CN112757153A

CN112757153A - 一种多结构体化学机械抛光垫、制造方法及其应用

Info

Publication number: CN112757153A
Application number: CN202110257516.4A
Authority: CN
Inventors: 刘宇; 王凯; 刘有杰; 谢毓; 田骐源
Original assignee: Wanhua Chemical Group Electronic Materials Co Ltd
Current assignee: Wanhua Chemical Group Electronic Materials Co Ltd
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-05-07
Anticipated expiration: 2041-03-09
Also published as: CN112757153B

Abstract

本发明公开了一种多结构体化学机械抛光垫、制造方法及其应用，包括：主结构体，表面改性的次级结构体，保护结构体以及将主结构体与表面改性的次级结构体粘接起来的上连接体，和将表面改性的次级结构体与保护结构体粘接起来的下连接体。本发明表面改性的次级结构体具有优异的断裂伸长率、拉伸强度等力学性能，其厚度也更为均匀，且与连接体的粘接剥离强度更为优异，使得由所述表面改性的次级结构体制成的化学机械抛光垫的组合性能更佳。

Description

一种多结构体化学机械抛光垫、制造方法及其应用

技术领域

本发明涉及化学机械平坦化(CMP)技术领域，具体涉及到用于对磁性基材、光学基材及半导体基材中至少一种进行抛光平坦化的复合多结构体抛光垫、制造方法及其应用。

背景技术

在大规模集成电路和其他精密电子装置的制造过程中，随着半导体基材如硅片尺寸增加、集成规模增大、金属线宽进入纳米尺度以及布线层数的增加，其对半导体材料的基体平坦化以及各层布线面平坦化要求逐渐增加。通过化学机械平坦化(CMP)去除非所要表面形状和表面缺陷，例如粗糙表面、聚结材料、晶格损坏、刮痕和被污染的层或材料，从而使得同一起伏界面处于相同平面。

化学机械平坦化(CMP)技术常用于玻璃、金属、蓝宝石衬底、硅片、芯片等的平面化。将参考图1描述对单晶硅片进行化学机械平坦化的示意例。其主要构成1为抛光盘(Platen)、2为抛光垫(CMP-Pad)、3为抛光液(CMP-Slurry)、4为硅片、5为载具(Carrier)、6为修整器(Dresser)。在硅片4化学机械平坦化过程中将硅片4使用载具5夹持，并将抛光垫2贴附于抛光机的抛光盘1，并可控的将硅片压在抛光垫2上，并使硅片载具5与抛光盘1做相向或相反运动(如相向旋转)。同时，向硅片4与抛光垫2相接界面处提供抛光介质抛光液3。综上所述，通过硅片4与抛光垫2之间的机械过程(例如摩擦、剪切)以及硅片4与抛光液3之间的化学过程(如腐蚀)对其表面进行高精度化学机械抛光，并使其在相对尺寸(如微米或纳米)去除所不需要的硅片表面起伏，使其平坦化。

通常，上述化学机械平坦化过程用到的抛光垫为多层结构，例如包含抛光层、支撑层以及胶合层。JP4937538B2披露了一种在基材层的两面具有粘合层并将抛光垫固定在面板上的双面压敏胶带，其总厚度为100μm以下。上述胶带使用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为基材，基材上侧(粘贴缓冲层结构体侧粘接层)的厚度为20μm以上且50μm以下，粘接强度为25N/25mm以上，基材下侧(粘贴涂布有离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯，并在抛光垫使用时将上述薄膜剥离，并将下侧胶层粘贴于抛光盘)压敏胶粘剂层的厚度为20μm以上且50μm以下，并且粘合强度为15N/25mm以上。该专利解决了底层双面胶带过厚导致的整体抛光垫性能如厚度均匀性、硬度以及压缩率等物性发生改变的可能性。当减小双面压敏胶粘带的厚度时，由于双面压敏胶粘带的基材层的两侧上的压敏胶粘剂引起的挠性的影响减小，因此减少了对抛光垫的整体影响并且提高了抛光的平坦度。

然而，该专利描述的方法存在较大缺陷。具体来说，胶层厚度的减少导致双面胶带与缓冲层结构体粘接强度以及与抛光盘粘接强度过低，在实际抛光过程中，双面胶带在经受强酸碱性抛光液的不断渗透且存在上压力与高速剪切力的情况下，导致传统多结构体抛光垫粘合层的粘接表面出现脱层、分离等严重问题。在实际生产中出现，则会有非常巨大的损失。

鉴于上述传统多结构体抛光垫粘合层的粘接表面在长时间暴露于强酸或强碱性的抛光液的不断侵蚀且存在高转速、压力的工况下容易出现脱层、分离等严重问题。需要一种对多层结构体抛光垫进行特殊处理和改性，使得避免上述问题的出现，并提高抛光垫的整体性能以及使用寿命。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多结构体化学机械抛光垫，通过对其中的次级结构体表面进行改性处理，提高次级结构体的表面状况，从而提高次级结构体与表面胶带粘接剥离强度，从而避免多结构体抛光垫使用过程中出现脱层、破裂、层间界面滑移等极端状况，提高抛光垫的整体性能和使用寿命。

本发明另一目的在于提供这种多结构体化学机械抛光垫的制造方法。

本发明的再一目的在于提供这种多结构体化学机械抛光垫的应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种多结构体化学机械抛光垫，所述抛光垫包括：

(1)主结构体；

(2)表面改性的次级结构体；

(3)保护结构体；

(4)将主结构体与表面改性的次级结构体粘接在一起的上连接体；

(5)将表面改性的次级结构体与保护结构体粘接在一起的下连接体；

其中，所述的表面改性的次级结构体与上、下连接体之间的粘接剥离强度不低于30N/25mm，优选为35-50N/25mm；更优选地，所述表面改性的次级结构体的平均厚度为0.6-5mm，断裂伸长率100-150％，拉伸强度60-100MPa，压缩率0.5-30％，压缩恢复率30-100％。

在一个具体的实施方式中，所述主结构体选自聚氨酯、聚脲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚氯乙烯或聚苯乙烯中的任一材质制成的薄片，优选为具有空腔结构的聚氨酯主结构体；更优选地，所述主结构体的密度不小于0.5g/cm³，Shore D硬度不小于30，拉伸强度不小于50MPa，压缩率为1-10％。

在一个具体的实施方式中，所述具有空腔结构的聚氨酯主结构体由至少以下三种组分混合固化而成：未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体、空心微球、多元醇或多元胺单独或复配固化剂；优选地，所述未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体由异氰酸酯与聚合物多元醇反应而成。

在一个具体的实施方式中，所述的次级结构体选自无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡、通过物理及化学发泡而得到的软质聚氨酯发泡体、聚氯乙烯发泡体中的任一种；优选为无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡，其平均厚度为0.5-4mm，断裂伸长率80-100％，拉伸强度40-60MPa，压缩率0.5-20％，压缩恢复率30-80％；更优选地，所述浸渍的聚氨酯材料主要由异氰酸酯单体、聚合物多元醇、小分子扩链剂组分构成。

在一个具体的实施方式中，所述的表面改性的次级结构体为无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡并经表面改性处理而成；优选地，所述的表面改性的方法选自表面砂光、研磨、表面处理剂改性中的任一种；优选为使用表面处理剂进行次级结构体表面涂布改性。

在一个具体的实施方式中，所述表面改性所使用的表面处理剂选自聚氨酯(PU)类、聚丙稀酸(PA)类、聚氨酯/丙烯酸化学共混(PUA)类中的任一种，优选为聚氨酯(PU)类表面处理剂，更优选地；所述聚氨酯类表面处理剂的密度为0.5-2g/cm³，成膜温度为20-40℃(GB/T 9267-2008)，使用时的固含量为20-50％，粘度为1000-10000mPa·S。

在一个具体的实施方式中，所述使用聚氨酯类表面处理剂对次级结构体表面改性的涂布工艺，包括如下步骤：将表面处理剂使用高速搅拌器均匀分散于溶剂中并将其置于涂布机器料槽，设置料槽温度，之后将次级结构体平铺于涂布机台，调整涂布头使得表面涂饰剂均匀涂布在次级结构表面上，涂布厚度为10-100μm，优选为30-80μm，涂布速度为20-500mm/min，优选为50-300mm/min，涂布完成后将涂布有聚氨酯类表面处理剂的次级结构体传输至烘道，烘道温度为10-200℃进行烘干，烘干时间为30-60min，待烘干后，再将次级结构体背面使用以上步骤进行表面处理剂涂布。

在一个具体的实施方式中，所述的保护结构体为高拉伸强度、表面光滑的保护结构体，优选为表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或高强度工业离型纸中的任一种，优选为表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或高强度工业离型纸。

在一个具体的实施方式中，所述上、下连接体为含基材并在基材两侧涂布胶粘剂的双面胶带；优选地，所述上连接体的基材厚度为10-100μm，胶粘剂涂布厚度为10-200μm，整体厚度为30-400μm；所述下连接体的基材厚度为10-100μm，基材上侧胶粘剂涂布厚度为10-200μm，基材下侧胶粘剂涂布厚度为5-100μm，下连接体整体厚度为30-400μm。

在一个具体的实施方式中，所述主结构体表面具有沟槽，所述沟槽的形式纹理选自放射线沟槽、螺旋线沟槽、同心圆线沟槽、纵横交错结构沟槽、多形状沟槽、偏心圆线沟槽中的任一种或多种，优选为同心圆线沟槽；更优选地，所述主结构体表面还开设有检测窗口。

本发明的另一方面，前述的多结构体化学机械抛光垫的制造方法，包括将所述主结构体、上连接体、表面改性的次级结构体、下连接体、保护结构体，通过贴合机依次贴合在一起，组装复合得到所述的多结构体化学机械抛光垫，优选地，所述贴合压力为0.1-20MPa，贴合进给速度为10-2000mm/min，贴合温度0-200℃；更优选地，所述贴合压力为0.1-5MPa，贴合进给速度为100-500mm/min，贴合温度0-190℃。

本发明的再一方面，前述的多结构体化学机械抛光垫或前述制造方法得到的多结构体化学机械抛光垫，用于玻璃、金属、蓝宝石衬底、硅片或芯片的精密表面平坦化。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明对多层结构体化学机械抛光垫的次级结构体上、下表面使用聚氨酯类表面处理剂进行涂布改性处理，表面处理剂在次级结构体上、下表面形成聚氨酯-纤维连续体，使得暴漏于外部的纤维依靠聚氨酯处理剂粘固在聚氨酯处理剂形成的连续相中，改变了毛毡类次级结构体表面的微观、宏观形貌。加上所述的表面处理剂本身就具有优异的涂布性、优异的附着性、优异的耐水、耐酸、耐碱、耐高低温性能，又施工工艺简单，使得次级结构体的机械性能大幅提升，如断裂伸长率、拉伸强度等。

2)本发明对多层结构体化学机械抛光垫的次级结构体上、下表面使用聚氨酯类表面处理剂进行涂布改性处理，极大地改变了次级结构体上、下表面的表面状况，使其厚度更为均匀，也使得上、下连接层胶粘剂与新形成的聚氨酯处理剂面接触面积大幅提高，提高了次级结构体上、下表面与双面胶带粘接剥离强度≥40N/25mm，在一定程度避免在高转速、高压力、强酸碱性的化学机械抛光过程中上、下连接体与次级结构体上、下表面极易脱层、破裂、层间界面滑移等极端状况的出现。

3)本发明通过使用表面处理剂对上述的多结构体化学机械抛光垫的次级结构体上、下表面进行改性，经过改性处理能够提高次级结构体的厚度为0.6-5mm，断裂伸长率100-150％，拉伸强度60-100MPa，压缩率0.5-30％，压缩恢复率30-100％，抛光垫的整体性能更加优异，使用寿命更长。

附图说明

图1为化学机械平坦化过程及耗材示意图。

图2为本发明多结构体化学机械抛光垫结构示意图。

图3为本发明未经改性的多结构体化学机械抛光垫的毛毡类型的次级结构体结构示意图。

图4为本发明经聚氨酯类表面处理剂改性的多结构体化学机械抛光垫的毛毡类型的次级结构体结构示意图。

其中，1为抛光盘、2抛光垫、3抛光液、4硅片、5载具、6修整器、7主结构体、8上连接体、9次级结构体、10下连接体、11保护结构体、12垂直于水平面的PET纤维、13平行于水平面的PET纤维、14无纺布纤维网浸渍聚氨酯形成的聚氨酯-无纺布连续体、15表面处理剂在次级结构体上表面形成的聚氨酯膜、16表面处理剂在次级结构体下表面形成的聚氨酯膜。

具体实施方式

下面的实施例将对本发明所提供的方法给予进一步的说明，但本发明包括但不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内的其他任何公知改变。

当一个数量、浓度、或者其他数值或参数以范围、优选范围或者一系列优选上限数值和优选下限数值给出时，它应被理解为具体地公开由任何范围上限或者优选数值和范围下限的任何一对所构成的所有范围，而无论所述范围是否被单独的公开。除非另行指出，凡在本发明中给出某一数值范围之处，该范围均旨在包含其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数。

如图2所示，一种多结构体化学机械抛光垫，其主要由以下结构构成：

(1)主结构体7；

(2)表面改性的次级结构体9；

(3)保护结构体11；

(4)将主结构体7与表面改性的次级结构体9粘接在一起的上连接体8；

(5)将表面改性的次级结构体9与保护结构体11粘接在一起的下连接体10；

其中，所述的经表面改性的次级结构体平均厚度为0.6-5mm，断裂伸长率100-150％，拉伸强度60-100MPa，压缩率0.5-30％，压缩恢复率30-100％，优选地，所述的经表面改性的次级结构体平均厚度为0.6-5mm，优选的是1-4mm，断裂伸长率70-150％，优选的是80-140％，拉伸强度60-100MPa，优选的是65-95MPa，压缩率0.5-30％，优选的是1-15％，压缩恢复率30-100％，优选的是50-100％；所述的经表面改性的次级结构体与上、下连接体之间的粘接剥离强度不少于30N/25mm，更优选的是35-50N/25mm。

作为本发明所述的主结构体，需具有高弹性模量、高耐磨性、压缩率较小的特点，例如选自包括但不限于聚氨酯、聚脲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚氯乙烯、聚苯乙烯等任一材质制成的薄片，所述主结构体的厚度一般为1-4mm，优选的是1-3mm；所述主结构体的密度不小于0.5g/cm³，Shore D硬度不小于30，拉伸强度不小于50MPa，压缩率为1-10％，优选自具有空腔结构的聚氨酯主结构体。

本发明所述的具有空腔结构的聚氨酯，由至少以下三种组分混合固化而成，包括但不限于未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体、空心微球、多元醇或多元胺单独或复配固化剂，该制备工艺为本领域技术人员所熟知，例如可以参考专利CN105710762A。其中，所述未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体由异氰酸酯与聚合物多元醇反应而成，所述异氰酸酯包括但不限于甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)；其中所述聚合物多元醇包括但不限于分子量为1000-6000的聚醚多元醇，如聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)等；分子量为1000-6000的聚酯多元醇，包括但不限于聚己内酯多元醇(PCL)、聚碳酸酯(PCDL)等。作为小分子扩链剂的小分子多元醇类，如包括但不限于乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇；小分子多元胺类包括但不限于二乙基甲苯二胺(DETDA)、3,5-二甲硫基-2,4-甲苯二胺及其异构体、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺及其异构体(例如，3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺)、4,4'-双-(仲丁基氨基)-二苯基甲烷、1,4-双-(仲丁基氨基)-苯、4,4'-亚甲基-双-(2-氯苯胺)、4,4'-亚甲基-双-(3-氯-2,6-二乙基苯胺)(MCDEA)、聚四亚甲基醚-二-对氨基苯甲酸酯、N,N'-二烷基二氨基二苯甲烷、p,p'-亚甲基双苯胺(MDA)、间苯二胺(MPDA)、4,4'-亚甲基-双-(2-氯苯胺)(MBOCA)、4,4'-亚甲基-二-(2,6-二乙基苯胺)(MDEA)、4,4'-亚甲基-二-(2,3-二氯苯胺)(MDCA)以及其混合物。所述的空心微球例如为

购自阿科诺贝尔公司(AkzoNobel))。

本发明要求采用上述配方和工艺制备的所述主结构体的密度为0.4-5g/cm³，优选为0.5-3g/cm³，更优选为0.5-2g/cm³；Shore D硬度为10-90，优选为20-80，更优选为40-70；拉伸强度为20-400MPa，优选为40-200Mpa，更优选为50-150Mpa；压缩率为0.1-50％，优选为0.5-20％，更优选为1-10％，具有上述性能的空腔结构聚氨酯材质的主体结构在化学机械平坦化过程中具体优异的抛光速率、优异的使用寿命。

作为本发明所述的表面改性的次级结构体，需具有低弹性模量、高压缩回弹性以及高压缩性的特点，例如包括但不限于通过无纺布材料浸渍聚氨酯且表面处理而获得的毛毡、通过物理及化学发泡而得到的软质聚氨酯发泡体、聚氯乙烯发泡体等。优选为通过无纺布材料浸渍聚氨酯且表面处理而获得毛毡，其中无纺布材料包括但不限于丙纶(PP)、涤纶(PET)、还有锦纶(PA)、粘胶纤维、腈纶、乙纶(HDPE)、氯纶(PVC)，优选的是涤纶(PET)纤维；无纺布生产工艺包括但不限于针刺、水刺、熔喷、纺粘、热合、浆柏气流成网、湿法、缝编；优选的是涤纶(PET)纤维通过针刺工艺形成的无纺布。其中所述的聚氨酯材料主要由异氰酸酯单体、聚合物多元醇、小分子扩链剂构成，其中异氰酸酯单体包括但不限于甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)；其中所述聚合物多元醇包括但不限于分子量为1000-4000聚醚多元醇如聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)等；分子量为1000-4000的聚酯多元醇包括但不限于聚己内酯多元醇(PCL)、聚碳酸酯(PCDL)等；所述小分子扩链剂包括但不限于乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇以及其混合物。优选的是使用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)或两者的混和物与分子量为1000-2000的聚四氢呋喃二醇(PTMEG)在溶剂中反应生成暴露异氰酸根(-NCO)端基的预聚体，与小分子扩链剂1,3-丁二醇、1,4-丁二醇扩链合成的溶剂型聚氨酯。所述聚氨酯材料的制备方法为本领域技术人员所熟知，例如参考专利US4728552，其相关内容均可引入本发明。再将无纺布通过浸渍工艺浸渍聚氨酯而获得毛毡，这种浸渍聚氨酯而获得的毛毡即为未经表面改性的次级结构体，其平均厚度为0.5-4mm，断裂伸长率80-100％，拉伸强度40-60MPa，压缩率0.5-20％，压缩恢复率30-80％。这种无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡，可直接商购获得，例如陶氏化学的

东莞市创力研磨有限公司的

其中，所述的表面改性的次级结构体为无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡并经表面改性处理而成，所述的表面改性方法包括但不限于物理、化学方法，如表面砂光、研磨、表面处理剂改性等；优选的是使用表面处理剂进行次级结构体表面涂布改性。

本发明所述的使用表面处理剂进行次级结构体表面改性，所使用的表面处理剂包括但不限于聚氨酯(PU)类、聚丙稀酸(PA)类、聚氨酯/丙烯酸化学共混(PUA)类，优选的是聚氨酯(PU)类表面处理剂，其中所述的聚氨脂类表面处理剂应具有优异的涂布性、优异的附着性、优异的耐水、耐酸、耐碱、耐高低温性能。其主要由异氰酸酯单体、聚合物多元醇、小分子扩链剂构成。其中异氰酸酯单体包括但不限于甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)；优选的是甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或多种。其中所述聚合物多元醇包括但不限于分子量为1500-6000聚醚多元醇如聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)等；分子量为1500-6000的聚酯多元醇包括但不限于聚己内酯多元醇(PCL)、聚碳酸酯(PCDL)等；优选的是分子量为1000-3000的聚四氢呋喃二醇(PTMEG)、聚己内酯多元醇(PCL)、聚碳酸酯(PCDL)中的一种或多种。所述小分子扩链剂包括但不限于乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,6-己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三丙二醇以及其混合物，优选的是1,3-丁二醇、1,4-丁二醇中的一种或多种。

本发明所述聚氨酯类表面处理剂的密度为0.5-2g/cm³，成膜温度(GB/T9267-2008)为20-40℃，使用时的固含量为20-50％，粘度为1000-10000mPa·S；即使用时通过去离子水调配后的表面处理剂的固含为20-50％和粘度为1000-10000mPa·S。可商购的聚氨酯类表面处理剂实例包括万华化学的

华峰集团的

斯塔尔精细涂料(苏州)有限公司的

WF-3649、

本发明所述使用聚氨酯类表面处理剂对次级结构体表面改性的涂布工艺，包括如下步骤：将表面处理剂使用高速搅拌器均匀分散于溶剂中，并将其置于涂布机器料槽，料槽温度为10-50℃，优选的是15-40℃，之后将次级结构体平铺与涂布机台，调整涂布头使得表面涂饰剂均匀涂布在次级结构表面上，涂布厚度为10-100μm，优选的是30-80μm，涂布速度为20-500mm/min，优选的是50-300mm/min，涂布完成后将涂布有聚氨酯类表面处理剂的次级结构体传输至烘道，传输方式包括但不限于机械传输、人工传输等，烘道温度为10-200℃，优选的是50-150℃进行烘干，烘干时间为1-60min，优选的是20-50min，待烘干后，将次级结构体背面使用如上所述步骤进行表面处理剂涂布。

如图3所示，为所述未经表面处理剂改性前的毛毡次级结构体横截面示意图，12为垂直于水平面的PET纤维，13为平行于水平面的PET纤维，14为无纺布纤维网浸渍聚氨酯形成的聚氨酯-无纺布连续体。可以看出，垂直于水平面的PET纤维12延伸出毛毡的上表面、下表面而暴露于外界，在与多结构体化学机械抛光垫上下连接体贴合时，容易造成上下连接体胶粘剂层与暴露于外界的大量纤维粘结，而未与无纺布纤维网浸渍聚氨酯形成的聚氨酯-无纺布连续体14连接，造成在高转速、高压力、强酸碱性的化学机械抛光过程中上下连接体与次级结构体表面、背面极易分离。

经过表面处理剂处理的次级结构体表面横截面示意图如图4所示。表面处理剂在次级结构体上表面、下表面形成聚氨酯膜15和16，使得暴漏于原无纺布纤维网浸渍聚氨酯形成的聚氨酯-无纺布连续体14外部的纤维依靠聚氨酯处理剂粘固在聚氨酯处理剂形成的聚氨酯膜15和16中，这种表面改性处理，一方面使得次级结构体机械性能大幅提高，如断裂伸长率、拉伸强度等，另一方面使得上、下连接层胶粘剂与新形成的聚氨酯处理剂面接触面积大幅提高，提升了上、下连接体与毛毡的粘接强度，在一定程度避免在高转速、高压力、强酸碱性的化学机械抛光过程中上下连接体与次级结构体表面、背面极易分离的状况出现。

前述使用涂布机在次级结构体表面改性涂布聚氨酯类表面处理剂的表面改性处理工艺，使得改性后的次级结构体的平均厚度为0.6-5mm，断裂伸长率100-150％，拉伸强度60-100MPa，压缩率0.5-30％，压缩恢复率30-90％。这与未改性前的浸渍聚氨酯的毛毡相比，平均厚度有所增加，机械强度大大提高，压缩性能几乎不变，从而再保证抛光效果的基础上，有助于提高抛光垫的整体性能。

作为本发明所述多结构体化学机械抛光垫的保护结构体，需具有高拉伸强度、表面光滑的特点，例如包括但不限于表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜以及高强度工业离型纸等，优选的是表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、高强度工业离型纸。所述高拉伸强度是指例如不低于150Mpa，所述表面光滑是指例如表面粗糙度(Ra)不高于2.0μm。该保护结构体的厚度一般为50-150μm，优选的是75-125μm，其主要作用在于保护底层双面胶带在使用前的洁净性。这种保护结构体可以直接商购得到，如苏州宇宣纸业的

作为本发明所述多结构体化学机械抛光垫的上、下连接体为含基材并在基材两侧涂布胶粘剂的双面胶带，基材包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)、无纺布、玻璃布(GC)、聚四氟乙烯(PTFE)、金属箔(MF)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、泡棉等，基材优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)、无纺布；在基材两侧涂布胶粘剂类型包括但不限于热熔胶(HMPSA)、水胶(乳液型)、油胶(溶剂型)、丙烯酸(Acrylic)、硅胶(Silicone)、橡胶型等，优选的是热熔胶(HMPSA)、丙烯酸(Acrylic)、橡胶系胶粘剂中的一种或多种。其中，将主结构体与次级结构体粘接在一起的上连接体，其基材厚度为10-100μm，优选的是15-50μm，胶粘剂涂布厚度为10-200μm，优选的是30-100μm,整体厚度为30-400μm，优选的是75-250μm，其对于主结构体粘接24h 180°剥离强度需在20-70N/25mm，优选的是25-50N/25mm；其对于未经处理的次级结构体表面粘接24h 180°剥离强度需在15-50N/25mm，优选的是20-45N/25mm；其对于使用表面处理剂对经过表面处理的次级结构体粘接24h180°剥离强度需在20-70N/25mm，优选的30-55N/25mm。表面改性的次级结构体与保护结构体粘接在一起的下连接体基材厚度为10-100μm，优选的是15-50μm，基材上侧胶粘剂涂布厚度为10-200μm，优选的是30-100μm，基材下侧胶粘剂涂布厚度为5-100μm，优选的是20-80μm,下连接体整体厚度为30-400μm，优选的是75-250μm。其对于未经处理的次级结构体背面粘接24h 180°剥离强度需在15-50N/25mm，优选的是20-45N/25mm；其对于使用表面处理剂对经过背面处理的次级结构体背面粘接24h 180°剥离强度需在20-70N/25mm，优选的30-55N/25mm；其对于抛光机台的抛光盘粘接24h 180°剥离强度(FINAT FTM1)需在5-70N/25mm，优选的10-20N/25mm。可商购的上连接层胶带实例包括

(可获得自皇冠胶粘制品有限公司)，

(可获得自日东(中国)新材料有限公司)，

(可获得自深圳米高科技有限公司),

#8840ER、

#8840ERS-200、

#8625ER-140(可获得自DIC株式会社)。可商购的下连接层胶带实例包括

(可获得自日东(中国)新材料有限公司)，

(可获得自德莎胶带(上海)有限公司)，

#8616S、

#8616CH、

#8616TDR(可获得自DIC株式会社)。

另一方面，本发明所述的一种多结构体化学机械抛光垫的制造方法，其主要由以下结构构成：

(1)主结构体；

(2)表面改性的次级结构体；

(3)保护结构体；

(5)表面改性的次级结构体与保护结构体粘接在一起的下连接体。

将上述各结构体使用双面胶带上、下连接体，通过贴合机依次将上述各层按照一定贴合工艺贴合在一起，组装复合得到所述多层结构体化学机械抛光垫。其中，贴合压力为0.1-20MPa，优选的是0.1-10Mpa，更优选的是0.1-5Mpa，贴合进给速度为10-2000mm/min，优选的是20-1000mm/min，更优选的是100-500mm/min，贴合温度0-200℃，优选的是0-190℃。

本发明的多层结构体化学机械抛光垫，可用于玻璃、金属、蓝宝石衬底、硅片、芯片等至少一种的精密表面的平坦化。

下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。

反应原料：

聚氨酯表面处理剂

万华化学集团股份有限公司，固含量49±1.5％，密度1.02g/cm³，成膜温度25℃；

聚氨酯表面处理剂

华峰集团有限公司，固含量49±1.5％，密度1.04g/cm³，成膜温度25℃；

次级结构体SUBA IV陶氏化学有限公司，厚度1.28mm，长500mm、宽为500mm的正方形样品；

次级结构体K40圣戈班(中国)投资有限公司，厚度5.0mm，长度500mm、宽度500mm的正方形样品；

主结构体万华化学集团股份有限公司，厚度3mm，长度400mm，宽度400mm；

保护结构体苏州宇宣纸业YX-75C PET，厚度0.1mm，长度400mm，宽度400mm；

上连接层双面胶带

#8625ER-140 DIC株式会社；

下连接层层双面胶带

德莎胶带(上海)有限公司；

贴合机鹤鑫精密机械有限公司HX-3c051；

砂光机青岛松泰伟业机械有限公司KS400R-P。

本发明所述材料的断裂伸长率、拉伸强度测试测试参照GB/T 528-2009进行制样、测试。

本发明所述材料的厚度、压缩率参照JIS L1096进行以下所示的厚度而获得的值来计算。

压缩率(％)＝{(T₁-T₂)/T₁}×100

T₁：从初始无压力状态向材料施加300g/cm²的压力，持续60秒后材料的厚度；

T₂：从T₁的状态进一步施加1800g/cm²的压力并持续60秒后材料的厚度。

压缩恢复率(％)＝{(T₃-T₂)/(T₁-T₂)}×100

T₁：从无压力状态向材料施加300g/cm²的压力并保持60秒后材料的厚度；

T₂：从T₁状态开始施加1800g/cm²压力60秒后的材料厚度；

T₃：当从T₂起无压力状态下保持60秒然后施加300g/cm²的压力60秒后材料的厚度。

本发明所述的粘接180°剥离测试参照FINAT FTM1 180°剥离力测试(剥离速度300mm/min)，将测试基材由SUS304不锈钢标准测试板更换为次级结构体，其余均参照上述测试标准进行测试。

实施例1

1)次级结构体表面改性

25℃条件下取1kg聚氨酯表面处理剂

置于4L桶中，加入1200g去离子水，调整固含量至30±1.5％、对应粘度5000mPa·S，使用搅拌器分散搅拌30min后置于真空烘箱中，常温抽真空30min去除气泡后置于涂布机料槽中备用，设置料槽温度为25℃，设置涂布机涂布速度为300mm/min，涂布厚度为30μm，之后将次级结构体SUBA IV平铺于涂布机台，调整涂布头使得表面处理剂均匀涂布在次级结构表面上，涂布完成后将涂布有聚氨酯类表面处理剂的次级结构体传输至烘道，烘道温度为100℃进行烘干，烘干时间为60min，待烘干后，将次级结构体背面使用如上所述步骤进行表面处理剂涂布。

2)多结构体化学机械抛光垫贴合组装

取上述改性次级结构体长300mm、宽300mm，使用双面胶带与上下连接体，通过贴合机依次贴合在一起，贴合压力为3MPa，贴合进给速度为200mm/min，贴合温度25℃；后将上述结构与带有聚氨酯空腔的主结构体使用下列工艺进行贴合组装，贴合压力为5MPa，贴合进给速度为500mm/min，贴合温度25℃；后将前述带有主结构体、表面改性的次级结构体、上下连接体的多结构体半成品与保护结构体贴合组装，贴合工艺为贴合压力为2.4MPa，贴合进给速度为450mm/min，贴合温度25℃。使用所述贴合工艺对多层结构体化学机械抛光垫进行组装复合。

实施例2

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为60μm，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

实施例3

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为80μm，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

实施例4

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的调整固含量至20±1.5％、对应粘度2000mPa·S，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

实施例5

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的表面处理剂不加入去离子水调配，即其本身固含量为49±1.5％、对应粘度8000mPa·S，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

实施例6

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的聚氨酯表面处理剂替换为

其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

实施例7

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为60μm，其他条件/工艺步骤与实施例6完全相同。

实施例8

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为80μm，其他条件/工艺步骤与实施例6完全相同。

实施例9

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的调整固含量至20±1.5％、对应粘度2000mPa·S，其他条件/工艺步骤与实施例6完全相同。

实施例10

仅将步骤1)中次级结构体表面改性的表面处理剂不加入去离子水调配，即其本身固含量为49±1.5％、对应粘度8000mPa·S，其他条件/工艺步骤与实施例6完全相同。

实施例11

1)次级结构体表面改性

25℃条件下将次级结构体K40使用砂光机进行表面砂光处理，砂带目数为120^#、300^#，砂带速度20m/s，输送带传输速度为15m/min。首先使用120#，砂带速度20m/s，输送带传输速度为15m/min，进行定厚处理，每次砂掉的厚度为0.03mm，将其定厚为4.7mm。后使用300^#，砂带速度20m/s，输送带传输速度为15m/min，进行表面、背面砂光处理，处理后的表面粗糙度Ra为5-7um，厚度为4.6mm。后使用压缩空气进行表面吹扫。

步骤2)多结构体化学机械抛光垫贴合组装的条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

对比例1(不使用聚氨酯表面处理剂的空白实验)

1)次级结构体表面改性

取2L去离子水置于涂布机料槽中备用，设置料槽温度为25℃，设置涂布机涂布速度为300mm/min，涂布厚度为30um，之后将次级结构体SUBA IV平铺于涂布机台，调整涂布头使得去离子水均匀涂布在次级结构表面上，涂布完成后将涂布有去离子水的次级结构体传输至烘道，烘道温度为100℃进行烘干，烘干时间为60min，待烘干后，将次级结构体背面使用如上所述步骤进行下表面涂布。

2)多结构体化学机械抛光垫贴合组装

将上述未经聚氨酯表面处理剂改性的次级结构体使用双面胶带与上下连接体，通过贴合机依次贴合在一起，贴合压力为3MPa，贴合进给速度为200mm/min,贴合温度25℃；后将上述结构与带有聚氨酯空腔的主结构体使用下列工艺进行贴合组装，贴合压力为5MPa，贴合进给速度为500mm/min，贴合温度25℃；后将前述带有主结构体、表面、背面改性的次级结构体、上下连接体的多结构体半成品与保护结构体贴合组装，贴合工艺为贴合压力为2.4MPa，贴合进给速度为450mm/min，贴合温度25℃。使用所述贴合工艺对多层结构体化学机械抛光垫进行组装复合。

对比例2

仅将实施例1步骤1)中次级结构体表面改性的调整固含量改为16±1.5％，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

对比例3

仅将实施例6的步骤1)中次级结构体表面改性的调整固含量改为16±1.5％，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

对比例4

仅将实施例1的步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为15μm，其他条件/工艺步骤与实施例1完全相同。

对比例5

仅将实施例6的步骤1)中次级结构体表面改性的涂布厚度改为15μm，其他条件/工艺步骤与实施例6完全相同。

对实施例1-11经表面处理改性的多结构体化学机械抛光垫次级结构体以及对比例1-5的次级体按照GB/T 528-2009的方法进行制样，后进行断裂伸长率、拉伸强度性能测试，每个实施例与对比例取5个标准试样，测试结果后取平均值，得到结果如表1。参照JISL1096测试标准对每个实施例与对比例取5个标准试样，测试结果取平均值，厚度、压缩率、压缩恢复率测试，得到结果如表1。

通过对表1数据进行分析可知，实施例中使用聚氨酯类表面处理剂对次级结构体SUBA IV进行表面改性处理后得到的产品，其机械性能对比未经处理的次级结构题明显提升，且实施例5的涂布溶液固含为49±1.5％时，涂布厚度为80μm时，其机械性能如断裂伸长率可达140％、拉伸强度可达87Mpa，且其压缩率未出现明显改变，压缩恢复性能有明显提升。在多结构体抛光垫实际使用过程中，次级结构体的压缩率对于抛光速率及抛光后的物质几何参数由至关重要的作用，故压缩率应适中，压缩率最优选为5-7％；而压缩恢复性能反映了多结构体化学机械抛光垫在长期高压、高转速条件下其自身的恢复原状的能力，其主要受次级结构体影响，故次级结构体压缩恢复性能越大，表示其在长时间压缩后依然可保持较为优异的恢复能力，故其最优选为≥60％。

表1实施例及对比例制备的次结构体的力学性能数据

	断裂伸长率％	拉伸强度Mpa	厚度mm	压缩率％	压缩恢复性％
						实施例1	86	64	1.35	6.3	64
实施例2	97	73	1.42	6.5	67
						实施例3	120	80	1.88	6.6	81
实施例4	82	60	1.34	6.1	62
						实施例5	140	87	1.87	7.0	84
实施例6	84	63	1.34	6.2	62
						实施例7	97	74	1.43	6.5	67
实施例8	116	78	1.89	6.8	73
						实施例9	78	61	1.34	6.0	60
实施例10	132	86	1.88	7.2	83
						实施例11	145	60	4.6	20	94
对比例1	62	52	1.28	6.0	60
						对比例2	65	57	1.34	6.1	60
对比例3	66	59	1.34	6.0	61
						对比例4	68	59	1.31	6.0	61
对比例5	67	60	1.30	6.2	60

对实施例1-11经表面处理改性的多结构体化学机械抛光垫次级结构体以及对比例1-5的次级结构体参照FINAT FTM1 180°剥离力测试(剥离速度300mm/min),将测试基材由SUS304不锈钢标准测试板更换为次级结构体，其余均参照上述测试标准进行测试，得到结果如表2所示。

表2上下连接层与次级结构体180°剥离测试数据

实施例1-10中使用聚氨酯类表面处理剂对次级结构体SUBA IV进行表面、背面改性处理后得到的产品，其表面、背面与上下连接层双面胶带的粘接180°剥离强度与未经处理的次级结构体对比明显提升。其上连接层胶带与改性次级结构表面180°剥离力最高可达38.02N/25mm，其下连接层双面胶带与次级结构体背面180°剥离最高可达36.72N/25mm，远远优于对比例。鉴于次级结构体表面改性处理，使得其剥离强度大大提高，本发明的多结构体化学机械抛光垫，在极大程度上避免了多结构化学机械抛光垫在高压、高转速、强酸酯的长时间使用环境中，各层结构体之间的连接牢固性，从而避免了脱层现象出现、效果尤其显著。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种多结构体化学机械抛光垫，所述抛光垫包括：

(1)主结构体；

(2)表面改性的次级结构体；

(3)保护结构体；

其中，所述的表面改性的次级结构体与上、下连接体之间的粘接剥离强度不低于30N/25mm，优选为35-50N/25mm；更优选地，所述表面改性的次级结构体的平均厚度为0.6-5mm，断裂伸长率70-150％，拉伸强度60-100MPa，压缩率0.5-30％，压缩恢复率30-100％。

2.根据权利要求1所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述主结构体选自聚氨酯、聚脲酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚氯乙烯或聚苯乙烯中的任一材质制成的薄片，优选为具有空腔结构的聚氨酯主结构体；更优选地，所述主结构体的密度不小于0.5g/cm³，Shore D硬度不小于30，拉伸强度不小于50MPa，压缩率为1-10％。

3.根据权利要求2所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述具有空腔结构的聚氨酯主结构体由至少以下三种组分混合固化而成：未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体、空心微球、多元醇或多元胺单独或复配固化剂；优选地，所述未反应的异氰酸酯(NCO)浓度不少于5％的异氰酸酯多元醇类预聚体由异氰酸酯与聚合物多元醇反应而成。

4.根据权利要求1所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述的次级结构体选自无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡、通过物理及化学发泡而得到的软质聚氨酯发泡体、聚氯乙烯发泡体中的任一种；优选为无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡，其平均厚度为0.5-4mm，断裂伸长率80-100％，拉伸强度40-60MPa，压缩率0.5-20％，压缩恢复率30-80％；更优选地，所述浸渍的聚氨酯材料主要由异氰酸酯单体、聚合物多元醇、小分子扩链剂组分构成。

5.根据权利要求4所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述的表面改性的次级结构体为无纺布材料浸渍聚氨酯而获得的毛毡并经表面改性处理而成；优选地，所述的表面改性的方法选自表面砂光、研磨、表面处理剂改性中的任一种；优选为使用表面处理剂进行次级结构体表面涂布改性。

6.根据权利要求5所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述表面改性所使用的表面处理剂选自聚氨酯(PU)类、聚丙稀酸(PA)类、聚氨酯/丙烯酸化学共混(PUA)类中的任一种，优选为聚氨酯(PU)类表面处理剂，更优选地，所述聚氨酯类表面处理剂的密度为0.5-2g/cm³，成膜温度为20-40℃，使用时的固含量为20-50％，粘度为1000-10000mPa·S。

7.根据权利要求5或6所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述使用聚氨酯类表面处理剂对次级结构体表面改性的涂布工艺，包括如下步骤：将表面处理剂使用高速搅拌器均匀分散于溶剂中并将其置于涂布机器料槽，设置料槽温度，之后将次级结构体平铺于涂布机台，调整涂布头使得表面涂饰剂均匀涂布在次级结构表面上，涂布厚度为10-100μm，优选为30-80μm，涂布速度为20-500mm/min，优选为50-300mm/min，涂布完成后将涂布有聚氨酯类表面处理剂的次级结构体传输至烘道，烘道温度为10-200℃进行烘干，烘干时间为30-60min，待烘干后，再将次级结构体背面使用以上步骤进行表面处理剂涂布。

8.根据权利要求1所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述的保护结构体为高拉伸强度、表面光滑的保护结构体，优选为表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜或高强度工业离型纸中的任一种，优选为表面涂布离型剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜或高强度工业离型纸。

9.根据权利要求1所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述上、下连接体为含基材并在基材两侧涂布胶粘剂的双面胶带；优选地，所述上连接体的基材厚度为10-100μm，胶粘剂涂布厚度为10-200μm，整体厚度为30-400μm；所述下连接体的基材厚度为10-100μm，基材上侧胶粘剂涂布厚度为10-200μm，基材下侧胶粘剂涂布厚度为5-100μm，下连接体整体厚度为30-400μm。

10.根据权利要求1所述的多结构体化学机械抛光垫，其特征在于，所述主结构体表面具有沟槽，所述沟槽的形式纹理选自放射线沟槽、螺旋线沟槽、同心圆线沟槽、纵横交错结构沟槽、多形状沟槽、偏心圆线沟槽中的任一种或多种，优选为同心圆线沟槽；更优选地，所述主结构体表面还开设有检测窗口。

11.权利要求1-10任一项所述的多结构体化学机械抛光垫的制造方法，包括将所述主结构体、上连接体、表面改性的次级结构体、下连接体、保护结构体，通过贴合机依次贴合在一起，组装复合得到所述的多结构体化学机械抛光垫，优选地，所述贴合压力为0.1-20MPa，贴合进给速度为10-2000mm/min，贴合温度0-200℃；更优选地，所述贴合压力为0.1-5MPa，贴合进给速度为100-500mm/min，贴合温度0-190℃。

12.权利要求1-10任一项所述的多结构体化学机械抛光垫或权利要求11所述制造方法得到的多结构体化学机械抛光垫，用于玻璃、金属、蓝宝石衬底、硅片或芯片的精密表面平坦化。