CN117355554A - 聚氨酯、由其制备的抛光制品和抛光系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及聚氨酯，该聚氨酯包含反应性混合物的反应产物，该反应性混合物包含具有至少400道尔顿的数均分子量的多元醇、具有小于400道尔顿的分子量的二醇增链剂、二异氰酸酯；和多官能胺。本公开还提供了由其制造的抛光层和抛光垫。另外，本公开提供了使用所述抛光层和抛光垫的抛光系统和抛光方法。

Description

聚氨酯、由其制备的抛光制品和抛光系统及其使用方法

技术领域

本公开涉及聚氨酯材料和包含此类材料的制品。

背景技术

聚氨酯合成和膜制造描述于例如美国专利公布2020/0277517和美国专利号10,590,303中。聚氨酯膜在抛光制品中的用途描述于例如美国专利号10,071,461和10,252,396中。

附图说明

结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：

图1是根据本公开的一些实施方案的抛光层的一部分的示意性剖视图。

图2是根据本公开的一些实施方案的抛光垫的示意性剖视图。

图3示出了利用根据本公开的一些实施方案的抛光垫和方法的抛光系统的示例的示意图。

具体实施方式

聚氨酯是通用树脂，其通常由多元醇(即具有至少两个醇官能团的有机化合物)和多异氰酸酯(即具有至少两个异氰酸酯官能团的有机化合物)的混合物合成。除了这些组分之外，在合成期间可添加其他化合物，包括增链剂、链终止剂、交联剂、催化剂等。热塑性和热固性聚氨酯均易于合成，并且由于可用于其合成的化合物的大宽度，可实现宽范围的材料性质。由于它们的韧性、耐磨性和耐化学品性，聚氨酯通常用作保护涂层和膜。

近来使用聚氨酯膜的一个领域是作为各种抛光应用(例如，化学机械平面化(CMP)抛光应用)的磨料。在典型的CMP应用中，通常在工作液体的存在下，使基底(例如半导体晶片)的表面与抛光垫的表面接触。在指定的力或压力下使基底相对于垫移动，从而从基底表面移除材料。抛光垫通常具有多个层，包括抛光层(即，垫的与基底接触的层)和子垫。抛光层的设计对于抛光性能是关键的。一些抛光层可包括具有促进抛光工艺的特定抛光特征(例如凸体和/或孔)的工作表面(抛光层的接触被抛光的基底的表面)。凸体的高度和/或孔的深度是与垫的抛光性能相关的关键参数。在凸体的情况下，通常期望最高凸体的高度是均匀的，从而产生凸体尖端的平坦表面。这允许基底表面在该组凸体上形成均匀接触。另外，抛光层的总厚度也是与抛光性能相关的关键参数。一般来讲，期望具有均匀厚度的抛光层以允许抛光层工作表面是平坦的。厚度变化可能导致抛光层表面的非平面性并影响抛光性能，因为基底可能与抛光层的较厚区域接触，但可能不与跨越其间区域的较薄区域接触。另外，不均匀的厚度可能导致横跨基底表面的不均匀的抛光压力，这也可能不利地影响抛光结果，例如低的或不均匀的基底移除速率。抛光层厚度和/或抛光特征的尺寸均匀性对于抛光工艺是关键的。所需的尺寸均匀性可产生苛刻的公差要求，因为抛光层通常为具有小于1000微米的厚度的膜形式并且对应的抛光特征可具有介于20微米至1 00微米之间的尺寸(包括高度和/或深度)。

除了这些尺寸要求之外，在抛光过程中使用的工作流体(例如抛光溶液)可以是腐蚀性的(例如酸性或碱性)和/或高度氧化性的，因此抛光层应提供良好的耐化学品性。还期望抛光层持续满足给定抛光工艺的抛光寿命要求的时间长度，即抛光层应提供良好的耐磨性。从制造的角度来看，需要一种用于抛光层的有效、低成本的制造工艺，以使得垫制造商能够获得足够的经济效益。该工艺可能需要提供均匀的抛光层厚度，并且该工艺还可能需要提供用于在抛光层的工作表面上以期望公差产生期望抛光特征的有效方法。

在抛光层的工作表面上产生抛光特征的一种方法是通过使用模制或压印工艺。在该方法中，抛光层可由热塑性材料制备，所述热塑性材料例如经由挤出机被熔融加工，并浇铸到压印辊上，所述压印辊包括所需抛光层特征的负像图像(如果特征的尺寸在约500微米或更小的尺度(例如高度)上，则该过程可称为微复制过程)。然后将热塑性材料在压印辊上冷却以引起固化，随后从辊上去除具有压印特征的热塑性膜。关于熔融加工，热塑性材料可被合成、造粒并且然后在后续加工成膜。然而，更高的效率可通过在挤出机中通过反应性挤出原位制备热塑性材料来实现。然后可将所生产的聚氨酯形成为膜。在任一情况下，在浇铸/压花工艺期间需要稳定的流体流动以确保均匀的膜厚度和均匀的特征尺寸。例如，熔融加工期间的稳定流体流动可与热塑性材料在熔融加工温度下的稳定熔体粘度相关。可用作CMP垫的抛光层的聚氨酯可能需要高温以形成熔体，例如介于180℃和250℃之间的温度。聚氨酯熔体在该温度范围内的粘度或其他性质的变化可导致不可接受的涂层缺陷。此外，聚氨酯熔体在该温度范围内的低粘度可导致在制造(例如浇铸/压印微复制过程)期间的低压，这可导致差的复制性能。因此，可优选介于180℃和250℃之间具有高熔体粘度的聚氨酯材料。

除了上述特征之外，本公开的聚氨酯的ζ电势可以是关于特定应用/用途的关键参数。例如，用作CMP垫的抛光层的聚氨酯的ζ电势可影响垫所表现出的抛光行为。因此，改变聚氨酯的ζ电势的能力可促进改善的抛光性能。ζ电势可通过将具有各种官能团的化合物(通常为较低分子量化合物)共混到聚氨酯中来改变。然而，这些化合物可能易于在聚氨酯内迁移和/或扩散，并且可能不能保持均匀地分散在整个聚氨酯中。另外，这些化合物可能易于从聚氨酯中提取。例如，在用作CMP垫的抛光层期间，聚氨酯可接触水性和/或非水性抛光溶液，所述抛光溶液可能够从聚氨酯提取组分，特别是在聚氨酯抛光层的表面区域处。然后这些组分可扩散到抛光溶液中，即从聚氨酯抛光层中去除，使它们作为ζ电势改性剂失效。因此，需要以更持久的方式改变聚氨酯的ζ电势。

本公开提供了通过在聚氨酯聚合时将ζ电势改性化合物直接共价键合到聚氨酯的主链中来改性聚氨酯的ζ电势的方法。本公开提供了多官能胺，其能够反应进入聚氨酯主链，同时改变聚氨酯的ζ电势。通常，这些化合物增加聚氨酯的ζ电势并且可提供具有正ζ电势的聚氨酯。由于多官能胺通常均匀地分散在整个聚氨酯中并且由于共价键合而永久性地包含在主链中，因此聚氨酯的ζ电势以更稳定的方式改变并且在使用期间保持一致的值。当聚氨酯在使用期间磨损时，例如在用作CMP应用中的抛光层期间，新的聚氨酯将被暴露，其具有相当于已被腐蚀掉的表面的ζ电势。这种行为与不能够在合成期间反应成聚氨酯和/或被共混成聚氨酯中的材料的行为形成对比，因为这些材料可在聚氨酯内扩散和相分离、在聚氨酯表面起霜和/或在使用期间从聚氨酯中提取。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，所给出的数字都是近似值，可以取决于期望的性质利用本文所公开的教导内容而变化。

术语“一个”、“一种”和“该”、“所述”可互换使用，其中“至少一个(种)”意指一个(种)或多个(种)所述要素。

术语“取代的”(涉及烷基基团或部分)意指至少一个与碳键合的氢原子被一个或多个非氢原子置换。可被取代的取代基或官能团的示例包括但不限于醇、伯胺和仲胺。

如本文所用，术语“脂族”和“脂环族”是指具有为烷烃、烯烃或炔烃的烃基的化合物。烃可包括取代物。

术语“烷基”是指为烷烃的基团的一价基团。烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。烷基可含有1至20个碳原子，即C1-C20烷基。

术语“烷亚基”是指为烷烃的基团的二价基团。烷亚基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。亚烷基可含有1至16个碳原子，即C1-C16亚烷基。在一些实施方案中，亚烷基含有1至14个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷亚基的基团中心可在相同碳原子(即烷叉基)或不同碳原子上。

如本文所用，术语“烯基”是指如本文所定义的直链和支链以及环状烷基基团，不同的是两个碳原子之间存在至少一个双键。因此，烯基基团可具有2至40个碳原子、2至约20个碳原子、2至约16个碳原子、2至12个碳原子，或在一些实施方案中，2至8个碳原子。示例包括但不限于乙烯基、-CH＝CH(CH₃)、-CH＝C(CH₃)₂、-C(CH₃)＝CH₂、-C(CH₃)＝CH(CH₃)、-C(CH₂CH₃)＝CH₂、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基和己二烯基等等。

如本文所用，术语“酰基”是指包含羰基部分的基团，其中该基团通过羰基碳原子键合。羰基碳原子键合到氢上形成“甲酰基”基团或键合到另一个碳原子上，所述碳原子可为烷基、芳基、芳烷基环烷基、杂环基、杂环基烷基、杂芳基、杂芳基烷基等的部分。酰基基团可包含0至约8个、0至约12个、0至约16个、0至约20个、或0至约40个键合到羰基基团的附加碳原子。酰基基团可包括在本文含义内的双键或三键。丙烯酰基团为酰基基团的一个示例。酰基基团还可包括在本文的含义内的杂原子。烟酰基基团(吡啶基-3-羰基)为本文含义内的酰基基团的一个示例。其他示例包括乙酰基、苯甲酰基、苯基乙酰基、吡啶基乙酰基、肉桂酰基和丙烯酰基团等。当包含碳原子的基团，所述碳原子键合到包含卤素的羰基碳原子上时，该基团被称为“卤酰基”基团。示例为三氟乙酰基基团。当酰基基团的羰基与卤素(例如氯、氟和/或溴)键合时，该酰基基团被称为“酰卤”，当化合物中含有两个均与卤素键合的酰基基团时，该化合物被称为“二酰卤”。

如本文所用，术语“环烷基”是指环状烷基基团，诸如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基基团。在一些实施方案中，环烷基基团可具有3至约8-12个环成员，而在其他实施方案中，环碳原子的数目在3至4、5、6或7的范围内。环烷基基团还包括多环环烷基基团，诸如但不限于降冰片基、金刚烷基、冰片基、莰烯基、异莰烯基和蒈烯基基团，以及稠环，诸如但不限于萘烷基等。环烷基基团还包括被如本文所定义的直链或支链烷基基团取代的环。代表性的取代的环烷基基团可为单取代的或取代超过一次，诸如但不限于2，2-、2，3-、2，4-、2，5-或2，6-二取代的环己基基团或单取代、二取代或三取代的降冰片基或环庚基基团，这些基团可被例如氨基、羟基、氰基、羧基、硝基、硫代、烷氧基和卤素基团取代。术语“环烯基”单独地或组合地表示环状烯基基团。

如本文所用，术语“芳基”是指在环内不包含杂原子的环状芳族烃基团。因此，芳基基团包括但不限于苯基、薁基、庚搭烯基、联苯基、引达省基、芴基、菲基、三亚苯基、芘基、并四苯基、屈基、亚联苯基、蒽基和萘基基团。在一些实施方案中，芳基基团在基团的环部分中包含约6至约14个碳。芳基基团可为未取代的或取代的，如本文所定义。代表性的取代芳基基团可以为单取代的或取代超过一次，诸如但不限于，在苯环的2-、3-、4-、5-或6-位上任何一个或多个被取代的苯基基团，或其2-位至8-位上任何一个或多个被取代的萘基基团。

如本文所用，术语“芳烷基”是指如本文所定义的烷基基团，其中烷基基团的氢键或碳键被如本文所定义的芳基基团的键置换。代表性的芳烷基基团包括苄基和苯乙基基团以及稠合(环烷基芳基)烷基基团，诸如4-乙基-茚满基。芳烯基基团是如本文所定义的烯基基团，其中烷基基团的氢键或碳键被如本文所定义的芳基基团的键置换。

如本文所用，术语“烷氧基”是指连接到如本文所定义的烷基基团(包括环烷基基团)的氧原子。直链烷氧基基团的示例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基等。支链烷氧基的示例包括但不限于异丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异戊氧基、异己氧基等。环状烷氧基的示例包括但不限于环丙氧基、环丁氧基、环戊氧基、环己氧基等。烷氧基基团可包含约1至8个、1至约12个、1至约16个、约1至约20个、或约1至约40个键合到氧原子的碳原子，并且还可包含双键或三键，并且还可包含杂原子。例如，烯丙氧基基团或甲氧基乙氧基基团也是本文的含义内的烷氧基基团，在其中结构的两个相邻原子被其取代的情况下，亚甲基二氧基基团也是如此。

如本文所用，术语“芳族”是指具有为芳基或芳亚基基团的烃基的化合物。

如本文所用，术语“非芳族”是指不包括芳基或芳亚基基团的化合物。

在整个本公开中，术语“醇”和“羟基”可互换使用。

术语“工作表面”是指抛光垫的将与被抛光的基底表面相邻并且至少部分地接触的表面。

“孔”是指垫的工作表面中的允许流体(例如，液体)包含在其中的腔。孔能使至少一些流体包含在孔内并且不会从孔流出。

术语“精确成型的”是指具有模制形状的形貌特征结构(例如，凸体或孔)，该模制形状为相应的模具腔或模制突出部的相反形状，所述形状在形貌特征结构从模具中移除之后得以保留。通过发泡工艺或将可溶材料(例如，水溶性颗粒)从聚合物基体移除而形成的孔并不是精确成型的孔。

“微复制”是指一种制造技术，其中通过在生产工具(例如，模具或压印工具)中浇铸或模制聚合物(或稍后固化以形成聚合物的聚合物前体)来制备精确成型的形貌特征结构，其中生产工具具有多个微米大小至毫米大小的形貌特征结构。在从生产工具移除聚合物时，一系列形貌特征结构就存在于聚合物的表面中了。聚合物表面的形貌特征结构具有与初始生产工具的特征结构相反的形状。本文所公开的微复制制造技术固有地导致形成微复制层(即，抛光层)，该微复制层在生产工具具有腔时包括微复制凸体(即，精确成型的凸体)，并且在生产工具具有突出部时包括微复制的孔(即，精确成型的孔)。如果生产工具包括腔和突出部，那么微复制层(抛光层)将具有微复制的凸体(即，精确成型的凸体)和微复制的孔(即，精确成型的孔)两者。

本公开涉及聚氨酯，例如热塑性聚氨酯。在一些实施方案中，本公开涉及包含反应性混合物的反应产物的聚氨酯，所述反应性混合物包含具有至少400道尔顿的数均分子量的多元醇、具有小于400道尔顿的分子量的二醇增链剂、二异氰酸酯和根据式I和式II中的至少一者的多官能胺，所述多官能胺具有以下结构：

在一些实施方案中，X为0至10的整数，包括端值在内，R1为具有2至20个碳原子的直链或支链脂族基团、环状脂族基团、芳族基团或含有芳族基团的化合物，R2为具有1至20个碳原子的直链或支链烷基基团，并且R2′为氢或具有1至20个碳原子的直链或支链烷基基团。在一些实施方案中，X可以是0至5、0至3、1至10、1至5或1至3的整数，包括端值在内。在一些实施方案中，R1为具有2至16个碳原子、2至12个碳原子或2至8个碳原子的直链或支链脂族基团、环状脂族基团、芳族基团或含有芳族基团的化合物。在一些实施方案中，R2为具有1至16个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子或1至8个碳原子的直链或支链烷基基团，并且/或者R2′为氢或具有1至16个碳原子、1至12个碳原子、1至10个碳原子或1至8个碳原子的直链或支链烷基基团。在一些实施方案中，R2为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基基团，并且R2′为氢。可使用式I和式II的混合物。

式I和式II的多官能胺各自具有两个显著特征。一个特征是每个多官能胺含有两个未受阻仲胺(不包括具有三嗪的R2取代的侧链胺)，即在未受阻仲胺的氮的α位的两个碳原子不是叔碳原子，或等同地，在氮的α位的两个碳原子含有至少一个与氢原子连接的键。未受阻仲胺官能团随后能够与反应性混合物的其他组分反应。第二个特征是每个多官能胺包含至少两个受阻仲胺，即在该受阻仲胺的氮的α位的两个碳原子是叔碳原子，或等同地，在氮的α位的两个碳原子不包括与氢原子连接的键。由于它们的空间位阻，受阻仲胺通常不能够与反应性混合物的其他组分反应或反应速率显著降低，使得它们在形成本公开的聚氨酯中不起重要作用。式I和式II的多官能胺中的受阻仲胺的数目取决于X的值。因此，式I和式II的多官能胺中的受阻胺的数目N可根据下式变化：N＝2X+2。在一些实施方案中，式I和式II的多官能胺中的受阻仲胺的数目可为2至22、2至16、2至12或2至8。

在聚氨酯的聚合期间，式I和II的多官能胺的两个未受阻仲胺的存在使得化合物能够与反应混合物的二异氰酸酯基团反应(形成脲键的共价键)并被并入本公开的聚氨酯中，即式I和II的多官能胺成为聚氨酯主链的一部分。该特征防止多官能胺的迁移和/或扩散，并且化合物通常可均匀地分散在整个聚氨酯中。该特征还防止多官能胺在例如用作CMP垫的抛光层期间从聚氨酯中提取。在用作CMP垫的抛光层期间，聚氨酯可接触水性和/或非水性抛光溶液，所述抛光溶液可能够从聚氨酯提取组分，例如较低分子量化合物，特别是在聚氨酯抛光层的表面区域处。然后这些组分可扩散到抛光溶液中，即从聚氨酯抛光层中去除，使它们失效。由于它们共价键合到聚氨酯主链中，因此多官能胺不能够从本公开的聚氨酯中提取/去除。这种行为与在合成期间不能够反应到聚氨酯中和/或简单地共混到聚氨酯中的多官能胺的行为相反。

当多官能胺反应进入本公开的聚氨酯中时，它们可能需要被包括在用于形成聚氨酯的反应性混合物的化学计量的计算中。通常，反应性混合物的化学计量按异氰酸酯官能团(与反应性混合物的二异氰酸酯相关)与羟基官能团(与反应性混合物的多元醇和二醇增链剂相关)的比率来计算。在反应性混合物中包含多官能胺的情况下，化学计量可按异氰酸酯官能团(与反应性混合物的二异氰酸酯相关)与羟基官能团和未受阻仲胺官能团(与多元醇、二醇增链剂和反应性混合物的多官能胺相关)的比率来计算。在一些实施方案中，反应性混合物中异氰酸酯基团与羟基基团和未受阻仲胺基团总量的摩尔比介于0.96至1.08之间、介于0.97和1.06之间或介于0.98至1.04之间。在一些实施方案中，按反应性混合物的总重量计，反应性混合物中的多官能胺的量大于2重量百分比、大于4重量百分比、大于6重量百分比或甚至大于8重量百分比。在一些实施方案中，按反应性混合物的总重量计，反应性混合物中的多官能胺的量大于2重量百分比且小于15重量百分比、大于3重量百分比且小于15重量百分比、大于4重量百分比且小于15重量百分比、大于4重量百分比且小于12.5重量百分比或大于6重量百分比且小于10重量百分比。

多官能胺含有受阻仲胺，并且受阻仲胺提供了重要属性；它们使得能够改变本公开的聚氨酯的ζ电势。通常，聚氨酯将具有在2至10的整个pH范围内为负的ζ电势。将多官能胺与它们的受阻仲胺包含到聚氨酯中使得能够形成在酸性pH下具有更高ζ电势或甚至正ζ电势的聚氨酯。另外，本公开的聚氨酯的ζ电势可按添加到反应性混合物中(即共价键合到聚氨酯中)的多官能胺的量而改变或“调节”。一般来讲，结合到聚氨酯中的多官能胺的量越大，聚氨酯的ζ电势越正。空间受阻胺的结构可影响ζ电势为正的pH范围。与具有较低碱性的胺相比，具有更偏碱性特征的空间受阻胺可在较高pH值下采用正ζ电势。尽管不受理论的束缚，但ζ电势变为正的pH范围通常与受阻胺的pKb相关。在一些实施方案中，受阻胺的pKb小于或等于6、小于或等于5.5、小于或等于5.0或小于或等于4.5，和/或大于或等于2.0、大于或等于2.5或大于或等于3.0。一般来讲，具有仲胺的2，2，6，6-四甲基哌啶基基团比具有叔胺的1，2，2，6，6-五甲基哌啶基基团和类似结构更偏碱性且更优选。聚氨酯的ζ电势可影响其在某些应用中的性能特征，例如，当聚氨酯在CMP应用中用作抛光层时。在CMP应用期间，抛光层通常与抛光溶液接触，所述抛光溶液为浆液，即含有磨料颗粒。磨料颗粒本身可具有负的ζ电势。尽管不希望受理论的束缚，但认为具有负ζ电势的聚氨酯可排斥也具有负ζ电势的浆液颗粒。这可能通过例如降低移除速率或增加移除速率的非均匀性而不利地影响抛光性能。然而，如果抛光垫具有正ζ电势，则这可将具有负ζ电势的浆液颗粒吸引至抛光层表面并且可提供一种或多种益处，例如增加的移除速率。

多官能胺可通过N，N′-(双-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)己烷-1.6-二胺与(i)二卤化、烷基改性的1，3，5-三嗪-2-胺、(ii)二酸和(iii)二酰卤中的至少一者的反应制备。二卤化、烷基改性的1，3，5-三嗪-2-胺可包括氯、溴和氟取代中的至少一者。合适的二卤化、烷基改性的1，3，5-三嗪-2-胺的示例包括4，6-二氯-N-辛基-1，3，5-三嗪-2-胺、4，6-二氯-N，N-二甲基-1，3，5-三嗪-2-胺、4，6-二氯-N，N-二丙基-1，3，5-三嗪-2-胺、4，6-二氯-N，N-二己基-1，3，5-三嗪-2-胺、4，6-二氯-N-(1，1，3，3-四甲基丁基)-1，3，5-三嗪-2-胺等。可使用二卤化、烷基改性的1，3，5-三嗪-2-胺的组合。可由N，N′-(双-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-基)己烷-1.6-二胺和二卤化、烷基改性的1，3，5-三嗪-2，胺的反应制备的示例性多官能胺是聚[[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]-1，3，5-三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-1，6-己烷二基[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]，其可以商品名CHIMASSORB944得自新泽西州弗洛勒姆公园的巴斯夫公司(BASF，Florham Park，New Jersey)。合适的二酸的示例包括对苯二甲酸(例如，1，4-对苯二甲酸)、1，4-萘二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2，6-萘二甲酸、二苯基二甲酸、琥珀酸、己二酸、壬二酸、马来酸、戊二酸、辛二酸、癸二酸、十二烷二酸、1，4-环己烷二甲酸等。可使用二酸的组合。合适的二酰卤的示例包括溴、氯或氟取代的二酸，包括本公开的溴、氯或氟取代的二酸，例如1，4-对苯二甲酰二氯化物、1，4-对苯二甲酰二氟化物、间苯二甲酰二氟化物、1，6-己二酰二氯化物、1，4-丙二酰二溴化物等。可使用二酰卤的组合。

反应性混合物包括具有至少400道尔顿的数均分子量的多元醇。反应性混合物的多元醇可包含任何合适数目的羟基基团，并且包含至少两个羟基基团。例如，多元醇可包含至少六个羟基基团、至少四个羟基基团、至少三个羟基基团或至少两个羟基基团。在一些实施方案中，多元醇具有介于400Da和10,000Da之间、介于400Da和5,000Da之间、介于400Da和2,000Da之间、介于450Da和10,000Da之间、介于450Da和5,000Da之间、介于450Da和2,000Da之间、介于500Da和10,000Da之间、介于500Da和5,000Da之间或介于500Da和2,000Da之间的数均分子量。多元醇的类型没有特别的限制。可使用不同类型的多元醇的组合。在一些实施方案中，多元醇可以是聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和羟基封端的丁二烯中的至少一者。

在一些实施方案中，多元醇可以是聚酯多元醇。聚酯多元醇可以是缩合反应诸如缩聚反应的产物。在其中根据缩合反应制得聚酯多元醇的实施方案中，反应可在一种或多种羧酸与一种或多种二醇之间进行。合适羧酸的示例包括根据式III的羧酸，其具有以下结构：

在式III中，R3可选自取代或未取代的C1-C40亚烷基、C2-C40亚烷基、C2-C40亚烯基、C4-C20亚芳基、C4-C20亚环烷基和C4-C20亚芳烷基。合适的羧酸的具体示例包括但不限于乙醇酸(2-羟基乙酸)、乳酸(2-羟基丙酸)、琥珀酸(丁二酸)、3-羟基丁酸、3-羟基戊酸、对苯二甲酸(苯-1，4-二羧酸)、萘二羧酸、4-羟基苯甲酸、6-羟基萘-2-羧酸、草酸、缩苹果酸(丙二酸)、肥酸(己二酸)、蒲桃酸(庚二酸)、乙酸、软木酸(辛二酸)、杜鹃花酸(壬二酸)、皮脂酸(癸二酸)、胶酸(戊二酸)、十二烷二酸(dedecandioic acid)、十三烷二酸、十六烷二酸、马来酸((2Z)-丁-2-烯二酸)、富马酸((2E)-丁-2-烯二酸)、戊烯二酸(戊-2-烯二酸)、2-癸二酸、创伤酸((2E)-十二碳-2-烯二酸)、粘康酸((2E，4E)-己-2，4-二烯二酸)、粘叶莸酸(glutinic acid)、柠康酸((2Z)-2-甲基丁-2-烯二酸)、中康酸((2E)-2-甲基-2-丁烯二酸)、衣康酸(2-亚甲基丁二酸)、苹果酸(2-羟基丁二酸)、天冬氨酸(2-氨基丁二酸)、谷氨酸(2-氨基戊二酸)、丙醇二酸(tartonic acid)、酒石酸(2，3-二羟基丁二酸)、二氨基庚二酸((2R，6S)-2，6-二氨基庚二酸)、糖二酸((2S，3S，4S，5R)-2，3，4，5-四羟基己二酸)、甲氧草酸、草酰乙酸(氧代丁二酸)、丙酮二羧酸(3-氧代戊二酸)、阿拉伯糖酸(arbinaric acid)、邻苯二甲酸(苯-1，2-二羧酸)、间苯二甲酸、联苯二甲酸、2，6-萘二羧酸或它们的混合物。

用于缩合反应的合适的二醇的示例包括根据式IV的二醇，该二醇具有以下结构：

在式IV中，R4可选自取代或未取代的C1-C40亚烷基、C2-C40亚烯基、C4-C20亚芳基、C1-C40亚酰基、C4-C20亚环烷基、C4-C20亚芳烷基和C1-C40亚烷氧基，并且R5和R5′独立地选自-H、取代或未取代的C1-C40烷基、C2-C40烯基、C4-C20芳基、C1-C20酰基、C4-C20环烷基、C4-C20芳烷基和C1-C40烷氧基。合适的多元醇包括但不限于乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、十亚甲基二醇、十二亚甲基二醇、甘油、三羟甲基丙烷以及它们的混合物。

在一些实施方案中，多元醇通过开环聚合制备，例如ε-己内酯的开环聚合。

合适的聚酯多元醇包括但不限于聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚(己二酸二乙二醇酯)、聚己二酸己二醇酯、聚(己二酸新戊二醇酯)、聚(己二酸丁二醇酯-共-邻苯二甲酸酯)、聚己内酯或它们的共聚物。可使用不同聚酯多元醇的组合。

在一些实施方案中，反应性混合物的多元醇可以是聚醚多元醇，包括但不限于聚氧化烯多元醇、聚氧环烯多元醇以及它们的氧化烯加合物。在一些实施方案中，聚醚多元醇可以是聚氧乙烯多元醇(例如聚乙二醇)、聚氧丙烯多元醇(例如聚丙二醇)、聚氧四亚甲基多元醇(例如聚氧四亚甲基二醇)、它们的共聚物和它们的混合物中的至少一者，并且可具有2至6、特别是2至4的羟基官能度。

聚醚多元醇是众所周知的，并且可通过含有羟基基团的化合物与例如环氧乙烷、环氧丙烷、四亚甲基氧化物在碱催化剂的存在下的反应来制备，分别产生聚氧乙烯多元醇、聚氧丙烯多元醇和聚氧四亚甲基。也可使用含有环氧乙烷、环氧丙烷和四亚甲基氧化物中的至少两者的共聚物。多种含羟基基团的化合物可用于引发反应，包括例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、2，2-二羟甲基丙烷、季戊四醇等。可商购获得的聚醚多元醇的示例包括可以商品名PPG 425、PPG 725、LHT 112和LHT 240获得的Arcol聚醚多元醇(来自宾夕法尼亚州纽敦广场的大西洋里奇菲尔德化学公司(Arco Chemical Co.，Newtown Square，PA))；聚乙二醇，诸如可以商品名Carbowax Sentry获得的那些(密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.，Midland，MI))；PLURACOL E 1450聚乙二醇(新泽西州帕西帕尼的巴斯夫公司(BASF Corp.，Parsippany，NJ))；和TERATHANE聚(四亚甲基氧化物)多元醇(特拉华州威尔明顿的杜邦公司(E.I.DuPont de Nemours；Wilmington，DE))。

在一些实施方案中，反应性混合物的多元醇可以是聚碳酸酯多元醇。聚碳酸酯多元醇可从脂族二醇诸如1，4-丁二醇和1，6-己二醇与光气、碳酸二芳基酯诸如碳酸二苯酯或与环状碳酸酯诸如碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯的反应中获得。脂族二醇可以是关于式IV讨论的二醇中的任一者或组合。可商购获得的聚碳酸酯多元醇的示例包括购自德克萨斯州休斯顿的阿拉马科高性能材料有限责任公司(Aramaco Performance Materials，LLC，Houston，TX)的ARAMACO PERFORMANCE MATERIALS CONVERGE POLYO 212-10、212-20、CPX-2001-112、CPX-2502-56a和HMA-2。

在一些实施方案中，反应性混合物的多元醇可以是羟基封端的丁二烯。羟基封端的丁二烯可以是羟基封端的聚丁二烯，并且聚丁二烯可以是均聚物或共聚物。可商购获得的羟基封端的丁二烯的示例包括来自特拉华州威尔明顿的佩特弗莱克斯公司(Petroflex，Wilmington，DE)的“LIQUIFLEX H”和来自宾夕法尼亚州埃克斯顿的克雷威利美国有限责任公司(Cray Valley USA，LLC，Exton，PA)的POLY-BD-45HTLO。

按反应性混合物的重量计，多元醇可以介于30重量％至80重量％之间的量存在于反应混合物中。在一些实施方案中，按反应性混合物的重量计，存在于反应性混合物中的多元醇的量大于或等于30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％，和/或小于或等于80重量％、75重量％、70重量％、65重量％或60重量％。按反应性混合物中的聚酯多元醇的总重量计，聚酯多元醇可包含至少70重量％的聚酯二醇。在一些实施方案中，按反应性混合物中的聚酯多元醇的总重量计，聚酯多元醇包含至少70重量％、至少75重量％、至少80重量％、至少85重量％、至少90重量％、至少95重量％、至少97重量％、至少99重量％或100重量％的聚酯二醇。

反应性混合物包含二醇增链剂。二醇增链剂可由式IV描述，其中R4选自取代或未取代的C1-C16亚烷基、C2-C16亚烯基、C4-C20亚芳基、C1-C16亚酰基、C4-C16亚环烷基、C4-C16亚芳烷基和C1-C16亚烷氧基，并且R5和R5′独立地选自-H、取代或未取代的C1-C16烷基、C2-C16烯基、C4-C16芳基、C1-C16酰基、C4-C16环烷基、C4-C16芳烷基和C1-C16烷氧基，并且R5和R5′被禁止为羟基和被羟基取代。合适的二醇包括但不限于乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、2，2-二甲基1，3-丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、十亚甲基二醇、二甘醇、对苯二酚双(2-羟乙基)醚和十二亚甲基二醇。在一些实施方案中，二醇增链剂包括C1-C16脂族二醇和C4-C16脂环族二醇中的至少一者。在一些实施方案中，C1-C16脂族二醇包括C1-C16亚烷基，并且任选地，C1-C16亚烷基是在两个末端碳原子处具有羟基取代的直链C2-C16亚烷基。二醇增链剂可在反应混合物的约1重量％至约15重量％或反应性混合物的约2重量％至约15重量％的范围内。在一些实施方案中，按反应性混合物的重量计，存在于反应性混合物中的二醇增链剂的量大于或等于1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％，和/或小于或等于15重量％、14重量％、13重量％、12重量％或小于11重量％。在一些实施方案中，二醇增链剂具有小于400道尔顿、小于350道尔顿或小于300道尔顿的分子量。例如，二醇增链剂的分子量可在30道尔顿至小于400道尔顿、30道尔顿至350道尔顿、30道尔顿至300道尔顿或50道尔顿至小于400道尔顿的范围内。在一些实施方案中，二醇增链剂的分子量可以是数均分子量。

反应性混合物包含二异氰酸酯。二异氰酸酯不受特别限制并且可以是单体、低聚物或聚合物。合适二异氰酸酯的示例包括具有以下结构的根据式V的二异氰酸酯：

O＝＝C＝＝N-R6-N＝＝C＝＝O

式V。

在式V中，R6选自取代或未取代的C₁-C₄₀亚烷基、C₂-C₄₀亚烯基、C₄-C₂₀亚芳基、C₄-C₂₀亚芳基-C₁-C₄₀亚烷基-C₄-C₂₀亚芳基、C₄-C₂₀亚环烷基和C₄-C₂₀亚芳烷基。在一些实施方案中，二异氰酸酯选自二环己基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、异佛乐酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1，4-亚苯基二异氰酸酯、1，3-亚苯基二异氰酸酯、间二甲苯二异氰酸酯、甲苯-2，4-二异氰酸酯、甲苯-2，6-二异氰酸酯、聚(六亚甲基二异氰酸酯)、1，4-亚环己基二异氰酸酯、4-氯-6-甲基-1，3-亚苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯、二苯基甲烷2，4-二异氰酸酯、1，4-二异氰酸根酸丁烷、1，8-二异氰酸根辛烷、2，5-甲苯二异氰酸酯、亚甲基双(邻氯苯基二异氰酸酯)、(4，4′-二异氰酸根-3，3′，5，5′-四乙基)二苯甲烷、4，4′-二异氰酸根-3，3′-二甲氧基联苯(邻联茴香胺二异氰酸酯)、5-氯-2，4-甲苯二异氰酸酯、1-氯甲基-2，4-二异氰酸根苯、四甲基-间二甲苯二异氰酸酯、1，12-二异氰酸根十二烷、2-甲基-1，5-二异氰酸根戊烷、2，2，4-三甲基己基二异氰酸酯或它们的混合物。

在一些实施方案中，二异氰酸酯可以是增链的二异氰酸酯，即二异氰酸酯和二羟基封端的低聚物或聚合物(例如二羟基封端的线性低聚物或聚合物)的反应产物。在反应期间，使用过量的二异氰酸酯以确保至少80重量％、90重量％、95重量％、97重量％、98重量％、99重量％或99.5重量％的反应产物也是二异氰酸酯。二羟基封端的低聚物或聚合物没有特别限制，并且可包括例如二羟基封端的线性聚酯和二羟基封端的线性聚醚。聚酯多元醇(特别是之前关于本公开的聚酯多元醇讨论的聚酯二醇)可用于形成增链的二异氰酸酯。在一些实施方案中，增链的二异氰酸酯的聚酯多元醇可包括一种或多种C2-C12二醇和一种或多种C2-C12二酸的反应产物。在一些实施方案中，二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与羟基封端的直链低聚物或聚合物的反应产物、甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯与羟基封端的直链低聚物或聚合物的反应产物以及它们的组合。一种示例性增链的二异氰酸酯是用4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)封端的乙烯-共聚-丁烯己二酸酯聚酯，其以商品名“RUBINATE 1234”购自德克萨斯州伍德兰兹的亨斯迈公司(Huntsman Corporation，The Woodlands，TX)。

在一些实施方案中，按反应性混合物的重量计，反应混合物中的二异氰酸酯的量为10重量％至60重量％。在一些实施方案中，按反应性混合物的重量计，反应混合物中的二异氰酸酯的量大于或等于10重量％、15重量％、20重量％、25重量％，和/或小于或等于60重量％、55重量％、50重量％或45重量％。

反应性混合物还可包含催化剂以有利于多异氰酸酯与多元醇组分之间的反应。聚氨酯的聚合反应中可用的催化剂包括基于铝、铋、锡、钒、锌、汞和锆的催化剂、胺催化剂以及它们的混合物。优选的催化剂包括基于锡的催化剂，诸如二丁基锡化合物。在一些实施方案中，催化剂包括但不限于二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酰丙酮二丁基锡、二硫醇二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、丙酮基丙酮二丁基锡和氧化二丁基锡。催化剂的合适的量可为0.001％至1％、0.001％至0.5％或0.001％至0.25％。在一些实施方案中，按反应性混合物的重量计，反应性混合物中的催化剂的量可大于或等于0.001重量％、0.002重量％、0.005重量％、0.01重量％、0.02重量％、0.05重量％、0.07重量％、0.1重量％，和/或小于或等于1.0重量％、0.7重量％、0.5重量％或0.3重量％。

在一些实施方案中，反应混合物可含有具有至少三个羟基基团的多元醇和/或具有至少三个对应的异氰酸酯基团的多异氰酸酯。在这种情况下，多元醇和/或多异氰酸酯可充当支化剂。必须限制多元醇和/或多异氰酸酯的量，以保持所得聚氨酯的一般热塑性特征。然而，这种性质的组分可用于增加分子量或改变聚氨酯的粘度特征。

其他添加剂可被包含在本公开的反应性混合物和聚氨酯中，包括但不限于抗氧化剂、光/紫外光稳定剂、染料、着色剂、填料颗粒、磨料颗粒、增强颗粒或纤维、粘度调节剂等。不溶于反应性混合物中的添加剂(例如填料颗粒、磨料颗粒和增强颗粒或纤维)不被包括在反应性混合物的组分的重量百分比的计算中，即，它们不被包括在用作反应性混合物的每种组分的重量百分比的基础的反应性混合物的总重量中。

本公开的聚氨酯在用于由其制造制品的加工条件(例如温度、压力和时间)下可具有稳定的粘度。聚氨酯在200℃下的粘度可小于1，000，000cP、小于3，000，000cP、小于5，000，000cP、小于10，000，000cP或小于15，000，000cP，和/或大于100，000cP、大于75，000cP、大于50，000cP、大于40，000cP或大于35，000cP。

本公开的聚氨酯可用于多种应用中，并且特别适合于薄膜的形成。由于它们独特的耐化学品性、耐磨性、ζ电势和模塑性，本公开的聚氨酯特别可用作例如抛光垫中的抛光层。在一个实施方案中，本公开提供了抛光垫，其包括具有工作表面和与工作表面相反的第二表面的抛光层，其中抛光层包含本公开实施方案中任一项所述的聚氨酯。任选地，抛光层可包含至少90重量％、至少95重量％、至少99重量％或100重量％的聚氨酯。

在许多抛光应用(例如，CMP应用)中，通常期望使抛光垫的抛光层的工作表面包括形貌，即非平面。形貌可通过用垫修整器的研磨表面研磨基本上平坦的抛光层表面而形成。垫修整器的磨料颗粒通常以随机方式移除抛光层表面的区域，并且随后在抛光层表面中产生形貌。在抛光垫的抛光层的工作表面中产生形貌的另一种方法是通过微复制工艺，例如压印工艺。这种工艺提供了抛光层的工作表面，该工作表面被精确设计和构建成具有多个可再现的形貌特征，包括凸体和/或孔。凸体和孔被设计成具有从毫米下至微米变化的尺寸，其中容差低至1微米或更小。由于抛光层的精确构建的凸体形貌，本公开的抛光垫可在没有垫修整工艺的情况下使用，从而消除了对磨料垫修整器和对应的修整工艺的需要。另外，精确构建的孔形貌确保抛光垫工作表面上均一的孔大小和分布，这导致改进的抛光性能和更低的抛光溶液使用。由于其稳定的流动特征，本公开的聚氨酯特别适用于在抛光层的工作表面中制造精确构建的凸体和孔形貌，并且能够满足所述设计的苛刻公差。可采用本公开的聚氨酯的抛光垫和抛光层公开于例如美国专利号10，252，396中，该专利全文以引用方式并入本文。

图1示出了根据本公开的一些实施方案的抛光层10的一部分的示意性剖视图。具有厚度X的抛光层10包括工作表面12和与工作表面12相反的第二表面13。工作表面12是具有精确构建的形貌的精确构建的表面。工作表面包括多个精确成型的孔、精确成型的凸体及其组合中的至少一者。工作表面12包括具有深度Dp、侧壁16a和基部16b的多个精确成型的孔16和具有高度Ha、侧壁18a和顶端18b(顶端具有宽度Wd)的多个精确成型的凸体18。精确成型的凸体和凸体基部的宽度可与它们顶端的宽度Wd相同。底面区域14位于精确成型的孔16与精确成型的凸体18之间的区域中并且可被视为工作表面的一部分。精确成型的凸体侧壁18a与同其相邻的底面区域14的表面的相交部限定凸体的底部的位置并且限定一组精确成型的凸体基部18c。精确成型的孔侧壁16a与同其相邻的底面区域14的表面的相交部被视为孔的顶部并且限定具有宽度Wp的一组精确成型的孔开口16c。由于精确成型的凸体的基部和相邻的精确成型的孔的开口由相邻的底面区域确定，因而凸体基部相对于至少一个相邻的孔开口是大体共面的。在一些实施方案中，多个凸体基部相对于至少一个相邻的孔开口是大体共面的。多个凸体基部可包括抛光层的总凸体基部的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％或甚至至少约100％。底面区域在精确成型的特征结构之间提供不同的分隔面积，包括相邻的精确成型的凸体与精确成型的孔之间的分隔，相邻的精确成型的孔之间的分隔和/或相邻的精确成型的凸体之间的分隔。在一些实施方案中，工作表面包括底面区域、以及多个精确成型的孔和多个精确成型的凸体中的至少一者。

尽管可能存在与制造方法一致的微小曲率和/或厚度变化，但是底面区域14可以是大体平面的并且具有大体均一的厚度Y。由于底面区域的厚度Y必须大于多个精确成型的孔的深度，因而底面区域可具有比本领域中已知的可仅具有凸体的其他磨料制品更大的厚度。在本公开的一些实施方案中，当精确成型的凸体和精确成型的孔两者都存在于抛光层中时，包括底面区域可允许将多个精确成型的凸体的面密度独立于多个精确成型的孔的面密度进行设计，从而提供更大的设计灵活性。这与常规的垫形成对比，常规的垫可包括在通常平坦的垫表面中形成一系列相交的沟槽。相交的沟槽导致形成有纹理的工作表面，并且沟槽(将材料从表面移除的区域)限定工作表面的上部区域(未将材料从表面移除的区域)，即，将接触被研磨或抛光的基底的区域。在这一已知的方法中，沟槽的大小、布局和数目限定工作表面的上部区域的大小、布局和数目，即，工作表面的上部区域的面密度取决于沟槽的面密度。沟槽还可延伸垫的长度，从而与可包含抛光溶液的孔相比而言，允许抛光溶液从沟槽流动出去。具体地讲，对于苛刻应用(例如，CMP)，包括精确成型的孔(其可保持和保留接近于工作表面的抛光溶液)可提供增强的抛光溶液递送。

抛光层10可包括至少一个宏通道。图1示出了具有宽度Wm、深度Dm和基部19a的宏通道19。具有厚度Z的次底面区域由宏通道基部19a限定。由宏通道的基部限定的次底面区域将被视为先前描述的底面区域14的一部分。在一些实施方案中，一个或多个次孔(未示出)可包括在至少一个宏通道的基部的至少一部分中。一个或多个次孔具有次孔开口(未示出)，次孔开口与宏通道19的基部19a大体共面。在一些实施方案中，至少一个宏通道的基部基本上不含次孔。在一些实施方案中，抛光层包括多个独立的或相互连接的宏通道。

精确成型的孔16的形状不受具体限制并且包括但不限于圆柱形、半球形、立方体、矩形棱柱、三角形棱柱、六边形棱柱、三棱锥、4面、5面和6面棱锥、截头棱锥、圆锥形、截头圆锥形等等。精确成型的孔16相对于孔开口的最低点被视为孔的底部。全部精确成型的孔16的形状可均相同，或者可使用组合。在一些实施方案中，精确成型的孔的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％或甚至至少约100％被设计成具有相同的形状和尺寸。由于用来制造精确成型的孔的精确制造方法，容差通常较小。对于被设计成具有相同孔尺寸的多个精确成型的孔，其孔尺寸是均一的。在一些实施方案中，至少一个距离尺寸的标准偏差对应于多个精确成型的孔的尺寸；例如孔开口的高度、宽度，长度和直径为占距离尺寸的平均值的小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约8％、小于约6％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或甚至小于约1％。标准偏差可通过已知的统计技术来测量。标准偏差可从至少5个孔或甚至至少10个孔、至少20个孔的样本大小计算得出。样本大小可不大于200个孔、不大于100个孔或甚至不大于50个孔。可从抛光层上的单个区域或从抛光层的多个区域随机选择该样本。

精确成型的孔开口16c的最长尺寸(例如，当精确成型的孔16的形状是圆柱形时的直径)可以小于约10mm、小于约5mm、小于约1mm、小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米或甚至小于约60微米。精确成型的孔开口16c的最长尺寸可大于约1微米、大于约5微米、大于约10微米、大于约15微米或甚至大于约20微米。精确成型的孔16的横截面积(例如，当精确成型的孔16的形状是圆柱形时的圆)可在整个孔的深度上是均一的；或如果精确成型的孔侧壁16a从开口到基部向内渐缩，那么可减小；或如果精确成型的孔侧壁16a向外渐缩，那么可增大。根据设计，精确成型的孔开口16c可均具有大约相同的最长尺寸或者该最长尺寸可在精确成型的孔开口16c之间或在各组不同的精确成型的孔开口16c之间变化。精确成型的孔开口的宽度Wp可等于上文所述的针对最长尺寸给定的值。

多个精确成型的孔的深度Dp不受具体限制。在一些实施方案中，多个精确成型的孔的深度小于与每个精确成型的孔相邻的底面区域的厚度，即，精确成型的孔并不是穿过底面区域14的整个厚度的通孔。这使孔能够捕集并保留接近工作表面的流体。尽管多个精确成型的孔的深度可如上文所指示受到限制，但是这并不妨碍在垫中包括一个或多个其他通孔，例如，用来提供抛光溶液向上穿过抛光层到工作表面的通孔或用于气流穿过垫的路径。通孔被定义为穿过底面区域14的整个厚度Y的孔洞。

在一些实施方案中，抛光层不含通孔。由于在使用期间通常经由粘合剂(例如压敏粘合剂)将垫安装到另一基底(例如子垫或台板)，因此通孔可允许抛光溶液通过垫渗漏到垫-粘合剂界面。抛光溶液可能对粘合剂具有腐蚀性，并导致垫与其所附着的基底之间的结合完整性的有害损失。

多个精确成型的孔16的深度Dp可以小于约5mm、小于约1mm、小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米或甚至小于约60微米。精确成型的孔16的深度可大于约1微米、大于约5微米、大于约10微米、大于约15微米或甚至大于约20微米。多个精确成型的孔的深度可介于约1微米和约5mm之间、介于约1微米和约1mm之间、介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约200微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于5微米和约5mm之间、介于约5微米和约1mm之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约200微米之间或甚至介于约5微米和约100微米之间。精确成型的孔16可均具有相同深度或该深度可在精确成型的孔16之间或在各组不同精确成型的孔16之间变化。

在一些实施方案中，多个精确成型的孔的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或甚至至少约100％的深度介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约200微米之间、介于约1微米和约150微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约1微米和约80微米之间、介于约1微米和约60微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约200微米之间、介于约5微米和约150微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约5微米和约80微米之间、介于约5微米和约60微米之间、介于约10微米和约200微米之间、介于约10微米和约150微米之间或甚至介于约10微米和约100微米之间。

在一些实施方案中，至多且包括全部多个精确成型的孔的至少一部分的深度小于至少一个宏通道的至少一部分的深度。在一些实施方案中，至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约99％或甚至至少约100％的精确成型的孔的深度小于宏通道的至少一部分的深度。

精确成型的孔16可在抛光层10的表面上被均一地分布，即，具有单个面密度，或可在抛光层10的表面上具有不同的面密度。精确成型的孔16的面密度可小于约1,000,000/mm²、小于约500,000/mm²、小于约100,000/mm²、小于约50,000/mm²、小于约10,000/mm²、小于约5,000/mm²、小于约1,000/mm²、小于约500/mm²、小于约100/mm²、小于约50/mm²、小于约10/mm²或甚至小于约5/mm²。精确成型的孔16的面密度可大于约1/dm²、可大于约10/dm²、可大于约100/dm²、可大于约5/cm²、可大于约10/cm²、可大于约100/cm²或甚至可大于约500/cm²。

精确成型的孔开口16c的总横截面积与投射的抛光垫表面积的比率可大于约0.5％、大于约1％、大于约3％、大于约5％、大于约10％、大于约20％、大于约30％、大于约40％或甚至大于约50％。精确成型的孔开口16c的总横截面积相对于投射的抛光垫表面积的比率可小于约90％、小于约80％、小于约70％、小于约60％、小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约25％或甚至小于约20％。投射的抛光垫表面积是由将抛光垫的形状投射到平面上产生的面积。例如，具有半径r的圆形形状的抛光垫将具有π乘以半径的平方的投射表面积，即，平面上投射的圆的面积。

精确成型的孔16可随机布置在抛光层10的表面上或者可以图案形式(例如，重复图案)布置在抛光层10上。图案包括但不限于正方形阵列、六边形阵列等。可以使用图案的组合。

精确成型的凸体18的形状不受具体限制并且包括但不限于圆柱形、半球形、立方体、矩形棱柱、三角形棱柱、六边形棱柱、三棱锥、4面、5面和6面棱锥、截头棱锥、圆锥形、截头圆锥形等等。精确成型的凸体侧壁18a与底面区域14的相交部被视为凸体的基部。如从凸体基部18c到顶端18b测量的精确成型的凸体18的最高点被视为凸体的顶部并且顶端18b与凸体基部18c之间的距离是凸体的高度。全部精确成型的凸体18的形状可均相同，或者可使用组合。在一些实施方案中，精确成型的凸体的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％或甚至至少约100％被设计成具有相同的形状和尺寸。由于用来制造精确成型的凸体的精确制造方法，容差通常较小。对于被设计成具有相同凸体尺寸的多个精确成型的凸体，其凸体尺寸是均一的。在一些实施方案中，与多个精确成型的凸体的大小对应的至少一个距离尺寸(例如，高度、顶端的宽度、基部处的宽度、长度和直径)的标准偏差占距离尺寸的平均值的小于约20％、小于约J 5％、小于约10％、小于约8％、小于约6％、小于约4％、小于约3％、小于约2％或甚至小于约1％。标准偏差可通过已知的统计技术来测量。标准偏差可从至少5个凸体、至少10个凸体或甚至至少20个凸体或甚至更多个凸体的样本大小计算得出。样本大小可为不大于200个凸体、不大于100个凸体或甚至不大于50个凸体。可从抛光层上的单个区域或从抛光层的多个区域随机选择该样本。

在一些实施方案中，精确成型的凸体的至少约50％、至少约70％、至少约90％、至少约95％、至少约97％、至少约99％、以及甚至至少约100％为实心结构。实心结构被定义为包含少于约10％、少于约5％、少于约3％、少于约2％、少于约1％、少于约0.5％或甚至0％的体积孔隙率。多孔性可包括如将例如在泡沫中发现的开孔结构或闭孔结构，或通过已知技术(诸如冲孔、钻孔、模切割、激光切割、水射流切割等)在凸体中有意地制造的机加工孔洞。在一些实施方案中，精确成型的凸体不含机加工孔洞。由于机加工方法，机加工孔洞可能在孔洞边缘附近具有不想要的材料变形或堆积，其可引起被抛光的基底表面(例如，半导体晶片)的缺陷。

关于精确成型的凸体18的横截面积而言的最长尺寸(例如，当精确成型的凸体18的形状是圆柱形时的直径)可以小于约10mm、小于约5mm、小于约1mm、小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米或甚至小于约60微米。精确成型的凸体18的最长尺寸可大于约1微米、大于约5微米、大于约10微米、大于约15微米或甚至大于约20微米。精确成型的凸体18的横截面积(例如，当精确成型的凸体18的形状是圆柱形时的圆)可在凸体的整个高度上是均一的；或如果精确成型的凸体侧壁18a从凸体的顶部到基部向内渐缩，那么可减小；或如果精确成型的凸体侧壁18a从凸体的顶部到基部向外渐缩，那么可增大。根据设计，精确成型的凸体18可均具有相同的最长尺寸或该最长尺寸可在精确成型的凸体18之间或在各组不同的精确成型的凸体18之间变化。精确成型的凸体基部的顶端的宽度Wd可等于上文所述的针对最长尺寸给定的值。精确成型的凸体基部的宽度可等于上文所述的针对最长尺寸给定的值。

精确成型的凸体18的高度可小于约5mm、小于约1mm、小于约500微米、小于约200微米、小于约100微米、小于约90微米、小于约80微米、小于约70微米或甚至小于约60微米。精确成型的凸体18的高度可大于约1微米、大于约5微米、大于约10微米、大于约15微米或甚至大于约20微米。精确成型的凸体18可均具有相同高度或该高度可在精确成型的凸体18之间或在各组不同精确成型的凸体18之间变化。在一些实施方案中，抛光层的工作表面包括第一组精确成型的凸体和至少一个第二组精确成型的凸体，其中第一组精确成型的凸体的高度大于第二组精确成型的凸体的高度。具有多组多个精确成型的凸体(每组具有不同高度)可提供抛光凸体的不同平面。这在以下情况下可变得特别有利：凸体表面已经被改性成亲水的，并且在一些程度的抛光之后，该第一组凸体被磨损(包括亲水表面的去除)，从而允许第二组凸体与正在抛光的基底接触并为抛光提供新的凸体。第二组凸体也可具有亲水表面和与磨损的第一组凸体相比增强的抛光性能。第一组多个精确成型的凸体的高度可比至少一个第二组多个精确成型的凸体的高度大3微米至50微米、3微米至30微米、3微米至20微米、5微米至50微米、5微米至30微米、5微米至20微米、10微米至50微米、10微米至30微米或甚至10微米至20微米。

在一些实施方案中，为了有利于抛光溶液在抛光层-抛光基底界面处的利用，多个精确成型的凸体的至少约10％、至少约30％、至少约50％、至少70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％或甚至至少约100％的高度介于约1微米和约500微米之间、介于约1微米和约200微米之间、介于约1微米和约100微米之间、介于约1微米和约80微米之间、介于约1微米和约60微米之间、介于约5微米和约500微米之间、介于约5微米和约200微米之间、介于约5微米和约150微米之间、介于约5微米和约100微米之间、介于约5微米和约80微米之间、介于约5微米和约60微米之间、介于约10微米和约200微米之间、介于约10微米和约150微米之间或甚至介于约10微米和约100微米之间。

精确成型的凸体18可在抛光层10的表面上被均一地分布，即，具有单个面密度，或可在抛光层10的表面上具有不同的面密度。精确成型的凸体18的面密度可小于约1,000,000/mm²、小于约500,000/mm²、小于约100,000/mm²、小于约50,000/mm²、小于约10,000/mm²、小于约5,000/mm²、小于约1,000/mm²、小于约500/mm²、小于约100/mm²、小于约50/mm²、小于约10/mm²或甚至小于约5/mm²。精确成型的凸体18的面密度可大于约1/dm²、可大于约10/dm²、可大于约100/dm²、可大于约5/cm²、可大于约10/cm²、可大于约100/cm²或甚至可大于约500/cm²。在一些实施方案中，多个精确成型的凸体的面密度独立于多个精确成型的孔的面密度。

精确成型的凸体18可随机布置在抛光层10的表面上或者可以图案形式(例如，重复图案)布置在抛光层10上。图案包括但不限于正方形阵列、六边形阵列等。可以使用图案的组合。

顶端18b的总横截面积相对于总的投射抛光垫表面积可大于约0.01％、大于约0.05％、大于约0.1％、大于约0.5％、大于约1％、大于约3％、大于约5％、大于约10％、大于约15％、大于约20％或甚至大于约30％。精确成型的凸体18的顶端18b的总横截面积相对于总的投射抛光垫表面积可小于约90％、小于约80％、小于约70％、小于约60％、小于约50％、小于约40％、小于约30％、小于约25％或甚至小于约20％。精确成型的凸体基部的总横截面积相对于总的投射抛光垫表面积可与如针对顶端描述的相同。

抛光层本身可起到抛光垫的作用。抛光层可呈卷绕在核心上并且在使用期间以“卷对卷”的形式被采用的膜的形式。抛光层还可被制造成单个垫(例如，圆形垫)，如下文进一步所论述。根据本公开的一些实施方案，包括抛光层的抛光垫还可包括子垫。图2示出了抛光垫50，其包括抛光层10，该抛光层具有工作表面12和与工作表面12相反的第二表面13，并且示出了与第二表面13相邻的子垫30。任选地，泡沫层40插置在抛光层10的第二表面13与子垫30之间。抛光垫的各个层可通过本领域中已知的任何技术粘附在一起，已知的技术包括使用粘合剂，例如，压敏粘合剂(PSA)、热熔粘合剂和现场固化粘合剂。在一些实施方案中，抛光垫包括与第二表面相邻的粘合剂层。结合PSA(例如，PSA转印带)使用层合工艺是用于粘附抛光垫50的各个层的一种特定工艺。子垫30可以是本领域中已知的那些中的任一种。子垫30可以是单个层的相对刚性材料(例如，聚碳酸酯)或单个层的相对可压缩材料(例如，弹性泡沫)。子垫30还可具有两层或更多层，并且可包括大体硬性的层(例如，像聚碳酸酯、聚酯等的刚性材料或高模量材料)和大体可压缩的层(例如，弹性体或弹性泡沫材料)。泡沫层40的硬度可介于约20肖氏硬度D至约90肖氏硬度D之间。泡沫层40的厚度可介于约125微米和约5mm之间或甚至介于约125微米与约1000微米之间。

在包括具有一个或多个不透明层的子垫的本公开的一些实施方案中，小的孔洞可被切割成子垫中从而产生“窗口”。孔洞可切割穿透整个子垫或仅穿透一个或多个不透明层。将子垫或一个或多个不透明层的切割部分从子垫移除，从而允许光传输通过这一区域。孔被重新定位成与抛光工具压板的端点窗口对准并且通过使来自工具的端点检测系统的光能够行进通过抛光垫并接触晶片来利于使用抛光工具的晶片端点检测系统。基于光的端点抛光检测系统在本领域中是已知的并且可在例如购自加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials，Inc.，Santa Clara，California)的MIRRA和REFLEXION LKCMP抛光工具上发现。本公开的抛光垫可被制造成在这类工具上运行，并且在垫中可包括被构造成和抛光工具的端点检测系统一起起作用的端点检测窗口。在一个实施方案中，可将包括本公开的抛光层中的任一个的抛光垫层合到子垫上。子垫包括至少一个刚性层(例如聚碳酸酯)和至少一个柔顺层(例如弹性泡沫)，刚性层的弹性模量大于柔顺层的弹性模量。顺应性层可以是不透明的并且防止端点检测所需的光传输。通常通过使用PSA(例如，转印粘合剂和胶带)来将子垫的刚性层层合到抛光层的第二表面。在层合之前或之后，可在子垫的不透明顺应性层中例如通过标准吻切方法对孔洞进行模切或进行手工切割。将顺应性层的切割区域移除，从而在抛光垫中产生“窗口”。如果粘合剂残留物存在于孔洞开口中，那么可例如通过使用适当的溶剂和/或用布擦拭等来将该残留物去除。抛光垫中的“窗口”被构造成使得当将抛光垫安装到抛光工具压板时，抛光垫的窗口与抛光工具压板的端点检测窗口对准。孔洞的尺寸可例如是至多5cm宽乘20cm长。孔洞的尺寸通常与压板的端点检测窗口的尺寸相同或类似。

抛光垫厚度不受具体限制。抛光垫厚度可与能够在适当抛光工具上进行抛光的所需厚度一致。抛光垫厚度可大于约25微米、大于约50微米、大于约100微米或甚至大于250微米；小于约20mm、小于约10mm、小于约5mm或甚至小于约2.5mm。抛光垫的形状不受具体限制。垫可被制造成使得垫形状与在使用期间垫将附接的抛光工具的对应压板的形状一致。可使用诸如圆形、正方形、六边形等的垫形状。垫的最大尺寸(例如，圆形垫的直径)不受具体限制。垫的最大尺寸可大于约10cm、大于约20cm、大于约30cm、大于约40cm、大于约50cm、大于约60cm；小于约2.0米、小于约1.5米或甚至小于约1.0米。如上所述，包括抛光层、子垫、任选的泡沫层和它们的任意组合的垫可包括窗口(即，允许光穿过的区域)，以允许在抛光工艺中使用的标准端点检测技术，例如晶片端点检测。

在一些实施方案中，抛光层可以是一体片材。一体片材仅包括单个材料层(即，它不是多层构造，例如层合件)，并且该单个材料层具有单一组成。该组成可包括多组分，例如聚合物共混物或聚合物-无机复合物。由于使形成抛光层所需的工艺步骤的数目最小化，将一体片材用作抛光层可提供成本效益。可根据本领域已知的技术(包括但不限于模制和压印)来制造包括一体片材的抛光层。由于能够在单个步骤中形成具有精确成型的凸体和/或精确成型的孔和任选的宏通道的抛光层，因而一体片材是优选的。

抛光层10的硬度和柔韧性主要由用来制造该抛光层的聚氨酯控制。抛光层10的硬度不受具体限制。抛光层10的硬度可大于约20肖氏硬度D、大于约30肖氏硬度D或甚至大于约40肖氏硬度D。抛光层10的硬度可小于约90肖氏硬度D、小于约80肖氏硬度D或甚至小于约70肖氏硬度D。抛光层10的硬度可大于约20肖氏硬度A、大于约30肖氏硬度A或甚至大于约40肖氏硬度A。抛光层10的硬度可小于约95肖氏硬度A、小于约80肖氏硬度A或甚至小于约70肖氏硬度A。抛光层可以是柔性的。在一些实施方案中，抛光层能够自身向后弯曲从而在弯曲区域中产生小于约10cm、小于约5cm、小于约3cm或甚至小于约1cm；并且大于约0.1mm、大于约0.5mm或甚至大于约1mm的曲率半径。在一些实施方案中，抛光层能够自身向后弯曲从而在弯曲区域中产生介于约10cm和约0.1mm之间、介于约5cm和约0.5mm之间或甚至介于约3cm和约1mm之间的曲率半径。

为了改进抛光层10的使用寿命，期望利用具有高度韧性的聚氨酯。由于如下事实这是尤其重要的：精确成型的凸体的高度较小，但仍需要为了执行相当长的时间而具有长的使用寿命。可通过采用抛光层的特定工艺来确定使用寿命。在一些实施方案中，使用寿命为至少30分钟、至少60分钟、至少100分钟、至少200分钟、至少500分钟或甚至至少1000分钟。使用寿命可小于10000分钟、小于5000分钟或甚至小于2000分钟。使用寿命的时长可通过相对于最终使用过程和/或被抛光的基底测量最终参数来确定。例如，使用寿命可通过下列方式确定：使被抛光的基底在特定时间段内(如上文所定义)具有平均的移除率或一致的移除率(如通过移除率的标准偏差所测量的)或在特定时间段内在基底上产生一致的表面光洁度。在一些实施方案中，抛光层可使被抛光的基底的移除率的标准偏差在至少约30分钟、至少约60分钟、至少约100分钟、至少约200分钟或甚至至少约500分钟的时间段内介于约0.1％和20％之间、介于约0.1％和约15％之间、介于约0.1％和约10％之间、介于约0.1％和约5％之间或甚至介于约0.1％和约3％之间。该时间段可小于10000分钟。为此，期望的是使用具有高失效功(也称为断裂应力能量)的聚合物材料，如通过典型的拉伸测试(例如，由ASTM D638所概述的)测量得到的应力对应变曲线下的较大积分面积所展示。高失效功可能与较低磨损材料有关。在一些实施方案中，失效功大于约3焦耳、大于约5焦耳、大于约10焦耳、大于约15焦耳、大于约20焦耳、大于约25焦耳或甚至大于约30焦耳。失效功可小于约100焦耳或甚至小于约80焦耳。

用来制造抛光层10的聚氨酯可以大体纯化的形式使用。用来制造抛光层10的聚氨酯材料可包括本领域中已知的填料。在一些实施方案中，抛光层10基本上不含任何无机磨料(例如，无机磨料颗粒)，即，它是不含磨料的抛光垫。基本上不含是指抛光层10包括小于约10体积％、小于约5体积％、小于约3体积％、小于约1体积％或甚至小于约0.5体积％的无机磨料颗粒。在一些实施方案中，抛光层10基本上不含无机磨料颗粒。磨料可被定义为莫氏硬度大于被研磨或被抛光的基底的莫氏硬度的材料。磨料可被定义为具有大于约5.0、大于约5.5、大于约6.0、大于约6.5、大于约7.0、大于约7.5、大于约8.0或甚至大于约9.0的莫氏硬度。公认的是最大莫氏硬度为10。抛光层10可通过本领域中已知的任何技术制造。微复制技术公开于美国专利号6，285，001；6，372，323；5，152，917；5，435，816；6，852，766；7，091，255以及美国专利申请公布号2010/0188751中，这些专利全文以引用方式并入。

在一些实施方案中，抛光层10通过下列方法来形成。首先，根据在美国专利6，285，001中所描述的程序，激光烧蚀聚碳酸酯片材，从而形成阳模母模工具，即，具有与抛光层10所需的表面形貌大约相同的表面形貌的工具。然后使用常规技术使聚碳酸酯母模镀镍，从而形成阴模母模工具。镍阴模母模工具然后可用于压印工艺(例如，美国专利申请公布号2010/0188751中所描述的工艺)以形成抛光层10。压印工艺可包括将聚氨酯熔体挤出到镍阴模的表面上，并且在适当的压力下将聚氨酯熔体压入镍阴模的形貌特征结构中。在聚氨酯熔体冷却后，可将固体聚合物膜从镍阴模移除，从而形成具有工作表面12的抛光层10，工作表面12具有期望的形貌特征结构，即，精确成型的孔16和/或精确成型的凸体18(图1)。如果阴模包括与宏通道的期望图案对应的适当阴模形貌，那么可通过压印工艺在抛光层10中形成宏通道。

在另一个实施方案中，本公开涉及抛光系统，该抛光系统包括先前抛光垫中的任一个和抛光溶液。抛光垫可包括先前公开的抛光层10中的任一者。所使用的抛光溶液不受具体限制，并且可以是本领域中已知的那些抛光溶液中的任一种。抛光溶液可以是水性的或非水性的。水性抛光溶液被定义为具有包含至少50重量％水的液相(如果抛光溶液是浆液，那么液相不包括颗粒)的抛光溶液。非水性溶液被定义为具有包含小于50重量％水的液相的抛光溶液。在一些实施方案中，抛光溶液是浆液，即，包含有机或无机磨料颗粒或其组合的液体。有机或无机磨料颗粒或其组合在抛光溶液中的浓度不受具体限制。有机或无机磨料颗粒或其组合在抛光溶液中的浓度可大于约0.5重量％、大于约1重量％、大于约2重量％、大于约3重量％、大于约4重量％或甚至大于约5重量％；可小于约30重量％、小于约20重量％、小于约15重量％或甚至小于约10重量％。在一些实施方案中，抛光溶液基本上不含有机或无机磨料颗粒。“基本上不含有机或无机磨料颗粒”意思是抛光溶液包含小于约0.5重量％、小于约0.25重量％、小于约0.1重量％或甚至小于约0.05重量％的有机或无机磨料颗粒。在一个实施方案中，抛光溶液可不包含有机或无机磨料颗粒。抛光系统可包括：用于氧化硅CMP(包括但不限于浅槽隔离CMP)的抛光溶液，例如浆液；用于金属CMP(包括但不限于钨CMP、铜CMP和铝CMP)的抛光溶液，例如浆液；用于阻隔材料CMP(包括但不限于钽和氮化钽CMP)的抛光溶液，例如浆液；以及用于抛光硬质基底(诸如蓝宝石)的抛光溶液，例如浆液。抛光系统还可包括待抛光或研磨的基底。

在一些实施方案中，本公开的抛光垫可包括至少两个抛光层，即，抛光层的多层布置。包括具有抛光层的多层布置的抛光垫的抛光层可包括本公开的抛光层实施方案中的任一者。

图3示意性地示出用于利用根据本公开的一些实施方案的抛光垫和方法的抛光系统100的示例。如图所示，系统100可包括抛光垫150和抛光溶液160。该系统还可包括以下各项中的一者或多者：待抛光或研磨的基底110、台板140和载体组件130。粘合剂层170可用来将抛光垫150附接到台板140并且可以是抛光系统的一部分。抛光溶液160可以是绕着抛光垫150的主表面(例如，工作表面)设置的溶液层。抛光垫150可以是本公开的抛光垫实施方案中的任一者并且包括如本文所述的至少一个抛光层(未示出)，并且可任选地包括如针对图2的抛光垫50所述的子垫和/或泡沫层。抛光溶液通常被设置在抛光垫的抛光层的工作表面上。抛光溶液还可位于基底110与抛光垫150之间的界面处。在抛光系统100的操作期间，驱动组件145可旋转(箭头A)压板140，以移动抛光垫150来执行抛光操作。抛光垫150和抛光溶液160可单独地或组合起来限定抛光环境，该抛光环境是以机械方式和/或以化学方式从基底110的主表面移除材料或抛光基底110的主表面。为了用抛光系统100抛光基底110的主表面，载体组件130可在抛光溶液160存在下将基底110压靠在抛光垫150的抛光表面上。压板140(且因此抛光垫150)和/或载体组件130然后相对于彼此移动，以使基底110横跨抛光垫150的抛光表面平移。载体组件130可旋转(箭头B)并且任选地侧向横移(箭头C)。因此，抛光垫150的抛光层将材料从基底110的表面移除。在一些实施方案中，抛光层中可包括无机磨料(例如，无机磨料颗粒)以利于材料从基底的表面移除。在其他实施方案中，抛光层基本上不含任何无机磨料，并且抛光溶液可基本上不含有机或无机磨料颗粒或者可包含有机或无机磨料颗粒或它们的组合。应当理解，图3的抛光系统100仅是可结合本公开的抛光垫和方法采用的抛光系统的一个示例，并且可在不脱离本公开的范围的情况下采用其他常规抛光系统。

在另一个实施方案中，本公开涉及一种抛光基底的方法，该抛光的方法包括：提供根据先前抛光垫中的任一种的抛光垫，其中抛光垫可包括先前描述的抛光层中的任一种；提供基底，使抛光垫的工作表面与基底表面接触，在维持抛光垫的工作表面与基底表面之间的接触的同时使抛光垫和基底相对于彼此移动，其中在抛光溶液存在的情况下进行抛光。在一些实施方案中，抛光溶液是浆液并且可包括先前论述的浆液中的任一种。在另一个实施方案中，本公开涉及前述抛光基底的方法中的任一种，其中基底是半导体晶片。包括待抛光(即，与抛光垫的工作表面接触)的半导体晶片表面的材料可包括但不限于电介质材料、导电材料、阻隔/粘附材料以及覆盖材料中的至少一种。电介质材料可包括无机电介质材料(例如氧化硅和其他玻璃)和有机电介质材料中的至少一种。金属材料可包括但不限于铜、钨、铝、银等中的至少一种。覆盖材料可包括但不限于碳化硅和氮化硅中的至少一种。阻隔/粘附材料可包括但不限于钽和氮化钽中的至少一种。抛光的方法还可包括垫修整或清洁步骤，该步骤可就地进行，即，在抛光期间进行。垫修整可使用本领域中已知的任何垫修整器或刷子，例如购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota)的4.25英寸直径的3M CMP PAD CONDITIONER BRUSH PB33A。清洁可采用刷子，例如购自3M公司的4.25英寸直径的3M CMP PAD CONDITIONER BRUSH PB33A，和/或水或溶剂冲洗抛光垫。

实施例

除非另外指明或从上下文中容易看出，否则在实施例和说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。

实施例中所用的材料

测试方法

通用微配混机聚合方法

使用MC15微配混机(得自荷兰锡塔德的Xplore仪器(Xplore Instruments，Sittard，The Netherlands))制备热塑性聚氨酯。将多元醇、增链剂、异氰酸酯和胺(按照表1和表2中所示的组成)添加到微配混机中，总装料为15mL。将反应性混合物以100RPM的螺杆速度和210℃的温度设定混合十分钟以允许聚合发生。然后使用液压机在375°F下将所得聚合物压制成平板。

熔体粘度测量

使用DHR-2流变仪(特拉华州纽卡斯尔的TA仪器公司(TA Instruments，NewCastle，DE))测量熔体粘度。将厚度为1.0mm-2.0mm、直径为8mm的聚合物盘在100℃烘箱中干燥，并储存在具有干燥剂的小瓶中。将样品安装在具有8mm直径平行板的流变仪中。在200℃下使用剪切扫描测试样品，剪切速率为0.001l/s、0.0032l/s、0.01l/s、0.032l/s、0.1l/s、0.32l/s、1l/s、3.2l/s和10l/s。记录在0.1l/s下测量的粘度。

ζ电势测量

一些微复制型的抛光垫表面的ζ电势使用SurPASS 2动电分析仪(购自奥地利格拉茨的安东帕(Anton Parr，Graz，Austria))测量。样品分析在0.001M KCl中进行，首先使用0.05M HNO₃作为滴定剂进行pH 6至2的测量，随后使用0.05M KOH作为滴定剂进行pH 6至10的测量。样品尺寸为10mm×20mm，样品间隙为100+/-20微米。使用流量调节至7psi的氮气吹扫进行所有测量。标准测量条件如下：

测量步骤参数集：设置为Z_R300_180_P400_20

冲洗目标压力：300毫巴

时间期限：180秒

斜坡目标压力：400毫巴

最大斜坡时间：20秒

比较例1(CE-1)

将Chimassorb 944(0.94g)和Estane 58277(16.06g)添加到MC-15微配混机中，并在210℃的温度下混合10分钟。然后将所得聚氨酯熔体在液压机中在375°F(190℃)下压制成膜。测得该材料的粘度在200℃下为1,700,000cP。

比较例2和3(CE-2和CE-3)以及实施例4至10(Ex.4至Ex.10)

根据表2的组成，使用通用微配混机聚合方法制备比较例2至3和实施例4至10。所得材料的异氰酸酯指数和粘度也示于表2中。

表1.反应性混合物的组成(值以重量％计)

实施例8、9和10的反应性挤出方法

使用常规反应性挤出技术制备实施例8、9和10。使用购自肯塔基州佛罗伦萨的贝尔斯托夫公司(Berstorff Corp.，Florence KY)的ZE40A型双螺杆挤出机(具有7个机筒段，每个机筒具有43mm的直径)根据表2中所示的配方制备聚氨酯。在下面的讨论中，第一机筒最靠近挤出机驱动机构，并且第七机筒最靠近挤出机的出口。将多元醇(根据表2，Fomrez44-160、Fomrez 44-111或Capa 2203A)经由加热的ZENITH B-9000齿轮泵(购自马萨诸塞州伯灵顿的赛科国际公司(Circor International，Inc.，Burlington，MA))到第一机筒段中。通过第二ZENITH B-9000齿轮泵将1，4-丁二醇添加到第一段机筒中。DBTL经由PHD UltraXF MA1 70-3313注射泵添加到第一机筒段中，所述注射泵购自马萨诸塞州霍利斯顿的哈佛仪器公司(Harvard Apparatus，Holliston，MA)。通过第三ZEITH B-9000齿轮泵将Rubinate1234添加到第三机筒段中。通过购自新泽西州皮特曼的科倍隆公司(Coperion，Pittman，NJ)的Ktron失重进料器将Chimassorb 944计量加入侧填充单元中。侧填充机将Chimassorb944输送到机筒段4中。将熔融聚氨酯从挤出机排出到ZENITH PEP II中，该ZENITH PEP II为20cm³/转尺寸的齿轮泵，购自赛科国际公司(Circor International，Inc.)。将聚氨酯泵送到水下制粒机中，型号EUP10，购自密歇根州门罗的依柯公司(ECON Inc.Monroe，MI)。聚氨酯以约1001b/hr(45kg/hr)的速率制备。

表2.反应性混合物的组成(值以重量％计)

使用实施例8、9和10的粒料以使用压印工艺、使用美国专利号10,252,396中公开的一般程序产生微复制抛光垫，该专利全文以引用方式并入本文。此外，使用Estane 58277树脂的粒料使用相同的一般程序制备抛光垫，比较例11(CE-11)。发现实施例8、9和CE-11的抛光垫的表面具有表3中所示的ζ电势值。

表3：在pH 3、6和9下的ζ电势结果。

300mm低k晶片抛光测试方法

使用以商品名REFLEXION抛光器购自加利福尼亚州圣塔克拉拉的应用材料公司(Applied Materials，Inc.，Santa Clara，Califomia)的CMP抛光器抛光晶片。抛光器装配有用于保持300mm直径晶片的300mm CONTOUR头。将由实施例8的聚氨酯制备的直径为30.5英寸(77.5cm)的垫用PSA层层压到抛光工具的台板上。使用12psi、2分钟的保持环磨合使垫破裂。CONTOUR头压力、台板和头RPM示于表1中。将晶片在1.5PSI下抛光1分钟。将以商品名3M CMP PAD CONDITIONER BRUSH PB33A购得的刷型垫修整器(直径为4.25，购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota))安装在修整臂上，并在磨合和抛光期间以108rpm的速度和3lbf的下压力使用。垫修整器通过正弦扫描以19swp/分钟扫过垫的表面，100％原位修整。

还使用标准工业垫VP6000(购自密歇根州米德兰的陶氏公司(Dow，Midland，MI))比较例12(CE-12)进行抛光。使用6lbf、20分钟的修整器磨合将CE-12磨合。将以商品名3MTrizact B6-1900-5S2购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company，St.Paul，Minnesota)的CVD金刚石修整器安装在修整臂上，并在抛光期间以83rpm的速度和51bf的下压力使用。垫修整器通过正弦扫描以13swp/分钟扫过垫的表面，100％原位修整。

抛光溶液是浆液，其以商品名BSL8402C购自日本东京的富士胶片公司(Fujifilm，Tokyo，Japan)。在使用之前，用30％过氧化氢稀释BSL8402C浆液，使得最终溶液具有1.9％过氧化氢。将低k监测晶片抛光1分钟并随后测量。从加利福尼亚弗里蒙特的Advantiv技术公司(Advantiv Technologies Inc.，Fremont，California)获得300mm厚的低k监测晶片。晶片堆叠如下：300mmSi基底+PE-CVD SiCOH(BD1)5KA。热氧化物晶片用作监测晶片抛光之间的“伪”晶片，并且使用与监测晶片相同的工艺条件进行抛光。

通过确定正被抛光的氧化层厚度的变化来计算去除速率。用厚度的这种变化除以晶片抛光时间，以获得正被抛光的氧化物层的去除速率。用购自以色列雷霍沃特的新星测量仪器(Nova Measuring Instruments，Rehovot，Israel)的NovaScan 3090Next 300进行300mm直径晶片的厚度测量。采用排除2mm边缘的六十五点直径扫描。使用由实施例8的聚氨酯制备的垫抛光的两个速率晶片的平均移除速率为2,493埃/分钟。使用CE-12抛光的两种速率晶片的平均移除速率为649埃/分钟。

表4.用于磨会和抛光测试的CONTOUR头压力、头和台板RPM。

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Claims (15)

1.一种聚氨酯，所述聚氨酯包含反应性混合物的反应产物，所述反应性混合物包含

具有至少400道尔顿的数均分子量的多元醇；

具有小于400道尔顿的分子量的二醇增链剂；

二异氰酸酯；和

根据式I和式II中的至少一者的多官能胺

其中，

X为0至10的整数，包括端值在内，

R1为具有2至20个碳原子的直链或支链脂族基团、环状脂族基团、芳族基团或含有芳族基团的化合物，

R2为具有1至20个碳原子的直链或支链烷基基团，并且

R2′为氢或具有1至20个碳原子的直链或支链烷基基团。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中X为0至3的整数，包括端值在内。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中R1为具有2至8个碳原子的直链脂族基团，或芳族基团。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中R2为具有1至10个碳原子的直链或支链烷基，并且R2′为氢。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中按所述反应性混合物的总重量计，所述反应性混合物中多官能胺的量大于2重量百分比且小于15重量百分比。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中所述反应性混合物中异氰酸酯基团与羟基基团和未受阻仲胺基团总量的摩尔比为0.96至1.08。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中按所述反应性混合物中所述多元醇的重量计，所述多元醇包含至少70重量％的羟基官能度为2的多元醇。

8.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中按所述反应性混合物的重量计，所述多元醇为30重量％至80重量％。

9.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中所述多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和羟基封端的丁二烯中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中按所述反应性混合物的重量计，所述二异氰酸酯为10重量％至60重量％。

11.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中所述二异氰酸酯包括二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯与羟基封端的直链低聚物或聚合物的反应产物、甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯与羟基封端的直链低聚物或聚合物的反应产物以及它们的组合。

12.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中所述聚氨酯为热塑性聚氨酯。

13.根据权利要求1所述的聚氨酯，其中所述反应性混合物还包含具有至少三个羟基基团的多元醇。

14.一种抛光垫，所述抛光垫包括具有工作表面和与所述工作表面相反的第二表面的抛光层，其中所述抛光层包含根据权利要求1所述的聚氨酯。

15.根据权利要求14所述的抛光垫，其中所述工作表面包括底面区域，以及多个精确成型的孔和多个精确成型的凸体中的至少一者。