存在放射状介孔，孔道尺寸在2-3 nm;经测定，样品的比表面积为420-425m2/g，明显高于常规亚微米级氧化硅实体颗粒(10-20 m2 /g)。
[0030]将按实施例1的工艺参数所制备的PMMAAiS12杂化磨料用去离子水配制成质量浓度为I %的抛光液，加入0.5 wt%的十二烷基苯磺酸钠做为分散剂，并用氨水将浆料的pH值调至8 ;在一定的抛光工艺条件下(抛光压力为3Ps1、上盘转速为60 r/min、下盘转速为90 r/min、抛光时间为I min、抛光液流量为200 mL/min)，用高精密抛光机对硅热氧化片进行抛光。
[0031]图4和图5分别给出了抛光后衬底表面的原子力显微镜二维和三维形貌；测试结果表明，抛光后晶片的表面粗糙度均方根值为0.172 nm，粗糙度平均值为0.136 nm ;称量抛光前后衬底的质量损失，再换算成厚度差以表征抛光速率，经测定抛光速率达到272 nm/min。
[0032]实施例2:
本实施例与上述实施例1的步骤基本相同，不同之处在于:悬浮液中单分散PMMA微球的质量分数为0.01% ;溶液体系中去离子水与无水乙醇的体积比为1:1，CTAB的浓度为0.001mol/l，氨水的浓度为0.05 mol/1, VTMS的浓度为0.005 mol/Ι ;反应温度为40。。，反应时间为Ih。
[0033]实施例2制备所得PMMA/^SiC^杂化磨料样品的扫描电镜照片和透射电镜照片与实施例I类似，其介孔氧化硅壳层厚度为10-20 nm，壳层中介孔孔道尺寸为2.1-2.3 nm。
[0034]将按实施例2的工艺参数所制备的PMMAZjS12杂化磨料配制成质量浓度为10 wt%的抛光浆料，加入0.5 wt%的十二烷基苯磺酸钠做为分散剂，用氨水将抛光浆料的pH值调至9，抛光液流量为300 mL/min，抛光压力为2 psi，使用高精密抛光机对硅热氧化片进行抛光，其他抛光工艺参数同上。
[0035]抛光后晶片表面的原子力显微镜二维和三维AFM形貌与实施例1类似，测试结果表明，抛光后晶片的表面粗糙度均方根值为0.253 nm，粗糙度平均值为0.216 nm ;称量抛光前后衬底的质量损失，再换算成厚度差以表征抛光速率，经测定抛光速率达到332 nm/min。
[0036]实施例3:
本实施例与上述实施例1的步骤基本相同，不同之处在于:溶液体系中去离子水与无水乙醇的体积比为4:1，CTAB的浓度为0.01 mol/1，氨水的浓度在0.8mol/l, VTMS的浓度在 0.1 mol/Ιο
[0037]实施例2制备所得PMMA/^SiC^杂化磨料样品的扫描电镜照片和透射电镜照片与实施例I类似，其介孔氧化硅壳层厚度为70-80 nm，壳层中介孔孔道尺寸为3.7-3.9 nm。
[0038]将按实施例2的工艺参数所制备的PMMAZjS12杂化磨料配制成质量浓度为2 wt%的抛光浆料，加入0.5 wt%的十二烷基苯磺酸钠做为分散剂，用氨水将抛光浆料的pH值调至9.5，抛光液流量为100 mL/min，抛光压力为6 psi，使用高精密抛光机对硅热氧化片进行抛光，其他抛光工艺参数同上。
[0039]抛光后晶片表面的原子力显微镜二维和三维AFM形貌与实施例1类似，测试结果表明，抛光后晶片的表面粗糙度均方根值为0.256 nm，粗糙度平均值为0.223 nm ;称量抛光前后衬底的质量损失，再换算成厚度差以表征抛光速率，经测定抛光速率达到457 nm/min。
[0040] 实施例4:
本实施例与上述实施例1的步骤基本相同，不同之处在于:悬浮液中PMMA微球的质量分数为0.1% ;溶液体系中去离子水与无水乙醇的体积比为6:1，CTAB的浓度为0.lmol/1，氨水的浓度在I mol/1，VTMS的浓度在0.5 mol/Ι ;反应温度为20°C，反应时间为6h。
[0041 ] 实施例2制备所得PMMA/^SiC^杂化磨料样品的扫描电镜照片和透射电镜照片与实施例I类似，其介孔氧化硅壳层厚度为100-120 nm，壳层中介孔孔道尺寸为3.7-3.9 nm。
[0042]将按实施例2的工艺参数所制备的PMMAZjS12杂化磨料配制成质量浓度为I wt%的抛光浆料，加入0.5 wt%的十二烷基苯磺酸钠做为分散剂，用氨水将抛光浆料的pH值调至7.5，抛光液流量为400 mL/min，抛光压力为2 psi，使用高精密抛光机对硅热氧化片进行抛光，其他抛光工艺参数同上。
[0043]抛光后晶片表面的原子力显微镜二维和三维AFM形貌与实施例1类似，测试结果表明，抛光后晶片的表面粗糙度均方根值为0.298 nm，粗糙度平均值为0.253 nm ;称量抛光前后衬底的质量损失，再换算成厚度差以表征抛光速率，经测定抛光速率达到393 nm/min。
【主权项】
1.一种杂化磨料，其特征在于:所述杂化磨料为单分散球形，具有核壳包覆结构，内核为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球，壳层为放射状介孔氧化娃(Mesoporous Silica,^12)。
2.如权利要求1所述的一种杂化磨料，其特征在于:所述杂化磨料的氧化硅壳层存在放射状介孔，具有高比表面积和高孔容的特点，能够增强磨料对抛光液储存以及对活性化学成分的吸附能力，从而改善受限接触区域内的化学活性、提高抛光速率；所述杂化磨料具有聚苯乙烯弹性内核，使得磨料在整体上相对于传统实心磨料具有更高的弹性模量，此外介孔氧化硅壳层还有助于降低磨料的整体表面硬度，这将有利于避免抛光过程中出现划痕等机械损伤，有利于改善抛光表面质量。
3.如权利要求1所述的一种杂化磨料的制备方法，其特征在于:以PMMA微球做为卩遍仏/#8丨02杂化磨料的内核，再以乙烯基三甲氧基硅烷为硅源、氨水为催化剂、十六烷基三甲基溴化铵为介孔模板剂，利用VTMS在乙醇/水混合溶液中的水解，在PMMA内核表面包覆由CTAB胶束与S12组成的复合物，进一步去除模板剂CTAB，即可得到在PMMA微球表面包覆#i02，从而得到球形PMMA/^S1dS /壳结构复合微球；通过控制悬浮液中PMMA微球的质量浓度、体系中硅源VTMS和模板剂CTAB的浓度，对杂化磨料的^12壳层厚度及壳层中介孔孔道尺寸进行控制。
4.如权利要求3所述的一种杂化磨料的制备方法，其特征在于:依次加入去离子水、无水乙醇、氨水、CTAB和PMMA微球得到悬浮液，用电磁搅拌器搅拌改善PMMA微球在反应液中的分散性，并使得整个体系均匀化；其中PMMA微球在悬浮液中的质量浓度范围为0.01?1%,去离子水与无水乙醇的体积比范围在10:1-1:1, CTAB的浓度范围在0.001 mol/1-0.111101/1，氨水的浓度范围在0.05 mol/1-l mol/Ι之间；随后向悬浮液中逐滴加入VTMS得到反应溶液，其中VTMS的浓度控制在0.005 mol/Ι -0.5 mol/1之间，将配制的反应溶液在电磁搅拌的条件下置于20?40°C的水浴中持续搅拌反应I?6 h，将沉淀物离心分离、洗涤、烘干、研磨，再经硝酸铵乙醇溶液反复洗涤去除CTAB模板，得到以PMMA微球为内核、介孔氧化硅为壳层的PMMA/j1dS /壳杂化磨料。
5.如权利要求4所述的一种杂化磨料的制备方法，其特征在于:所述的PMMA微球采用无阜乳液聚合法制备，微球直径为220-240 nm,单分散性良好。
6.如权利要求4所述的一种杂化磨料的制备方法，其特征在于:所述电磁搅拌器搅拌的时间为30min ;所述硝酸铵乙醇溶液的浓度为10 mg/mL。
7.如权利要求4所述的一种杂化磨料的制备方法,其特征在于:PMMA微球在悬浮液中的质量浓度范围在0.05?0.5%之间，去离子水与无水乙醇的体积比范围在4:1~2:1之间，CTAB 的浓度在 0.005 mol/l~0.05 mol/Ι 之间，氨水的浓度在 0.1 mol/l~0.5 mol/Ι 之间，VTMS的浓度控制在0.01 mol/1 -0.4 mol/1之间，反应温度在25°C?35°C之间，反应时间在I h ~3 h之间。
8.如权利要求4所述的一种杂化磨料的制备方法，其特征在于:所述的洗涤指去离子水洗3遍，无水乙醇洗I遍；所述烘干指置于70 °C鼓风干燥箱中烘干。
9.如权利要求1所述的一种杂化磨料在超精密抛光中的用途。
10.由如权利要求1所述的一种杂化磨料制备而成的抛光浆料，其特征在于:由PMMA/#102杂化磨料、去离子水和十二烷基苯磺酸钠配制而成，将杂化磨料分散到去离子水中，配制成质量浓度为1°/『10%的悬浮液，再加入杂化磨料的质量0.5%的十二烷基苯磺酸钠做为分散剂，随后用氨水将PH值调至7.5-9.5，充分搅拌均匀后得到抛光浆料；抛光的工艺条件包括:抛光压力为2~6 Ps1、上盘转速为60 r/min、下盘转速为90 r/min、抛光时间为Imin、抛光液流量为100~400 mL/min。
【专利摘要】本发明涉及一种有机/无机杂化磨料，特制一种杂化磨料及制备方法和在超精密抛光中的用途。本发明首先用无皂乳液聚合法制备的PMMA微球，做为PMMA/ M SiO2杂化磨料的内核，再以乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）为硅源、氨水为催化剂、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为介孔模板剂，利用VTMS在乙醇/水混合溶液中的水解，在PMMA内核表面包覆由CTAB胶束与SiO2组成的复合物，进一步去除模板剂CTAB，即可得到在PMMA微球表面包覆 M SiO2，从而得到球形PMMA/ M SiO2核/壳结构复合微球。所提供复合磨料能够同时改善、强化微观接触区域内的化学作用和机械作用，最终实现高效无损伤抛光。
【IPC分类】C09G1-02, C09K3-14
【公开号】CN104531067
【申请号】CN201410783509
【发明人】陈杨, 汪亚运, 秦佳伟, 张泽芳
【申请人】常州大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月18日