一种抛光用无蜡垫及其制备方法与流程

1.本发明属于抛光材料技术领域，具体地，涉及一种抛光用无蜡垫及其制备方法。


背景技术：

2.在半导体制备过程中的化学机械平坦化工艺是指以下步骤：将晶圆固定在压板的上端并与安装在压板上的抛光垫的表面接触，然后在压板和该上端相对移动的情况下通过供给浆料而对晶圆进行化学处理，从而机械地平坦掉晶圆表面的不规则结构。
3.抛光垫是在cmp工艺中起着重要作用的必要部件。一般来说，抛光垫由聚氨酯类树脂组成，其表面上具有用于浆料大量流动的沟槽及用于帮助浆料精细流动的孔。抛光垫中的孔可以通过采用具有空隙的固相发泡剂、填充有挥发性液体的液相发泡剂、惰性气体、纤维等形成，或通过化学反应产生气体来形成，传统的抛光液中加入无机刚性粒子，但是其高硬度在用于对半导体硅晶材料进行抛光时，会对硅晶材料的表面形成划痕或凹坑，影响抛光效果。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种抛光用无蜡垫及其制备方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种抛光用无蜡垫，包括抛光层、多孔垫片层、基底层和储液层，所述抛光层内设有若干空腔，空腔从抛光层上表面延伸至多孔垫片层表面，基底层内设有储液层，储液层与多孔垫片层连通，储液层内设有抛光液；
7.所述抛光液包括如下步骤制成：
8.步骤s1、将苯酚和氢氧化钠按照1∶100的重量比混合均匀，之后加入质量分数15％甲醛溶液，制得混合液，升温至90℃，保温并反应1h，制得树脂液，控制苯酚和甲醛的摩尔比为1.1-1.2∶1；
9.步骤s1中通过苯酚与甲醛发生加成反应制备出酚醛树脂溶液；
10.步骤s2、将纳米金刚石加入去离子水中，超声分散30min，制得分散液，之后滴加树脂液，继续超声30min，制得混合液，加入有聚四氟乙烯内胆的水热釜中，升温至180℃，水热反应6h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤，烘干，制得初品，控制纳米金刚石、去离子水和树脂液的用量比为15-20mg∶50ml∶100mg；
11.步骤s2中将纳米金刚石加入树脂液中，树脂液能够对金刚石粒子进行包覆并形成球体，为一种纳米金刚石做核，酚醛树脂作为壳的核壳微球。
12.步骤s3、将制成的初品置于坩埚中，在氮气气氛下升温至350℃，保温2h，之后升温至800℃，保温2h，之后冷却取出，制得抛光粒子，之后将抛光粒子加入去离子水中，滴加质量分数10％氢氧化钠溶液调节ph，直至ph＝10，制得抛光液。
13.步骤s3中将制成的核壳结构的微球分别在350和800℃下碳化，形成抛光粒子，其
为一种炭包覆纳米金刚石粒子的复合材料，纳米金刚石是优异的抛光材料，但是其高硬度在用于对半导体硅晶材料进行抛光时，会对硅晶材料的表面形成划痕或凹坑，所以本发明通过制备出一种核壳结构的金刚石抛光粒子，形成一层软外壳，使得在使用抛光粒子进行抛光时不会对表面造成损伤。
14.进一步地：多孔垫片层与抛光层黏合，基底层与多孔垫片层黏合。
15.进一步地：多孔垫片层为涤纶片材料层，其上均匀开设有若干通孔。
16.进一步地：基底层为厚度为3-5mm的聚丙烯材料层。
17.进一步地：所述抛光层为弹性抛光材料制成，所述弹性抛光材料包括如下步骤制成：
18.在100℃下聚醚二醇真空脱水4h，之后冷却至室温，缓慢滴加改性二异氰酸酯，升温至65℃，保温反应1h，之后升温至80℃，保温反应2h，之后真空下脱泡，之后加入3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷和纳米氧化铈，搅拌15s后加入助剂，高速搅拌30s，之后倒入模具中发泡，控制发泡后的密度为0.42g/cm3，制得微孔弹性体，之后在100℃下熟化3-4h，制得弹性抛光材料，控制聚醚二醇和改性二异氰酸酯的重量比为10∶1，聚醚二醇、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷、纳米氧化铈和助剂的重量比为10∶0.5-0.8∶1-2∶0.1-0.3。
19.进一步地：所述助剂由催化剂、抗氧剂和流平剂按照3∶1∶0.5的重量比混合而成。
20.一种抛光用无蜡垫的制备方法，包括如下步骤：
21.将抛光层黏合在多孔垫片层一侧表面，在基底层内开设储液层，在多孔垫片层另一侧表面黏合基底层，将抛光液加入基底层内的储液层中，制得抛光用无蜡垫。
22.本发明的有益效果：
23.本发明抛光用无蜡垫将抛光层黏合在多孔垫片层一侧表面，在基底层内开设储液层，在多孔垫片层另一侧表面黏合基底层，将抛光液加入基底层内的储液层中，制得抛光用无蜡垫，摈弃了传统的以蜡粘片的抛光工艺，通过弹性抛光材料制备出抛光层，该弹性抛光材料为一种改性聚氨酯发泡弹性体，特殊的多孔和弹性结构使其在抛光时不会对晶体造成磨损，而且加入的纳米氧化铈又赋予其良好的耐磨性能，便于长期使用，本发明还制备出一种抛光液，含有纳米粒子，该纳米粒子为一种炭包覆纳米金刚石粒子的复合材料，纳米金刚石是优异的抛光材料，但是其高硬度在用于对半导体硅晶材料进行抛光时，会对硅晶材料的表面形成划痕或凹坑，所以本发明通过制备出一种核壳结构的金刚石抛光粒子，形成一层软外壳，使得在使用抛光粒子进行抛光时不会对表面造成损伤。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明一种抛光用无蜡垫抛光层结构示意图。
26.图2为本发明无蜡垫剖面图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1、抛光层；2、多孔垫片层；3、基底层；4、储液层。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-2所示，本发明一种抛光用无蜡垫，包括抛光层1、多孔垫片层2、基底层3和储液层4，所述抛光层1内设有若干空腔，空腔从抛光层1上表面延伸至多孔垫片层2表面，多孔垫片层2与抛光层1黏合，基底层3与多孔垫片层2黏合，基底层3内设有储液层4，储液层4与多孔垫片层2连通，储液层4内设有抛光液。
31.实施例1
32.所述抛光液包括如下步骤制成：
33.步骤s1、将苯酚和氢氧化钠按照1∶100的重量比混合均匀，之后加入质量分数15％甲醛溶液，制得混合液，升温至90℃，保温并反应1h，制得树脂液，控制苯酚和甲醛的摩尔比为1.1∶1；
34.步骤s2、将纳米金刚石加入去离子水中，超声分散30min，制得分散液，之后滴加树脂液，继续超声30min，制得混合液，加入有聚四氟乙烯内胆的水热釜中，升温至180℃，水热反应6h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤，烘干，制得初品，控制纳米金刚石、去离子水和树脂液的用量比为15mg∶50ml∶100mg；
35.步骤s3、将制成的初品置于坩埚中，在氮气气氛下升温至350℃，保温2h，之后升温至800℃，保温2h，之后冷却取出，制得抛光粒子，之后将抛光粒子加入去离子水中，滴加质量分数10％氢氧化钠溶液调节ph，直至ph＝10，制得抛光液。
36.实施例2
37.所述抛光液包括如下步骤制成：
38.步骤s1、将苯酚和氢氧化钠按照1∶100的重量比混合均匀，之后加入质量分数15％甲醛溶液，制得混合液，升温至90℃，保温并反应1h，制得树脂液，控制苯酚和甲醛的摩尔比为1.1∶1；
39.步骤s2、将纳米金刚石加入去离子水中，超声分散30min，制得分散液，之后滴加树脂液，继续超声30min，制得混合液，加入有聚四氟乙烯内胆的水热釜中，升温至180℃，水热反应6h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤，烘干，制得初品，控制纳米金刚石、去离子水和树脂液的用量比为18mg∶50ml∶100mg；
40.步骤s3、将制成的初品置于坩埚中，在氮气气氛下升温至350℃，保温2h，之后升温至800℃，保温2h，之后冷却取出，制得抛光粒子，之后将抛光粒子加入去离子水中，滴加质量分数10％氢氧化钠溶液调节ph，直至ph＝10，制得抛光液。
41.实施例3
42.所述抛光液包括如下步骤制成：
43.步骤s1、将苯酚和氢氧化钠按照1∶100的重量比混合均匀，之后加入质量分数15％甲醛溶液，制得混合液，升温至90℃，保温并反应1h，制得树脂液，控制苯酚和甲醛的摩尔比为1.2∶1；
44.步骤s2、将纳米金刚石加入去离子水中，超声分散30min，制得分散液，之后滴加树
脂液，继续超声30min，制得混合液，加入有聚四氟乙烯内胆的水热釜中，升温至180℃，水热反应6h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤，烘干，制得初品，控制纳米金刚石、去离子水和树脂液的用量比为20mg∶50ml∶100mg；
45.步骤s3、将制成的初品置于坩埚中，在氮气气氛下升温至350℃，保温2h，之后升温至800℃，保温2h，之后冷却取出，制得抛光粒子，之后将抛光粒子加入去离子水中，滴加质量分数10％氢氧化钠溶液调节ph，直至ph＝10，制得抛光液。
46.实施例4
47.抛光层为弹性抛光材料制成，所述弹性抛光材料包括如下步骤制成：
48.在100℃下聚醚二醇真空脱水4h，之后冷却至室温，缓慢滴加改性二异氰酸酯(山东蓝星东大化工有限责任公司；碳化二亚胺改性4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)，升温至65℃，保温反应1h，之后升温至80℃，保温反应2h，之后真空下脱泡，之后加入3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷和纳米氧化铈，搅拌15s后加入助剂，高速搅拌30s，之后倒入模具中发泡，控制发泡后的密度为0.42g/cm3，制得微孔弹性体，之后在100℃下熟化3h，制得弹性抛光材料，控制聚醚二醇和改性二异氰酸酯的重量比为10∶1，聚醚二醇、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷、纳米氧化铈和助剂的重量比为10∶0.5∶1∶0.1。
49.所述助剂由n,n-二甲基环己胺、抗氧剂1010和聚二甲基硅氧烷按照3∶1∶0.5的重量比混合而成。
50.实施例5
51.抛光层为弹性抛光材料制成，所述弹性抛光材料包括如下步骤制成：
52.在100℃下聚醚二醇真空脱水4h，之后冷却至室温，缓慢滴加改性二异氰酸酯(山东蓝星东大化工有限责任公司；碳化二亚胺改性4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)，升温至65℃，保温反应1h，之后升温至80℃，保温反应2h，之后真空下脱泡，之后加入3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷和纳米氧化铈，搅拌15s后加入助剂，高速搅拌30s，之后倒入模具中发泡，控制发泡后的密度为0.42g/cm3，制得微孔弹性体，之后在100℃下熟化4h，制得弹性抛光材料，控制聚醚二醇和改性二异氰酸酯的重量比为10∶1，聚醚二醇、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷、纳米氧化铈和助剂的重量比为10∶0.6∶1.5∶0.2。
53.实施例6
54.抛光层为弹性抛光材料制成，所述弹性抛光材料包括如下步骤制成：
55.在100℃下聚醚二醇真空脱水4h，之后冷却至室温，缓慢滴加改性二异氰酸酯(山东蓝星东大化工有限责任公司；碳化二亚胺改性4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯)，升温至65℃，保温反应1h，之后升温至80℃，保温反应2h，之后真空下脱泡，之后加入3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷和纳米氧化铈，搅拌15s后加入助剂，高速搅拌30s，之后倒入模具中发泡，控制发泡后的密度为0.42g/cm3，制得微孔弹性体，之后在100℃下熟化4h，制得弹性抛光材料，控制聚醚二醇和改性二异氰酸酯的重量比为10∶1，聚醚二醇、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯甲烷、纳米氧化铈和助剂的重量比为10∶0.8∶2∶0.3。
56.实施例7
57.一种抛光用无蜡垫的制备方法，包括如下步骤：
58.将实施例5制备出的抛光层1黏合在多孔垫片层2一侧表面，在基底层3内开设储液层4，在多孔垫片层2另一侧表面黏合基底层3，将实施例1制备出的抛光液加入基底层3内的
储液层4中，制得抛光用无蜡垫。
59.实施例8
60.一种抛光用无蜡垫的制备方法，包括如下步骤：
61.将实施例6制备出的抛光层1黏合在多孔垫片层2一侧表面，在基底层3内开设储液层4，在多孔垫片层2另一侧表面黏合基底层3，将实施例2制备出的抛光液加入基底层3内的储液层4中，制得抛光用无蜡垫。
62.实施例9
63.一种抛光用无蜡垫的制备方法，包括如下步骤：
64.将实施例7制备出的抛光层1黏合在多孔垫片层2一侧表面，在基底层3内开设储液层4，在多孔垫片层2另一侧表面黏合基底层3，将实施例3制备出的抛光液加入基底层3内的储液层4中，制得抛光用无蜡垫。
65.对比例1
66.本对比例为聚氨酯抛光垫。
67.对比例2
68.本对比例与实施例7相比，用纳米金刚石和去离子水作为抛光液。
69.对实施例7-9和对比例1-2制备出的抛光垫的抛光性能进行检测，结果如下表所示：
70.1、初期样品：
71.(1)将抛光垫切成18in的圆形，并安装到化学机械抛光装置(生产商：东莞金研精密研磨机械制造有限公司，型号：kd18bx型)上，用金刚石磨盘进行15min的起绒处理及表面修整。
72.(2)在磨盘转速为50r/min，抛光压力为21.2kpa的条件下，以100ml/min的速度供给抛光液，对具有氧化膜表面的4in硅片进行抛光2min。抛光完毕，测定硅片面内的任意4个点的厚度，除以抛光时间，即得每个点抛光速率(nm/min)。49个点的抛光速率平均值记为硅片的抛光速率r，并求出标准偏差δ。
73.(3)抛光的平坦性由下式进行评价，平坦度值越小，表明硅片的平坦性越好：
74.平坦度(％)＝(δ/r)
×
100％
75.2、静置样品：
76.(1)将抛光垫在25℃浸水并静置24h后，进行与初期样品相同的处理步骤，记录抛光速率及平坦度。
77.3、采用表面质量检测仪，检测并记录硅片抛光面上长度大于0.16um的划痕数量，由此评价划痕性。
[0078][0079][0080]
从上表中能够看出本发明实施例7-9制备出的抛光垫具有更好的抛光效果，对硅片表面损伤更小。
[0081]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0082]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。