專利名稱：拋光墊及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光墊及其生產(chǎn)方法。更具體地，本發(fā)明涉及具有拋光層的拋光墊及其生產(chǎn)方法，該拋光層包括聚合物基質(zhì)和分散在聚合物基質(zhì)里的水溶性微粒。拋光墊適用于拋光半導(dǎo)體晶片和其他待拋光基質(zhì)的表面。
背景技術(shù)：
近幾年來，作為能夠形成具有高光滑度表面的拋光方法，CMP(化學(xué)機械拋光)已經(jīng)引起了人們的注意。在CMP中，待拋光表面通過漿液使拋光墊和表面相向滑動而達到拋光，該漿液是一種含有磨料微粒分散在其中的水基分散體，并能夠在拋光墊的表面由上而下的流動。在CMP中，明顯影響生產(chǎn)率的一個因素是拋光速率。已經(jīng)證實通過提高常規(guī)量中漿液的保留量而使拋光速率明顯提高。
在CMP中，到目前為止，含有細空氣氣泡的聚氨酯泡沫材料被使用拋光墊，通過保留在樹脂泡沫表面的孔里(在下文稱作“孔隙”的)的漿液達到拋光。
然而，難以控制聚氨酯泡沫的發(fā)泡程度以達到所需的程度。在整個泡沫材料中，更難以通過發(fā)泡控制空氣氣泡尺寸、泡沫密度和其它特性的均勻。因此，隨著含有聚氨酯泡沫拋光墊性質(zhì)的變化，由此導(dǎo)致拋光速率和所得拋光墊狀況的變化。
帶有可溶性材料分散在其中的多種樹脂由于更易通過控制發(fā)泡形成拋光墊中的孔隙，從而它們被用作拋光墊而聞名(日本專利申請公開號500622/1996和日本專利申請公開號33552/2000，34416/2000和334455/2001)。在這些申請中，前兩個申請?zhí)岬搅税扇苄圆牧系膾伖鈮|的效率。然而，并沒有對聚合物基質(zhì)被實際用作拋光墊進行研究。同時，在后兩個申請中，研究了其中的組成材料，更穩(wěn)定的拋光和拋光速率的提高得到認可。然而，在漿液保持性和拋光速率方面，需要更穩(wěn)定的拋光和進一步的提高。
另外，在壓平待拋光基質(zhì)的水平面方面，也需要進一步的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于上述背景進行構(gòu)思。本發(fā)明的目的之一是提供一種拋光墊和生產(chǎn)拋光墊的方法。該拋光墊在拋光過程甚至在磨光后，拋光穩(wěn)定性和漿液保持性表現(xiàn)極好，顯示出高的拋光速率，壓平待拋光基質(zhì)性能極好并且不產(chǎn)生刻痕。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點通過以下的說明將變得更加明顯。
根據(jù)本發(fā)明，首先，通過包括以下步驟的生產(chǎn)拋光墊的方法實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點在交聯(lián)劑里分散水溶性微粒以產(chǎn)生分散體，將分散體和多異氰酸酯和/或異氰酸酯封端的尿烷預(yù)聚物混合以產(chǎn)生混合溶液，和使混合溶液進行反應(yīng)以產(chǎn)生含有拋光層的拋光墊，該拋光層具有分散在聚合物基質(zhì)中的水溶性微粒。
根據(jù)本發(fā)明，其次，通過由本發(fā)明的上述方法獲得的拋光墊，來實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點，該拋光墊包含在聚合物基質(zhì)中分散有水溶性微粒的拋光層。
具體實施例方式
以下將詳細說明本發(fā)明。
在拋光墊中，具有如在拋光時保留漿液和暫時保留拋光廢料功能的孔隙，必須在拋光前形成。本發(fā)明的拋光墊具有聚合物基質(zhì)的拋光層，該聚合物基質(zhì)包括聚氨酯或聚氨酯-尿素以及分散在聚合物基質(zhì)里的可溶性微粒。在拋光時，水溶性微粒與含有介質(zhì)和固體的漿液接觸，并通過溶解在水里或因水而溶脹而被除去。從而，可以產(chǎn)生孔隙。由于這種機理，在待拋光本發(fā)明的拋光墊的表層形成適合保留漿液并且尺寸非常均勻的孔隙，該表層保留有拋光所需的漿液。并且，由于具有水溶性微粒的拋光墊的內(nèi)部是非孔結(jié)構(gòu)，拋光墊硬度高、耐壓強度高并且壓平待拋光基質(zhì)的性能優(yōu)異。而且，由于獲得了在耐斷裂強度和耐磨強度方面較為優(yōu)異的聚合物基質(zhì)，在對抗高壓即拋光墊在拋光過程接受待拋光基質(zhì)的壓力，或者對抗外壓例如通過鉆石修整器進行的磨光處理時的壓力時，拋光墊表面的變形和磨損受到抑制，可以獲得優(yōu)異的拋光穩(wěn)定性和漿液保持性，并且可以獲得高的拋光速率。
水溶性微粒在本發(fā)明中，水溶性微粒分散在聚合物基質(zhì)里。在使用拋光墊時，當水溶性微粒和水或用于在拋光墊的表層進行拋光處理的水基分散體漿液接觸以進行磨光處理時，水溶性微粒從非水溶性聚合物基質(zhì)中離去。當水溶性微粒和水接觸并溶解在水里或漿液中含有的水里時，離去也可會發(fā)生。當水溶性微粒由于吸收水并形成凝膠發(fā)生溶脹時，離去也會發(fā)生。而且，除了水，通過接觸包含醇基溶劑如甲醇的水基混合介質(zhì)，水溶性微粒也可以溶解或溶脹。
除了形成孔隙之外，由于存在于拋光墊的內(nèi)部用以減少施壓時待拋光基質(zhì)的刻痕程度，水溶性微粒還具有增加拋光墊的平直度的作用。例如，由于含有水溶性微粒，本發(fā)明的拋光墊可以具有35或更高的肖氏硬度D，更優(yōu)選50-95，更加優(yōu)選60-90。當肖氏硬度D是35或更高時，可以將高壓施加于待拋光基質(zhì)，并相應(yīng)的提高拋光速率。
另外，由于水溶性微粒的存在，可以獲得待拋光基質(zhì)的高拋光水平面。因此，水溶性微粒優(yōu)選為在拋光墊中能夠確保滿意平直度的固體微粒。
構(gòu)成水溶性微粒的材料并沒有特別的限制。例如，可以使用有機水溶性微粒和無機水溶性微粒。有機水溶性微粒的具體例子包括糖類如淀粉、多糖如糊精和環(huán)糊精，乳糖，甘露糖醇，纖維素如羥基丙基纖維素和甲基纖維素，蛋白質(zhì)，聚乙烯乙醇，聚乙烯基吡咯烷酮，聚丙烯酸及其鹽，聚氧乙烯，水溶性感光樹脂，磺化聚異戊二烯和磺化聚異戊二烯共聚物。同時，無機水溶性微粒材料的具體例子包括醋酸鉀、硝酸鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀、氯化鉀、溴化鉀、磷酸鉀和硝酸鎂。以上水溶性微粒材料可以單獨使用，也可以兩種或多種合并使用。
此外，水溶性微粒的平均粒子直徑優(yōu)選為0.1至500μm，更優(yōu)選0.5至300μm，更加優(yōu)選1至100μm，最優(yōu)選10至90μm。而且，通過除去水溶性微粒所形成的孔隙尺寸優(yōu)選0.1至500μm，更優(yōu)選0.5至300μm，更加優(yōu)選1至100μm，最優(yōu)選10至90μm。當水溶性微粒的平均粒子直徑小于0.1μm時，形成在尺寸上比使用的磨料微粒小的孔隙，因此，難以獲得有效地保留漿液的拋光墊。同時，當平均粒子直徑大于500μm時，形成的孔隙尺寸過大，因此，容易獲得機械強度低和拋光速率低的拋光墊。
當拋光層含有水溶性微粒并且聚合物基質(zhì)的體積為100％時，水溶性微粒的容量優(yōu)選為0.5至70％體積，更優(yōu)選1至60％體積，更加優(yōu)選2至45％體積。當水溶性微粒的容量低于0.5％體積時，在拋光墊上將不能形成有效的孔隙，因此拋光墊的拋光速率容易變低。同時，當水溶性微粒的容量高于70％體積時，難以全面地防止膨脹或者在拋光時拋光墊中存在的水溶性微粒的不溶，因此，難以保持拋光墊合適大小的硬度和機械強度。
此外，以重量為基礎(chǔ)的水溶性微粒的含量可以用以下方式計算。例如，當比重約為1.5的糖類被用作水溶性微粒時，反應(yīng)完成后比重為1.15的聚氨酯被用作聚合物基質(zhì)時，以拋光層重量為100％作基準，水溶性微粒的重量為0.7至75.3％，更優(yōu)選1.3至66.2％，更加優(yōu)選2.6至51.6％。此外，當使用比重約為1.15的聚丙烯酸，聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯氧化物作為水溶性微粒，反應(yīng)完成后比重為1.15的聚氨酯作為聚合物基質(zhì)時，以拋光層重量為100％作基準，水溶性微粒的重量為0.5至70％，更優(yōu)選1至60％，更加優(yōu)選2至45％。此外，當使用比重約為2的無機水溶性微粒如硝酸鉀作為水溶性微粒，反應(yīng)完成后比重為1.15的聚氨酯作為聚合物基質(zhì)時，以拋光層重量為100％作基準，水溶性微粒的重量為0.9至80.2％，更優(yōu)選1.7至72.3％，更加優(yōu)選3.4至58.7％。
此外，優(yōu)選水溶性微粒溶解在水里，僅當其暴露在拋光墊的表層并且在拋光墊內(nèi)部既不吸收水汽也不溶脹。因此，水溶性微?？梢跃哂型鈿び脕硪种浦辽偈遣糠直砻娴乃?。外殼可以是物理吸附在水溶性微粒上或與水溶性微?；瘜W(xué)鍵合。殼還可以通過物理吸附或化學(xué)結(jié)合接觸水溶性微粒。形成這樣的外殼材料的具體例子包括環(huán)氧樹脂，聚酰胺樹脂和硅樹脂。甚至只在水溶性微粒的部分表面形成外殼時，外殼仍然能夠有效地發(fā)揮上述作用。
交聯(lián)劑在本發(fā)明中，交聯(lián)劑是一種在分子上至少有兩個能夠與將在后面描述的多異氰酸酯的氰酸鹽官能團反應(yīng)的活性氫官能團的化合物。帶有活性氫官能團的具體例子包括羥基，伯氨基，仲氨基和羧基。根據(jù)與異氰酸鹽的高的反應(yīng)性，優(yōu)選羥基和氨基。而且，更優(yōu)選羥基以獲得良好的水溶性微粒的分散體。分子中含活性氫官能團的數(shù)量至少為2，特別是2到4。其中，優(yōu)選2或3。而且，含有一個或多個這樣官能團的化合物，例如，分子中帶有兩個含活性氫官能團的化合物和分子中帶有三個含活性氫官能團的化合物可以結(jié)合使用。含羥基化合物的一個例子是多元醇化合物。多元醇化合物的具體例子包括分子兩端含有羥基的二醇化合物如聚醚二醇，聚酯二醇，聚碳酸酯二醇，聚醚碳酸酯二醇和聚酯碳酸酯二醇。另外，也可以使用在分子中帶有至少三個羥基官能的多官能聚醚多元醇，多官能聚酯多元醇，多官能聚碳酸酯多元醇，多官能聚醚碳酸酯多元醇或多官能聚酯碳酸酯多元醇。而且，也可以使用在分子中帶有至少兩個羥基官能團的多官能團的低分子量醇。分子兩端帶有兩個羥基的二醇化合物的具體例子包括聚醚二醇如脂肪族聚醚二醇，脂環(huán)族聚醚二醇或芳香族聚醚二醇，聚酯二醇，聚碳酸酯二醇，聚己內(nèi)酯二醇，通過二醇和多異氰酸酯反應(yīng)合成的多元醇，和其它多元醇。這些多元醇可以單獨使用，也可以兩個或多個結(jié)合使用。
脂肪族聚醚二醇的具體例子包括聚乙二醇，聚丙二醇，聚四亞甲基二醇，聚己撐二醇，聚環(huán)庚烷二醇，聚十亞甲基二醇，和通過至少兩個可離子聚合的環(huán)狀化合物開環(huán)共聚所得到的聚醚二醇。
上述環(huán)狀化合物的具體例子包括環(huán)醚如環(huán)氧乙烯，環(huán)氧丙烷，氧化丁烯-1，氧化異丁烯，3，3-二氯甲基氧雜環(huán)丁烷，四氫呋喃，2-甲基四氫呋喃，3-甲基四氫呋喃，二氧己環(huán)，三氧己環(huán)，四氧己環(huán)，氧化環(huán)己烯，氧化苯乙烯，表氯醇，甲基丙烯酸縮水甘油酯，烯丙基縮水甘油醚，烯丙基縮水甘油碳酸酯，丁二烯一氧化物，異戊二烯一氧化物，乙烯基氧雜環(huán)丁烷，乙烯基四氫呋喃，乙烯基環(huán)己烯氧化物，苯基縮水甘油醚，丁基縮水甘油醚和苯甲酸縮水甘油酯。
通過至少兩個可離子聚合的環(huán)狀化合物開環(huán)共聚所得到的聚醚二醇的具體例子包括從四氫呋喃和氧化丙烯結(jié)合，四氫呋喃和2-甲基四氫呋喃結(jié)合，四氫呋喃和3-甲基四氫呋喃結(jié)合，四氫呋喃和氧化乙烯結(jié)合，氧化丙烯和氧化乙烯結(jié)合或氧化丁烯-1和氧化乙烯結(jié)合得到的二元共聚物二醇；和通過四氫呋喃，氧化丁烯-1和氧化乙烯結(jié)合得到的三元聚合物二醇。
此外，也可以使用通過上述環(huán)狀化合物與環(huán)狀亞胺如乙烯亞胺；環(huán)狀內(nèi)酯酸如β-丙醇酸內(nèi)酯或丙交酯甘醇酸酯；或二甲基環(huán)聚硅氧烷的開環(huán)聚合反應(yīng)得到的聚醚二醇。上述脂肪族聚醚二醇也可以使用商業(yè)產(chǎn)品如PTMG650，PTMG1000和PTMG2000(三菱化學(xué)公司的產(chǎn)品)，PPG400，PPG1000，和EXENOL720，1020和2020(ASAHI-OLIN有限公司的產(chǎn)品)，PEG1000和UNISAFE DC1100和DC1800(NOF有限公司的產(chǎn)品)，PPTG2000，PPTG1000，PTG400和PTGL2000(HODOGAYA化學(xué)股份有限公司)，Z-3001-4，Z-3001-5，PBG2000A，PBG2000B，EO/BO4000和EO/BO2000(DAI-ICHI KOGYOSEIYAKU股份有限公司)，PolyTHF2000(BASF日本有限公司的產(chǎn)品)。
脂環(huán)族的聚醚二醇的具體例子包括加合了環(huán)氧烷烴的氫化雙酚A二醇，加合了環(huán)氧烷烴的氫化雙酚F二醇，加合了環(huán)氧烷烴的1，4-環(huán)己烷二醇。此外，芳香族的聚醚二醇的具體例子包括加合了環(huán)氧烷烴的雙酚A二醇，加合了環(huán)氧烷烴的雙酚F二醇，加合了環(huán)氧烷烴的氫醌二醇，加合了環(huán)氧烷烴的萘氫醌，加合了環(huán)氧烷烴的蒽氫醌。上述芳香族聚醚二醇也可以使用商業(yè)產(chǎn)品如UNIOLDA400，DA700，DA1000和DA4000(NOF公司的產(chǎn)品)。
聚酯二醇的具體例子包括通過將多元醇和多元酸反應(yīng)得到的聚酯二醇。多元醇的具體例子包括乙二醇，聚乙二醇，丙二醇，聚丙二醇，四亞甲基二醇，聚四亞甲基二醇，1，6-己二醇，新戊二醇，1，4-環(huán)己烷二甲醇，3-甲基-1，5-戊二醇，1，9-壬二醇，和2-甲基-1，8-辛二醇。多元酸的具體例子包括鄰苯二甲酸，間苯二甲酸，對苯二酸，馬來酸，反丁烯二酸，己二酸和癸二酸。
上述聚酯二醇的商業(yè)產(chǎn)品的具體例子包括KURAPOL P-2010，P-1010，L-2010，L-1010，A-2010，A-1010，F(xiàn)-2020，F(xiàn)-1010，PMIPA-2000，PKA-A，PNOA-2010和PNOA-1010(KURARAY股份有限公司的產(chǎn)品)。
聚碳酸酯二醇的具體例子包括聚四氫呋喃的聚碳酸酯和1，6-己二醇的聚碳酸酯。聚碳酸酯二醇的商業(yè)產(chǎn)品的具體例子包括DN-980，981，982和983(NIPPON聚氨酯工業(yè)股份有限公司的產(chǎn)品)，PC-8000(PPG工業(yè)公司的產(chǎn)品)和PC-THF-CD(BASF Aktiengesellshaft的產(chǎn)品)。
聚己內(nèi)酯二醇的具體例子包括由ε-己內(nèi)酯與二醇反應(yīng)得到的聚己內(nèi)酯二醇。與ε-己內(nèi)酯反應(yīng)的二醇的具體例子包括乙二醇，聚乙二醇，丙二醇，聚丙二醇，四亞甲基二醇，聚四亞甲基二醇，1，2-聚丁二醇，1，6-己二醇，新戊二醇，1，4-環(huán)己烷二甲醇和1，4-丁二醇。這些聚己內(nèi)酯二醇也可使用商業(yè)產(chǎn)品如PIACCEL205，205AL，212，212AL，220和220AL(DAICEL化學(xué)工業(yè)有限公司的產(chǎn)品)。
分子中至少有三個羥基的多元醇化合物的具體例子包括聚醚多元醇，聚酯多元醇，聚碳酸酯多元醇，聚醚碳酸酯多元醇和聚酯碳酸酯多元醇；聚酯碳酸酯多元醇，它們是通過使用三醇如甘油，三羥甲基丙烷，1，2，6-己三醇或三(羥乙基)胺或四醇如季戊四醇或四甲醇基環(huán)己烷作為起始多元醇原料獲得的；用以下分子式代表的三官能團加成反應(yīng)產(chǎn)物
其中a，b和c各自獨立的為0至100的整數(shù)，前提是a，b和c不能同時為0，該產(chǎn)物是將丙烯氧化物加到甘油中而得到的。三官能團加成反應(yīng)的產(chǎn)物可以使用商業(yè)產(chǎn)品如UNIOL TG330(NOF公司的產(chǎn)品)。在分子中至少帶有兩個羥基官能團的低分子量醇的具體例子包括乙烯乙二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1，6-己二醇和三羥甲基丙烷。帶有伯氨或仲氨基的化合物例子是聚胺化合物。聚胺化合物的具體例子包括有機二胺化合物如3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷，氯苯胺改性的二氯二氨基二苯甲烷，1，2-二(2-氨基苯基硫代)乙烷，1，3-丙二醇-二-對-氨基苯甲酸酯和3，5-二(甲硫基)-2，6-甲苯二胺。此外，還可以使用在分子中帶有三個或更多個伯氨或仲氨官能團的化合物。
含有羧基的化合物的具體例子包括脂肪族，芳香族，脂環(huán)族和雜環(huán)二羧酸，三羧酸和四羧酸。
脂肪族二羧酸的具體例子包括草酸，丙二酸，琥珀酸，戊二酸，己二酸，壬二酸和癸二酸。
芳香族二羧酸的具體例子包括鄰苯二甲酸，間苯二甲酸和對苯二甲酸。脂環(huán)族二羧酸的具體例子包括環(huán)己烷二羧酸。雜環(huán)二羧酸的具體例子包括萘二羧酸。脂肪族三羧酸的例子包括檸檬酸和丙烯三甲酸。
上述含有活性氫的化合物可以單獨使用或兩個或多個結(jié)合地使用作為本發(fā)明的交聯(lián)劑。在這些化合物中，優(yōu)選地使用在分子中含有兩個和/或三個活性氫的化合物。
特別地，優(yōu)選地使用上述的二醇或三醇作為在分子中含有兩個或三個活性氫的化合物。當二醇或三醇結(jié)合使用時，以二醇和三醇的總量為100重量％為基準，二醇的量優(yōu)選為5～90重量％，更優(yōu)選20～70重量％。當二醇和三醇的量在這個范圍內(nèi)時，可以賦予聚合物基質(zhì)如形成拋光墊的聚氨酯良好平衡的伸長率和斷裂強度。
以交聯(lián)劑的總量為100重量％計，交聯(lián)劑優(yōu)選含有數(shù)均分子量不高于5,000的組分，其含量為不小于30重量％，更優(yōu)選含有數(shù)均分子量不高于2,000的組分，其含量為不小于50重量％，更加優(yōu)選含有數(shù)均分子量不高于1,000的組分，其含量為不小于70重量％。
交聯(lián)劑特別優(yōu)選含有數(shù)均分子量不高于1,000，其含量為100重量％的組分。
當交聯(lián)劑中低分子量的組分增加時，在最終所得的聚氨酯中，與異氰酸酯鍵合所產(chǎn)生的極性鍵增強，并且作用于分子間的氫鍵增強。其結(jié)果是分子間的內(nèi)聚力提高，并且可以獲得強的聚合物基質(zhì)，該基質(zhì)能夠承受足夠程度的由外力引起的變形或斷裂。
分散體本發(fā)明中的分散體是通過在上述交聯(lián)劑中分散上述水溶性微粒而得到的。分散水溶性微粒的方法并沒有特別的限制。例如，優(yōu)選水溶性微粒逐漸地被加入和當交聯(lián)劑在容器中被攪拌時進行分散，以獲得良好的分散體。特別優(yōu)選通過提供剪應(yīng)力的雙螺桿攪拌器來分散微粒的方法。根據(jù)需要，在分散過程中或分散完成后，也可通過實行減壓或其它方法進行去沫處理。此外，根據(jù)需要也可以使用分散輔助物。分散輔助物的具體例子包括由酸酐、羧基、羥基、環(huán)氧基、噁唑啉或氨基改性的聚合物，嵌段共聚物或無規(guī)共聚物，和各種非離子表面活性劑和耦合劑。
多異氰酸酯使用在分子中帶有至少兩個異氰酸酯官能團的化合物作為本發(fā)明的多異氰酸酯。作為多異氰酸酯化合物，優(yōu)選地使用芳香族二-或三異氰酸酯，脂肪族二-或三異氰酸酯，脂環(huán)族二-或三異氰酸酯和改性的多異氰酸酯。芳香族二-或三異氰酸酯的具體例子包括2，4-甲代苯撐二異氰酸酯，2，6-甲代苯撐二異氰酸酯，苯撐二異氰酸酯，亞二甲苯基二異氰酸酯，四甲基二甲苯基二異氰酸酯，2，2′-二苯基甲烷二異氰酸酯，2，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯，4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯，聯(lián)甲苯胺二異氰酸酯[二(4-異氰酸酯-3-甲基苯基)甲烷]，三苯基甲烷三異氰酸酯和1，5-萘基二異氰酸酯。脂肪族二-或三異氰酸酯的具體例子包括1，4-四亞甲基二異氰酸酯，1，6-己撐二異氰酸酯，三甲基己撐二異氰酸酯，1，10-十亞甲基二異氰酸酯，賴氨酸二異氰酸酯和1，3，6-己撐三異氰酸酯。脂環(huán)族二-或三異氰酸酯的具體例子包括3，5，5三甲基-2-環(huán)己烯-1-酮二異氰酸酯，氫化亞二甲苯基二異氰酸酯和氫化二苯基甲烷二異氰酸酯。改性的多異氰酸酯的具體例子包括由多異氰酸酯與多羥基醇加成所得的加合物，二聚物，帶有異氰脲酸酯環(huán)的三聚物，改性的脲基甲酸酯，尿素改性的多異氰酸酯和滴定管(buret)改性的多異氰酸酯。在這些化合物中，優(yōu)選地使用芳香族二-或三異氰酸酯，脂肪族二-或三異氰酸酯，特別優(yōu)選地使用脂肪族二異氰酸酯，芳香族二異氰酸酯。上述異氰酸酯可以單獨使用也可以兩種或多種結(jié)合使用。
末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物通過將在分子中帶有至少兩個羥基的化合物與多異氰酸酯反應(yīng)，可以得到末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物，羥基和異氰酸酯官能團的當量比優(yōu)選1/1.8～1/2.4，更優(yōu)選1/1.9～1/2.2。當異氰酸酯官能團的當量比低于1.8時，未反應(yīng)的羥基，也就是至少一端帶有異氰酸酯官能團的化合物過量，由此，將得到低分子量的聚氨酯基質(zhì)或?qū)е律形捶磻?yīng)的OH基仍保留在聚合物基質(zhì)中。其結(jié)果是由于聚氨酯基質(zhì)斷裂程度、耐磨性和耐水性的惡化，拋光性質(zhì)表現(xiàn)為隨著運行時間的變化而變化。同時，當異氰酸酯官能團的當量比高于2.4時，將得到儲存穩(wěn)定性很差的末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物。
在合成末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物時，溫度可以升高到50～90℃，可以使用叔胺或金屬催化劑如有機錫作為反應(yīng)催化劑。可以使用與含羥基化合物即所列舉的上述交聯(lián)劑相同的化合物作為在分子中含有至少兩個羥基的化合物。例如可以使用與所列舉的前述多異氰酸酯相同的化合物作為多異氰酸酯。
可以使用一種或多種上述的末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物。
多異氰酸酯分散體和/或末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物的混合溶液以及它們的反應(yīng)可以使用(1)、(2)或(3)中任意一種作為制備和使上述混合溶液反應(yīng)的方法，(1)為僅僅使用多異氰酸酯作為異氰酸酯初始原料而不使用異氰酸酯封端的預(yù)聚物的單步法，(2)為僅僅使用末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物作為異氰酸酯初始原料的預(yù)聚物方法，(3)為將多異氰酸酯和末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物結(jié)合用作異氰酸酯初始原料的結(jié)合方法。在任何一種情形，水溶性微粒都預(yù)先分散在交聯(lián)劑中，最終的分散體與異氰酸酯初始原料混合，并進行固化反應(yīng)以形成聚合物基質(zhì)。因此，可以防止通過水溶性微粒抑制聚合物基質(zhì)固化反應(yīng)，可以得到水溶性微粒均勻地分散在其中的聚合物基質(zhì)。
而且，在上述反應(yīng)方法中，特別優(yōu)選預(yù)聚物方法和結(jié)合方法，以得到精確地控制聚合物基質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，帶有含有活性氫官能團的交聯(lián)劑，多異氰酸酯和末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物的比例為含有活性氫的官能團/異氰酸酯的比例優(yōu)選1/0.9～1/1.4，更優(yōu)選1/0.95～1/1.3。當異氰酸酯/含有活性氫的官能團小于0.9時，大量的含有活性氫的官能團仍然沒有反應(yīng)，因此將得到耐水性、耐堿性和耐酸性弱的聚氨酯。當異氰酸酯的比例超過1.4時，大量的異氰酸酯官能團在聚合反應(yīng)完成時仍然沒有反應(yīng)。沒有反應(yīng)的異氰酸酯官能團由于潮濕，將隨著時間的流逝引起交聯(lián)反應(yīng)，因此所得的聚合物基質(zhì)將變脆。
在本發(fā)明的聚合物基質(zhì)的合成反應(yīng)中，初始原料混合物由于加熱可以散發(fā)熱能，或根據(jù)需要使用反應(yīng)加速劑，以加快反應(yīng)。反應(yīng)加速劑的具體例子包括叔胺如三乙基胺，苯甲基二甲基胺，三亞乙基二胺，四甲基丁二胺和2-甲基-三亞乙基二胺，錫化合物如醋酸二丁基錫，二月桂酸二丁基錫，馬來酸二丁基錫，二-2-乙基-己酸二丁基錫，二醋酸二月桂醇錫和二醋酸二辛基錫，和二氮二環(huán)烯烴和它們的有機酸鹽。
對于用于半導(dǎo)體晶片的拋光墊，優(yōu)選地使用叔胺和二氮雜二環(huán)烯烴和它們的鹽，以防止金屬仍然留在拋光層中。
在聚合物基質(zhì)的合成反應(yīng)中，溫度，時間和壓力并沒有特別的限制。對于第一種固化反應(yīng)，優(yōu)選的條件是聚合物基質(zhì)反應(yīng)到一定程度能夠以低的附著力和可變形從鑄模中釋放出來。例如，反應(yīng)優(yōu)選在30～170℃下進行3分鐘～24小時，更優(yōu)選在50～130℃下進行5分鐘～3小時。雖然通過第一步反應(yīng)就可能完成固化反應(yīng)，但優(yōu)選在第一步反應(yīng)完成后，將聚合物基質(zhì)在80～150℃下保持3～24小時，再進行第二步固化反應(yīng)，以充分完成固化反應(yīng)。
其它可用的添加劑除了前述的組分以外，聚合物基質(zhì)和/或水溶性微粒也可以含有一種或多種在漿液中常用的添加劑，如磨料微粒，氧化劑和表面活化劑。因此，在拋光時僅給予拋光墊水，拋光也能進行。
上述磨料微粒的具體例子包括硅石微粒，礬土微粒，二氧化鈰微粒，氧化鋯微粒，和二氧化鈦微粒。這些可以單獨使用或兩種或多種結(jié)合使用。
氧化劑的具體例子包括過氧化氫，過醋酸，過硼酸，有機過氧化物如叔-丁基氫過氧化物，高錳酸化合物如高錳酸鉀，重鉻酸化合物如重鉻酸鉀，鹵素酸化合物如碘酸鉀，硝酸化合物如硝酸鐵，高鹵酸化合物如高氯酸，過硫酸鹽如過硫酸銨和雜多酸。在這些氧化劑中，特別優(yōu)選過氧化氫，有機過氧化物和過硫酸鹽如過硫酸銨，因為它們的分解產(chǎn)物是無害的。這些化合物可以單獨使用或兩個或多個結(jié)合使用。
上述的表面活性劑的具體例子包括陽離子表面活性劑，陰離子表面活性劑和非離子性活性劑。陽離子表面活性劑的具體例子包括脂肪族胺鹽和脂肪族銨鹽。陰離子表面活性劑的具體例子包括脂肪酸皂，羧化物如烷基醚羧化物，磺酸鹽如烷基苯基磺酸鹽，烷基萘磺酸鹽和α-鏈烯烴磺酸鹽，硫酸鹽如高級醇硫酸鹽，烷基醚硫酸鹽和聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸鹽，和磷酸鹽如烷基磷酸鹽。這些化合物可以單獨使用或兩種或多種結(jié)合使用。
此外，在聚合物基質(zhì)中，除了上述在漿液中通常使用的各種材料以外，根據(jù)需要，還可以含有其它不同的添加劑如填充劑，軟化劑，抗氧化劑，紫外線吸收劑，抗靜電劑，潤滑劑和增塑劑。在這些添加劑中，作為填充劑，可以使用提高剛性的材料如碳酸鈣、碳酸鎂、硅酸鎂或粘土，或具有拋光作用的材料如二氧化硅、氧化鋁，二氧化鈰，二氧化鈦，氧化鋯，二氧化錳，三氧化二錳和碳酸鋇。
為了將上述可用的添加劑加入到本發(fā)明的拋光墊的拋光層中，它們必須預(yù)先被加入到所使用的原材料中以形成聚合物基質(zhì)。
拋光墊通過將上述含有分散體和多異氰酸酯與/或末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物的混合溶液進行反應(yīng)，如在模子里反應(yīng)，可以得到本發(fā)明的拋光墊，該拋光墊具有水溶性微粒分散在聚合物基質(zhì)中的拋光層。
而且，當啞鈴形的型號3試樣進行張力試驗時，該拋光墊優(yōu)選表現(xiàn)50～20,000kfg/cm的抗張積。依照JISK6251“硫化橡膠的張力試驗操作方法”，在拉晶速率為500mm/min和溫度為30℃下進行張力試驗并斷裂?？箯埛e更優(yōu)選為100～18,000kfg/cm，更優(yōu)選500～15,000kfg/cm。
當抗張積小于50kfg/cm時，拋光層易于斷裂和具有弱的耐磨性，并且拋光墊的使用壽命縮短。同時，當抗張積大于20,000kfg/cm時，拋光墊很難斷裂，因此在使用拋光墊的過程中，由鉆石修整器對表面的打磨不容易進行，拋光墊表面的漿液保持力不足，并且拋光速率下降。
拋光層至少構(gòu)成拋光墊的部分拋光表面是必須的，拋光層優(yōu)選構(gòu)成至少50％的拋光表面，更優(yōu)選至少80％的拋光表面，更加優(yōu)選至少90％的拋光表面。自然，可以由拋光層組成整個拋光表面。
拋光層之外部分的例子是通過使用光學(xué)終點探測器來探測終點的窗部分。就窗部分而言，使用表現(xiàn)出0.1％或更高，優(yōu)選2％或更高透光率的窗部分，其厚度為2mm，或者當所用的光波長在100nm和3,000nm之間，窗部分的整體透射比為0.1％或更高，優(yōu)選2％或更高。
此外，拋光墊可以是單層墊或帶有其它層的復(fù)合層墊。當拋光墊是復(fù)合層墊時，拋光層作為構(gòu)成復(fù)合層墊的拋光表面的部分，包括在復(fù)合層墊中。拋光層之外的其它層的具體例子包括支撐層和粘接層，支撐層是設(shè)置在拋光層的表面并與拋光層的拋光表面相對，粘接層是用于粘合支撐層和拋光層的。
上述的支撐層是從它后表面一側(cè)支撐拋光層的。支撐層的特性并沒有特別的限制，但優(yōu)選比拋光層柔軟的。使用較柔軟的支撐層，可以防止在拋光時拋光層上升或拋光表面彎曲，甚至當拋光層的厚度小于等于0.5mm時，也可以進行穩(wěn)定的拋光。支撐層的硬度通常不低于10％，優(yōu)選不高于90％，更優(yōu)選不高于80％，特別優(yōu)選拋光層的硬度不高于70％。而且，支撐層的肖氏硬度D通常為1或更高，優(yōu)選70或低于70，更優(yōu)選60或低于60，更加優(yōu)選50或低于50。
此外，支撐層可以是泡沫的或者非泡沫的。另外，它的平面形狀并沒有特別的限制，并且可以與拋光層的平面相同或不同。例如支撐層的平面形狀可以是圓形或多邊形如矩形。此外，支撐層的厚度也并沒有特別的限制，例如，優(yōu)選是0.1～5mm，更優(yōu)選0.5～2mm。當拋光層具有通過使用光學(xué)終點探測器來探測終點的窗部分時，為了不阻擋光通過上述的窗部分，支撐層也可以有與拋光層相似或相同的窗部分，或可以具有截斷形狀以允許光通過截斷部分而沒有窗部分。
構(gòu)成支撐層的原料也不受特別限制。優(yōu)選使用有機材料，因為它容易鑄模成指定的形狀和指定的特性，并且能夠賦予一般的彈性?？梢允褂酶鞣N各樣的聚合物作為有機原料。構(gòu)成支撐層的有機材料可以是交聯(lián)聚合物、預(yù)-交聯(lián)聚合物或非交聯(lián)聚合物。
此外，支撐層可以含有僅僅一層或兩層或多層。另外，支撐層和拋光層可以相互直接接觸和通過如熱熔方法粘合。它們可以通過上述的粘合層粘合。粘合層可以是固化粘合層的一層或含有粘合材料如粘合帶的一層。
本發(fā)明的拋光墊的形狀不受特別限制，例如可以是圓盤狀，帶狀或卷狀。優(yōu)選根據(jù)拋光裝置選擇合適的拋光墊形狀。此外，拋光墊的尺寸在使用前也不受特別限制。關(guān)于圓盤狀拋光墊，直徑優(yōu)選為0.5～500cm，更優(yōu)選1.0～250cm，特別優(yōu)選20～200cm，厚度優(yōu)選大于0.1mm，并且不大于100mm，特別優(yōu)選1～10mm。
在任何拋光步驟中都可以使用拋光墊。例如，可以使用于拋光半導(dǎo)體晶片的STI步驟，形成Al和Cu的金屬線的波形花紋步驟，用Al、Cu和W形成插頭的波形花紋步驟，同時地形成金屬線路和經(jīng)由插頭的雙波形花紋步驟，拋光層間絕緣膜(如氧化膜，低-K或者BPSG)的步驟，拋光氮化物膜(如TaN或者TiN)的步驟和拋光聚硅或者裸硅的步驟。
在拋光墊的拋光表面，可以形成開槽。該凹槽具有在拋光時保留所提供的漿液的功能和具有更均勻地分配漿液到拋光表面的功能。此外，該凹槽也起著保留廢料的排出路徑并將廢料排出的功能，保留廢料包括由拋光所產(chǎn)生的磨損刻痕和暫時使用的漿液。槽的外形不受特別限制，例如可以是環(huán)-形，格子-形和/或螺旋形。
環(huán)形槽的平面形狀不受特別限制，可以是圓，多邊形如三角形，長方形或五邊形，或橢圓。此外，在拋光墊上形成的凹槽的數(shù)量不受特別限制，只要是2個或多個。此外，這些凹槽的位置也不受特別限制。例如，這些凹槽可以設(shè)置在相同中心的周圍或者環(huán)心設(shè)置，或著離心設(shè)置，或者設(shè)置成大部分其它的環(huán)狀凹槽被一個環(huán)狀凹槽環(huán)繞并設(shè)置在拋光表面的內(nèi)部。在這些構(gòu)型中，優(yōu)選具有凹槽的拋光墊設(shè)置在相同中心的周圍，更優(yōu)選具有多個環(huán)狀凹槽的拋光墊環(huán)心地設(shè)置。就上述功能而言，具有圍繞相同中心設(shè)置凹槽的拋光墊優(yōu)越于其它拋光墊。此外，由于具有環(huán)心凹槽，拋光墊的這些功能更優(yōu)越，而且凹槽的形成也容易。
同時，在凹槽的寬度方向，橫截面的形狀也不受特別限制，可以是由扁平側(cè)面和扁平底面形成的形狀(在開口側(cè)凹槽的寬度可以等于，大于或小于它的底側(cè))，例如U-形或者V-形。
格子狀的凹槽可以通過一個連續(xù)凹槽或多個獨立凹槽形成。此外，組成格子的每種圖案的平面形狀不受特別限制，可以是各種各樣的多邊形。多邊形的具體例子包括四邊形如正方形，長方形，梯形和菱形，三角形，五邊形和六邊形。
同時，在凹槽的寬度方向，橫截面的形狀不受特別限制，可以是由扁平側(cè)面和扁平底面形成的形狀(在開口側(cè)凹槽的寬度可以等于，大于或小于它的底側(cè))，例如U-形或者V-形。
螺旋形凹槽可以通過一個連續(xù)凹槽或兩個螺旋方向不同的螺旋形凹槽形成。此外，螺旋形凹槽可以通過兩個螺旋方向相同的螺旋槽或者三個或多個螺旋方向相同或不同的螺旋凹槽來形成。
同時，在凹槽的寬度方向，橫截面的形狀不受特別限制，可以是由扁平側(cè)面和扁平底面形成的形狀(在開口側(cè)凹槽的寬度可以等于，大于或小于它的底側(cè))，例如U-形或者V-形。
凹槽的尺寸不受特別限制。例如，凹槽的寬度不小于0.1mm，更優(yōu)選0.1～5mm，更加優(yōu)選0.2～3mm。通常比較難以形成寬度或最小尺寸小于0.1mm的凹槽。此外，凹槽的深度優(yōu)選不小于0.1mm，更優(yōu)選0.1～2.5mm，更加優(yōu)選0.2～2.0mm。當凹槽的深度小于0.1mm時，拋光墊的使用壽命不利地明顯減短。此外，凹槽間的距離(對于螺旋形凹槽，在直徑方向，粘合部分的最小距離)優(yōu)選不小于0.05mm，更優(yōu)選0.05～100mm，更加優(yōu)選0.1～10mm。難以形成最小距離小于0.05mm的凹槽。此外，間距是凹槽的寬度和凹槽與粘合槽之間的距離的加和，間距優(yōu)選不小于0.15mm，更優(yōu)選0.15～105mm，更加優(yōu)選0.3～13mm，特別優(yōu)選0.5～2.2mm。
上述優(yōu)選的范圍可以結(jié)合，例如，優(yōu)選寬度不小于0.1mm，深度不小于0.1mm和最小距離不小于0.05mm，更優(yōu)選寬度為0.1～5mm，深度為0.1～2.5mm和最小距離為0.05～100mm；更優(yōu)選寬度為0.2～3mm，深度為0.2～2.0mm和最小距離為0.1～10mm。
此外，凹槽的內(nèi)表面粗糙度優(yōu)選不大于20μm，更優(yōu)選不大于15μm，更加優(yōu)選不大于10μm，并且一般不小于0.05μm。當表面不大于20μm的表面粗糙度時，可以有效地阻止拋光時的刻痕。在使用本發(fā)明的拋光墊前，可以將表面粗糙度理解為一個值。
當凹槽的內(nèi)表面的表面粗糙度不大于20μm，內(nèi)表面具有不大的坑和突起。當內(nèi)表面有大的坑和突起時，特別是大的突起，如，在形成凹槽時產(chǎn)生的不完全研磨部分，在拋光時，從表面分離而導(dǎo)致出現(xiàn)的刻痕。此外，由于在拋光時的壓力或摩擦熱所產(chǎn)生的分離突起，并對該分離突起壓縮所形成的雜質(zhì)，和由于接觸分離突起和漿液里的磨損碎片或固體所形成的雜質(zhì)。由這些雜質(zhì)也可以產(chǎn)生刻痕。此外，甚至在打磨時，這些突起也可以分離，并導(dǎo)致類似的問題。
此外，當表面粗糙度不大于20μm時，可以防止刻痕的產(chǎn)生，凹槽可以發(fā)揮槽的功能，特別地，可以更充分地發(fā)揮在拋光表面分配漿液的功能和排出肥料到外面的功能。
另外，本發(fā)明的拋光墊除了有凹槽之外，還有通向拋光表面?zhèn)鹊目??？拥钠矫嫘螤畈]有特別的限制，例如可以是圓形，多邊形如三角形，長方形或五邊形，或橢圓。此外，坑的橫截面形狀也并沒有特別的限制，可以是由平面?zhèn)让婧推矫娴酌鏄?gòu)成的形狀(開口側(cè)的坑在橫向橫截面方向的尺寸可以等于，大于或小于它底側(cè)的尺寸)，例如U-形或V-形。
此外，就凹槽的內(nèi)表面的表面粗糙度來說，坑的內(nèi)表面的表面粗糙度是，例如，不大于20μm，優(yōu)選不大于15μm，更優(yōu)選不大于10μm，并且一般不小于0.05μm。
這樣的凹槽可以通過凹槽切割機器用刀片切割拋光墊的表面而形成。構(gòu)成刀片的材料沒有特別的限制。可以使用碳鋼，合金鋼，高速鋼，燒結(jié)的硬質(zhì)合金，金屬陶瓷，鎢鉻鈷合金，高壓燒結(jié)體，和其它的陶瓷作為刀片的材料。刀片可以是單刀片或具有多個刀片的復(fù)合-刀片單元。
此外，也可以在用于聚合反應(yīng)的容器(如模子)里，預(yù)先形成這樣的凹槽形的內(nèi)孔形狀，然后將原料混合物注入容器中并進行固化反應(yīng)，無需切割就可以在凹槽的表面形成具有凹槽形的拋光層。
實施例以下將通過實施例和比較例對本發(fā)明作進一步的描述。表1表示實施例和比較例的拋光墊的成分和評定。表1中用于表示組分含量的數(shù)字單位是百分重量。
表1

EX實施例，C.Ex.比較例實施例1將28.2重量％的聚四亞甲基二醇(Mitsubishi化學(xué)公司的產(chǎn)品，商品名“PTMG650”)，其數(shù)均分子量為650，分子的兩端帶有兩個羥基，和21.7重量％的4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(Sumika Bayer聚氨酯股份有限公司的產(chǎn)品，商品名“SUMIDUR 44S”)加入到反應(yīng)器中，保持溫度為90℃，攪拌3小時以進行反應(yīng)，然后冷卻以得到兩端為異氰酸酯的預(yù)聚物。
使用21.6重量％的甘油和丙烯氧化物的加成反應(yīng)產(chǎn)物(NOF公司的產(chǎn)品，商品名“UNIOL TG330”)，其數(shù)均分子量為330，并且?guī)в腥齻€羥基，和6.9重量％的聚四亞甲基二醇“PTMG650”作為交聯(lián)劑。在交聯(lián)劑中，14.5重量％的水溶性微粒的β-環(huán)糊精(BIO RESEARCH CORPORATION OFYOKOHAMA的產(chǎn)品，商品名“DEXPAL β-100”，平均粒徑20μm)通過攪拌分散，作為反應(yīng)加速劑，0.1重量％的2-甲基三亞乙基二胺(Air ProductsJapan，Inc.的產(chǎn)品，商品名“Me-DABCO”)通過攪拌溶解。將這個混合物加入到含有上述兩端為異氰酸酯的預(yù)聚物的反應(yīng)器中。
此外，21.6重量％的4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯“SUMIDUR 44S”被加入到兩端為異氰酸酯的預(yù)聚物的上述反應(yīng)器中，在室溫下，以200轉(zhuǎn)數(shù)/分的速率攪拌所得混合物2分鐘，然后在減壓下去泡沫，以得到粗原料混合物。
將粗原料混合物注入直徑為60厘米，厚度為3毫米的模子中，在80℃下保持20分鐘，以生成聚氨酯，在110℃下二次硫化5小時，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米的拋光墊。對于整個拋光墊來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，即相對于聚氨酯基質(zhì)和水溶性微粒的總量來說，水溶性微粒的體積分數(shù)約為10％。
當對啞鈴形的型號3試樣進行張力試驗時，所得的拋光墊顯示2,817kgf/cm的抗張積，張力試驗是依照JISK6251“硫化橡膠的張力試驗操作方法”，在拉晶速率為500毫米/分和溫度為30℃下進行并斷裂的。此外，墊的肖氏硬度D為75。
此外，通過以下對拋光墊的拋光性能進行評估。
(1)拋光速率和是否存在刻痕SiO2固態(tài)膜半導(dǎo)體晶片(ADVANTEC CO.，LTD的產(chǎn)品，膜厚1,000nm，熱氧化晶片)在以下條件下拋光2分鐘，對其拋光速率和是否存在刻痕進行評估。通過使用光學(xué)膜厚儀器測量在拋光前后的膜厚，由膜厚評估拋光速率。同時，在拋光后，使用電子顯微鏡，通過觀察SiO2膜半晶片的拋光表面，以檢查刻痕。此外，在評估拋光性能前，使墊的表面變粗糙。除了使用#100鉆石修整器和用1,500ml/min的流水代替漿液之外，其余條件和拋光的條件相同，對表面進行處理20分鐘。
漿液三次稀釋過的CMS1101(JSR公司的產(chǎn)品)，化學(xué)機械拋光裝置EPO112(Ebara公司的產(chǎn)品)漿液進料速率200ml/min拋光負載400g/cm2表面臺的旋轉(zhuǎn)速率30rpm頂部的旋轉(zhuǎn)速率31rpm因此，拋光速率為200nm/min，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)刻痕。
(2)平滑性的評估當被半導(dǎo)體晶片(SKW Associates，Inc.的產(chǎn)品，商品名“SKW-7”)改性的表面SiO2膜圖案的凸面部分起始的水平差大約為800nm時，在模型凹的部分SiO2膜在上述條件被拋光，被拋光的量用來評估平滑性。數(shù)值越小，模型晶片的平滑性越好。在拋光前后，使用光學(xué)膜厚測量儀測量SiO2膜的膜厚度并計算。其結(jié)果是平滑性是50nm，可以認為結(jié)果良好。
實施例2將23.1重量％的聚四亞甲基二醇(BASF Japan Ltd.的產(chǎn)品，商品名“PolyTHF250”)，其數(shù)均分子量為250，分子的兩端帶有兩個羥基，和46.3重量％的4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯“SUMIDUR 44S”加入到反應(yīng)器中，保持溫度為90℃，攪拌3小時以進行反應(yīng)，然后冷卻以得到兩端為異氰酸酯的預(yù)聚物。
使用13.2重量％的“UNIOL TG330”，其數(shù)均分子量為330，并且?guī)в腥齻€羥基，和17.4重量％的聚四亞甲基二醇“PTMG650”作為交聯(lián)劑。在交聯(lián)劑中，14.5重量％的水溶性微粒的β-環(huán)糊精“DEXPAL β-100”通過攪拌分散，作為固化催化劑，0.1重量％的2-甲基三亞乙基二胺“Me-DABCO”通過攪拌溶解。將混合物加入到含有上述兩端都為異氰酸酯的預(yù)聚物的反應(yīng)器中。在室溫下，以200轉(zhuǎn)數(shù)/分的速率攪拌所得混合物2分鐘，然后在減壓下去泡沫，以得到粗原料混合物。
將粗原料混合物注入直徑為60厘米，厚度為3毫米的模子中，在80℃下保持20分鐘，以生成聚氨酯，在110℃下二次硫化5小時，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米的拋光墊。對于整個拋光墊來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，即相對于聚氨酯基質(zhì)和水溶性微粒的總量來說，水溶性微粒的體積分數(shù)約為10％。
在進行張力試驗后，所得的拋光墊顯示10,320kgf/cm的抗張積，83的肖氏硬度D。
此外，用與實施例1相同的方法對拋光速率，是否存在刻痕和平滑性進行了評估。結(jié)果，拋光速率為180nm/min，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)刻痕，平滑度為30nm，意味著拋光表面的平滑度非常良好的。
實施例3除了水溶性的β-環(huán)糊精“DEXPAL β-100”的量變?yōu)?0重量％以外，用與實施例1相同的方法得到聚氨酯的原料混合物。此外，與實施例1相同的方式進行制備聚氨酯的反應(yīng)和二次硫化的反應(yīng)，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米的拋光墊。相對整個拋光墊來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，即，相對于聚氨酯基質(zhì)體積和水溶性微粒體積的總和來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，大約為35％。
在進行張力試驗后，所得的拋光墊顯示1,120kgf/cm的抗張積，81的肖氏硬度D。
此外，用與實施例1相同的方法對拋光速率，是否存在刻痕和平滑性進行了評估。結(jié)果是拋光速率為300nm/min，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)刻痕，平滑度為80nm，表現(xiàn)良好的。
實施例4除了水溶性的β-環(huán)糊精“DEXPAL β-100”的量變?yōu)?重量％以外，用與實施例1相同的方法得到聚氨酯的原料混合物。此外，制備聚氨酯的反應(yīng)和二次硫化的反應(yīng)與實施例1相同的方式相同，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米的拋光墊。相對整個拋光墊來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，即，相對于聚氨酯基質(zhì)體積和水溶性微粒體積的總和來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，大約為3％。
在進行張力試驗后，所得的拋光墊顯示3,530kgf/cm的抗張積，71的肖氏硬度D。
此外，用與實施例1相同的方法對拋光速率，是否存在刻痕和平滑性進行了評估。結(jié)果，拋光速率為160nm/min，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)刻痕，平滑度為40nm，結(jié)果良好。
實施例5使用2.2重量％并帶有三個羥基的三羥甲基丙烷(BASF Japan Ltd.的產(chǎn)品，商品名“TMP”)和11.1重量％并帶有兩個羥基的1，6-己二醇(Wako Pure化學(xué)工業(yè)公司的產(chǎn)品)作為交聯(lián)劑。在交聯(lián)劑中，2.5重量％的水溶性微粒的β-環(huán)糊精(BIO RESEARCH CORPORATION OF YOKOHAMA的產(chǎn)品，商品名“DEXPAL β-100”，平均粒徑20μm)通過攪拌分散，作為反應(yīng)加速劑，0.015重量％的二馬來酸二丁基錫(Asahi Denka Co.，Ltd.的產(chǎn)品，商品名“ADEKASTABBT 11”)通過攪拌溶解。將86.7重量％的ADIPRENE LFH 120(UniroyalChemical Company，Inc的產(chǎn)品)加入到混合物中，該產(chǎn)品是商購的兩端為異氰酸酯的預(yù)聚物，其具有1，6-己撐二異氰酸酯與聚四亞甲基二醇兩端反應(yīng)后的結(jié)構(gòu)。其后，在室溫下，以200轉(zhuǎn)數(shù)/分的速率攪拌所得混合物2分鐘，然后在減壓下去泡沫，以得到粗原料混合物。此外，用與實施例1相同的方式，進行聚氨酯的聚合反應(yīng)和二次硫化，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米的拋光墊。
相對整個拋光墊來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，即，相對于聚氨酯基質(zhì)體積和水溶性微粒體積的總和來說，水溶性微粒的體積分數(shù)，大約為2％。
在進行張力試驗后，所得的拋光墊顯示9,980kgf/cm的抗張積，65的肖氏硬度D。
此外，用與實施例1相同的方法對拋光速率，是否存在刻痕和平滑性進行了評估。結(jié)果，拋光速率為200nm/min，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)刻痕，平滑度為30nm，結(jié)果是良好的。
比較例1除了沒有使用水溶性的β-環(huán)糊精外，與實施例1相同的方式得到聚氨酯的粗原料混合物。此外，用與實施例1相同的方式，進行聚氨酯的聚合反應(yīng)和二次硫化，以得到直徑為60厘米，厚度為3毫米，沒有水溶性微粒的拋光墊。
在進行張力試驗后，所得的拋光墊顯示3,860kgf/cm的抗張積，69的肖氏硬度D。
此外，用與實施例1相同的方法對抗張積，肖氏硬度D，拋光速率，是否存在刻痕和平滑性進行了評估。結(jié)果是拋光速率為40nm/min，表現(xiàn)較差，并發(fā)現(xiàn)許多刻痕，平滑度為130nm，表現(xiàn)較差。
比較例1(不含有水溶性微粒的拋光墊)顯示了40nm/min的低拋光速率。此外，它有許多刻痕并顯示了130nm差的平滑度。同時，就實施例1～4的本發(fā)明的拋光墊來說，對所有的物理性質(zhì)都獲得了良好的結(jié)果，并獲得了很均勻的優(yōu)良拋光墊。因此，這些拋光墊適于用來拋光半導(dǎo)體晶片或類似物體的表面。
如上面所作的詳細說明，根據(jù)本發(fā)明用于生產(chǎn)拋光墊的方法，可以獲得水溶性微粒均勻分布在聚合物基質(zhì)中，具有良好剛度和拋光性能的拋光墊。
權(quán)利要求
1.一種拋光墊的生產(chǎn)方法，包含以下步驟在交聯(lián)劑中分散水溶性微粒以產(chǎn)生分散體，將分散體與多異氰酸酯和/或末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物混合，以產(chǎn)生混合溶液，和使混合物溶液反應(yīng)，以產(chǎn)生含有分散在聚合物基質(zhì)中的水溶性微粒的拋光層的拋光墊。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，交聯(lián)劑的分子中至少有兩個官能團，每個官能團都有一個能與異氰酸酯基反應(yīng)的活性氫原子。
3.權(quán)利要求1的方法，其中交聯(lián)劑是多元醇和/或聚胺。
4.權(quán)利要求1的方法，其中交聯(lián)劑含有數(shù)均分子量不高于5,000的組分，并且以交聯(lián)劑100重量％為基準，該組分的含量不小于30重量％。
5.權(quán)利要求1的方法，其中交聯(lián)劑是多元醇，在制備混合溶液的步驟中，使用末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物或多異氰酸酯和末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物，末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物是通過分子中至少帶有兩個羥基的化合物與多異氰酸酯反應(yīng)而得到的，羥基(OH基)與異氰酸酯基(NCO基)的當量比為1/1.8～1/2.4，和交聯(lián)劑中的羥基與異氰酸酯原料中的異氰酸酯基的當量比(OH基/NCO基)是1/0.9～1/1.4。
6.權(quán)利要求5的方法，其中多元醇是二醇和/或三醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法所得的拋光墊，包含含有分散在聚合物基質(zhì)中的水溶性微粒的拋光層。
8.權(quán)利要求7的拋光墊，其中當拋光墊中拋光層的體積為100％時，水溶性微粒的體積為0.5～70％。
9.權(quán)利要求7的拋光墊，其中，溫度為30℃，拉晶速率為500毫米/分時的張力試驗獲得的抗張積是50～20,000kgf/cm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種拋光墊和一種生產(chǎn)該拋光墊的方法，該拋光墊在拋光過程中甚至在磨光后，顯示出優(yōu)異的拋光穩(wěn)定性和優(yōu)異的漿液保持性，能夠有效地防止拋光速率的減少，并且對于待拋光基質(zhì)來說，也具有優(yōu)異的壓平性能。該方法包含將水溶性微粒如β－環(huán)糊精分散到交聯(lián)劑如聚丙烯乙二醇中，以獲得分散體，將分散體與多異氰酸酯如4，4‘－二苯基甲烷二異氰酸酯和或末端為異氰酸酯的尿烷預(yù)聚物混合，使混合溶液反應(yīng)，以獲得具有水溶性微粒分散在聚合物基質(zhì)中的拋光墊。
文檔編號B24D3/34GK1539598SQ20041004304
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者櫻井富士夫, 三原嚴, 善則, 五十嵐善則, 亨, 長谷川亨 申請人:Jsr株式會社