隨著半導體技術的不斷發展，對CMP拋光液的性能要求也越來越高，尤其是在制作高集成度、低功耗、高速度的芯片時，需要使用更安全、更穩定、更高效、更環保的CMP拋光液。相對于油和其他溶劑，水基拋光液采用水作為溶劑，減少了揮發性有機化合物（VOCs）的排放，毒性較低，降低了對人體和環境的影響，同時其對工件污染也較小，拋光后的工件和工具更易清洗，是現在應用較多的環保型拋光液。然而，由于用于精密拋光的水基拋光液粘度較小，且其磨料粒度通常是微納米級的，極易團聚，因此改善在水基拋光液的分散性和穩定懸浮性是一個值得討論的話題。

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水基拋光液的分散方法

改善拋光液分散性和穩定性的方法主要有機械分散法、超聲法等物理法以及化學改性法和添加分散劑法等化學法。

（1）機械分散法是通過研磨、膠體磨、球磨等最簡單的物理行為對納米團聚的大顆粒進行破壞，從而進行分散，但單獨依靠機械分散很難使粉體達到穩定分散，因此機械分散法常常與其他分散方法聯用，以達到較好分散的效果。

（2）超聲法也屬于一種基于物理原理的輔助分散方法，在超聲波空化作用下，液體中出現空泡，以此減少納米粒子的吸附力，降低表面能。同時在超聲作用下，液體中不斷產生的微小氣泡進入 團聚粉體內部，通過高速震蕩碰撞團聚體，使其分散。通常超聲波對納米顆粒的分散非常有效，可較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能，有效防止納米微粒團聚而使之充分分散，但當使用過熱超聲攪拌時，會由于熱能和機械能的增加，提高顆粒碰撞的幾率，反而影響分散效果，因此應當控制恰當的超聲頻率及作用時間。

（3）化學改性法

化學改性法是通過對納米顆粒表面基團進行改性，增加或修改納米顆粒表面的基團，以此來改善納米粉體在介質中的電位分布，達到改善分散性和穩定性的目的。

（4）添加分散劑

分散劑分散法常常與機械分散、 超聲分散共同使用，通過在物理分散過程中添加一些能影響顆粒表面性能的物質，從而降低顆粒之間的表面能，改變表面電位、表面活性，以此減少粉體團聚，增加顆粒之間斥力，提高拋光液的分散性和穩定性。

總之，在實際應用中，通常采用物理分散和化學分散相結合的方法，物理法用于打開粉體的軟團聚，使微粉團聚體解聚。而化學法則有助于打開顆粒間的硬團聚，并提升拋光液的分散穩定性。不過由于化學法采用的分散劑或改性劑種類繁多，不同配伍發揮的作用不同，應用時需要考慮拋光粉的性質才能達到最佳的分散效果。

水基氧化鈰拋光液的分散

氧化鈰拋光液是玻璃材料常用的拋光材料，為了制備高質量的水基氧化鈰拋光液，以便用于微晶玻璃、硬盤基材、液晶顯示器﹑集成電路基板﹑航空玻璃﹑眼鏡片﹑光學玻璃及許多高檔寶石等高端制品的拋光加工，必須解決其納米拋光粉在水中的分散難題。

制備CeO₂拋光液常用的分散劑為梅迪蘭、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基苯磺酸鈉等表面活性劑。其中，十二烷基苯磺酸鈉為陰離子型表面活性劑，十六烷基三甲基溴化銨為陽離子型表面活性劑，它們都主要起靜電穩定作用；聚乙烯吡咯烷酮為非離子型表面活性劑，利用其長鏈可發揮空間位阻穩定作用，為了發揮最佳的分散穩定性，可將離子型與非離子型分散劑復配使用。

靜電位阻和空間位阻作用

除此之外，梅迪蘭（酰基肌氨酸鹽）也可使氧化鈰拋光液發揮優異的分散穩定性，其雖也為陰離子活性劑，但其不僅能夠吸附在CeO₂磨粒表面，使磨粒表面帶負電，通過靜電排斥作用阻止相鄰納米磨粒的團聚，而且其也具有長鏈分子，可通過位阻作用可進一步阻止磨粒的團聚，具有分散、乳化、滲透、增溶、潤濕等優越性能，在納米氧化鈰拋光液中有著廣泛應用。

水基氧化鋁拋光液

氧化鋁(Al₂O₃)拋光液是CMP技術中常用的拋光材料，隨著電子器件逐漸趨于小型化和集成化，拋光液中的氧化鋁拋光粉也逐漸朝著納米級方向發展，加上Al₂O₃磨料本身化學性質穩定，不易分散，因此提高納米Al₂O₃拋光液的分散性和穩定性，成為業內重要的研究課題。

目前，水基氧化鋁拋光液常用的分散方法是在其中加入聚丙烯酸鈉、聚乙烯醇、檸檬酸、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸銨、丙三醇等分散劑，并調整合適的PH值，最后經超聲分散得到最佳的分散穩定性。

水基金剛石拋光液

納米金剛石具有硬度高、比表面積大等特點,可以用于極高光潔度表面材料的拋光。水基金剛石拋光液主要應用于硅片、高硬度不銹鋼、計算機硬盤基片和磁頭、光纖連接器的表面超精密拋光。

通常，由爆轟法制備的納米金剛石呈團聚狀態的無規則顆粒，為了使其在水中實現長期穩定的分散，可通過表面化學改性和修飾，在其表面附加羥基、羧基、酯基、醚基、羰基等活性基團，使其有利于通過在水中加入分散劑而實現納米金剛石的化學分散。

例如，Alexandre 等將納米金剛石表面通過改性引入氨基，再通過處理將氨基與 4–疊氮苯甲酸鈉發生反應，使得疊氮基團成功接枝在納米金剛石的表面，從而獲得更好的分散性。

而Xu 等則對納米金剛石熱處理改性，增加了納米金剛石表面的石墨層和含氧官能團，同時提高了表面基團的濃度，使得納米金剛石表面被賦予了更多的負電荷，增加了顆粒之間靜電力，使得納米金剛石在水基介質中分散穩定。

納米金剛石高溫引入含氧表面基團

小結

隨著對環保性要求的提高，水基拋光液逐漸得到發展。制備水基拋光液的工藝其實并不復雜，但由于粘度較低，微納米級無機粉體磨料在水中較難均勻分散并穩定懸浮，在實際操作中可先進行過超聲物理分散，再針對不同磨料的物理和化學特性、加入合適的分散劑和其他輔助添加劑提升拋光液的綜合物性、拋光應用效果等。

參考文獻：

1、王艷芝,孫長紅,張旺璽,等.水基拋光液的分散性改善方法和應用研究綜述[J].中原工學院學報.

2、孟汝浩.納米金剛石拋光液及SiC晶圓超精拋光技術[D].河南工業大學.

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