛光液与石英基板表面之间的接触角。通过降低接触角，可以使抛光液更好地覆盖在基板表面，提高抛光的均匀性。抑制剂的添加可以减少抛光过程中抛光液与基板之间的气泡产生。气泡的存在会导致抛光不均匀，影响表面质量。抑制剂的作用是降低抛光液的表面张力，减少气泡的形成，从而改善抛光的均匀性。磷酸二氢钾、单氟磷酸钠和氨基酸等抛光抑制剂可以减缓抛光过程中石英基板表面凹陷部分的抛光速率。因为在抛光过程中，凹陷部分受到较少的压力，抛光速率相对较慢。通过添加抑制剂，可以使凹陷部分的抛光速率与表面凸起部分的抛光速率趋于一致，从而提高石英基板的平坦度。

28、根据本发明的一种实施方式，所述氨基酸包括甘氨酸、谷氨酸和脯氨酸中的至少一种。

29、表面活性剂包括十二烷基硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵和直链烷基苯磺酸中的至少一种。

30、根据本发明的一种实施方式，所述助剂包括分散剂和ph调节剂中的至少一种。

31、根据本发明的一种实施方式，所述抛光液的ph为6.5-10。

32、根据本发明的一种实施方式，所述抛光液的ph为6.5-8。

33、根据本发明的一种实施方式，所述抛光液的ph为8-10。

34、根据本发明的一种实施方式，所述分散剂包括六偏磷酸钠、柠檬酸盐、聚羧酸钠盐和拉伯树胶中的至少一种。氧化铈粉末在水中容易聚集形成团块，分散剂可以稳定分散氧化铈粉末，避免其凝聚成团。六偏磷酸钠、柠檬酸盐、聚羧酸钠盐和拉伯树胶等分散剂具有良好的分散性能，能够有效地分散氧化铈粉末，并保持其稳定分散状态。此外，分散剂可以促进氧化铈粉末与石英基板之间的接触，增加氧化铈粉末对石英基板的摩擦力，从而提高抛光效果。此外，分散剂还可以控制抛光液的流动性，使其更容易涂覆在基板表面，提高抛光的均匀性。

35、根据本发明的一种实施方式，所述ph调节剂包括盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种。

36、为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：

37、一种制备所述抛光液的方法，包括以下步骤：

38、s1将粒径为50nm-1000nm的氧化铈置于水中，超声分散后，加入聚丙烯酸和/或聚乙二醇，加热反应后离心干燥，得到粒径为50nm-1000nm的改性氧化铈；

39、s2混合粒径为50nm-1000nm的改性氧化铈、表面活性剂、抛光抑制剂和助剂于溶剂中，经加热，得到所述抛光液。

40、根据本发明的一种实施方式，所述抛光液的组分还包括带正电荷的碳酸钙球形颗粒和带负电荷的碳酸钙锥形颗粒。抛光液中的颗粒形状和形貌可以对抛光效果产生影响，如球形颗粒在抛光过程中产生的划痕较少，具有较为均匀的磨削效果，可以更好地进行平面抛光；而锥形颗粒则可以更好地去除表面缺陷。因此，通过改进颗粒的形貌，可以提高抛光液的效果，同时，当抛光液中能够同时存在球形颗粒与锥形颗粒，就能够同时具有两者的优点。

41、此外，抛光液中含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒和带负电荷的碳酸钙锥形颗粒时，它们之间会产生静电吸引力，这种吸引力可以将颗粒紧密地吸附在表面上。在这个过程中，表面的污垢和瑕疵也会被吸附在这些颗粒上。由于带正电荷的颗粒和带负电荷的颗粒具有相反的电荷性质，它们之间会产生较强的静电吸引力，这种吸引力可以将它们聚集在一起形成一个稳定的复合体。当这个复合体接触到表面时，每个颗粒就会开始独立地工作，并且它们的不同形状和尺寸会让它们能够更好地覆盖表面。这样，在表面上的污垢和瑕疵就会被同时吸附到不同的颗粒上，使得抛光效果更加均匀和高效。

42、制备所述带正电荷的碳酸钙球形颗粒，包括以下步骤：

43、a1混合氧化钙于水中，反应12-24h后过滤，得到ca(oh)2溶液；

44、a2在50-55℃下向ca(oh)2溶液中添加柠檬酸，并通入co2气体以进行碳化反应，当溶液ph为6-7时，调节温度为40-45℃，加入三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵，继续通入co2气体直至ph为7-7.5，得到含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒的溶液；

45、制备所述带负电荷的碳酸钙锥形颗粒，包括以下步骤：

46、b1向含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒的溶液中添加十二烷基硫酸钠和十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠，在30-32℃下通入co2气体以进行碳化反应，当溶液ph为7.5-7.8时，停止通入co2，经过滤，干燥，得到同时含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒和带负电荷的碳酸钙锥形颗粒的溶液。

47、为了使得抛光液中同时含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒和带负电荷的碳酸钙锥形颗粒，本发明通过调整反应的温度、ph等参数，选择合适的晶型控制剂和表面活性剂，将反应拆分为多段，先制备得到ca(oh)2，进行预碳化反应，谨慎地将部分原料转化为部分碳酸钙，随后调整参数，并加入三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵，进行反应，使得该部分碳酸钙的形貌调整为球形，而十六烷基三甲基溴化铵的另一作用也使得碳酸钙球形颗粒带正电荷，因为十六烷基三甲基溴化铵是一种阳离子表面活性剂，它的分子结构中含有一个正电荷的季铵离子，当十六烷基三甲基溴化铵加入到碳酸钙球形颗粒的抛光液中时，十六烷基三甲基溴化铵分子中的烷基链保持在溶液中，十六烷基三甲基溴化铵的阳离子部分与碳酸钙表面的负电性羟基发生相互作用而季铵离子部分与颗粒表面形成一层带正电的离子层。这种相互作用会导致十六烷基三甲基溴化铵吸附在碳酸钙颗粒表面，并且使颗粒带有正电荷。

48、需要注意的是，在制备得到含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒的溶液的过程中，生成碳酸钙球形颗粒的反应是谨慎的，不完全的，该溶液中仍然含有ca(oh)2、以及可能存在其他不规则形貌的碳酸钙，随后，本发明采用十二烷基硫酸钠、十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠和残留的十六烷基三甲基溴化铵进行组合，并再次调整反应参数，使得晶体生长方向改变，使得溶液中生成碳酸钙锥形颗粒，同理十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠作为阴离子表面活性剂，与碳酸钙颗粒相互作用，也能使得颗粒带负电荷。需要注意的是，添加十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠时，需要控制其浓度，以避免对球形颗粒产生过多的影响。如果浓度过高，十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠可能会与球形颗粒表面的十六烷基三甲基溴化铵相互作用，从而中和球形颗粒表面的正电荷。

49、根据本发明的一种实施方式，所述步骤a2中，通入co2气体的流速为30-45sccm，所述步骤b1中，通过co2气体的流速为20-25sccm。

50、根据本发明的一种实施方式，所述步骤a2中，所述ca(oh)2溶液与三乙醇胺和十六烷基三甲基溴化铵的重量份比为1：0.02-0.06：0.1-0.3。

51、根据本发明的一种实施方式，步骤b1中，所述含有带正电荷的碳酸钙球形颗粒的溶液、十二烷基硫酸钠和十六烷基聚氧乙烯醚硫酸钠重量份比为1：0.5-0.6：0.06-0.08。

52、本发明的另一个方面，还提供一种石英玻璃基板用抛光液。包括如上述第1方面实施例所述的抛光液。由于该应用采用了上述抛光液的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

53、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。