竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法与流程

本发明涉及化学机械抛光用抛光垫，具体涉及竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法。

背景技术：

1、化学机械抛光(cmp)是利用化学反应与机械研磨来达到平坦化的目的。抛光垫是在cmp中决定抛光速率和平坦化能力的重要消耗品之一，表面有很多毛囊孔的纤维板结构，在cmp过程中，有储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。用于cmp的抛光垫必须具有良好的化学稳定性(耐腐蚀性)、亲水性以及机械力学特性。抛光垫通常可分为硬质和软质两种。硬质抛光垫可较好地保证工件表面的平面度；软质抛光垫可获得加工变质层和表面粗糙度值都很小的抛光表面。按照材质和结构可以分为聚氨酯抛光垫、无纺布抛光垫、带绒毛结构的无纺布抛光垫、两层复合体抛光垫。

2、聚氨酯抛光垫的主要成分是发泡体固化的聚氨酯，其表面由许多空球体微孔封闭单元结构，这些微孔在cmp中起到收集加工去除物、传送抛光液及保证化学腐蚀等作用，有助于提高抛光效率和抛光的均匀性；孔尺寸越大其运输能力越强，但孔径过大会影响抛光垫的刚性和密度，此类抛光垫应用最广的是美国rodel公司的ic1000型抛光垫，此类抛光垫多用于硅片粗抛。无纺布抛光垫的原材料为聚合物棉絮类纤维，此类抛光垫应用最广的是美国rodel公司的subalⅵ，此类抛光垫多用于硅片精抛。带绒毛结构的无纺布抛光垫是以无纺布为基体，中间具有一层聚合物层，表面层为多孔的绒毛结构，此类抛光垫应用最广的是美国rodel公司的politex抛光垫，此类抛光垫多用于硅片精抛。两层复合体抛光垫兼顾了平坦性和均匀性的要求，采用上硬下软的两层复合结构，如ic1000/subalⅵ复合结构抛光垫(两层之间存在胶黏层)，上层采用较硬的ic1000，承受cmp过程中机械和化学作用，提高材料去除率以获得较高的平面度，底层采用较软的subalⅵ来改善这个拍光过程的可压缩性，有助于提高抛光垫表面与工件的接触均匀性，保证材料的去除均匀。

3、目前针对硅片粗抛所用的聚氨酯抛光垫仍采用进口材料，国产聚氨酯抛光垫存在聚氨酯发泡体组织不规则、表面粗糙度高、硬度低、强度低的缺陷，使其很难在集成电路制造中立足。

技术实现思路

1、为了解决目前抛光垫存在聚氨酯发泡体组织不规则、表面粗糙度高、硬度低、强度低的缺陷，而提供竖微孔聚氨酯抛光垫及其制备方法。本发明的聚氨酯抛光垫具有较高的孔隙率、硬度以及力学性能，同时聚氨酯内部的竖微孔分布均匀、形状规则，其表面具有较低的表面粗糙度。

2、为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，包括如下步骤：

4、将聚氨酯铸膜液涂布于基材表面，然后浸入凝固液中使基材表面的聚氨酯铸膜液发生相转化而凝固成膜，成膜的同时在垂直于膜表面内形成规则排布的竖微孔，随后水洗、烘干即得到竖微孔聚氨酯抛光垫；

5、所述聚氨酯铸膜液包括如下重量份数材料：聚氨酯树脂100份、表面活性剂2-5份、溶剂30-80份；

6、其中所述聚氨酯树脂包括如下100％重量百分数材料合成：聚酯多元醇20-30％、mdi 5-9％、聚环氧乙烷2-6％、封端剂0.02-0.03％、余量为溶剂。

7、进一步地，所述聚酯多元醇由双酚a型化合物与己二酸按摩尔比1:(1-2)缩合而成，其中所述双酚a型化合物为丙二酚四异丙醇醚、双酚a丙氧基化合物、双酚a乙氧基化合物中的一种或多种，其结构分别如下：

8、

9、再进一步地，所述聚酯多元醇的合成过程的条件是：加入物料总质量0.08％的阻聚剂(如甲基氢醌)以及0.05％的有机锡催化剂，在氮气保护下，先在150-170℃下反应1-2h进行排水，然后升温至200-230℃下继续反应直至反应体系的酸值达到5-15mgkoh/g、羟基达到40-60mgkoh/g。

10、进一步地，所述聚氨酯树脂的合成条件是：将聚酯多元醇与聚环氧乙烷、一部分溶剂在180-200℃下进行接枝反应2-5h，然后降温至75-80℃下，加入mdi反应至体系粘度达到150000-250000cps后，降温至60-70℃下加入封端剂进行封端反应0.5-3h即得到聚氨酯树脂。

11、进一步地，所述封端剂为甲醇；所述溶剂为dmf。

12、进一步地，所述表面活性剂为琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

13、进一步地，所述凝固液为乙醇与水的混合物，其中乙醇在所述凝固液中体积百分数至少为5％。

14、有益技术效果：本发明通过设计聚酯多元醇同时具有刚性链和柔性链，控制该聚酯多元醇中同时具有一定量羧基和羟基，后续该聚酯多元醇中剩余羧基将继续与聚环氧乙烷进行接枝，该聚酯多元醇中剩余羟基与mdi进行缩合，得到芳香聚氨酯-长链聚醚结构的聚氨酯树脂，分子结构设计合理，既具有一定量刚性分子链也具有一定量柔性分子链，使该聚氨酯树脂具有较好的强度与韧性；另外接枝的聚环氧乙烷一方面起到扩链作用以增加分子链柔性，另一方面使得该聚氨酯在凝固成膜阶段维持形成规则竖微孔结构，减少不规则海绵状泡孔以及分子内结晶物的产生而导致力学性能下降的问题。后续在配制聚氨酯铸膜液时加入了阴离子表面活性剂，使得在聚氨酯凝固成膜阶段发挥对已经形成的竖微孔的长短、孔形等的微调，同时该竖微孔的微调效果还包括了凝固液中加入的乙醇作用，乙醇和水的混合液作为聚氨酯凝固成膜的凝固液时，乙醇可控制竖微孔的孔径过大问题。本发明的聚氨酯抛光垫具有较高的孔隙率、硬度以及力学性能，同时聚氨酯内部的竖微孔分布均匀、形状规则，其表面具有较低的表面粗糙度。

技术特征：

1.竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇由双酚a型化合物与己二酸按摩尔比1:(1-2)缩合而成，其中所述双酚a型化合物为丙二酚四异丙醇醚、双酚a丙氧基化合物、双酚a乙氧基化合物中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述聚酯多元醇的合成过程的条件是：加入物料总质量0.08％的阻聚剂(如甲基氢醌)以及0.05％的有机锡催化剂，在氮气保护下，先在150-170℃下反应1-2h进行排水，然后升温至200-230℃下继续反应直至反应体系的酸值达到5-15mgkoh/g、羟基达到40-60mgkoh/g。

4.根据权利要求2所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯树脂的合成条件是：将聚酯多元醇与聚环氧乙烷、一部分溶剂在180-200℃下进行接枝反应2-5h，然后降温至75-80℃下，加入mdi反应至体系粘度达到150000-250000cps后，降温至60-70℃下加入封端剂进行封端反应0.5-3h即得到聚氨酯树脂。

5.根据权利要求1-4任一项所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述封端剂为甲醇；所述溶剂为dmf。

6.根据权利要求1-4任一项所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为琥珀酸二异辛酯磺酸钠。

7.根据权利要求1-4任一项所述的竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，其特征在于，所述凝固液为乙醇与水的混合物，其中乙醇在所述凝固液中体积百分数为至少5％。

技术总结
本发明涉及竖微孔聚氨酯抛光垫的制备方法，包括如下步骤：将聚氨酯铸膜液涂布于基材表面，然后浸入凝固液中使基材表面的聚氨酯铸膜液发生相转化而凝固成膜，成膜的同时在垂直于膜表面内形成规则排布的竖微孔，随后水洗、烘干即得到竖微孔聚氨酯抛光垫；所述聚氨酯铸膜液包括如下重量份数材料：聚氨酯树脂100份、表面活性剂2‑5份、溶剂30‑80份；其中所述聚氨酯树脂包括如下100％重量百分数材料合成：聚酯多元醇20‑30％、MDI 5‑9％、聚环氧乙烷2‑6％、封端剂0.02‑0.03％、余量为溶剂。本发明的聚氨酯抛光垫具有较高的孔隙率、硬度以及力学性能，同时聚氨酯内部的竖微孔分布均匀、形状规则，其表面具有较低的表面粗糙度。

技术研发人员：傅一非,李良军,何玲芳,张晶,袁栋
受保护的技术使用者：万桦（常州）新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13