CN100355798C - 研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法和聚氨酯发泡体及研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法，包括：向槽中投入规定量的预聚物、制泡剂和含活性氢化合物，并在规定时间内利用搅拌器进行发泡、混合的步骤；在所述步骤之后，使混合液流入金属模的步骤。

Description

研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法和聚氨酯发泡体及研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置
技术领域
本发明涉及一种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法以及通过该制造方法制造的聚氨酯发泡体。
背景技术
作为高效且高精度地将半导体基板上的布线形成面平滑化的研磨方法，目前采用的是CMP(Chemical Mechanical Polishing)法。这是一种组合了化学作用和机械作用的研磨方法，可以在比较宽的范围内对半导体基板(晶圆表面)进行平坦化。
作为在该CMP法中使用的研磨垫片，有由聚氨酯发泡体形成的材料，其中可以在表面形成细小的凹陷部以保留研磨料浆。
作为这种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法的公知技术，有特开平11-322877号公报所公开的制造方法。该制造方法是在对异氰酸酯末端预聚物和含有活性氢的化合物2种液体进行混合搅拌时，把未发泡的加热膨胀性微小空心球体(空心气球)添加混合到上述预聚物或含有活性氢的化合物中的一种液体中，通过2液体发生固化反应时释放的反应热以及外部加热而使未发泡的加热膨胀性微小空心球体在聚氨酯模制品中出现微小发泡，从而使模制品中含有加热膨胀的微小空心球体的方法。
另外，作为其他的公知技术，有特表平8-500622号公报所公开的制造方法。该制造方法中，在混合异氰酸酯末端预聚物和含有活性氢的化合物(MBOCA)的同时，在特殊的混合器中在比较短的反应时间内使已膨胀的微小空心体溶合在一起，从而均匀地分散混合。
但是，这种已膨胀型空心球是比重为0.04g/cm3左右的粉末，在该状态下和聚氨酯溶液溶合并进行均匀混合是比较困难的。其原因是反应液和空心球的密度差较大，空心球会在固化过程中浮起，从而难以制造均匀的物质。这种膨胀型的空心球中包含在膨胀前阶段开孔的脱落球，还包含在膨胀过程中附着于配管等上而堆积在一起并经加热烧成而形成硬的异物的杂质。如果这种***的异物残留在聚氨酯中，则会成为研磨工序中出现划痕的原因，从而存在较大问题。如此，当使用空心球制造聚氨酯发泡体时会出现弊端。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法，该方法可以通过不使用空心球(balloon)的方法制造均匀且比重偏差较小的聚氨酯发泡体。
为了解决上述课题，本发明的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法的特征是，包括：向槽中放入规定量的第1成分、制泡剂、和与上述第1成分发生反应而生成聚氨酯的第2成分，并在规定时间内用搅拌器发泡、混合的步骤；在上述步骤之后，使混合液流入金属模中而使之反应固化的步骤；其中介由设置在所述槽底部的阀使混合液流入到所述金属模中，所述搅拌器具备在垂直方向具有轴心的第1搅拌器桨叶和第2搅拌器桨叶，所述第1、第2搅拌器桨叶以相互啮合的方式反方向旋转，而且是以桨叶互不干涉的方式构成，并通过所述搅拌器的旋转，把气体卷入液体中。
根据这种构成，向槽中放入第1成分(例如，预聚物)、制泡剂和第2成分，在规定时间内用搅拌器发泡、混合。由此，可以强制性地卷入空气等气体而进行细化并使之发泡。即，可以通过未使用公知技术的空心球的方法进行发泡。本发明人等发现，通过适当控制投向槽的第1成分、制泡剂、第2成分(例如，含有活性氢的化合物)的量和搅拌时间，可以得到均匀且比重偏差较少的聚氨酯发泡体。
在上述的混合步骤中，可以同时向槽中投入第1成分、制泡剂、第2成分，也可以在刚开始时向槽中投入上述各要素中的一部分，在经过搅拌混合的规定时间之后，投进剩下的要素并进行搅拌。
其中，作为使用本发明的制造方法制造微细气泡聚氨酯发泡体的方法，可以举出下列2种。
(1)预聚物法
该方法是对含有含异氰酸酯基化合物的第1成分和含有含活性氢化合物的第2成分进行混合而制造微细气泡聚氨酯发泡体的方法，
其中，向上述第1成分或第2成分的中的至少一种成分中添加没有羟基的硅酮类非离子型表面活性剂，并对添加了上述表面活性剂的成分与非反应性气体进行搅拌，把上述非反应性气体、优选把空气作为微细气泡进行分散而成为气泡分散液，之后将残留的成分混合于上述气泡分散液中并使之固化。
具体地说，该方法是把异氰酸酯基末端的异氰酸酯预聚物用作第1成分，把其作为气泡分散液之后，作为第2成分使用MBOCA等链延伸剂进行交联的方法；或者把羟基末端的预聚物用作第2成分，把其作为气泡分散液之后，作为第1成分使用二苯基甲烷二异氰酸酯等异氰酸酯化合物进行交联的方法。
(2)一步法
该方法是对含有含异氰酸酯基化合物的第1成分和含有含活性氢化合物的第2成分进行混合而制造微细气泡聚氨酯发泡体的方法，
其中，向上述第1成分或第2成分的中的至少一种成分中添加没有羟基的硅酮类非离子型表面活性剂，将上述第1成分和第2成分与非反应性气体、优选空气进行混合、搅拌，把上述非反应性气体作为微细气泡进行分散而成为气泡分散液，之后使上述气泡分散液固化。
该方法是将构成聚氨酯的多元醇化合物和链延伸剂、以及聚异氰酸酯化合物进行混合而作为气泡分散液，然后直接进行反应、固化的方法。
相对于第1成分和第2成分的总量，表面活性剂的添加量优选1～20重量％。
作为本发明的优选实施方式，上述搅拌器具备在垂直方向具有轴心的第1搅拌器桨叶和第2搅拌器桨叶，上述第1、第2搅拌器桨叶以相互啮合的方式反方向旋转，而且是以桨叶互不干涉的方式构成，通过上述搅拌器的旋转而把气体卷入液体中。
可以利用具备这种结构的搅拌器进行发泡、混合。另外，通过搅拌器桨叶的旋转把空气等气体卷入液体中，由此可以形成微细气泡。
作为本发明其他的优选实施方式，还可以举出在上述第2步之后从液面上把上述第1、第2搅拌器桨叶捞上来，在向上捞的过程中，使附着在上述第1、第2搅拌器桨叶上的液体沿着桨叶部分向下流的方式。
如果向上捞搅拌器桨叶时附着在搅拌器桨叶上的液体滴落到液面上，则会成为产生气孔而质量不佳的原因。因此，若使液体沿着桨叶部分向下流，则液体可以顺利地流入液面而可防止气孔的出现。
采用本发明的制造方法而制造的聚氨酯发泡体，其平均泡沫(cell)径为10～70μm，泡沫个数为100～700个/mm2，可以用作CMP研磨用垫片或玻璃研磨用垫片。
附图说明
图1是表示研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置的结构的侧视图。
图2是表示研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置的结构的俯视图。
图3是表示搅拌器的结构的侧视图。
图4是表示搅拌器的结构的俯视图。
具体实施方式
用附图对本发明的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置的优选实施方式进行说明。图1是表示制造装置的外观构成的侧视图。图2是表示制造装置的结构的俯视图。该制造装置通过把预聚物和制泡剂及已溶解的含活性氢化合物投入槽中进行发泡、混合，可以得到聚氨酯发泡体。
该装置具备：用于制造混合液的槽1、用于使槽内液体发泡并混合的搅拌器2、注入结束了混合工序的液体的金属模3。
设置有用于使搅拌器2上下移动的导向支柱5，同时设置有悬挂搅拌器2的链条4和平衡器6。通过对手柄(未图示)进行操作，可以使搅拌器2上下移动。通过在其他支柱上安装俯视大致呈C字形的支臂8而支撑槽1。金属模3是以搭载于支撑台10上面的形状而被支撑，且可以在垂直于图1纸面的方向上滑动。
接着，对搅拌器2的结构进行详细说明。图3是表示搅拌器的结构的侧视图，图4是表示搅拌器的结构的俯视图。该搅拌器2是2轴型搅拌器，具备第1搅拌器桨叶11和第2搅拌器桨叶21。第1、第2搅拌器桨叶11、21分别具有旋转轴12、22，如图4所示，第1搅拌器桨叶11在俯视情况下的旋转方向为逆时针方向，第2搅拌器桨叶21的旋转方向为顺时针方向。各搅拌器桨叶11、21具备沿圆周方向等间隔(90°间距)配置的桨叶部分。以第1搅拌器桨叶11的桨叶部分和第2搅拌器桨叶21的桨叶部分啮合的方式进行旋转，另外，如图4所示，因是在相位错开45°的状态下进行旋转，所以可以互不干涉地进行旋转。其中，图例中的桨叶部分有4个，至少有2个就可以进行搅拌。
各桨叶部分的形状是相同的，如图3所示，具有圆弧形、或椭圆弧形、或者任意平滑的曲面形状。
作为槽1的形状，其直径优选为各搅拌器桨叶11、21的外径的几倍，其高度优选为用搅拌器混合时液体不出现上溢的程度。如果成形的块大小为700(mm)×1500(mm)×30(mm)，所需的槽的体积(容积)为3 1.5L(升)。
当结束搅拌器2的搅拌混合时，需要从混合液中把混合液里的搅拌器桨叶11、21捞上来，但此时附着在搅拌器桨叶11、21上的液体并不低落在液面上，而是顺着桨叶部分的形状流下来。
<关于制造工序>
接着，对使用上述制造装置的聚氨酯发泡体的制造工序进行说明。这种聚氨酯发泡体是用于CMP研磨垫片的发泡体，要求具有材质均匀且模制品的比重差的偏差较小的特点。
标准配合为，相对于作为异氰酸酯末端预聚物的阿迪普林L-325(ユニロイヤル制)100份(70℃)，混合作为制泡剂(表面活性剂)的SH-192(東レ·ダウコ一ニング·シリコン社制)1～20份、作为含活性氢化合物的亚甲基双(O-氯苯胺)(MBOCA)(井原化学公司制)26份(120℃)。
把规定量的阿迪普林L-325和SH-192及已溶解的MBOCA投到槽1中，通过搅拌器2进行搅拌混合(发泡混合)。各搅拌器桨叶11、21的转速优选为500～3000rpm。混合时间优选为数分钟左右。可以通过该搅拌把空气卷入到混合液内部。
其中，就把阿迪普林L-325、SH-192和MBOCA投到槽1中的顺序而言，可以同时投入，也可以在最开始时投入这些物质中的一部分并进行搅拌混合，在经过了规定时间之后投入剩下的部分并进行搅拌混合。
结束搅拌后，把搅拌器桨叶11、21从液体中捞上来。此时，附着在搅拌器桨叶11、21上的液体顺着桨叶部分的形状流下来。因此，可以防止液体滴落造成的气孔的出现。当将搅拌器桨叶11、21捞上来之后且在开始增稠之前，使混合液流进金属模3中。
流入金属模3的一般方法是使槽1倾斜而流入金属模3的方法。优选的方法是在槽1的底部设置阀(未图示)以使混合液从底部流入金属模3的方法。后者出现气孔的可能性较小，所以优选。
制造聚氨酯发泡体时的比重调整方法以如下所示的方法进行。当把槽底部至设置在槽1内的搅拌器桨叶11、21的最上部位置处的容积作为100时，如果投入液体至容积80的位置，可以在液体比重为1时得到约0.8(g/cm3)的块。
通过以上得到的聚氨酯发泡体的性状如下。
比重…………0.4～0.9g/cm3
硬度(肖氏D)…………30～60
平均泡沫径…………10～70μm
泡沫个数…………100～700个/mm2
<实施例1>
当阿迪普林L-325为24.1kg、制泡剂SH-192为0.73kg(约3份)、MBOCA为6.32kg时，可以得到比重为0.845的块。另外，此时肖氏D硬度为54。
<实施例2>
当阿迪普林L-325为21.4kg、SH-192为0.81kg(约4份)、MBOCA为5.6kg时，可以得到比重为0.781的块。另外，此时肖氏D硬度为51。
<其他实施方式>
关于搅拌器桨叶的形状，并不限于本实施方式的形状，可以在本发明的范围内进行更改。
所制造的聚氨酯发泡体不仅可用于CMP研磨垫片，还可以用于玻璃研磨。

Claims (8)

1、一种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法，其特征在于，包括向槽中放入规定量的第1成分、制泡剂、和与所述第1成分发生反应而生成聚氨酯的第2成分，并在规定时间内用搅拌器发泡、混合的步骤；和在所述步骤之后，使混合液流入于金属模中而使之反应固化的步骤；其中介由设置在所述槽底部的阀使混合液流入到所述金属模中，所述搅拌器具备在垂直方向具有轴心的第1搅拌器桨叶和第2搅拌器桨叶，所述第1、第2搅拌器桨叶以相互啮合的方式反方向旋转，而且是以桨叶互不干涉的方式构成，并通过所述搅拌器的旋转，把气体卷入液体中。
2、根据权利要求1所述的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法，其特征在于，在所述第2步骤之后，具有把所述第1、第2搅拌器桨叶从液面捞上来的步骤，并在向上捞的过程中，使附着在所述第1、第2搅拌器桨叶上的液体沿着桨叶部分向下流。
3、根据权利要求1所述的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造方法，其特征在于，将各搅拌器桨叶的转速设置成500～3000min-1。
4、一种聚氨酯发泡体，其特征在于，是通过权利要求1所述的制造方法制造的聚氨酯发泡体，其平均泡沫径为10～70μm，泡沫个数为100～700个/mm2。
5、一种研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置，其特征在于，具备投入聚氨酯发泡体形成用组合物的槽和使投入到所述槽内的组合物发泡、混合的搅拌器，
所述搅拌器具备在垂直方向具有轴心的第1搅拌器桨叶和第2搅拌器桨叶，所述第1、第2搅拌器桨叶以相互啮合的方式反方向旋转，而且是以桨叶互不干涉的方式构成，
所述第1、第2搅拌器桨叶由多片桨叶部分构成，
在所述槽底部设置有金属模，可以从设置在其底部的阀把混合液注入到所述金属模中。
6、根据权利要求5所述的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置，其特征在于，所述桨叶部分具有平滑的形状，且桨叶部分的上端部和下端部被旋转轴所支撑。
7、根据权利要求5所述的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置，其特征在于，所述桨叶部分形成为当从液面向上捞所述第1、第2搅拌器桨叶时可使液体顺着所述桨叶部分流向下方而不是滴落的形状。
8、根据权利要求5所述的研磨垫片用聚氨酯发泡体的制造装置，其特征在于，设置有用于使所述搅拌器上下移动的导向支柱、悬挂搅拌器的链条、和支撑搅拌器重量的平衡器。
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