用于cmp垫的聚氨酯组合物及其制造方法

专利名称：用于cmp垫的聚氨酯组合物及其制造方法
技术领域：
本发明涉及基于新型组合物的化学机械抛光/平面化垫及其制造方法。具体而言，该CMP垫是衍生自聚醚/聚酯预聚物反应混合物的聚氨酯垫，其中所得垫表现出在高孔隙率下的适中硬度、高抗撕裂性和高阻尼性能。
背景技术：
化学机械平面化，也称作化学机械抛光或CMP，是用于在后续步骤的准备中将加工中的半导体晶片或其它衬底，如光学、磁性类型的衬底的顶面平面化或用于选择性除去材料的技术。该技术与抛光垫一起使用具有腐蚀性和磨蚀性的浆料。半导体技术中的快速进展已导致极大规模集成(VLSI)和超大规模集成(ULSI)电路的出现，从而在半导体衬底中的区域中的较小区域中填装更多器件。较大器件密度要求大的抛光程度和平面度才能实现形成更大量具有当前设计中包含的较小特征的器件所需的更高分辨率平版印刷法。此外，由于其低电阻，越来越多地使用铜作为互连线。通常，使用蚀刻技术将导电(金属)和绝缘体表面平面化。但是，在用作互连线时因其有利性质而合意的某些金属(Au、Ag、Cu)不容易蚀刻，因此需要CMP法。通常，CMP是涉及抛光垫和工件两者的循环运动的动态过程。CMP将除去的表面层的化学转化与转化产物的机械清除相结合。理想地，转化产物软，促进高抛光速率。软抛光垫的一个优点是抛光晶片的低缺陷密度和良好的晶片内均勻性。但是，软CMP垫具有短垫寿命，要求在大约50个晶片后更换。此外，在抛光周期的过程中，将能量传送至垫。这种能量的一部分以热形式在该垫内消散，其余部分存储在该垫中并随后在抛光周期的过程中以弹性能形式释放。后者被认为造成金属构件的碟形现象和氧化侵蚀现象。尽管公知的是碟形现象的预防需要较硬的垫，但这种类型的垫提高表面划伤和缺陷的数量和密度。因此，仍然需要提供良好清除率、良好的晶片内(WIW)和模头内(WID)均勻性、低碟形现象和/或侵蚀、降低的划伤、较低调节要求和延长的垫寿命的CMP垫。发明概述本发明部分涉及具有特殊性质，特别是高阻尼性能的CMP垫化学制剂。业已发现， 原材料和特定材料组合的选择以及方法(如气体发泡)影响聚合材料的形态，从而产生具有独特性质并在CMP垫中特别有利的最终产品。已经发现，具有低回弹的CMP垫倾向于在循环形变过程中吸收相对大量的能量， 造成抛光过程中较低的碟形现象和产生更好的WID均勻性。刚度对WID均勻性和延长的垫寿命而言也是重要考虑因素。定量描述阻尼效应的一种尝试已使用名为能量损失系数 (KEL)的参数。KEL被定义为在各形变周期中损失的每单位体积的能量。通常，垫的KEL值越高，弹性回跳越低且观察到的碟形现象越少。为了提高KEL值，可以将该垫造得更软。但是，这种方法往往也降低该垫的刚度。 降低的刚度由于该垫在器件角周围的构造而造成降低的平面化效率和增多碟形现象。提高该垫的KEL值的另一方法是以提高KEL而不降低刚度的方式改变其物理组成。为了达到恰当平衡，已经发现，特定重量百分比的共固化聚醚和聚酯预聚物的制剂提供具有高阻尼性质、低回弹和碟形现象的聚氨酯化学抛光垫。具体而言，在本发明的一个优选实施方案中，该聚氨酯材料是大约60-80重量％ (wt%)的量的聚醚预聚物与20-40重量％ 的量的聚酯预聚物的反应混合物。自然地，该微孔垫制剂包括表面活性剂、起泡剂、固化剂和任选其它添加剂，如填料。因此，具有该优选组成的聚氨酯微孔CMP垫表现出高阻尼性能，同时保持在高孔隙率和高抗撕裂性下的适中硬度。本发明针对对传统和先进的电子、光学或磁性部件的制造中所用的CMP垫的要求，并具有许多优点。本发明的高阻尼聚合材料具有高能量消散并可以吸收抛光界面处的不规则回弹和振动能以产生更好均勻性。由这种材料制成的CMP垫提供良好的WIW和WID 均勻性、光滑抛光性能、低碟形现象和/或侵蚀。该垫通常具有高度稳定的硬度或刚度，从而提供良好平面化性能和长的垫寿命。在本发明的一个方面中，提供衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯化学机械抛光垫。该垫包括占预聚物混合物总重量的大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚四亚甲基醚二醇基预聚物；大约20-40重量％的量的甲苯二异氰酸酯 (TDI)-封端的己二酸乙二醇酯(ethylene adipate)聚酯预聚物，其中该重量百分比基于预聚物混合物总重量；分别有效量的表面活性剂和固化剂，和引入该反应混合物中以形成抛光垫的发泡剂，其中所得抛光垫具有大约0. 6至大约0. 95g/cc范围的密度。在本发明的另一方面中，提供制造衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯CMP垫的方法。该方法包括在有效量的表面活性剂存在下，将大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚醚预聚物与大约20-40重量％的量的甲苯二异氰酸酯 (TDI)-封端的聚酯预聚物混合，其中该重量百分比基于预聚物总重量；通过将发泡剂引入反应混合物中来使该反应混合物发泡；和在有效量的固化剂存在下使该发泡的反应混合物聚合以形成具有大约0. 6至大约0. 95g/cc范围的密度的抛光垫。有利地，可以使用市售预聚物制备CMP垫，由此实现和简化整个制造工艺。可以使用标准技术或设备进行气体发泡和浇铸的方面。在该垫的某些化学制剂中，可以降低发泡时间而不牺牲发泡特性和品质。附图简述由其优选实施方案的下列详述并联系附图将更好地理解本发明的目的和优点，其中

图1所示为制备和测试的固体聚醚和聚酯预聚物的硬度-回弹相关性；图2描绘酯剂量对基于聚醚和聚酯预聚物的反应混合物形成的杂化共聚物CMP共聚物固体的影响；图3所示为在具有各种酯剂量的垫的清除速率方面CMP垫的铜抛光性能；和图4所示为本发明的CMP垫和市售垫之间的性能比较。发明详述现在参照附图更特别描述和在权利要求书中指出本发明的上述和其它特征，包括构造和部件组合的各种细节和其它优点。要理解的是，具体体现本发明的特定聚氨酯化学机械抛光垫和制造方法通过示例方式显示，而非作为本发明的限制。可以在不背离本发明范围的情况下在各种和许多实施方案中使用本发明的原理和特征。一方面，本发明涉及特别适用于制造CMP垫的阻尼聚合材料。本文所用的术语“阻尼”是指一材料吸收机械能的能力。优选通过Bashore回弹法测量阻尼所述回弹法是用于测试材料回弹的简单技术。该Bashore回弹试验是本领域中已知的并例如描述在American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard D4632 中。也可以如本领域中已知的那样使用其它测量回弹的方法。该聚合材料是聚氨酯，即含有重复氨基甲酸乙酯单元的聚合物。该聚氨酯衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物，其中该混合物与固化剂交联。该聚合材料可包括其它成分，例如表面活性剂、填料、催化剂、加工助剂、添加剂、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂等。氨基甲酸乙酯预聚物是通过使多元醇(例如聚醚和/或聚酯多元醇)和双官能或多官能异氰酸酯反应而形成的产物。本文所用的术语“多元醇”包括二醇、多元醇、多元醇-二醇、它们的共聚物和混合物。聚醚多元醇可以通过环氧烷聚合制造并往往是高分子量聚合物，从而提供宽范围的粘度和其它性质。醚基多元醇的常见实例包括聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚亚丙基醚二醇(PPG)等。聚酯多元醇的实例包括聚己二酸酯二醇、聚己内酯等。聚己二酸酯二醇可以通过己二酸和脂族二醇如乙二醇、丙二醇、1，4_ 丁二醇、新戊二醇、1，6_己二醇、二乙二醇及其混合物的缩合反应制造。也可以使用多元醇混合物。例如，可以将多元醇，如上述那些与低分子量多元醇， 例如乙二醇、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、二丙二醇及其混合物混合。用于制备氨基甲酸乙酯预聚物的最常见的异氰酸酯是亚甲基二苯基二异氰酸酯 (MDI)和甲苯二异氰酸酯(TDI)，两者都是芳族的。其它芳族异氰酸酯包括对苯撑二异氰酸酯(PPDI)，以及芳族异氰酸酯的混合物。在本发明的具体方面中，所用氨基甲酸乙酯预聚物可包括脂族异氰酸酯，例如氢化MDI(H12MDI)、己二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、其它脂族异氰酸酯和它们的组合。因此，该预聚物也可包括脂族和芳族异氰酸酯的混合物。预聚物通常以该预聚物中存在的未反应异氰酸酯基团(NCO)的重量百分比(重量％)表征。重量％ NCO可用于确定用于制造聚氨酯材料的组分的混合比。在一个优选实施方案中，未反应NCO的量为大约6. 5至大约8. 5重量％，优选大约7. 6至大约8. 4重量％。可以使用本领域中已知的合成技术形成氨基甲酸乙酯预聚物。在许多情况下，合适的氨基甲酸乙酯预聚物可购得。市售聚醚氨基甲酸乙酯预聚物的实例包括来自Chemtura Corporation, Middletown, Connecticut 白勺一 iS Adiprene 胃 Bi 5 胃·、 自 Air Products and Chemicals, Inc.，Allentown, Pennsylvania 的一些 Airthane 预聚物等等。在许多情况下，这些预聚物含有低水平游离单体，例如TDI单体，并被称作“低游离”或“LF”。聚醚氨基甲酸乙酯预聚物的具体实例包括，例如，名为Adiprene LF 750D (TDI-PTMEG 预聚物，LF, NCO 为 8. 79 重量％ )、L 325 (TDI/Hl2MDI-PTMEG 预聚物，NCO 为 9. 11 重量％ )、LFG 740D(TDI-PPG 预聚物，LF，NC0 为 8. 75 重量％ )、LW 570(H12MDI_ 聚醚预聚物，NCO为7. 74重量％ )、LFH 120 (HDI-聚醚预聚物，LF, NCO为12. 11重量％ )和Airthane PHP-80D (TDI-PTMEG预聚物，LF, NCO为11. 1重量％ )的那些。市售氨基甲酸乙酉旨预聚物的其它具体实例包括Andur (Anderson Development Company)、Baytec (Bayer Material Science)等。聚酯氨基甲酸乙酯预聚物的实例包括，例如，名为Vibrathane 8570、NC0为6. 97 重量％、来自 Chemtura Corporation, Middletown, Connecticut 的 TDI 封端的己二酸乙二醇酯聚酯氨基甲酸乙酯预聚物。其它合适的聚酯氨基甲酸乙酯预聚物包括但不限于来自 Air Products and Chemicals ^ NCO ^ 5. 99 Mfi% W Versathane D-6 NCO ^ 6. 60 重量％的D-7。更具体地，该TDI-封端的己二酸乙二醇酯聚酯具有大约2500至4000的分子量并基于己二酸乙二醇酯多元醇与1，3-二异氰酸根合甲基苯的反应。如下详细论述，已经发现，衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物(其中以大约 60-80重量％聚醚与大约20-40重量％聚酯的量提供共聚/反应的共混物)的CMP垫意外地提供具有高阻尼、低回弹和良好清除速率的物理性质的垫材料。特别地，选自甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚四亚甲基醚二醇类的聚醚预聚物提供高硬度和水解稳定性，而来自甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的己二酸乙二醇酯聚酯类的聚酯预聚物提供软链段和高阻尼。物理性质的这种平衡又提供晶片内和模头内均勻性、低碟形现象和/或侵蚀、降低的晶片划伤和低调节要求。优选地，以大约65-75重量％聚醚与大约25-35重量％聚酯和最优选大约70重量％聚醚与大约30重量％聚酯的量提供该共聚共混物。固化剂是用于固化或硬化该氨基甲酸乙酯预聚物的化合物或化合物混合物。该固化剂与异氰酸酯基团反应，从而将预聚物的链连接在一起以形成聚氨酯。常用的普通固化剂可包括4，4'-亚甲基-双(2-氯苯胺)亚甲基，缩写为MBCA并常用商品名MOCA 表示；4，4'-亚甲基-双-(3-氯-2，6-二乙基苯胺)，缩写为MCDEA ；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-氨基苯基硫代)乙烷；4，4'-亚甲基-双-苯胺；二乙基甲苯二胺；5-叔丁基-2，4-和3-叔丁基-2，6-甲苯二胺；5-叔戊基-2，4-和3-叔戊基-2，6-甲苯二胺和氯甲苯二胺等。在本发明的具体方面中，所用固化剂包括芳胺，特别是芳族二胺，例如双_(烷基硫代)芳族二胺。合适的芳族二胺的商业实例包括Khacure 300(来自Albermarle Corporation, Richmond, Virginia)，其是含有 3，5-双(甲基硫代)_2，6_ 甲苯二胺和 3，5_双(甲基硫代)-2，4_甲苯二胺的混合物；和Khacure 100(也来自Albermarle Corporation)，其是含有3，5- 二乙基甲苯-2，4- 二胺和3，5- 二乙基甲苯-2，6- 二胺的混合物。除芳族二胺组分外，优选的固化剂可包括一种或多种其它成分。例如，为了改变氨基甲酸乙酯域网络或聚合物结构，通过引入三官能剂来提高聚合物交联密度。三官能剂的优选实例包括三醇，例如脂族三醇，如三甲醇丙烷(TMP)，烷氧基化脂族三醇，例如乙氧基化 TMP，如可获自Perstorp Corp.的TP30，具有例如100-900的分子量的聚丙烯醚三醇，和脂族氨基三醇，如可获自Chemtura的Vibracure A931，三乙醇胺(TEA)等。也可以使用三醇的混合物。在某些实施方案中，与聚醚氨基甲酸乙酯预聚物一起使用的优选固化剂是 Ethacure 300与5_10重量％三醇组合的混合物，特别是Khacure 300与5% -30%三甲醇丙烷(TMP)的组合。可以例如通过将给定氨基甲酸乙酯预聚物的％ NCO计入考虑来确定氨基甲酸乙酯预聚物和固化剂的相对量。可以加入固化剂以使胺和羟基的总量以当量计为该预聚物中可得的异氰酸酯基团的大约例如0. 9至1. 05 (即90至105% )。在一个优选实施方案中， 固化剂与所用预聚物的比率为0. 9至1. 0。对于CMP用途，该阻尼材料优选为微孔的，含有通常通过旨在将这类空隙并入该材料结构内的方法形成的显微级空隙。在CMP平面化过程中，该空隙或微孔留住抛光工件表面用的浆料。几种方法可用于向该聚氨酯材料提供微结构。可以例如使用填料粒子，如装有流体(气体或液体)的中空聚合微球形成孔隙。也可以通过使气体发泡到粘稠体系中、将气体注入聚氨酯熔体中、经由产生气态产物的化学反应原位引入气体、降低压力以使溶解的气体形成气泡或通过其它方法提供微结构。在本发明的具体实例中，至少一部分空隙体积通过用气体，如氮气、干燥空气、二氧化碳、稀有气体(例如氦气、氩气、氙气)以及其它气体或气体混合物发泡而形成。在泡沫中不造成化学反应，如氧化反应的气体是优选的，在本文中被称作“非反应性”或“惰性” 气体。特别优选的是氮气。例如在2003年2月4日授予Brian Lombardo的美国专利No. 6，514，30IB中描述了发泡，其教导全文经此引用并入本文。发泡优选产生具有可调孔隙大小和分布的微结构。 在一个实例中，该微孔聚氨酯材料具有大于大约30微米的孔隙。可以在一种或多种表面活性剂，例如非离子型或离子型表面活性剂存在下进行预聚物的发泡。在具有低粘度的体系中，包括表面活性剂特别有益。在制造聚氨酯材料中微结构方面，稳定泡沫是优选的，并据信至少部分归因于表面活性剂的疏水烃链吸附和隔离在空气/聚合物界面处及其官能团与聚合物的反应。在制造泡沫时，表面活性剂适用于制造聚氨酯泡沫。在经受加工过程中常用的各种加工条件，例如剪切、温度或压力变化时稳定并保持其完整性的泡沫也是优选的。也发现，表面活性剂的选择不仅影响发泡强度或泡沫稳定性，还影响孔径一用于制造CMP垫的聚合材料的重要参数。合适的表面活性剂的实例包括有机硅表面活性剂，例如含有至少一个包含聚二甲基硅氧烷的嵌段和至少一个包含聚醚、聚酯、聚酰胺或聚碳酸酯链段的其它嵌段的共聚物。在具体实施方案中，该表面活性剂是聚硅氧烷-聚环氧烷(或聚硅氧烷-聚氧化烯)表面活性剂。聚硅氧烷-聚环氧烷表面活性剂在本领域中也被称作有机硅共聚醇，并可以包括聚合、低聚、共聚和其它多单体型硅氧烷材料。聚硅氧烷-聚环氧烷表面活性剂可以是包含由硅氧烷单元构成的聚硅氧烷骨架和聚环氧烷侧链的共聚物。聚硅氧烷骨架在结构上可以是直链、支链或环状的。共聚物的聚环氧烷侧链可以包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷大分子单体等，或其混合物。任选地，侧链也可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯单体。按该共聚物的重量计，聚环氧烷单体可以以大于大约10 %，优选大于大约20 %，更优选大于大约30 %的量存在。聚环氧乙烷侧链大分子单体是优选的。同样优选的是聚环氧丙烷侧链，和以大约 12至大约21的摩尔比包含聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的侧链。
可用的市售表面活性剂的实例是可以以Niax 例如L-7500、L-5614、L-1580为名获自 Momentive Performance Materials ；例如以 DC_193、DC_5604 和 DC-5164 为名获自 Air Products and Chemicals ；和例如以DC_309、5098EU和Q2-5211 (甲基(丙基氢氧化物， 乙氧基化)双(三甲基甲硅烷氧基)硅烷)为名获自Dow Corning Corporation, Midland, Michigan的那些。优选基于如发泡强度、稳定性或发泡过程中获得的孔隙尺寸之类的参数选择该表面活性剂。具体而言，对于聚醚/聚酯氨基甲酸乙酯预聚物混合物，合适的表面活性剂是可获自 Momentive Performance Materials 的 Niax L_5;340，其在 TDI 聚醚和聚酯组分中都提供化学稳定性和相容性，以及通过甚至在较低原位(in-place)密度下也防止孔隙聚结来提供细均勻孔隙以及高的闭孔程度。可以用实验方法，例如通过评测发泡特性和/或最终产品的性质来确定表面活性剂的量。通常，表面活性剂含量在预聚物和表面活性剂总重量的大约0. 3至大约5重量％ 的范围内。表面活性剂的量也可以以每百份树脂的份数(PHR)表示。在许多情况下，合适的表面活性剂的量为大约1. 5PHR。可以选择其它量。用于形成该聚合材料的体系任选可包括其它成分，如催化剂、填料、加工助剂(例如脱模剂)、添加剂、着色剂、染料、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂等。催化剂例如是通常少量添加以加速化学反应且在该过程中不消耗的化合物。可用于由预聚物制造聚氨酯的合适的催化剂包括胺，特别是叔胺、有机酸、有机金属化合物，如二月桂酸二丁锡(DBTDL)、辛酸亚锡等。如本领域中已知，为了增进孔隙率或出于其它原因，可以添加填料以影响CMP垫的抛光性质，例如材料清除速率。可用的填料的具体实例包括但不限于微粒材料，例如纤维、中空聚合微球、功能填料、纳米粒子等。本发明还涉及制备阻尼微孔聚氨酯材料。在优选方法中，优选将聚醚和聚酯预聚物与表面活性剂合并并发泡产生泡沫，再将该泡沫与固化剂合并。在该预聚物反应混合物、 固化剂或表面活性剂中可以加入或可以存在一种或多种任选成分，例如催化剂、填料、加工助剂、添加剂、染料、抗氧化剂、稳定剂、润滑剂等。也可以在发泡过程中加入或向所得泡沫中加入一种或多种这类成分。可以使用如带有加压或未加压槽和分配系统或其它混合系统的商业浇铸机 (casters)之类的设备用氮气或另一合适的气体进行发泡。典型发泡温度可以在大约50至大约230 °F，例如130至大约185 范围内；发泡时间可以在大约10秒至大约240分钟的范围内；气体，例如氮气流可以在大约0.2至大约20标准立方英尺/小时的范围内；混合速度可以在大约500至大约5000转/分钟(RPM)的范围内。该罐或混合槽可以保持在环境条件或压力下，例如最多大约10大气压。该泡沫在固化剂存在下浇铸和固化以制造聚氨酯材料。通过将泡沫倒入模具，例如适合制造所需CMP垫的模具来进行泡沫浇铸。可用于制造CMP垫的模具尺寸和形状是本领域中已知的。将该泡沫固化或硬化以制造微孔聚氨酯材料。这种固化步骤可以在炉，例如箱式炉(box oven)、传送炉或另一合适的炉中在合适的固化温度下进行合适的时间。如上所述的体系可以在大约50至大约250 °F，例如235 °F的温度下固化大约30分钟的时间。可以通过评测该体系的粘度和硬度来确定固化过程及其终点。可以在空气中或在特殊气氛，例如氮气或另一合适的气体或气体混合物下进行固化。在确定固化完成后，例如在模具中的体系不再可倾倒时，从模具中脱出硬化的微孔产品并可以在炉中在合适的温度下后固化合适的时间。例如，该硬化产品可以在大约200 至大约250 °F范围内的温度，例如235 后固化几小时，例如8_16小时。在后固化后，该微孔产品可以在室温下进一步调节几小时至一天或更久。由在必需比例下的聚醚/聚酯混合物制成的微孔聚氨酯CMP垫优选具有在大约 20%至大约50%，优选大约30%至38%范围内的Bashore回弹。该垫材料可具有在大约 0. 6至大约1. 0克/立方厘米范围内，优选在大约0. 60至大约0. 95范围内的密度，而在一些实施方案中，该垫中所用的微孔聚合材料的硬度为大约30至大约80D的范围。孔隙尺寸，也称作“孔径”优选在整个材料中均勻。平均孔径可以为大约2微米 (μπι)至大约200微米。在一些具体情况中，所述平均孔径大于大约30微米(ym)，例如在大约50至大约100微米和更大的范围内，例如高达大约120微米和更高。不希望受制于特定理论或机制，但据信，在表面活性剂存在下用非反应性气体，例如氮气或另一惰性气体发泡会影响发泡过程中的孔隙分布和尺寸。在发泡过程中，该表面活性剂看似通过控制空气/液体界面处的表面张力来控制孔隙大小和分布。使用如上所述的体系和方法制成的CMP垫可用于半导体、光学衬底、磁性衬底或其它衬底的平面化或抛光。但是，由高阻尼性质测定衍生自该聚醚/聚酯预聚物反应混合物的聚氨酯材料。表征阻尼的一种方式是Bashore回弹，其优选使用通过在聚合条件，例如适合将该组合固化或硬化成固体产物的温度和时间下合并单一氨基甲酸乙酯预聚物或预聚物混合物和固化剂而得的固体产物测量。通常，如下进一步论述，在不对该预聚物施以旨在将显微级空隙引入该材料的工艺的情况下，例如在不存在发泡的情况下，形成该固体产物。该固体产物用于在其它性质，如硬度和回弹(表示阻尼)方面筛选候选体系。根据本发明的一个方面，固化许多醚和酯预聚物作为固化产物。测试固体产物且回弹和硬度结果制表在下表1中。表 权利要求
1.衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯化学机械抛光垫，其包含(a)占预聚物混合物总重量的大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚四亚甲基醚二醇基预聚物；(b)大约40-20重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的己二酸乙二醇酯聚酯预聚物，其中该重量％基于预聚物混合物总重量；(c)分别有效量的表面活性剂和固化剂，和(d)引入该反应混合物中以形成所述抛光垫的发泡剂，其中所得抛光垫具有大约0.6 至大约0. 95g/cc的密度。
2.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该预聚物反应混合物是大约65-75重量％聚醚预聚物与大约25-35重量％聚酯预聚物。
3.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该预聚物反应混合物是大约70重量％聚醚预聚物与大约30重量％聚酯预聚物。
4.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中TDI-封端的己二酸乙二醇酯聚酯具有大约2500至4000的分子量并基于己二酸乙二醇酯多元醇与1，3- 二异氰酸根合甲基苯的反应。
5.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该预聚物混合物中存在的未反应异氰酸酯基团(NCO)的平均重量百分比为大约6. 5%至大约8.5%。
6.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该表面活性剂选自预聚物和表面活性剂的0. 3至5. 0重量％的量的有机硅和聚硅氧烷-聚环氧烷表面活性剂。
7.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中固化剂的所述有效量与所用预聚物的比率为0. 9至1. 0。
8.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该固化剂是芳族二胺。
9.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该垫具有大约20%至大约50%的 Bashore0
10.权利要求1的聚氨酯化学机械抛光垫，其中该垫具有大约7，400至大约7，900人/ min的从晶片上除去金属膜的清除速率。
11.制造衍生自聚醚/聚酯基预聚物反应混合物的聚氨酯化学机械抛光垫的方法，包括(a)在有效量的表面活性剂存在下，将大约60-80重量％的量的甲苯二异氰酸酯 (TDI)-封端的聚醚预聚物与大约40-20重量％的量的甲苯二异氰酸酯(TDI)-封端的聚酯预聚物混合，其中该重量％基于预聚物总重量；(b)通过将发泡剂引入反应混合物中来使步骤(a)的反应混合物发泡；和(c)在有效量的固化剂存在下使该发泡的反应混合物聚合以形成具有大约0.6至大约 0. 95g/cc的密度的抛光垫。
12.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中该预聚物反应混合物是大约65-75重量％聚醚预聚物与大约25-35重量％聚酯预聚物。
13.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中该预聚物反应混合物是大约70重量％聚醚预聚物与大约30重量％聚酯预聚物。
14.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中首先在槽中将聚醚和聚酯预聚物与表面活性剂混合并将起泡剂添加到所述槽中以形成泡沫。
15.权利要求14的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中将该泡沫送至混合槽并将固化剂添加到所述混合槽中。
16.权利要求15的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中从所述混合槽分配未成熟固化聚氨酯泡沫并进一步固化。
17.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中在相同槽中提供预聚物、 表面活性剂和发泡剂，此后将固化剂添加到相同槽中。
18.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中TDI-封端的聚酯是具有大约2000至4000的分子量的己二酸乙二醇酯聚酯并基于己二酸乙二醇酯多元醇与1，3_ 二异氰酸根合甲基苯的反应。
19.权利要求14的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中该预聚物混合物中存在的未反应异氰酸酯基团(NCO)的平均重量百分比为大约6. 5%至大约8.5%。
20.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中该表面活性剂选自预聚物和表面活性剂的0. 3至5. 0重量％的量的有机硅和聚硅氧烷-聚环氧烷表面活性剂。
21.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中固化剂的所述有效量与所用预聚物的比率为0.9至1.0。
22.权利要求11的制造聚氨酯化学机械抛光垫的方法，其中该固化剂是芳族二胺。
23.通过权利要求11的方法制成的CMP抛光垫。
全文摘要
基于某些聚醚和聚酯预聚物反应混合物的聚氨酯组合物，其中该组合物用于制造化学机械抛光/平面化(CMP)垫。该CMP垫具有低回弹并可消散不规则能量以及使抛光稳定以实现衬底的改进的均匀性和较低碟形现象。
文档编号C08G18/10GK102574969SQ201080045647
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年8月7日
发明者D·黄, L·孙, Y·张 申请人:普莱克斯S.T.技术有限公司