一種Roll-to-Roll化學機械拋光機用固結磨料拋光輥及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明本發(fā)明涉及微電子、光電子、柔性顯示器襯底制造中的超精密加工技術，特別是一種Roll-to-Roll化學機械拋光機用固結磨料拋光輥及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微電子、光電子、集成電路制造是衡量一個國家地位和綜合國力的重要標志之一，是當今世界競爭最激烈、發(fā)展最迅速的領域，只有掌握先進的微電子及光電子制造技術才能有效地控制成本和擴大生產規(guī)模，才能在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展。微電子及光電子先進制造作為國民經濟的基礎產業(yè)、先導產業(yè)、支柱產業(yè)和戰(zhàn)略性產業(yè)，對我國國民經濟、國家安全、人民生活和社會進步正在發(fā)揮著越來越重要的作用。
[0003]柔性顯示技術正逐漸改善人們的生活和交流，并顯著推進著信息可視化。近年來，柔性顯示的優(yōu)勢日益突出，柔性電子與作為平板顯示的LCD、OLED和等離子體顯示相比，具有超薄、質量輕、耐用、儲存量大、設計自由，可撓曲、可收卷和耐沖擊等性能，廣泛適用于移動電話、個人數(shù)字助理PDA、筆記本電腦、商標、安全身份文件、電子書、電子海報、汽車儀表板、RF識別系統(tǒng)、傳感器、環(huán)境顯示、醫(yī)療、普通照明、機器人感覺皮膚等工業(yè)、民用及軍事行業(yè)，柔性顯示器還可以讓顯示屏更容易成為裝飾材料，利用柔性顯示的可彎曲特性使得工程設計不局限于平面化，可實現(xiàn)多元化外型的顯示模式。
[0004]由于柔性顯示巨大的市場前景，許多國家和地區(qū)的研究機構及生產廠商投入到柔性顯示技術的研究與應用中，并取得了顯著的成果。當前，柔性電子還處在即將產業(yè)化的前夜，仍然還存在很多的技術瓶頸，對于材料、工藝、設計等還處在研究和探索的階段。柔性顯示技術是集大規(guī)模集成電路、精密加工技術、光電子技術于一體高新技術產業(yè)，涉及半導體、光學、微電子、化學材料、精密機械與加工等眾多的高科技領域。
[0005]柔性顯示襯底是研發(fā)柔性顯示器的基礎。平板顯示器都是以玻璃基板為襯底制作的，而柔性顯示器則是以柔性材料為襯底，其對柔性襯底的表面質量要求與玻璃基板一樣，表面平整度和厚度要求非常嚴格，要實現(xiàn)柔性襯底的表面質量和加工精度，目前最常用的方法是化學機械拋光技術。
[0006]化學機械拋光技術被認為是能兼顧表面粗糙度和表面平整度要求的最好的工藝方法，已成為硬脆性晶體材料、金屬材料及其它材料實現(xiàn)表面超光滑無損傷加工的最實用技術之一，并且廣泛應用于超大規(guī)模集成電路、半導體照明、光學玻璃、平板顯示等光電子、微電子、航空航天及機械工程等領域。經過分析與研究，化學機械拋光技術可能是最適合的、且完全能用于大尺寸超薄柔性顯示襯底表面的Rol 1-to- Roll高效超精密加工中，來獲得超光滑無損傷的加工表面。
[0007]開發(fā)柔性顯示器的另一個重要因素在于其工藝可能由Sheet-fed batchprocessing (單張批量生產)轉換成Roll-to-Roll manufacturing (卷對卷生產)，效率大大提高，意味著顯示器的成本可能大大降低。因此，當務之急是研究大尺寸超薄柔性顯示襯底的Roll-to-Roll高效生產技術、設備與工藝及超精密加工理論。
[0008]拋光輥是大尺寸超薄柔性顯示襯底的Roll-to-Roll化學機械拋光機中的主要部件，由于游離磨料化學機械拋光技術存在很多無法解決的問題，近年來，固結磨料化學機械拋光技術由于其巨大的優(yōu)越性，有望取代游離磨料化學機械拋光；而固結磨料化學機械拋光輥的制造是一個難題，而拋光輥的彈性層，為剛性層提供一定的彈性支撐作用，在工作時，可起到緩沖作用，保證工件表面的質量及材料去除的均勻性等，但目前，還沒有有關固結磨料Roll-to-Roll化學機械拋光輥的制造方面的文獻報道，更沒有關于固結磨料Roll-to-Roll化學機械拋光輥彈性層制造方面的報道。
[0009]目前，Roll-to-Roll化學機械拋光技術存在的具體問題如下:
(I )Roll-to-Roll拋光機采用傳統(tǒng)的游離磨料化學機械拋光技術對超薄柔性襯底材料進行拋光時，造成游離磨粒在拋光輥和工件之間分布的不均勻性，使工件各部分的材料去除率不一致，影響表面平整度。(2)由于拋光液中含有磨料，拋光后一部分磨粒會鑲嵌在工件表面，不易清洗。(3)由于拋光液成分復雜，拋光后工件表面殘留拋光液的清除是CMP后清洗的難題。(4)游離磨料拋光輥在拋光時表面易產生塑性變形，其表面逐漸變得光滑或微孔堵塞，使其容納拋光液和排除廢肩的能力降低，導致材料去除率隨時間下降。需要不斷地修整和濕潤拋光墊以恢復其表面粗糙度和多孔性，造成效率低。(5) Roll-to-Roll拋光機固結磨料化學機械拋光時，如果只有剛性層沒有彈性層，則加工工件表面劃傷嚴重、損傷高、表面質量低。
[0010]目前，Roll-to-Roll游離磨料化學機械拋光技術存在的具體問題如下:
(I )Roll-to-Roll拋光機采用傳統(tǒng)的游離磨料化學機械拋光技術對超薄柔性襯底材料進行拋光時，造成游離磨粒在拋光輥和工件之間分布的不均勻性，使工件各部分的材料去除率不一致，影響表面平整度。(2)由于拋光液中含有磨料，拋光后一部分磨粒會鑲嵌在工件表面，不易清洗。(3)由于拋光液成分復雜，拋光后工件表面殘留拋光液的清除是CMP后清洗的難題。(4)游離磨料拋光輥在拋光時表面易產生塑性變形，其表面逐漸變得光滑或微孔堵塞，使其容納拋光液和排除廢肩的能力降低，導致材料去除率隨時間下降。需要不斷地修整和濕潤拋光墊以恢復其表面粗糙度和多孔性，造成效率低。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種Roll-to-Roll化學機械拋光機用固結磨料拋光輥及其制備方法。
[0012]本發(fā)明的技術方案是:
一種Roll-to-Roll化學機械拋光機用固結磨料拋光輥，其特征在于:游離磨料拋光輥的兩側分別設有拋光輥左端支撐機構和拋光輥右端支撐機構，游離磨料拋光輥的外側設有游離磨料拋光輥基體層，游離磨料拋光輥基體層的外側設有彈性層，彈性層的外側設有剛性層。
[0013]其剛性層的組分與重量百分比的比例如下:磨料0.5.10%，光固化樹脂5%?45%，活性稀釋劑5%?41%，光引發(fā)劑4%?7%，促進劑0.05%?5%，表面性能調節(jié)劑0.05%?3%，輔助劑 0.05%~5%，填料 1%~4%，顏料 0.02%。
[0014]所述的磨料為白剛玉微粉、碳化硅微粉、二氧化鈰微粉或金剛石微粉中的一種或二種混合物，這些微粉的粒徑是50nm~56 μπι;所述的光固化樹脂為改性環(huán)氧丙烯酸脂、官能度大于3的聚氨酯丙烯酸酯、官能度大于3的聚酯丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物；所述的活性稀釋劑為季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二縮三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物；所述的光引發(fā)劑為2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦中的一種或兩種的混合物；所述的促進劑為聚二甲基硅油、改性聚硅氧烷中的一種或兩種的混合物；所述的表面性能調節(jié)劑為硬脂酸鋁、桐油、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟中的一種或兩種的混合物；所述的輔助劑為2，6- 二叔丁基對甲苯酚；所述的填料為白炭黑、高嶺土、滑石粉、硅藻土中的一種或兩種的混合物。
[0015]其彈性層的組分與重量百分比如下:光固化樹脂20%?60%，附著劑2%~10%，活性稀釋劑20%?50%，光引發(fā)劑5%?15%，促進劑0.5%?7%，輔助劑0.5%~4%，填料0.5%~5%。
[0016]所述的光固化樹脂為官能度小于4的聚氨酯丙烯酸酯、官能度小于4的聚酯丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物；所述的附著劑為線性大分子聚丙烯酸脂、UV金屬底處理劑中的一種或兩種的混合物；所述的活性稀釋劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二縮丙二醇二丙烯酸酯、三縮丙二醇二丙烯酸酯中的一種或兩種的混合物；所述的光引發(fā)劑1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、2，4，6-三甲基苯甲?；交⑺嵋阴ブ械囊环N或兩種的混合物；所述的促進劑為磷酸三丁酯、聚醚中的一種或兩種的混合物；所述的輔助劑為對羥基苯甲醚；所述的填料為核桃殼粉，直徑為75Mffl~125Mffl。
[0017]—種Roll-to-Roll化學機械拋光機用固結磨料拋光輥的制備方法，其特征是它包括以下步驟:
(1)準備若干玻璃器皿及攪拌器，
(2)按上述權利要求2、3中所述的制備原料分別進行選取，待用；
(3)將彈性層光固化模具安裝在沒有固化的拋光輥基體上；
(4)調整光固化機的固化參數(shù):調整拋光輥軸驅動電機轉速為60r/min、模具上表面距光源30mm、回轉工作臺電機轉速為60r/min、定時器設置5分鐘；
(5)首先將準備好的權利要求3中所述的光固化樹脂倒入攪拌器內，然后倒入權利要求3