KR20100081975A

KR20100081975A - 감쇠 폴리우레탄 ｃｍｐ 패드 제조용 시스템 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20100081975A
Application number: KR1020107006615A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 피쳉 후앙; 밍 조우; 티모시 데일 모서
Original assignee: 프랙스에어 테크놀로지, 인코포레이티드
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2010-07-15
Also published as: JP2010538461A; EP2193008A1; JP5490000B2; TW200918566A; CN101842192A; US20090062414A1; WO2009029322A1; EP2193008B1

Abstract

경화제 존재 하에서 우레탄 초기중합체의 중합에 의해 형성된 고체 생성물은 약 38 % 미만의 바쇼어 반동성을 갖는다. 바람직하게는, 우레탄 초기중합체는 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체이고 경화제는 방향족 디아민 및 트리올을 포함한다. 미공질 폴리우레탄 물질을 형성하기 위해, 우레탄 초기중합체는 불활성기체로, 계면활성제 존재하에 발포되고, 그 후 경화된다. 폴리우레탄은 낮은 반동성을 갖는 고감쇠 CMP 패드를 형성하는데 채용될 수 있고 불규칙한 에너지를 소산할 수 있으며 연마를 안정화하여 개선된 균일성 및 더 적은 디싱을 확보할 수 있다.

Description

감쇠 폴리우레탄 ＣＭＰ 패드 제조용 시스템 및 제조 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING DAMPING POLYURETHANE CMP PADS}

화학적 기계적 연마 또는 CMP로도 알려진, 화학적 기계적 평탄화는 가공-중 반도체 웨이퍼 또는 후속하는 단계의 준비 중인 다른 기재의 상부 표면을 평탄화 하기 위해 또는 물질을 그 위치에 따라 선택적으로 제거하기 위해 사용되는 기법이다. 이 기법은 연마 패드와 함께 부식성 및 연삭성을 가질 수 있는 슬러리를 채용한다.

일반적으로, CMP는 연마 패드 및 가공물 둘 다의 주기적 움직임을 포함하는 동적 공정이다. 연마 주기 중에, 에너지가 패드로 전달된다. 이 에너지의 일부가 패드 내에서 열로써 소산 되며, 나머지 부분이 패드 내부에 저장되고 이어서 연마 주기 동안 탄성 에너지로 방출된다. 후자는 금속 특징부의 디싱(dishing) 및 산화물 침식 현상에 기여한다고 여겨진다.

감쇠 효과를 정량적으로 설명하고자 시도한 자는 에너지 손실 인자(Energy Loss Factor, KEL)로 명명되는 지표를 사용한다. KEL은 각각의 변형 주기에서 손실된 단위 부피 당 에너지로 정의된다. 일반적으로, 패드의 KEL값이 높을수록, 탄성 반동성이 낮고 관찰되는 디싱이 적다.

KEL 값을 증가시키기 위해, 패드는 더 연성으로 제조될 수 있다. 그러나, 이 시도는 패드의 강성도 또한 감소시키는 경향이 있다. 감소된 강성도는 감소된 평탄화 효율을 가져오고 기기 모퉁이 주위의 패드의 형태일치로 인해 디싱을 증가시킨다.

패드의 KEL 값을 증가시키기 위한 또 다른 시도는 강성도를 감소시킴이 없이 KEL이 증가되는 방법으로 패드의 물리적 조성을 변화시키는 것이다. 이것은 패드 내의 경성 세그먼트(또는 상) 및 연성 세그먼트(또는 상)의 조성 및/또는 패드 내 경성 대 연성 세그먼트(또는 상)의 비를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.

전자 부품의 발전을 처리하기 위해, 점점 더 복잡한 요구가 반도체, 광학, 자기 또는 다른 형태의 기재를 평탄화하는데 사용되는 CMP 공정 및 장치에 요구되고 있다. 우수한 제거율, 우수한 웨이퍼 내(within wafer, WIW) 및 다이 내(within die, WID) 균일성, 낮은 디싱 및/또는 침식, 감소된 스크래칭, 적은 상태 조절 요건 및 연장된 패드 수명을 제공하는 CMP 패드에 대한 요구가 계속해서 존재한다.

낮은 반동성을 갖는 CMP 패드가 주기적 변형 중 상대적으로 많은 양의 에너지를 흡수하는 경향이 있고, 이는 연마 중 더 적은 디싱을 야기하며 더 우수한 WID 균일성을 얻는다는 것을 발견하였다. 강성도는 WID 균일성 및 연장된 패드 수명에 있어서 중요한 고려사항이다.

본 발명은 특수한 성질, 특히 고감쇠 성능을 갖는 CMP 패드 물질을 생산하는 것에 관한 것이다. 이러한 성질들은 패드 생산용 제제 및 공정을 변화시킴으로써 획득될 수 있다. 기체 발포와 같은 공정과 함께 출발 물질 및 물질들의 특정한 조합의 선택이 중합체 물질의 형태에 영향을 주고, 독특한 성질을 가지며 특히 CMP 패드에 바람직한 최종 제품을 생성하는 것으로 밝혀졌다.

일 측면에서, 본 발명은 미공질 폴리우레탄 물질 제조용 시스템 및 제조 방법에 관한 것이다.

시스템은 우레탄 초기중합체와 경화제를 포함한다. 중합 조건하에서 결합 될시 우레탄 초기중합체 및 경화제가 38 % 미만의 바쇼어 반동성(Bashore rebound)을 갖는 고체 생성물을 형성한다.

방법은 우레탄 초기중합체를 발포시켜 포말을 형성하고 상기 포말을 경화제 존재 하에 경화시키고, 그로써 미공질 폴리우레탄 물질을 제조하는 단계를 포함하며, 여기서 경화제 존재 하에 우레탄 초기중합체를 중합시켜 형성된 고체 생성물은 38 % 미만의 바쇼어 반동성을 갖는다.

H12MDI 또는 HDI와 같은, 지방족 이소시아네이트를 함유하는 폴리에테르 우레탄 초기중합체, 및 방향족 디아민을 포함하는 경화제의 조합인 시스템이 고감쇠 폴리우레탄 물질을 형성하는 경향이 있음이 발견되었다. 트리올을, 예컨대, 방향족 디아민에 첨가하는 것은, 초기중합체와 경화제의 중합으로 형성된 고체 물질의 바쇼어 반동성을 감소시키는 경향이 있음이 추가로 발견되었다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, CMP 패드 제조용 시스템은 불활성 기체, 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체, 및 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 계면활성제를 포함하는 포말; 및 방향족 디아민을 포함하는 경화제를 포함한다. 시스템은 또한 트리올을 포함한다. 특정 실시예에서, 트리올은 경화제 내에 존재한다. 바람직하게, 트리올 수준은 더 높은 감쇠 성능을 위해 최적화된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, CMP 패드 제조 방법은 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 계면활성제 존재 하에, 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체를 불활성 기체와 발포시켜, 포말을 형성하는 단계; 및 방향족 디아민 및 트리올 존재 하에 상기 포말을 경화시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 종래의 및 발전된 전자, 광학 또는 자기 부품의 제조에 사용되는 CMP 패드에 대한 요구 조건을 해결하며, 많은 장점을 갖는다. 본 발명의 고감쇠 중합체 물질는 높은 에너지 소산을 가지며 연마 접촉면에서의 불규칙한 변동 및 진동하는 에너지를 흡수하여 더 우수한 균일성을 확보할 수 있다. 이 물질로 제조된 CMP 패드는 우수한 WIW 및 WID 균일성, 매끄러운 연마 성능, 낮은 디싱 및/또는 침식을 제공한다. 패드는 일반적으로 우수한 평탄화 성능 및 긴 패드 수명을 제공하는, 높은 정도의 안정 경도 또는 강성도를 갖는다.

추가의 공정 단계, 예컨대 발포, 및/또는 성분, 예컨대 계면활성제를 필요로 하는 미공질 시료 대신, 중합 조건 하에서 우레탄 초기중합체와 경화제를 결합시켜 형성된, 고체 생성물을 사용함으로써 물질 성질의 시험 및 비교가 단순화된다.

바람직하게, 물질은 상업적으로 입수가능하고 따라서 전체 제조 공정을 단순화 및 용이하게 하는 전구체를 사용함으로써 제조될 수 있다. 기체 발포 및 주조의 측면은 표준 기법 및/또는 장치를 사용함으로써 수행될 수 있다. 일부 시스템에서, 발포 시간은 거품발생 특성 및 품질의 희생없이 감소될 수 있다.

부분들의 구성 및 조합의 다양한 세부사항을 포함한 본 발명의 상기 및 다른 특징 및 다른 장점들은, 이제 수반되는 도면을 참고하여 더 구체적으로 설명될 것이며 청구항에서 언급될 것이다. 본 발명을 실시한 특정한 방법 및 기기는 예시의 방식으로 도시되었으며 발명의 범위를 제한하고자 함이 아닌 것이 이해될 것이다. 본 발명의 원리 및 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양하고 무수한 실시예에 채용될 수 있다.

일 측면에서, 본 발명은 CMP 패드 제조에 특히 적절한 감쇠 중합체 물질에 관한 것이다. 여기서 사용된 바와 같이, 용어 "감쇠"는 기계적 에너지를 흡수할 수 있는 물질의 능력을 지칭한다. 바람직하게 감쇠는, 물질의 반동성을 시험하는 간단한 기법인, 바쇼어 반동성 방법으로 측정된다. 바쇼어 반동성 시험은 해당 분야에 공지되어 있고, 예컨대, 미국 재료 시험 협회(American Society for Testing and Materials, ASTM) 표준 D-2632에 설명된다. 해당 분야에 공지되어 있듯이, 반동성을 측정하기 위한 다른 방법도 사용될 수 있다.

중합체 물질은 폴리우레탄, 즉, 반복되는 우레탄 단위를 함유하는 중합체이다. 폴리우레탄은 적어도 1종의 우레탄 초기중합체 및 경화제를 포함하는 시스템으로부터 제조된다. 시스템은 다른 성분, 예컨대 계면활성제, 충전제, 촉매, 공정 조제, 첨가제, 항산화제, 안정제, 윤활제 등을 포함할 수 있다.

우레탄 초기중합체는 폴리올, 예컨대 폴리에테르 및/또는 폴리에스테르 폴리올, 및 이작용기 또는 다작용기의 이소시아네이트를 반응시켜 형성된 생성물이다. 여기서 사용된 바와 같이, 용어 "폴리올"은 디올, 폴리올, 폴리올-디올, 공중합체 및 그들의 혼합물을 포함한다.

폴리에테르 폴리올은 알킬렌 옥사이드 중합을 통해 제조될 수 있으며, 넓은 범위의 점도 및 다른 성질을 제공하는 높은 분자량 중합체인 경향이 있다. 에테르계 폴리올의 일반적인 예는 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG), 폴리프로필렌 에테르 글리콜(PPG) 등을 포함한다.

폴리에스테르 폴리올의 예는 폴리아디페이트 디올, 폴리카프로락톤 등을 포함한다. 폴리아디페이트 디올은 아디프산 및 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜 및 그들의 혼합물과 같은 지방족 디올의 축합 반응으로 제조될 수 있다.

폴리올 혼합물 또한 이용될 수 있다. 예컨대, 상기에 설명된 것과 같은 폴리올들이 낮은 분자량 폴리올, 예컨대, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 및 그들의 혼합물과 혼합될 수 있다.

우레탄 초기중합체를 제조하는데 이용되는 가장 일반적인 이소시아네이트는 둘 다 방향족인 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI) 및 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)이다. 다른 방향족 이소시아네이트는 파라-페닐렌 디이소시아네이트(PPDI), 및 방향족 이소시아네이트의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 특정한 실시예에서, 채용된 우레탄 초기중합체는 예컨대, 수소화된 MDI(H12MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 기타의 지방족 이소시아네이트 및 그들의 조합과 같은, 지방족 이소시아네이트를 포함한다.

우레탄 초기중합체는 또한 지방족 및 방향족 이소시아네이트의 혼합물을 포함할 수 있다.

우레탄 초기중합체는 종종 초기중합체 내에 존재하는 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 중량 퍼센트(wt%)로 특징 지어진다. wt% NCO는 폴리우레탄 물질을 제조하기 위한 성분의 혼합 비를 결정하는데 사용될 수 있다.

우레탄 초기중합체는 해당 분야에 공지된 합성 기법을 사용해서 형성될 수 있다. 많은 경우에, 적절한 우레탄 초기중합체 또한 상업적으로 입수가능하다.

상업적으로 입수가능한 폴리에테르 우레탄 초기중합체의 예는 코네티컷주 미들타운 소재의 캠투라 코포레이션 제조의 몇몇의 아디프렌

(Adiprene

) 폴리에테르 초기중합체, 펜실베니아주 앨렌타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 캐미칼스 인크 제조의 몇몇의 에어탄

(Airthane

) 초기중합체 등을 포함한다. 많은 경우에, 이 초기중합체들은 낮은 수준의 자유 단위체, 예컨대, TDI 단위체를 함유하고 "저 자유" 또는 "LF"로 지칭된다.

폴리에테르 우레탄 초기중합체의 특정한 예는, 예컨대, 아디프렌

LF 750D(TDI-PTMEG 초기중합체, LF, 8.79 wt%의 NCO 가짐), L 325(TDI/H12MDI-PTMEG 초기중합체, 9.11 wt%의 NCO 가짐), LFG 740D(TDI-PPG 초기중합체, LF, 8.75 wt%의 NCO 가짐), LW 570(H12MDI-폴리에테르 초기중합체, 7.74 wt%의 NCO 가짐) LFH 120(HDI-폴리에테르 초기중합체, LF, 12.11 wt%의 NCO 가짐) 및 에어탄

PHP-80D(TDI-PTMEG 초기중합체, LF, 11.1 wt%의 NCO 가짐)로 지칭되는 것들을 포함한다. 상업적으로 입수가능한 우레탄 초기중합체의 다른 특정한 예는 앤듀어

(Andur

, 앤더슨 디벨롭먼트 컴퍼니(Anderson Development Company)), 베이텍

(Baytec

, 베이어 머테리얼 사이언스(Bayer Material Science)) 등을 포함한다.

폴리에스테르 우레탄 초기중합체의 예는, 예컨대, 비브라탄

(Vibrathane

) 8570으로 지칭되며, 6.97 wt%의 NCO를 갖고, 코네티컷주 미들타운 소재의 캠투라 코포레이션 제조의 TDI 폴리에스테르 우레탄 초기중합체를 포함한다. 다른 적절한 폴리에스테르 우레탄 초기중합체는 에어 프로덕츠 앤드 캐미칼스 제조의 버사탄

(Versathane

) D-6 또는 D-7를 포함하나 여기에 제한되지 않는다.

경화제는 우레탄 초기중합체를 경화시키거나 굳히는데 사용되는 화합물 또는 화합물의 혼합물이다. 경화제는 이소시아네이트기와 반응하고, 초기 중합체의 사슬들을 함께 결합시켜 폴리우레탄을 형성한다.

통상적으로 폴리우레탄을 생산하는데 사용되는 일반적인 경화제는 약칭하여 MBCA 및 종종 상표명 MOCA

로 지칭되는, 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린) 메틸렌; 약칭하여 MCDEA인 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린); 디메틸티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄; 4,4'-메틸렌-비스-아닐린; 디에틸톨루엔디아민; 5-tert-부틸-2,4- 및 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민; 5-tert-아밀-2,4- 및 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민 및 클로로톨루엔디아민 등을 포함한다.

본 발명의 특정한 실시예에서, 채용된 경화제는 방향족 아민, 특히 방향족 디아민, 예컨대 비스-(알킬티오) 방향족 디아민을 포함한다. 적절한 방향족 디아민의 상업적인 예는 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민 및 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민을 포함하는 혼합물인 에타큐어

(Ethacure

) 300(버지니아주 리치몬드 소재의 알버말 코포레이션 제조(Albermarle Corporation, Richmond, Virginia)); 및 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민을 포함하는 혼합물인 에타큐어

100(역시 알버말 코포레이션 제조)을 포함한다.

방향족 디아민 성분 외에, 바람직한 경화제는 1종 이상의 다른 성분을 포함한다. 예컨대, 우레탄 영역 네트워크 또는 중합체 구조를 변형하기 위해, 감쇠 성능을 위한 삼-작용기 시약의 주입으로 중합체 가교 밀도가 증가된다. 삼작용기 시약의 바람직한 예는 트리올, 예컨대 지방족 트리올, 예컨대 트리메탄올프로판(TMP), 알콕실화 지방족 트리올, 예컨대, 에톡실화 TMP, 예컨대 퍼스토르프 코프.,(Perstorp Corp.)로부터 입수가능한 TP30, 예컨대, 100 내지 900의 분자량을 갖는 폴리프로필렌 에테르 트리올 및 지방족 아미노 트리올, 예컨대 캠투라로부터 입수가능한 비브라큐어

(Vibracure

) A931, 트리에탄올 아민(TEA) 등을 포함한다. 트리올의 혼합물 역시 채용될 수 있다.

트리올 수준은 감쇠 성능을 위해 최적화될 수 있다. 경화제 전체 무게에 대해, 트리올 또는 변형된 트리올, 예컨대, 알콕실화 트리올은 통상적으로 0.2 내지 15 중량% 범위 내의 양으로 사용된다. 다른 비가 채용될 수 있다.

특정한 실시예에서, 지방족(HDI 또는 H12MDI) 폴리에테르 우레탄 초기중합체와 함께 사용하기에 바람직한 경화제는 에타큐어

300과 5 내지 10 % wt 트리올의 혼합물이며 특히 에타큐어

300과 5 % TMP의 조합이다.

우레탄 초기중합체 및 경화제의 상대적인 양은, 예컨대, 주어진 우레탄 초기중합체의 %NCO를 고려함으로써 결정될 수 있다. 초기중합체 내에 당량을 기준으로 약, 예컨대, 95 %의 이용가능한 이소시아네이트기의 아민과 히드록실기의 조합을 얻기 위해 경화제가 첨가될 수 있다. 대부분의 경우에, 이론적인 양의 90 내지 105 %로 첨가된다.

다른 실시예에서, 트리올이 개별적으로 또는 경화제 이외의 성분과 함께 첨가될 수 있다.

바쇼어 반동성은 바람직하게 우레탄 초기중합체 및 경화제를 중합 조건, 예컨대 조합물을 고체 생성물로 경화 또는 굳히는데 적절한 온도 및 시간 기간 하에서 결합시킴으로써 수득되는 고체 생성물을 사용하여 측정된다. 일반적으로, 고체 생성물은 초기중합체를 물질 내에 미세한 크기의 공극을 도입하도록 의도된 공정을 거치도록 하지 않고서, 예컨대 아래에서 추가로 논의되는 발포 없이 형성된다.

바람직한 초기중합체-경화제 조합물은 중합하여 바쇼어 반동성 시험으로 측정시, 약 38 % 미만의 반동성을 갖는 고체 생성물을 형성한다. 고감쇠 고체 생성물, 예컨대, 35 % 미만의 반동성을 갖는 것은 H12MDI 또는 HDI 폴리에테르 초기중합체 및 에타큐어

300과 5 % TMP의 혼합물인 경화제를 포함하는 시스템으로부터 수득된다.

고체 생성물은 경도와 같은 다른 성질에 대해 후보 시스템을 선별하는데 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 고체 생성물은 약 30 D 내지 약 85 D, 예컨대 55 D 내지 80 D 범위 내의 경도를 가진다. 듀로미터 시험을 이용하는, 쇼어 D 척도가 중합체 물질의 경도 정의에 잘 알려진 접근법이고 일반적으로 쇼어 A 척도하에 측정되는 것보다 더 경성인 플라스틱에 적용된다. 쇼어 D 경도가 ASTM D 2240에 따라 측정되었다.

중합 조건 하에서 우레탄 초기중합체 및 경화제를 결합시켜 형성된 고체 생성물을 이용해서 연구되고 비교될 수 있는 다른 성질은 가공성, 즉, 포말 및 혼합물을 형성할 수 있는 능력, CMP 공정에 채용된 슬러리에 대한 생성물의 화학적 안정성, 시스템의 점도, 공정 중 자유 단위체, 즉, TDI의 방출, 가사시간, 색 등을 포함한다.

CMP 응용에 있어서 감쇠 물질은 바람직하게는 통상적으로 물질의 구조 내에 미세한 크기의 공극을 혼입하도록 목적된 공정에 의해 형성된 상기의 공극을 함유하는 미공질이다. CMP 평탄화 중에, 공극 또는 미세공이 가공물의 표면을 연마하기 위해 슬러리를 보유한다.

폴리우레탄 물질에 미세구조를 부과하기 위해 몇몇의 시도들이 사용될 수 있다. 다공도는, 예컨대, 유체(기체 또는 액체)로 충전된, 중공 중합체 미립구와 같은 충전제 입자를 사용하는 등으로 형성될 수 있다. 공극은 또한 점성 시스템 내로 기체를 발포, 폴리우레탄 용융물 내로 기체를 주입, 기상 생성물이 생기게 하는 화학적 반응 동안 가스를 반응계 내에 도입, 용해된 기체가 기포를 형성하도록 하기 위해 압력을 감소시키거나 또는 다른 방법으로 형성될 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예에서, 공극률의 적어도 일부분이 기체 예컨대 질소, 건조 공기, 이산화탄소, 희유 기체, 예컨대, 헬륨, 아르곤, 크세논, 및 다른 기체 또는 기체 혼합물로 발포를 통해 형성된다. 거품 내에서 산화 반응과 같은 화학 반응을 일으키지 않는 기체들이 바람직하며 여기서 "비-반응성" 또는 "불활성" 기체로 지칭된다. 특히 바람직한 것은 질소이다.

발포는, 예컨대, 2003년 2월 4일자로 브라이언 롬바르도(Brian Lombardo)에게 허여된 미국 특허 제6,514,301B호에 설명되며, 상기 특허의 내용은 여기에 전체로써 참고문헌으로 삽입된다. 바람직하게, 발포는 조정가능한 구멍 크기 및 분포를 갖는 미세구조를 생산한다. 일 실시예에서, 미공질 폴리우레탄 물질은 약 30 ㎛ 초과의 구멍을 갖는다.

초기중합체의 발포는 1종 이상의 계면활성제(들), 예컨대, 비-이온성 또는 이온성 계면활성제(들),의 존재하에 수행될 수 있다. 계면활성제의 포함은 낮은 점도를 갖는 시스템에서 특히 유익할 수 있다.

안정 포말(거품)은 폴리우레탄 물질 내에 미세구조를 생성하는데 바람직하며, 적어도 어느 정도는, 공기/중합체 경계면에서 계면활성제의 소수성 탄화수소 사슬의 흡착과 분배 및 그것의 관능기의 중합체와의 반응으로 인한 것이라고 믿어진다.

특정한 우레탄 초기중합체와 사용될 시, 바람직하게는 간단한 공정 및 장치를 사용하여, 쉽게 포말을 생성하는 계면활성제를 선택하는 것이 바람직하다. 공정중 통상적으로 채용되는 변화하는 공정 조건, 예컨대, 전단, 온도 또는 압력 변화를 겪게 될 시, 안정하고 그들의 원형을 유지하는 포말 역시 바람직하다. 계면활성제 선택이 발포 강도 또는 포말 안정성뿐 아니라, CMP 패드를 제조하기 위해 사용되는 중합체 물질에 중요한 지표인, 구멍 크기에도 영향을 줄 수 있다는 것 또한 밝혀졌다.

적절한 계면활성제의 예는 예컨대, 폴리디메틸실록산을 포함하는 블록 적어도 하나 및 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아미드, 또는 폴리카르보네이트 세그먼트를 포함하는 다른 블록 적어도 하나를 함유하는 공중합체와 같은 실리콘 계면활성제를 포함한다.

특정한 실시예에서 계면활성제는 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드(또는 폴리실록산-폴리알킬렌 옥사이드) 계면활성제이다. 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 계면활성제 또한 실리콘 코폴리올과 같이 해당분야에 공지되어 있고 중합체, 올리고머, 공중합체 및 다른 복수 단위체의 실록산 물질을 포함할 수 있다.

폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 계면활성제는 실록산 단위로 구성된 폴리실록산 주쇄, 및 폴리알킬렌옥사이드 측쇄를 포함하는 공중합체일 수 있다. 폴리실록산 주쇄는 구조에 있어서 직쇄, 분지된 사슬, 또는 고리형일 수 있다. 공중합체의 폴리알킬렌옥사이드 측쇄는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부틸렌옥사이드 거대단위체 등, 또는 그들의 혼합물을 포함할 수 있다. 임의로, 측쇄는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 단위체 또한 포함할 수 있다. 폴리알킬렌옥사이드 단위체는 공중합체 중량에 대해 약 10 % 초과, 바람직하게는 약 20 % 초과, 또 더 바람직하게는 약 30 % 초과의 양으로 존재할 수 있다.

폴리에틸렌옥사이드 측쇄 거대단량체가 바람직하다. 또한, 바람직한 것은 폴리프로필렌옥사이드 측쇄, 및 폴리에틸렌옥사이드와 폴리프로필렌 옥사이드를 몰 비 약 1:2 내지 약 2:1로 포함하는 측쇄이다.

특히 유용한 것은 약 2,000 내지 약 100,000 g/g-몰, 바람직하게는 약 10,000 내지 약 80,000 g/g-몰, 더 바람직하게는 약 15,000 내지 약 75,000, 또 더 바람직하게는 약 20,000 내지 약 50,000, 또 가장 바람직하게는 약 25,000 내지 약 40,000 범위의 분자량을 갖는 공중합체이다.

본 발명의 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 공중합체는 약 40 mN/m 미만, 바람직하게는 약 30 mN/m 미만, 또 더 바람직하게는 약 25 mN/m 미만의 표면 장력을 가질 수 있다. 표면 장력은 25 ℃에서 0.1 중량% 용액을 사용하는 ASTM D1331-89에 따른 빌헬미(Wilhelmy) 평판 시험법으로 측정된다.

공중합체는 약 60 밀리미터(mm) 미만, 바람직하게는 약 40 mm 미만, 더 바람직하게는 약 20 mm 미만, 또 가장 바람직하게는 약 10 mm 미만의 로스 마일스(Ross Miles) 거품 높이를 가질 수 있다. 로스 마일스 거품 높이 시험은 1 중량% 용액을 사용하며 5분 판독을 채용하는 ASTM C1173-53에 따라 수행된다. 또한, 공중합체는 약 4 이상, 바람직하게는 약 6 이상, 더 바람직하게는 약 8 이상의 친수성-친유성 균형(hydrophile-lipophile balance, HLB)을 가질 수 있다.

사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 계면활성제의 예는 니악스

(Niax

)라는 명칭하에 지이 실리콘즈(ㄴGE Silicones)로부터 입수가능한 몇몇, 예컨대, L-7500, L-5614, L-1580; 에어 프로덕츠 앤드 캐미칼스 제조의, 예컨대, DC-193, DC-5604 및 DC-5164라는 명칭 하의 것; 및 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation, Midland, Michigan) 제조의, 예컨대, DC-309, 5098EU 및 Q2-5211(메틸(프로필히드록사이드, 에톡실화) 비스(트리메틸실록시)실란)이라는 명칭하의 것이다.

계면활성제는 바람직하게는 거품발생 강도, 안정성 또는 발포 중 수득된 셀 크기와 같은 지표에 기초해서 선택될 수 있다. 방향족 이소시아네이트를 포함하는 많은 우레탄 초기중합체에 대해서, 적절한 계면활성제는 지이 실리콘즈(GE Silicones)로부터 입수가능한 니악스

L-1800(폴리디메틸실록산 폴리옥시알킬렌 블록 공중합체 계면활성제)이다. 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체, 예컨대, H12MDI-폴리에테르 또는 HDI-폴리에테르 발포에 바람직한 계면활성제는 DC-193 및 Q2-5211을 포함한다.

계면활성제의 양은 실험적으로, 예컨대 발포 특성 및/또는 최종 제품의 성질을 평가함으로써 측정될 수 있다. 통상적으로, 계면활성제 수준은 초기중합체 및 계면활성제의 전체 중량에 대해 약 0.3 내지 약 5 중량% 범위 내이다. 계면활성제 양은 또한 수지 100 부당 부(parts per hundred parts of resin, PHR)로 표현될 수 있다. 많은 경우에, 적절한 계면활성제 양은 대략 1.5 PHR이다. 다른 양이 선택될 수도 있다.

중합체 물질을 형성하기 위해 사용된 시스템은 임의로 촉매, 충전제, 공정 조제, 예컨대, 이형제, 첨가제, 착색제, 염료, 항산화제, 안정제, 윤활제 등의 다른 성분을 포함할 수 있다.

촉매는, 예컨대, 공정 중 소비됨이 없이 화학 반응을 촉진하기 위해, 통상 적은 양으로 첨가되는 화합물이다. 초기중합체로부터 폴리우레탄을 생산하는데 사용될 수 있는 적절한 촉매는 아민 및 구체적으로 3차 아민, 유기산, 디부틸틴 디라우레이트(DBTDL), 주석 옥토에이트와 같은 유기금속 화합물 등을 포함한다.

해당분야에 공지되어 있듯이, 충전제가 다공도를 촉진하기 위해 또는 다른 이유로 CMP 패드의 연마성, 예컨대, 물질 제거속도,에 영향을 주기 위해 첨가될 수 있다. 이용될 수 있는 충전제의 특정한 예는 입자 물질, 예컨대, 섬유, 중공 중합체 미립구, 기능적 충전제, 나노입자 등을 포함할 수 있으나 여기에 제한되지 않는다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 감쇠 미공질 폴리우레탄 물질의 제조에 관한 것이다. 바람직한 공정에서, 우레탄 초기중합체는 바람직하게는 계면활성제와 결합되고 발포되어 포말을 생성하고 이것은 다시 경화제와 결합된다. 1종 이상의 임의적인 성분, 예컨대, 촉매, 충전제, 공정 조제, 첨가제, 염료, 항산화제, 안정제, 윤활제 등이 첨가될 수 있거나 초기중합체, 경화제 또는 계면활성제 내에 존재할 수 있다. 1종 이상의 이와 같은 성분은 또한 발포 중 또는 결과로 얻어진 거품에 첨가될 수 있다.

발포는 질소 또는 다른 적절한 기체와 함께, 가압 또는 비-가압 탱크 및 분배 시스템 또는 다른 혼합 시스템을 갖는 상업적인 캐스터와 같은 장치를 사용해서 수행될 수 있다.

많은 경우에, 통상적인 발포 온도는 약 50 내지 약 230 ℉, 예컨대 130 내지 약 185 ℉ 범위 내일 수 있고; 발포 시간은 약 12 내지 약 240 분 범위 내일 수 있으며; 기체, 예컨대 질소 유량은 시간당 약 1 내지 약 20 표준 입방 피트 범위 내일 수 있고; 혼합 속도는 약 500 내지 약 5000 분당회전(rotations per minute, RPM) 범위 내일 수 있다.

포트(pot)는 대기 조건 또는, 압력 하, 예컨대 최대 약 10 기압으로 유지될 수 있다.

경화제 존재 하에 포말이 주조되고 경화되어 폴리우레탄 물질을 생산한다.

주조는 거품을 금형, 예컨대 원하는 CMP 패드 생산에 적절한 금형, 내부로 부음으로써 수행될 수 있다. CMP 패드 생산에 유용한 금형 치수 및 모양이 해당 분야에 공지되어 있다.

미공질 폴리우레탄 물질을 생산하기 위해 포말을 경화 또는 굳히는 것은 오븐, 예컨대, 박스 오븐, 이송 오븐 또는 다른 적절한 오븐 내에서, 적절한 경화 온도에서 그리고 적절한 시간 기간 동안 수행될 수 있다. 상기에 설명된 것과 같은 시스템은 약 50 내지 약 250 ℉ 범위 내의 온도, 예컨대 235 ℉에서, 약 30 분의 시간 기간 동안 경화될 수 있다. 경화 공정 및 그것의 종말점은 시스템의 점도 및 경도의 평가를 통해 결정될 수 있다.

경화는 공기 중 또는 특별한 분위기, 예컨대 질소 또는 다른 적절한 기체 또는 기체의 혼합물 하에서 수행될 수 있다.

경화가 완료되었다고 측정된 후, 예컨대 금형 내의 시스템이 더 이상 부어질 수 없을 때, 굳어진 미공질 생성물은 금형으로부터 이형되고 오븐에서 적절한 온도 및 적절한 시간 기간 동안 후-경화될 수 있다. 예컨대 굳어진 생성물은 약 200 내지 약 250 ℉의 온도 범위 내, 예컨대 235 ℉에서, 몇 시간, 예컨대 8 내지 16 시간 동안 후-경화될 수 있다.

후-경화 후에, 미공질 생성물은 또한 상온에서 몇 시간 내지 하루 또는 더 긴 기간 동안 상태조절될 수 있다.

여기에 설명된 미공질 물질은 바람직하게는 약 25 % 내지 약 50 % 범위 내의 바쇼어 반동성을 갖는다.

물질은 약 0.6 내지 약 1.0 g/cm³, 바람직하게는 약 0.80 내지 약 0.95 범위 내의 밀도를 가질 수 있다.

일부 실시예에서, 미공질 중합체 물질의 경도는 약 30 내지 약 80 D 범위 내이다.

"구멍" 크기로도 지칭되는, 셀 크기는 바람직하게는 물질 전체에서 균일하다. 평균 구멍 크기는 약 2 마이크론(㎛) 내지 약 200 ㎛ 범위 내일 수 있다. 일부 특정한 경우에, 평균 구멍 크기는 약 30 마이크론(㎛) 초과, 예컨대 약 50 내지 약 100 ㎛ 및 그 이상, 예컨대 최대 약 120 ㎛ 및 그 이상의 범위 내이다.

구멍 면적 %는 약 5 % 내지 약 60 % 범위 내일 수 있다.

특정한 기전 또는 해석에 얽매이기를 원하지 않으면서, 비-반응성 기체, 예컨대 질소 또는 다른 불활성 기체로, 계면활성제 존재 하에 발포하는 것은 거품발생 중 구멍 분포 및 크기에 영향을 준다고 믿어진다. 발포 중, 계면활성제는 공기/액체 경계면에서 표면 장력을 조절함으로써 구멍 크기 및 분포를 조절하는 것으로 여겨진다.

상기에 설명된 것과 같은 시스템 및 방법을 사용하여 생산된 CMP 패드는 반도체, 광학, 자기 또는 다른 기재를 평탄화 또는 연마하는데 사용될 수 있다.

<실시예>

일반적인 초기중합체 주조 절차

150 내지 200 그람의 각각의 초기중합체를 미리-칭량된 파인트 주석 캔(~500 ml) 내에서 중량을 측정하였다. 주석 캔을 핫 플레이트 위에 올리고 내용물을 온도계로 관찰하면서, 교반하며, 70 ℃로 가열하였다. 그 후 임의의 용해된 기체를 제거하기 위해 주석 캔을 진공 챔버에 약 3 내지 5 분 동안 두었다. 초기중합체의 온도를 온도계로 다시 측정하였고 60 ℃로 유지하였다. 필요할 경우, 초기중합체를 핫 플레이트 위에서 다시 가열하였다. 전체 중량에서 주석 캔의 중량을 뺌으로써 저울 위에서 주석 캔 내의 초기중합체의 실제 중량을 정확하게 측정하였다.

저울 위의 초기중합체 캔에 경화제를 30초 내에 부었으며 타이머를 즉시 눌렀다. 특별히 다르게 나타내지 않으면, 경화제를 당량을 기준으로 초기중합체 내에 약 95 %의 이용가능한 이소시아네이트기의 아민과 히드록실기의 조합을 제공할 수 있는 수준으로 첨가하였다.

필요한 양의 경화제가 첨가되고 난 후, 공기 방울 포획을 최소화하기 위해, 시스템을 스패츌러(1.5"×6")를 이용해서 약 1 분 동안 부드럽게 손-혼합했다. 그 후 이형제를 미리-분무하고, 박스 오븐 내에서 235 ℉로 예열한 버튼 또는 슬래브 알루미늄 금형에 혼합물을 부었다. 1"의 직경 및 0.5"의 높이를 갖는 일곱 개(7)의 버튼이 제조되었다. 제조된 탄성 중합체 시트는 약 1/16" 또는 1/4 인치 두께였다.

경화는 박스 오븐 내에서 235 ℉에서 수행되었다. 혼합물의 가사시간을 주석 내의 혼합물이 부어질 수 없을 때까지 관찰하였다. 10분 후, 버튼 금형을 오븐에서 꺼내고 이 미가공 경화 단계에서의 물질의 절단의 용이성 및 취성 또는 강도를 시험하기 위해 다용도 칼로 버튼 시료의 최상단 부분을 절단했다. 약 20-30 분에 이형성을 확인하기 위해 버튼 및 슬래브 금형 모두에서 성형품을 꺼냈다.

그 후 버튼과 시트를 약 16 시간 동안 235 ℉에서 후-경화시켰다. 경도 및 반동성 시험 전 적어도 1일 동안 및 다른 물리적 시험 전 적어도 7일 동안 그들을 상온에서 상태조절시켰다.

계면활성제 선택에 따른 초기중합체 발포

500 g의 선택된 초기중합체(필요 시, 150 ℉의 오븐에서 밤새 용융됨)를 건조한 쿼터-크기의 주석 캔(테를 두르지 않은)에 부었다. 계면활성제를 선택하였고 7.5 g의 선택된 계면활성제를 캔에 첨가하였다. 캔을 가열하기 위해 핫 플레이트 위에 올렸고 그 후 안정된 스탠드에 부착된 고정 사슬, 질소 기포 발생을 위해 캔의 바닥에 삽입되는 구리 관 및 3" 프로펠러를 갖는 기계식 혼합기를 장착시켰다. 구리 관을 건조 질소 탱크로부터의 폴리에틸렌(PE) 관에 기체 유량 계량기를 통해 연결하였다. 주석 캔을 핫 플레이트 위에서 가열하면서 균일한 혼합을 위해 혼합물을 약 800 분당회전(rpm)으로 설정시켰다.

캔 내부 온도가 150 ℉(IR 온도 총으로 측정)에 도달시, 혼합 속도를 1500 rpm으로 증가시켰고(타코미터(tachometer)로 측정) 질소 기포를 시간당 5 표준 입방 피트(SCFH)로 틀었다. 질소 발포 시간측정을 시작하였고 발포 부피 관찰을 위해 캔 내부의 액체 수준을 최상단 테로부터 자로 즉시 측정하였다. 60 내지 120 분의 발포 후, 알려진 캔 지름을 이용하는 발포 부피 계산을 위해 액체 수준을 다시 측정하였다(일반적으로 30 % 증가). 발포된 초기중합체를 선택된 경화제와 30 분 내에 수동으로 주조하였고 온도 150 ℉의 오븐 내에 두었다.

경화제 선택과 발포된 초기중합체 주조

약 150 g의 150 ℉의 발포된 초기중합체를 건조한 파인트 크기의 주석 캔(테를 두르지 않은)에 부었다. 스톱와치 시간측정을 시작하였고 약 40 초 후에 사용을 위해 150 ℉ 오븐에 보관된 500 ml 갈색 유리병 내의, 계산된 양의 선택된 경화제, 예컨대 ET5(95 % E300 + 5 % TMP)을 일회용 플라스틱 피펫으로 파인트 캔에 첨가하였다.

1.5 인치-넓이 금속 스패츌러로 캔 내의 혼합물의 혼합을 즉시 시작하였고, 공기 기포 포획을 회피하면서, 1 분 동안 계속하였다. 반응 혼합물을 두 개의 금형: 둘 다 주조 전 스토너(Stoner) M800 이형제로 미리-닦여지고 오븐 내에서 235 ℉로 미리-가열된, 1 인치 버튼 금형 및 1/16 인치 슬래브 금형에 부었다.

두 개의 충전된 금형을 235 ℉의 박스 오븐에 두었다. 시간측정을 엄밀히 관찰하였고 통상적으로 6 내지 7 분인 가사시간의 측정을 위해 혼합물을 더 이상 부을 수 없을 때까지 캔 내부의 혼합물 점도를 스패츌러로 수시로 확인하였다. 10 분 후, 절단 가공성을 확인하기 위해 버튼 시료의 평편한 부분을 다용도 칼로 절단하였다. 버튼 및 슬래브 시료 모두를 혼합 지점으로부터 약 30 분 후에 이형하였다. 이형된 시료들을 235 ℉ 오븐에 16 시간의 후 경화 기간 동안 두었다. 경도(쇼어 D), 반동성(바쇼어), 밀도 및 다공도를 측정하기 위해 버튼 시료를 사용하였다. 경도 및 반동성 측정을 위해, 버튼 시료들을 1+ 일 동안 대기 온도에 상태조절시켰다.

물질

아래에 설명된 실험에서 채용된 우레탄 초기중합체는 상업적으로 획득되었으며 다음을 포함한다: 아디프렌

LF 750D(TDI-PTMEG 초기중합체, LF, 8.79 wt% NCO 가짐); 에어탄

PHP-80D(TDI-PTMEG 초기중합체, LF, 11.1 wt% NCO 가짐); L 325(TDI/H12MDI-PTMEG 초기중합체, 9.11 wt%의 NCO 가짐); LFG 740D(TDI-PPG 초기중합체, LF, 8.75 wt%의 NCO 가짐); LW 570(H12MDI-폴리에테르 초기중합체, 7.74 wt%의 NCO 가짐); 및 LFH 120(HDI-폴리에테르 초기중합체, LF, 12.11 wt%의 NCO 가짐). 초기중합체들은 표 a에 열거되었고 그들의 상업적 명칭, 화학적 조성, 공급자, 및 %NCO로 식별된다.

실시예 1

몇몇의 경화제들을 표 a의 A 내지 G로 식별되는 각각의 폴리우레탄 초기중합체에 대해 평가했다. 시험 된 경화제들은 여기서 MOCA로 식별되는 상업적인 방향족 디아민; 여기서 E300로 식별되는 에타큐어

300(알버말 코포레이션 제조), 여기서 E100으로 식별되는, 에타큐어

100(알버말 코포레이션 제조); 여기서 BDO로 약칭되는, 부탄디올; 및 다음과 같이 정의되는 EP10, EA10, ET5, ET10, E1T5 및 E1T10로 약칭되는, 몇몇의 방향족 디아민 및 트리올의 혼합물을 포함하였다.

EP10 = E300 + 10% TP30

EA10 = E300 + 10% A931

ET 5 = E300 + 5% TMP

ET10 = E300 + 10% TMP

E1T5 = E100 + 5% TMP

E1T10 = E100 + 10% TMP

상기 식에서 TMP는 트리메탄올프로판, TP30은 변형된 TMP 그리고 A931은 지방족 아미노 트리올이다. 백분율은 중량 백분율이다. 표 1은 연구된 시스템을 열거하며, 각각의 시스템은 특정한 우레탄 초기중합체 및 특정한 경화제의 조합에 대응된다. 표 1은 우레탄 초기중합체에 대응하는 문자(표 a로부터), 그 뒤에 채용된 특정한 경화제에 관한 숫자로 각각의 시스템을 식별한다. 예컨대, 시스템 E5는 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체 LW570 및 경화제 ET5를 포함했으며; 시스템 F3는 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체 LFH120 및 경화제 ET5를 포함했고; G2는 방향족 이소시아네이트 폴리에스테르 초기중합체 8570 및 경화제 E300을 포함했다.

중합 조건 하에서, 각각의 시스템 내의 특정한 초기중합체와 특정한 경화제를 결합시켜 수득된 고체 생성물을 경도 및 바쇼어 반동성에 대해 평가하였다. 일부 경우에, 가공성 및 CMP 슬러리 이머젼(immersion)과 같은 다른 지표 또한 연구하였다.

초기중합체가 L325이고 경화제가 MOCA였던, 시스템 C1을 사용해 수득된 고체 생성물은 L325-MOCA를 사용해 형성된 비교 물질이다. 물질이 연마 패드로 가공될 시 미립구 충전제를 첨가하였다.

시료 A2(LF750D 및 MOCA)는 42 %의 바쇼어 반동성을 가졌고 기준으로 사용되었다.

시료 B2, B3 및 B4는 상온에서 10분 경과시 취성임이 밝혀졌다. 시료 E2는 높은 점도를 가졌고 시료 E3는 통상적인 가사시간보다 긴 가사시간을 가졌다. 시료 E6를 제외하고, 표 2에 도시된 나머지 시료들은 적절한 가공성을 보여주었다.

카봇 마이크로일렉트로닉스(Cabot Microelectronics) 제조의 산 슬러리 SS12 및 프렉세어 서페이스 테크놀로지(Praxair Surface Technology) 제조의 염기 슬러리 Cu C2-039와 같은 CMP 슬러리 하에서 몇몇의 시료들을 내화학약품성 또는 안정성에 대해 시험하였다.

그들 중, 시료 A2, A3, B5, C2, E5, G2 및 G3가 안정한 것으로 밝혀졌다.

시스템 B1은 높은 경도를 가졌다. 시스템 E1은 높은 점도를 가졌고 감쇠 시료를 생성시켰다. 시료 E5 및 G4 역시 높은 점도를 보였다. 시료 E3 및 G3는 감쇠했다. 매우 낮은 점도로 특징되는 시스템은 F2 및 F3을 포함했다.

자료는 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체가 방향족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체를 사용하여 수득된 고체 물질에 비해 낮은 바쇼어 반동성을 갖는 고체 물질을 생산하는 경향이 있음을 나타냈다. 특히 최적의 수준으로, 트리올을 방향족 디아민에 첨가하는 것은 순수 방향족 디아민에 비해 바쇼어 반동성을 낮추는 경향이 있다.

바람직한 시스템은 34 %의 바쇼어 반동성을 갖는 물질을 생성시키는 매우 낮은 점도 시스템 F3였다. 또한 바람직한 것은 시스템 E5 및 G2였다.

실시예 2

시스템 E5, F3, 및 G2를 사용하여 계면활성제 선별을 수행하였다. 선별된 계면활성제는 지이 실리콘즈로부터 입수한 (니악스

) L-7500, L-5614, L-1580; 에어 프로덕츠 앤드 캐미칼스 제조의 DC-193, DC-5604 및 DC-5164; 및 다우 코닝 코포레이션 제조의 DC-309, 5098EU 및 Q2-5211였다.

거품발생 성질에 관한 결과가 표 2에 도시되어 있다.

상기 표에서 0는 거품발생 없음을 나타내고, F는 약간의 거품발생을 나타나며 FF는 부분적인 거품발생을 나타낸다. FFF 및 FFFF는, 각각, 강한 거품발생 및 매우 강한 거품발생을 나타낸다.

표 2에 도시되어 있듯이, 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체의 경우, DC-193 (D) 및 Q2-5211 (Q)가 강한 또는 매우 강한 거품발생을 생산했다.

실시예 3

표 1에 A2, A3, B5, C2, C4, D2, D3, E5, E4, F2, F3, G2 및 G4로 식별된 시스템들이 추가의 발포 및 경화 시험에 사용되었다.

첫째, A2, A3, B5, C2, C4, D2, D3, E5, E4, F2, F3, G2 및 G4 시스템 각각의 초기중합체들을 계면활성제를 사용하여 질소로 발포하였고, 계면활성제 수준 및 조건들이 표 3에 도시되었다. 통상적으로 질소 유량은 시간당 5 표준 입방 피트(SCFH)였다. 표 3에서, L은 니악스

계면활성제 L-1800; D는 DC-193 그리고 Q는 Q2-5211를 나타내며 오른쪽 칼럼은 각각의 경우에 관찰된 대략적인 부피 증가%를 나열한다.

그 후 포말을 경화제 존재하여 주조하고 경화하여 미공질 폴리우레탄 시료를 제조했다. 미공질 폴리우레탄 물질의 성질들을 표 4에 도시했다.

표 3 및 4의 왼쪽 칼럼에 도시된 바와 같이, 표 2에 식별된 초기중합체 및 경화제의 많은 조합이 추가로 계면활성제 유형, 수준 및/또는 발포 조건에 따라 설명되었다. 예컨대 F3-b로 식별된 시료는 초기중합체 LFH120을 질소로, DC-193 계면활성제 존재하에, 1.5 PHR의 계면활성제 수준에서, 1500 RPM 혼합을 120 분 동안 사용하여 발포하고; 결과로 얻은 포말을 경화제 ET5 존재하에 경화하여 형성되었다.

본 발명이 그의 바람직한 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 설명되었으나, 그 속에서 형태와 세부사항에 있어서의 다양한 수정이 첨부된 청구항에 포함된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.

Claims

a. 불활성 기체, 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체, 및 폴리실록산-폴리알킬렌 옥사이드 계면활성제를 포함하는 포말;
b. 방향족 디아민을 포함하는 경화제; 및
c. 트리올
을 포함하는 CMP 패드 제조용 시스템.
제1항에 있어서, 상기 트리올이 알콕실화 트리올인 시스템.
제1항에 있어서:
i. 이론적인 양에 대하여, 경화제가 90 내지 105 % 범위 내이고;
ii. 방향족 디아민 및 트리올을 포함한 경화제의 전체 중량에 기초해서, 트리올이 경화제 내에 0.2 내지 15 중량% 범위 내의 양으로 존재하고; 또는
iii. 계면활성제가 시스템 내에 초기중합체 및 계면활성제 전체 중량에 기초해서 0.3 내지 5 wt% 범위 내의 양으로 존재하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 지방족 이소시아네이트가 수소화 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 그들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택된 시스템.
제1항에 있어서, 경화제 존재 하에 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체를 경화시켜 형성된 고체 생성물이 38 % 미만의 바쇼어(Bashore) 반동성을 갖는 시스템.
a. 폴리실록산-폴리알킬렌옥사이드 계면활성제 존재 하에, 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체를 불활성 기체로 발포시켜 포말을 형성하는 단계; 및
b. 방향족 디아민 및 트리올 존재 하에 상기 포말을 중합시키는 단계
를 포함하는 CMP 패드 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 트리올이 알콕실화 트리올인 제조 방법.
제6항에 있어서:
i. 이론적인 양에 대하여, 방향족 디아민 및 트리올을 포함하는 경화제가 90 내지 105 % 범위 내이고;
ii. 방향족 디아민 및 트리올을 포함한 경화제의 전체 중량에 기초해서, 트리올이 경화제 내에 0.2 내지 15 중량% 범위 내의 양으로 존재하고; 또는
iii. 계면활성제가 초기중합체 및 계면활성제 전체 중량에 기초해서 0.3 내지 5 wt% 범위 내의 양으로 존재하는 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 지방족 이소시아네이트가 수소화 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 그들의 임의의 조합으로 구성된 군에서 선택된 제조 방법.
제6항에 있어서, 경화제 존재 하에 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체를 경화시켜 형성된 고체 생성물이 38 % 미만의 바쇼어 반동성을 갖는 제조 방법.
a. 우레탄 초기중합체를 발포하여 포말을 형성하는 단계; 및
b. 경화제 존재 하에 포말을 경화시키고, 그로써 미공질 폴리우레탄을 제조하는 단계
를 포함하며, 여기서 경화제 존재 하에 우레탄 초기중합체를 중합시켜 형성된 고체 생성물이 38 % 미만의 바쇼어 반동성을 갖는 미공질 폴리우레탄 물질 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 경화제가 방향족 디아민 및 트리올을 포함하는 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 우레탄 초기중합체가 지방족 이소시아네이트 폴리에테르 초기중합체 또는 폴리에스테르 우레탄 초기중합체인 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 우레탄 초기중합체가 계면활성제 존재 하에 발포되는 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 포말이 약 50 내지 약 250 ℉ 범위 내의 온도에서 경화되는 제조 방법.
제11항에 있어서, 단계 (c)의 생성물을 후-경화시키는 것을 추가로 포함하는 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 고체 생성물이 30 내지 85 D 범위 내의 경도를 가지고 상기 미공질 폴리우레탄 물질이 30 D 내지 80 D 범위 내의 경도를 가지는 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 미공질 폴리우레탄 물질이 0.6 내지 1.0 범위 내의 밀도, 2 내지 200 ㎛ 범위 내의 평균 구멍 크기 또는 10 내지 50 % 범위 내의 구멍 면적 %를 가지는 제조 방법.
제6항의 방법으로 제조된 미공질 폴리우레탄 물질을 포함하는 CMP 패드.
중합 조건 하에서 결합될 시, 우레탄 초기중합체 및 경화제가 38 % 미만의 바쇼어 반동성 및 30 내지 85 D 범위 내의 경도를 갖는 고체 생성물을 형성하는, 우레탄 초기중합체 및 경화제를 포함하는 미공질 폴리우레탄 제조용 시스템.