DE102013004942A1

DE102013004942A1 - Verfahren zur Herstellung von chemisch-mechanischen Polierschichten, die ein Fenster aufweisen

Info

Publication number: DE102013004942A1
Application number: DE102013004942A
Authority: DE
Inventors: Brian Cantrell; Kathleen McHugh; James Murnane; George McClain
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-09-26
Also published as: KR102028208B1; US20130247477A1; FR2988316A1; KR20130108172A; TWI551397B; CN103358226B; FR2988316B1; US8986585B2; CN103358226A; TW201404537A; JP6091276B2; JP2013197597A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Polierschichten, die ein Fenster aufweisen, zur Verwendung in chemisch-mechanischen Polierkissen bereitgestellt, bei dem eine Mehrzahl von Polierschichten, die ein integriertes Fenster aufweisen, von einer Masse abgetrennt wird, wobei die Bildung von Dichtedefekten in der Masse und die Oberflächenrauhigkeit der gebildeten Polierschichten minimiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von Polierschichten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Polierschichten zur Verwendung in chemisch-mechanischen Polierkissen.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Vorrichtungen werden mehrere Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers abgeschieden oder davon entfernt. Dünne Schichten von leitenden, halbleitenden und dielektrischen Materialien können durch eine Anzahl von Abscheidungstechniken abgeschieden werden. Übliche Abscheidungstechniken bei einer modernen Verarbeitung umfassen eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die auch als Sputtern bekannt ist, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD), eine plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und ein elektrochemisches Plattieren (ECP).
Da Schichten von Materialien nacheinander abgeschieden und entfernt werden, wird die oberste Oberfläche des Wafers uneben. Da eine nachfolgende Halbleiterverarbeitung (z. B. eine Metallisierung) erfordert, dass der Wafer eine flache Oberfläche aufweist, muss der Wafer planarisiert werden. Eine Planarisierung ist zur Entfernung einer unerwünschten Oberflächentopographie und von Oberflächendefekten, wie z. B. von rauen Oberflächen, agglomerierten Materialien, Kristallgitterbeschädigungen, Kratzern und verunreinigten Schichten oder Materialien, geeignet.
Ein chemisch-mechanisches Planarisieren oder chemisch-mechanisches Polieren (CMP) ist eine übliche Technik, die zum Planarisieren von Substraten, wie z. B. Halbleiterwafern, verwendet wird. Bei einem herkömmlichen CMP wird ein Wafer auf einer Trägeranordnung montiert und in einer CMP-Vorrichtung in Kontakt mit einem Polierkissen angeordnet. Die Trägeranordnung stellt einen kontrollier- bzw. einstellbaren Druck auf den Wafer bereit, wobei er gegen das Polierkissen gedrückt wird. Das Kissen wird durch eine externe Antriebskraft relativ zu dem Wafer bewegt (z. B. gedreht). Gleichzeitig damit wird zwischen dem Wafer und dem Polierkissen eine chemische Zusammensetzung („Aufschlämmung”) oder eine andere Polierlösung bereitgestellt. Folglich wird die Waferoberfläche durch die chemische und mechanische Wirkung der Kissenoberfläche und der Aufschlämmung poliert und planarisiert.
Reinhardt et al., US-Patent Nr. 5,578,362 , offenbaren ein bekanntes beispielhaftes Polierkissen. Das Polierkissen von Reinhardt umfasst eine polymere Matrix mit darin verteilten Mikrokügelchen. Im Allgemeinen werden die Mikrokügelchen mit einem flüssigen polymeren Material gemischt und in ein Formwerkzeug zum Aushärten überführt. Im Stand der Technik ist es bekannt, Störungen des Inhalts des Formwerkzeughohlraums während des Überführungsvorgangs zu minimieren. Um dies zu erreichen, wird die Position der Düsenöffnung, durch die das aushärtbare Material dem Formwerkzeughohlraum zugesetzt wird, bezogen auf den Querschnitt des Formwerkzeughohlraums herkömmlich zentral und so stationär wie möglich bezogen auf die obere Fläche des aushärtbaren Materials gehalten, während sich dieses in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt. Demgemäß bewegt sich die Position der Düsenöffnung herkömmlich nur in einer Dimension, um ein eingestelltes Höhenniveau oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum während des gesamten Überführungsvorgangs aufrechtzuerhalten. Der Formgegenstand wird dann zur Bildung von Polierschichten mit einer Schneidklinge, die periodisch mit einem Schleifstein bearbeitet wird, in Scheiben geschnitten. Leider können Polierschichten, die auf diese Weise gebildet worden sind, unerwünschte Defekte (z. B. Dichtedefekte und unebene bzw. ungleichmäßige Oberflächen mit Riefen) aufweisen.
Dichtedefekte zeigen sich als Variationen bei der Rohdichte des Polierschichtmaterials. Mit anderen Worten, als Bereiche mit einer niedrigeren Füllstoffkonzentration (z. B. Mikrokügelchen in den Polierschichten von Reinhardt). Dichtedefekte sind unerwünscht, da davon ausgegangen wird, dass sie nicht vorhersagbare und möglicherweise schädliche Variationen der Polierleistung von einer Polierschicht zur nächsten und innerhalb einer einzelnen Polierschicht während deren Gebrauchsdauer verursachen können.
Die Herstellung von Polierschichten, die ultraflache Polieroberflächen aufweisen, wird immer mehr gefordert.
Demgemäß besteht ein Bedarf für verbesserte Verfahren zur Herstellung von Polierschichten mit integrierten Fenstern zur Verwendung in chemisch-mechanischen Polierkissen, bei denen die Bildung von unerwünschten Dichtedefekten weiter minimiert oder ausgeschlossen ist und bei denen die Oberflächenrauhigkeit der Polieroberfläche der Polierschicht minimiert ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung einer Polierschicht für ein chemisch-mechanisches Polierkissen bereit, umfassend: Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das eine Formwerkzeugbasis und eine umgebende Wand, die an der Formwerkzeugbasis angebracht ist, aufweist, Bereitstellen einer Materiallage mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 10 cm, Bereitstellen eines Materiallage-Haftmittels, Bereitstellen eines Fensterblocks, Bereitstellen eines Fensterhaftmittels, Bereitstellen eines aushärtbaren Materials, das ein flüssiges Vorpolymer umfasst, Bereitstellen einer Düse, die eine Düsenöffnung aufweist, Bereitstellen einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, Bereitstellen einer Abzieheinrichtung, Bereitstellen einer Abziehverbindung, Binden der unteren Fläche der Materiallage an die Formwerkzeugbasis unter Verwendung des Materiallage-Haftmittels, wobei die obere Fläche der Materiallage und die umgebende Wand einen Formwerkzeughohlraum festlegen, Binden des Fensterblocks an die obere Fläche der Materiallage unter Verwendung des Fensterhaftmittels, Einbringen des aushärtbaren Materials durch die Düsenöffnung in den Formwerkzeughohlraum während eines Einbringzeitraums, CP, Aushärtenlassen des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum zu einer Masse, Trennen der umgebenden Wand von der Formwerkzeugbasis und der Masse, Aufbringen der Abziehverbindung auf die Schneidkante, Abziehen der Schneidklinge mit der Abzieheinrichtung und Schneiden der Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung einer Polierschicht für ein chemisch-mechanisches Polierkissen bereit, umfassend: Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das eine Formwerkzeugbasis und eine umgebende Wand, die an der Formwerkzeugbasis angebracht ist, aufweist, Bereitstellen einer Materiallage mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 10 cm, Bereitstellen eines Materiallage-Haftmittels, Bereitstellen eines Fensterblocks, Bereitstellen eines Fensterhaftmittels, Bereitstellen eines aushärtbaren Materials, das ein flüssiges Vorpolymer umfasst, Bereitstellen einer Düse, die eine Düsenöffnung aufweist, Bereitstellen einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, Bereitstellen einer Abzieheinrichtung, Bereitstellen einer Abziehverbindung, Bereitstellen einer Wärmequelle, Binden der unteren Fläche der Materiallage an die Formwerkzeugbasis unter Verwendung des Materiallage-Haftmittels, wobei die obere Fläche der Materiallage und die umgebende Wand einen Formwerkzeughohlraum festlegen, Binden des Fensterblocks an die obere Fläche der Materiallage unter Verwendung des Fensterhaftmittels, Einbringen des aushärtbaren Materials durch die Düsenöffnung in den Formwerkzeughohlraum während eines Einbringzeitraums, CP, Aushärtenlassen des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum zu einer Masse, Trennen der umgebenden Wand von der Formwerkzeugbasis und der Masse, Aufbringen der Abziehverbindung auf die Schneidkante, Abziehen der Schneidklinge mit der Abzieheinrichtung, Aussetzen der Masse gegenüber der Wärmequelle zur Bildung einer erwärmten Masse und Schneiden der erwärmten Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung einer Polierschicht für ein chemisch-mechanisches Polierkissen bereit, umfassend: Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das eine Formwerkzeugbasis und eine umgebende Wand, die an der Formwerkzeugbasis angebracht ist, aufweist, Bereitstellen einer Materiallage mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 10 cm, Bereitstellen eines Materiallage-Haftmittels, Bereitstellen eines Fensterblocks, Bereitstellen eines Fensterhaftmittels, Bereitstellen eines aushärtbaren Materials, das ein flüssiges Vorpolymer umfasst, Bereitstellen einer Düse, die eine Düsenöffnung aufweist, Bereitstellen einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, Bereitstellen einer Abzieheinrichtung, Bereitstellen einer Abziehverbindung, Binden der unteren Fläche der Materiallage an die Formwerkzeugbasis unter Verwendung des Materiallage-Haftmittels, wobei die obere Fläche der Materiallage und die umgebende Wand einen Formwerkzeughohlraum festlegen, Binden des Fensterblocks an die obere Fläche der Materiallage unter Verwendung des Fensterhaftmittels, Einbringen des aushärtbaren Materials durch die Düsenöffnung in den Formwerkzeughohlraum während eines Einbringzeitraums, CP, Aushärtenlassen des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum zu einer Masse, Trennen der umgebenden Wand von der Formwerkzeugbasis und der Masse, Aufbringen der Abziehverbindung auf die Schneidkante, Abziehen der Schneidklinge mit der Abzieheinrichtung und Schneiden der Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist, wobei das aushärtbare Material ferner eine Mehrzahl von Mikroelementen aufweist, wobei die Formwerkzeugbasis entlang einer x-y-Ebene ausgerichtet ist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Mittelachse, C_Achse, aufweist, die senkrecht zur x-y-Ebene ist, und wobei der Formwerkzeughohlraum einen Kreisringloch-Bereich und einen Kreisring-Bereich aufweist, wobei der Einbringzeitraum, CP, in drei getrennte Phasen aufgeteilt ist, die als Anfangsphase, Übergangsphase und Restphase bezeichnet werden, wobei die Düsenöffnung eine Position aufweist und wobei sich die Position der Düsenöffnung während des Einbringzeitraums, CP, relativ zu der Formwerkzeugbasis entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt, so dass die Position der Düsenöffnung oberhalb einer oberen Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum aufrechterhalten wird, während sich das aushärtbare Material in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Anfangsphase innerhalb des Kreisringloch-Bereichs verbleibt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase von dem Vorliegen innerhalb des Kreisringloch-Bereichs zu einem Vorliegen innerhalb des Kreisring-Bereichs übergeht, und wobei die Position der Düsenöffnung während der Restphase innerhalb des Kreisring-Bereichs verbleibt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Bildung einer Polierschicht für ein chemisch-mechanisches Polierkissen bereit, umfassend: Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das eine Formwerkzeugbasis und eine umgebende Wand, die an der Formwerkzeugbasis angebracht ist, aufweist, Bereitstellen einer Materiallage mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 10 cm, Bereitstellen eines Materiallage-Haftmittels, Bereitstellen eines Fensterblocks, Bereitstellen eines Fensterhaftmittels, Bereitstellen eines aushärtbaren Materials, das ein flüssiges Vorpolymer umfasst, Bereitstellen einer Düse, die eine Düsenöffnung aufweist, Bereitstellen einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, Bereitstellen einer Abzieheinrichtung, Bereitstellen einer Abziehverbindung, Binden der unteren Fläche der Materiallage an die Formwerkzeugbasis unter Verwendung des Materiallage-Haftmittels, wobei die obere Fläche der Materiallage und die umgebende Wand einen Formwerkzeughohlraum festlegen, Binden des Fensterblocks an die obere Fläche der Materiallage unter Verwendung des Fensterhaftmittels, Einbringen des aushärtbaren Materials durch die Düsenöffnung in den Formwerkzeughohlraum während eines Einbringzeitraums, CP, Aushärtenlassen des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum zu einer Masse, Trennen der umgebenden Wand von der Formwerkzeugbasis und der Masse, Aufbringen der Abziehverbindung auf die Schneidkante, Abziehen der Schneidklinge mit der Abzieheinrichtung, Aussetzen der Masse gegenüber der Wärmequelle zur Bildung einer erwärmten Masse und Schneiden der erwärmten Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist, wobei das aushärtbare Material ferner eine Mehrzahl von Mikroelementen umfasst, wobei die Formwerkzeugbasis entlang einer x-y-Ebene ausgerichtet ist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Mittelachse, C_Achse, aufweist, die senkrecht zur x-y-Ebene ist, wobei der Formwerkzeughohlraum einen Kreisringloch-Bereich und einen Kreisring-Bereich aufweist und wobei der Formwerkzeughohlraum um die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, symmetrisch ist, wobei der Einbringzeitraum, CP, in drei getrennte Phasen aufgeteilt ist, die als Anfangsphase, Übergangsphase und Restphase bezeichnet werden, wobei die Düsenöffnung eine Position aufweist und wobei sich die Position der Düsenöffnung während des Einbringzeitraums, CP, relativ zu der Formwerkzeugbasis entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt, so dass die Position der Düsenöffnung oberhalb einer oberen Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum aufrechterhalten wird, während sich das aushärtbare Material in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Anfangsphase innerhalb des Kreisringloch-Bereichs verbleibt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase von dem Vorliegen innerhalb des Kreisringloch-Bereichs zu einem Vorliegen innerhalb des Kreisring-Bereichs übergeht, wobei die Position der Düsenöffnung während der Restphase innerhalb des Kreisring-Bereichs verbleibt, wobei der Formwerkzeughohlraum näherungsweise einen gerade zylindrisch geformten Bereich mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, C_{x-Querschnitt}, aufweist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Symmetrieachse, C_x-Sym, aufweist, die mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, zusammenfällt, wobei der gerade zylindrisch geformte Bereich eine Querschnittsfläche, C_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: C_x-Fläche = πr_C ², wobei r_C der durchschnittliche Radius der Querschnittsfläche des Formwerkzeughohlraums, C_x-Fläche, projiziert auf die x-y-Ebene, ist, wobei der Kreisringloch-Bereich ein gerade zylindrisch geformter Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums ist, der einen kreisförmigen Querschnitt, DH_{x-Querschnitt}, auf die x-y-Ebene projiziert und eine Symmetrieachse, DH_Achse, aufweist, wobei das Kreisringloch eine Querschnittsfläche, DH_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: DH_x-Fläche = πr_DH ², wobei r_DH der Radius des kreisförmigen Querschnitts des Kreisringloch-Bereichs, DH_{x-Querschnitt}, ist, wobei der Kreisring-Bereich ein ring- bzw. torusförmiger Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums ist, der einen ringförmigen Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, auf die x-y-Ebene projiziert und der eine Kreisring-Bereich-Symmetrieachse, D_Achse, aufweist, wobei der ringförmige Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, eine Querschnittsfläche, D_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: D_x-Fläche = πR_D ² – πr_D ² wobei R_D der größere Radius des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D der kleinere Radius des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D ≥ r_DH, wobei R_D > r_D, wobei R_D < r_C, wobei jedes von C_x-Sym, DH_Achse und D_Achse senkrecht zur x-y-Ebene ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung einer Seitenansicht eines Formwerkzeugs.
2 ist eine Darstellung einer perspektivischen Draufsicht/Seitenansicht eines Formwerkzeugs mit einem Formwerkzeughohlraum mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.
3 ist eine Darstellung einer perspektivischen Draufsicht/Seitenansicht eines Formwerkzeugs mit einem Formwerkzeughohlraum mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, die einen Kreisringloch-Bereich und einen Kreisring-Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums zeigt.
4 ist eine Darstellung einer Draufsicht des Kreisringloch-Bereichs und des Kreisring-Bereichs, die in der 3 gezeigt sind.
5A ist eine Darstellung einer perspektivischen Draufsicht/Seitenansicht eines Formwerkzeughohlraums mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einer Düse, die innerhalb des Formwerkzeughohlraums angeordnet ist, wobei der Formwerkzeughohlraum teilweise mit einem aushärtbaren Material gefüllt ist.
5B ist eine Darstellung einer Seitenansicht des in der 5A gezeigten Formwerkzeughohlraums.
6A ist eine Darstellung einer perspektivischen Draufsicht/Seitenansicht eines Formwerkzeughohlraums mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Kreisringloch-Bereich und einem Kreisring-Bereich und zeigt mehrere beispielhafte Anfangsphase- und Übergangsphase-Wege.
6B ist eine Darstellung einer Seitenansicht des in der 6A gezeigten Formwerkzeughohlraums.
6C ist eine Darstellung einer Draufsicht des in der 6A gezeigten Formwerkzeughohlraums, welche die Projektionen der Anfangsphase- und Übergangsphase-Wege, die in der 6A gezeigt sind, auf die x-y-Ebene zeigt.
7A ist eine Darstellung einer perspektivischen Draufsicht/Seitenansicht eines Formwerkzeughohlraums mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Kreisringloch-Bereich und einem Kreisring-Bereich und zeigt einen beispielhaften Restphase-Weg.
7B ist eine Darstellung einer Seitenansicht des in der 7A gezeigten Formwerkzeughohlraums.
7C ist eine Darstellung einer Draufsicht des in der 7A gezeigten Formwerkzeughohlraums, welche die Projektion des Restphase-Wegs, der in der 7A gezeigt ist, auf die x-y-Ebene zeigt.
8A ist eine Darstellung einer Draufsicht einer Düsenöffnung, wobei die Düsenöffnung kreisförmig ist.
8B ist eine Darstellung einer Draufsicht einer Düsenöffnung, wobei die Düsenöffnung nicht kreisförmig ist.
Detaillierte Beschreibung
Überraschenderweise wurde gefunden, dass bei der Herstellung von Polierschichten, die integrierte Fenster aufweisen, zur Verwendung in chemisch-mechanischen Polierkissen die Bewegung der Position der Düsenöffnung, durch die ein aushärtbares Material in einen Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, in drei Dimensionen sowohl entlang als auch um eine Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, während das aushärtbare Material in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, das Auftreten von Dichtedefekten in den erzeugten Polierschichten bezogen auf Polierschichten, die durch ein identisches Verfahren hergestellt worden sind, bei dem sich die Position der Düsenöffnung in nur einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt, signifikant vermindert.
Es wurde auch gefunden, dass Polierschichten, die integrierte Fenster aufweisen, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, eine Polieroberfläche mit einer verminderten Oberflächenrauhigkeit aufweisen, und zwar verglichen mit Polierschichten, die mit dem gleichen Verfahren hergestellt worden sind, mit der Ausnahme, dass sich während des Einbringzeitraums, CP, die Position der Düsenöffnung nur in einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt (d. h., so dass die Position der Düsenöffnung in der eingestellten Höhe oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials, während es sich in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, aufrechterhalten wird) und die Schneidklinge vor dem Schneiden der Masse mit einem Schleifstein geschärft wird, anstatt abgezogen zu werden. Es wurde gefunden, dass die Schneidkante der Schneidklinge nach dem Schneiden einer Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten nahezu nicht wahrnehmbar verzogen und wellig wird. Es wird davon ausgegangen, dass der Ansatz des Standes der Technik, die Schneidkante mit einem Schleifstein zu schärfen, zur Entfernung von Material von den welligen Abschnitten der Schneidkante führt, so dass eine flache, feingeschliffene bzw. gehonte Oberfläche bereitgestellt wird, jedoch auf Kosten von variierenden Dehnungs- bzw. Zugeigenschaften der Schneidkante entlang der Länge der Schneidklinge, was zu einer Uneinheitlichkeit von deren Schneideigenschaften und einer erhöhten Oberflächenrauhigkeit bei den damit hergestellten Polierschichten führt. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass ein Abziehen der Schneidkante sowohl das Einebnen als auch das Honen bzw. Feinschleifen der welligen Abschnitte der Schneidkante erleichtert, während eine einheitlichere Schneidkante entlang der Länge der Schneidklinge aufrechterhalten wird. Dies führt zu einer signifikanten Verminderung der Oberflächenrauhigkeit der damit hergestellten chemisch-mechanischen Polierschichten. Es wird davon ausgegangen, dass eine verminderte Oberflächenrauhigkeit der Polieroberfläche ein verbessertes Polierdefektleistungsvermögen während der nachfolgenden Verwendung des chemisch-mechanischen Polierkissens, das die Polierschicht enthält, erleichtert.
Der Begriff „Oberflächenrauhigkeit”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Rauhigkeit der Polieroberfläche einer Polierschicht, wie sie mit einem Profilmessgerät bestimmt wird, z. B. mit einem Zeiss Surfcom-Profilmessgerät unter Verwendung der folgenden Parameter-Einstellungen: Messtyp – Gauss, Neigung – Gerade, Neigungskorrektur – kleinste Fehlerquadrate, Messlänge – 0,6 Zoll (15,24 mm), Sperrwellenlänge – 0,1 Zoll (2,54 mm), Messgeschwindigkeit – 0,24 Zoll/s (6,1 mm/s) und Sperrfilterverhältnis – 300.
Der Begriff „Einbringzeitraum oder CP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf den Zeitraum (in Sekunden), während dessen ein aushärtbares Material in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, und zwar beginnend in dem Moment, wenn das erste des aushärtbaren Materials in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, bis zu dem Moment, wenn das letzte des aushärtbaren Materials in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird.
Der Begriff „Einbringgeschwindigkeit oder CR”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Massenströmungsgeschwindigkeit (in kg/s), mit der das aushärtbare Material während des Einbringzeitraums, CP, (in Sekunden) in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird.
Der Begriff „Anfangsphase-Startpunkt oder SP_IP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position der Düsenöffnung zu Beginn der Anfangsphase des Einbringzeitraums, der mit dem Beginn des Einbringzeitraums zusammenfällt.
Der Begriff „Anfangsphase-Endpunkt oder EP_IP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position der Düsenöffnung am Ende der Anfangsphase des Einbringzeitraums, das dem Beginn der Übergangsphase des Einbringzeitraums unmittelbar vorangeht.
Der Begriff „Anfangsphase-Weg”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf den Weg der Bewegung (falls eine solche vorliegt) der Position der Düsenöffnung während der Anfangsphase des Einbringzeitraums von dem Anfangsphase-Startpunkt, SP_IP, bis zum Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP.
Der Begriff „Übergangsphase-Startpunkt oder SP_TP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position der Düsenöffnung zu Beginn der Übergangsphase des Einbringzeitraums. Bei dem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, und dem Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP, handelt es sich um die gleiche Position.
Der Begriff „Übergangsphase-Übergangspunkt(e) oder TP_TP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position(en) der Düsenöffnung während der Übergangsphase des Einbringzeitraums, bei der oder bei denen sich die Richtung der Bewegung der Position der Düsenöffnung bezogen auf die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, ändert (d. h. die Richtung der Bewegung in der x- und der y-Dimension).
Der Begriff „Übergangsphase-Endpunkt oder EP_TP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die erste Position der Düsenöffnung innerhalb des Kreisring-Bereichs eines Formwerkzeughohlraums, bei welcher sich die Richtung der Bewegung der Position der Düsenöffnung bezogen auf die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, ändert. Der Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, ist auch die Position der Düsenöffnung am Ende der Übergangsphase des Einbringzeitraums, das der Restphase des Einbringzeitraums unmittelbar vorangeht.
Der Begriff „Übergangsphase-Weg”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf den Weg der Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase des Einbringzeitraums von dem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, bis zum Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP.
Der Begriff „Restphase-Startpunkt oder SP_RP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position der Düsenöffnung zu Beginn der Restphase des Einbringzeitraums. Bei dem Restphase-Startpunkt, SP_RP, und dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, handelt es sich um die gleiche Position.
Der Begriff „Restphase-Übergangspunkte oder TP_RP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Positionen der Düsenöffnung während der Restphase des Einbringzeitraums, bei denen sich die Richtung der Bewegung der Position der Düsenöffnung bezogen auf die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, ändert.
Der Begriff „Restphase-Endpunkt oder EP_RP”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf die Position der Düsenöffnung am Ende der Restphase des Einbringzeitraums, das mit dem Ende des Einbringzeitraums zusammenfällt.
Der Begriff „Restphase-Weg”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf den Weg der Position der Düsenöffnung während der Restphase des Einbringzeitraums von dem Restphase-Startpunkt, SP_RP, bis zum Restphase-Endpunkt, EP_RP.
Der Begriff „Poly(urethan)”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, umfasst (a) Polyurethane, die durch die Reaktion von (i) Isocyanaten und (ii) Polyolen (einschließlich Diole) gebildet worden sind, und (b) Poly(urethan), das durch die Reaktion von (i) Isocyanaten mit (ii) Polyolen (einschließlich Diole) und (iii) Wasser, Aminen oder einer Kombination von Wasser und Aminen gebildet worden ist.
Der Ausdruck „im Wesentlichen nicht-porös”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen in Bezug auf die Materiallage verwendet wird, bedeutet, dass die Materiallage eine Porosität von ≤ 5% enthält, bezogen auf das Volumen.
Der Ausdruck „in erster Linie konstant”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf die Einbringgeschwindigkeit eines aushärtbaren Materials während des Einbringzeitraums verwendet wird, bedeutet, dass die folgenden Ausdrücke beide erfüllt sind: CR_max ≤ (1,1·CR_Durchschnitt) CR_min ≥ (0,9·CR_Durchschnitt) wobei CR_max die maximale Massenströmungsgeschwindigkeit (in kg/s) ist, mit der das aushärtbare Material während des Einbringzeitraums in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, wobei CR_min die minimale Massenströmungsgeschwindigkeit (in kg/s) ist, mit der das aushärtbare Material während des Einbringzeitraums in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird, und wobei CR_Durchschnitt die Gesamtmasse (in kg) des aushärtbaren Materials, das in den Formwerkzeughohlraum während des Einbringzeitraums eingebracht wird, dividiert durch die Länge des Einbringzeitraums (in Sekunden) ist.
Der Begriff „Gelzeit”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf ein aushärtbares Material verwendet wird, bezieht sich auf die Gesamtaushärtungszeit für dieses Gemisch, die mittels eines Standardprüfverfahrens gemäß ASTM D3795-00a (2006 erneut zugelassen) (Standardprüfverfahren für thermische Fließ-, Aushärtungs- und Verhaltenseigenschaften von gießfähigen wärmeaushärtenden Materialien mittels eines Drehmomentrheometers) bestimmt worden ist.
Der Ausdruck „im Wesentlichen kreisförmiger Querschnitt”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf einen Formwerkzeughohlraum (20) verwendet wird, bedeutet, dass der längste Radius, r_C, des Formwerkzeughohlraums (20), der von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (22) zu einer vertikalen inneren Grenze (18) einer umgebenden Wand (15) auf die x-y-Ebene (30) projiziert wird, ≤ 20% länger ist als der kürzeste Radius, r_C, des Formwerkzeughohlraums (20), der von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (22) zu der vertikalen inneren Grenze (18) auf die x-y-Ebene (30) projiziert wird. (Vgl. die 2).
Der Begriff „Formwerkzeughohlraum”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf das Volumen, das durch eine horizontale innere Grenze (14), die einer oberen Fläche (6, 12) einer Materiallage (4) entspricht, und einer vertikalen inneren Grenze (18) einer umgebenden Wand (15) festgelegt ist. (vgl. die 1 bis 3).
Der Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf ein erstes Merkmal (z. B. eine horizontale innere Grenze, eine vertikale innere Grenze) relativ zu einem zweiten Merkmal (z. B. eine Achse, eine x-y-Ebene) verwendet wird, bedeutet, dass das erste Merkmal in einem Winkel von 80 bis 100° zu dem zweiten Merkmal vorliegt.
Der Ausdruck „in erster Linie senkrecht”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf ein erstes Merkmal (z. B. eine horizontale innere Grenze, eine vertikale innere Grenze) relativ zu einem zweiten Merkmal (z. B. eine Achse, eine x-y-Ebene) verwendet wird, bedeutet, dass das erste Merkmal in einem Winkel von 85 bis 95° zu dem zweiten Merkmal vorliegt.
Der Begriff „Dichtedefekt”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bezieht sich auf einen Bereich in einer Polierschicht mit einer signifikant verminderten Füllstoffkonzentration bezogen auf den Rest der Polierschicht. Dichtedefekte sind mit dem bloßen Auge beim Legen der Polierschicht auf einen Leuchttisch visuell erfassbar, wobei die Dichtedefekte in Form von Bereichen erscheinen, die verglichen mit dem Rest der Polierschicht eine ausgeprägt höhere Transparenz aufweisen.
Der Begriff „Düsenöffnungsradius oder r_NO”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf eine Düsenöffnung verwendet wird, bezieht sich auf den Radius, r_SC, des kleinsten Kreises, SC, der die Düsenöffnung vollständig umgeben kann, d. h. r_NO = r_SC. Für Zwecke der Veranschaulichung vgl. die 8A und 8B. Die 8A ist eine Darstellung einer Draufsicht einer Düsenöffnung (62a), die durch einen kleinsten Kreis, SC, (63a) mit einem Radius, r_SC, (64a) vollständig umgeben ist, wobei die Düsenöffnung kreisförmig ist. Die 8B ist eine Darstellung einer Draufsicht einer Düsenöffnung (62b), die durch einen kleinsten Kreis, SC, (63b) mit einem Radius, r_SC, (64b) vollständig umgeben ist, wobei die Düsenöffnung nicht kreisförmig ist. Vorzugsweise beträgt r_NO 5 bis 13 mm. Mehr bevorzugt beträgt r_NO 8 bis 10 mm.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Bildung einer Polierschicht, die ein integriertes Fenster aufweist, für ein chemisch-mechanisches Polierkissen wird ein Formwerkzeug (1) mit einer Formwerkzeugbasis (2) und einer umgebenden Wand (8), die an der Formwerkzeugbasis (2) angebracht ist, verwendet, wobei eine Materiallage (4) mit einer oberen Fläche (6), einer unteren Fläche (3) und einer durchschnittlichen Dicke (5), t_L, an die Formwerkzeugbasis (2) unter Verwendung eines Materiallage-Haftmittels (7), das zwischen der unteren Fläche (3) der Materiallage (4) und der Formwerkzeugbasis (2) angeordnet ist, gebunden ist, und wobei ein Fensterblock (9, 19) innerhalb des Formwerkzeughohlraums (20) angeordnet ist. (Vgl. die 1 und 2). Vorzugsweise ist der Fensterblock (9, 19) an die obere Fläche (6) der Materiallage (4) unter Verwendung eines Fensterhaftmittels (11) gebunden und innerhalb des Formwerkzeughohlraums (20) unter Verwendung einer Stabilisatorklammer (13) ausgerichtet. Vorzugsweise ist die Stabilisatorklammer (13) an der umgebenden Wand (8) montiert. Es wird davon ausgegangen, dass das Binden des Fensterblocks (9, 19) an die Materiallage (4) unter Verwendung eines Fensterhaftmittels (11) ein Verziehen des Fensters (z. B. ein Ausbauchen des Fensters auswärts von der Polierschicht) vermindert, wenn eine ausgehärtete Masse zu einer Mehrzahl von Polierschichten geschnitten wird, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist.
Die Materiallage (4), die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erleichtert das Anpassen eines aushärtbaren Materials, wenn es unter Bildung einer verfestigten Masse reagiert, wobei das aushärtbare Material an die Materiallage (4) mit einer ausreichenden Festigkeit bindet, so dass sich die ausgehärtete Masse während des Schneidens nicht von der Materiallage ablöst. Vorzugsweise wird die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Materiallage (4) periodisch von der Formwerkzeugbasis (2) entfernt und ersetzt. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Materiallage (4) kann jedwedes Material sein, an welches das aushärtbare Material beim Aushärten bindet. Vorzugsweise ist die verwendete Materiallage (4) ein polymeres Polyurethanmaterial. Mehr bevorzugt ist die verwendete Materiallage (4) aus einem Vorpolymer-Reaktionsprodukt aus Toluoldiisocyanat und Polytetramethylenetherglykol mit einem aromatischen Diamin-Härtungsmittel ausgebildet. Insbesondere ist das aromatische Diamin-Härtungsmittel aus 4,4'-Methylen-bis-o-chloranilin und 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) ausgewählt. Vorzugsweise weist das Vorpolymer-Reaktionsprodukt eine Konzentration von nicht umgesetztem NCO von 6,5 bis 15,0 Gew.-% auf. Handelsübliche Vorpolymere, die eine Konzentration von nicht umgesetztem NCO von 6,5 bis 15,0 Gew.-% aufweisen, umfassen beispielsweise: Airthane^®-Vorpolymere PET-70D, PHP-70D, PET-75D, PHP-75D, PPT-75D und PHP-80D, die von Air Products and Chemicals, Inc. hergestellt werden, und Adiprene^®-Vorpolymere LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, LF753D und L325, die von Chemtura hergestellt werden. Vorzugsweise werden das Härtungsmittel und das Vorpolymer-Reaktionsprodukt in einem stöchiometrischen Verhältnis von 90 bis 125% (mehr bevorzugt 97 bis 125%, insbesondere 100 bis 120%) von NH₂ (oder OH) in dem Härtungsmittel zu nicht umgesetztem NCO in dem Vorpolymer vereinigt. Diese Stöchiometrie kann entweder direkt durch Bereitstellen der stöchiometrischen Konzentrationen der Ausgangsmaterialien oder indirekt durch Umsetzen eines Teils des NCO mit Wasser entweder absichtlich oder durch Aussetzen gegenüber vorhandener Feuchtigkeit erreicht werden. Die verwendete Materiallage (4) kann porös oder nicht-porös sein. Vorzugsweise ist die verwendete Materiallage (4) im Wesentlichen nicht-porös.
Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Materiallage (4) weist vorzugsweise eine durchschnittliche Dicke (5), t_L, von 2 bis 10 cm auf (mehr bevorzugt 2 bis 5 cm), gemessen unter Verwendung einer Komparators auf einer Granitbasis (z. B. einer Chikago-Messuhr, Kat# 6066-10) bei einer Mehrzahl von zufällig ausgewählten Punkten (d. h. ≥ 10 Punkten) der Materiallage (4). (Vgl. die 1).
Das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Materiallage-Haftmittel (7) kann jedwedes Haftmittel sein, das zum Binden bzw. Kleben der Materiallage (4) an die Formwerkzeugbasis (2) geeignet ist. Beispielsweise kann das verwendete Materiallage-Haftmittel (7) aus druckempfindlichen Haftmitteln, Heißschmelzhaftmitteln, Kontakthaftmitteln und Kombinationen davon ausgewählt werden. Vorzugsweise wird das verwendete Materiallage-Haftmittel (7) sowohl (a) die Materiallage (4) an die Formwerkzeugbasis (2) mit einer ausreichenden Festigkeit binden bzw. kleben, so dass ein Ablösen der Materiallage (4) von der Formwerkzeugbasis (2) während des Vorgangs des Schneidens der Masse verhindert wird, als auch (b) von der Formwerkzeugbasis (2) entfernbar sein, ohne die Formwerkzeugbasis (2) physisch zu beschädigen oder einen schädlichen Rückstand zu hinterlassen (d. h., einen Rückstand, der das Erhalten einer funktionellen Bindung zwischen der Formwerkzeugbasis (2) und einer Ersatzmateriallage beeinträchtigt). Vorzugsweise ist das Materiallage-Haftmittel (7) ein druckempfindliches Haftmittel.
Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Formwerkzeugbasis (2) kann jedwedes geeignet steife Material sein, welches das Gewicht des in den Formwerkzeughohlraum einzubringenden aushärtbaren Materials stützt, das die Überführung des gefüllten Formwerkzeugs zwischen den zum Einbringen, Aushärten (z. B. große Öfen) und Schneiden der ausgehärteten Masse verwendeten Anlagen erleichtert, und das den Temperaturänderungen, die mit dem Verfahren einhergehen, widerstehen kann, ohne sich zu verziehen. Vorzugsweise ist die verwendete Formwerkzeugbasis (2) aus rostfreiem Stahl hergestellt (mehr bevorzugt aus rostfreiem 316-Stahl).
Fensterblockmaterialien, die zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Polierschicht, die ein integriertes Fenster aufweist, geeignet sind, sind in dem Fachgebiet bekannt.
Das in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Fensterhaftmittel (11) kann jedwedes Haftmittel sein, das zum Binden bzw. Kleben des Fensterblocks (9, 19) an die obere Fläche (6, 12) der Materiallage (4) geeignet ist. Vorzugsweise wird das verwendete Fensterhaftmittel (11) den Fensterblock (9, 19) mit einer ausreichenden Festigkeit an die obere Fläche (6, 12) der Materiallage (4) binden bzw. kleben, so dass ein Ablösen des Fensterblocks (9, 19) von der oberen Fläche (6, 12) der Materiallage (4) während des Einbringens von aushärtbarem Material in den Formwerkzeughohlraum und während des Vorgangs des Schneidens der Masse verhindert wird. Das verwendete Fensterhaftmittel (11) weist vorzugsweise einen niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen auf, so dass ein Ausgasen während des Einbringens von aushärtbarem Material in den Formwerkzeughohlraum und des Aushärtens dieses Materials minimiert wird. Vorzugsweise ist das Fensterhaftmittel (11) ein reaktives, chemisch aushärtendes Haftmittel (insbesondere ein Zweikomponenten-Haftmittel). Reaktive, chemisch aushärtende Zweikomponenten-Haftmittel umfassen z. B. Epoxy-Zweikomponentenhaftmittel (z. B. Adtech^® EA-616 Epoxy-Schweißhaftmittel), Methylmethacrylat-Zweikomponentenhaftmittel (z. B. Plexus^TM MA310 Methacrylat-Zweikomponentenhaftmittel), Silikon-Zweikomponentenhaftmittel (z. B. Elastosil^® P 7670 A/B) und Urethan-Zweikomponentenhaftmittel (z. B. Loctite^® U09LV).
Die obere Fläche (12) der in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Materiallage legt eine horizontale innere Grenze (14) des Formwerkzeughohlraums (20) fest. (Vgl. z. B. die 2 und 3). Vorzugsweise ist die horizontale innere Grenze (14) des Formwerkzeughohlraums (20) flach. Mehr bevorzugt ist die horizontale innere Grenze (14) des Formwerkzeughohlraums (20) flach und im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse. Insbesondere ist die horizontale innere Grenze (14) des Formwerkzeughohlraums (20) flach und in erster Linie senkrecht zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse.
Die umgebende Wand (15) des in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Formwerkzeugs (10) legt eine vertikale innere Grenze (18) des Formwerkzeughohlraums (20) fest. (Vgl. z. B. die 2 und 3). Vorzugsweise legt die umgebende Wand eine vertikale innere Grenze (18) des Formwerkzeughohlraums (20) fest, die im Wesentlichen senkrecht zu der x-y-Ebene (30) ist. Mehr bevorzugt legt die umgebende Wand eine vertikale innere Grenze (18) des Formwerkzeughohlraums (20) fest, die in erster Linie senkrecht zu der x-y-Ebene (30) ist.
Der Formwerkzeughohlraum (20) weist eine Mittelachse, C_Achse, (22) auf, die mit der z-Achse zusammenfällt und welche die horizontale innere Grenze (14) des Formwerkzeughohlraums (20) an einem Mittelpunkt (21) schneidet. Vorzugsweise befindet sich der Mittelpunkt (21) an der geometrischen Mitte des Querschnitts, C_{x-Querschnitt}, (24) des Formwerkzeughohlraums (20), der auf die x-y-Ebene (30) projiziert wird. (Vgl. z. B. die 2 bis 4).
Der Querschnitt des Formwerkzeughohlraums, C_{x-Querschnitt}, der auf die x-y-Ebene projiziert wird, kann jedwede regelmäßige oder unregelmäßige zweidimensionale Form sein. Vorzugsweise ist der Querschnitt des Formwerkzeughohlraums, C_{x-Querschnitt}, aus einem Polygon und einer Ellipse ausgewählt. Mehr bevorzugt ist der Querschnitt des Formwerkzeughohlraums, C_{x-Querschnitt}, im Wesentlichen ein kreisförmiger Querschnitt, der einen durchschnittlichen Radius, r_C, aufweist (wobei der Radius r_C vorzugsweise 20 bis 100 cm beträgt, wobei r_C mehr bevorzugt 25 bis 65 cm beträgt, wobei r_C insbesondere 40 bis 60 cm beträgt). Insbesondere ist der Formwerkzeughohlraum näherungsweise ein gerade zylindrisch geformter Bereich, der einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, C_{x-Querschnitt}, aufweist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Symmetrieachse, C_x-Symmetrie, aufweist, die mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, zusammenfällt, wobei der gerade zylindrisch geformte Bereich eine Querschnittsfläche, C_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: C_x-Fläche = πr_C ² wobei r_C der durchschnittliche Radius der Querschnittsfläche des Formwerkzeughohlraums, C_x-Fläche, ist, die auf die x-y-Ebene projiziert wird, und wobei r_C 20 bis 100 cm beträgt (mehr bevorzugt 25 bis 65 cm, insbesondere 40 bis 60 cm).
Der Formwerkzeughohlraum (20) weist einen Kreisringloch-Bereich (40) und einen Kreisring-Bereich (50) auf. (Vgl. z. B. die 3 und 4). Der Fensterblock (nicht gezeigt) ist innerhalb des Formwerkzeughohlraums (20) außerhalb sowohl des Kreisringloch-Bereichs (40) als auch des Kreisring-Bereichs (50) angeordnet.
Vorzugsweise ist der Kreisringloch-Bereich (40) des Formwerkzeughohlraums (20) ein gerade zylindrisch geformter Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums (20), der einen kreisförmigen Querschnitt, DH_{x-Querschnitt}, (44) auf die x-y-Ebene (30) projiziert und der eine Kreisringloch-Bereich-Symmetrieachse, DH_Achse, (42) aufweist, wobei die DH_Achse mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, und der z-Achse zusammenfällt. (Vgl. z. B. die 3 und 4). Der kreisförmige Querschnitt, DH_{x-Querschnitt}, (44) des Kreisringloch-Bereichs (40) weist eine Querschnittsfläche, DH_x-Fläche, auf, die wie folgt definiert ist: DH_x-Fläche = πr_DH ² wobei r_DH der Radius (46) des kreisförmigen Querschnitts des Kreisringloch-Bereichs, DH_{x-Querschnitt}, (44) ist. Vorzugsweise gilt r_DH ≥ r_NO (mehr bevorzugt beträgt r_DH 5 bis 25 mm, besonders bevorzugt beträgt r_DH 8 bis 15 mm).
Vorzugsweise ist der Kreisring-Bereich (50) des Formwerkzeughohlraums (20) ein ringförmiger bzw. torusförmiger Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums (20), der einen ringförmigen Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, (54) auf die x-y-Ebene (30) projiziert und der eine Kreisring-Bereich-Symmetrieachse, D_Achse, (52) aufweist, wobei die D_Achse mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, und der z-Achse zusammenfällt. (Vgl. z. B. die 3 und 4). Der ringförmige Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, (54) des Kreisring-Bereichs (50) weist eine Querschnittsfläche, D_x-Fläche, auf, die wie folgt definiert ist: D_x-Fläche = πR_D ² – πr_D ² wobei R_D der größere Radius (56) des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D der kleinere Radius (58) des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D ≥ r_DH, wobei R_D > r_D und wobei R_D < r_C. Vorzugsweise sind r_D ≥ r_DH und r_D 5 bis 25 mm. Mehr bevorzugt sind r_D ≥ r_DH und r_D 8 bis 15 mm. Vorzugsweise ist r_D ≥ r_DH, wobei R_D > r_D und wobei R_D ≤ (K·r_C) ist, wobei K 0,01 bis 0,2 ist (wobei K mehr bevorzugt 0,014 bis 0,1 ist, wobei K insbesondere 0,04 bis 0,086 ist). Mehr bevorzugt ist r_D ≥ r_DH, wobei R_D > r_D und wobei R_D 20 bis 100 mm ist (wobei R_D mehr bevorzugt 20 bis 80 mm ist, wobei insbesondere R_D 25 bis 50 mm ist).
Die Länge des Einbringzeitraums, CP, in Sekunden kann signifikant variieren. Beispielsweise wird die Länge des Einbringzeitraums, CP, von der Größe des Formwerkzeughohlraums, der durchschnittlichen Einbringgeschwindigkeit, CR_Durchschnitt, und den Eigenschaften des aushärtbaren Materials (z. B. der Gelzeit) abhängen. Vorzugsweise beträgt der Einbringzeitraum, CP, 60 bis 900 Sekunden (mehr bevorzugt 60 bis 600 Sekunden, insbesondere 120 bis 360 Sekunden). Typischerweise wird der Einbringzeitraum, CP, durch die Gelzeit des aushärtbaren Materials beschränkt. Vorzugsweise wird der Einbringzeitraum, CP, weniger als oder gleich der Gelzeit des aushärtbaren Materials sein, das in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird. Mehr bevorzugt wird der Einbringzeitraum, CP, kürzer sein als die Gelzeit des aushärtbaren Materials.
Die Einbringgeschwindigkeit, CR, (in kg/s) kann im Verlauf des Einbringzeitraums, CP, variieren. Beispielsweise kann die Einbringgeschwindigkeit, CR, periodisch sein. D. h., die Einbringgeschwindigkeit, CR, kann vorübergehend an einem oder mehreren Zeitpunkt(en) im Verlauf des Einbringzeitraums auf Null fallen. Vorzugsweise wird das aushärtbare Material in den Formwerkzeughohlraum bei einer in erster Linie konstanten Geschwindigkeit während des Einbringzeitraums eingebracht. Mehr bevorzugt wird das aushärtbare Material in den Formwerkzeughohlraum bei einer in erster Linie konstanten Geschwindigkeit während des Einbringzeitraums, CP, mit einer durchschnittlichen Einbringgeschwindigkeit, CR_Durchschnitt, von 0,015 bis 2 kg/s (mehr bevorzugt 0,015 bis 1 kg/s, insbesondere 0,08 bis 0,4 kg/s) eingebracht.
Der Einbringzeitraum, CP, ist in drei getrennte Phasen aufgeteilt, die als Anfangsphase, Übergangsphase und Restphase bezeichnet werden. Der Beginn der Anfangsphase entspricht dem Beginn des Einbringzeitraums, CP. Das Ende der Anfangsphase geht dem Beginn der Übergangsphase unmittelbar voraus. Das Ende der Übergangsphase geht dem Beginn der Restphase unmittelbar voraus. Das Ende der Restphase entspricht dem Ende des Einbringzeitraums, CP.
Während des Einbringzeitraums, CP, bewegt sich die Düse oder wird überführt (führt z. B. eine teleskopartige Bewegung aus), so dass sich die Position der Düsenöffnung in alle drei Dimensionen bewegt. Während des Einbringzeitraums, CP, bewegt sich die Düse (60) oder wird überführt (führt z. B. eine teleskopartige Bewegung aus), so dass sich die Position der Düsenöffnung (62) während des Einbringzeitraums, CP, relativ zu der horizontalen inneren Grenze (112) des Formwerkzeughohlraums (120) entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (122) bewegt, so dass die Position der Düsenöffnung (62) oberhalb der oberen Fläche (72) des aushärtbaren Materials (70) gehalten wird, während sich das aushärtbare Material (70) in dem Formwerkzeughohlraum (120) ansammelt. (Vgl. die 5A und 5B). Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung (62) während des Einbringzeitraums, CP, relativ zu der horizontalen inneren Grenze (112) des Formwerkzeughohlraums (120) entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (122), so dass die Position der Düsenöffnung (62) auf einem Höhenniveau (65) oberhalb der oberen Fläche (72) des aushärtbaren Materials (70) gehalten wird, während sich das aushärtbare Material (70) in dem Formwerkzeughohlraum (120) ansammelt, wobei das Höhenniveau > 0 bis 30 mm beträgt (mehr bevorzugt > 0 bis 20 mm, insbesondere 5 bis 10 mm). (Vgl. die 5B). Die Bewegung der Position der Düsenöffnung entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (d. h., deren Bewegung in der z-Dimension) kann während des Einbringzeitraums vorübergehend gestoppt werden. Vorzugsweise stoppt die Bewegung der Position der Düsenöffnung entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, vorübergehend an jedem Übergangsphase-Übergangspunkt, TP_TP, (falls ein solcher vorliegt), und an jedem Restphase-Übergangspunkt, TP_RP (d. h. die Bewegung der Position der Düsenöffnung in der z-Dimension wird vorübergehend gestoppt).
Während der Anfangsphase des Einbringzeitraums (d. h. für die Dauer der Anfangsphase) verbleibt die Position der Düsenöffnung innerhalb des Kreisringloch-Bereichs des Formwerkzeughohlraums. Die Position der Düsenöffnung kann während der Anfangsphase stationär bleiben, wobei sich der Anfangsphase-Startpunkt, SP_IP, und der Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP, an der gleichen Position befinden (d. h. SP_IP = EP_IP). Vorzugsweise ist dann, wenn SP_IP = EP_IP, die Anfangsphase > 0 bis 90 Sekunden lang (mehr bevorzugt > 0 bis 60 Sekunden lang, insbesondere 5 bis 30 Sekunden lang). Insbesondere bleibt die Position der Düsenöffnung von dem Beginn der Anfangsphase des Einbringzeitraums bis zum Ansteigen der oberen Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum, wobei in diesem Moment die Übergangsphase beginnt, stationär, wobei sich der Anfangsphase-Startpunkt, SP_IP, (80), und der Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP, (81a) (wobei dieser Punkt mit einem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, (82a) zusammenfällt) an der gleichen Position innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140) des Formwerkzeughohlraums (220) entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222) befinden. Vorzugsweise ist der Kreisringloch-Bereich (140) ein gerade kreisförmiger Zylinder und die Kreisringloch-Symmetrieachse, DH_Achse, (142) fällt mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222) und der z-Achse zusammen. (Vgl. die 6A bis 6C). Die Position der Düsenöffnung kann sich während der Anfangsphase bewegen, wobei sich der Anfangsphase-Startpunkt, SP_IP, von dem Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP unterscheidet (d. h. SP_IP ≠ EP_IP). Vorzugsweise ist dann, wenn SP_IP ≠ EP_IP, die Anfangsphase > 0 bis (CP – 10,02) Sekunden lang, wobei CP der Einbringzeitraum in Sekunden ist. Mehr bevorzugt ist dann, wenn SP_IP ≠ EP_IP, die Anfangsphase > 0 bis (CP – 30) Sekunden lang, wobei CP der Einbringzeitraum in Sekunden ist. Mehr bevorzugt bewegt sich dann, wenn die obere Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum (220) während der Anfangsphase des Einbringzeitraums ansteigt, die Position der Düsenöffnung vorzugsweise innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140) des Formwerkzeughohlraums (220) entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222) von einem Anfangsphase-Startpunkt, SP_IP, (80) zu einem Anfangsphase-Endpunkt, EP_IP, (81b) (wobei der Punkt mit einem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, (82b) zusammenfällt), um die Position der Düsenöffnung bei einem Höhenniveau oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials aufrechtzuerhalten, während sich dieses in dem Formwerkzeughohlraum (220) während der Anfangsphase des Einbringzeitraums ansammelt. (Vgl. die 6A bis 6C).
Die Position der Düsenöffnung bewegt sich während der Übergangsphase des Einbringzeitraums von einem Punkt innerhalb des Kreisringloch-Bereichs des Formwerkzeughohlraums zu einem Punkt innerhalb des Kreisring-Bereichs. Vorzugsweise ist die Übergangsphase 0,02 bis 30 Sekunden lang (mehr bevorzugt 0,2 bis 5 Sekunden lang, insbesondere 0,6 bis 2 Sekunden lang). Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, während der Übergangsphase mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 10 bis 70 mm/s (mehr bevorzugt 15 bis 35 mm/s, insbesondere 20 bis 30 mm/s). Vorzugsweise stoppt die Bewegung der Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase vorübergehend relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (d. h. die Bewegung stoppt vorübergehend in der x-Dimension und der y-Dimension) an jedem Übergangsphase-Übergangspunkt, TP_TP, (falls ein solcher vorliegt) und an dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP. Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, von dem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, durch jedwede Übergangsphase-Übergangspunkte, TP_TP, zu dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP. Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase von dem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, durch eine Mehrzahl von Übergangsphase-Übergangspunkten, TP_TP, zu dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, wobei der Übergangsphase-Weg, der auf die x-y-Ebene projiziert wird, näherungsweise einer Kurve entspricht (wobei mehr bevorzugt der Übergangsphase-Weg einer Spiralform entspricht). Insbesondere bewegt sich die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase von dem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, direkt zu dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, wobei der Übergangsphase-Weg, der auf die x-y-Ebene projiziert wird, eine Gerade ist.
Die 6A bis 6C zeigen drei verschiedene Übergangsphase-Wege in einem Formwerkzeughohlraum (220), der eine Mittelachse, C_Achse, (222), einen gerade zylindrisch geformten Kreisringloch-Bereich (140) mit einer Symmetrieachse, DH_Achse, (142) und einen ringförmigen Kreisring-Bereich (150) mit einer Symmetrieachse, D_Achse, (152) aufweist, wobei die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222), die Kreisringloch-Symmetrieachse, DH_Achse, (142) und die Kreisring-Symmetrieachse, D_Achse, (152) jeweils mit der z-Achse zusammenfallen und wobei ein Fensterblock (99) mit einem Fensterhaftmittel (98) innerhalb des Formwerkzeughohlraums (220) außerhalb sowohl des Kreisringloch-Bereichs (140) als auch des Kreisring-Bereichs (150) gebunden ist. Ein erster Übergangsphase-Weg, der in den 6A bis 6C dargestellt ist, beginnt an einem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, (82a) innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140) des Formwerkzeughohlraums (220) und setzt sich direkt zu einem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, (89) innerhalb des Kreisring-Bereichs (150) des Formwerkzeughohlraums (220) fort, wobei der Übergangsphase-Weg 83a als eine einzelne Gerade (84) auf die x-y-Ebene (130) projiziert wird. Ein zweiter Übergangsphase-Weg, der in den 6A bis 6C dargestellt ist, beginnt an einem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, (82b) innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140) eines Formwerkzeughohlraums (220) und setzt sich direkt zu einem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, (89) innerhalb des Kreisring-Bereichs (150) des Formwerkzeughohlraums (220) fort, wobei der Übergangsphase-Weg 83b als eine einzelne Gerade (84) auf die x-y-Ebene (130) projiziert wird. Ein dritter Übergangsphase-Weg, der in den 6A bis 6C dargestellt ist, beginnt an einem Übergangsphase-Startpunkt, SP_TP, (82a) innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140), durchläuft einen Übergangsphase-Übergangspunkt, TP_TP, (88) innerhalb des Kreisringloch-Bereichs (140) und setzt sich dann zu dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, (89) fort, der sich innerhalb des Kreisring-Bereichs (150) befindet, wobei der Übergangsphase-Weg (85) als ein Paar von verbundenen Linien (87) auf die x-y-Ebene (130) projiziert wird. Es sollte beachtet werden, dass der Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, (89) dem Restphase-Startpunkt, SP_RP, (90) entspricht (d. h. sie befinden sich an der gleichen Position).
Die Position der Düsenöffnung bleibt während der Restphase des Einbringzeitraums innerhalb des Kreisring-Bereichs (d. h. die Position der Düsenöffnung kann für einen Teil der Restphase des Einbringzeitraums den Kreisringloch-Bereich durchlaufen oder in diesem verbleiben). Vorzugsweise bleibt die Position der Düsenöffnung während der Restphase des Einbringzeitraums innerhalb des Kreisring-Bereichs (d. h. für die Dauer der Restphase). Vorzugsweise ist die Restphase ≥ 10 Sekunden lang. Mehr bevorzugt ist die Restphase 10 bis < (CP – 0,2) Sekunden lang, wobei CP der Einbringzeitraum in Sekunden ist. Noch mehr bevorzugt ist die Restphase 30 bis < (CP – 0,2) Sekunden lang, wobei CP der Einbringzeitraum in Sekunden ist. Insbesondere ist die Restphase 0,66·CP bis < (CP – 0,2) Sekunden lang, wobei CP der Einbringzeitraum in Sekunden ist. Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, während der Restphase mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 10 bis 70 mm/s (mehr bevorzugt 15 bis 35 mm/s, insbesondere 20 bis 30 mm/s). Vorzugsweise kann die Bewegung der Position der Düsenöffnung relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bei jedem Restphase-Übergangspunkt, TP_RP, vorübergehend stoppen (d. h., die Bewegung der Düsenöffnung in der x-Dimension und der y-Dimension kann vorübergehend stoppen). Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung während der Restphase mit einer konstanten Geschwindigkeit relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, von dem Restphase-Startpunkt, SP_RP, durch jeden der Restphase-Übergangspunkte, TP_RP. Vorzugsweise bewegt sich die Position der Düsenöffnung während der Restphase von dem Restphase-Startpunkt, SP_RP, durch eine Mehrzahl von Restphase-Übergangspunkten, TP_RP, wobei der Restphase-Weg eine Reihe von verbundenen Linien auf die x-y-Ebene projiziert. Vorzugsweise befinden sich die Restphase-Übergangspunkte, TP_RP, alle innerhalb des Kreisring-Bereichs des Formwerkzeughohlraums. Vorzugsweise ist die Reihe von verbundenen Linien, die durch den Restphase-Weg auf die x-y-Ebene projiziert werden, näherungsweise entweder ein Kreis oder eine zweidimensionale Spirale mit einem variierenden Abstand von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse. Vorzugsweise ist die Reihe von verbundenen Linien, die durch den Restphase-Weg auf die x-y-Ebene projiziert werden, näherungsweise eine zweidimensionale Spirale, wobei nachfolgende Restphase-Übergangspunkte, TP_RP, entweder bei einem zunehmenden oder bei einem abnehmenden Abstand von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, auf die x-y-Ebene projiziert werden. Mehr bevorzugt ist die Reihe von verbundenen Linien, die durch den Restphase-Weg auf die x-y-Ebene projiziert werden, näherungsweise ein Kreis, wobei nachfolgende Restphase-Übergangspunkte, TP_RP, bei dem gleichen Abstand von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, auf die x-y-Ebene projiziert werden, und wobei es sich bei der Reihe von verbundenen Linien, die durch den Restphase-Weg auf die x-y-Ebene projiziert werden, um ein regelmäßiges Polygon handelt (d. h., gleichseitig und gleichwinklig). Vorzugsweise hat das regelmäßige Polygon ≥ 5 Seiten (mehr bevorzugt ≥ 8 Seiten, insbesondere ≥ 10 Seiten, vorzugsweise ≤ 100 Seiten, mehr bevorzugt ≤ 50 Seiten, insbesondere ≤ 20 Seiten). Insbesondere ist der Restphase-Weg näherungsweise eine Helix bzw. Schraubenlinie. D. h., während der Restphase bewegt sich die Position der Düsenöffnung weiter entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, so dass das gewünschte Höhenniveau oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials, das sich in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, aufrechterhalten wird, während die Position der Düsenöffnung gleichzeitig einem Weg folgt, der ein regelmäßiges Polygon auf die x-y-Ebene projiziert (wobei das regelmäßige Polygon vorzugsweise 5 bis 100 Seiten aufweist, mehr bevorzugt 5 bis 50 Seiten, noch mehr bevorzugt 8 bis 25 Seiten, insbesondere 8 bis 15 Seiten).
Die 7A bis 7C zeigen einen Abschnitt eines bevorzugten Restphase-Wegs (95), der näherungsweise eine Helix innerhalb des Formwerkzeughohlraums (220) ist, der eine Mittelachse, C_Achse, (222), einen gerade zylindrisch geformten Kreisringloch-Bereich (140) mit einer Symmetrieachse, DH_Achse, (142) und einen ringförmigen Kreisring-Bereich (150) mit einer Symmetrieachse, D_Achse, (152) aufweist, wobei die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222), die Kreisringloch-Symmetrieachse, DH_Achse, (142) und die Kreisring-Symmetrieachse, D_Achse, (152) jeweils mit der z-Achse zusammenfallen und wobei ein Fensterblock (99) mit einem Fensterhaftmittel (98) innerhalb des Formwerkzeughohlraums (220) außerhalb sowohl des Kreisringloch-Bereichs (140) als auch des Kreisring-Bereichs (150) gebunden ist. Der Restphase-Weg (95) beginnt an einem Restphase-Startpunkt, SP_RP, (90) innerhalb des Kreisring-Bereichs (150) des Formwerkzeughohlraums (220) und setzt sich durch eine Mehrzahl von Restphase-Übergangspunkten, TP_RP, (92) innerhalb eines Kreisring-Bereichs (150) des Formwerkzeughohlraums (220) fort, wobei alle Restphase-Übergangspunkte, TP_RP, bei dem gleichen Abstand von der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, (222), vorliegen, und wobei der Restphase-Weg 95 mit zehn Linien mit gleicher Länge (97), die ein regelmäßiges Dekaeder (100) bilden, auf die x-y-Ebene (130) projiziert wird. Es sollte beachtet werden, dass der Restübergang-Startpunkt, SP_RP, (90) dem Übergangsphase-Endpunkt, EP_TP, (89) entspricht (d. h. sie befinden sich an der gleichen Position).
Das aushärtbare Material umfasst ein flüssiges Vorpolymer. Vorzugsweise umfasst das aushärtbare Material ein flüssiges Vorpolymer und eine Mehrzahl von Mikroelementen, wobei die Mehrzahl von Mikroelementen in dem flüssigen Vorpolymer einheitlich dispergiert ist.
Das flüssige Vorpolymer polymerisiert (d. h., härtet aus) vorzugsweise derart, dass ein Material gebildet wird, das aus Poly(urethan), Polysulfon, Polyethersulfon, Nylon, Polyether, Polyester, Polystyrol, Acrylpolymer, Polyharnstoff, Polyamid, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyethylen, Polypropylen, Polybutadien, Polyethylenimin, Polyacrylnitril, Polyethylenoxid, Polyolefin, Poly(alkyl)acrylat, Poly(alkyl)methacrylat, Polyamid, Polyetherimid, Polyketon, Epoxy, Silikon, einem Polymer, das aus Ethylen-Propylen-Dien-Monomer ausgebildet ist, Protein, Polysaccharid, Polyacetat und einer Kombination von mindestens zwei der vorstehend genannten Materialien ausgewählt ist. Vorzugsweise polymerisiert das flüssige Vorpolymer derart, dass ein Material gebildet wird, das ein Poly(urethan) umfasst. Mehr bevorzugt polymerisiert das flüssige Vorpolymer derart, dass ein Material gebildet wird, das ein Polyurethan umfasst. Insbesondere polymerisiert (härtet aus) das flüssige Vorpolymer derart, dass ein Polyurethan gebildet wird.
Vorzugsweise umfasst das flüssige Vorpolymer ein Polyisocyanat-enthaltendes Material. Mehr bevorzugt umfasst das flüssige Vorpolymer das Reaktionsprodukt eines Polyisocyanats (z. B. Diisocyanat) und eines Hydroxyl-enthaltenden Materials.
Vorzugsweise ist das Polyisocyanat aus Methylen-bis-4,4'-cyclohexylisocyanat, Cyclohexyldiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Propylen-1,2-diisocyanat, Tetramethylen-1,4-diisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, Dodecan-1,12-diisocyanat, Cyclobutan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,3-diisocyanat, Cyclohexan-1,4-diisocyanat, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan, Methylcyclohexylendiisocyanat, einem Triisocyanat von Hexamethylendiisocyanat, einem Triisocyanat von 2,4,4-Trimethyl-1,6-hexandiisocyanat, einem Uretdion von Hexamethylendiisocyanat, Ethylendiisocyanat, 2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, 2,4,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat und Kombinationen davon ausgewählt. Insbesondere ist das Polyisocyanat aliphatisch und weist weniger als 14 Prozent nicht umgesetzte Isocyanatgruppen auf.
Vorzugsweise ist das mit der vorliegenden Erfindung verwendete Hydroxyl-enthaltende Material ein Polyol. Beispiele für Polyole umfassen Polyetherpolyole, Polybutadien mit endständigen Hydroxygruppen (einschließlich teilweise und vollständig hydrierte Derivate), Polyesterpolyole, Polycaprolactonpolyole, Polycarbonatpolyole und Gemische davon.
Bevorzugte Polyole umfassen Polyetherpolyole. Beispiele für Polyetherpolyole umfassen Polytetramethylenetherglykol („PTMEG”), Polyethylenpropylenglykol, Polyoxypropylenglykol und Gemische davon. Die Kohlenwasserstoffkette kann gesättigte oder ungesättigte Bindungen und substituierte oder unsubstituierte aromatische und cyclische Gruppen aufweisen. Vorzugsweise umfasst das Polyol der vorliegenden Erfindung PTMEG. Geeignete Polyesterpolyole umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyethylenadipatglykol, Polybutylenadipatglykol, Polyethylenpropylenadipatglykol, o-Phthalat-1,6-hexandiol, Poly(hexamethylenadipat)glykol und Gemische davon. Die Kohlenwasserstoffkette kann gesättigte oder ungesättigte Bindungen oder substituierte oder unsubstituierte aromatische und cyclische Gruppen aufweisen. Geeignete Polycaprolactonpolyole umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, 1,6-Hexandiol-initiiertes Polycaprolacton, Diethylenglykol-initiiertes Polycaprolacton, Trimethylolpropan-initiiertes Polycaprolacton, Neopentylglykol-initiiertes Polycaprolacton, 1,4-Butandiol-initiiertes Polycaprolacton, PTMEG-initiiertes Polycaprolacton und Gemische davon. Die Kohlenwasserstoffkette kann gesättigte oder ungesättigte Bindungen oder substituierte oder unsubstituierte aromatische und cyclische Gruppen aufweisen. Geeignete Polycarbonate umfassen unter anderem Polyphthalatcarbonat und Poly(hexamethylencarbonat)glykol.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Mikroelementen aus eingeschlossenen Gasblasen, polymeren Materialien mit hohlem Kern (d. h. Mikrokügelchen), flüssigkeitsgefüllten polymeren Materialien mit hohlem Kern, wasserlöslichen Materialien (z. B. Cyclodextrin) und einem Material mit unlöslicher Phase (z. B. Mineralöl) ausgewählt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Mehrzahl von Mikroelementen um Mikrokügelchen, wie z. B. Polyvinylalkohole, Pektin, Polyvinylpyrrolidon, Hydroxyethylcellulose, Methylcellulose, Hydropropylmethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Polyacrylsäuren, Polyacrylamide, Polyethylenglykole, Polyhydroxyetheracrylite, Stärken, Maleinsäurecopolymere, Polyethylenoxid, Polyurethane, Cyclodextrin und Kombinationen davon (z. B. Expancel^TM von Akzo Nobel, Sundsvall, Schweden). Die Mikrokügelchen können chemisch modifiziert werden, um ihre Löslichkeitseigenschaften, Quelleigenschaften und andere Eigenschaften z. B. durch Verzweigen, Blockieren und Vernetzen zu verändern. Vorzugsweise weisen die Mikrokügelchen einen mittleren Durchmesser von weniger als 150 μm und mehr bevorzugt einen mittleren Durchmesser von weniger als 50 μm auf. Insbesondere weisen die Mikrokügelchen 48 einen mittleren Durchmesser auf, der weniger als 15 μm beträgt. Es sollte beachtet werden, dass der mittlere Durchmesser der Mikrokügelchen variiert werden kann und verschiedene Größen oder Gemische verschiedener Mikrokügelchen 48 verwendet werden können. Ein am meisten bevorzugtes Material für die Mikrokügelchen ist ein Copolymer aus Acrylnitril und Vinylidenchlorid (z. B. Expancel^®, das von Akzo Nobel erhältlich ist).
Das flüssige Vorpolymer umfasst ferner gegebenenfalls ein Härtungsmittel. Bevorzugte Härtungsmittel umfassen Diamine. Geeignete Polydiamine umfassen sowohl primäre als auch sekundäre Amine. Bevorzugte Polydiamine umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Diethyltoluoldiamin („DETDA”), 3,5-Dimethylthio-2,4-toluoldiamin und Isomere davon, 3,5-Diethyltoluol-2,4-diamin und Isomere davon (z. B. 3,5-Diethyltoluol-2,6-diamin), 4,4'-Bis-(sec-butylamino)-diphenylmethan, 1,4-Bis-(sec-butylamino)-benzol, 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin), 4,4'-Methylen-bis-(3-chlor-2,6-diethylanilin) („MCDEA”), Polytetramethylenoxiddi-p-aminobenzoat, N,N'-Dialkyldiaminodiphenylmethan, p,p'-Methylendianilin („MDA”), m-Phenylendiamin („MPDA”), Methylen-bis-2-Chloranilin („MBOCA”), 4,4'-Methylen-bis-(2-chloranilin) („MOCA”), 4,4'-Methylen-bis-(2,6-diethylanilin) („MDEA”), 4,4'-Methylen-bis-(2,3-dichloranilin) („MDCA”), 4,4'-Diamino-3,3'-diethyl-5,5'-dimethyldiphenylmethan, 2,2',3,3'-Tetrachlordiaminodiphenylmethan, Trimethylenglykoldi-p-aminobenzoat und Gemische davon. Vorzugsweise ist das Diamin-Härtungsmittel aus 3,5-Dimethylthio-2,4-toluoldiamin und Isomeren davon ausgewählt.
Härtungsmittel können auch Diole, Triole, Tetraole und Härtungsmittel mit endständigen Hydroxygruppen umfassen. Geeignete Diole, Triole und Tetraolgruppen umfassen Ethylenglykol, Diethylenglykol, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Polypropylenglykol, Polytetramethylenetherglykol mit niedrigem Molekulargewicht, 1,3-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol, 1,3-Bis-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]benzol, 1,3-Bis-{2-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethoxy}benzol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Resorcin-di-(beta-hydroxyethyl)ether, Hydrochinon-di-(beta-hydroxyethyl)ether und Gemische davon. Bevorzugte Härtungsmittel mit endständigen Hydroxygruppen umfassen 1,3-Bis(2-hydroxyethoxy)benzol, 1,3-Bis-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]benzol, 1,3-Bis-{2-[2-(2-hydroxyethoxy)ethoxy]ethoxy}benzol, 1,4-Butandiol und Gemische davon. Die Härtungsmittel mit endständigen Hydroxygruppen und die Diamin-Härtungsmittel können eine oder mehrere gesättigte, ungesättigte, aromatische und cyclische Gruppe(n) aufweisen. Zusätzlich können die Härtungsmittel mit endständigen Hydroxygruppen und die Diamin-Härtungsmittel eine oder mehrere Halogengruppe(n) aufweisen.
Vorzugsweise enthalten Massen, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, weniger Dichtedefekte verglichen mit Massen, die mit dem gleichen Verfahren hergestellt worden sind, jedoch mit der Ausnahme, dass sich während des Einbringzeitraums, CP, die Position der Düsenöffnung nur in einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt (d. h., so dass die Position der Düsenöffnung in der eingestellten Höhe oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials, während es sich in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, aufrechterhalten wird). Mehr bevorzugt stellen die Massen, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, mindestens 50% mehr (mehr bevorzugt mindestens 75% mehr, insbesondere mindestens 100% mehr) Polierschichten ohne Dichtedefekte pro Masse bereit. Noch mehr bevorzugt weist der Formwerkzeughohlraum einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem durchschnittlichen Radius, r_C, auf, wobei r_C 40 bis 60 cm beträgt, und wobei die Masse, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, eine 2-fache Zunahme (mehr bevorzugt eine 3-fache Zunahme) der Anzahl von Polierschichten bereitstellt, die frei von Dichtedefekten sind, verglichen mit der Anzahl von Polierschichten, die frei von Dichtedefekten sind, die durch eine Masse bereitgestellt werden, die mit dem gleichen Verfahren hergestellt worden ist, jedoch mit der Ausnahme, dass sich während des Einbringzeitraums, CP, die Position der Düsenöffnung nur in einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt.
In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die ausgehärteten Massen unter Verwendung einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, in eine Mehrzahl von Polierschichten mit einer gewünschten Dicke geschnitten. Vorzugsweise wird eine Abziehverbindung auf die Schneidkante der Schneidklinge aufgebracht und eine Abzieheinrichtung wird zum Abziehen bzw. Honen der Schneidkante vor dem Schneiden der Masse in die Mehrzahl von Polierschichten verwendet, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist. Die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Abziehverbindung umfasst vorzugsweise ein Aluminiumoxid-Schleifmittel, das in einer Fettsäure dispergiert ist. Mehr bevorzugt umfasst die Abziehverbindung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 70 bis 82 Gew.-% Aluminiumoxid-Schleifmittel, das in 18 bis 35 Gew.-% Fettsäure dispergiert ist. Die Abzieheinrichtung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist vorzugsweise eine Lederabzieheinrichtung. Insbesondere ist die Abzieheinrichtung, die in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine Lederabzieheinrichtung, die zur Verwendung mit einem rotierenden Werkzeug (z. B. einem rotierenden Dremel^®-Werkzeug) vorgesehen ist.
Gegebenenfalls wird die ausgehärtete Masse in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erwärmt, um den Schneidvorgang zu erleichtern. Vorzugsweise wird die ausgehärtete Masse mit Infrarotheizlampen während des Schneidvorgangs erwärmt, in dem die ausgehärtete Masse in eine Mehrzahl von Polierschichten geschnitten wird, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist.
Vorzugsweise weisen Polierschichten, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, eine Polieroberfläche mit einer verminderten Oberflächenrauhigkeit verglichen mit Polierschichten auf, die mit dem gleichen Verfahren hergestellt worden sind, jedoch mit der Ausnahme, dass sich während des Einbringzeitraums, CP, die Position der Düsenöffnung nur in einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt (d. h., so dass die Position der Düsenöffnung in der eingestellten Höhe oberhalb der oberen Fläche des aushärtbaren Materials, während es sich in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, aufrechterhalten wird), und dass die Schneidklinge vor dem Schneiden der Masse mit einem Schleifstein geschärft wird, anstatt abgezogen zu werden. Mehr bevorzugt weisen Polierschichten, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, eine Polieroberfläche auf, die eine Verminderung der Oberflächenrauhigkeit um mindestens 10% (mehr bevorzugt mindestens 20%, insbesondere mindestens 25%) aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5578362 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standardprüfverfahrens gemäß ASTM D3795-00a (2006 erneut zugelassen) [0046]

Claims

Verfahren zur Bildung einer Polierschicht für ein chemisch-mechanisches Polierkissen, umfassend: Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das eine Formwerkzeugbasis und eine umgebende Wand aufweist, die an der Formwerkzeugbasis angebracht ist, Bereitstellen einer Materiallage mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 10 cm, Bereitstellen eines Materiallage-Haftmittels, Bereitstellen eines Fensterblocks, Bereitstellen eines Fensterblockhaftmittels, Bereitstellen eines aushärtbaren Materials, das ein flüssiges Vorpolymer umfasst, Bereitstellen einer Düse, die eine Düsenöffnung aufweist, Bereitstellen einer Schneidklinge, die eine Schneidkante aufweist, Bereitstellen einer Abzieheinrichtung, Bereitstellen einer Abziehverbindung, Binden der unteren Fläche der Materiallage an die Formwerkzeugbasis mit dem Materiallage-Haftmittel, wobei die obere Fläche der Materiallage und die umgebende Wand einen Formwerkzeughohlraum festlegen, Binden des Fensterblocks an die obere Fläche der Materiallage mit dem Fensterhaftmittel, Einbringen des aushärtbaren Materials durch die Düsenöffnung in den Formwerkzeughohlraum während eines Einbringzeitraums, CP, Aushärtenlassen des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum zu einer Masse, Trennen der umgebenden Wand von der Formwerkzeugbasis und der Masse, Aufbringen der Abziehverbindung auf die Schneidkante, Abziehen der Schneidklinge mit der Abzieheinrichtung und Schneiden der Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten, wobei jede Polierschicht ein integriertes Fenster aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bereitstellen einer Wärmequelle und Aussetzen der Masse gegenüber der Wärmequelle vor dem Schneiden der Masse in eine Mehrzahl von chemisch-mechanischen Polierschichten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das aushärtbare Material ferner eine Mehrzahl von Mikroelementen umfasst, wobei die obere Fläche der Materiallage eine horizontale innere Grenze des Formwerkzeughohlraums festlegt, wobei die innere horizontale Grenze des Formwerkzeugs entlang einer x-y-Ebene ausgerichtet ist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Mittelachse, C_Achse, aufweist, die senkrecht zur x-y-Ebene ist, und wobei der Formwerkzeughohlraum einen Kreisringloch-Bereich und einen Kreisring-Bereich aufweist, wobei der Einbringzeitraum, CP, in drei getrennte Phasen aufgeteilt ist, die als Anfangsphase, Übergangsphase und Restphase bezeichnet werden, wobei die Düsenöffnung eine Position aufweist und wobei sich die Position der Düsenöffnung während des Einbringzeitraums, CP, relativ zu der Formwerkzeugbasis entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt, so dass die Position der Düsenöffnung oberhalb einer oberen Fläche des aushärtbaren Materials in dem Formwerkzeughohlraum aufrechterhalten wird, während sich das aushärtbare Material in dem Formwerkzeughohlraum ansammelt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Anfangsphase innerhalb des Kreisringloch-Bereichs verbleibt, wobei die Position der Düsenöffnung während der Übergangsphase von dem Vorliegen innerhalb des Kreisringloch-Bereichs zu einem Vorliegen innerhalb des Kreisring-Bereichs übergeht und wobei die Position der Düsenöffnung während der Restphase innerhalb des Kreisring-Bereichs verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei während der Restphase die Bewegung der Position der Düsenöffnung relativ zu der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, vorübergehend stoppt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das aushärtbare Material während des Einbringzeitraums, CP, mit einer in erster Linie konstanten Geschwindigkeit mit einer durchschnittlichen Einbringgeschwindigkeit, CR_Durchschnitt, von 0,015 bis 2 kg/s in den Formwerkzeughohlraum eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Formwerkzeughohlraum um die Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, symmetrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Formwerkzeughohlraum näherungsweise einen gerade zylindrisch geformten Bereich mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, C_{x-Querschnitt}, aufweist, wobei der Formwerkzeughohlraum eine Symmetrieachse, C_x-Sym, aufweist, die mit der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, zusammenfällt, wobei der gerade zylindrisch geformte Bereich eine Querschnittsfläche, C_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: C_x-Fläche = πr_C ², wobei r_C der durchschnittliche Radius der Querschnittsfläche des Formwerkzeughohlraums, C_x-Fläche, projiziert auf die x-y-Ebene, ist, wobei der Kreisringloch-Bereich ein gerade zylindrisch geformter Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums ist, der einen kreisförmigen Querschnitt, DH_{x-Querschnitt}, auf die x-y-Ebene projiziert und eine Symmetrieachse, DH_Achse, aufweist, wobei das Kreisringloch eine Querschnittsfläche, DH_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: DH_x-Fläche = πr_DH ², wobei r_DH der Radius des kreisförmigen Querschnitts des Kreisringloch-Bereichs, DH_{x-Querschnitt}, ist, wobei der Kreisring-Bereich ein ringförmiger Bereich innerhalb des Formwerkzeughohlraums ist, der einen ringförmigen Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, auf die x-y-Ebene projiziert und der eine Kreisring-Bereich-Symmetrieachse D_Achse aufweist, wobei der ringförmige Querschnitt, D_{x-Querschnitt}, eine Querschnittsfläche, D_x-Fläche, aufweist, die wie folgt definiert ist: D_x-Fläche = πR_D ² – πr_D ² wobei R_D der größere Radius des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D der kleinere Radius des ringförmigen Querschnitts des Kreisring-Bereichs, D_{x-Querschnitt}, ist, wobei r_D ≥ r_DH, wobei R_D > r_D, wobei R_D < r_C, wobei jedes von C_x-Sym, DH_Achse und D_Achse senkrecht zur x-y-Ebene ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei R_D ≤ (K·r_C), wobei K 0,01 bis 0,2 ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei r_D = r_DH, wobei r_D 5 bis 25 mm ist, wobei R_D 20 bis 100 mm ist, wobei r_C 20 bis 100 cm ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Masse, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist, verglichen mit einer anderen Masse, die mit dem gleichen Verfahren hergestellt worden ist, mit der Ausnahme, dass sich während des Einbringzeitraums, CP, die Position der Düsenöffnung nur in einer Dimension entlang der Mittelachse des Formwerkzeughohlraums, C_Achse, bewegt, weniger Dichtedefekte enthält.