一种耐化学氧化抛光垫及其制备方法和用途与流程

本发明涉及抛光垫的材料领域，特别是涉及一种耐化学氧化抛光垫及其制备方法和用途。

背景技术：

1、为了实现新一代sic功率器件的全面普及，衬底的大口径化量产化正不断推进，衬底加工技术的重要性也在不断上升，目前，国际上普遍采用化学机械抛光(cmp)获得超光滑、无损伤碳化硅衬底表面。cmp技术是将抛光工件在一定的压力下相对抛光垫做旋转运动，在流动抛光液介质(由磨粒、各种化学添加剂和溶剂组成的混合液)作用下，利用磨粒的机械磨削和化学添加剂的化学腐蚀作用来实现对工件表面的材料去除，从而获得工件表面全局平坦化的技术。

2、在sic化学机械抛光(cmp)工艺中，提供化学作用的为抛光液中的氧化剂组分，通常为高铁酸钾、高锰酸钾等强氧化性组分，有效比例可高达5％，抛光垫在此高温高压强氧化性抛光条件下使用寿命和抛光效率严重受损。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐化学氧化抛光垫及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

3、本发明提供一种耐化学氧化抛光垫，包括如下原料组分：聚氨酯预聚体、双酚a环氧酚醛共聚物、扩链剂和发泡剂。

4、优选地，包括如下重量份的原料组分：

5、聚氨酯预聚体 90～110份

6、双酚a环氧酚醛共聚物 2.5～15份

7、扩链剂 30～70份

8、发泡剂 0.05～2份。

9、如聚氨酯预聚体的用量可以为90～100份、100～110份。

10、如双酚a环氧酚醛共聚物的用量可以为2.5～4份、4～4.4份、4.4～5、5～10份、10～15份，优选为5～15份，更优选为10～15份。当双酚a环氧酚醛共聚物的用量减小时，适当增加聚醚二元醇的用量并不会减弱抛光垫的抛光效果。

11、如聚醚二元醇的用量可以为10～11份、11～20份、20～22份、22～30份。

12、如所述扩链剂的用量可以为30～32份、32～35份、35～42份、42～45份、45～55份、55～62份、62～65份、65～70份。

13、如所述发泡剂的用量可以为0.05～0.1份、0.1～1份、1～2份。

14、优选地，所述聚氨酯预聚体的邵氏硬度为73-75hd。

15、优选地，所述聚氨酯预聚体中异氰酸酯基团的含量为9.4～9.7wt％。

16、优选地，所述聚氨酯预聚体为聚醚二元醇和甲苯二异氰酸酯反应制备。

17、优选地，所述双酚a环氧酚醛共聚物为采用双酚a型环氧预聚体与酚醛缩聚物共聚获得。

18、更优选地，所述双酚a型环氧预聚体的原料包括双酚a和环氧氯丙烷。

19、更优选地，所述酚醛缩聚物为线型酚醛缩聚物。

20、更优选地，所述双酚a环氧预聚体与所述酚醛缩聚物的质量比为(7～30):3。如可以为7：3、10：3、5：1、20：3、25：3、9：1、10：1。

21、更优选地，所述共聚的反应采用有固化促进剂，更优选地，所述固化促进剂为n,n-二甲基苄胺。

22、更优选地，所述共聚的反应温度为150～160℃。

23、更优选地，所述共聚的反应时间为1～2h。

24、更优选地，所述双酚a型环氧预聚体的环氧当量为171-175g/eq，25℃下粘度为4000-6000mpa·s。

25、更优选地，所述酚醛缩聚物在25℃下粘度为350-450mpa·s。

26、更优选地，所述酚醛缩聚物在135℃下的非挥发性物质占比为70～80％。

27、优选地，所述扩链剂为3，5-二乙基甲苯二胺和/或3，3’二氯-4，4’-二苯基甲烷二胺。

28、优选地，所述发泡剂为水。

29、优选地，所述原料组分还包括聚醚二元醇。

30、更优选地，所述聚醚二元醇的用量为10～30份。

31、更优选地，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二醇。

32、优选地，所述原料组分还包括催化剂，所述催化剂包括三亚乙基二胺。催化剂用于稳定发泡速率和凝胶速率的平衡。

33、更优选地，所述催化剂的用量为0.03～0.2份。如可以为0.03～0.1份、0.1～0.2份。

34、更优选地，所述催化剂中，所述三亚乙基二胺的含量为30～35wt％。如催化剂中，所述三亚乙基二胺的含量为可以为30～33wt％、33～35wt％。

35、更优选地，所述催化剂还包括二醇，所述二醇选自一缩二丙二醇、丁二醇和乙二醇中的一种或多种。

36、优选地，所述原料组分还包括表面活性剂。表面活性剂用于增加组分间互溶性，稳定浆料泡沫，调节耐化学氧化抛光垫的泡孔。

37、更优选地，所述表面活性剂的用量为1～5份。如可以为1～2份、2～3份、3～4份、4～5份。

38、更优选地，所述表面活性剂为选自线性聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷和聚硅氧烷-氧化烯烃嵌段共聚物中的一种或多种。

39、进一步优选地，所述表面活性剂为硅油和/或有机硅表面活性剂

40、更进一步优选地，所述表面活性剂选自美国陶氏dc-193.和/或美国迈图niax l-1500。

41、优选地，所述耐化学氧化抛光垫包括如下一种或多种特征：邵氏硬度为45～70hd，密度为0.5～0.8g/cm3，压缩率为0.9～2.0％，压缩弹性率为55～80％，拉伸强度为4.5～8.5mpa，断裂伸长率为180～230％。

42、优选地，所述耐化学氧化抛光垫浸入5.0wt.％高锰酸钾溶液中，于50±1℃密闭容器中浸泡24h，清洗干燥后，在光学显微镜下观察其侧切面被氧化形成的化学腐蚀层厚度低于600μm。如可以为555μm、501μm、433μm、423μm、400μm、356μm、261μm、243μm、240μm。

43、优选地，所述耐化学氧化抛光垫采用h-18陶瓷砂轮负荷1000g重量进行磨耗，在75rpm转速下旋转，旋转100圈的质量损失不高于130mg，旋转500圈的质量损失不高于180mg，旋转1000圈的质量损失不高于240mg。如旋转100圈的质量损失可以为126.1mg、100.7mg、95.1mg、88.9mg、80.1mg、79.3mg、77.4mg、61mg、60.6mg。如旋转500圈的质量损失可以为177.5mg、165.9mg、121.9mg、110.8mg、110.7mg、101.5mg、100.3mg、98.5mg、98.3mg。如旋转1000圈的质量损失可以为235.4mg、190.8mg、178.9mg、150.9mg、142.3mg、140.2mg、132.6mg、120.5mg、119.1mg。

44、本发明还公开了如上述所述的耐化学氧化抛光垫的制备方法，所述原料组分混合均匀后预固化获得所述耐化学氧化抛光垫。

45、优选地，在混合前，所述聚氨酯预聚体、所述双酚a环氧酚醛共聚物、所述聚醚二元醇进行预热、抽真空处理。

46、更优选地，预热温度为75～95℃。

47、优选地，在混合前，所述扩链剂进行预热处理。

48、更优选地，预热温度为90～100℃。

49、优选地，预固化温度为75～85℃，更优选为80℃。

50、优选地，预固化时间为2～4h。

51、优选地，固化后进行后固化处理。

52、更优选地，所述后固化温度为95～105℃，更优选为100℃。

53、更优选地，所述后固化时间为15～24h，更优选为16h。

54、更优选地，后固化处理后进行切片、打磨处理、开槽处理、表面清洁处理和电晕处理。

55、通过在电极上施加高频高压电流，使电极产生电晕放电，气体电离产生高能离子，在强电场作用下冲击材料表面，改变材料表面性质。

56、进一步优选地，所述电晕处理的对象为抛光垫中与衬底接触的贴合面。

57、进一步优选地，所述电晕处理的输入电压为ac300～400v，功率为2～70kw，电极间隙为1～2mm。如输入电压可以为300～380v、380～400v，如功率可以为2～25kw、25～50kw、50～70kw，电极间隙可以为1～1.2mm、1.2～1.4mm、1.4～1.6mm、1.6～1.8mm、1.8～2.0mm。

58、进一步优选地，所述打磨为采用砂轮打磨所述耐化学氧化抛光垫的工作面。

59、本发明还公开了如上述所述的耐化学氧化抛光垫在化学机械抛光中用于作为抛光sic衬底用抛光垫的用途。

60、本发明提供一种耐化学氧化抛光垫及其制备方法和用途，具有如下有益效果：

61、(1)在耐化学氧化抛光垫的制备中，通过增加双酚a环氧酚醛共聚物，调整原料组成物理共混后，化学发泡交联固化阶段会发生微相分离，增强了聚氨酯硬段的性能，提高了抗冲击强度、耐化学氧化性、耐磨性能，进而提高了抛光速率和使用寿命；

62、(2)进一步引入聚醚二元醇补强了原聚氨酯预聚体软段的性能，综合增加了耐化学氧化抛光垫的动态力学性能、耐水解性能、韧性和柔性，进一步提高了耐化学氧化抛光垫的抛光速率和使用寿命；

63、(3)采用双酚a环氧酚醛共聚物和聚醚二元醇协同增效，提高了耐化学氧化抛光垫的抛光速率，提高抛光垫整体抛光性能；且采用双酚a环氧酚醛共聚物和聚醚二元醇制备的抛光垫具有较高的使用寿命、碳化硅衬底加工表面质量，对配套的抛光液兼容性强，优于市售流通抛光垫产品；

64、(4)在制备方法中抛光垫背胶贴合面增加电晕处理，诱发化学键断裂，改善抛光垫贴合面的润湿性和附着性，提高抛光垫与背胶之间的粘结力，保证在抛光工作时高腐蚀性抛光液浸入抛光垫与背胶孔隙时不脱胶的反应活性，增加耐化学氧化的均匀性，从而提高了抛光速率稳定性；

65、(6)制备方法简单，产品稳定性高，适合大规模工业化生产。