【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自清洁材料，具体涉及一种双疏涂层的制备方法、所制备的双疏涂层及应用。
技术介绍
1、化学机械平坦化（cmp）作为在集成电路（ic）制造过程中实现多级金属化以及栅极和沟道材料掺入的最关键技术之一，是半导体制造中必不可少的平坦化工艺。然而，在cmp工艺中使用的抛光液里含有一定量的研磨纳米颗粒（如sio2、ceo2等），且伴随着抛光过程中由于机械研磨作用抛光液因升温而水分蒸发，使磨料浓度增大，导致纳米磨料粒子局部过饱和，而升温也会加快胶体颗粒的运动，导致纳米粒子团聚，附着在抛光设备表面，形成白色的结晶物难以清洗，严重影响着后续的工艺及生产。同时，由于抛光设备为金属材料，抛光液的长期使用对设备也会造成一定程度的腐蚀。但目前对于抛光液体系中纳米粒子的团聚问题并没有一个明确方案，因此，在抛光设备上涂敷兼具防腐和自清洁性能的双疏涂层成为一种有效的解决办法。
2、低表面能和表面微观结构是形成双疏涂层的两个先决条件。传统的双疏涂层的制备方法，是通过加入低表面能的物质进行修饰。但由于低表面能物质一般具有长的（氟）碳链，烷基基团或者芳香基团等，而这些基团分子结构相对柔软，这使得其分子在涂层中相对容易发生变形，降低了涂层的整体刚性。此外，这些低表面能的分子结构通常不利于分子间的相互作用，使涂料内部的作用力减弱，致使涂层的硬度降低。这导致涂层的双疏性能和涂层的机械性能相互矛盾，也限制了超双疏涂层在实际生产中应用。
3、在涂层中制备中，加入合适剂量的填料粒子是较为常见的技术手段，虽然加入填料粒子在一定程度上可以有助于增
4、因此，如何在抛光设备中制备兼具一定硬度和双疏性能的涂层，保持抛光设备表面清洁，是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术根据树脂及填料粒子原料本身的性质，来确定在该涂层内构造连续的粗糙表面结构所需填料粒子的最小量。从而调控填料粒子在涂层中的分布，使得填料粒子可以在涂层中构造出连续的粗糙表面结构，最终制备出具有耐久性的高硬度双疏涂层。
2、在涂层固化的过程中，在树脂与挥发性溶剂能够较好相容的情况下，伴随溶剂的挥发过程，涂层内部逐渐形成空隙，并经历浸渍状态（填料粒子完全浸润在树脂溶液中），毛细管状态（涂料内部出现空隙，但填料粒子仍完全浸润在树脂溶液中），链锁状态（涂料内部空隙进一步增大，填料粒子之间开始形成液桥，并通过液桥力相连），摆动状态（填料粒子之间的液桥力趋于平衡）四种液相过程。因此通过调控涂层中溶剂和树脂以及填料粒子的用量，可以调控填料粒子在液相过程中的液桥力，使填料粒子之间通过液桥力实现聚集和联结，从而使填料粒子在涂料固化过程中形成连续的表面粗糙结构。
3、连续粗糙的表面结构类似于cassie-baxter模型，空气被困在粗糙表面上的空腔内，且填充的空气作为阻隔层，从而增大液滴的实际接触角，有利于涂层表面双疏性能的构建。为了更方便的形成上述连续粗糙的表面结构，其中填料粒子的质量分数是形成该表面结构的关键。
4、第一方面，本专利技术提供了一种双疏涂层的制备方法，制备方法包括如下步骤：将树脂、固化剂与溶剂混合后得到树脂涂料，将填料粒子与树脂涂料混合后得到混合料，将混合料涂覆于基材表面，混合料在基材表面固化后得到双疏涂层，根据树脂涂料中树脂的质量分数、填料粒子的密度和固化后树脂的密度，来得到混合料中填料粒子的质量分数w的最小值。
5、作为本专利技术的具体实施方式，混合料中填料粒子的质量分数w满足，其中
6、ρ粒子为填料粒子的密度；
7、ρ树脂为固化后树脂的密度；此处固化后树脂的密度为树脂中加入固化剂后，固化后树脂的密度；具体的，固化后树脂的密度为在混合料中不添加填料粒子时，混合料固化后的密度；
8、n为树脂涂料中树脂的质量分数，n为树脂与固化剂的质量之和/树脂、固化剂和溶剂的质量之和；
9、作为本专利技术的具体实施方式，混合料中填料粒子的质量分数w小于65％。本专利技术中混合料中填料粒子的质量分数w也不宜过大，否则双疏涂层的性能也会下降。
10、混合料中填料粒子的质量分数的计算过程为：
11、（1）假设双疏涂层中填料粒子是粒径为r的球体，将双疏涂层划分为m个立方体单元，立方体单元以单个填料粒子为中心，当填料粒子构建起连续的复合粗糙结构时，填料粒子相互接触，立方体单元各面与填料粒子相切，详见附图1。
12、（2）立方体单元除去填料粒子后的体积为：
13、式i；
14、（3）m的值为：
15、式ⅱ；
16、式ⅱ中，m为混合料的总质量，w为混合料中填料粒子的质量分数，ρ粒子为填料粒子的密度；
17、（4）每一个立方体单元中树脂的体积v树脂为
18、式ⅲ，
19、式ⅲ中，ρ树脂为固化后树脂的密度；n为树脂涂料中树脂的质量分数；
20、式iii的计算过程为，首先，将m带入，即得到式ⅲ；
21、（5）当固化后的树脂不足以填充填料粒子之间的孔隙时，填料粒子自发聚集形成复合粗糙结构，此时，树脂将包覆填料粒子形成的复合粗糙结构表面。
22、因此，使得填料粒子可以在涂层中构造出粗糙表面结构，需满足：，此时填料粒子的质量分数w为：。
23、当涂层中填料粒子的质量分数满足上式，粒子之间即可构建出连续的复合粗糙结构。以上计算表明混合料中填料粒子的质量分数的最小值与填料粒子的密度ρ粒子和固化后树脂的密度ρ树脂，以及树脂涂料中树脂的质量分数n有关。
24、作为本专利技术的具体实施方式，填料粒子的直径为5~15μm。
25、作为本专利技术的具体实施方式，ρ树脂为1.0~1.6 g/cm³。
26、作为本专利技术的具体实施方式，树脂选自有机硅树脂，聚氨酯树脂，环氧树脂，聚丙烯酸树脂，聚脲树脂，酚醛树脂，氨基树脂，醇酸树脂、聚偏氟乙烯树脂中的至少一种。
27、作为本专利技术的具体实施方式，ρ粒子为0.9~3.9g/cm³。
28、作为本专利技术的具体实施方式，填料粒子选自轻钙粉、硅藻土、高岭土、二氧化硅、重钙粉、硅酸盐、滑石粉、石膏粉、碳化硅、氮化硼、氧化铝、二氧化钛中的至少一种。
29、作为本专利技术的具体实施方式，ρ树脂与ρ粒子差的绝对值为0.1~2g/cm³。
30、在混合料的固化过程中，填料粒子会不可避免的由于重力作用沉降到涂层底部或漂浮在涂层上部，而造成涂层上下部分不一致的情况。因此优选与树脂密度相近的填料粒子。
31、作为本专利技术的具体实施方式，溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿中的一种或几种。溶剂的种类会影响本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双疏涂层的制备方法，所述制备方法包括：将树脂、固化剂与溶剂混合后得到树脂涂料，将填料粒子与树脂涂料混合后得到混合料，将混合料涂覆于基材表面，所述混合料在基材表面固化后得到所述双疏涂层，其特征在于，根据树脂涂料中树脂的质量分数、填料粒子的密度和固化后树脂的密度，来得到混合料中填料粒子质量分数w的最小值。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合料中填料粒子的质量分数w满足，，其中
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述填料粒子的粒径为5~15μm；
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述树脂选自有机硅树脂，聚氨酯，环氧树脂，聚丙烯酸树脂，聚脲树脂，酚醛树脂，氨基树脂，醇酸树脂、聚偏氟乙烯树脂中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述n的值为30wt％~80wt％。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述填料粒子为经疏水改性后的填料粒子。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述固化剂选自胺类固化剂、酸酐、异氰
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，固化条件包括：固化温度低于所述溶剂沸点的10~20℃；
9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法所制备得到的双疏涂层，其特征在于，所述双疏涂层的水接触角为128°~145°，所述双疏涂层的油接触角为120°~140°，所述双疏涂层的耐磨性达到500/g，硬度达到3H，附着力为1级。
10.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法所制备得到的双疏涂层或权利要求9所述的双疏涂层在化学机械平坦化过程中抛光设备清洁中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种双疏涂层的制备方法，所述制备方法包括：将树脂、固化剂与溶剂混合后得到树脂涂料，将填料粒子与树脂涂料混合后得到混合料，将混合料涂覆于基材表面，所述混合料在基材表面固化后得到所述双疏涂层，其特征在于，根据树脂涂料中树脂的质量分数、填料粒子的密度和固化后树脂的密度，来得到混合料中填料粒子质量分数w的最小值。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合料中填料粒子的质量分数w满足，，其中
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述填料粒子的粒径为5~15μm；
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述树脂选自有机硅树脂，聚氨酯，环氧树脂，聚丙烯酸树脂，聚脲树脂，酚醛树脂，氨基树脂，醇酸树脂、聚偏氟乙烯树脂中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述n的值为30wt％~8...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛芳，蒋继乐，
申请(专利权)人：北京特思迪半导体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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