研磨制品及其制造方法 【发明领域】
本发明涉及可在洁净室用来清洁金属、玻璃或塑料的表面的研磨制品以及制造这种研磨制品的方法。
【发明背景】
已开发出了多种清洁用的研磨部件，它们把擦刷表面结合在聚氨酯或其它聚合物的海绵状物中。美国专利3,414,928描述了一种海绵，它在聚氨酯或聚乙酸酯海绵的表面上栽有塑料的或金属丝的毛。美国专利3,570,036描述了一种多层的聚氨酯海绵，其中表面几层包括有不同质地的交错安装的聚氨酯层叠窄条。美国专利3,810,841叙述了具有至少一层网状层以作为添加剂出口的海绵中，可将研磨剂以及其它添加剂如肥皂和洗涤剂一体化地结合在其中。
在制造半导体、磁性存储介质、或薄膜电路或薄膜半导体的洁净室中，经常会遇到清洁处理问题。常常必须清洁金属、玻璃或塑料的表面以除去金属或其它颗粒，除去有机物和其它残留物。例如，在洁净室中当安装完一根金属管后，必须清洁该金属管的内表面，以清除原先在制造、切割或表面加工中遗留下的金属颗粒。
理想的在洁净室内清洁金属、玻璃或塑料表面用的制品应满足一定的标准。这样的制品必须是亲水性的并且是能散逸静电的。特别是(但非独一无二)，如果是用于生产半导体、磁性储存介质或薄膜电路的洁净室的这种制品，当浸入去离子水中时所释放出来的有潜在破坏性地颗粒计数必须非常低，特别是尺寸大于约0.5μm的颗粒；同时，当浸入去离子水中时所释放出来的潜在有害离子计数也必须非常低，特别是氯化物离子、氟化物离子、钠离子、硫酸盐离子、亚硫酸盐离子或硅离子。迄今为止，还没有一种洁净室用来清洁金属、玻璃或塑料表面的擦净块能满足所有这些标准。
发明概述
本发明涉及一种研磨制品，它包括一层研磨层，一层粘合在研磨层上的聚氨酯膜结构，以及一层粘合在聚氨酯膜结构上的基片。当该研磨制品被浸入去离子水中时，它释放出的尺寸大于约0.5μm的颗粒数量小于约每平方米组织结构36.0×106个，它释放出的氯化物离子、氟化物离子、钠离子、硫酸盐离子、亚硫酸盐离子或硅离子的浓度小于约2.5ppm。
研磨制品内所用的基片是开孔型、能散逸静电、亲水的聚氨酯泡沫。聚氨酯膜结构优选包括两个互相粘合的聚氨酯膜层，而其中一层聚氨酯膜粘合在研磨层上。最优选的是，聚氨酯膜层之一为高熔点聚氨酯，而另一层聚氨酯膜为低熔点聚氨酯。低熔点聚氨酯膜层粘合在研磨层上，高熔点聚氨酯层粘合在低熔点聚氨酯膜层上，而基片则粘合在高熔点聚氨酯层上。
本发明还涉及制造研磨制品的方法。该方法包括把聚氨酯膜结构粘合到研磨层上，并把基片粘合到聚氨酯层上。当聚氨酯膜结构包括两层聚氨酯膜层时，该方法包括将第一层聚氨酯膜层粘合到研磨层上，再把第二层聚氨酯膜层粘合到第一层聚氨酯膜层上，再把基片粘合到第二层聚氨酯膜层上。优选第一层聚氨酯膜层为低熔点聚氨酯，而第二层聚氨酯膜层为高熔点聚氨酯。发明详述
本发明涉及一种研磨制品，特别涉及研磨块。本发明还涉及制造该研磨制品的方法。本发明的研磨制品具有一层研磨层，一层粘合在研磨层上的聚氨酯膜结构，以及一层粘合在聚氨酯膜结构上的基片。
本发明所用的研磨层内包括有研磨用颗粒。个别的研磨颗粒可从研磨技术常用的颗粒中选取，但研磨颗粒(尺寸和组成)将基于本发明适用的研磨颗粒来选取，包括与加工件匹配的硬度和颗粒大小。
研磨颗粒可分为天然研磨剂和人工研磨剂两类，天然研磨剂的例子包括：钻石、刚玉、金刚砂、柘榴石、bubrstone、石类、砂石、燧石、石英岩、硅石、长石、浮石和滑石。人工研磨剂的例子包括：一碳化六硼、立方晶一氮化硼、熔融过的矾土、陶瓷氧化铝、热处理过的氧化铝、矾土氧化锆、玻璃、碳化硅、铁的氧化物(iron oxides)、碳化钽、氧化铈、氧化锡、二氧化钛、合成钻石、二氧化锰、氧化锆以及氮化硅。
用于本发明的研磨颗粒的颗粒尺寸约在60格立特(grit)至1200格立特的范围内。
在此，术语“研磨颗粒”包括单个研磨颗粒的附聚物。当多个研磨颗粒用粘合剂粘合在一起而形成一个大的研磨颗粒时，就形成了研磨附聚物，它可有特殊的颗粒结构。形成研磨附聚物的颗粒可含有一种以上的研磨颗粒。
本发明的研磨制品还包括聚氨酯膜结构。本发明所用的聚氨酯膜结构包括至少两层聚氨酯膜层。该两层聚氨酯膜层互相粘合，其中一层被粘合在研磨层上。任何聚氨酯聚合物都可用作膜层，每层所用的聚氨酯聚合物可以是相同的，也可以是不同的。优选的是，膜层之一是低熔点氨酯层。在此，术语“低熔点聚氨酯层”指的是在较低温度下熔化的，而术语“高熔点聚氨酯层”指的是在较高温度下熔化的。本发明可用的低熔点聚氨酯的例子为PURO HI，它可从美国新泽西州的Adhesive Films,Inc.公司(4 Barnett Road,Pine Brook,NJ07058)购物。本发明可用的高熔点聚氨酯的例子为PT 6100S，它可从美国马萨诸塞州的Deerfield Urethane Inc.公司(Route 5 &10,Box186,South Deerfield,MA 01273)购得。低熔点聚氨酯被粘合在研磨层上，而高熔点聚氨酯则被粘合在低熔点聚氨酯上。
本发明所用的基片是开孔型、能散逸静电、亲水的聚氨酯泡沫，并被粘合在聚氨酯膜结构上。本发明所用的聚氨酯泡沫是天然能散逸静电的材料，也就是说它是静电(ESD)安全的。该聚氨酯泡沫材料的表面电阻率为107至约108欧姆/cm2。通常认为具有小于1012欧姆/cm2表面电阻率的材料为ESD安全材料。表面电阻率大于1012欧姆/cm2的材料需加以处理，例如用表面活性剂进行加工，以使表面电阻率降至可接受的水平。
可用于本发明的开孔、消静电、亲水聚氨酯的例子为UltraSOLV,它可从Wilshire Technologies,Inc.公司购得。
本发明的研磨制品的制造方法是，把聚氨酯膜结构粘合到研磨层上，然后再把基片粘合到聚氨酯膜结构上。当聚氨酯膜结构包括有低熔点聚氨酯层和高熔点聚氨酯层时，研磨制品的制造方法是，把低熔点聚氨酯层粘合到研磨层上，再把高熔点聚氨酯膜粘合到低熔点聚氨酯膜上，然后把基片粘合到高熔点聚氨酯膜上。
本发明的研磨制品优选为板块状，其尺寸约从1″×2″至约10″×10″。板块的边通常是平行的，具有两个宽阔表面、两条长边和两个短的端面，是一个块状物。研磨制品可以是三角形板块、棒状或是其它形状，视用途而定。
整个研磨制品或研磨制品的部件，如基片，是可以洗涤的，有如美国专利5,460,655所述。该专利内容已以参考文献引入本发明书。可以洗涤的目的是最大限度地减少释放的潜在破坏性颗粒，特别是尺寸大于约0.5μm的颗粒，另一目的是最大限度地减少潜在释放的潜在有害离子，特别是氯化物离子、氟化物离子、钠离子、硫酸盐离子、亚硫酸盐离子或硅离子。
明确地说，洗涤本制品是为了使本制品在被浸入去离子水中时所释放出的尺寸大于约0.5μm的颗粒数量少于每平方米视在表面积约36×106个，所释放的氯化物离子、氟化物离子、钠离子、硫酸盐离子、亚硫酸盐离子或硅离子浓度少于2.5ppm。洗涤加工不仅能减少使用时从制品释放出的颗粒数和减少残留的化学污染物，而且能减少在使用时有可能从制品释放出来的不挥发残留物的总量(TNVR)。
通常，洗涤加工使用以不同摩尔比率悬浮在例如草酸钠、油酸钠、高氯酸钠和过硫酸钠中的洗涤剂。该洗涤剂溶液含有的离子、包括氯化物离子、溴化物离子、钠离子等不多于0.002％。可任选在洗涤剂中包括氧化剂、缓冲剂和弱酸以使该材料最适地特定的用途。洗涤加工的优选温度范围约在104°F(40℃)和约149°F(65℃)之间。
整个制品可在各部件最后组装完毕后进行洗涤，也可把制品的每个部件，特别是研磨层和基片在组装前各别洗涤。
下面将给出本发明的示例性但非限制性的实施例。实施例1-研磨板的结构
将一种称为Micro-Mesh的研磨片研磨面朝下放在清洁的表面上。该研磨片是美国依阿华州的Micro-Surface Finishing Products,Inc.公司(1217 West Street,Wilton,Iowa)销售的。该研磨片上含有颗粒尺寸为180格立特的碳化硅研磨颗粒。将一种称为PURO HI的低熔点聚氨酯膜叠在研磨片的织物面上。该低熔点聚氨酯膜是美国新泽西州的Adhesive Films,Inc.公司(4 Barnett Road,PrineBrook,NJ 07058)销售的。然后将称为PT 6100S的高熔点聚氨酯膜放在低熔点聚氨酯膜上。该高熔点聚氨酯膜是美国马萨诸塞州的Deerfield Urethane,Inc.公司(Route 5 & 10,Box 186,SouthDeerfield,MA)销售的。然后剪切出3.5×4.5英寸的四层膜。该四层膜然后被放置在温度控制在360°F的加热板上，将研磨面朝着加热板。然后将尺寸为4×5英寸的10磅的重物放在加热板顶部。45秒钟以后，该层压物被从加热板上取下并切剪成3×4英寸的块。由加拿大的元素研究公司(309-267 West Esplanade,North Vancouver,British Co1umbia,Canada)对该研磨块进行了激光消融ICP-MS分析。激光消融ICP-MS分析的是被激光除去并气化的那层材料。该材料进入到一个真空室并用质谱测定法进行了分析。分析的结果如下表1所示。
表1
锂 ＜0.01
铍 0.17
硼 0.2
钠 11.0
镁 40.0
铝 170
硫 12.0
钙 未测出
钪 ＜0.1
钛 52.0
钒 15.0
铬 19.0
锰 6.5
铁 180.0
钴 0.18
镍 9.10
铜 11.0
锌 ＜0.01
镓 ＜0.01
锗 0.60
砷 0.65
硒 ＜1
溴 0.08
铷 0.06
锶 1.70
钇 0.32
锆 2.70
铌 ＜0.01
钼 0.51
钌 ＜0.01
铑 ＜0.01
钯 ＜0.01
银 ＜0.01
镉 0.07
铟 ＜0.01
锡 0.22
锑 0.05
碲 0.37
碘 0.03
铯 ＜0.01
钡 6.20
镧 0.33
铈 0.45
镨 0.16
钕 ＜0.01
铕 ＜0.01
钐 0.05
钆 0.11
铽 0.04
镝 0.03
钬 0.03
铒 0.06
铥 0.04
镱 0.10
镥 0.02
铪 0.03
钽 0.02
钨 ＜0.01
铼 ＜0.01
锇 ＜0.01
铱 ＜0.01
铂 0.04
金 ＜0.01
汞 0.01
铊 ＜0.01
铅 3.80
铋 0.07
钍 ＜0.01
铀 ＜0.01是整个研磨块在组装完成后洗涤，还是各个部件在组装前洗涤？是各个部件(只有泡沫)在组装前被洗涤。实施例2：与Scorchbrite的比较
有几块Scotchbrite研磨块经受了激光消融ICP-MS分析。分析的结果示于下表2。
表2
G1-PAD-7447a G1-PAD-7447b G1-PAD-7447c
锂 32.0 77.0 59.0
铍 2.40 3.20 2.30
硼 12.0 20.0 14.0
钠 520 390 430
镁 2200 3200 2700
铝 主要组分 主要组分 主要组分
硅 3300 5300 4300
硫 32.0 35.0 30.0
钙 56000 65000 62000
钪 2.4 4.6 2.0
钛 5900 9200 9000
钒 16.0 42.0 46.0
铬 530 310 320
锰 590 830 710
铁 6300 8500 8500
钴 0.71 1.50 1.40
镍 9.90 13.0 17.0
铜 29.0 23.0 31.0
锌 15.0 19.0 16.0
镓 27.0 51.0 37.0
锗 10.0 16.0 15.0
砷 3.10 4.80 20.0
硒 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01
溴 0.10 0.10 0.07
铷 6.20 7.50 5.10
锶 170 150 130
钇 79.0 99.0 61.0
锆 390 990 480
铌 1.50 13.0 4.90
钼 9.60 6.50 6.30
钌 0.02 0.02 ＜0.01
铑 0.08 0.05 ＜0.01
钯 2.10 2.70 1.70
银 0.46 1.50 0.52
镉 0.21 0.17 0.35
铟 0.23 0.18 0.41
锡 18.0 6.90 6.40
锑 3.30 3.20 2.80
碲 ＜0.01 0.19 0.37
碘 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01
铯 0.07 0.16 0.18
钡 63.0 89.0 65.0
镧 63.0 62.0 47.0
铈 210 260 150
镨 14.0 28.0 14.0
钕 54.0 81.0 46.0
铕 3.30 4.0 4.0
钐 14.0 17.0 12.0
钆 34.0 43.0 26.0
铽 2.40 3.40 2.10
镝 19.0 29.0 13.0
钬 3.70 5.50 3.0
铒 11.0 17.0 7.60
铥 1.90 3.40 1.40
镱 16.0 26.0 16.0
镥 1.60 3.0 1.20
铪 12.0 39.0 15.0
钽 0.09 0.86 0.33
钨 0.41 1.80 0.71
铼 0.04 0.09 0.16
饿 ＜0.01 0.17 ＜0.01
铱 ＜0.01 ＜0.01 0.03
铂 ＜0.01 ＜0.01 0.11
金 ＜0.01 ＜0.01 0.05
汞 0.10 0.08 0.22
铊 ＜0.01 ＜0.01 0.06
铅 12.0 23.0 15.0
铋 0.49 0.71 4.0
钍 50.0 82.0 50.0
铀 12.0 41.0 12.0
比较结果：如表1～2所示，本发明的研磨制品所含有的金属离子比测试过的Scotchbrite研磨块要少。