一种复合抛光垫及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及研磨抛光材料制备工艺领域，具体涉及一种复合抛光垫及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 如今，随着社会对电子智能产品的高性能及微型化的追求越来越高，集成电路的 制备需要高度集成化及多层布线化，这些都需要集成电路用的半导体晶片表面具有更高精 度的平整性。
[0003] 就目前而言，用于半导体晶片表面全局平坦化的技术是化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP)。化学机械抛光，是通过加入含有微小磨粒的衆料，同时采用 抛光垫对待抛光基材表面进行抛光的方法。
[0004] 专利CN103878707A、CN1914241B中公开了由聚氨酯通过微球发泡并固化而形成 的封闭并相互的气泡结构。这种抛光垫具有硬度大、刚性大的特点，适合加工表面平坦性要 求高的半导体晶片。该类抛光垫在受到压力时，抛光垫整体下压，压力大，并且剪切模量大， 抛光速率较大。但是，由于硬度大，抛光液中的磨粒容易团聚，使抛光垫在被抛光晶片表面 时，非常容易出现划痕，尤其是在对铜布线的基材及界面等粘性较弱的低介电常数材料进 行抛光时，更容易出现划痕。此外，此类抛光垫的孔洞为封闭型的气泡，在抛光过程中，磨粒 及抛光碎肩极易填充满抛光垫中的封闭空间，造成抛光垫表面产生"釉化"，抛光速率有所 降低。从该类抛光垫的形成过程看，由于该类抛光垫是在模腔中固化脱模而成，空心微球及 搅拌产生的气泡分布不均匀，使抛光垫的气泡分布不均匀，因此，在抛光时极易造成平坦性 及抛光速率的不稳定。
[0005] 专利CN87102270中公开了采用聚氨酯类溶液浸渍高熔点无纺布毛毡，再经过湿 法凝固成孔，形成新型无纺布-聚氨酯复合抛光垫。该类抛光垫柔软，受压时变形较大，在 抛光时，如果遇到团聚的磨粒，可以减小施加的压力，起到缓冲作用，因此，被抛光件表面的 划痕较少。另外，由于采用溶液浸渍，湿法凝固成孔，抛光垫的孔隙率可调，且孔隙呈三维贯 通状，无封闭性，所以，该抛光垫对抛光液的吸收量大，磨粒及碎肩不易填充满抛光垫，从而 减小由于抛光垫表面釉化对抛光速率及抛光稳定性的影响。但是，该无纺布抛光垫硬度过 低，剪切模量小，抛光速率低，抛光时容易变形，因此，也无法得到平坦度高的产品。
[0006] 针对上述无纺布抛光垫无法获得平坦度较高的产品，专利CN101600540B采用了 超细纤维制备无纺布，并且超细纤维在厚度方向呈纤维簇，使无纺布具有了一定的刚性，从 而制备了表观密度大、孔隙率低的高硬度PET无纺布，经过浸润、固化、后处理等工艺后，制 备了不易产生划痕、同时具有优异平坦性的抛光垫。但是，其无纺布的制备工艺复杂，需要 经过湿热收缩处理、纤维束粘合、超细纤维粘合等工序，成本较高。此外，无纺布的孔隙率 低，密度大也增大了浸润聚合物溶液的难度，并且存在填充不完全，抛光垫不均匀的问题。
[0007] 此外，专利CN101327577A、CN101428404A公开了固结磨粒型抛光垫，它是在聚合 物基体中加入微小的粒子，最后制备成抛光垫或抛光垫的抛光层。微小粒子的加入，不仅增 加了抛光垫的硬度，提高了抛光效率，而且赋予了抛光垫的自修复功能。然而，其抛光垫中 加入的粒子为无机粒子，如金刚石、二氧化硅、氧化锆等，这些粒子硬度过大，且在抛光垫中 不易固定，容易在抛光过程中对被抛光物表面造成固定的划痕。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合抛光垫的制备方法，该制 备方法对无纺布进行预处理，有效减少无纺布的掉毛现象；同时将聚合物微粒随溶液在制 备抛光垫的过程中均匀地嵌入在抛光垫内，改善了抛光垫的硬度以及平坦性能，减少了对 被抛光物表面的刮花情况。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] -种复合抛光垫的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0011] 1)无纺布预处理：
[0012] a)将无纺布放入烘箱中，在温度为100~240°C、压力为0· OlkPa~2kPa的条件 下进行平整化处理l〇s~30min，然后在保持压力不变的条件下冷却至室温，得到平整化无 纺布；
[0013] b)将步骤a)中获得的平整化无纺布浸入胶液中，完全浸润后取出，在室温下风 干，得到无纺布基材；
[0014] 无纺布通常采用短纤维制造，厚度不均匀，而且在加工的过程中易出现掉毛的现 象，影响无纺布基材的平整性及聚合物溶液的均匀性。因此，对无纺布基材进行预处理可以 改善无纺布的平整性。预处理中处理温度过高，无纺布容易变形；温度过低，无纺布不能够 充分软化。同时，表面处理的压力过大易造成无纺布孔隙塌陷、厚度减小及发生变形，压力 过小，则不能有效改善无纺布的表面平整性能；同时，对无纺布进行浸胶处理，可以减少抛 光垫的掉毛现象，改善抛光垫的综合性能。经过预处理的无纺布表面平整、硬度较大并且具 有良好的压缩率及回弹性。
[0015] 2)配制聚合物溶液：
[0016] I )将高分子弹性体溶于溶剂中，制备成均一透明且质量分数为15~40%的高分 子弹性体溶液；
[0017] II )将聚合物微粒加入步骤I )中获得的高分子弹性体溶液中，并将聚合物微粒 分散均匀，得到聚合物溶液；
[0018] 所述聚合物微粒的直径为1~30um ;所述聚合物微粒与高分子弹性体的质量之比 为 1 ~95:100 ;
[0019] 无纺布的预处理与聚合物微粒的加入对抛光垫的综合性能提升存在一定的协同 效果。主要体现在：当无纺布的纤维直径与聚合物微粒的直径较为接近时，抛光垫的硬度 提升最明显。因为无纺布经过高温热处理，无纺布的材质结晶度提高，纤维的排布较平整， 无纺布自身的摩擦力结合聚合物微粒来进行抛光是最理想的效果。当无纺布的纤维直径明 显大于聚合物微粒的直径时，起抛光作用的主要是无纺布自身；当无纺布的纤维直径明显 小于聚合物微粒的直径时，起抛光作用的主要是聚合物微粒之间的孔隙；聚合物微粒在抛 光液的作用下，会发生轻微的水解并变软，因此，在抛光过程中不易对被抛光物表面造成划 痕；聚合物微粒加入量过少，对抛光垫的硬度提升及自修复效果不明显，但是加入量过多， 则会出现聚合物微粒无法完全被包埋，容易在抛光打磨的过程中脱落。
[0020] 3)无纺布成垫：
[0021] 将步骤1)得到的无纺布基材浸润到步骤2)得到的聚合物溶液中；完全浸润后取 出，刮去无纺布基材表面的多余溶液，然后浸入凝固浴中进行凝固成型；成型后放入纯水中 漂洗干净，最后烘干至恒重，得到抛光垫原垫；
[0022] 无纺布基材浸入聚合物溶液后，形成具有骨架支撑的填充结构，无纺布基材作为 骨架，经过预处理后具有良好压缩性及回弹性，结合高分子弹性体的柔软性和弹性性能，起 到包埋聚合物微粒的作用；聚合物微粒作为填充物，在抛光垫中能增加了抛光垫的硬度和 表面粗糙性，形成抛光垫的稳定结构。
[0023] 4)抛光垫成型：
[0024] 将步骤3)得到的抛光垫原垫的表面进行打磨，并切割成需要的厚度后，进行贴胶 处理，得到抛光垫成品。
[0025] 作为本发明的一种优选的方案：步骤1)中所述无纺布为PET短纤针刺无纺布或 PP短纤针刺无纺布；所述无纺布的面积为lm2且厚度为1mm时的重量为50~250g ;所述无 纺布的纤维细度为〇. 01~
[0026] PET短纤针刺无纺布或PP短纤针刺无纺布作为抛光垫的原料，结合对无纺布进行 高温预处理，可使无纺布材质重结晶，改善了其结晶度，提高了无纺布基材的力学性能。同 时，在高温下，无纺布软化，具有了一定的可变形性，此时施加一定的压力，使无纺布基材变 得平整，有利于提高抛光垫的平整度。
[0027] 作为本发明的一种优选的方案：步骤1)中所述胶液为合成橡胶胶粘剂、聚氨酯胶 粘剂、有机硅胶粘剂、醋fe乙稀醋胶粘剂或丙稀fe醋胶粘剂。
[0028] 作为本发明的一种优选的方案：步骤1)中所述胶液的粘度为100~800mPa · s。
[0029] 胶液的粘度过高（粘度表示在施工时的温度条件下的粘度），无法完全浸润到无 纺布内部，不能达到预处理的效果；胶液优选固化后硬度低于70A的聚合物胶，固化后硬度 过高，在抛光过程中容易对被抛光物表面造成划伤；再优选地，所述合成橡胶胶粘剂为氯丁 橡胶胶粘剂、丁腈橡胶胶粘剂或丁苯橡胶胶粘剂中的一种。
[0030] 作为本发明的一种优选的方案：步骤2)中所述高分子弹性体由聚氨酯树脂、聚酰 胺树脂、（甲基）丙烯酸酯树脂、苯乙烯_(甲基）丙烯酸酯树脂、丙烯腈_(甲基）丙烯酸酯 树脂、苯乙烯-丁二烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、醋酸乙烯酯树脂、有机硅树脂、 聚酯树脂中的一种或多种制备而成。
[0031] 作为本发明的一种优选的方案：步骤2)中所述高分子弹性体溶液的质量分数为 20 ~35%。
[0032] 作为本发明的一种优选的方案：步骤2)中所述溶剂由丙酮、丁酮、环己酮、N，N_二 甲基甲酰胺、N，N_二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或多种 制备而成。
[0033] 作为本发明的一种优选的方案：步骤2)中所述聚合物微粒为交联PMMA微球或交 联聚氨酯微粒。
[0034] 聚合物微粒为有机微粒，优选的交联PMMA微球或交联聚氨酯微粒不溶或难溶于 高分子弹性体溶液，通过溶液将聚合物微粒分散均匀并嵌合到无纺布中。
[0035] 作为本发明的一种优选的方案：步骤2)中所述聚合物微粒与高分子弹性体的质 量之比为30~80:100。
[0036] 本发明的另一个目的在于提供一种复合抛光垫，该复合抛光垫具有较大的抛光速 率，同时被抛光物的平坦性良好，被抛光物表面的划伤缺陷少。
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