一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫及其制备方法与流程

技术领域

本发明涉及研磨加工领域，具体涉及一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫及其制备方法。

背景技术：

半导体衬底的制备需要经过长晶、切割、研磨和抛光等机械加工过程，研磨过程主要是去除切割产生的划痕并为化学机械抛光奠定基础，研磨质量的好坏将直接影响到后期衬底抛光的成功与否。

制备软脆性晶体衬底使用常规的加工工艺往往是不合适的，比如蓝宝石的研磨方案，即首先使用碳化硼和铸铁盘进行粗磨随后使用金刚石和铜盘进行精磨的两步方案，此方案加工软脆性晶体结果存在如下的问题，（1）软脆的晶体硬度远比蓝宝石要低，用蓝宝石研磨方案中粗加工过程导致晶体的材料去除率过快，使得晶面易产生划痕、崩边等缺陷，进而提升晶体的不良率；（2）上述方案精研磨过程中金刚石研磨液和铜盘等耗材的使用成本过高，使得晶体的加工成本居高不下，最终将会导致产品失去市场竞争力。上述研磨垫（或研磨盘）为金属制的铸铁盘和铜盘，此外市面上部分发明专利提及包含有聚氨酯树脂的无纺布基或化纤基的研磨垫，但是加工对象主要为硬脆性晶体材料，如蓝宝石、碳化硅、二氧化硅玻璃和硅片等半导体材料，并不是适合软脆性晶体的研磨抛光加工，加工效率和加工质量并不理想。

目前，软脆性晶体材料的加工针对不同材料有使用传统古典的光整加工方案，如使用沥青盘等磨盘作为研磨垫配合金刚石磨粒进行研拋，或使用其他常见的光整加工方式，如使用抛光布配合各式研磨液进行研拋，但是上述加工方法中要么制备工艺过程相对繁琐，要么生产成本偏高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，提高了软脆性晶体材料的良品率，提升了目标产品的市场竞争力。

本发明的另外一个目的在于提供一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，该方法投入成本低、无污染、可产业化。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，由下而上依次包括研磨垫布基，胶粘层，研磨层，所述研磨层由磨料与研磨助剂混合而成。

作为上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫优选的是，所述研磨垫布基为质感粗糙的布料。

作为上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫优选的是，所述胶粘层由EP5（水乳液型聚氨酯胶粘剂），RPU 069（水乳型非离子聚氨酯胶粘剂）或RPU 048（水分散型聚氨酯胶粘剂）中至少两种混合而成。

作为上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫优选的是，所述磨料为人造金刚石，粒径为1-3微米。

作为上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫优选的是，所述研磨助剂由流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合而成。

作为优选的是，所述表面活性剂为脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯、N-月桂酰基肌氨酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸单酯二钠、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠、二辛基磺基琥珀酸二钠、二-2-乙基己基磺基琥珀酸钠、月桂基硫酸钠、月桂基硫酸钾、十二烷基苯硫酸盐、α- 烯烃磺酸盐、木质素磺酸盐、全氟丁烷磺酸盐、直链脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、异构十碳醇聚氧乙烯醚、异构十三碳醇聚氧乙烯醚或硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚中的任意一种或两种以上混合物。

作为优选的是，所述流变改性剂为羧甲基纤维素CMC、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素卡拉胶、黄原胶、羟丙基瓜尔胶、卡波姆或丙烯酸聚合物中的任意一种或两种以上混合物。

上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取粘胶剂20%-50%，另外称取磨料1%-10%、流变改性剂1%-10%、表面活性剂1%-10%，余量为去离子水，并将流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后作为研磨助剂备用；

步骤3，将粘胶剂稀释盆喷涂于研磨垫布基表面，形成厚度为0.2-1微米胶粘层；

步骤4，将磨料均匀分散在研磨助剂后，喷涂在胶粘层上形成研磨层，得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨垫。

有益效果

该研磨垫主要针对软脆性晶体材料的研磨和抛光，尤其适合莫氏硬度低于5的软质晶体，同时也可用于硬度稍高的脆性晶体的研拋。相比目前市面上常见的研磨盘、研磨垫、抛光布等材料，本发明具有制备过程简单，制作成本低，使用本发明加工软脆晶体材料的研磨效率高，研磨过程中绿色无污染，目标产品的表面质量提升显著，亚表面损伤程度低。

附图说明

图1为铌酸锂研磨前晶面三维形貌；

图2为铌酸锂研磨后晶面三维形貌；

图3为氧化镓研磨前晶面三维形貌；

图4为氧化镓研磨后晶面三维形貌；

图5为二氧化硅研磨前晶面三维形貌；

图6为二氧化硅研磨后晶面三维形貌。

具体实施方式

实施例1

一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，由上而上依次包括研磨垫布基，胶粘层，研磨层，所述研磨层由磨料与研磨助剂混合而成。其中胶粘层由EP5和RPU 069混合而成，磨料为人造金刚石，粒径规格为W3。

上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选羊毛布料作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取EP5 45%、RPU069 5%待用，再称取磨料10%、PEG-1000 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯5%，余量为去离子水，并将流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后作为研磨助剂备用；

步骤3，将EP5和RPU 069混合后稀释喷涂于研磨垫布基表面，形成厚度为0.2-1微米胶粘层；

步骤4，将磨料均匀分散在研磨助剂后，喷涂在胶粘层上形成研磨层，得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫在精密研磨机上研磨铌酸锂衬底基片后，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图1所示，研磨后晶片表面形貌如图2所示，结果表明晶片的表面粗糙度由622nm降至75nm，表面的质量得到显著提高。

实施例2

一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，由上而上依次包括研磨垫布基，胶粘层，研磨层，所述研磨层由磨料与研磨助剂混合而成。其中胶粘层由EP5 和RPU 048混合而成，磨料为人造金刚石，粒径规格为W3。

上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选羊毛布料作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取EP5 5%和RPU 048 45%待用，再称取磨料10%、PEG-600 3%、烷醇酰胺3%，余量为去离子水，并将流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后作为研磨助剂备用；

步骤3，将EP5 和RPU 048混合后稀释喷涂于研磨垫布基表面，形成厚度为0.2-1微米胶粘层；

步骤4，将磨料均匀分散在研磨助剂后，喷涂在胶粘层上形成研磨层，得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫在精密研磨机上粗研磨氧化镓衬底基片后，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图3所示，研磨后晶片表面形貌如图4所示，结果表明晶片的表面粗糙度由316nm降至179nm，表面的质量得到有效改善。

实施例3

一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，由上而上依次包括研磨垫布基，胶粘层，研磨层，所述研磨层由磨料与研磨助剂混合而成。其中胶粘层由RPU 069和RPU048混合而成，磨料为人造金刚石，粒径规格为W3。

上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选羊毛布料作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取RPU069 45%和RPU048 5%，再称取磨料6%、PEG-400 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯5%，余量为去离子水，并将流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后作为研磨助剂备用；

步骤3，将RPU 069和RPU 048混合后稀释喷涂于研磨垫布基表面，形成厚度为0.2-1微米胶粘层；

步骤4，将磨料均匀分散在研磨助剂后，喷涂在胶粘层上形成研磨层，得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫在精密研磨机上粗研磨二氧化硅衬底基片后，使用基恩士三维形貌仪观察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如图5所示，研磨后晶片表面形貌如图6所示，结果表明晶片的表面粗糙度由346nm降至155nm，表面的质量得到显著提高。

实施例4

一种用于加工软脆性晶体材料的研磨垫，由上而上依次包括研磨垫布基，胶粘层，研磨层，所述研磨层由磨料与研磨助剂混合而成。其中胶粘层由EP5、069和048混合而成，磨料为人造金刚石，粒径规格为W3。

上述用于加工软脆性晶体材料的研磨垫的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，选羊毛布料作为研磨垫布基；

步骤2，按照质量分数计，称取EP5 10%、RPU 069 35%和RPU 048 5%，再称取磨料8%、PEG-400 3%、脂肪酰胺磺基琥珀酸单酯3%，余量为去离子水，并将流变改性剂、表面活性剂和去离子水混合均匀后作为研磨助剂备用；

步骤3，将EP5、RPU069和RPU048混合后稀释盆喷涂于研磨垫布基表面，形成厚度为0.2-1微米胶粘层；

步骤4，将磨料均匀分散在研磨助剂后，喷涂在胶粘层上形成研磨层，得研磨垫半成品；

步骤5，将研磨垫半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨垫。

使用该研磨垫在精密研磨机上研磨铌酸锂衬底基片后，使用基恩士三维形貌仪观察研磨前后晶面形貌，结果表明晶片的表面粗糙度由636nm降至65nm，表面的质量得到显著提高。