一種拋光層及其制備方法以及化學(xué)機(jī)械拋光墊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種拋光層及其制備方法以及化學(xué)機(jī)械拋光墊，解決了現(xiàn)有拋光墊機(jī)械性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。本發(fā)明拋光層以由聚氨酯預(yù)聚體、固化劑以及功能填料為原料混合固化而成，其中，聚氨酯預(yù)聚體是以聚碳酸酯多元醇和多官能氰酸酯為原料反應(yīng)而成。本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光墊含有所述拋光層，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、機(jī)械性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種拋光層及其制備方法以及化學(xué)機(jī)械拋光墊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械平面化處理的拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種拋光層及其制 備方法以及化學(xué)機(jī)械拋光墊。
【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)機(jī)械平面化處理，即化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，是用于對(duì)半導(dǎo)體晶片，藍(lán)寶石之類 的基材進(jìn)行平面化處理的常用技術(shù)。在常規(guī)的CMP中，晶片安裝在支架裝置上，并使晶片與 CMP設(shè)備中的拋光墊接觸。支架裝置對(duì)晶片提供可控的壓力，將晶片壓在拋光墊上。外加驅(qū) 動(dòng)力使拋光墊相對(duì)于晶片做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，在晶片和拋光墊之間提供一種化學(xué)組合 物或其它拋光溶液。由此，通過(guò)拋光墊表面和漿液的化學(xué)作用和機(jī)械作用，使晶片的表面拋 光變平。
[0003] 隨著電子產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展，特別是器件尺寸越來(lái)越微型化，使得在生產(chǎn)過(guò)程中，基 材平坦化過(guò)程越來(lái)越顯得重要，這同時(shí)也要求作為平坦化過(guò)程中不可或缺的拋光墊必須保 持嚴(yán)格的材料性能穩(wěn)定性。
[0004] 聚氨酯拋光墊，其主要原料包括多元醇，異氰酸酯和固化劑三類。作為主要原料的 多元醇主要分為聚酯和聚醚多元醇兩類。聚酯類通常具有良好的紫外穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定 性，但同時(shí)也具有不良的水解穩(wěn)定性。目前市場(chǎng)上常用的聚氨酯拋光墊主要是聚醚多元醇 體系，雖然其具有一定的水解穩(wěn)定性，但在其他耐候性方面并未表現(xiàn)出好的穩(wěn)定性，越來(lái)越 不能滿足微型化工藝的需要和材料的儲(chǔ)存。人們期望研究出一種機(jī)械性能穩(wěn)定的拋光墊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、機(jī)械性能 穩(wěn)定的拋光墊中的拋光層的制備方法。
[0006] 本發(fā)明還提供采用上述方法制備的拋光層。
[0007] 本明的另一目的是提供一種含有上述拋光層的機(jī)械性能穩(wěn)定的化學(xué)機(jī)械拋光墊。
[0008] 本發(fā)明拋光層由聚氨酯預(yù)聚體、固化劑以及功能填料為原料混合固化而成，其中， 聚氨酯預(yù)聚體是以聚碳酸酯多元醇和多官能氰酸酯為原料反應(yīng)而成。
[0009] 控制反應(yīng)后得到的聚氨酯預(yù)聚體中NCO的百分?jǐn)?shù)含量在2-l〇Wt%之間，更為優(yōu)選 為3_9wt%之間。
[0010]所述聚碳酸酯多元醇的分子量?jī)?yōu)選在500-2000范圍內(nèi)，如聚碳酸酯二醇、聚碳酸 酯三醇、聚碳酸酯四醇，更為優(yōu)選為官能度為2的聚碳酸酯二醇，可以列舉出德國(guó)BAYER公司 的聚碳酸酯二醇Desmophen C200、美國(guó)Arch化學(xué)公司的聚碳酸酯二醇Poly-CD220、日本聚 氨酯工業(yè)株式會(huì)社牌號(hào)為NippolIan 981，980R的聚碳酸酯二醇等。
[0011] 所述聚氨酯預(yù)聚體、固化劑以及功能填料三者的混合質(zhì)量比為100: (10-25): (10-30)〇
[0012] 本發(fā)明拋光層由上述制備方法得到。
[0013] 本明化學(xué)機(jī)械拋光墊，由上至下至少包括有上述拋光層、緩沖層和透明底墊，各層 之間通過(guò)壓敏膠或膠粘劑粘接。
[0014] 目前，市場(chǎng)上用于制備拋光墊聚氨酯預(yù)聚體通常選用聚醚多元醇體系，其主要是 考慮水解穩(wěn)定性的因素，但隨著被拋光材料工藝的進(jìn)步和要求，對(duì)拋光材料穩(wěn)定性的要求 不再是簡(jiǎn)單的水解穩(wěn)定性，而是適應(yīng)復(fù)雜拋光環(huán)境中的穩(wěn)定性，這就必須包括熱穩(wěn)定和化 學(xué)穩(wěn)定性，也就是廣意的機(jī)械性能。
[0015] 發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，拋光墊在使用過(guò)程或儲(chǔ)存過(guò)程中穩(wěn)定性不好，主要是拋光層存 在的問(wèn)題，拋光層中材料的改進(jìn)，能夠解決上述問(wèn)題，因此發(fā)明人對(duì)拋光層的材料進(jìn)行了深 入的研究，發(fā)現(xiàn)將聚碳酸酯多元醇與異氰酸酯反應(yīng)，得到的預(yù)聚體制備的聚氨酯材料的機(jī) 械性能十分穩(wěn)定，可保證拋光層在長(zhǎng)期使用或儲(chǔ)存過(guò)程性能穩(wěn)定。
[0016] 進(jìn)一步的，通過(guò)控制反應(yīng)后得到的聚氨酯預(yù)聚體中NCO的百分?jǐn)?shù)含量在2-l〇Wt%， 優(yōu)選為3_9wt %之間，在該范圍內(nèi)能夠進(jìn)一步提升拋光墊的機(jī)械性能穩(wěn)定，NCO含量過(guò)多會(huì) 增加澆注過(guò)程中熱量的釋放，增加實(shí)際操作工藝的難度，導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程失控，過(guò)少則會(huì)增加 澆注機(jī)械能耗，減低物料的分散均勻性，導(dǎo)致產(chǎn)品工藝和質(zhì)量不穩(wěn)定。
[0017] 所述多官能異氰酸酯可列舉出亞甲基雙-4,4'-環(huán)己基異氰酸酯、環(huán)己基二異氰酸 酯、異佛爾酮二異氰酸酯、己二異氰酸酯、亞丙基-1，2-二異氰酸酯、四亞甲基-1，4-二異氰 酸酯、1，6_己二異氰酸酯、十二烷-1，12-二異氰酸酯、環(huán)丁烷-1，3-二異氰酸酯、環(huán)己烷-1， 3-二異氰酸酯、環(huán)己烷-1，4-二異氰酸酯、1-異氰酸酯基-3，3，5-三甲基-5-異氰酸酯基甲基 環(huán)己烷、甲基環(huán)己烯二異氰酸酯、己二異氰酸酯的三異氰酸酯、2,4,4_三甲基-1，6-己烷二 異氰酸酯的三異氰酸酯、己二異氰酸酯的脈二酮、乙二異氰酸酯、2,2,4_三甲基己二異氰酸 酯、2,2,4_三甲基己二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯甲烷二 異氰酸酯(MDI)、粗MDI、脲二酮改性的MDI、碳二亞胺改性的MDI或它們的混合物、衍生物、低 聚體、或改性體，優(yōu)選芳族的MD I。
[0018] 具體地，所述固化劑可以選用4,4'_二氨基_3,3'_二氯二苯甲烷、4,4'_亞甲基-雙 鄰氯苯胺，二乙基甲苯二胺，聚環(huán)氧丙烷二對(duì)氨基苯甲酸酯;3,5_二甲硫基-2,4-甲苯二胺 及其異構(gòu)體、3，5_二乙基甲苯-2，4_二胺及其3,5-二乙基甲苯-2，6_二胺之類的異構(gòu)體、4， 4'_雙_(仲丁基氨基)_二苯甲烷、4,4'_亞甲基二（3-氯-2,6-二乙基苯胺）；1，4'_雙-(仲丁 基氨基)-苯、聚亞丁基氧化物-二-對(duì)氨基苯甲酸酯、N，N 二烷基二氨基二苯基甲烷、間苯 二胺、亞甲基-雙2-氯苯胺，4,4'_亞甲基雙-(2-氯苯胺），4,4'_亞甲基-雙-(2,6_二乙基苯 胺），4,4'-亞甲基雙-(2,3-二氯苯胺），二對(duì)氨基苯甲酸-1,3-丙二酯;4,4'-二氨基_3,3'_ 二乙基_5,5'_二甲基二苯甲烷、2,2'，3,3'-四氯二氨基二苯甲烷、二對(duì)氨基苯甲酸丙二醇 酯，二甲硫基甲苯二胺；聚環(huán)氧丁烷二對(duì)氨基苯甲酸酯；聚環(huán)氧丙烷單對(duì)氨基苯甲酸酯；1， 二（2-氨基苯硫基）乙燒;4，4 亞甲基-二苯胺;二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2，4-甲苯二 胺、3_叔丁基_2,6-甲苯二胺；5-叔戊基-2,4-甲苯二胺、3-叔戊基-2,6-甲苯二胺和氯代甲 苯二胺以及它們的混合物，具體的為芳香族二胺類，優(yōu)選為3.3'二氯-4.4'-二苯甲基烷二 胺。
[0019] 所述功能填料可以選用二氧化硅、氧化鈰、二氧化鈦、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化 鋯、陶瓷、高分子微球等微細(xì)粒子中的至少一種，優(yōu)選為高分子微球。
[0020] 本發(fā)明拋光層的制備中，所述聚氨酯預(yù)聚體、固化劑以及功能填料三者的混合質(zhì) 量比為100: (10-25): (10-30)。所述聚氨酯預(yù)聚體的添加量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率加快，體系 物料分散不均，材料整體性能不均，過(guò)低會(huì)導(dǎo)致體系交聯(lián)過(guò)早，體系強(qiáng)度局部增加，材料整 體性能不穩(wěn)。
[0021]本發(fā)明化學(xué)機(jī)械拋光墊由拋光層、緩沖層和透明底墊組成，所述緩沖層和透明底 墊的原料及制備方法同現(xiàn)有技術(shù)，在此不作詳述。
[0022] 有益效果：
[0023] 1、采用聚碳酸酯多元醇為預(yù)聚體原料之一，結(jié)合了常規(guī)聚醚多元醇(耐水解性和 低溫性)和聚酯多元醇(機(jī)械性能和紫外穩(wěn)定性)的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的缺點(diǎn)，可保證制得 的拋光層具有優(yōu)異的水解穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱氧穩(wěn)定性等機(jī)械性能。
[0024] 2、由于聚碳酸酯多元醇中含有碳酸酯基團(tuán)，其內(nèi)聚能較大，采用聚碳酸酯多元醇 與異氰酸酯組分反應(yīng)合成的預(yù)聚體制備的拋光墊一方面可以保證拋光墊在貯存或使用過(guò) 程中具有較好機(jī)械性能；另一方面可以保證拋光墊在貯存或使用過(guò)程中性能的穩(wěn)定性，延 長(zhǎng)產(chǎn)品的貯存和使用期限，也提高了產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。
[0025] 3、本發(fā)明拋光墊不改變現(xiàn)有常規(guī)生產(chǎn)工藝流程，通過(guò)使用特殊的多元醇體系一一 聚碳酸酯多元醇，由此制備的拋光墊性能穩(wěn)定優(yōu)異，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 具體實(shí)施例
[0026] 本發(fā)明拋光墊拋光層的制備方法如下：
[0027] 實(shí)施例1
[0028]在50°C油浴條件下，將500g MDI投入到三口瓶中，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分鐘；然后將 500g聚碳酸酯多元醇UH-CARB50滴加到MDI中，反應(yīng)2小時(shí)后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行真空脫泡處理，即 得預(yù)聚體Al，NCO%為8.6。
[0029]稱取功能填料15g加入上述100g Al中，并混合均勻;然后加入27g固化劑并高速混 合均勻，并將混合物澆注模具中，然后將產(chǎn)品放入90°C烘箱中熟化16小時(shí)，即得聚氨酯拋光 墊拋光層Pl。
[0030] 實(shí)施例2
[0031]在50°C油浴條件下，將500g MDI投入到三口瓶中，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分鐘；然后將 1000 g聚碳酸酯多元醇UH-CARB100滴加到MDI中，反應(yīng)2小時(shí)后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行真空脫泡處理， 即得預(yù)聚體A2，NCO %為5.4。
[0032]稱取功能填料22.5g加入上述100g A2中，并混合均勻;然后加入17g固化劑并高速 混合均勻，并將混合物澆注模具中，然后將產(chǎn)品放入90°C烘箱中熟化16小時(shí)，即得聚氨酯拋 光墊拋光層P2。
[0033] 實(shí)施例3
[0034]在50°C油浴條件下，將500g MDI投入到三口瓶中，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分鐘；然后將 2000g聚碳酸酯多元醇UH-CARB200滴加到MDI中，反應(yīng)2小時(shí)后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行真空脫泡處理， 即得預(yù)聚體A3，NCO %為3.2。
[0035]稱取功能填料37.5g加入上述100g A3中，并混合均勻;然后加入IOg固化劑并高速 混合均勻，并將混合物澆注模具中，然后將產(chǎn)品放入90°C烘箱中熟化16小時(shí)，即得聚氨酯拋 光墊拋光層P3。
[0036] 比較例I
[0037] 在50°C油浴條件下，將500g MDI投入到三口瓶中，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分鐘；然后將 1000 g聚醚多元醇PolyTHFlOOO滴加到MDI中，反應(yīng)2小時(shí)后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行真空脫泡處理，即 得預(yù)聚體BI，NCO%為5.5。
[0038] 稱取功能填料22.5g加入上述Bl中，并混合均勻;然后加入17g固化劑并高速混合 均勻，并將混合物澆注模具中，然后將產(chǎn)品放入90°C烘箱中熟化16小時(shí)，即得聚氨酯拋光墊 拋光層Cl。
[0039] 比較例2
[0040]在50°C油浴條件下，將500g MDI投入到三口瓶中，攪拌速度300轉(zhuǎn)/分鐘；然后將 2000g聚醚多元醇PolyTHF2000滴加到MDI中，反應(yīng)2小時(shí)后對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行真空脫泡處理，即 得預(yù)聚體B2, NCO %為3.3。
[0041 ]稱取功能填料37.5g加入上述B2中，并混合均勻;然后加入IOg固化劑并高速混合 均勻，并將混合物澆注模具中，然后將產(chǎn)品放入90°C烘箱中熟化16小時(shí)，即得聚氨酯拋光墊 拋光層C2。
[0042] 比較例1，2為市場(chǎng)上常用的拋光層的方法。
[0043] 將拋光層實(shí)施例P1-P3及比較例Cl、C2按照常規(guī)方法通過(guò)壓敏膠或膠粘劑依次粘 接緩沖層和透明底墊，即可得到實(shí)施例拋光墊和比較例拋光墊。
[0044] 性能測(cè)試
[0045] 1、根據(jù)DIN53508(Testing of rubber-Accelerated ageing)測(cè)試材料的水解特 性和熱空氣老化特性。
[0046] 2、根據(jù)ASTM-D412(Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers Tension)來(lái)測(cè)試材料的機(jī)械性能。
[0047] 表1-表4是將本發(fā)明拋光層P1-P3和比較例Cl、C2機(jī)械性能進(jìn)行對(duì)比，分別展示出 材料處于100 °C水、150°C空氣、60°C，PH2酸液和60 °C，PHl3堿液中機(jī)械性能的穩(wěn)定性，從對(duì) 比結(jié)果可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，本發(fā)明的拋光層材料的機(jī)械性能穩(wěn)定性較常規(guī)比較例 至少要高出15% (性能參數(shù)變化百分比差值）。

【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于，以由聚氨酯預(yù)聚體、固化 劑以及功能填料為原料混合固化而成，其中，聚氨酯預(yù)聚體是以聚碳酸酯多元醇和多官能 氰酸酯為原料反應(yīng)而成。2. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于，控制反應(yīng) 后得到的聚氨酯預(yù)聚體中NCO的百分?jǐn)?shù)含量在2-10wt%。3. 如權(quán)利要求2所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于，控制反應(yīng) 后得到的聚氨酯預(yù)聚體中NCO的百分?jǐn)?shù)含量?jī)?yōu)選在3-9wt%。4. 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于， 所述聚碳酸酯多元醇分子量在500-2000范圍內(nèi)。5. 如權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于，所 述聚碳酸酯多元醇優(yōu)選為官能度為2的聚碳酸酯二醇。6. 如權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層的制備方法，其特征在于，所述聚氨 酯預(yù)聚體、固化劑以及功能填料三者的混合質(zhì)量比為100 :(10-25): (10-30)。7. -種化學(xué)機(jī)械拋光墊中的拋光層，其特征在于，由權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述制備方法 得到。8. -種化學(xué)機(jī)械拋光墊，其特征在于，由上至下至少包括有權(quán)利要求7所述的拋光層、 緩沖層和透明底墊，各層之間通過(guò)壓敏膠或膠粘劑粘接。
【文檔編號(hào)】C08G18/44GK106041719SQ201610391966
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月3日
【發(fā)明人】朱順全, 梅黎黎
【申請(qǐng)人】湖北鼎龍化學(xué)股份有限公司