CN108115555A - 用于制造化学机械平面化（cmp）抛光垫的无气雾化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造化学机械平面化(chemical mechanical planarization，CMP)抛光垫的方法，包含分别地经由侧面液体进料口将40℃到90℃的温度T1下的包含胺固化剂的液体多元醇组分流和40℃到90℃的温度T2下的液体异氰酸酯组分流引入到具有下游开口端的内部腔室中，所述两种组分中的每一者处于13,000kPa到24,000kPa的设定点压力下，使得所述两束流以90度朝向彼此向下游流动，进而使所述两种组分碰撞混合以形成反应混合物，在压力下经由狭窄，优选圆形的小孔使所述反应混合物流从所述内部腔室的所述开口端排放并排放到具有氨基甲酸酯释放表面的敞口模具衬底上，并固化所述反应混合物以形成多孔聚氨基甲酸酯反应产物。

Description

用于制造化学机械平面化(CMP)抛光垫的无气雾化方法
本发明涉及用于制造多孔聚氨基甲酸酯(PU)弹性体物品和化学机械平面化(chemical mechanical planarization，CMP)抛光垫的方法，包含在不向反应混合物中注射或添加任何空气或气体的情况下使两组分反应混合物碰撞混合以形成多孔聚氨基甲酸酯。
用于制造多孔CMP抛光垫的已知方法包括添加多孔聚合填充剂(例如到模制的聚合基质中)，从而机械起泡固化以捕获气泡的气体/聚氨基甲酸酯(PU)混合物；添加发泡剂或使用水从物理或化学产生的气体中产生孔隙；并且快速减压用超临界(SC)流体(例如，SC-CO2)饱和的聚合物。然而，在任何这类方法中，将大量体积的气体引入到垫形成混合物中产生在包括气体之前对其调节的需求，并在处理期间和处理之后增加通风和流出物处理需求。产生或引入气体以在垫形成混合物中产生孔隙的已知方法可能不会产生均匀孔分布或均一填充模具以制造CMP抛光垫。另外，将空气或气体引入到此类用于制造CMP抛光垫的反应混合物中或在此类用于制造CMP抛光垫的反应混合物中产生气体可能从喷射装置中产生两种相流动，这会缺乏均匀性，使喷射尖端或喷嘴处的液体流与气体流之间交替，从而造成非均质材料排放并在所得产物中产生条纹。
Swisher等人的美国专利申请公开第2009/0094900 A1号公开用于制造CMP抛光垫的方法，所述方法包含使第一反应物-超过60℃下的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物与第二反应物-超过100℃下的二胺以3∶1到6∶1的第一反应物与第二反应物的比值碰撞混合，浇铸第一反应物与第二反应物的混合物并使所得聚脲聚氨基甲酸酯弹性体形成到化学机械平面化(CMP)抛光垫中。Swisher在[0030]中公开将气体注射到反应混合物中。
本发明人寻求解决提供用于制造具有改善的均一性的化学机械抛光垫的涂覆或喷射方法。
发明内容
1.根据本发明，制造化学机械平面化(chemical mechanical planarization，CMP)抛光垫的方法包含：分别地经由侧面液体进料口将40℃到90℃的温度T1下的液体多元醇组分流和40℃到90℃的温度T2下的液体异氰酸酯组分流引入到具有下游开口端的内部腔室，优选圆柱形腔室中，两种组分中的每一者在13,000kPa到24,000kPa(2000psi到3400psi)、或优选20,000kPa到24,000kPa的设定点压力下，使得两束流以90度朝向彼此向下游流动，进而使两种组分碰撞混合以形成反应混合物，所述液体多元醇组分包含一种或多种多元醇和胺固化剂，优选地，芳香族二胺，如二甲基硫代甲苯二胺；并且所述液体异氰酸酯组分包含一种或多种聚异氰酸酯或异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，优选地，芳香族聚异氰酸酯或芳香族异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物；至少一种组分，优选地，液体多元醇组分含有以反应混合物的总固体重量计高达2.0wt.％或优选0.1wt.％到1wt.％的足够量的非离子表面活性剂，优选地有机聚硅氧烷-共-聚醚表面活性剂以有助于在方法中形成的孔隙的稳定；在压力，如***(例如，无气或空气辅助喷枪)下如使用无气喷枪将反应混合物流从内部腔室的开口端经由狭窄小孔，优选直径为0.4mm到2.0mm、优选0.6mm到1.7mm或更优选0.9mm到1.4mm的圆形小孔排放，并排放在具有氨基甲酸酯释放表面，如聚四氟乙烯的敞口模具衬底上，优选地，模具具有当所施加的反应混合物填充模具时形成CMP抛光垫的所期望的凹槽图案的凹形构形；并在环境温度到130℃、或优选环境温度到100℃下固化反应混合物，以形成密度在0.6gm/cc到1gm/cc或优选0.75gm/cc到0.95gm/cc范围内的多孔聚氨基甲酸酯反应产物。
2.根据如上述项目1中所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述内部腔室是末端封闭的圆柱，其具有下游开口端、对称轴、至少两个通向内部圆柱形腔室的液体进料口、至少一个通向内部腔室的液体异氰酸酯组分进料口和至少一个通向内部腔室的液体多元醇组分进料口，其中所述封闭端和所述开口端垂直于所述对称轴；并且，其中所述至少一个液体多元醇组分进料口和所述至少一个液体异氰酸酯组分进料口沿着接近封闭端的内部圆柱形腔室的圆周配置。
3.根据如上述项目1或2中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述反应混合物不含额外发泡剂，包括不含额外化学或物理发泡剂。
4.根据如上述项目1、2或3中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述反应混合物不含额外加压气体，如加压空气。
5.根据如上述项目1、2、3或4中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述反应混合物在固化温度下的凝胶时间为2秒到300秒、或优选5秒60秒、或优选5秒到45秒。
5.根据如上述项目1、2、3、4或5中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中在将所述温度T1下的液体多元醇组分和所述温度T2下的液体异氰酸酯组分中的每一者引入到所述内部腔室时，每一者的粘度为10cPs到1000cPs或优选100cPs到500cPs。
6.根据如上述项目5中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，进一步其中，在将所述液体多元醇组分和所述液体异氰酸酯组分中的每一者引入到所述内部腔室中之前，将其分别单独预加热到45℃到80℃的温度T1和温度T2。
7.根据如上述项目1、2、3、4、5或6中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述液体多元醇组分进一步包含高达3000ppm或优选高达1500ppm的水以提高垫孔隙率。
8.根据如项目1、2、3、4、5、6或7中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所得CMP抛光垫的平均孔径为20μm到80μm、或优选30μm到65μm。
9.根据如项目1、2、3、4、5、6、7或8中任一项所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中所述反应混合物和所述液体异氰酸酯组分和所述液体多元醇组分中的每一者不含溶剂并基本上不含水。
10.根据如上述任何先前项目1到9中所阐述的用于制造CMP抛光垫的本发明方法，其中固化所述反应混合物包含首先在环境温度到130℃下固化1分钟到30分钟、或优选30秒到5分钟的时段；将聚氨基甲酸酯反应产物从所述模具中移除；并且随后最后在60℃到130℃的温度下固化1分钟到16小时、或优选30min到4小时的时段以形成多孔物品。
11.根据如上述项目10中的本发明方法，其中形成所述抛光垫进一步包含在所述多孔物品的底侧上堆叠子垫层(如聚合物浸渍无纺或多孔或无孔聚合物薄片)使得所述多孔物品的模制表面形成CMP抛光垫的顶表面。
12.根据如上述项目1到11中任一项的本发明方法，其中将所述反应混合物的流排放到模具上包含过度喷涂所述模具，随后固化因此涂覆的反应混合物以形成聚氨基甲酸酯反应产物，将所述聚氨基甲酸酯反应产物从所述模具中移除并且随后将所述聚氨基甲酸酯反应产物的周边冲压或切割到CMP抛光垫的期望直径。
13.根据如上述项目1到12中任一项的本发明方法，其中所述排放藉助于由能够实现在平行于敞口模具表面的平面上移动的机械致动器原地固持的无气喷枪，所述机械致动器例如具有能够实现编程移动的机械连杆的可编程电子致动器，优选地，具有能够XY轴向移动的四轴臂或能够XYZ轴向移动和旋转移动的六轴臂的自动机。
出于本说明书的目的，除非另外特定指出，否则调配物均以wt.％表示。
除非另外指示，否则温度和压力的条件为环境温度和标准压力。
除非另外指示，否则含有圆括号的任何术语都可以替代地指全部术语，如同圆括号不存在和术语没有圆括号一样，以及每个替代方案的组合。因此，术语“(聚)异氰酸酯”是指异氰酸酯、聚异氰酸酯或其混合物。
所有范围均具有包括性和可组合性。举例来说，术语“50cp到3000cp或100cp或更高的范围”将包括50cp到100cp、50cp到3000cp和100cp到3000cp中的每一个。
除非另外指示，否则如本文所用，术语聚合物的“平均分子量”是指通过凝胶渗透色谱法所测定的对指定或如果非指定的已知合适标准品(如多元醇的聚(乙二醇))的结果。
如本文所用，术语“凝胶时间”意指通过以下获得的结果：在约80℃下例如在设定在1000rpm下的VM-2500涡流实验室混合器(StateMix Ltd.，Winnipeg，Canada)中混合给定反应混合物30s；将计时器设定为0并打开计时器；将混合物倒入铝杯中；将杯放入到设定在65℃下的凝胶计时器(Gardco Hot PotTM凝胶计时器，Paul N.Gardner Company，Inc.，Pompano Beach，FL)的电热锅中；用20RPM下的线网搅拌器搅拌反应混合物并记录线网搅拌器停止在样品中移动时的凝胶时间。
如本文所使用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际性组织(ASTMInternational.West Conshohocken，PA)的出版物。
如本文所用，术语“聚异氰酸酯”意指任何含有分子的异氰酸酯，所述分子含有两种或更多种异氰酸酯基。
如本文所用，术语“聚氨基甲酸酯”是指双官能或多官能异氰酸酯的聚合产物，例如聚醚脲、聚异氰脲酸酯、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚氨酯脲、其共聚物和其混合物。
如本文所用，术语“反应混合物”包括任何非反应性添加剂，如表面活性剂和降低如根据ASTM D2240-15(2015)所测量的CMP抛光垫中的聚氨基甲酸酯反应产物的硬度的添加剂。
如本文所使用，术语反应混合物的“化学计量”是指在反应混合物中(游离OH基团+游离NH2基团)的摩尔当量与游离NCO基团的摩尔当量的比值。
如本文所用，术语“SG”或“比重”是指根据本发明制成的抛光垫或层的密度与相同温度下水密度的比值。
如本文所用，术语“固体”是指残留在本发明的聚氨基甲酸酯反应产物中的任何材料；因此，固体包括在固化时未挥发的反应性和非挥发性添加剂。固体不包括水和挥发性溶剂。
如本文所用，术语“基本上不含发泡剂”意指给定组合物不含额外化学或物理发泡剂。发泡剂不包括水。不认为穿过鼓风盖的空气流是给定组合物的部分。
如本文所用，除非另外指示，否则术语“基本上不含水”意指给定组合物具有低于2,000ppm的额外水，或优选地无额外水并且进入组合物中的材料具有低于2000ppm的添加水或优选地无额外水。“基本上不含水”的反应混合物可以包含在50ppm到2000ppm或优选地50ppm到1000ppm范围内，原材料(例如成孔剂)中存在的水，或可以包含在缩合反应中形成的反应水或来自其中反应混合物在使用中的环境水分的蒸汽。
如本文所用，除非另外指示，否则术语“粘度”是指如在具有100μm间距的50mm平行板几何形状中使用设定在1弧度/秒的稳定剪切的流变仪所测量的在给定温度下呈纯净形式(100％)的给定材料的粘度。
如本文所用，术语“wt.％”表示重量百分比。
附图说明
图1描述本发明的方法中所用的内部腔室和喷射装置的小孔的透视图，包括所述两种组分中的每一者的进气口。
本发明实现用于在无额外发泡剂情况下从两组分反应混合物制造多孔聚氨基甲酸酯CMP抛光垫的简单喷射涂覆方法。本发明的方法在不需要将气体注射到涂覆装置中的情况下产生气溶胶。不添加空气或气体。混合藉助于内部腔室内的高压碰撞混合实现，但雾化通过仍在高压下经由狭窄小孔排放反应混合物产生；离开无气喷射装置的流体反应混合物的高速度从环境空气产生孔隙，流体小滴穿过所述环境空气从装置的喷射尖端行进到衬底。本发明的方法中所用的唯一气体是环境空气，反应混合物的排放流穿过所述环境空气流动。反应混合物的雾化通过在高压下使所述反应混合物喷射穿过狭窄小孔产生。可以改变小孔尺寸以在期望的流动速率下保持充足的排放压力从而确保反应混合物的雾化和有效涂覆。本发明人发现本发明的方法在无空气或气体注射或添加化学或物理发泡剂的情况下产生气泡或孔隙；另外，预期用于雾化反应混合物的本发明的方法将提高过程稳定性并减少垫与垫的制造差异。
本发明的方法实现制造适合于对半导体、光学和磁衬底中的至少一种进行平面化的CMP抛光垫。
本发明的方法还实现堆叠的CMP抛光垫的形成，其中反应混合物从内部圆柱形腔室的开口端排放并排放到已经形成的化学机械抛光层的基底表面上，并使反应混合物固化在化学机械抛光层的基底表面上以形成子衬垫；其中子衬垫与化学机械抛光层一体并且子衬垫具有不同于化学机械抛光层的子衬垫孔隙率；并且，其中化学机械抛光层的孔隙率为≥10体积％和适于抛光衬底的抛光表面。
在制造根据本发明的堆叠垫的方法中，CMP抛光层的基底表面可以通过以下形成：相同地在本发明的压力下使两种组分：液体多元醇组分和液体异氰酸酯组分在内部腔室中碰撞混合以形成抛光层反应混合物，随后将反应混合物排放到敞口模具的表面上。
在本发明的内部腔室中，每一流注射所处的压力(例如，17,000kPa到24,000kPa(2500psi到3400psi))足够高从而确保均质混合。压力上限由装置极限决定。
本发明的方法中所用的装置可以包含无气喷枪，其具有带有期望尺寸的小孔的喷射嘴并装备有经由泵(活塞泵)的两条引线，一条用于液体异氰酸酯组分并且另一条用于液体多元醇组分。合适装置的实例是Graco ProblerTM P2两组分喷枪(Graco，Minneapolis，MN)，其通过高压计量泵进料；或装备有具有期望直径的小孔的喷射头并与泵或计量装置连接的其它Graco无气喷枪，其可以在用于制造本发明的CMP抛光垫的期望压力和比率下将两组分反应混合物传递到喷枪。
进入本发明的装置中的喷枪的两条引线可以包含计量或传递***，如一对气动驱动正排量活塞泵或精密齿轮泵，各自用于在高压力下分配液体多元醇组分或液体异氰酸酯组分穿过一系列配件和套管到达碰撞混合器。合适计量装置的实例是GusmerTMHV-20\35计量分配单元(Graco，Minneapolis，MN)。
如图1中所示，内部腔室(16)具有两条流体入口引线(12和14)，各一条分别用于液体异氰酸酯组分和液体多元醇组分。在其开口(下游)端，内部腔室(16)具有装备有喷射尖端的喷嘴(18)。
本发明的反应混合物不包含溶剂并且不包含额外水，除了可以将高达2000ppm的水添加到液体多元醇组分中以有助于孔形成。
本发明的模具由不粘材料(聚四氟乙烯)制成或内衬有不粘材料。优选地，模具经加工以形成凹形构形，使得所得模制的聚氨基甲酸酯反应产物具有期望的凹槽配置。
优选地，本发明的方法中的衬底是模具，所制造的CMP抛光垫将使凹槽图案直接并入所述模具。举例而言，模具可以具有在所涂覆的反应混合物填充模具时形成垫的凹槽图案的凹形构形。
本发明的液体异氰酸酯组分可以包含二异氰酸酯、三异氰酸酯、异氰脲酸酯异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物或其混合物中的任一者。优选地，液体异氰酸酯组分包含芳香族聚异氰酸酯，如选自以下的芳香族二异氰酸酯：亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)；二异氰酸甲苯酯(TDI)；萘二异氰酸酯(NDI)；对苯二异氰酸酯(PPDI)；邻甲苯胺二异氰酸酯(TODI)；改性的二苯基甲烷二异氰酸酯，如碳化二亚胺改性的二苯基甲烷二异氰酸酯、脲基甲酸酯改性的二苯基甲烷二异氰酸酯、缩二脲改性的二苯基甲烷二异氰酸酯；芳香族异氰脲酸酯，如MDI的异氰脲酸酯；线形异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物，例如MDI的线形异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物或具有一种或多种异氰酸酯增量剂的MDI二聚体。
合适的异氰酸酯增量剂是乙二醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，2-丁二醇；1，3-丁二醇；2-甲基-1，3-丙二醇；1，4-丁二醇；新戊二醇；1，5-戊二醇；3-甲基-1，5-戊二醇；1，6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇；三丙二醇和其混合物。
本发明的液体异氰酸酯组分可以具有以芳香族异氰酸酯组分的总固体重量计，10wt.％到40wt.％、或优选地15wt.％到35wt.％的极高未反应的异氰酸酯(NCO)浓度。
合适的异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物是具有低于0.1wt％游离二异氰酸甲苯酯(TDI)单体含量的低游离异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。
本发明的液体多元醇组分可以任一种或更多种具有末端羟基的二醇或聚醚多元醇，如二醇、多元醇、多元醇二醇、其共聚物和其混合物。优选地，一种或多种多元醇选自聚醚多元醇(例如，聚(氧基四亚甲基)二醇、聚(氧丙烯)二醇和其混合物)；聚碳酸酯多元醇；聚酯多元醇；聚己内酯多元醇；其混合物；和其具有选自由以下组成的群组的一种或多种低分子量多元醇的混合物：乙二醇；1，2-丙二醇；1，3-丙二醇；1，2-丁二醇；1，3-丁二醇；2-甲基-1，3-丙二醇；1，4-丁二醇；新戊二醇；1，5-戊二醇；3-甲基-1，5-戊二醇；1，6-己二醇；二乙二醇；二丙二醇；和三丙二醇。
更优选地，本发明的液体多元醇组分的一种或多种多元醇选自聚四亚甲基醚乙二醇(PTMEG)；含酯多元醇(如己二酸已二醇酯、己二酸丁二醇酯)；聚丙烯醚二元醇(PPG)；聚己内酯多元醇；其共聚物；和其混合物。
合适多元醇可以包括数目平均分子量MN为500到10,000的高分子量多元醇。优选地，所用高分子量多元醇的数目平均分子量MN为500到6,000，或更优选地，500到4,000；最优选地1,000到2,000)。此类高分子量多元醇优选地每分子具有平均3到10个羟基。更优选地，所用的高分子量多元醇每分子具有平均4到8个、或更优选地5到7个、或最优选地6个羟基。含有6个羟基的高分子量多元醇的实例是具有乙氧基羟基的聚丙氧基-共-乙氧基糖醇，如山梨糖醇。
本发明的胺固化剂是具有一个或多个或优选地两个或更多个氨基的胺或多元胺，或优选地芳香族多元胺，如具有3个氨基的芳香族二胺和芳香族多元胺。更优选地，胺固化剂是一种或多种选自由以下组成的群组的芳香族二胺：二甲基硫代甲苯二胺；丙二醇二-对氨基苯甲酸酯；聚四氢呋喃二-对氨基苯甲酸酯；聚四氢呋喃单-对氨基苯甲酸酯；聚环氧丙烷二-对氨基苯甲酸酯；聚环氧丙烷单-对氨基苯甲酸酯；1，2-双(2-氨基苯硫基)乙烷；甲苯二胺，如二乙基甲苯二胺、5-叔丁基-2，4-甲苯二胺、3-叔丁基-2，6-甲苯二胺、5-叔戊基-2，4-甲苯二胺、3-叔戊基-2，6-甲苯二胺、5-叔戊基-2，4-氯甲苯二胺，和3-叔戊基-2，6-氯甲苯二胺；亚甲基二苯胺，如4，4′-亚甲基-双-苯胺；异佛尔酮二胺；1，2-二氨基环己烷；双(4-氨基环己基)甲烷、4，4′-二氨基二苯基砜；间苯二胺；二甲苯二胺；1，3-双(氨基甲基环己烷)；和其混合物，优选地二甲基硫代甲苯二胺。
一般来说，反应混合物中胺(NH2)基团的总摩尔数和羟基(OH)基团的总摩尔数的总和与反应混合物中未反应的异氰酸酯(NCO)基团的总摩尔数的化学计量比在0.8∶1.0到1.1∶1.0、或优选地0.95到1.05范围内。
通过本发明的方法制成的化学机械抛光垫可以仅包含聚氨基甲酸酯反应产物的抛光层或堆叠在子衬垫或子层上的抛光层。抛光垫或在堆叠垫的情况下，本发明的抛光垫的抛光层可用于多孔配置和无孔或未填充的配置两者中。
优选地，在本发明的化学机械抛光垫中所用的抛光层的平均厚度为500微米到3750微米(20密耳到150密耳)、或更优选地750微米到3150微米(30密耳到125密耳)、或更优选地1000微米到3000微米(40密耳到120密耳)、或最优选地1250微米到2500微米(50密耳到100密耳)。
本发明的化学机械抛光垫任选地进一步包含至少一个与抛光层介接的额外层。优选地，化学机械抛光垫任选地进一步包含粘附于抛光层的可压缩子垫或基层。可压缩基层优选地提高抛光层与被抛光的衬底的表面的顺应性。
本发明的化学机械抛光垫的抛光层具有适于抛光衬底的抛光表面。优选地，抛光表面具有选自穿孔和凹槽中的至少一者的宏纹理。穿孔可以从抛光表面延伸部分地或全部穿过抛光层的厚度。
优选地，凹槽配置在抛光表面上，使得在抛光期间旋转化学机械抛光垫时，至少一个凹槽向被抛光的衬底的表面扩展。
优选地，本发明的化学机械抛光垫的抛光层具有适于抛光衬底的抛光表面，其中所述抛光表面具有宏纹理，其包含于其中形成并选自弯曲凹槽、直线凹槽、穿孔和其组合的凹槽图案。优选地，凹槽图案包含多个凹槽。更优选地，凹槽图案选自凹槽设计，如选自由以下组成的群组的一种：同心凹槽(可以是环状或螺旋形)、弯曲凹槽、交叉影线凹槽(例如，配置为遍及垫表面的X-Y网格)、其它规则设计(例如，六边形、三角形)、轮胎面型图案、不规则设计(例如，分形图案)和其组合。更优选地，凹槽设计选自由以下组成的群组：随机凹槽、同心凹槽、螺旋形凹槽、交叉影线凹槽、X-Y网格凹槽、六角形凹槽、三角形凹槽、分形凹槽和其组合。最优选地，抛光表面具有形成于其中的螺旋形凹槽图案。凹槽轮廓优选地选自具有竖直侧壁的矩形或凹槽截面可以是“V”形、“U”形、锯齿和其组合。
根据制造根据本发明的抛光垫的方法，化学机械抛光垫可以在其抛光表面中用宏纹理或凹槽图案模制以提高浆液流量并且自垫-晶片界面去除抛光碎屑。这类凹槽可以由模具表面的形状在抛光垫的抛光表面中形成，即其中模具具有宏纹理的凹形构形形式。
本发明的化学机械抛光垫可用于抛光选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一者的衬底。
本发明的CMP抛光垫对于层间介电(interlayer dielectric，ILD)和无机氧化物抛光有效。
优选地，抛光本发明的衬底的方法包含：提供选自磁性衬底、光学衬底和半导体衬底中的至少一者的衬底(优选半导体衬底，如半导体晶片)；提供根据本发明的化学机械抛光垫；建立抛光层的抛光表面与衬底之间的动态接触以抛光衬底表面；以及使用研磨调节器调节抛光表面。
调节抛光垫包含当暂停抛光时在CMP工艺中的间歇性中断期间(“非原位”)或在CMP工艺在进行的同时(“原位”)，使调节圆盘与抛光表面接触。调节圆盘具有通常由将微观槽沟切入垫表面的嵌入的金刚石头组成的粗糙调节表面，从而研磨并犁耕垫材料并且更新抛光纹理。典型地，调节圆盘在相对于抛光垫的旋转轴固定的位置旋转，并且随着抛光垫旋转而扫出环形调节区域。
实例：
使用通过高压计量泵进料的ProblerTM P2两组分喷枪(Graco，Minneapolis，MN)混合指定的60℃下的液体多元醇组分和60℃下的液体异氰酸酯组分，如以下表1中所示。液体多元醇组分和液体异氰酸酯组分在以下表2中指定的压力下计量入喷枪中。所得反应混合物喷射到具有由聚四氟乙烯制成的不粘表面的敞口模具衬底上。量以重量份固体为单位。
表1：组合物
1.迈图高新材料公司，纽约州沃特福德市(Momentive Performance Materials，Waterford，NY)；2.陶氏化学公司，密歇根州米德兰市(The Dow Chemical Co.，Midland，MI)。
研究各种空气喷射嘴设定，包括对应于不同混合腔室尺寸和喷嘴小孔直径的商业喷嘴尖端(尖端标识00、01、04；小孔直径分别为0.9mm(0.042密耳)、1.07mm、1.7mm)、操作压力设定点(13.8MPa、20.0MPa、23.5MPa)和模具上方的喷射高度(约38cm、约76cm)。以下表2提供由实例模制的物品的孔直径和密度。
测试方法：按以下测试所得模制物品，如下表2中所示：
图像分析：所得模制品的扫描电子显微照片(Scanning electron micrographs，SEM)提供对孔隙尺寸平均值的了解。影像分析中所用的图像(未图示)是自顶到底指定的模制品的截面(图像1＝顶，影像3＝底)。数据分析显示平均孔径自模制品的顶到底是恒定的，对于自顶到底的每一影像而言，平均孔径的差值处于6μm到8μm范围内。
密度通过阿基米德方法(Archimedes method)比较给定模制品的重量对其浸没在水中的重量来测量。
平均孔径通过所选择孔隙数目(约150个孔隙)的手动图像分析以确定每一者的直径并随后取平均值来测量。
表2：模制物品
如上表2中所示，本发明的方法能够使人通过截留环境空气来喷射反应混合物以产生孔隙。使用00和01喷射尖端和高压介质实现最佳条件。总体而言，数据证明对孔隙率的极佳控制和孔隙率的可预测性。实例1到实例14的物品在无聚合微球的情况下具有相似密度和仅来自截留空气的孔隙，从而证明本发明的方法的灵活性。

Claims (10)

1.一种制造化学机械平面化(chemical mechanical planarization，CMP)抛光垫的方法，包含分别地经由侧面液体进料口将40℃到90℃的温度T1下的液体多元醇组分流和40℃到90℃的温度T2下的液体异氰酸酯组分流引入到具有下游开口端的内部腔室中，所述两种组分中的每一者处于13,000kPa到24,000kPa(2000psi到3400psi)的设定点压力下，使得所述两束流以90度朝向彼此向下游流动，进而使所述两种组分碰撞混合以形成反应混合物，所述液体多元醇组分包含一种或多种多元醇和胺固化剂；并且所述液体异氰酸酯组分包含一种或多种聚异氰酸酯或异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物；至少一种组分含有以所述反应混合物的总固体重量计高达2.0wt.％的足够量的非离子表面活性剂以有助于孔隙的稳定，在压力下经由狭窄小孔将所述反应混合物流从所述内部腔室的所述开口端排放并排放到具有氨基甲酸酯释放表面的敞口模具衬底上；并在环境温度到130℃下固化所述反应混合物以形成密度在0.6gm/cc到1gm/cc范围内的多孔聚氨基甲酸酯反应产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体多元醇组分包含芳香族二胺作为胺固化剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体异氰酸酯组分包含芳香族聚异氰酸酯或芳香族异氰酸酯封端的氨基甲酸酯预聚物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物不含额外发泡剂并且不含额外加压气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物在固化温度下的凝胶时间是2秒到300秒。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部腔室是末端封闭的圆柱，其具有下游开口端、对称轴、至少两个通向所述内部圆柱形腔室的液体进料口、至少一个通向所述内部腔室的液体异氰酸酯组分进料口和至少一个通向所述内部腔室的液体多元醇组分进料口，其中所述封闭端和所述开口端垂直于所述对称轴；并且，其中所述至少一个液体多元醇组分进料口和所述至少一个液体异氰酸酯组分进料口沿着接近所述封闭端的所述内部圆柱形腔室的圆周配置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是敞口模具，所述敞口模具具有当所施加的反应混合物填充所述模具时形成CMP抛光垫的期望的凹槽图案的凹形构形。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述温度T1下的液体多元醇组分和所述温度T2下的液体异氰酸酯组分中的每一者引入所述内部腔室时，各自具有10cP到1000cP的粘度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述所得CMP抛光垫的平均孔径为20μm到80μm。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应混合物以及所述液体异氰酸酯组分和所述液体多元醇组分中的每一者不含溶剂并且基本上不含水。
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