一种高耐磨性化学机械抛光垫及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高耐磨性化学机械抛光垫及其制备方法和应用，涉及的是化学机械抛光垫的制备领域。本发明专利技术通过用超声波和分散剂处理氧化石墨烯，再加入到聚氨酯树脂溶液中，涂布于透明薄膜基材上，通过凝结成膜法获得多孔聚氨酯膜，随后经后处理制备成抛光垫，具有优异的耐磨性、抛光性和稳定性。通过超声波分散，使氧化石墨烯分散成单层结构，同时分散剂使单片层结构均匀分散在聚氨酯树脂溶液中，氧化石墨烯表面的含氧官能团与聚氨酯官能团之间可以形成氢键交联点，从而使凝结形成的聚氨酯膜物理机械性能得到提升，可延长抛光垫使用寿命，提高抛光性能稳定性。提高抛光性能稳定性。提高抛光性能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性化学机械抛光垫及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及的是化学机械抛光垫的制备领域，B29C41/24，尤其涉及一种高耐磨性化学机械抛光垫及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]半导体芯包含多层微观电路结构，其主要是通过在硅晶圆片上经过光刻和刻蚀工艺形成凹槽，还需利用离子注入、退火、扩散、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、化学机械抛光(CMP)等技术，最终在晶圆上形成密集微观集成电路结构。而微观集成电路制造中主要通过不同的沉积技术和工艺，分步层沉积到半导体晶片的表面上，导致晶片形成微观上非常不平坦的表面，多层微观电路的制造是从下往上逐层成型的，所以每完成一层的加工工艺需要对硅晶圆片进行化学机械抛光(CMP)处理使其表面平坦化程度满足其上层加工的需要。
[0003]化学机械抛光(CMP)作为半导体芯片生产过程中非常重要的一道工序，主要是负责去除表面多余的材料和杂质，减少表面粗糙、划痕等缺陷。在CMP工艺中，抛光头将硅晶圆片与抛光垫的抛光面进行接触，利用抛光液实现抛光，CMP抛光一般包括粗抛和精抛两段。对于精抛过程来讲，抛光垫必须柔软并且对非平坦的硅晶圆表面有更好的追随性，通过凝结成膜法制备得到的抛光垫可以到达精抛过程中对抛光垫的需求。而用于凝结成膜法的树脂多为线性高分子，化学交联很少或者几乎没有，因此其物理机械性能相较于有交联结构的差，但增加化学交联点容易导致其无法溶于有机溶剂。因此通常通过在树脂溶液中共混添加剂，对树脂进行补强处理。但这些添加剂的活性官能团较少或者颗粒较粗大，因而起到的补强作用有限，难以实现大幅提高聚氨酯物理机械强度的目的。
[0004]中国专利申请CN202110461979.2公开了一种化学机械抛光垫及其制备方法，将由聚氨酯树脂、DMF、亲水性添加剂、炭黑组成的树脂浆料涂布于成膜基材，通过两次凝结的方式，使制备得到的化学机械抛光垫具有柔性支撑，同时待抛光物表面平坦度得到提高，抛光垫寿命延长，但是其对抛光垫的耐磨性及物理机械强度的改善程度有限。中国专利申请CN202110452003.9公开了一种化学机械抛光垫的制备方法，通过在有机溶剂A中加入炭黑后，与表面活性剂、有机溶剂B、混合液C混合后凝结成膜制备抛光垫，形成尺寸均一稳定的孔洞，减小了研磨颗粒与待抛光表面的摩擦，提高了软质聚氨酯膜的表面平整性，但是炭黑表面的活性基团较少，起到的补强效果有限。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术第一方面提供了一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其包括：
[0006](1)将填料和界面活性剂机械分散于有机溶剂中，形成分散液；
[0007](2)于(1)中得到的分散液中加入树脂溶液，搅拌得到树脂浆料；
[0008](3)将(2)所得树脂浆料涂布于透明薄膜卷材上，然后通过后处理制备得到高耐磨
性化学机械抛光垫。
[0009]步骤(1)中，所述机械分散的方式选自化学分散、超声波分散、研磨、普通球磨中的一种或多种；优选为超声波分散。
[0010]所述填料、有机溶剂、界面活性剂的重量份之比为(0.05～3)：(35～70)：(1～6)；优选为(0.1～1.5)：(40～60)：(2～4)；进一步优选为0.8：60：3。
[0011]所述填料选自炭黑、石墨、纳米碳管、纤维素、氧化石墨烯、高分子微球中的一种或多种；优选为氧化石墨烯。
[0012]在一些优选的实施方式中，所述氧化石墨烯具有多层结构。
[0013]在一些优选的实施方式中，所述多层氧化石墨烯经机械分散后为单层结构。优选地，所述单层结构的氧化石墨烯的厚度≤3nm，直径≤10μm；优选为厚度≤1.5nm，直径≤5μm。
[0014]氧化石墨烯为二维层状结构，内含有大量的含氧基团，能够促使其在体系中的溶解分散，对于聚合物材料起到很好的补强作用，但是本专利技术人发现，相对于多层结构的氧化石墨烯，单片结构的氧化石墨烯补强效果更佳。在上述体系中，通过超声分散器使用高功率超声波形成的空化效应，将多层氧化石墨烯分散成小尺寸单片状的氧化石墨烯，可以使更多地含氧官能团充分暴露出来，发挥更好的补强作用，而且能减少氧化石墨烯之间相互作用产生的附聚，使大量氧化石墨烯维持在单片结构状态。同时单层结构的氧化石墨烯含量越高，比表面积就越大，活性官能团也越多，这就能更好地发挥氧化石墨烯与聚氨酯树脂中酯基、氨基甲酸酯基等基团形成氢键作用，极大的增加了基团之间的氢键结合点位，从而更好地提高补强效果。本专利技术人意外发现，当单层结构的氧化石墨烯的厚度≤3nm，直径≤10μm，比表面积非常高，因而在分子结构上表现出类似化学交联点的特性，使溶于DMF的线性聚氨酯高分子之间形成了近似交联的结构，从而使成膜后的聚氨酯多孔膜获得很高的物理机械性能，进一步提高制备得到的多孔聚氨酯耐磨性，用其制成的抛光垫的抛光效果可以在更长时间内维持稳定。
[0015]本申请中，对多层氧化石墨烯的来源不作特殊限制，可以采用本领域技术人员所熟知的方法制备得到，如采用Brodie法、Staudenmaier法、Hummers法等方法将石墨经强酸氧化制得，也可以从市面上购买得到。
[0016]在一些优选的实施方式中，所述多层氧化石墨烯为采用hummers法自制得到。
[0017]在一些优选的实施方式中，所述界面活性剂选自阳离子型界面活性剂、阴离子型界面活性剂和非离子型界面活性剂中的一种或多种。
[0018]在一些优选的实施方式中，所述阳离子型界面活性剂选自胺盐类、阳离子聚丙烯酸胺、季铵盐类、杂环类、啰盐类、淀粉类、聚乙烯亚胺中的一种或多种；优选为胺盐类、季铵盐类、杂环类、啰盐类的一种或多种。
[0019]在一些优选的实施方式中，所述阴离子型界面活性剂选自羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯盐类、磷酸酯盐类、聚甲基丙烯酸盐、聚羧酸铵盐类中的一种或多种；优选为羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯盐类、磷酸酯盐类中的一种或多种。
[0020]在一些优选的实施方式中，所述非离子型界面活性剂选自聚氧乙烯类、聚乙烯醇类、失水山梨醇酯类、蔗糖酯类、烷基醇酰胺类、聚乙烯吡咯烷酮、改性纤维素类、改性淀粉类中的一种或多种。
[0021]优选地，所述界面活性剂为非离子型界面活性剂；进一步优选为聚乙烯吡咯烷酮。
[0022]在一些优选的实施方式中，所述聚乙烯吡咯烷酮的平均相对分子质量不高于40000，25℃时5％(w/v)水溶液中的粘度为0.5～3mPa
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s；进一步优选的，其平均相对分子质量不高于 12000，25℃时5％(w/v)水溶液中的粘度为0.5～2.5mPa
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s，更进一步优选的，其平均相对分子质量不高于4000，25℃时5％(w/v)水溶液中的粘度为0.5～3mPa
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s。
[0023]氧化石墨烯虽然具备一定的两亲性，但是彼此间极易发生团聚，通过在体系中加入界面活性剂，能够在溶液的表面能定向排列，并使物质的表面张力显著下降，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，其包括：(1)将填料和界面活性剂机械分散于有机溶剂中，形成分散液；(2)于(1)中得到的分散液中加入树脂溶液，搅拌得到树脂浆料；(3)将(2)所得树脂浆料涂布于透明薄膜卷材上，然后通过后处理制备得到高耐磨性化学机械抛光垫。2.根据权利要求1所述的一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述填料、有机溶剂、界面活性剂的重量份之比为(0.05～3)：(35～70)：(1～6)。3.根据权利要求1所述的一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述填料选自炭黑、石墨、纳米碳管、纤维素、石墨烯、高分子微球中的一种或多种。4.根据权利要求1或3所述的一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述填料为氧化石墨烯；所述氧化石墨烯具有多层结构。5.根据权利要求4所述的一种高耐磨性化学机械抛光垫的制备方法，其特征在于，所述多层氧化石墨烯经机械分散后为单层结构；所述单层结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：相红旗，陈浩聪，姚力军，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：