一种聚氨酯复合抛光垫及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种水性聚氨酯树脂的制备方法。本发明专利技术进一步提供一种附着上述水性聚氨酯树脂的聚氨酯复合抛光垫的制备方法。本发明专利技术提供的一种聚氨酯复合抛光垫及其制备方法，能够提供一种环保、简单、生产周期短的聚氨酯复合抛光垫的制备方法，制备的聚氨酯复合抛光垫具有耐磨性好、抛光效率高、使用寿命长的优点。

A polyurethane compound polishing pad and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯复合抛光垫及其制备方法
本专利技术属于抛光垫材料的
，涉及一种聚氨酯复合抛光垫及其制备方法。
技术介绍
20世纪90年代末期，随着硅片尺寸的加大以及半导体器件密度尺寸的增加，再加上半导体芯片结构复杂化和芯片内部结构多层互联的需求，平坦化工艺在硅片衬底制造过程中成了必不可少的工艺步骤。CMP技术作为最有效的全局平坦化技术，成为硅片衬底平坦化工艺中唯一适用的方法。抛光垫是CMP工艺中决定抛光工艺性能的重要材料，占CMP费用的40％左右，主要起贮存抛光液并将其送至工件的整个加工区域、去除抛光过程产生的残留物、传递材料去除所需的机械能量及维持抛光过程所需的机械和化学环境等作用。CMP工艺技术中常用的抛光垫有聚氨酯抛光垫和聚氨酯复合抛光垫。硅片衬底中使用的多是聚氨酯复合抛光垫。聚氨酯复合抛光垫是指用无纺布复合聚氨酯的抛光垫。即将聚氨酯溶解在溶剂中(如DMF)或分散在水中，将由合成橡胶或合成纤维等构成的无纺布或编织布等基材浸润在聚氨酯溶液中，再经湿式凝固或干燥，得到聚氨酯复合抛光垫。聚氨酯具有较高的抗拉强度、延展率和抗撕裂性，并在化学机械抛光中表现出优异的化学稳定性和高电阻性，能实现高效的平坦化加工。但是聚氨酯抛光垫硬度过高，抛光过程中变形小，加工过程中容易划伤芯片表面，同时非均匀性也较差。无纺布质软，由化学机械抛光原理可知，软质抛光垫可获得加工变质层和表面粗糙度都很小的抛光表面，因此聚氨酯复合抛光垫的这种“上硬下软”的复合结构，在兼顾平坦度和非均匀性要求的同时，还能储存抛光液，而且不渗透到抛光垫的内部，抛光效果稳定。如专利CN108349062公开了一种含浸聚氨酯树脂的无纺布抛光垫的制备方法。其采用两次浸渍工序，结合湿式凝固和干式凝固的方法，增加树脂和针织物基材的密合性，提高了抛光垫的强度。专利CN104385120公开了一种无纺布浸渍聚氨酯树脂的抛光垫。该专利采用预凝聚的方法，减少凝聚过程中有机溶剂的使用，提高抛光垫的硬度和透水性。专利CN102211319公开了一种使用固含量大于95％的聚氨酯树脂溶液，减少了有机溶剂的使用，所制得的抛光垫致密性增加，表面平整。专利CN102119069公开了一种水性聚氨酯弹性体作为含浸树脂制备无纺布抛光垫的方法，通过形成由超细纤维构成的纤维络合体，制备出高刚性的抛光垫，该抛光垫不易产生划痕且具有优异的平坦化性能和抛光效率。但是以上专利中的抛光垫依然存在(1)有机溶剂使用量大；(2)工艺复杂、时间长；(3)水性聚氨酯分散颗粒不均匀，浸渍不均匀等问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的之一在于提供一种水性聚氨酯树脂的制备方法。本专利技术的目的之二在于提供上述方法制备的一种新型水性聚氨酯树脂。本专利技术的目的之三在于提供一种耐磨性好、抛光效率高的聚氨酯复合抛光垫。本专利技术的目的之四在于提供一种硅片衬底CMP聚氨酯复合抛光垫的制备方法，该工艺具有环保、简单、生产周期短的优点。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：1)将异氰酸酯与多元醇进行第一次反应，获得第一反应物；2)在第一反应物中加入催化剂、亲水扩链剂及丙酮进行第二次反应后，再加入成盐剂中和，加水搅拌乳化，获得水性聚氨酯树脂。优选地，步骤1)中，所述异氰酸酯选自脂肪族异氰酸酯或其衍生物、芳香族异氰酸酯或其衍生物中的一种。更优选地，所述脂肪族异氰酸酯或其衍生物选自六亚甲基二异氰酸酯(HDI，CAS号为822-06-0)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI，CAS号为4098-71-9)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI，CAS号为5124-30-1)、1，4-环己烷二异氰酸酯(CHDI，CAS号为2556-36-7)、环己烷二亚甲基二异氰酸酯(HXDI，CAS号为38661-72-2)中的一种。更优选地，所述芳香族异氰酸酯或其衍生物选自甲苯二异氰酸酯(TDI，CAS号为584-84-9)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI，CAS号为3634-83-1)，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI，CAS号为101-68-8)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(HMDI，CAS号为5124-30-1)、萘二异氰酸酯(NDI，CAS号为3173-72-6)、对苯二异氰酸酯(PPDI，CAS号为104-49-4)中的一种。进一步优选地，所述异氰酸酯选自异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种。优选地，步骤1)中，所述异氰酸酯的当量为125-450。优选地，步骤1)中，所述多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇或聚碳酸酯多元醇中的一种。更优选地，所述聚酯多元醇选自芳香族聚酯多元醇、聚己内酯多元醇、己二酸系聚酯二醇中的一种。进一步优选地，所述芳香族聚酯多元醇选自聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇(CAS号为32472-85-8)、聚邻苯二甲酸-1,6-己二醇聚酯二醇(CAS号为54797-78-3)、聚邻苯二甲酸新戊二醇己二醇聚酯二醇(CAS号为74499-74-4)中的一种。进一步优选地，所述聚己内酯多元醇选自聚己内酯二元醇(CAS号为36980-68-3)、聚己内酯醇三元醇(CAS号为37625-56-2)中的一种。进一步优选地，所述己二酸系聚酯二醇选自聚己二酸乙二醇酯(PEA，CAS号为71396-29-7)、聚己二酸丁二醇酯(PBA，CAS号为25103-87-1)、聚己二酸乙二醇丁二醇酯(PEBA，CAS号为26570-73-0)中的一种。更优选地，所述聚醚多元醇选自聚四亚甲基醚二醇(PTMEG，CAS号为25190-06-1)、聚丙二醇(PPG，CAS号为25322-69-4)中的一种。更优选地，所述聚碳酸脂多元醇选自聚六亚甲基碳酸脂二醇(CAS号为61630-98-6)、聚碳酸-1，6-己二醇酯二醇(CAS号为101325-00-2)、聚碳酸亚丙酯二醇(CAS号为31852-84-3)、聚碳酸亚乙酯二醇(CAS号为25608-11-1)中的一种。优选地，步骤1)中，所述多元醇的官能度范围为2-4。优选地，步骤1)中，所述多元醇的分子量范围为500-3000。优选地，步骤1)中，所述多元醇的羟值范围为45-120OH/mg。优选地，步骤1)中，所述异氰酸酯与多元醇的摩尔比R＝1.0-1.2。优选地，步骤1)中，所述异氰酸酯与多元醇在反应前要进行除水。更优选地，所述除水采用分子筛进行混合22-26h。进一步优选地，所述分子筛为4A分子筛。优选地，步骤1)中，所述第一次反应的反应程序为：在55-65℃搅拌反应30-45min后，升温至80-90℃反应2-4h。优选地，步骤1)中，所述第一反应物中异氰酸酯基[-NCO]的质量分数为6-8％。优选地，步骤2)中，所述催化剂为2,2-二羟甲基丙酸(DMPA，CAS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：/n1)将异氰酸酯与多元醇进行第一次反应，获得第一反应物；/n2)在第一反应物中加入催化剂、亲水扩链剂及丙酮进行第二次反应后，再加入成盐剂中和，加水搅拌乳化，获得水性聚氨酯树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
1)将异氰酸酯与多元醇进行第一次反应，获得第一反应物；
2)在第一反应物中加入催化剂、亲水扩链剂及丙酮进行第二次反应后，再加入成盐剂中和，加水搅拌乳化，获得水性聚氨酯树脂。


2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述第一次反应包括以下条件中任一项或多项：
A1)所述异氰酸酯选自脂肪族异氰酸酯或其衍生物、芳香族异氰酸酯或其衍生物中的一种；
A2)所述多元醇选自聚酯多元醇、聚醚多元醇或聚碳酸酯多元醇中的一种；
A3)所述异氰酸酯与多元醇的摩尔比R＝1.0-1.2；
A4)所述第一次反应的反应程序为：在55-65℃搅拌反应30-45min后，升温至80-90℃反应2-4h。


3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述第二次反应包括以下条件中任一项或多项：
B1)所述催化剂为2,2-二羟甲基丙酸；
B2)所述亲水扩链剂选自二元胺、二元醇中的一种；
B3)所述第二次反应的反应温度为55-65℃，反应时间为2-3h；
B4)所述第一反应物、催化剂、亲水扩链剂加入的质量之比为70-90:10-20:54-58；
B5)所述丙酮加入量为第一反应物质量的20-28wt％。


4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，还包括以下条件中任一项或多项：
C1)所述成盐剂选自三乙胺、氢氧化钠、氨水、盐酸、乙酸中的一种；
C2)所述成盐剂与亲水扩链剂加入的质量之比为45-55:54-58；
C3)所述成盐剂中和的反应时间为30-60min；
C4)所述加水搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽芳，彭诗月，
申请(专利权)人：徐州永泽新材料科技有限公司，上海映智研磨材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32