【技术领域】

本发明涉及用于化学-机械抛光的包括具有均匀孔径分布的多孔发泡体 抛光垫。

【背景技术】

化学-机械抛光(“CMP”)过程用于制造微电子装置，从而在半导体晶圆、 场发射显示器及许多其它微电子基材上形成平坦表面。例如，制造该半导体 装置一般包含形成各种加工层，选择性移除或制图部分该等层，及在半导体 基材表面上沉积又另一加工层形成半导体晶圆。该加工层可包含例如绝缘 层、闸极氧化物层、导电层及金属或玻璃层等。在晶圆加工的某些步骤中一 般需要使加工层的最外层表面为平面，亦即平坦而供沉积后续层。CMP用 于使加工层平坦化，其中沉积材料如导电或绝缘材料经抛光而使晶圆平坦 化，以用于后续加工步骤。

典型CMP过程中，晶圆导置架设在CMP工具中的载体上。对该载体及 晶圆施加力而向下压向该抛光垫。该载体及晶圆在CMP工具抛光台上的旋 转抛光垫旋转。抛光组合物(亦称为抛光浆液)一般于抛光期间在旋转晶圆及 旋转抛光垫之间引入。该抛光组合物一般含有可与最外部晶圆层部分相互作 用或溶解的化学品及可物理地移除部分该层的抛光材料。该晶圆及抛光垫可 以相同方向或相反方向旋转，看对欲进行的特定抛光过程需要何种方向。该 载体亦可在抛光台上的抛光垫横向振荡。

化学-机械抛光过程中所用的抛光垫是使用软质及硬质垫材料制造，其 包含聚合物-浸润的织物、微孔膜、胞状聚合物发泡体、非孔状聚合片及烧 结的热塑性颗粒。含浸润至聚酯不织布织物的聚氨基甲酸酯树脂的垫为聚合 物浸润的织物抛光垫的说明例。微孔抛光垫包含涂布在基础材料(其经常为 浸润的织物垫)上的微孔氨基甲酸酯膜。这些抛光垫为封闭微胞多孔膜。胞 状聚合发泡体抛光垫包含封闭微胞结构，其以全三维方向(all three dimension) 随机且均匀地分布。非多孔聚合物片抛光垫包含由固体聚合物片所制得的抛 光表面，其不具有传递浆液颗粒的固有能力(例如参见US专利5,489,233)。 这些固体抛光垫以大和/或小凹沟予以外部改性，该凹沟切入该垫表面旨在提 供化学-机械抛光期间浆液通过的沟道。此非多孔聚合物抛光垫公开于US专 利6,203,407，其中该抛光垫的抛光表面包括以用于改良化学-机械抛光的选 择性的凹沟。又以类似方式，US专利6,022,268、6,217,434及6,287,185公 开不具有吸收或传递浆液颗粒的固有能力的亲水性抛光垫。该抛光表面主要 具有随机表面地形，包含具有10微米或以下的尺寸，并且形成通过固化抛 光表面和切割形成的25微米或以上尺寸的巨缺陷(或巨纹理)。包括多孔开孔 结构的烧结抛光垫可由热塑性聚合物树脂制备。例如，US专利6,062,968及 6,126,532公开了具有开孔微孔基材的抛光垫，是由热塑性树脂烧结所制得。 所得抛光垫有利地具有25-50％的微孔体积和0.7-0.9克/cm3的密度。类似 地，US专利6,017,265、6,106,754及6,231,434公开了具有均匀、连续相连 的孔结构的抛光垫，是使热塑性树脂在超过689.5kPa(100psi)的高压下，于 具有所需最终垫尺寸的模具中烧结而制得。

除了凹沟图形以外，抛光垫可具有其它表面特征以对抛光垫表面提供纹 理。例如US专利5,609,517公开了包括均具有不同硬度的支持层、结点及上 层的复合抛光垫。US专利5,944,583公开了具有交替可压缩性的圆周环的复 合抛光垫。US专利6,168,508公开了具有第一物理性质值(如硬度、比重、 可压缩性、磨损性、高度等)的第一抛光区域及含有第二物理性质值的第二 抛光区域的抛光垫。US专利6,287,185公开了具有由热塑性过程制造的表面 地形的抛光垫。在导致形成表面特征的压力或应力下加热该抛光垫的表面。

具有微孔结构的抛光垫为本领域已知的。例如US专利4,138,228公开了 一种微孔且亲水性的抛光制品。US专利4,239,567公开了用于抛光晶圆的平 坦微孔聚氨基甲酸酯抛光垫。US专利6,120,353公开了使用具有可压缩性小 于9％及150孔隙/cm2或以上的高孔隙密度的似-小牛皮发泡体聚氨基甲酸酯 抛光垫的抛光方法。EP 1 108 500 A1公开了具有平均直径小于1000微米且 密度为0.4至1.1克/毫升的封闭微胞的微橡胶A-型硬度至少80的抛光垫。

虽然数种上述抛光垫适用于其所要用的目的，但仍需要一种改良的抛光 垫，其可由化学-机械抛光提供有效的平坦化，尤其是于基材抛光中。此外， 仍需要一种具有改善的抛光效率、改善的流经并流入该抛光垫的流动、改善 的抗腐蚀蚀刻剂性能和/或改善的抛光均匀度的抛光垫。最后，仍需要可使用 相当低成本方法及使用前需要极少或不需调节的抛光垫。

本发明提供此种抛光垫。本发明这些及其它优点以及额外特征将由本发 明下列描述而变得显而易见。

【发明内容】

本发明提供了用于化学-机械抛光的包括多孔发泡体的抛光垫。第一个 具体实施方式中，该多孔发泡体的平均孔径50微米或以下，其中75％或以 上的孔隙具有在平均孔径的20微米或以下的孔径。第二个具体实施方式中， 该抛光垫包括具有平均孔径1微米至20微米的多孔发泡体。第三个具体实 施方式中，该抛光垫包括具有平均孔径50微米或以下的热塑性聚氨基甲酸 酯发泡体，其中该热塑性聚氨基甲酸酯的熔体流动指数20或以下，分子量 50,000克/摩尔至300,000克/摩尔，及多分散度指数1.1至6。第四个具体实 施方式中，该抛光垫为包括不具有向外产生的表面纹理的抛光表面的聚氨基 甲酸酯抛光垫，其可以至少600埃/分钟的速度以载体下压压力0.028MPa(4 psi)、浆液流动速率100毫升/分钟、平面旋转速度60rpm及载体旋转速度 55rpm至60rpm下抛光二氧化硅晶圆。第五个具体实施方式中，该抛光垫 包括具有多-模态孔径分布的多孔发泡体，其中该多-模态分布具有20或以下 的最大孔径。

本发明还提供了制造抛光垫的方法，包括(a)使聚合物树脂与超临界气体 混合产生单相溶液，其中该超临界气体是使气体经历高温及高压所产生的， 及(b)从该单相溶液形成抛光垫。

本发明的目的通过以下实现：

1.一种供化学-机械抛光的抛光垫，包括具有平均孔径为50微米或以下 的多孔发泡体，其中75％或以上的孔隙具有20微米或以下的平均孔径。

2.条目1的抛光垫，其中该平均孔径为40微米或以下。

3.条目1的抛光垫，其中多孔发泡体具有0.5克/cm3或以上的密度。

4.条目1的抛光垫，其中多孔发泡体具有25％或以下的空隙体积。

5.条目1的抛光垫，其中多孔发泡体包括封闭微胞。

6.条目1的抛光垫，其中多孔发泡体的微胞密度为105微胞/cm3或以上。

7.条目1的抛光垫，其中多孔发泡体包括聚合物树脂，选自热塑性弹性 体、热塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、 苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨基甲酸酯、交 联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲 酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。

8.条目7的抛光垫，其中聚合物树脂为热塑性聚氨基甲酸酯。

9.条目8的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的熔体流动指数为20或 以下，重均分子量(MW)为50,000克/摩尔至300,000克/摩尔，及多分散度指 数(PDI)为1.1至6。

10.条目8的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的流变加工指数(RPI) 在150升/秒的剪切速率(γ)及205℃的温度下为2至8。

11.条目8的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的挠性模量为350MPa 至1000MPa。

12.条目8的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的玻璃化转变温度为 20℃至110℃，熔融转变温度为120℃至250℃。

13.条目7的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括吸水性聚合物。

14.条目13的抛光垫，其中吸水性聚合物选自交联聚丙烯酰胺、交联 聚丙烯酸、交联聚乙烯醇及其组合。

15.条目7的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括选自磨料颗粒、聚 合物颗粒、复合颗粒、液体载体可溶颗粒及其组合的颗粒。

16.条目15的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括选自氧化硅、氧化 铝、氧化铈及其组合的磨料颗粒。

17.一种供化学-机械抛光的抛光垫，包括平均孔径为1微米至20微 米的多孔发泡体。

18.条目17的抛光垫，其中90％或以上的孔隙具有20微米或以下的 平均孔径。

19.条目17的抛光垫，其中多孔发泡体具有0.5克/cm3或以上的密度。

20.条目17的抛光垫，其中多孔发泡体具有25％或以下的空隙体积。

21.条目17的抛光垫，其中多孔发泡体包括封闭微胞。

22.条目17的抛光垫，其中多孔发泡体的微胞密度为105微胞/cm3或 以上。

23.条目17的抛光垫，其中多孔发泡体包括聚合物树脂，选自热塑性 弹性体、热塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性 橡胶、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨基甲酸 酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙 烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。

24.条目23的抛光垫，其中聚合物树脂为热塑性聚氨基甲酸酯。

25.条目24的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的熔体流动指数为20 或以下，重均分子量(MW)为50,000克/摩尔至300,000克/摩尔，及多分散度 指数(PDI)为1.1至6。

26.条目24的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的流变加工指数(RPI) 在150升/秒的剪切速率(γ)及205℃的温度下为2至8。

27.条目24的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的挠性模量为350 MPa至1000MPa。

28.条目24的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的玻璃化转变温度为 20℃至110℃，熔融转变温度为120℃至250℃。

29.条目23的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括吸水性聚合物。

30.条目29的抛光垫，其中吸水性聚合物选自交联聚丙烯酰胺、交联 聚丙烯酸、交联聚乙烯醇及其组合。

31.条目23的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括选自磨料颗粒、聚 合物颗粒、复合颗粒、液体载体可溶颗粒及其组合的颗粒。

32.条目31的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括选自氧化硅、氧化 铝、氧化铈及其组合的磨料颗粒。

33.一种供化学-机械抛光的抛光垫，包括具有多-模态孔径分布的多孔 发泡体，其中多模态分布具有20或更小的最大孔径。

34.条目33的抛光垫，其中多-模态孔径分布为双模态孔径分布。

35.条目34的抛光垫，其中双模态分布具有50微米或以下的第一最 大孔径及50微米或以上的第二最大孔径。

36.条目34的抛光垫，其中双模态分布具有20微米或以下的第一最 大孔径及20微米或以上的第二最大孔径。

37.条目33的抛光垫，其中多孔发泡体包括聚合物树脂，选自热塑性 弹性体、热塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性 橡胶、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨基甲酸 酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙 烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、及其混合物及共混物。

38.条目37的抛光垫，其中聚合物树脂为热塑性聚氨基甲酸酯。

39.条目33的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括吸水性聚合物。

40.条目33的抛光垫，其中多孔发泡体进一步包括选自磨料颗粒、聚 合物颗粒、复合颗粒、液体载体可溶颗粒及其组合的颗粒。

41.一种供化学-机械抛光的抛光垫，包括具有平均孔径为50微米或 以下的热塑性聚氨基甲酸酯发泡体，其中热塑性聚氨基甲酸酯的熔体流动指 数(MFI)为20或以下，分子量为50,000克/摩尔至300,000克/摩尔，及多分 散度指数为1.1至6。

42.条目41的抛光垫，其中聚氨基甲酸酯发泡体的挠性模量为350 MPa至1000MPa。

43.条目41的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯的流变加工指数在 150升/秒的剪切速率及205℃的温度下为2至10。

44.条目41的抛光垫，其中热塑性聚氨基甲酸酯发泡体具有7或以下 的平均％可压缩度、35或以上的平均％反弹、及40至90的肖氏D硬度。

45.一种供化学-机械抛光的聚氨基甲酸酯抛光垫，其可在至少600埃 /分钟的速率以载体向下压力0.028MPa、浆液流速100毫升/分钟、平盘旋转 速度60rpm下，及载体旋转速度55rpm至60rpm下，抛光二氧化硅晶圆， 其中抛光垫不含有磨料颗粒且不包括外部产生的表面纹理。

46.条目45的抛光垫，其中多孔发泡体具有5％或以下的空隙体积。

47.条目45的抛光垫，其中抛光垫包括具有在平均孔径为50微米或 以下的孔隙。

48.一种制造抛光垫基材的方法，包括：

(a)使聚合物树脂与超临界气体结合产生单相溶液，其中使气体经历高温 及高压产生该超临界气体，和

(b)从该单相溶液形成抛光垫。

49.条目48的方法，其中气体不含C-H键。

50.条目49的方法，其中气体包括氮气、二氧化碳、或其组合。

51.条目48的方法，其中聚合物树脂选自热塑性弹性体、热塑性聚氨 基甲酸酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙、弹性橡胶、苯乙烯聚合物、 聚芳族化物、氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨基甲酸酯、交联聚烯烃、聚醚、 聚酯、聚丙烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚 酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌 段共聚物、及其混合物及共混物。

52.条目48的方法，其中在足以产生每cm3溶液大于105个核化位置 下于单相溶液中产生热动力学不安定，以形成该抛光垫。

53.条目48的方法，其中超临界气体的量为单相溶液的总体积的 0.01％至5％。

54.条目48的方法，其中气体在与聚合物树脂组合之前转化成超临界 气体。

55.条目48的方法，其中气体在与聚合物树脂组合之后转化成超临界 气体。

56.条目50的方法，其中气体为二氧化碳，温度为150℃至250℃， 及压力为7MPa至35MPa。

57.条目48的方法，其中使用选自下列所成组的技术自单相溶液形成 抛光垫：挤出成聚合物片、多层片的共挤出、注射模制、压缩模制、吹塑模 制、吹塑薄膜、多层吹塑薄膜、流延薄膜、热形成及层压。

【附图说明】

图1为以CO2浓度1.26％及熔融温度212℃(414)所产生的挤出多孔发 泡杆的截面扫描电子显微镜(SEM)图片(100x放大)。

图2为二氧化碳浓度对密度的作图，其说明聚合物树脂中单相溶液中 CO2浓度与由其所制得的多孔发泡体密度间的关系。

图3为具有平均孔径8微米、密度0.989克/cm3及胞密度大于106胞/cm3 的挤出多孔发泡体片的截面扫描电子显微镜(SEM)图片(80x放大)。

图4为具有平均孔径15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3 及无表面巨纹理的挤出多孔发泡体片的截面扫描电子显微镜(SEM)图片(50x 放大)。

图5为二氧化硅移除速率对使用本发明的微孔发泡体抛光垫抛光的二氧 化硅晶圆数的作图。

图6为二氧化硅移除速率对比较本发明的微孔发泡体抛光垫及固体非多 孔抛光垫抛光的二氧化硅晶圆数的作图，其中该抛光垫具有凹沟并经打磨。

图7A为抛光20个二氧化硅晶圆后具有上胶并经抛光屑阻塞的凹沟巨纹 理的固体非多孔聚合物片的上表面的扫描电子显微镜(SEM)图片(20X放大)。

图7B为具有平均孔径15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3 以及使20个二氧化硅晶圆(经打磨并调节)抛光后具有无抛光屑的凹沟巨纹 理的挤出多孔发泡片上表面的扫描电子显微镜(SEM)图片(20X放大)。

图7C为具有平均孔径15微米、密度0.989克/cm3、胞密度大于106胞/cm3 以及抛光20个二氧化硅晶圆(经打磨但未调节)后具有无抛光屑的凹沟巨纹 理的挤出多孔发泡片上表面的扫描电子显微镜(SEM)图片(20X放大)。

图8A、8B及8C为固体抛光垫(图8a)、本发明的微孔发泡抛光垫(图8b) 及传统封闭微胞抛光垫(图8c)显示二氧化硅抛光料在对20个二氧化硅外包 晶圆抛光后，渗透入抛光垫厚度的程度的能量分散X-光(EDX)二氧化硅映射 图。

图9为对比较使用固体非多孔抛光垫、本发明的微孔发泡抛光垫及传统 微孔封闭微胞抛光垫的经制图的二氧化硅晶圆的40％密实特征的时间(秒)相 对剩余梯级(step)高度(埃)的作图。

图10为对比较使用固体非多孔抛光垫、本发明的微孔发泡抛光垫及传 统微孔封闭微胞抛光垫的经制图的二氧化硅晶圆的70％密实特征的时间(秒) 相对剩余梯级(step)高度(埃)的作图。

图11为固体热塑性聚氨基甲酸酯片放大350X的SEM图片。

图12为已由加压气体注射处理以产生具有平均胞径0.1微米的发泡体的 固体热塑性聚氨基甲酸酯片放大7500X的SEM图片。

图13为已由加压气体注射处理以产生具有平均胞径0.1微米的发泡体的 固体热塑性聚氨基甲酸酯片放大20000X的SEM图片。

图14为已由加压气体注射处理以产生具有平均胞径4微米的发泡体的 固体热塑性聚氨基甲酸酯片放大350X的SEM图片。

图15为已由加压气体注射处理以产生具有平均胞径4微米的发泡体的 固体热塑性聚氨基甲酸酯片放大1000X的SEM图片。

【具体实施方式】

第一个具体实施方式中，本发明涉及用于化学-机械抛光的抛光垫，其 包括具有平均孔径50微米或以下的多孔发泡体。优选，该多孔发泡体的平 均孔径为40微米或以下，或甚至30微米或以下(如20微米或以下)。通常该 多孔发泡体的平均孔径为1微米或以上(如3微米或以上，或5微米或以上)。

第二个优选具体实施方式中，该多孔发泡体的平均孔径为1微米至20 微米。优选，该多孔发泡体的平均孔径1微米至15微米(如1微米至10微 米)。

本文所述的抛光垫的多孔发泡体具有高度均匀的孔径分布(亦即胞径)。 通常，该多孔发泡体中75％或以上(如80％或以上，或85％或以上)的孔隙的 平均孔径分布为±20微米或以下(如±10微米或以下，±5微米或以下，或±2 微米或以下)。换言之，该多孔发泡体中75％或以上(如80％或以上，或85％ 或以上)的孔径为平均孔径在20微米或以下(如±10微米或以下，±5微米或以 下，或±2微米或以下)。优选，该多孔发泡体中90％或以上(如93％或以上， 95％或以上，或97％或以上)的孔隙的平均孔径分布为±20微米或以下(如±10 微米或以下，±5微米或以下，或±2微米或以下)。

通常，该多孔发泡体主要包括封闭微胞(亦即孔隙)；但该多孔发泡体也 可包括开孔。优选该多孔发泡体包括至少5％或以上(如至少10％或以上)的 封闭微胞。更优选，该多孔发泡体包括至少20％或以上(如至少40％或以上， 或至少60％或以上)的封闭微胞。

该多孔发泡体一般密度为0.5克/cm3或以上(如0.7克/cm3或以上，或甚 至0.9克/cm3或以上)及空隙体积为25％或以下(如15％或以下，或甚至5％或 以下)。通常，该多孔发泡体的胞密度为105胞/cm3或以上(如106胞/cm3或以 上)。该胞密度可由影像分析软件如Optimas影像软件及ImagePro影像软 件(均为Media Cybernetics公司)或Clemex Vision影像软件(Clemex技术公 司)分析多孔发泡体材料的截面影像(如SEM图片)而测定。

该多孔发泡体包括任何合适的材料，一般为聚合物树脂。该多孔发泡体 优选包括聚合物树脂，选自热塑性弹性体、热塑性聚氨基甲酸酯、聚烯烃、 聚碳酸酯、聚乙烯醇、尼龙(nylon)、弹性橡胶、苯乙烯聚合物、聚芳族化物、 氟聚合物、聚酰亚胺、交联聚氨基甲酸酯、交联聚烯烃、聚醚、聚酯、聚丙 烯酸酯、弹性聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚 芳酰胺、聚芳烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、其共聚物及嵌段共聚物、 及其混合物及共混物。优选该聚合物树脂为热塑性聚氨基甲酸酯。

该聚合物树脂一般为预形成的聚合物树脂；但该聚合物树脂也可就地依 据任何适当方法形成，其许多方法为本领域已知的(例如参见Szycher’s聚氨 基甲酸酯手册，CRC出版社：纽约，1999，第3章)。例如可就地由氨基甲酸酯 预聚物如异氰酸酯、二-异氰酸酯及三-异氰酸酯预聚物与含异氰酸酯反应基 的预聚物反应形成热塑性聚氨基甲酸酯。合适的异氰酸酯反应部分包含胺及 多元醇。

聚合物树脂的选择将部分取决于聚合物树脂的流变学。流变学为熔融聚 合物的流动行为。对牛顿流体而言，粘度为由剪切应力(也即正切应力σ)与 剪切速率(也即速度梯度dγ/dt)间的比例所定义的常数。然而，对非牛顿流体 而言，可能发生剪切速率增厚(膨胀)或剪切速率变薄(伪-塑性)。在剪切速率 变薄的情况下，粘度随剪切速率增加而降低。此性质可使聚合物树脂以熔融 制造(如挤出、注射模制)过程使用。为了鉴定剪切速率变薄的临界区域，必 须测定聚合物树脂的流变学。该流变学可由毛细管技术测定，其中熔融聚合 物树脂在固定压力下施力通过特定长度的毛细管。由在不同温度的粘度对外 观剪切速率作图，可测定粘度与温度间的相关性。该流变学加工指数(RPI) 为鉴定聚合物树脂临界范围的参数。该RPI为对固定剪切速率下，参考温度 时的粘度与温度变化等于20℃后的粘度的比例。当聚合物树脂为热塑性聚氨 基甲酸酯时，在150升/秒的剪切速率及205℃的温度测量的该RPI优选2至 10(如3至8)。

另一种聚合物粘度测量为熔体流动指数(MFI)，其记录在既定温度及压 力下固定时间内自毛细管挤出的熔融聚合物量(克数)。例如，当聚合物树脂 为热塑性聚氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯共聚物(如聚碳酸酯硅氧为主的共聚 物、聚氨基甲酸酯氟-为主的共聚物、或聚氨基甲酸酯硅氧烷-片段的共聚物) 时，在210℃的温度及2160克负载下10分钟的MFI优选20或以下(如15 或以下)。当聚合物为弹性体聚合物或聚烯烃共聚物(如包括乙烯α-烯烃的共 聚物如弹性体或一般乙烯-丙烯、乙烯-己烯、乙烯-辛烯等，由芳环金属衍生 物为主的催化剂所制得的弹性体乙烯共聚物、或聚丙烯-苯乙烯共聚物)时， 在210℃的温度及2160克负载下10分钟的MFI优选5或以下(如4或以下)。 当聚合物树脂为尼龙或聚碳酸酯时，在210℃的温度及2160克负载下10分 钟的MFI优选8或以下(如5或以下)。

聚合物树脂的流变学与聚合物树脂的分子量、聚分散指数(PDI)、长链分 支或交联、玻璃化转变温度(Tg)及熔融温度(Tm)有关。当聚合物为热塑性聚 氨基甲酸酯或聚氨基甲酸酯共聚物(如上述共聚物)时，其重均分子量(Mw)一 般为50,000克/摩尔至300,000克/摩尔，优选70,000克/摩尔至150,000克/ 摩尔，而PDI为1.1至6，优选2至4。通常，弹性体聚氨基甲酸酯的玻璃 化转变温度为20℃至110℃，熔融转变温度为120℃至250℃。当聚合物树 脂为弹性体聚烯烃或聚烯烃共聚物(如上述共聚物)时，其重均分子量(Mw)一 般为50,000克/摩尔至400,000克/摩尔，优选70,000克/摩尔至300,000克/ 摩尔，而PDI1.1至12，优选2至10。当聚合物树脂为尼龙或聚碳酸酯时， 其重均分子量(Mw)一般为50,000克/摩尔至150,000克/摩尔，优选70,000克 /摩尔至100,000克/摩尔，而PDI1.1至5，优选2至4。

选择用于该多孔发泡体的该聚合物树脂具有某种机械性质。例如，当聚 合物树脂为热塑性聚氨基甲酸酯时，挠性模量(ASTM D790)优选为350MPa (约50,000psi)至1000MPa(约150,000psi)，平均压缩度％为7或以下，平均 反弹率％为35或以上，及肖氏D硬度(ASTM D2240-95)为40至90(如50至 80)。

第三个具体实施方式中，该抛光垫包括含热塑性聚氨基甲酸酯的多孔发 泡体，其中该多孔发泡体的平均孔径为50微米或以下(如40微米或以下， 或25微米或以下)且其中该热塑性聚氨基甲酸酯的熔体流动指数(MFI)为20 或以下，RPI为2至10(如3至8)，及分子量(MW)50,000克/摩尔至300,000 克/摩尔，PDI1.1至6(如2至4)。优选，该热塑性聚氨基甲酸酯的挠性模量 为350MPa(约50,000psi)至1000MPa(约150,000psi)，平均压缩度％为7 或以下，平均反弹率％为35或以上，及肖氏D硬度为40至90(如50至80)。 此抛光垫可具有一或多种本文其它具体实施方式所述的物理特征(如孔径和 聚合物性质)。

第四个具体实施方式中，该抛光垫为包括抛光表面的聚氨基甲酸酯抛光 垫，其不存在有任何外部产生的表面纹理，可以至少600埃/分钟的抛光速度、 以0.028MPa(4psi)的载体向下压力、60rpm的压盘旋转速度及55rpm至60 rpm的载体旋转速度抛光二氧化硅晶圆。第四个具体实施方式不含有悬浮在 发泡体中的磨料颗粒且是与含金属氧化物颗粒的抛光组合物(也即浆液)尤其 是由Cabot微电子公司销售的Semi-SperseD7300抛光组合物一起使用。 通常，该抛光垫可使用上述抛光参数以至少800埃/分钟或甚至至少1000埃/ 分钟的抛光速率抛光二氧化硅晶圆。该抛光垫具有空隙体积25％或以下并包 括具有平均孔径50微米或以下(如40微米或以下)的孔隙。该抛光垫也可抛 光二氧化硅外包的晶圆使得该二氧化硅外包晶圆具有仅2％至4％的低非均 匀值。此抛光垫可具有一或多种本发明其它具体实施方式中所述的物理特定 (如孔径及聚合物性质)。

第五个具体实施方式中，该抛光垫括具有多-模态孔径分布的多孔发泡 体的抛光垫。“多模态”一词意指具有包括至少2或以上(如3或以上、5或以 上、或甚至10或以上)最大孔径的孔径分布。通常，最大孔径数为20或以 下(如15或以下)。最大孔径定义为孔径分布中其面积包括孔隙总数的5％或 以上数量的峰。优选，该孔径分布为双模(也即具有两个最大孔径)。

该多-模态孔径分布在任何合适孔径值可具有最大孔径。例如，该多-模 态孔径分布可具有50微米或以下(如40微米或以下、30微米或以下、或20 微米或以下)的第一最大孔径及50微米或以上(如70微米或以上、90微米或 以上、或甚至120微米或以上)的第二最大孔径。该多-模态孔径分布或者可 具有20微米或以下(如10微米或以下、或5微米或以下)的第一最大孔径及 20微米或以上(如35微米或以上、50微米或以上、或甚至75微米或以上) 的第二最大孔径。

第五个具体实施方式的多孔发泡体可包括任何合适的聚合物树脂，例如 该多孔发泡体可包括本文所述的任何聚合物树脂。优选，该多孔发泡体包括 热塑性聚氨基甲酸酯。该聚合物树脂可具有本文有关其它具体实施方式中所 述的任何物理、机械或化学性质。

本文所述的抛光垫的多孔发泡体任选进一步包括吸水性聚合物。该吸水 性聚合物优选选自非晶型、结晶、或交联聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、 其盐及其组合物。优选，该吸水性聚合物是选自交联聚丙烯酰胺、交联聚丙 烯酸、交联聚乙烯醇及其混合物。此交联聚合物宜为吸水性但不融解或溶解 于一般有机溶剂。优选，该吸水性聚合物与水(如抛光组合物的液体载体)接 触后膨胀。

本文有关第一个、第二个、第三个及第五个具体实施方式中所述的抛光 垫的多孔发泡体任选含有并入垫块体中的颗粒。优选，该颗粒分散于整个多 孔发泡体中。该颗粒可为磨料颗粒、聚合物颗粒、复合颗粒(如包囊颗粒)、 有机颗粒、无机颗粒、透明颗粒及其混合物。

该磨料颗粒可为任何合适材料，例如该磨料颗粒可包括金属氧化物，如 选自氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化铬、氧化铁及其组合、或碳化 硅、氮化硼、钻石、石榴石或陶瓷抛光材料。该磨料颗粒可为金属氧化物和 陶瓷的混合物或无机和有机材料的混合物。该颗粒也可为聚合物颗粒，其许 多述于US专利5,314,512中，如聚苯乙烯颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、液 晶聚合物(LCP，如Ciba Geigy销售的Vectra聚合物)、聚醚醚酮(PEEK’s)、 颗粒热塑性聚合物(如颗粒热塑性聚氨基甲酸酯)、颗粒交联聚合物(如颗粒交 联聚氨基甲酸酯或聚环氧化物)或其组合。若该多孔发泡体包括聚合物树脂， 则该聚合物颗粒优选具有大于多孔发泡体的聚合物树脂的熔点。该复合颗粒 可为含有核心及外涂层的任何合适颗粒。例如，该复合颗粒含有固体核心(如 金属氧化物、金属、陶瓷或聚合物)及聚合壳(如聚氨基甲酸酯、尼龙或聚乙 烯)。该透明颗粒可为页硅酸盐(如云母如氟化云母及粘土如滑石、高岭土、 蒙脱土、锂蒙脱石)、玻璃纤维、玻璃珠、钻石颗粒、碳纤维等。

本文所述的抛光垫的多孔发泡体任选含有并入垫块体中的可溶颗粒。优 选，该可溶颗粒分散于整个多孔发泡体中。此可溶颗粒在化学-机械抛光期 间部分或完全溶于抛光组合物的液体载体中。通常，该可溶颗粒为水溶颗粒。 例如该可溶颗粒可为任何合适的水溶颗粒如选自葡萄糖、环糊精、甘露糖醇、 乳糖、羟丙基纤维素、甲基纤维素、淀粉、蛋白质、非晶型非交联聚乙烯醇、 非晶型非交联聚乙烯吡咯酮、聚丙烯酸、聚氧化乙烯、水溶光敏树脂、磺酸 化聚异戊二烯及磺酸化聚异戊二烯共聚物的材料的颗粒。该可溶颗粒也可为 选自乙酸钾、硝酸钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氯化钾、溴化钾、磷酸钾、硝酸 镁、碳酸钙、及苯甲酸钠的材料的无机水溶颗粒。当可溶颗粒溶解时，该抛 光垫可留有对应于可溶颗粒尺寸的开孔。

该颗粒优选在形成发泡抛光基材之前与聚合物树脂共混。并入该抛光垫 的颗粒可为任何尺寸(如直径、长度或宽度)或形状(如球型、卵型)且可以任 何适当量并入抛光垫中。例如，该颗粒可具有颗粒尺寸(如直径、长度或宽 度)1纳米或以上和/或2毫米或以下(如0.5微米至2毫米直径)。优选，该颗 粒的尺寸10纳米或以上和/或500微米或以下(如100纳米至10微米直径)。 该颗粒也可共价结合至多孔发泡体的聚合物树脂上。

本文所述的抛光垫的多孔发泡体任选含有并入垫块体中的固体催化剂。 优选，该固体催化剂分散于整个多孔发泡体中。该催化剂可为金属、非金属、 或其组合。优选该催化剂是选自具有多氧化态的金属化合物，如(但不限于) 包括Ag、Co、Ce、Cr、Cu、Fe、Mo、Mn、Nb、Ni、Os、Pd、Ru、Sn、 Ti及V的金属化合物。

本文所述的抛光垫的多孔发泡体任选含有并入垫块体中的螯合剂或氧 化剂。优选，该螯合剂及氧化剂分散于整个多孔发泡体中。该螯合剂可为任 何合适螯合剂。例如该螯合剂可为羧酸、二羧酸、膦酸、聚合物螯合剂、其 盐等。该氧化剂可为氧化盐或氧化金属络合物，其包含铁盐、铝盐、过氧化 物、氯酸盐、高氯酸盐、过锰酸盐、过硫酸盐等。

本文所述的抛光垫具有任选进一步包括凹沟、沟道和/或穿孔的抛光表 面，其可促进抛光组合物侧向通过该抛光垫表面。此凹沟、沟道或穿孔可为 任何适当图形且可具有任何适当深度及宽度。该抛光垫可具有两种或多种不 同凹沟图形，例如大凹沟与小凹沟的组合，如US专利5,489,233所述。该凹 沟可为倾斜凹沟、同心凹沟、螺旋或环状凹沟、XY网目阴影图形，且连接 性可为连续或非连续。优选，该抛光垫至少包括由标准垫调节方法所制得的 小凹沟。

本文所述的抛光垫具有任选又包括不同密度、孔隙度、硬度、模量和/ 或可压缩性的区域的抛光表面。该不同区域可具有任何合适形状或尺寸。通 常，对比密度、孔隙度、硬度和/或可压缩性的区域可由就地过程(也即在抛 光垫形成后)形成在抛光垫上。

本文所述的抛光垫进一步任选包括一或多个开孔、透明区域或半透明区 域(如US专利5,893,796所述的窗)。当抛光垫欲就地与CMP过程追踪技术 联合使用时，优选包含该开孔或半透明区域。该开孔可具有任何合适形状且 可与排放沟道联合使用，使抛光表面上的过量抛光组合物减到最小或消除。 该半透明区域或窗可为任何适当窗，其许多为本领域已知。例如，该半透明 区域可包括插入抛光垫开孔中的玻璃或聚合物为主的栓柱或可包括与用于 其余抛光垫中所用的相同聚合物材料。

本发明的抛光垫可使用任何合适技术制造，其许多为本领域已知的。例 如，该抛光垫可由下列制得：(a)超临界流体微发泡成型过程、(b)相逆转过程、 (c)拐点或双结点分解过程、或(d)加压气体注射法。优选，该抛光垫是使用超 临界流体微发泡成型过程或加压气体注射法所制得。

该超临界流体微发泡成型过程包含(a)使聚合物树脂与超临界气体混合 形成单-相溶液，及(b)由该单相溶液制得本发明的抛光基材。该聚合物树脂 可为任何上述聚合物树脂。超临界气体是由气体经历足以产生超临界状态的 升高温度合压力而产生，其中该气体行为类似流体(也即超临界流体，SCF)。 该气体可为烃、氯氟碳、氢氯氟碳(如氟利昂)、氮气、二氧化碳、一氧化碳 或其组合。优选，该气体为不可燃气体例如不含C-H键的气体。更优选，该 气体为氮气、二氧化碳、或其组合。最优选，该气体包括或为二氧化碳。该 气体可在与聚合物树脂组合之前或之后转化成超临界气体。优选，该气体在 与聚合物树脂组合之前转化成超临界气体。通常，该气体经历100℃至300℃ 的温度及5MPa(约800psi)至40MPa(约6000psi)的压力。当气体为二氧化 碳时，温度为150℃至250℃及压力为7MPa(约1000psi)至35MPa(约5000 psi)(如19MPa(约2800psi)至26MPa(约3800psi))。

聚合物树脂与超临界气体的单相溶液可以任何合适方式制备。例如该超 临界气体可于机械桶中与熔融聚合物树脂共混形成单相溶液。该单相溶液接 着可注射入模具中，该处气体膨胀形成在熔融聚合物树脂内具有高均匀度孔 径的孔隙结构。单相溶液中的超临界气体浓度通常为单相溶液总体积的 0.01％至5％(如0.1％至3％)。该超临界气体的浓度将决定多孔发泡体的密度 及孔径。超临界气体浓度增加时，所得多孔发泡体密度增加而平均孔径降低。 超临界气体的浓度可影响所得多孔发泡体中开孔对封闭微胞的比例。这些及 其它过程特征进一步详述于US专利6,284,810中。

该抛光垫是在单相溶液中以足以在溶液中制得每cm3大于105核化位置 而产生热动力学不安定性所形成。该热动力学不安定性可源自例如温度快速 变化、压力快速下降、或其组合。通常，该热动力学不安定性是在含有单相 溶液的模具或模嘴出口处诱生。核化位置为超临界气体的溶解分子形成团块 的位置，由该位置于多孔发泡体中生长微胞。核化位置数目是由假定核化位 置数等于聚合物发泡体中所形成的微胞数测定。该抛光垫可自单相溶液由任 何适当技术形成。例如，该抛光垫可使用选自下列所成组的技术形成：挤出 成聚合物片、多层片的共挤出、注射模制、压缩模制、吹塑模制、吹塑薄膜、 多层吹塑薄膜、流延薄膜、热形成及层压。优选，该抛光垫是由挤出成聚合 物片或由注射模制所形成。

该相逆转过程包含已加热至高于聚合物的Tm或Tg的极微细颗粒于高度 搅动的非溶剂中的分散液(如获得本文的实例)。聚合物树脂可为上述任何聚 合物树脂。当添加至非溶剂中的细聚合物树脂颗粒数增加时，该细聚合物树 脂颗粒连结最初形成卷须状及最后形成三维聚合物网络。该非溶剂混合物接 着冷却于三维聚合物网络中形成非溶剂形成不连续滴液。所得材料为具有次 微米孔径的聚合物发泡体。

拐点或双结点分解过程包含控制聚合物-聚合物混合物或聚合物-溶剂混 合物的温度和/或体积分率，因而使混合物自单相区域移向两相区域。两相区 域内，可能发生聚合物混合物的拐点分解或双结点分解。分解代表其中聚合 物混合物自非平衡相变化至平衡相的过程。在拐点区域中，混合曲线的游离 能量为负值因此聚合物产生相分离(也即形成两相物质)或聚合物与溶剂的相 分离，其自发地反应于体积分率的小变动。在双结点区域中，聚合物混合物 相对于体积分率的小变动稳定，且因此需要核化并生长以达到相-分离材料。 聚合物混合物在两相区域(也即双结点或拐点区域)内的温度及体积分率下沉 淀导致形成具有两相的聚合物材料。若聚合物混合物装满溶剂或气体，该双 相聚合物材料将在相-分离界面上含有次微米孔隙。聚合物优选包括上述聚 合物树脂。

该加压气体注射法包含使用高温及高压以驱使超临界气体流入包括非 晶型聚合物树脂的固体聚合物片中。该聚合物固体可为上述任何聚合物树 脂。固体挤出片放置在室温下的加压容器中。超临界气体(如N2或CO2)添加 至该容器中，且容器加压至足以驱动适当量气体进入聚合物片的自由容积内 的程度。溶于聚合物的气体量依据亨利定律与施加的压力成正比。增加聚合 物片温度可增加气体扩散入聚合物的速率，但也会降低可溶于聚合物片的气 体量。一旦气体使聚合物充分饱和，自该加压容器移开该片。若需要，聚合 物片可快速加热至软化或熔融状态，以促进微胞核化及生长。US专利 5,182,307及5,684,055描述该加压气体注射法的这些及其它特征。

本发明的抛光垫特别适合与化学-机械抛光(CMP)装置联合使用。通常， 该装置包括平盘，其在使用时会运动且具有源自轨道、直线或圆形运动的速 度，当移动时本发明的抛光垫与平盘接触并与该平盘一起运动，且载体保持 欲抛光的基材表面接触并相对于与欲抛光的基材接触的抛光垫表面移动。通 过将基材放置成与抛光垫接触，然后使抛光垫相对于基材移动而发生基材抛 光，通常与其间的抛光组合物抛光，因而磨耗至少部分该基材而使基材抛光。 该CMP装置可为任何合适CMP装置，其许多为本领域已知的。本发明的抛 光垫也可以直线抛光工具使用。

本文所述的抛光垫可单独使用或任选可以多层堆叠抛光垫的一层使用。 例如，该抛光垫可与衬垫(subpad)组合使用。该衬垫可为任何合适的衬垫。 合适的衬垫包含聚氨基甲酸酯发泡体衬垫(如购自Rogers公司的Poron发泡 体衬垫)、饱浸的毛毯衬垫、微孔聚氨基甲酸酯衬垫或烧结氨基甲酸酯衬垫。 该衬垫通常比本发明的抛光垫软且因此具有比本发明抛光垫更可压缩且具 有较低肖氏硬度值。例如该衬垫可具有35至50的肖氏A硬度。有些具体实 施方式中，该衬垫比抛光垫更硬、较不具压缩性及具有较高肖氏硬度。该衬 垫任选包括凹沟、沟道、中空段、窗、开孔等。当本发明的抛光垫是与衬垫 组合使用，通常有一中间背衬层如聚对苯二甲酸乙二醇酯，其与抛光垫及衬 垫共同挤出并夹于其间。或者，本发明的多孔发泡体也可使用作为衬垫与传 统抛光垫组合使用。

本文所述的抛光垫适用于使许多类型的基材及基材材料抛光。例如该抛 光垫可用以使各种基材抛光，包含记忆储存装置、半导体基材、及玻璃基材。 以该抛光垫抛光的合适基材包含记忆光盘、硬质光盘、磁头、MEMS装置、 半导体晶圆、场发射显示器及其它微电子装置，尤其是包括绝缘层(如二氧 化硅、氮化硅或低介电材料)和/或含金属的层(如铜、钽、钨、铝、镍、钛、 铂、钌、铑、铱或其它贵金属)的基材。

下列实例进一步说明本发明，但当然不应以任何方式限制其范围。

实施例1

本实施例说明制造具有均匀孔径的微孔发泡杆的方法。

热塑性聚氨基甲酸酯(TPU)发泡杆(1A及1B)是由挤出法制备。使用重均 分子量为90,000克/摩尔至110,000克/摩尔、PDI为2.2至3.3的TPU(TT 1072 Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物产品)制备各TPU发泡杆。各 情况下，将TPU置于挤出机(Labex II初级，6.35厘米(2.5英寸)直径，32/1L/D 单螺旋挤出机)中，在高温及高压下形成聚合物熔融物。在高温及高压下将 二氧化碳注入聚合物熔融物(使用配置有P7密封面(trim)及4个标准注射 器的Trexel TR30-5000G输送系统)中，形成与聚合物熔融物共混的超临界流 体CO2，而形成单相溶液。CO2/聚合物溶液经汇合模嘴(0.15厘米(0.060英寸) 直径，12.1°角)挤出，形成多孔性发泡杆。杆1A及1B的CO2浓度分别为1.51％ 及1.26％。

挤出机各区的温度、闸口、模具及熔融温度、模具压力、螺旋速度及 CO2浓度均列于表1。杆样品1B的扫描电子显微镜(SEM)图像示于图1。

表1：

  挤出参数   杆1A   杆1B   区域1温度(℃)   210(410)   210(410)   区域2温度(℃)   221(430)   221(430)   区域3温度(℃)   221(430)   218(425)   区域4温度(℃)   216(420)   204(400)   区域5温度(℃)   216(420)   204(400)   闸口温度(℃)   227(440)   218(425)   模具温度(℃)   227(440)   218(425)   熔融温度(℃)   219(427)   212(414)   模具压力P1(MPa)   25.7(3730psi)   24.5(3560psi)   模具压力P2(MPa)   20.7(3010psi)   21.2(3080psi)   模具压力P3(MPa)   19.7(2860psi)   20.3(2940psi)   模具压力P4(MPa)   19.8(2880psi)   20.3(2940psi)   螺旋速度(rpm)   14   13   驱动电流(amp)   63   64   SCF型   CO2   CO2   SCF设定(kg/hr)   0.40(0.87lb/hr)   0.32(0.70lb/hr)   输出(kg/hr)   26.3(57.8lb/hr)   25.3(55.7lb/hr)   SCF浓度(％)   1.51   1.26

该实施例说明可使用超临界流体微胞技术制备具有均匀微胞尺寸的微 孔发泡体材料。

实施例2

此实施例说明制备本发明抛光垫的方法。

以挤出法制备热塑性聚氨基甲酸酯(TPU)发泡片(2A、2B、2C及2D)。 使用重均分子量90,000克/摩尔至110,000克/摩尔且PDI为2.2至3.3的TPU (TT 1072Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物产品)制备各TPU片。 各情况下，将TPU置于挤出机(Labex II初级，6.35厘米(2.5英寸)直径，32/1 L/D单螺旋)中，在高温及高压下形成聚合物熔融物。在高温及高压下将二氧 化碳注入聚合物熔融物中，形成与聚合物熔融物共混的超临界流体CO2，以 形成单相溶液。CO2/聚合物溶液经扁平模具(30.5厘米(12英寸)宽度， 0.005-0.0036厘米(0.002-0.0014英寸)平板间隙，6°汇合)挤出，形成多孔性发 泡片材。片材2A、2B、2C及2D的CO2浓度分别为0.50％、0.80％、1.70％、 及1.95％。

挤出机各区的温度、闸口、模具及熔融温度、模具压力、螺旋速度、CO2 浓度及片材尺寸均列于表2。

表2：

 挤出参数   片材2A   片材2B   片材2C   片材2D  区域1温度  (℃)   210(410)   210(410)   210(410)   210(410)  区域2温度  (℃)   221(430)   221(430)   221(430)   221(430)  区域3温度  (℃)   221(430)   221(430)   213(415)   213(415)  区域4温度  (℃)   216(420)   216(420)   190(375)   190(375)  区域5温度  (℃)   216(420)   216(420)   190(375)   190(375)  闸口温度(℃)   216(420)   216(420)   204(400)   204(400)  模具温度(℃)   213(415)   213(415)   196(385)   196(385)  熔融温度(℃)   213(415)   213(415)   210(410)   210(410)  模具压力  (MPa)   14.7(2130   psi)   14.2(2060   psi)   14.5(2100   psi)   14.3(2070   psi)  螺旋速度(rpm)   13   13   13   13  SCF型   CO2   CO2   CO2   CO2  SCF设定  (kg/hr)   0.136   (0.30lb/hr)   0.218   (0.48lb/hr)   0.454   (1.00lb/hr)   0.513   (1.13lb/hr)  输出(kg/hr)   27.2   (60.0lb/hr)   27.2   (60.0lb/hr)   26.3   (58.0lb/hr)   26.3   (58.0lb/hr)  SCF浓度(％)   0.50   0.80   1.70   1.95

  片材宽度(cm)   26.7(10.5英   寸)   26.7(10.5英   寸)   25.4(10英   寸)   27.3(10.75英   寸)   片材厚度(cm)   0.0635   (25密耳)   0.0711   (28密耳)   0.108   (42.5密耳)   0.108   (42.5密耳)   微胞尺寸   大   大及小   小   小

使用表2中所列各系列挤出参数制备具有良好微包尺寸(±25微米)均匀 度的多孔TPU发泡片材。样品2A及2B具有大的平均微胞尺寸(＞100微米)。 片材2C及2D具有小的平均微胞尺寸(＜100微米)。

该样品证明可由超临界流体法制备具有小微胞尺寸的多孔发泡体片材。

实施例3

此实施例说明制备本发明抛光垫的方法。

以挤出法制备一系列热塑性聚氨基甲酸酯(TPU)发泡片材(3A、3B、3C 及3D)。使用重均分子量90,000克/摩尔至110,000克/摩尔且PDI为2.2至 3.3的TPU(TT 1072Tecothane聚氨基甲酸酯，Thermedics聚合物产物)制备 各TPU片。各情况下，将TPU置于挤出机(Labex II初级，6.35厘米(2.5英 寸)直径，32/1 L/D单螺旋挤出机)中，在高温及高压下形成聚合物熔融物。 在高温及高压下将二氧化碳气体注入聚合物熔融物中，形成与聚合物熔融物 共混的超临界流体CO2，形成单相溶液。CO2/聚合物溶液经扁平模具(30.5 厘米(12英寸)宽度，0.005-0.0036厘米(0.002-0.0014英寸)平板间隙，6°汇合) 挤出，形成多孔性发泡片材。片材3A、3B、3C及3D的CO2浓度分别为1.38％、 1.50％、1.66％、及2.05％。

挤出机各区的温度、闸口、模具及熔融温度、模具压力、螺旋速度及 CO2的浓度列于表3。多孔TPU发泡片材中产生的平均微胞尺寸随CO2气体 浓度而变化。单相溶液中的CO2浓度对所得片材的密度作图显示于于图2。

表3：

 挤出参数   片材3A   片材3B   片材3C   片材3D  区域1温度(℃)   214(418)   210(410)   210(410)   210(410)  区域2温度(℃)   221(430)   221(430)   221(430)   221(430)  区域3温度(℃)   213(415)   213(415)   213(415)   213(415)  区域4温度(℃)   193(380)   190(375)   190(375)   179(355)

  区域5温度(℃)   193(380)   190(375)   190(375)   179(355)   闸口温度(℃)   199(390)   193(380)   193(380)   185(365)   模具1温度(℃)   199(390)   196(385)   196(385)   190(375)   模具2温度(℃)   216(420)   210(410)   210(410)   199(390)   熔融温度(℃)   210(410)   204(400)   202(395)   196(385)   模具压力P1(MPa)   17.1   (2480psi)   18.1   (2630psi)   20.9   (3030psi)   24.4   (3540psi)   模具压力P2(MPa)   15.9   (2300psi)   15.9   (2310psi)   16.7   (2420psi)   20.2   (2930psi)   模具压力P3(MPa)   13.4   (1950psi)   14.3   (2070psi)   15.4   (2230psi)   18.6   (2700psi)   模具压力P4(MPa)   12.9   (1870psi)   13.8   (2000psi)   14.7   (2130psi)   17.7   (2570psi)   螺旋速度(rpm)   13   13   13   13   驱动电流(amp)   ---   ---   69   67   SCF型   CO2   CO2   CO2   CO2   SCF设定(kg/hr)   0.363   (0.80lb/hr)   0.399   (0.88lb/hr)   0.454   (1.00lb/hr)   0.513   (1.13lb/hr)   输出(kg/hr)   26.3   (58lb/hr)   26.3   (58lb/hr)   27.3   (60.2lb/hr)   25.0   (55.1lb/hr)   SCF浓度(％)   1.38   1.50   1.66   2.05   发泡体片材宽度   (厘米)   27.9   (11.00英寸)   28.6   (11.25英寸)   27.9   (11.00英寸)   27.3   (10.75英寸)   发泡体片材厚度   (厘米)   0.100   (0.0395英寸)   0.104   (0.0410英寸)   0.103   (0.0407英寸)   0.100   (0.0395英寸)   密度(克/毫升)   0.781   0.816   0.899   0.989

使用表3中所示各系列挤出参数制备具有良好微胞尺寸均匀度的多孔 TPU发泡片材。样品3D的扫描电子显微镜(SEM)图像示于图3(截面图)及图 4(上表面图)。测定样品3D的物理性质，且数据列于表4。

依据ASTM D795试验法测定抛光垫密度。抛光垫的肖氏A硬度是依据 ASTM 2240试验法测定。抛光垫的最高应力是依据ASTM D638试验法测定。 ％压缩度是使用Ames计，在0.031MPa(4.5psi)压力下测定。Ames测试仪 的探针先归零(没有样品)，接着测量样品厚度(D1)。将5磅砝码(0.031MPa) 置于探针上，且在1分钟后测量样品厚度(D2)。压缩度为厚度差异(D1-D2) 对最初样品厚度(D1)的比。％压缩度也使用Instron技术，在压力0.5MPa(72 psi)下测量。％反弹是使用肖氏反弹计(Shore Instrument& MFG)测定。％反弹 是测量金属球在0.031MPa(4.5psi)下预成型的样品回弹(rebound off)时所 行进的高度。％反弹以5次测量的平均记录。挠性模量是依据ASTM D790 试验法测量。空气渗透性是使用Genuine Gurley 4340自动密度计测定。

Tg是由由动态机械分析仪(DMA)或由由热机械分析(TMA)测定。就 DMA而言，使用TA 2980型仪器，操作温度为-25℃至130℃，频率为3Hz， 且加热速率为2.5℃/分钟。以储存模量对温度作图的中点计算Tg。就TMA 而言，该试验是依据ASTM E831试验方法测定。由差示扫描比色计(DSC) 测定Tm。使用TA 2920型号仪器，操作温度为-50至230℃及加热速率10℃/ 分钟。以放热波的最高熔点计算Tm值。储存模量是由DMA在25℃测定。 Taber磨耗为于1000次抛光循环中移除的多孔发泡片材的数量。该多孔发泡 体片材的平均孔径及孔隙密度是使用SEM显微图片在50X及100X放大下 测定。

计算既定单位面积内的封闭微胞孔隙数，然后使用影像软件(得自 Clemex技术公司的Clemex版本软件)平均该孔隙直径而测得平均孔径及孔 径分布。孔隙的尺寸及百分比以相对于反映样品中非球型孔隙的宽度及长度 两者予以报导。由下式测定孔隙密度：

胞数/cm3＝(ρ固体÷ρ垫材料-1)×(6÷(π×d3))

其中ρ固体为固体热塑性聚氨基甲酸酯垫(无SCF气体)的密度，等于1.2 克/cm3，ρ垫材料为微孔热塑性聚氨基甲酸酯垫(含SCF气体)的密度，及d为微 胞直径(单位为厘米，假定为球形)。

表4：

  物理性质   值

  厚度   0.107厘米(0.042英寸)   密度   0.989克/cm3   肖氏A硬度   93.7   最大应力   20.1MPa(2911.8psi)   平均孔径(w×l)   7.9微米±12.1微米×13.2微米±20.6微   米   尺寸0-10微米的％孔隙(w，l)   78.4，61.2   尺寸10-20微米的％孔隙(w，l)   92.7，84.7   尺寸20-30微米的％孔隙(w，l)   96.8，91.3   平均尺寸±20微米的％孔隙(w，l)   96，91   每cm3胞数   47×106   在0.031MPa(4.5psi)的压缩度％   3.99％   在0.031MPa(4.5psi)的反弹力％   46.11％   挠性模量   538MPa(78,000psi)   粗糙度   14.66微米   空气渗透性   225.77s   Tg(DMA)   44.29℃   Tm(DSC)   80℃-205℃   在25℃的储存模量(DMA)   1000MPa   Taber磨耗   71.65毫克/1000次循环

在样品以二氧化硅块调节5小时后，也测定样品3D的多孔发泡体的平 均孔径及孔径分布。平均孔径值及具有尺寸平均在±20微米内的孔隙百分比 (分别为7.7±9.3×13.2±15.5(w×l)及98％/91％(w/l))实质上相同于调节及磨 耗前所得的值。这些结果显示该孔径及孔径分布在该多孔发泡片材的整个截 面积为一致。

此实施例证明可使用本发明方法制得具有均匀孔径的微孔抛光垫。

实施例4

此实施例说明本发明的微孔发泡垫具有良好抛光性质。

依据实施例3样品3D所述方法制得的微孔发泡体聚氨基甲酸酯抛光垫 (密度0.989克/毫升及厚度0.107厘米(0.0423英寸))用于化学-机械抛光外包 (blanket)的二氧化硅晶圆。该抛光垫未经任何调节(也即形成微凹沟或微结 构)、打磨、或外部巨凹沟(也即巨纹理)而使用。测定抛光垫的移除速率及晶 圆内的非均匀度作为抛光的二氧化硅晶圆数量的函数。移除速率是对抛光四 个“仿造”二氧化硅晶圆后(就此未记录移除速率)测定4个成列晶圆得到的。 移除速率对抛光的二氧化硅数量作图显示于图5。抛光参数为载体下压力 0.028MPa(4psi)、浆液流速100毫升/分钟、平盘速度60rpm、载体速度55-60 rpm。

图5所示数据显示包括具有均匀胞径分布的微孔发泡体的抛光垫产生二 氧化硅外包晶圆的实质抛光移除速率，甚至无任何调节、打磨或凹沟巨纹理。 再者，抛光垫产生极低的晶圆内不均匀度。

实施例5

此实施例明本发明的微孔发泡体抛光垫具有良好抛光性质。

使用不同抛光垫在相同抛光组合物存在下(也即由Cabot微电子公司销 售的Semi-SperseD7300抛光组合物)抛光二氧化硅外包晶圆。抛光垫5A(对 照组)为具有微凹沟及巨凹沟的固体非多孔聚氨基甲酸酯抛光垫。抛光垫5B (本发明)为具有均匀孔径为20±10微米或以下的微孔发泡体聚氨基甲酸酯抛 光垫，其是依据实施例3样品3D所述的方法制得，且具有密度0.989克/毫 升及厚度0.107厘米(0.0423英寸)，其经打磨、调节(形成微凹沟)及刻凹沟(巨 凹沟)者。对各抛光垫测定移除速率及不均匀度作为抛光的二氧化硅晶圆数 量的函数。对各抛光垫5A及5B的移除速率对抛光的二氧化硅数量作图显 示于图6。抛光参数为载体下压力0.028MPa(4psi)、浆液流速100毫升/分 钟、平盘速度60rpm、载体速度55-60rpm。固体抛光垫及本发明的微孔发 泡体抛光垫的上凹沟表面的扫描电子显微镜(SEM)图像分别示于图7a及图 7b-7c。

图6所示的作图显示，与固体非多孔抛光垫相比，具有均匀胞径分布的 微孔发泡体抛光垫对二氧化硅外包晶圆具有优异移除速率。再者，本发明的 抛光垫在抛光20个或以上晶圆期间，具有非常一致的移除速率及低不均匀 度，表示该抛光垫不随时间变光滑。图7a-c的SEM图像说明本发明的微孔 发泡体抛光垫(图7b及7c)在抛光期间较不易变光滑，而变光滑为在传统抛 光垫可看到的(图7a)。

实施例6

此实施例说明本发明的微孔发泡体抛光垫在抛光期间可渗透并传递抛 光组合物。

使用pH11的水性发烟的氧化硅抛光料于化学-机械抛光实验中使用固 体聚氨基甲酸酯抛光垫(垫6A，比较例)、微孔发泡体聚氨基甲酸酯抛光垫(垫 6B，本发明)及传统封闭微胞聚氨基甲酸酯抛光垫(垫6C，比较例)。抛光20 个二氧化硅晶圆后，各抛光垫由SEM X-光绘图技术、能量分配的X-光(EDX) 分光计进行研究，以测定氧化硅为主的抛光组合物的渗透程度。对垫6A、 6B及6C的EDX图像分别示于图8a、8b及8c。

氧化硅抛光料的渗透程度对固体抛光垫(垫6A)仅达垫厚度的10或15％， 如图8a所示。对微孔发泡体抛光垫(垫6B)而言，氧化硅抛光料渗透至垫厚 度的至少40％。对传统封闭微胞抛光垫(垫6C)而言，该氧化硅抛光料仅渗透 该垫厚度的20％至25％。

此实施例证明本发明的微孔发泡体抛光垫可将抛光组合物磨料颗粒充 分地传递至抛光垫块体中，而传统固体及封闭微胞抛光垫无法将抛光组合物 传递至该抛光垫块体中。

实施例7

此实施例显示与传统封闭微胞微孔抛光垫相比，本发明的微孔发泡体抛 光垫具有优异抛光速率。

使用pH11的水性发烟的氧化硅抛光料于化学-机械抛光实验中使用不 同抛光垫(抛光垫7A、7B及7C)。抛光垫7A(比较例)为固体非多孔聚氨基 甲酸酯抛光垫。抛光垫7B(本发明)为本发明的微孔发泡体聚氨基甲酸酯抛 光垫。抛光垫7C(比较例)为传统微孔封闭微胞聚氨基甲酸酯抛光垫。各抛 光垫经打磨、调整及予以凹沟化。对具有梯级高度8000埃的40％密度区域 及具有梯级高度8000埃的70％密度区域的平坦化速率由各抛光垫抛光，且 特征的其余梯级高度在30、60、90、120及150秒后予以测定。对40％密实 特征及70％密实特征的结果分别作图显示于图9及10。

图9及10所示结果显示对40％密度而言，所有抛光垫(抛光垫7A-7C) 在60秒后具有小于1000埃的剩余梯级高度。然而，对70％密度而言，仅抛 光垫7A及7B在90秒后具有小于1000埃的剩余梯级高度。因此，本发明 的微孔发泡体抛光垫，相比于传统微孔发泡体封闭微胞抛光垫，具有优异的 抛光速率。

实施例8

此实施例说明使用加压气体射出过程制备本发明抛光垫的方法。

固体挤出的TPU片材的两个样品置入以5MPa CO2气体在室温加压的 容器中30小时。该固体TPU片材各吸收5wt％CO2。该TPU样品(样品8A 及8B)然后分别加热至50℃及97.6℃且饱和压力为5MPa，产生平均胞径分 别为0.1微米及4微米的片材(计算有99微胞，最小2微米，最大8微米， 标准偏差1.5)。该平均胞径使用影像分析软件测定。未经处理的固体TPU片 材的SEM图像示于图11。发泡的TPU片材(样品8A及8B，本发明)的SEM 图像示于图12-15。图12及13分别放大7500X及20000X。图14及15分别 放大350X及1000X。

此实施例证明加压的气体射出过程可用以制得具有平均孔径小于20微 米且高度均匀孔径分布的多孔发泡体抛光垫。

本申请是中国发明申请(发明名称：微孔抛光垫，申请日：2003年5月 21日；申请号：03817583.5)的分案申请。