CN102417721B - 支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫 - Google Patents

支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种包含聚氨酯树脂、十二烷基苯磺酸或其盐、DMF溶剂的支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫，由此能够提供一种内部均匀形成长且大的气泡，并具有低硬度的同时具有优秀的压缩率及高压缩回弹率的支撑垫。

Description

支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫
技术领域
本发明涉及一种支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫，具体的涉及一种能够提供在内部均匀形成长且大的气泡，并具有低密度的同时具有高压缩率及压缩回弹率的支撑垫的聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫。
背景技术
要求高集成度的半导体装置或显示装置中所使用的基板，由于其表面应细腻且精密，因此使用各种各样的平整化方法对基板进行处理。特别是，随着半导体元件或显示装置的高集成化及高性能化，通常采用在研磨垫和被研磨物之间供给研磨颗粒及包含各种化学成分的浆料组合物，同时通过相对移动研磨垫和被研磨物来进行研磨的方法。在这种研磨方法中，为了使研磨进行地更加精密，将所述被研磨物固定在某种支撑垫上，以在研磨或加工过程中使位置和姿态保持一定。
但是，就以往的支撑垫而言，其内部的气泡大小不一、分布不规则，对被研磨物的缓冲效果和吸附力不够理想，而且研磨过程中，被研磨物不能牢固地固定在支撑垫上，因此存在不能进行精密研磨加工的问题。另外，以往的支撑垫，由于其内部形成的气泡大小不一、分布不均匀，因此不仅压缩率及压缩回弹率等物性不优秀，而且抗水性能也不够充分，从而被研磨物在加工过程中容易脱落。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提供在内部均匀形成长且大的气泡并具有低密度的同时具有高压缩率及压缩回弹率的支撑垫的聚氨酯树脂组合物。
另外，本发明的另一目的在于提供一种在内部均匀形成长且大的气泡并具有低密度的同时具有高压缩率及压缩回弹率的聚氨酯支撑垫。
本发明提供一种包含聚氨酯树脂、C9～C15的烷基苯磺酸或其盐、DMF溶剂的支撑垫用聚氨酯树脂组合物。
另外，本发明提供一种包含所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物的凝结物的聚氨酯支撑垫。
下面，详细说明本发明实施例涉及的支撑垫用聚氨酯树脂组合物及使用该组合物的聚氨酯支撑垫。
本说明书中“支撑垫”是指，在半导体或者显示装置中所使用的基板的制造过程中，进行研磨加工时在载体上贴紧或固定研磨对象膜的垫片。
本发明的一实施例可提供一种包含聚氨酯树脂、C9～C15的烷基苯磺酸或其盐、DMF溶剂的支撑垫用聚氨酯树脂组合物。
通常，在盛有有机溶剂和水的凝结槽中，凝结包含聚氨酯树脂和有机溶剂的组合物，则出现树脂组合物成分的相分离现象，例如，出现聚氨酯树脂、水及有机溶剂的相分离现象，通过这种相分离现象可以得到内部形成有多个气泡的聚氨酯树脂。但是，如果使用以往的聚氨酯树脂组合物，则不容易控制树脂内部形成的气泡的大小、形状及分布，也不容易确保适用于支撑垫的物性。
经本发明人的研究发现，如果使用将C9～C15的烷基苯磺酸或其盐与聚氨酯树脂和DMF溶剂混合而得的聚氨酯树脂组合物，就能够获得具有低密度且具有高压缩率及压缩回弹率的支撑垫。而且，由所述聚氨酯树脂组合物制造的支撑垫上均匀地形成有长且大的气泡，其内部可易于接收与研磨对象膜之间产生的空气，并且能够将空气均匀地分散到整个区域，从而能够有效地抑制研磨时可能发生的不良现象。
所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐，在所述聚氨酯树脂组合物凝结时，加快水的渗透速度，从而使气泡具有更长更大的形状。特别是，与以往的其它阴离子表面活性剂，例如琥珀酸或其衍生产物等相比，所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐可以使水或水溶液更容易地渗透到组合物的整个区域，从而能够在支撑垫内部形成更长更大的气泡。
所述C9～C15的烷基苯磺酸，包含邻(ortho-)、间(meta-)或者对(para-)取代产物，优选可以是对十二烷基苯磺酸。另外，所述C9～C15的烷基苯磺酸盐可以是烷基苯磺酸的金属盐，例如，C9～C15的烷基苯磺酸钠、C9～C15的烷基苯磺酸钾，或者C9～C15的烷基苯磺酸铵，优选可以是对十二烷基苯磺酸钠、对十二烷基苯磺酸钾，或者对十二烷基苯磺酸铵。
所述C9～C15的烷基苯磺酸可以是由下述化学式1表示的化合物。
[化学式1]
Figure BDA0000091112950000041
所述化学式1中，R为C9～C15的烷基，优选为十二烷基(dodecyl)。
另外，所述聚氨酯树脂的重均分子量为30000～1000000，优选为50000～500000。而且，在常温且30％DMF溶剂(solution)状态下，所述聚氨酯树脂可具有30000～1000000cps的粘度，优选为50000～500000cps。
在所述聚氨酯支撑垫的制备过程中，聚氨酯树脂内的二甲基甲酰胺溶于水而渗出的同时形成气泡，如果使用具有所述范围的分子量及粘度的聚氨酯树脂，则可形成大小均匀、分布均匀的气泡。如果所述聚氨酯树脂的粘度小于30000cps，则支撑垫不具有适当的物性，且不容易制备支撑垫；如果所述粘度为1000000cps以上，则支撑垫内部不容易形成气泡，而且支撑垫的硬度会能大大增加。
另外，所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物可包含3～50wt％的所述聚氨酯树脂，优选包含5～30wt％。如果所述树脂组合物中聚氨酯树脂的含量过低，则难以形成合适的支撑垫本体，且组合物的粘度会过于下降，从而难以适用于制备支撑垫的涂覆工序。另外，如果所述树脂组合物中聚氨酯树脂的含量过大，则制得的聚氨酯支撑垫的密度超过要求值，或组合物的粘度过大，从而难以适用于制备支撑垫的涂覆工序。
所述聚氨酯树脂组合物可包含二甲基甲酰胺(DMF)溶剂，其为包含N，N’-二甲基甲酰胺(N，N’-dimethylmethanamide)的溶剂。如果凝结所述聚氨酯树脂组合物，则通过树脂组合物成分，如聚氨酯树脂、水及DMF溶剂的相分离现象，可形成内部形成有气泡的聚氨酯支撑垫。即，在所述树脂组合物的凝结过程中，存在于聚氨酯树脂内的DMF溶剂与凝结槽内的水发生交替，当凝结过程结束，则形成内部形成有气泡的支撑垫用聚氨酯树脂。
所述聚氨酯树脂组合物可包含40～90wt％的所述DMF溶剂，优选为50～80wt％。在所述树脂组合物中，如果DMF溶剂的含量过低，则在凝结过程中树脂内部不能顺利形成气泡；如果所述含量过大，则聚氨酯树脂比率大大降低而难以制备具有适当物性的聚氨酯支撑垫。
所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物可包含0.1～5wt％的所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐，优选为0.1～2wt％。如果所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐的含量低于0.1wt％，则形成的气泡过小或气泡的形状不够长；如果其含量超过5wt％，则垫片的表面粗度变坏而不能提供均匀的吸附面。
另外，所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物可进一步包含阴离子表面活性剂或者非离子表面活性剂。
所述阴离子表面活性剂与所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐一同使用，就可以提高水的渗透速度，从而能够在吸附垫内部形成长且大的气泡。这种阴离子表面活性剂可以为琥珀酸及其衍生产物等，但可使用的阴离子表面活性剂并不局限于此。
所述非离子表面活性剂与所述C9～C15的烷基苯磺酸或其盐一同使用，可提高支撑垫的吸附力或使垫片表面平整。这种非离子表面活性剂可以是硅类高分子、硅油、甘油类高分子、烃类高分子等。
所述阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂可根据要制备的支撑垫的物性或者工序条件等适当调整其含量，例如所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物可分别包含0.1～10wt％的所述表面活性剂。
另外，所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物可进一步包含至少一种选自由着色剂、抗水剂、填充剂、气泡大小调整剂及颜料组成的群组中的添加剂。这种添加剂可根据要制备的支撑垫的物性或者工序条件等适当调整其含量，例如所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物中包含的所述添加剂的总量为0.1～15wt％。
另外，本发明的另一实施例提供一种包含所述支撑垫用聚氨酯树脂组合物的凝结物的聚氨酯支撑垫。
由所述聚氨酯树脂组合物制备的聚氨酯支撑垫的内部均匀形成有长且大的气泡，从而具有低密度的同时具有高压缩率及压缩回弹率。另外，由于所述聚氨酯支撑垫的内部均匀形成有长且大的气泡，从而能够顺利地接收与研磨对象膜之间产生的空气，并且能够将所述空气均匀分布到整个区域，因此研磨时发生的不良现象会大大降低。
所述聚氨酯支撑垫可通过凝结所述聚氨酯树脂组合物来形成。具体而言，所述聚氨酯支撑垫可以是聚氨酯树脂内部均匀形成具有100um～500um的最大直径的气泡的形状，优选为150um～400um。这些气泡的最大直径可通过支撑垫的截面SEM照片等进行测量。
这类所述聚氨酯支撑垫的制备步骤包括：形成所述聚氨酯树脂组合物的步骤；在某一基材或模具中涂覆或投入所述聚氨酯树脂组合物以形成涂覆层的步骤；凝结所述涂覆层的步骤；以及水洗、脱水及干燥所述组合物的凝结物的步骤。
凝结所述涂覆层的步骤，可通过将形成有所述涂覆层的基材或模具放入盛有二甲基甲酰胺水溶液的凝结槽来完成。所述凝结过程中，聚氨酯树脂内部的二甲基甲酰胺与水发生交替而逐渐凝结聚氨酯树脂，从而形成多个气泡。经过所述凝结过程后，吸附垫内部可能是残留有水和DMF溶剂的状态，通过洗涤这些凝结物并在烘干箱内进行干燥的方法等，可除去吸附垫内部的水、DMF溶剂、烷基苯磺酸及其他成分。
另外，所述聚氨酯支撑垫的厚度可以为0.1～5.0mm，密度为0.01～1.0g/cm3，优选为0.10～0.35g/cm3。
另外，如图4所示，所述聚氨酯支撑垫可通过在作为基材的PET薄膜等上用粘合剂固定的方式实现成品化。具体而言，可以在PET薄膜等的基材薄膜的一面用粘合剂接合所述聚氨酯支撑垫，而且在所述一面的反面用接合剂接合剥离纸(releasepaper)。这些聚氨酯支撑垫的成品用于研磨装置时，可去除所述剥离纸后接合到所述研磨装置上。
附图说明
图1是实施例1中制得的聚氨酯支撑垫的截面SEM照片。
图2是实施例2中制得的聚氨酯支撑垫的截面SEM照片。
图3是比较例1中制得的聚氨酯支撑垫的截面SEM照片。
图4是聚氨酯支撑垫成品的一示例的示意图。
具体实施方式
下面，通过实施例详细说明本发明。下述实施例只用于说明本发明，本发明的内容并不局限于下述实施例。
<实施例及比较例：支撑垫用聚氨酯树脂组合物及聚氨酯支撑垫的制备>
实施例1
加入100％模量(modulus)为5.0Mpa的聚氨酯树脂(30wt％DMFsolution)100g；N，N’-二甲基甲酰胺45g；对十二烷基苯磺酸2.0g；非离子表面活性剂(SD-7，三维眼前节分析仪(Pentacam))5.0g；着色剂(KWBLACK0013，炭黑树脂，三维眼前节分析仪(Pentacam))15g；填充剂(FAT-17，三维眼前节分析仪(Pentacam))2.0g及抗水剂(氟类树脂，FPU-60，眼前节分析仪(Pentacam))0.5g，用涂料搅拌器高速搅拌10分钟后，以3000rpm速度离心分离10分钟，从而制备浆(slurry)状聚氨酯树脂组合物。
将所述制备的聚氨酯树脂组合物以2.00mm厚度涂覆到PET薄膜上后，在4Brix％浓度的凝结槽中进行凝结。然后，对制得的凝结物进行水洗、脱水、干燥，以制造聚氨酯支撑垫。图1是制得的聚氨酯支撑垫的截面SEM照片。
实施例2
加入100％模量(modulus)为3.5Mpa的聚氨酯树脂(30wt％DMFsolution)100g；N，N’-二甲基甲酰胺65g；对十二烷基苯磺酸0.5g；琥珀酸衍生产物(SD-11，三维眼前节分析仪(Pentacam))4g；非离子表面活性剂(SD-7，三维眼前节分析仪(Pentacam))2.0g；着色剂(KWBLACK0013，炭黑树脂，三维眼前节分析仪(Pentacam))7g；填充剂(FAT-17，三维眼前节分析仪(Pentacam))1.5g及抗水剂(氟类树脂，FPU-60，三维眼前节分析仪(Pentacam))2g，用涂料搅拌器高速搅拌10分钟后，以3000rpm速度离心分离10分钟，从而制备浆(slurry)状聚氨酯树脂组合物。
将所述制备的聚氨酯树脂组合物以2.00mm的厚度涂覆到PET薄膜上，然后在4Brix％浓度的凝结槽中进行凝结。之后，对制得的凝结物进行水洗、脱水、干燥，以制得聚氨酯支撑垫。图2是制得的聚氨酯支撑垫的截面SEM照片。
比较例1
除了未使用对十二烷基苯磺酸外，以与实施例2相同的方法制备了聚氨酯树脂组合物及吸附垫(图3)。
以下表1表示所述实施例1、实施例2及比较例1中制得的支撑垫用聚氨酯树脂组合物的具体组分。
[表1](单位：g)
Figure BDA0000091112950000091
<实验例>
以下述方式测量了所述实施例1、实施例2及比较例1中制得的支撑垫的密度、压缩率及压缩回弹率。
实验例1：支撑垫密度的测量
取25mm*30mm大小的所述实施例及比较例中制得的聚氨酯支撑垫来测量其厚度，并测量它们的重量后计算密度。然后，对所述试片的重量重复测量5次，分别计算密度值，再从这些值的平均值算出支撑垫的密度。
实验例2：支撑垫的压缩率及压缩回弹率的测量
所述实施例及比较例中制得的聚氨酯支撑垫的压缩率及压缩回弹率根据JISL1021-16进行测量。
具体而言，准备25mm*30mm大小的所述实施例及比较例中制得的聚氨酯支撑垫试片。对这类试片施加100g/cm2的初始负荷30秒之后，用度盘式指示器(dial gauge)测量初始厚度(T0)，在所述试片中施加1120g/cm2的负荷5分钟后，在加压状态下测量厚度(T1)。然后，去除所有负荷并搁置5分钟，再施加100g/cm2的初始负荷30秒之后测量厚度(T0’)。通过上面测量的各厚度值和下述数学式来计算压缩率及压缩回弹率。
[数学式]
压缩率(％)＝(T0-T1)*100/T0
压缩回弹率(％)＝(T0’-T1)*100/(T0-T1)
所述实验例1～2的结果记录在下表2中。
[表2]
  密度(g/cm3)   压缩率(％)   压缩回弹率(％)
  实施例1   0.25   38.9   94.9
  实施例2   0.21   63.8   96.1
  比较例1   0.35   21.0   92.9
如所述表2所示，使用十二烷基苯磺酸的实施例1、实施例2的支撑垫，与未使用十二烷基苯磺酸的支撑垫相比，密度低的同时具有30％以上的压缩率及95％以上的高压缩回弹率。
另外，如图1～图3所示，根据实施例1、实施例2的支撑垫的内部均匀形成有长且大的气泡，而这些气泡的最大直径为150um～400um。相反，比较例1的吸附垫中的气泡相对短且小，其分布也不均匀。
因此，根据实施例的支撑垫，可提高对被研磨物的缓冲性和吸附力，进行被研磨物的研磨加工时，能够在垫片上牢固地固定被研磨物而防止研磨品质下降。
根据本发明，可提供能够提供内部均匀形成长且大的气泡并具有低密度的同时具有高压缩率及压缩回弹率的支撑垫的聚氨酯树脂组合物及使用所述树脂组合物制得的聚氨酯支撑垫。

Claims (6)

1.一种支撑垫用聚氨酯树脂组合物，其特征在于包含：
3～50wt%的聚氨酯树脂；
40～90wt%的二甲基甲酰胺溶剂；以及
0.1～5wt%的C9～C15的烷基苯磺酸或其盐；
至少一种选自由阴离子表面活性剂及非离子表面活性剂组成的群组中的化合物0.1～10wt%；以及
至少一种选自由填充剂、抗水剂、气泡大小调整剂及颜料组成的群组中的添加剂0.1～15wt%；
并且，其中所述聚氨酯树脂具有30000～1000000的重均分子量；而且在常温及30%二甲基甲酰胺溶剂的状态下，具有30000～1000000cps的粘度。
2.一种聚氨酯支撑垫，其特征在于包含：
权利要求1所述的支撑垫用聚氨酯树脂组合物的凝结物。
3.根据权利要求2所述的聚氨酯支撑垫，其特征在于:
聚氨酯树脂内部形成有具有150um～400um的最大直径的气泡。
4.根据权利要求2所述的聚氨酯支撑垫，其特征在于:
密度为0.10～0.35g/cm3。
5.根据权利要求2所述的聚氨酯支撑垫，其特征在于：
厚度为0.1～5.0mm。
6.根据权利要求2所述的聚氨酯支撑垫，其特征在于：
根据JIS L1021-16测量的压缩率为30%以上，压缩回弹率为95%以上。
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