[发明专利]一种用于蓝宝石衬底的抛光液

说明书

技术领域：

本发明涉及抛光材料制备技术领域，特别是一种用于蓝宝石衬底的抛光液。

背景技术：

蓝宝石单晶（Sapphire）主要成分为α-Al₂O₃，是刚玉宝石中除红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，又称白宝石。莫氏硬度为9，仅次于莫氏硬度为10的金刚石。蓝宝石在高温下仍具有很高的稳定性，熔点为2030 ℃。蓝宝石拥有极好的介电特性、电气特性和优异的光学透明性及机械性能，且耐化学腐蚀、抗辐射，可用作红外和微波窗口系统、发光二极管（LED）、激光二极管（LD）、紫外线至近红外光用光透射窗口、精密耐磨轴承等高技术领域中的零件制造材料，被广泛应用于工业、国防、航天航空和科研等领域。但是其脆性大，硬度高，机械加工困难，无损伤超光滑表面制备技术则更加复杂。目前，国内所用的蓝宝石批量加工的抛光液基本依赖于进口，而蓝宝石晶片的加工工艺属于高度机密。

蓝宝石衬底同SiC和Si片一样，均是半导体工业中的重要材料，起初人们通过硬的材料如金刚石粉、Al₂O₃粉等来去除材料表面的物质。如中国专利（申请号为03141638.1）“光学蓝宝石晶体基片的研磨工艺”，主要包括粗磨、精磨和抛光等工艺步骤，虽然能够有效降低蓝宝石的表面粗糙度，但其采用的金刚石磨料在抛光过程中很容易损伤材料的表面层造成较深的划伤且抛光液的分散稳定性较差。以硅溶胶抛光蓝宝石可以达到很低的表面粗糙度Ra<0.5 nm ，但其抛光速率太慢；如中国专利（申请号为201010215841.6）“微碱性蓝宝石抛光液及其制备方法”，该发明是先将粒径为3～300nm的纳米硅溶胶颗粒悬浮在水中,再加入络和剂到悬浮液中,然后再加入表面活性剂,最后将悬浮液的pH值调整到7～9.5；该发明方法简单、合理,易于生产,产品稳定性好；该产品可稀释比例高,产品抛光效率高,稳定性强,不易在抛光机以及抛光产料表面沉积,其独特的流体性能在抛光后不宜在蓝宝石表面风干,大大降低了后续清洗工艺的负担；但是，该抛光浆料的抛光效率还有所欠佳。还有中国专利（申请号为200610013968.3）“蓝宝石衬底材高去除速率的控制方法”，其公开的方法是使用粒径15～40nm的SiO₂磨料、pH值为11～13.5的抛光液,在40～60℃温度、40～120rpm转速、0.10～0.20MPa、100～5000ml/min流量的抛光工艺条件下,在抛光机上对蓝宝石衬底材料进行抛光0.2～3h；该方法能够实现强化学作用下的高速质量传递,从而实现抛光的高去除速率；但是，此方法抛光后的蓝宝石衬底材料表面粗糙度无法控制，过强的化学反应会在表面形成腐蚀坑。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种去除速率高、抛光效果好、易清洗、成本低的蓝宝石衬底的抛光液。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是发明一种用于蓝宝石衬底的抛光液，是由下列重量百分比的原料制备而成：

硅溶胶   90-95         抛光加速剂 0.05-2

络合剂 0.05-3          pH值调节剂0.05-3

其余的为去离子水；

所述的抛光加速剂是强氧化性盐类与常规无机盐的组合，两者的重量配比为1:1-5；

所述的络合剂是甘氨酸、EDTA、柠檬酸或苯并三氮唑中的一种或多种，当为多种时，各组份的配比为等份或其它比例；

所述的pH值调节剂是乙二胺、三乙醇胺、三乙烯四胺或乙醇胺中的一种或多种，当为多种时，各组份的配比为等份或其它比例；

其制备方法如下：

在室温条件下，一边搅拌、一边将抛光加速剂加入到去离子水中，待完全溶解后，再加入络合剂，得混合水溶液；静置、冷却至室温，将混合水溶液加入硅溶胶中，边加边搅拌，控制加入流量在90-110 ml/min，充分搅拌混合均匀，得抛光液；最后，用pH值调节剂将抛光液的pH值控制在9.0-12.5，即成为用于蓝宝石衬底的抛光液。

所述的硅溶胶是粒径20-100 nm的纳米硅溶胶。

所述的强氧化性盐类是碘酸钾、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或多种的混合物，当为多种时，各组份的配比为等份或其它比例；

所述的常规无机盐是氯化钾、氯化锂、溴化钠、四甲基氢氧化铵中的一种或多种的混合物，当为多种时，各组份的配比为等份或其它比例。

强氧化性盐类与常规无机盐的重量配比为1:3。