[发明专利]透光性改进的浇注型聚氨酯弹性体制造方法及其作为抛光垫窗口材料的应用

说明书

本发明涉及一种浇注型聚氨酯弹性体的制造方法，该法包含了特定的浇铸和成型工艺条件等，具体是先形成包含端异氰酸酯基聚氨酯预聚物、二胺类扩链剂和含氟烃类化合物的浇注混合物，然后使浇注混合物在特定温度条件下停留一段时间，最后进行固化；借由该法制得的聚氨酯弹性体材料，在不损失诸如硬度和储能模量等力学性能的前提下，具有改进的透光性能；可以用作诸如化学机械抛光(CMP)过程中的光学终点检测材料等的用途。

技术领域

本发明涉及一种浇注型聚氨酯弹性体制造方法，具体是一种透光性改进的浇注型聚氨酯弹性体，及作为抛光垫窗口材料的应用。

背景技术

浇注型聚氨酯弹性体(CPU)是将低聚物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂反应制得。根据低聚物多元醇的类型，分为聚氧化丙烯醚型、聚四亚甲基醚型、聚酯型和聚己内酯型；根据多异氰酸酯的类型，分为TDI(甲苯二异氰酸酯)型、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)型和其它异氰酸酯型；根据扩链剂的类型，分为醇扩链型和胺扩链型等。

通常，CPU的加工制造选用两步法。第一步，将低聚物多元醇和多异氰酸酯在一定条件下反应生成预聚物；第二步，将扩链剂加入预聚物中，形成混合物，将其注入模具中，并在一定条件下固化，获得最终制品。

在行业内，CPU的混合物在模具中的成型固化也被称作硫化过程，依次又分为成型硫化、后硫化和后熟化。

成型硫化是CPU制品脱模前在模具中硫化的过程。成型硫化的温度以100-120℃为宜，聚醚型可选择100-110℃，聚酯型可选择110-120℃，脱模时间10-60分钟，以制品具备脱模强度、脱模时不发生永久变形为原则；同时，还应兼顾模具、设备的利用率。

后硫化是制品脱模后继续加热硫化的过程。后硫化温度一般低于成型硫化温度，以90-110℃为宜，后硫化时间为10-48小时，以使NCO基反应完全。

后熟化是完成后硫化的制品在室温下或稍高温度下放置一周，使制品的结构和物性达到最佳状态的过程。

通过浇注过程获得的聚氨酯弹性体材料被广泛应用于各个行业或工况。其中，包含了在化学机械抛光(CMP)过程中，作为抛光垫的窗口的应用。

如CN1068814C、US6280290(B1)等所披露，借助由聚氨酯材料形成的抛光垫窗口，在CMP过程中实现了光学方法探测晶片表面状态的目的。

现有技术制造的抛光垫窗口，如CN102310366B所披露，窗口材料是包含异氰酸酯封端的预聚物与胺类固化剂(如3,3’二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺，MOCA)的反应产物。具体地说，预聚物由芳族异氰酸酯(包含最优选小于12重量％的脂族异氰酸酯)，与聚四氢呋喃二醇(PTMEG)反应形成，NCO含量为8.75-9.40wt％。在一个实施例中，浇注过程被描述为，将预聚物和MOCA混合起来，加入模具中，先在93℃的烘箱中加热20min，紧接着在104℃的烘箱中加热15h40min，最后降温至21℃，并停留2h。

上述配方及加工工艺提供了改进性能的窗口材料，包含其的抛光垫在CMP过程中呈现出较低抛光缺陷(如对基片造成划痕)。但不利的是，该窗口材料的透光率较低，如在670nm下的透光率为20-50％(厚度约为1.27mm)，缺乏高要求抛光应用所需的透光性。

已报道发明案例，如CN100347826C和CN102161182B，主要以脂肪族异氰酸酯为基本组分，形成脂肪族的聚氨酯窗口材料，实现改进窗口透光性的目的：