BR112019016384B1 - Pasta fluida de carbonato de cálcio - Google Patents

Abstract

Uma composição é fornecida a qual compreende uma pasta fluida de carbonato de cálcio. A pasta fluida de carbonato de cálcio compreende uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução, onde a solução compreende um dispersante e um surfactante aniônico. A concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA COM PEDIDOS RELACIONADOS FUNDAMENTOS

[0001] Na indústria de semicondutores, muitas diferentes pastas fluidas comercializadas existem para o polimento químico mecânico (CMP) de substratos, incluindo pastas fluidas de polimento de sílica e céria. Estas pastas fluidas comercializadas podem ser úteis no polimento de filmes de óxido e metais em um substrato, mas eles podem ser indesejáveis no polimento de materiais macios, incluindo filmes de polímero tais como hidrogéis poliméricos, que podem ser facilmente susceptíveis a riscos. Substratos podem ser revestidos com materiais macios e podem incluir funcionalidades de nanoescala. Por exemplo, um substrato de vidro revestido com um material macio pode ser usado em sistemas sequenciadores de genes bem como em outros sistemas de análise biológica ou química.

[0002] Para evitar ou minimizar riscos em materiais macios, soluções sem partículas foram usadas para o polimento de materiais macios. Por exemplo, uma solução livre de partículas contendo água e dodecil sulfato de sódio (SDS) foi usada para polir materiais macios. No entanto, tais processos podem ser difíceis de controlar de maneira precisa, envolvendo geralmente um longo tempo de corrida e/ou uma alta pressão que contribui para o rompimento de substrato e deformação no polidor.

SUMÁRIO

[0003] Detalhes de uma ou mais implementações da matéria descrita neste relatório são definidos nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras funcionalidades, aspectos, e vantagens serão aparentes a partir da descrição, dos desenhos, e das reivindicações. Note que as dimensões relativas das seguintes figuras podem não estar em escala a menos que seja indicado especificamente como sendo desenhos em escala.

[0004] Em algumas implementações, uma composição é fornecida. A composição inclui uma pasta fluida de carbonato de cálcio compreendendo uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução, onde a solução compreende um dispersante e um tensoativo aniônico, e uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso. Em algumas implementações, um ou ambos dentre o dispersante e o tensoativo aniônico reduzem um potencial zeta da pasta fluida. Em algumas implementações, um potencial zeta da pasta fluida é igual a ou menor do que cerca de -50 mV. Em algumas implementações, o dispersante inclui poliacrilato de sódio, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, citrato de sódio, ou combinações dos mesmos. Em algumas implementações, o tensoativo aniônico inclui dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, octil fenol etoxilato, ou combinações dos mesmos. Em algumas implementações, um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio está entre cerca de 10 nm e cerca de 3 μm. Em algumas implementações, menos do que cerca de 5% de um número total das partículas de carbonato de cálcio possui um diâmetro maior do que cerca de 4 μm.

[0005] Em algumas implementações, um método é fornecido. O método inclui polir uma superfície de um substrato com uma pasta fluida de carbonato de cálcio, onde o substrato é revestido com um material macio, onde a pasta fluida de carbonato de cálcio compreende um dispersante, um tensoativo aniônico, e uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução. Em algumas implementações, uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso. Em algumas implementações, o material macio inclui um hidrogel polimérico orgânico. Em algumas implementações, o método inclui adicionalmente misturar, antes de polir o substrato, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio na solução com o dispersante e o tensoativo aniônico usando um ou mais dentre uma barra de agitação magnética, misturador do tipo impulsor, bomba de diafragma, bomba de pasta fluida, bomba peristáltica, e bomba de alta pressão. Em algumas implementações, o substrato inclui uma pluralidade de funcionalidades, cada uma das funcionalidades tendo um diâmetro entre cerca de 1 nm e cerca de 100 nm. Em algumas implementações, polir a superfície do substrato revestido com o material macio ocorre sem arranhar substancialmente a superfície do substrato. Em algumas implementações, um ou ambos dentre o dispersante e o tensoativo aniônico reduz um potencial zeta da pasta fluida. Em algumas implementações, um potencial zeta da pasta fluida é igual a ou menor do que -50 mV.

[0006] Em algumas implementações, um método é fornecido. O método inclui misturar um dispersante e um tensoativo aniônico em uma solução e adicionar uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas na solução para formar uma pasta fluida, onde uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida é menor do que cerca de 2,0 % em peso. Em algumas implementações, o método inclui adicionalmente misturar a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio com o tempo para manter a suspensão das partículas de carbonato de cálcio na solução.

[0007] Estas e outras implementações são descritas em maior detalhe com referência as Figuras e à seguinte descrição detalhada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0008] As várias implementações reveladas aqui são ilustradas por meio de exemplo, e não por meio de limitação, nas figuras dos desenhos anexos, em que números de referência semelhantes se referem a elementos similares.

[0009] A Figura 1 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários dispersantes.

[00010] A Figura 2 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta para pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários pesos moleculares de dispersante de poliacrilato de sódio.

[00011] As Figuras 3A e 3B mostram dados de exemplo ilustrando potencial zeta para pastas fluidas de carbonato de cálcio com diferentes concentrações de dispersante de poliacrilato de sódio.

[00012] A Figura 4 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários tensoativos.

[00013] A Figura 5 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários dispersantes combinados com tensoativo de dodecil sulfato de sódio (SDS).

[00014] A Figura 6 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio em pH diferente.

[00015] A Figura 7 mostra dados de exemplo ilustrando a turbidez de uma pasta fluida de carbonato de cálcio sem aditivos e uma pasta fluida de carbonato de cálcio com um dispersante e um tensoativo.

[00016] As Figuras 8A-8D mostram imagens de exemplo de pastas fluidas de carbonato de cálcio com diferentes tamanhos de partículas de carbonato de cálcio após 2 horas, 4 horas, 7 horas e 24 horas, respectivamente.

[00017] A Figura 9A mostra dados de exemplo ilustrando uma porcentagem de partículas de carbonato de cálcio superdimensionadas com o tempo para uma pasta fluida de 2 μm misturada com a bomba de diafragma e uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma barra de agitação.

[00018] A Figura 9B mostra dados de exemplo ilustrando uma porcentagem de partículas de carbonato de cálcio superdimensionadas com o tempo para uma pasta fluida de 700 nm misturada com a bomba de diafragma e uma pasta fluida de 700 nm misturada com uma barra de agitação.

[00019] A Figura 10A mostra dados de exemplo ilustrando medições de sólidos percentuais para uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma barra de agitação e uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma bomba de diafragma.

[00020] A Figura 10B mostra dados de exemplo ilustrando medições de sólidos percentuais para uma pasta fluida de 700 nm misturada com uma barra de agitação e uma pasta fluida de 700 nm misturada com a bomba de diafragma.

[00021] A Figura 11A-11C mostram uma série de imagens de substratos polidos usando várias pastas fluidas de carbonato de cálcio de exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00022] A presente descrição nem está limitada a qualquer aspecto único nem implementação, nem a qualquer combinação e/ou permutação de tais aspectos e/ou implementações. Além disso, cada um dos aspectos da presente descrição, e/ou implementações dos mesmos, pode ser empregado sozinho ou em combinação com um ou mais de outros aspectos e/ou implementações dos mesmos. Para o bem da brevidade, muitas destas permutações e combinações não serão discutidas e/ou ilustradas separadamente aqui.

[00023] A presente descrição fornece uma pasta fluida, e mais particularmente uma pasta fluida com partículas de carbonato de cálcio que permanecem em suspensão por um período de tempo relativamente longo e são relativamente resistentes à agregação. Por exemplo, a pasta fluida com partículas de carbonato de cálcio permanece em suspensão por pelo menos seis dias (por exemplo, sete, oito, nove, dez, doze ou mais) e é relativamente resistente à agregação tendo um potencial zeta que é igual a ou menos do que -50 mV. A pasta fluida pode ser usada no polimento de substratos, incluindo substratos revestidos com materiais macios. Como usado aqui e através desta descrição, materiais “macios” podem incluir qualquer material de polímero ou material monomérico que é curado ou reticulado. Uma pasta fluida com grandes partículas ou agregados de partículas pode causar riscos durante o polimento de materiais macios a partir de um substrato. Uma formulação de pasta fluida eficaz da presente descrição pode incluir partículas de carbonato de cálcio relativamente pequenas, uma concentração relativamente baixa de partículas de carbonato de cálcio, um dispersante, e um tensoativo, onde o dispersante e o tensoativo podem manter as partículas em suspensão com o tempo e reduzem a agregação.

[00024] Em um aspecto, uma pasta fluida da presente descrição inclui pelo menos um dispersante e um tensoativo. A pasta fluida inclui adicionalmente uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução, onde a solução inclui o dispersante e o tensoativo. Em algumas implementações, a solução pode incluir adicionalmente um tampão. Um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser relativamente pequeno, tal como abaixo de um diâmetro médio limiar. Em algumas implementações, as partículas de carbonato de cálcio possuem um diâmetro médio igual a ou menor do que cerca de 5 μm, entre cerca de 10 nm e cerca de 3 μm, entre cerca de 30 nm e cerca de 2 μm, entre cerca de 300 nm e cerca de 2 μm, ou entre cerca de 500 nm e cerca de 1 μm, onde o termo “cerca de” com relação ao diâmetro médio das partículas de carbonato de cálcio se refere a valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado. Outros valores maiores ou menores também são possíveis. A concentração do carbonato de cálcio na pasta fluida pode ser igual a ou menor do que cerca de 5,0 % em peso, igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso, entre cerca de 0,05 % em peso e cerca de 1,0 % em peso, entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 1,0 % em peso, ou entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 0,5 % em peso, onde o termo “cerca de” com relação à concentração de carbonato de cálcio através desta descrição se refere a valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado. O dispersante pode servir para estabilizar distribuições de partícula na solução. O dispersante pode ser selecionado para reduzir um potencial zeta da pasta fluida, onde um potencial zeta mais negativo indica que as partículas são mais propensas a se repelir e menos propensas a formar agregados. Em algumas implementações, o potencial zeta da pasta fluida pode ser igual a ou menor do que cerca de -50 mV. Exemplos de dispersantes incluem poliacrilato de sódio, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, e citrato de sódio. Um ou ambos dentre o dispersante e o tensoativo pode servir para estabilizar a turbidez da pasta fluida. O tensoativo pode servir como um lubrificante que diminui a tensão superficial entre dois líquidos ou entre um líquido e um sólido. Em um exemplo, a pasta fluida pode incluir um tensoativo aniônico que limita o acúmulo de carga de superfície, reduzindo desta forma o potencial zeta de forma que as partículas não irão se agregar. Exemplos de tensoativos incluem dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, e octil fenol etoxilato. O pH da pasta fluida pode ser entre cerca de 7 e cerca de 12, tal como entre cerca de 8,5 e cerca de 10,5.

[00025] Como usado aqui, um “substrato” pode se referir a um suporte sólido. Em algumas implementações, o termo inclui qualquer material que pode servir como uma fundação de semissólido ou sólido para funcionalidades tais como poços ou canais para a deposição de ácidos nucleicos. Um substrato pode incluir quaisquer materiais de substrato apropriados, incluindo mas não limitado a vidro, vidro modificado, vidro funcionalizado, sílica, quartzo, silício, plástico, metal, óxido de metal, ou combinações dos mesmos. Em algumas implementações, vidro modificado inclui uma camada grossa (por exemplo, maior do que cerca de 5 nm) de material no vidro que altera uma ou mais propriedades do vidro, vidro funcional inclui uma ligação covalente ou semi- covalente na superfície do vidro, e sílica inclui um tipo de vidro com uma diferente composição de base do que o vidro tradicional, onde o termo “cerca de” com relação à espessura da camada grossa do vidro modificado através desta descrição se refere a valores dentro de mais ou menos 10 porcento do valor declarado. Em algumas implementações, o substrato inclui uma mistura de polímero curada no vidro, tal como um material resistente nanoimpresso em vidro.

[00026] Em algumas implementações, o substrato pode incluir uma ou mais funcionalidades. Uma funcionalidade pode se referir a um elemento físico discreto ou traço físico discreto de um substrato. Um elemento físico discreto pode incluir um componente do substrato que é fisicamente ou estruturalmente distinguível. Um traço físico discreto de um substrato pode incluir um aspecto do substrato em si que fornece capacidade de separação física ou funcional. Por exemplo, funcionalidades do substrato podem ser na forma de um poço ou canal, que podem ser elementos físicos discretos do substrato. O substrato pode ser parte de um arranjo para sistemas de análise química ou biológica. Sequenciadores, tais como sequenciadores de DNA ou RNA e outros sistemas de análise biológica ou química, podem usar um substrato de vidro tendo canais de fluxo microfluídicos fornecidos aqui. Dimensões das funcionalidades do substrato podem ser medidas em uma escala de nanômetro (nm), tal que as funcionalidades podem ser referidas como nano-funcionalidades de acordo com algumas implementações. Por exemplo, uma nano-funcionalidade pode ter um diâmetro entre 0,5 nm e cerca de 500 nm, entre cerca de 1 nm e cerca de 100 nm, ou entre cerca de 5 nm e cerca de 50 nm, onde o termo “cerca de” com relação a um diâmetro de uma funcionalidade através desta descrição se refere a valores dentro de mais ou menos 10 porcento do valor declarado.

[00027] Materiais macios podem ser parte de um substrato ou revestidos em um substrato, onde um material macio pode incluir qualquer material de polímero ou material monomérico que é curado ou reticulado. Em algumas implementações, um substrato pode ser revestido com um material macio, incluindo mas não limitado a um polímero, um hidrogel inorgânico, ou um hidrogel polimérico orgânico. Por exemplo, o material macio pode incluir um hidrogel de poliacrilamida. Sequenciadores podem confiar na anexação de filamentos de ácido nucleico para uma superfície revestida com hidrogel de um substrato durante a operação. Em algumas outras implementações, um substrato pode ser feito de um material macio, incluindo mas não limitado a um arranjo de silício - hidrocarboneto.

[00028] Em algumas implementações, o substrato pode ser revestido com mais do que uma camada de material macio. Por exemplo, uma superfície de substrato pode ser revestida com uma camada de resistência, e um hidrogel polimérico orgânico pode ser formado na camada de resistência. A camada de resistência e o hidrogel polimérico orgânico podem ser considerados “macios.” Em algumas implementações, a camada de resistência é um material de resistência polimérico nanoimpresso revestido através de métodos de litografia de nanoimpressão.

[00029] Como usado aqui, “polir” um substrato pode se referir ao tratamento mecânico e/ou químico de um substrato. Em algumas implementações, polir pode se referir à remoção de uma parte de um substrato ou um revestimento em um substrato. Polir pode se referir a esfregar, desgastar, suavizar, ou tratar de outra maneira uma superfície de um substrato para produzir uma superfície alterada do substrato. Polir um substrato revestido com materiais macios pode envolver a remoção de pelo menos parte dos materiais macios a partir do substrato. Em algumas implementações, o substrato pode ser revestido com um primeiro material macio e um segundo material macio, onde o segundo material macio possui uma dureza menor do que o primeiro material macio, e polir o substrato pode envolver a remoção do segundo material macio sem remoção do primeiro material macio. Por exemplo, uma superfície de substrato pode incluir uma camada de resistência revestida com uma camada de polímero de acrilato que é mais macia do que a camada de resistência, onde o polimento do substrato pode incluir a remoção da camada de polímero de acrilato sem danificar a camada de resistência.

[00030] Quando se usa pastas fluidas pré-existentes para polir materiais macios revestidos ou parte de um substrato, a superfície do substrato pode ser susceptível a riscos. Em algumas implementações, uma camada subjacente em que o material macio é formado pode ser susceptível a riscos. A superfície do substrato que é susceptível a riscos pode incluir tais camadas. Por exemplo, onde uma superfície de um substrato inclui uma camada de resistência e uma camada de polímero de acrilato mais macia é disposta sobre a camada de resistência, a camada de polímero de acrilato é polida mas a camada de resistência pode ser arranhada por pastas fluidas pré-existentes. Em adição, materiais macios revestidos ou parte de um substrato são difíceis de otimizar com pastas fluidas pré-existentes e possuem exploração de recursos mais rápida, que envolve partículas escavando as funcionalidades de superfície durante o polimento para causar a remoção em excesso de material em uma área. Uma pasta fluida pré- existente, tal como uma pasta fluida de polimento de sílica e céria, pode riscar a superfície do substrato e deixar partículas em nano-funcionalidades do substrato. No entanto, métodos pré-existentes usando formulações sem partículas exibem alta variabilidade durante o polimento, necessitam de um longo tempo de corrida, possuem nano-funcionalidades de limpeza de dificuldade, e precisam de uma alta pressão que pode levar ao rompimento de substrato e deformação no polidor.

[00031] A presente descrição fornece em alguns exemplos uma composição incluindo uma pasta fluida, onde a pasta fluida inclui uma pluralidade de partículas em um líquido. Em algumas implementações, a composição da presente descrição consiste em ou consiste essencialmente na pasta fluida. Como usado aqui, uma “pasta fluida” pode se referir a uma mistura de fluido incluindo partículas em um líquido. Uma pasta fluida de carbonato de cálcio inclui partículas de carbonato de cálcio em um líquido. Uma pasta fluida de carbonato de cálcio é capaz de polir ou remover materiais macios revestidos em um substrato ou parte do substrato. Em adição, partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida em geral são mais macias do que partículas de céria ou sílica, e são menos prováveis de riscar uma superfície de um substrato durante o polimento. Além disso, pastas fluidas de carbonato de cálcio em geral são mais baratas do que pastas fluidas de céria ou sílica. No entanto, partículas grandes de carbonato de cálcio ou partículas pequenas de carbonato de cálcio que se agregam até um tamanho grande vão riscar a superfície do substrato durante o polimento, diminuindo desta forma o desempenho e a qualidade da pasta fluida.

[00032] Uma pasta fluida de carbonato de cálcio eficaz pode ser formulada que mantém as partículas de carbonato de cálcio em suspensão por um longo período de tempo e é resistente à agregação das partículas de carbonato de cálcio. Isto permite que a pasta fluida de carbonato de cálcio faça o polimento de materiais macios a partir da superfície do substrato com menos arranhões da superfície de uma maneira mais robusta e reprodutível se comparada com pastas fluidas pré-existentes. O desempenho ou qualidade do polidor pode ser correlacionado com a formulação da pasta fluida de carbonato de cálcio em termos do tamanho das partículas na pasta fluida, a tendência das partículas com relação a agregação, e a consistência da distribuição de sólidos. O tamanho das partículas na pasta fluida pode ser medido por espalhamento de luz dinâmico (DLS), a tendência das partículas para a agregação pode corresponder com um potencial zeta da pasta fluida, e a consistência de distribuição de sólidos pode ser determinada pelo menos em parte usando a turbidez.

[00033] Tamanho de partícula pode ser determinado usando DLS. Em alguns exemplos, DLS usa um laser para espalhar luz de partículas que passam por movimento Browniano, determinando a velocidade das partículas. Conhecendo a viscosidade e a temperatura da partícula, um instrumento de DLS calcula o tamanho da partícula. Partículas maiores passam por movimento Browniano mais lento e partículas menores se movem mais rápido. DLS pode determinar a distribuição de tamanho de partículas e a porcentagem de partículas tendo um diâmetro igual a ou maior do que um diâmetro limite, tal como tendo um diâmetro igual a ou maior do que cerca de 4 μm.

[00034] A qualidade de um polidor pode ser afetada de maneira adversa pela presença de grandes partículas na pasta fluida. Algumas das grandes partículas podem incluir agregados de partículas menores. Como usado aqui, o termo “grandes partículas” ou “partículas superdimensionadas” incluem partículas tendo um diâmetro igual a ou maior do que um diâmetro limite, ou agregados de partículas menores tendo um diâmetro igual a ou maior do que o diâmetro limite. Em algumas implementações, um diâmetro limite pode ser de cerca de 3 μm, cerca de 4 μm, cerca de 5 μm, cerca de 6 μm, cerca de 7 μm, cerca de 8 μm, cerca de 9 μm, ou cerca de 10 μm. Será entendido que o estabelecimento de um diâmetro limite para uma grande partícula ou uma partícula superdimensionada pode depender de vários fatores tais como a composição do substrato, a composição da pasta fluida, pressão aplicada durante o polimento, tamanho das funcionalidades de superfície, potencial para danos de superfície, escolha de bloco de polimento, material que um vidro é funcionalizado com (por exemplo, se este material é mais macio, ele pode ser mais susceptível a riscos), etc. Por meio de um exemplo, um diâmetro limite para uma grande partícula ou uma partícula superdimensionada pode ser igual a ou maior do que cerca de 4 μm quando se faz o polimento de materiais macios em um substrato de vidro, onde partículas tendo um diâmetro igual a ou maior do que 4 μm podem ser capazes de riscar a superfície do substrato de vidro. Arranhões em uma superfície polida podem ser determinados usando um formador de imagem e um microscópio.

[00035] Pode ser desejável limitar um número de grandes partículas ou partículas superdimensionadas na pasta fluida de forma que um diâmetro médio da pluralidade de partículas na pasta fluida seja menor do que um diâmetro limite, ou que uma distribuição de tamanho da pluralidade de partículas possua uma pequena porcentagem de partículas que são iguais a ou maior do que o diâmetro limite. Em algumas implementações, a distribuição de tamanho da pluralidade de partículas possui menos do que cerca de 10%, menos do que cerca de 5%, ou menos do que cerca de 3% de um número total de partículas igual a ou maior do que o diâmetro limite. Para ilustrar um exemplo com relação ao diâmetro médio, a pasta fluida de carbonato de cálcio pode incluir uma pluralidade de partículas suspensas em uma solução, onde um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio seja igual a ou menor do que cerca de 5 μm, entre cerca de 10 nm e cerca de 3 μm, entre cerca de 30 nm e cerca de 2 μm, entre cerca de 300 nm e cerca de 2 μm, ou entre cerca de 500 nm e cerca de 1 μm, onde o termo “cerca de” com relação a um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio através desta descrição se refere a valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado. Em algumas implementações, um desvio padrão para um diâmetro médio das partículas de carbonato de cálcio pode ser dentro de mais ou menos 120 nm. Para ilustrar um exemplo com relação a distribuição de tamanho, a pasta fluida de carbonato de cálcio pode incluir uma pluralidade de partículas suspensas em uma solução, onde menos do que cerca de 5% de um número total das partículas de carbonato de cálcio possuam um diâmetro igual a ou maior do que cerca de 4 μm, onde o termo “cerca de” com relação a uma porcentagem do número total de partículas de carbonato de cálcio através desta descrição se refere a valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado.

[00036] Apesar de o tamanho das partículas de carbonato de cálcio suspensas na solução possa ser inicialmente pequeno, as partículas de carbonato de cálcio naturalmente podem se agregar com o tempo com o tempo para formar maiores partículas ou agregados. A presença de grandes partículas ou agregados aumenta a propensão de arranhões de uma superfície de um substrato durante o polimento. A agregação de partícula pode ser reduzida pela repulsão de carga de partícula. Potencial zeta é um indicador de estabilidade das dispersões coloidais e serve como uma métrica para determinar a propensão de partículas em uma pasta fluida de se agregar. Potencial zeta pode se referir a um potencial elétrico em uma camada dupla elétrica na localização de um plano de deslizamento para uma partícula com relação a um ponto no líquido longe da camada dupla elétrica. A camada dupla elétrica é uma camada que aparece em uma superfície de uma partícula quando exposta a um fluido, que pode incluir espécies carregadas que se movem no fluido sob a influência de atração elétrica e movimento térmico. Potencial zeta é uma quantidade relacionada com a mobilidade eletroforética pela equação de Henry: UE = 2εzF(ka)/3n, onde UE é a mobilidade eletroforética, z é o potencial zeta, ε é a constante dielétrica, F(ka) é a função de Henry, e n é a viscosidade. No meio polar, F(ka) é aproximadamente 1,5 e no meio não polar F(ka) é aproximadamente 1. Em algumas implementações, potencial zeta pode ser medido usando um Malvern Zetasizer. Um potencial zeta mais negativo é indicativo de que partículas na pasta fluida vão se repelir fortemente e são menos propensas a formar agregados. Um potencial zeta mais positivo é indicativo de que partículas na pasta fluida vão se atrair e são mais prováveis de formar agregados.

[00037] A força iônica da solução pode ter um efeito no potencial zeta. Em algumas implementações, a força iônica da solução pode ser ajustada por um tampão e uma concentração do tampão. A concentração do tampão pode ser ajustada diluindo em um solvente, tal como água. Em algumas implementações, o tampão pode incluir tampão de tris(hidroximetil)aminometano (TRIS). Outros tampões possíveis incluem mas não estão limitados a fosfato de sódio, citrato de sódio, e carbonato de sódio. Em algumas implementações, o tampão pode ser capaz de alcançar um pH entre 9 e 12 na solução. Em algumas implementações, um tampão TRIS pode ser diluído até uma concentração desejada. Por exemplo, um tampão TRIS 0,1 M pode ser diluído por água deionizada para alcançar uma concentração entre cerca de 0,01 M e cerca de 0,05 M, ou entre cerca de 0,02 M e cerca de 0,04 M.

[00038] Em algumas implementações, a solução pode incluir adicionalmente um agente quelante, tal como ácido etileno diamina tetra-acético (EDTA). Outros agentes quelantes incluem mas não estão limitados a ácido dietileno triaminapenta-acético (DTPA) e ácido nitrilotriacético (NTA). O agente quelante pode ser capaz de sequestrar íons de metal, tais como íons de cálcio, em solução.

[00039] Aditivos podem ser introduzidos à pasta fluida para reduzir (isto é, tornar mais negativo) o potencial zeta da pasta fluida. Aditivos para reduzir o potencial zeta da pasta fluida podem incluir mas não estão limitados a um dispersante e a tensoativo. Tais aditivos podem ser considerados parte de uma solução de uma pasta fluida de carbonato de cálcio, em que as partículas de carbonato de cálcio como discutidas aqui podem ser consideradas suspensas na solução da pasta fluida de carbonato de cálcio. Algumas pastas fluidas, tais como sílica ou pastas fluidas com base em silício, possuem um potencial zeta de cerca de -30 mV ou maior. Em algumas implementações, uma pasta fluida de carbonato de cálcio com um ou mais aditivos possui um potencial zeta de cerca de -30 mV ou menos, de cerca de -40 mV ou menos, de cerca de -50 mV ou menos, ou de cerca de -60 mV ou menos, onde o termo “cerca de” com relação ao potencial zeta da pasta fluida através desta descrição se refere aos valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado.

[00040] Um tipo de aditivo para reduzir o potencial zeta da pasta fluida é um dispersante. Um dispersante é um agente que é usado para estabilizar distribuições de partícula nos sistemas líquidos. Ele pode incluir um polímero ou molécula adicionado a uma suspensão para aprimorar a separação de partículas na suspensão. O dispersante aumenta a camada dupla elétrica das partículas na suspensão para reduzir a agregação. Exemplos de dispersantes adicionados a uma pasta fluida de carbonato de cálcio podem incluir mas não estão limitados a poliacrilato de sódio de vários pesos moleculares, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, citrato de sódio, ou combinações dos mesmos. Em algumas implementações, o dispersante possui uma concentração na pasta fluida entre cerca de 0,01 % em peso e cerca de 50,0 % em peso, entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 10,0 % em peso, ou entre cerca de 0,5 % em peso e cerca de 5,0 % em peso, onde o termo “cerca de” com relação a concentração de dispersante na pasta fluida através desta descrição se refere aos valores dentro de mais ou menos 10 porcento do valor declarado. Por exemplo, o dispersante pode ter uma concentração na pasta fluida entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 0,5 % em peso.

[00041] A Figura 1 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários dispersantes. A pasta fluida de carbonato de cálcio na Figura 1 inclui 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,03 M em pH 10,4. Quatro diferentes dispersantes foram testados: poliacrilato de sódio com peso molecular 15.000, poliacrilato de sódio com peso molecular 1.200, tetrapirofosfato de sódio, e citrato de sódio. Cada um destes dispersantes foi adicionado à solução em uma concentração de 0,25 % em peso na pasta fluida. Dados a partir de um controle de pasta fluida (sem dispersante) também são mostrados. Como mostrado na Figura 1, a adição de um dispersante na pasta fluida de carbonato de cálcio reduz o potencial zeta da pasta fluida. Poliacrilato de sódio como um dispersante teve o maior efeito no potencial zeta dentre os dispersantes testados na Figura 1.

[00042] O peso molecular do dispersante pode influenciar a tendência das partículas se agregarem na pasta fluida. Em alguns exemplos, se o peso molecular for muito pequeno, cadeias curtas no dispersante não vão fornecer uma barreira suficientemente grossa para evitar a floculação, o que leva à adesão de partículas suspensas em solução para formar aglomerados de maior tamanho. Se o peso molecular é muito grande, no entanto, o dispersante vai começar a atuar como um floculante.

[00043] A Figura 2 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta para pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários pesos moleculares de dispersante de poliacrilato de sódio. Poliacrilato de sódio vem em diferentes pesos moleculares, e a seleção de um peso molecular apropriado pode ser importante na diminuição do potencial zeta. A pasta fluida de carbonato de cálcio na Figura 2 inclui 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,03 M em pH 10,4. Poliacrilato de sódio em quatro diferentes pesos moleculares de 15.000, 8.000, 5.100, e 1.200 foram adicionados em 0,25 % em peso para cada amostra de pasta fluida de carbonato de cálcio e testada. Na Figura 2, o potencial zeta entre um peso molecular de 1.200 e um peso molecular de 15.000 exibem pouca diferença. Enquanto os vários pesos moleculares testados na Figura 2 não exibem uma diferença perceptível, é possível e talvez provável que pesos moleculares em extremos adicionais vão exibir maiores efeitos no potencial zeta.

[00044] A concentração do dispersante na pasta fluida também pode influenciar a tendência de partículas de se agregar. Se a concentração do dispersante for muito baixa, moléculas de dispersante adsorvidas as partículas podem cobrir apenas parcialmente cada uma das partículas e fornecer desempenho limitado no aumento da camada dupla elétrica da partícula. Se a concentração do dispersante for muito alta, a estrutura molecular de moléculas de dispersante adsorvidas às partículas pode colapsar ou “se dobrar” em si, permitindo desta forma que partículas se agreguem ou floculem.

[00045] As Figuras 3A e 3B mostram dados de exemplo ilustrando potencial zeta para pastas fluidas de carbonato de cálcio com diferentes concentrações de dispersante de poliacrilato de sódio em um exemplo de trabalho não limitante. A Figura 3A mostra os dados de potencial zeta para as concentrações do dispersante de poliacrilato de sódio entre 0,025 % em peso e 25,0 % em peso. A Figura 3B mostra dados de potencial zeta para as concentrações do dispersante de poliacrilato de sódio entre 0,1 % em peso e 0,5 % em peso. O poliacrilato de sódio teve um peso molecular de 1.200. A pasta fluida de carbonato de cálcio nas Figuras 3A e 3B inclui 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,03 M em pH 10,4. Nas Figuras 3A e 3B, pastas fluidas com uma concentração de dispersante entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 0,5 % em peso, ou entre cerca de 0,2 % em peso e cerca de 0,4 % em peso, exibem o menor potencial zeta.

[00046] Outro tipo de aditivo que pode reduzir o potencial zeta da pasta fluida é um tensoativo. Um tensoativo é um agente que assiste no espalhamento de uma fase para outra, seja em sistemas de sólido - líquido ou sistemas líquido - líquido. O tensoativo serve para diminuir a tensão de superfície entre dois líquidos ou entre um líquido e um sólido. Em outras palavras, o tensoativo pode atuar como um lubrificante. Em uma pasta fluida de carbonato de cálcio, o tensoativo adicionado à pasta fluida pode ser um tensoativo aniônico. Um tensoativo aniônico contém um grupo funcional aniônico em uma extremidade, tal como grupo funcional um sulfato, sulfonato, fosfato e carboxilato. Tendo uma carga negativa em uma extremidade, o tensoativo aniônico pode evitar o acúmulo de carga de superfície de ser muito alto nas partículas de carbonato de cálcio. Deste modo, as partículas de carbonato de cálcio não se agregam. Exemplos de tensoativos adicionados a uma pasta fluida de carbonato de cálcio podem incluir mas não estão limitados a dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, octil fenol etoxilato, ou combinações dos mesmos. Tween® 20 é um exemplo de um polisorbato e Triton™ X-100 é um exemplo de um octil fenol etoxilato. Tween® 20 é fabricado por Croda International plc de East Riding de Yorkshire, Reino Unido. Triton™ X-100 é fabricado por Rohm e Haas Company da Filadélfia, PA, EUA. A seleção da concentração do tensoativo pode depender da concentração micelar crítica do tensoativo. A concentração micelar crítica é a concentração do tensoativo acima da qual o tensoativo vai formar micelas na solução. Em algumas implementações, o tensoativo possui uma concentração na pasta fluida entre cerca de 0,01 % em peso e cerca de 10,0 % em peso, entre cerca de 0,05 % em peso e cerca de 5,0 % em peso, ou entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 2,0 % em peso, onde o termo “cerca de” com relação uma concentração de tensoativo na pasta fluida através desta descrição se refere aos valores dentro de mais ou menos 10 porcento do valor declarado.

[00047] A Figura 4 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários tensoativos. A pasta fluida de carbonato de cálcio na Figura 4 inclui 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,03 M em pH 10,4. Três diferentes tensoativos foram testados: SDS, Tween® 20, e Triton™ X-100. Cada um destes tensoativos foi adicionado em uma concentração de 0,125 % em peso. Como mostrado na Figura 4, a adição de um tensoativo na pasta fluida de carbonato de cálcio reduz o potencial zeta da pasta fluida. SDS como um tensoativo teve um grande efeito no potencial zeta dentre os tensoativos testados na Figura 4.

[00048] Um tensoativo e um dispersante podem ser adicionados a uma solução de uma pasta fluida. A combinação do tensoativo e do dispersante na pasta fluida pode ter um efeito ainda maior no potencial zeta do que um tensoativo individualmente ou um dispersante individualmente. A Figura 5 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio com vários dispersantes combinados com tensoativo SDS. A pasta fluida de carbonato de cálcio na Figura 5 inclui 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,03 M em pH 10,4. Poliacrilato de sódio combinado com SDS teve um potencial zeta que foi mais negativo do que tetrapirofosfato de sódio combinado com SDS. De maneira apropriada, poliacrilato de sódio combinado com SDS foi mais eficaz na redução do potencial zeta da pasta fluida.

[00049] O pH da pasta fluida pode afetar o potencial zeta da pasta fluida. Em algumas implementações, um pH que está mais próximo do pKa do carbonato de cálcio é provável de ter um menor potencial zeta. O pKa do carbonato de cálcio é de cerca de 9. Além disso, o pH da pasta fluida pode afetar o desempenho e a qualidade da pasta fluida, onde tanto extremos positivos quanto negativos de pH podem ser prejudiciais. Em um exemplo, em pH muito baixo, partículas de carbonato de cálcio se dissolvem. Em um exemplo, em pH muito baixo, a pasta fluida de carbonato de cálcio pode corroer eletrodos e danificar a química da célula de fluxo de um substrato. Em algumas implementações, o pH da pasta fluida de carbonato de cálcio está entre cerca de 7 e cerca de 12, tal como entre cerca de 8,5 e cerca de 10,5, onde o termo “cerca de” com relação a pH através desta descrição se refere aos valores dentro de mais ou menos 5 porcento do valor declarado. Em um exemplo particular, o pH da pasta fluida de carbonato de cálcio pode ser de cerca de 9.

[00050] A Figura 6 mostra dados de exemplo ilustrando potencial zeta de pastas fluidas de carbonato de cálcio em pH diferente. As pastas fluidas de carbonato de cálcio na Figura 6 incluiem 0,125 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com 0,125 % em peso de SDS e com tampão TRIS 0,03 M. A Figura 6 mostra que o pH da pasta fluida afeta o potencial zeta da pasta fluida. A pasta fluida de carbonato de cálcio teve um potencial zeta mais negativo em pH 10,4 do que em pH 7,5. Isto pode ser feito em parte para a dissolução das partículas de carbonato de cálcio em menores valores de pH.

[00051] Como discutido anteriormente, a consistência da distribuição de sólidos em uma pasta fluida de carbonato de cálcio pode ser determinada usando a turbidez. Turbidez é uma medição da nebulosidade ou névoa de um fluido causada pelas partículas suspensas no líquido. Se a turbidez for muito baixa, as partículas de carbonato de cálcio podem decantar em vez de permanecer em suspensão após um período de tempo. Isto pode limitar adversamente a efetividade de polir um substrato com uma pasta fluida de carbonato de cálcio. Uma unidade de medição de turbidez é a Unidade de Turbidez Nefelométrica (NTU), que é uma medição da quantidade de luz espalhada em um ângulo de 90 graus a partir de um feixe de luz incidente pelas partículas. A taxa de decantação das partículas e como as partículas permanecem em suspensão pode ser determinada tomando medições de turbidez por um período de tempo. Uma medição de turbidez reduzida com o tempo é indicativa de partículas decantando mais rápido e não permanecendo em suspensão.

[00052] A Figura 7 mostra dados de exemplo ilustrando a turbidez de uma pasta fluida de carbonato de cálcio sem aditivos e uma pasta fluida de carbonato de cálcio com um dispersante e tensoativo. Turbidez foi medida a cada 15 minutos no curso de uma hora para uma pasta fluida de controle tendo 0,0625 % em peso de partículas de carbonato de cálcio de 2 μm com tampão TRIS 0,05 M em pH 9. A pasta fluida de controle não teve um tensoativo ou um dispersante. Turbidez também foi medida a cada 15 minutos durante o curso de uma hora para a mesma pasta fluida, mas adicionada com 0,25 % em peso de poliacrilato de sódio tendo peso molecular de 1.200 e adicionada com 0,125 % em peso de SDS. No intervalo de uma hora, a pasta fluida de controle reduziu em turbidez, indicando que a ausência de um dispersante e de um tensoativo aumenta a taxa de decantação das partículas na pasta fluida. No entanto, a pasta fluida de carbonato de cálcio com um dispersante e com um tensoativo manteve uma turbidez substancialmente similar, indicando que a presença de um dispersante e/ou um tensoativo estabiliza a pasta fluida. A adição de um dispersante e/ou tensoativo pode contribuir para manter partículas de carbonato de cálcio em suspensão por um longo período de tempo.

[00053] A taxa de decantação e como as partículas permanecem em suspensão também podem ser visualmente inspecionadas com o tempo. O tamanho de partícula das partículas de carbonato de cálcio pode influenciar a taxa de decantação da pasta fluida de carbonato de cálcio. Figuras 8A-8D mostram imagens de pastas fluidas de carbonato de cálcio com diferentes tamanhos de partículas de carbonato de cálcio após 2 horas, 4 horas, 7 horas, e 24 horas. Cada amostra de pasta fluida de carbonato de cálcio inclui 0,125 % em peso carbonato de cálcio, 0,125 % em peso de SDS, 0,25 % em peso de ácido poliacrílico, EDTA 1 mM, e TRIS 0,1 M em pH 9. Uma amostra inclui partículas de carbonato de cálcio de 2 μm, duas amostras incluem partículas de carbonato de cálcio de 0,7 μm, e uma amostra inclui partículas de 0,2 μm. Após 24 horas, a taxa de decantação das partículas de carbonato de cálcio de 2 μm foi notavelmente maior do que as outras. Partículas menores podem ter uma menor taxa de decantação do que partículas maiores.

[00054] Não apenas as partículas em uma pasta fluida decantam com o tempo, mas as partículas em uma pasta fluida podem se agregar com o tempo. Em algumas implementações, diferentes mecanismos de mistura ou agitação podem ser usados para circular ou misturar a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio na solução. Tal mecanismo de mistura ou agitação pode manter a constante de sólidos percentual, aumentar a vida de prateleira da pasta fluida com mistura constante, e evitar ou de outra maneira reduzir a formação de agregados que são indesejáveis para a qualidade de polimento. O mecanismo de mistura ou agitação também pode fraturar parte das partículas até um tamanho menor. Exemplos de mecanismos de a mistura ou agitação incluem mas não estão limitados à bomba de diafragma, uma barra de agitação magnética, um misturador do tipo impulsor, a bomba de pasta fluida, uma bomba peristáltica, e uma bomba de alta pressão.

[00055] Partículas ou agregados tendo um diâmetro igual a ou maior do que um certo diâmetro limite podem ser considerados superdimensionados e prejudiciais. Em um exemplo particular, partículas ou agregados tendo um diâmetro maior do que cerca de 4 μm podem ser considerados superdimensionados e prejudiciais. No entanto, é entendido que outros diâmetros limites para estabelecer partículas agregados superdimensionados ou prejudiciais ou são apropriados. O uso de um mecanismo de mistura ou agitação antes de polir pode limitar a agregação de partículas para partículas superdimensionadas.

[00056] A Figura 9A mostra dados de exemplo ilustrando uma porcentagem de partículas de carbonato de cálcio superdimensionadas com o tempo para uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma bomba de diafragma e uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma barra de agitação. Como usado aqui, uma pasta fluida de X μm se refere a uma pasta fluida com partículas tendo um diâmetro médio de X μm e uma pasta fluida de Y nm se refere a uma pasta fluida com partículas tendo um diâmetro médio de Y nm. Em algumas implementações, o desvio padrão para o diâmetro médio pode ser mais ou menos 120 nm ou mais ou menos 400 nm. Neste exemplo, partículas superdimensionadas são partículas que estão acima de 4 μm de diâmetro. Após três dias, mais ou menos 4% de um número total de partículas de carbonato de cálcio estiveram acima de 4 μm de diâmetro para ambas as bombas. Após seis dias, quase 10% do número total de partículas de carbonato de cálcio estavam acima de 4 μm de diâmetro para ambas as bombas.

[00057] A Figura 9B mostra dados de exemplo ilustrando uma porcentagem de partículas de carbonato de cálcio superdimensionadas com o tempo para uma pasta fluida de 700 nm misturada com a bomba de diafragma e uma pasta fluida de 7 00 nm misturada com uma barra de agitação. Mesmo após 6 dias, menos do que 2% do número total de partículas de carbonato de cálcio estavam acima de 4 μm de diâmetro para ambas as bombas. As Figuras 9A e 9B mostram que pode-se tomar menos partículas de 2 μm do que partículas de 700 nm para agregar até um tamanho prejudicial.

[00058] A taxa de decantação das partículas pode ser medida usando percentuais de medições de sólidos em adição a ou em vez das medições de turbidez. Medições de sólidos porcentuais podem ser feitas comparando um peso de amostra antes e após ser centrifugado, aspirado e seco. Por exemplo, medições de sólidos porcentuais foram feitas para pastas fluidas tendo 0,25 % em peso partículas de carbonato de cálcio com 0,25 % em peso de poliacrilato de sódio, 0,125 % em peso de SDS, e tampão TRIS em pH 9. As medições de sólidos porcentuais foram feitas por um intervalo de sete dias, onde uma alíquota de 1 mL foi tomada a cada dia e seca em um forno a 60°C por uma hora, e uma diferença de peso foi medida. A Figura 10A mostra dados de exemplo ilustrando medições de sólidos porcentuais para uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma barra de agitação e uma pasta fluida de 2 μm misturada com uma bomba de diafragma.

[00059] A Figura 10B mostra dados de exemplo ilustrando medições de sólidos porcentuais para uma pasta fluida de 700 nm misturada com uma barra de agitação e uma pasta fluida de 700 nm misturada com uma bomba de diafragma. Dentro de um dia, em ambas as Figuras 10A e 10B, a quantidade de sólidos na bomba de diafragma diminuiu bastante enquanto os sólidos percentuais da barra de agitação permaneceram aproximadamente os mesmos. Assim, a barra de agitação foi mais eficaz na manutenção das partículas suspensas.

[00060] Em algumas implementações, a qualidade de uma superfície polida pode ser determinada em parte pela quantidade de arranhões na superfície polida usando um formador de imagem e um microscópio. Por exemplo, arranhões em uma superfície polida de um substrato podem ser determinados usando um formador de imagem de alta resolução Nikon e um microscópio confocal Zeiss. A pasta fluida de carbonato de cálcio pode polir um ou mais materiais macios revestidos em um substrato sem arranhões ou substancialmente riscando uma camada subjacente. Por exemplo, “substancialmente” no contexto de riscar se refere à presença de quaisquer arranhões tendo um tamanho que é igual a ou maior do que 1 μm quando observados usando microscópio óptico. As Figuras 11A-11C mostram uma série de imagens de substratos polidos usando uma pasta fluida de carbonato de cálcio. A Figura 11A mostra uma imagem de um substrato polido com partículas de 2 μm e com dispersante. Algum arranhão do substrato aparece próximo das bordas do substrato. A Figura 11B mostra uma imagem de um substrato polido com 2,5 μm pasta fluida de carbonato de cálcio, e a Figura 11C mostra uma imagem de um substrato polido com uma pasta fluida de 4,5 μm de carbonato de cálcio. O substrato polido usando grandes partículas exibiu mais arranhões do que o substrato polido usando menores partículas.

[00061] O métodode polimento de uma superfície de um substrato pode ser realizado com diferentes operações, mais ou menos.

[00062] No método de polimento de uma superfície de um substrato, uma superfície de um substrato é polida com uma pasta fluida de carbonato de cálcio, onde o substrato é revestido com um material macio. A pasta fluida de carbonato de cálcio inclui um dispersante, um tensoativo aniônico, e uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução.

[00063] Em algumas implementações, no método de polimento de uma superfície de um substrato, antes do polimento do substrato com uma pasta fluida de carbonato de cálcio a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio é opcionalmente misturada na solução incluindo o dispersante e o tensoativo aniônico para formar a pasta fluida de carbonato de cálcio. A mistura pode ocorrer usando um ou mais dentre uma barra de agitação magnética, misturador do tipo impulsor, bomba de diafragma, bomba de pasta fluida, bomba peristáltica, e bomba de alta pressão.

[00064] Em algumas implementações, uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso. O material macio pode incluir um polímero, um hidrogel inorgânico, ou um hidrogel polimérico orgânico. Por exemplo, o material macio pode incluir um hidrogel polimérico orgânico. Em algumas implementações, o substrato inclui uma pluralidade de funcionalidades, cada uma das funcionalidades possui um diâmetro entre cerca de 0,5 nm e cerca de 500 nm, entre cerca de 1 nm e cerca de 100 nm, ou entre cerca de 5 nm e cerca de 50 nm. Em algumas implementações, polir a superfície do substrato revestido com o material macio ocorre sem arranhar substancialmente a superfície do substrato. Um ou ambos dentre o dispersante e o tensoativo aniônico reduzem um potencial zeta da pasta fluida. Em algumas implementações, o potencial zeta da pasta fluida é igual a ou menor do que cerca de -50 mV.

[00065] Ainda, no método de fabricação de uma pasta fluida de carbonato de cálcio, um dispersante e um tensoativo aniônico são misturados em uma solução. A solução pode ter uma força iônica desejada. Em algumas implementações, a solução inclui um ou ambos dentre um tampão e água. Em algumas implementações, o dispersante inclui poliacrilato de sódio, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, citrato de sódio, ou combinações dos mesmos, e o tensoativo aniônico inclui dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, octil fenol etoxilato, ou combinações dos mesmos.

[00066] No método de fabricação de uma pasta fluida de carbonato de cálcio, uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio é adicionada na solução para formar uma pasta fluida, onde uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida é igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso. Em algumas implementações, a concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida está entre cerca de 0,05 % em peso e cerca de 1,0 % em peso. A pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser suspensa na solução. O potencial zeta da pasta fluida pode ser igual a ou menor do que cerca de -30 mV, igual a ou menor do que cerca de -40 mV, igual a ou menor do que cerca de -50 mV, ou igual a ou menor do que cerca de - 60 mV. Por exemplo, o potencial zeta da pasta fluida é igual a ou menor do que cerca de -50 mV. Um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser relativamente pequeno, onde o diâmetro médio pode ser igual a ou menor do que cerca de 5 μm, entre cerca de 10 nm e cerca de 3 μm, entre cerca de 30 nm e cerca de 2 μm, entre cerca de 300 nm e cerca de 2 μm, ou entre cerca de 500 nm e cerca de 1 μm. Em algumas implementações, menos do que cerca de 5% de um número total das partículas de carbonato de cálcio possui um diâmetro maior do que cerca de 4 μm.

[00067] Em algumas implementações, no método de fabricação de uma pasta fluida de carbonato de cálcio, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio é opcionalmente misturada com o tempo para manter a suspensão das partículas de carbonato de cálcio na solução. Em algumas implementações, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser suspensa na solução por pelo menos seis dias. Em algumas implementações, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser misturada usando um ou mais dentre uma barra de agitação magnética, misturador do tipo impulsor, bomba de diafragma, bomba de pasta fluida, bomba peristáltica, e bomba de alta pressão.

[00068] Uma composição pode ser formulada que inclui uma pasta fluida de carbonato de cálcio estável, onde a pasta fluida inclui uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução, a solução incluindo um dispersante e a tensoativo. A concentração da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida é relativamente baixa, tal como igual a ou menor do que cerca de 5,0 % em peso, igual a ou menor do que cerca de 2,0 % em peso, ou entre cerca de 0,05 % em peso e cerca de 1,0 % em peso. Um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio pode ser relativamente pequeno, onde o diâmetro médio pode ser igual a ou menor do que cerca de 5 μm, entre cerca de 10 nm e cerca de 3 μm, entre cerca de 30 nm e cerca de 2 μm, entre cerca de 300 nm e cerca de 2 μm, ou entre cerca de 500 nm e cerca de 1 μm. Em algumas implementações, menos do que cerca de 5% de um número total das partículas de carbonato de cálcio possui um diâmetro maior do que cerca de 4 μm. O dispersante e o tensoativo podem ser configurados para reduzir um potencial zeta da pasta fluida. Em algumas implementações, o potencial zeta da pasta fluida pode ser igual a ou menor do que cerca de -30 mV, igual a ou menor do que cerca de -40 mV, igual a ou menor do que cerca de -50 mV, ou igual a ou menos do que cerca de -60 mV. Em algumas implementações, uma concentração do dispersante na pasta fluida está entre cerca de 0,1 % em peso e cerca de 0,5 % em peso. A pasta fluida de carbonato de cálcio pode ser resistente à agregação e pode permanecer em suspensão por um longo período de tempo.

[00069] A composição da pasta fluida de carbonato de cálcio como descrita acima pode ser implementada em um método de polir um substrato. Em algumas implementações, o substrato compreende pelo menos parcialmente um material macio ou é revestido com um material macio. Por exemplo, o material macio pode incluir um hidrogel polimérico orgânico. Em algumas implementações, o substrato pode incluir uma pluralidade de funcionalidades, onde cada uma das funcionalidades possui um diâmetro entre cerca de 0,5 nm e cerca de 500 nm, entre cerca de 1 nm e cerca de 100 nm, ou entre cerca de 5 nm e cerca de 50 nm. O polimento do substrato com o material macio ou revestido com o material macio pode ocorrer sem arranhar substancialmente o substrato. Em algumas implementações, o método inclui adicionalmente misturar, antes de polir o substrato, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio na solução com o dispersante e o tensoativo aniônico usando um ou mais dentre uma barra de agitação magnética, misturador do tipo impulsor, bomba de diafragma, bomba de pasta fluida, bomba peristáltica, e bomba de alta pressão. Como usados nesta descrição, os termos “compreendem,” “compreendendo”, “incluem,” e “incluindo,” e semelhantes devem ser interpretados em um sentido inclusivo como oposto a um sentido exclusivo ou exaustivo.

[00070] Deve ser percebido que todas as combinações dos conceitos anteriores (tais conceitos fornecidos não são mutuamente inconsistentes) são contemplados como sendo parte da matéria inventiva divulgada aqui. Em particular, todas as combinações da matéria reivindicada que aparece no fim desta descrição são contempladas como sendo parte da matéria inventiva divulgada aqui. Para o bem da brevidade, muitas destas permutações e combinações não serão discutidas e/ou ilustradas separadamente aqui.

Claims (12)

1. Composição caracterizada pelo fato de que compreende: uma pasta fluida de carbonato de cálcio compreendendo uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas em uma solução, em que um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio está entre 10 nm e 3 μm, e em que a solução consiste em i) água, um tampão, ou combinações dos mesmos; ii) um dispersante selecionado a partir do grupo que consiste em poliacrilato de sódio, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, citrato de sódio, e combinações dos mesmos, em que uma concentração do dispersante na pasta fluida de carbonato de cálcio varia de 0,1% em peso a 0,5% em peso; iii) um tensoativo selecionado a partir do grupo que consiste em dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, octil fenol etoxilato, e combinações dos mesmos, e iv) um agente quelante opcional, em que uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que 2,0 % em peso, e em que um potencial zeta da pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que -50 mV.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma concentração do tensoativo na pasta fluida de carbonato de cálcio varia de 0,01% em peso a 10,0% em peso.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um pH da pasta fluida está entre 8,5 e 10,5.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que menos do que 5% de um número total das partículas de carbonato de cálcio possui um diâmetro maior do que 4 μm.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispersante é poliacrilato de sódio e o tensoativo é dodecil sulfato de sódio (SDS).

6. Método caracterizado pelo fato de que compreende: polir uma superfície de um substrato com a composição conforme definida na reivindicação 1, em que o substrato é revestido com um polímero, um hidrogel inorgânico ou um hidrogel polimérico orgânico.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o substrato é revestido com o hidrogel polimérico orgânico e em que o hidrogel polimérico orgânico é um hidrogel de poliacrilamida.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: misturar, antes de polir o substrato, a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio na solução com o dispersante e com o tensoativo usando um ou mais dentre uma barra de agitação magnética, misturador do tipo impulsor, bomba de diafragma, bomba de pasta fluida, bomba peristáltica e bomba de alta pressão.

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o substrato inclui uma pluralidade de funcionalidades, cada uma das funcionalidades tendo um diâmetro entre 1 nm e 100 nm.

10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o polimento da superfície do substrato revestido com o polímero, o hidrogel inorgânico, ou o hidrogel polimérico orgânico ocorre sem arranhar substancialmente a superfície do substrato.

11. Método caracterizado pelo fato de que compreende: misturar um dispersante selecionado a partir do grupo que consiste em poliacrilato de sódio, n-silicato de sódio, tetrapirofosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, polialuminato de sódio, tetraborato de sódio, trifosfato de sódio, citrato de sódio, e combinações dos mesmos, e um tensoativo selecionado a partir do grupo que consiste em dodecil sulfato de sódio (SDS), polisorbato, octil fenol etoxilato, e combinações dos mesmos, em uma solução de modo que a solução consista em i) água, um tampão, ou combinações dos mesmos; ii) o dispersante, em que uma concentração do dispersante na pasta fluida de carbonato de cálcio varia de 0,1% em peso a 0,5% em peso; iii) o surfactante; e iv) um agente quelante opcional; e adicionar uma pluralidade de partículas de carbonato de cálcio suspensas na solução para formar uma pasta fluida de carbonato de cálcio, em que um diâmetro médio da pluralidade de partículas de carbonato de cálcio está entre 10 nm e 3 μm, em que uma concentração das partículas de carbonato de cálcio na pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que 2,0 % em peso, e em que um potencial zeta da pasta fluida de carbonato de cálcio é igual a ou menor do que -50 mV.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: misturar a pluralidade de partículas de carbonato de cálcio com o tempo para manter a suspensão das partículas de carbonato de cálcio na solução.