技術領域

本發(fā)明涉及研磨加工領域，具體涉及一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊及其制備方法。

背景技術：

半導體襯底的制備需要經過長晶、切割、研磨和拋光等機械加工過程，研磨過程主要是去除切割產生的劃痕并為化學機械拋光奠定基礎，研磨質量的好壞將直接影響到后期襯底拋光的成功與否。

制備軟脆性晶體襯底使用常規(guī)的加工工藝往往是不合適的，比如藍寶石的研磨方案，即首先使用碳化硼和鑄鐵盤進行粗磨隨后使用金剛石和銅盤進行精磨的兩步方案，此方案加工軟脆性晶體結果存在如下的問題，（1）軟脆的晶體硬度遠比藍寶石要低，用藍寶石研磨方案中粗加工過程導致晶體的材料去除率過快，使得晶面易產生劃痕、崩邊等缺陷，進而提升晶體的不良率；（2）上述方案精研磨過程中金剛石研磨液和銅盤等耗材的使用成本過高，使得晶體的加工成本居高不下，最終將會導致產品失去市場競爭力。上述研磨墊（或研磨盤）為金屬制的鑄鐵盤和銅盤，此外市面上部分發(fā)明專利提及包含有聚氨酯樹脂的無紡布基或化纖基的研磨墊，但是加工對象主要為硬脆性晶體材料，如藍寶石、碳化硅、二氧化硅玻璃和硅片等半導體材料，并不是適合軟脆性晶體的研磨拋光加工，加工效率和加工質量并不理想。

目前，軟脆性晶體材料的加工針對不同材料有使用傳統(tǒng)古典的光整加工方案，如使用瀝青盤等磨盤作為研磨墊配合金剛石磨粒進行研拋，或使用其他常見的光整加工方式，如使用拋光布配合各式研磨液進行研拋，但是上述加工方法中要么制備工藝過程相對繁瑣，要么生產成本偏高。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，提高了軟脆性晶體材料的良品率，提升了目標產品的市場競爭力。

本發(fā)明的另外一個目的在于提供一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，該方法投入成本低、無污染、可產業(yè)化。

為解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，由下而上依次包括研磨墊布基，膠粘層，研磨層，所述研磨層由磨料與研磨助劑混合而成。

作為上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊優(yōu)選的是，所述研磨墊布基為質感粗糙的布料。

作為上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊優(yōu)選的是，所述膠粘層由EP5（水乳液型聚氨酯膠粘劑），RPU 069（水乳型非離子聚氨酯膠粘劑）或RPU 048（水分散型聚氨酯膠粘劑）中至少兩種混合而成。

作為上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊優(yōu)選的是，所述磨料為人造金剛石，粒徑為1-3微米。

作為上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊優(yōu)選的是，所述研磨助劑由流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合而成。

作為優(yōu)選的是，所述表面活性劑為脂肪酰胺磺基琥珀酸單酯、N-月桂?；“彼徕c、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸銨、脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸單酯二鈉、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸鈉、二辛基磺基琥珀酸二鈉、二-2-乙基己基磺基琥珀酸鈉、月桂基硫酸鈉、月桂基硫酸鉀、十二烷基苯硫酸鹽、α- 烯烴磺酸鹽、木質素磺酸鹽、全氟丁烷磺酸鹽、直鏈脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯、異構十碳醇聚氧乙烯醚、異構十三碳醇聚氧乙烯醚或硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚中的任意一種或兩種以上混合物。

作為優(yōu)選的是，所述流變改性劑為羧甲基纖維素CMC、羥乙基纖維素、羥丙基甲基纖維素卡拉膠、黃原膠、羥丙基瓜爾膠、卡波姆或丙烯酸聚合物中的任意一種或兩種以上混合物。

上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，選研磨墊布基；

步驟2，按照質量分數(shù)計，稱取粘膠劑20%-50%，另外稱取磨料1%-10%、流變改性劑1%-10%、表面活性劑1%-10%，余量為去離子水，并將流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合均勻后作為研磨助劑備用；

步驟3，將粘膠劑稀釋盆噴涂于研磨墊布基表面，形成厚度為0.2-1微米膠粘層；

步驟4，將磨料均勻分散在研磨助劑后，噴涂在膠粘層上形成研磨層，得研磨墊半成品；

步驟5，將研磨墊半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨墊。

有益效果

該研磨墊主要針對軟脆性晶體材料的研磨和拋光，尤其適合莫氏硬度低于5的軟質晶體，同時也可用于硬度稍高的脆性晶體的研拋。相比目前市面上常見的研磨盤、研磨墊、拋光布等材料，本發(fā)明具有制備過程簡單，制作成本低，使用本發(fā)明加工軟脆晶體材料的研磨效率高，研磨過程中綠色無污染，目標產品的表面質量提升顯著，亞表面損傷程度低。

附圖說明

圖1為鈮酸鋰研磨前晶面三維形貌；

圖2為鈮酸鋰研磨后晶面三維形貌；

圖3為氧化鎵研磨前晶面三維形貌；

圖4為氧化鎵研磨后晶面三維形貌；

圖5為二氧化硅研磨前晶面三維形貌；

圖6為二氧化硅研磨后晶面三維形貌。

具體實施方式

實施例1

一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，由上而上依次包括研磨墊布基，膠粘層，研磨層，所述研磨層由磨料與研磨助劑混合而成。其中膠粘層由EP5和RPU 069混合而成，磨料為人造金剛石，粒徑規(guī)格為W3。

上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，選羊毛布料作為研磨墊布基；

步驟2，按照質量分數(shù)計，稱取EP5 45%、RPU069 5%待用，再稱取磨料10%、PEG-1000 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸單酯5%，余量為去離子水，并將流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合均勻后作為研磨助劑備用；

步驟3，將EP5和RPU 069混合后稀釋噴涂于研磨墊布基表面，形成厚度為0.2-1微米膠粘層；

步驟4，將磨料均勻分散在研磨助劑后，噴涂在膠粘層上形成研磨層，得研磨墊半成品；

步驟5，將研磨墊半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨墊。

使用該研磨墊在精密研磨機上研磨鈮酸鋰襯底基片后，使用基恩士三維形貌儀觀察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如圖1所示，研磨后晶片表面形貌如圖2所示，結果表明晶片的表面粗糙度由622nm降至75nm，表面的質量得到顯著提高。

實施例2

一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，由上而上依次包括研磨墊布基，膠粘層，研磨層，所述研磨層由磨料與研磨助劑混合而成。其中膠粘層由EP5 和RPU 048混合而成，磨料為人造金剛石，粒徑規(guī)格為W3。

上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，選羊毛布料作為研磨墊布基；

步驟2，按照質量分數(shù)計，稱取EP5 5%和RPU 048 45%待用，再稱取磨料10%、PEG-600 3%、烷醇酰胺3%，余量為去離子水，并將流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合均勻后作為研磨助劑備用；

步驟3，將EP5 和RPU 048混合后稀釋噴涂于研磨墊布基表面，形成厚度為0.2-1微米膠粘層；

步驟4，將磨料均勻分散在研磨助劑后，噴涂在膠粘層上形成研磨層，得研磨墊半成品；

步驟5，將研磨墊半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨墊。

使用該研磨墊在精密研磨機上粗研磨氧化鎵襯底基片后，使用基恩士三維形貌儀觀察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如圖3所示，研磨后晶片表面形貌如圖4所示，結果表明晶片的表面粗糙度由316nm降至179nm，表面的質量得到有效改善。

實施例3

一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，由上而上依次包括研磨墊布基，膠粘層，研磨層，所述研磨層由磨料與研磨助劑混合而成。其中膠粘層由RPU 069和RPU048混合而成，磨料為人造金剛石，粒徑規(guī)格為W3。

上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，選羊毛布料作為研磨墊布基；

步驟2，按照質量分數(shù)計，稱取RPU069 45%和RPU048 5%，再稱取磨料6%、PEG-400 5%、脂肪酰胺磺基琥珀酸單酯5%，余量為去離子水，并將流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合均勻后作為研磨助劑備用；

步驟3，將RPU 069和RPU 048混合后稀釋噴涂于研磨墊布基表面，形成厚度為0.2-1微米膠粘層；

步驟4，將磨料均勻分散在研磨助劑后，噴涂在膠粘層上形成研磨層，得研磨墊半成品；

步驟5，將研磨墊半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨墊。

使用該研磨墊在精密研磨機上粗研磨二氧化硅襯底基片后，使用基恩士三維形貌儀觀察晶面形貌，研磨前晶片表面形貌如圖5所示，研磨后晶片表面形貌如圖6所示，結果表明晶片的表面粗糙度由346nm降至155nm，表面的質量得到顯著提高。

實施例4

一種用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊，由上而上依次包括研磨墊布基，膠粘層，研磨層，所述研磨層由磨料與研磨助劑混合而成。其中膠粘層由EP5、069和048混合而成，磨料為人造金剛石，粒徑規(guī)格為W3。

上述用于加工軟脆性晶體材料的研磨墊的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，選羊毛布料作為研磨墊布基；

步驟2，按照質量分數(shù)計，稱取EP5 10%、RPU 069 35%和RPU 048 5%，再稱取磨料8%、PEG-400 3%、脂肪酰胺磺基琥珀酸單酯3%，余量為去離子水，并將流變改性劑、表面活性劑和去離子水混合均勻后作為研磨助劑備用；

步驟3，將EP5、RPU069和RPU048混合后稀釋盆噴涂于研磨墊布基表面，形成厚度為0.2-1微米膠粘層；

步驟4，將磨料均勻分散在研磨助劑后，噴涂在膠粘層上形成研磨層，得研磨墊半成品；

步驟5，將研磨墊半成品在80-120℃下烘干即得成品研磨墊。

使用該研磨墊在精密研磨機上研磨鈮酸鋰襯底基片后，使用基恩士三維形貌儀觀察研磨前后晶面形貌，結果表明晶片的表面粗糙度由636nm降至65nm，表面的質量得到顯著提高。