随着半导体技术的不断发展，对CMP抛光液的性能要求也越来越高，尤其是在制作高集成度、低功耗、高速度的芯片时，需要使用更安全、更稳定、更高效、更环保的CMP抛光液。相对于油和其他溶剂，水基抛光液采用水作为溶剂，减少了挥发性有机化合物（VOCs）的排放，毒性较低，降低了对人体和环境的影响，同时其对工件污染也较小，抛光后的工件和工具更易清洗，是现在应用较多的环保型抛光液。然而，由于用于精密抛光的水基抛光液粘度较小，且其磨料粒度通常是微纳米级的，极易团聚，因此改善在水基抛光液的分散性和稳定悬浮性是一个值得讨论的话题。

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水基抛光液的分散方法

改善抛光液分散性和稳定性的方法主要有机械分散法、超声法等物理法以及化学改性法和添加分散剂法等化学法。

（1）机械分散法是通过研磨、胶体磨、球磨等最简单的物理行为对纳米团聚的大颗粒进行破坏，从而进行分散，但单独依靠机械分散很难使粉体达到稳定分散，因此机械分散法常常与其他分散方法联用，以达到较好分散的效果。

（2）超声法也属于一种基于物理原理的辅助分散方法，在超声波空化作用下，液体中出现空泡，以此减少纳米粒子的吸附力，降低表面能。同时在超声作用下，液体中不断产生的微小气泡进入 团聚粉体内部，通过高速震荡碰撞团聚体，使其分散。通常超声波对纳米颗粒的分散非常有效，可较大幅度地弱化纳米微粒间的纳米作用能，有效防止纳米微粒团聚而使之充分分散，但当使用过热超声搅拌时，会由于热能和机械能的增加，提高颗粒碰撞的几率，反而影响分散效果，因此应当控制恰当的超声频率及作用时间。

（3）化学改性法

化学改性法是通过对纳米颗粒表面基团进行改性，增加或修改纳米颗粒表面的基团，以此来改善纳米粉体在介质中的电位分布，达到改善分散性和稳定性的目的。

（4）添加分散剂

分散剂分散法常常与机械分散、 超声分散共同使用，通过在物理分散过程中添加一些能影响颗粒表面性能的物质，从而降低颗粒之间的表面能，改变表面电位、表面活性，以此减少粉体团聚，增加颗粒之间斥力，提高抛光液的分散性和稳定性。

总之，在实际应用中，通常采用物理分散和化学分散相结合的方法，物理法用于打开粉体的软团聚，使微粉团聚体解聚。而化学法则有助于打开颗粒间的硬团聚，并提升抛光液的分散稳定性。不过由于化学法采用的分散剂或改性剂种类繁多，不同配伍发挥的作用不同，应用时需要考虑抛光粉的性质才能达到最佳的分散效果。

水基氧化铈抛光液的分散

氧化铈抛光液是玻璃材料常用的抛光材料，为了制备高质量的水基氧化铈抛光液，以便用于微晶玻璃、硬盘基材、液晶显示器﹑集成电路基板﹑航空玻璃﹑眼镜片﹑光学玻璃及许多高档宝石等高端制品的抛光加工，必须解决其纳米抛光粉在水中的分散难题。

制备CeO₂抛光液常用的分散剂为梅迪兰、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠等表面活性剂。其中，十二烷基苯磺酸钠为阴离子型表面活性剂，十六烷基三甲基溴化铵为阳离子型表面活性剂，它们都主要起静电稳定作用；聚乙烯吡咯烷酮为非离子型表面活性剂，利用其长链可发挥空间位阻稳定作用，为了发挥最佳的分散稳定性，可将离子型与非离子型分散剂复配使用。

静电位阻和空间位阻作用

除此之外，梅迪兰（酰基肌氨酸盐）也可使氧化铈抛光液发挥优异的分散稳定性，其虽也为阴离子活性剂，但其不仅能够吸附在CeO₂磨粒表面，使磨粒表面带负电，通过静电排斥作用阻止相邻纳米磨粒的团聚，而且其也具有长链分子，可通过位阻作用可进一步阻止磨粒的团聚，具有分散、乳化、渗透、增溶、润湿等优越性能，在纳米氧化铈抛光液中有着广泛应用。

水基氧化铝抛光液

氧化铝(Al₂O₃)抛光液是CMP技术中常用的抛光材料，随着电子器件逐渐趋于小型化和集成化，抛光液中的氧化铝抛光粉也逐渐朝着纳米级方向发展，加上Al₂O₃磨料本身化学性质稳定，不易分散，因此提高纳米Al₂O₃抛光液的分散性和稳定性，成为业内重要的研究课题。

目前，水基氧化铝抛光液常用的分散方法是在其中加入聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、柠檬酸、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸铵、丙三醇等分散剂，并调整合适的PH值，最后经超声分散得到最佳的分散稳定性。

水基金刚石抛光液

纳米金刚石具有硬度高、比表面积大等特点,可以用于极高光洁度表面材料的抛光。水基金刚石抛光液主要应用于硅片、高硬度不锈钢、计算机硬盘基片和磁头、光纤连接器的表面超精密抛光。

通常，由爆轰法制备的纳米金刚石呈团聚状态的无规则颗粒，为了使其在水中实现长期稳定的分散，可通过表面化学改性和修饰，在其表面附加羟基、羧基、酯基、醚基、羰基等活性基团，使其有利于通过在水中加入分散剂而实现纳米金刚石的化学分散。

例如，Alexandre 等将纳米金刚石表面通过改性引入氨基，再通过处理将氨基与 4–叠氮苯甲酸钠发生反应，使得叠氮基团成功接枝在纳米金刚石的表面，从而获得更好的分散性。

而Xu 等则对纳米金刚石热处理改性，增加了纳米金刚石表面的石墨层和含氧官能团，同时提高了表面基团的浓度，使得纳米金刚石表面被赋予了更多的负电荷，增加了颗粒之间静电力，使得纳米金刚石在水基介质中分散稳定。

纳米金刚石高温引入含氧表面基团

小结

随着对环保性要求的提高，水基抛光液逐渐得到发展。制备水基抛光液的工艺其实并不复杂，但由于粘度较低，微纳米级无机粉体磨料在水中较难均匀分散并稳定悬浮，在实际操作中可先进行过超声物理分散，再针对不同磨料的物理和化学特性、加入合适的分散剂和其他辅助添加剂提升抛光液的综合物性、抛光应用效果等。

参考文献：

1、王艳芝,孙长红,张旺玺,等.水基抛光液的分散性改善方法和应用研究综述[J].中原工学院学报.

2、孟汝浩.纳米金刚石抛光液及SiC晶圆超精抛光技术[D].河南工业大学.

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