CN101370896B - 磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法 - Google Patents

磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101370896B
CN101370896B CN2006800463685A CN200680046368A CN101370896B CN 101370896 B CN101370896 B CN 101370896B CN 2006800463685 A CN2006800463685 A CN 2006800463685A CN 200680046368 A CN200680046368 A CN 200680046368A CN 101370896 B CN101370896 B CN 101370896B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alumina
particulate material
particle
weight
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2006800463685A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101370896A (zh
Inventor
A·G·赫尔勒
王浚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Original Assignee
Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Industrial Ceramics Inc filed Critical Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Publication of CN101370896A publication Critical patent/CN101370896A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101370896B publication Critical patent/CN101370896B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1409—Abrasive particles per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/02—Amorphous compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/54—Particles characterised by their aspect ratio, i.e. the ratio of sizes in the longest to the shortest dimension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/10—Solid density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/12—Surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

公开一种包含氧化铝颗粒的磨粒材料。该氧化铝颗粒包含过渡型氧化铝和至少0.5％的非晶相。过渡型氧化铝颗粒的密度不大于约3.20g/cm3。

Description

磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法
发明领域
本发明一般性涉及磨粒材料，具体地，用于抛光应用和其他应用的磨粒材料。
技术背景
磨粒材料可用于如各种应用中的磨削、抛光和精整表面的宽范围的各种应用。磨料粉可以以干态或湿态使用，使用湿态磨料粉通常需要将磨料粉分散在溶剂中，以产生磨料浆。特定的磨料浆通常用于抛光应用，如半导体器件制造工业的化学机械平面化(CMP)。
磨料与如CMP的抛光应用有关的特性包括材料去除速率、选择性和缺陷(defectivity)。材料去除速率是对磨料浆在确定抛光条件下一定时间内去除材料的容量的度量。选择性是对磨料浆去除一种类型材料(如，金属)同时使另一种类型的材料的一部分或者基本部分(如，介电材料)保持完好的能力的度量。磨料浆的选择性特别与半导体器件制造工业相关，这些半导体制造工业要求显现层或层的部分，构成不同材料的基础层，留下平坦的复合物表面。
与磨料浆相关的普遍问题是颗粒倾向于沉降或形成不稳定的悬浮液。通常在磨料浆中进入添加剂或其他稳定剂，以提高稳定性并将颗粒保持在悬浮液中。然而，运输和储存稳定化的磨料浆的费用很高，还因为额外重量的水和添加剂而是棘手的方法。因而，并不优选运输和/或储存磨料浆。当然，额外的处理和在磨料浆中添加另外的材料来稳定或再稳定悬浮液都需要费用，理想情况下应减少或避免。
致力于提高材料去除速率和缩短抛光时间的一种工业方法是利用高温相氧化铝，即α氧化铝。α氧化铝可以通过含铝前体通常在1000-1200℃左右的温度下进行转化形成。参见，例如Harato等(美国专利第5,302,368号)和Kaisaki等(美国专利第6,194,317号)。α氧化铝可以通过以下方式在较低温度形成，将氧化铝的水合形式热转变为过渡相(transition phase)(γ相)氧化铝，并进行研磨，以用刚玉相(α相)接种该过渡相。参见“Effect of mechanochemicalactivation on the thermal reactions of boehmite(γ-AlOOH)and γ-Al2O3(对勃母石(γ-AlOOH)和γ-Al2O3)热反应的机械化学激活作用”，MacKenzie，K.J.D.，Temuujin，J，Smith，M.E.，Angerer，P.，Kameshima，Y.，Thermochimica Acta359(2000)87-94。
主要含α氧化铝的磨料化合物能以高的材料去除速率对金属表面进行抛光。虽然α氧化铝是多晶氧化铝中最硬的相，并提供了理想的高材料去除速率，但是因为α氧化铝的选择性差并具有产生不希望的表面缺陷如划痕和桔皮的倾向其用途限于某些应用。
为减少主要含α氧化铝颗粒的磨料浆的表面缺陷和选择性差的努力中，将较软形式的磨粒(如，氢氧化铝和过渡型氧化铝(transition alumina))与α氧化铝颗粒组合。参见，例如Wang等(美国专利第5,693,239号)。然而，这种浆料具有有限的比表面积的特性，并且试验表明在CMP应用中产生相当多的表面缺陷。
已形成的其他磨料化合物和磨料浆主要含有较软的晶粒(相对于α氧化铝，如过渡型氧化铝)。参见例如，Chelle(美国公报第2005/0194358号)，公开一种高纯度的热解法γ氧化铝颗粒。其他磨料中除了其他化合物(如氧化铈)以外也包括较软的氧化铝晶粒。参见，例如Sakatani等(美国专利第5,804,513号)和Ueda等(美国专利第5,697,992号)。这类材料一般是不均匀的(同时具有氧化铝和其他金属氧化物)，限于γ过渡型氧化铝颗粒，并具有低的比表面积和大的粒度，其特点是影响抛光性能和磨料浆中材料的稳定性。
该领域还结合了非晶相氧化铝和晶体过渡型氧化铝相。参见，例如Neville等(美国专利第5,527,423号)，该专利公开一种含非晶相和γ氧化铝相的材料。这种材料的特性是高的干粉密度。检查按照5,527,423专利获得的实际样品，表明粉末密度为3.78g/cm3，影响到浆料的稳定性和抛光性能。
本领域还报道具有有限的χ相过渡型氧化铝的γ相过渡型氧化铝。例如，参见Thome等，美国专利第5,413,985号公开一种急煅烧(shockcalcining)氢氧化铝(hydragillite)的方法，形成部分结晶的4-配位和5-配位(fold coordinat ion)的过渡型氧化铝。
工业上持续需要能提供高选择性同时有理想的材料去除速率的磨粒材料。此外，工业上还需要能以干燥形式储存或运输并能以最少的稳定化处理分散在溶剂中形成稳定易使用的磨料浆的材料。或者，除了干粉以外，是工业上有益的胶体稳定的氧化铝悬浮液(胶体稳定是指一段时间后没有出现沉降或很少量沉降)。
发明概述
根据一个实施方式，磨粒材料包括包含过渡型氧化铝和至少5.0重量％的非晶相的氧化铝颗粒，所述氧化铝颗粒的密度不大于约3.20g/cm3。根据另一个实施方式，磨粒材料包括包含过渡型氧化铝和至少5.0重量％的非晶相的氧化铝颗粒，其中，过渡型氧化铝包括θ相和γ相与δ相中的至少一个相。
根据另一个实施方式，形成磨料材料的方法包括：提供主要含过渡型氧化铝的原料颗粒，对原料颗粒进行碾磨，形成氧化铝颗粒。该氧化铝颗粒包括过渡型氧化铝和不小于约5.0重量％的非晶相，氧化铝颗粒的密度不大于约3.20g/cm3。
根据另一个实施方式，对工件的导电金属表面进行抛光的方法包括：在工件和用于抛光的压板之间提供磨料浆，该磨料浆包含溶剂和氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒包含过渡型氧化铝和不小于约5重量％的非晶相，其中，氧化铝颗粒密度不大于约3.20g/cm3。此外，该方法包括使压板和工件做相对平移。
根据另一个实施方式，颗粒材料包括包含过渡型氧化铝的氧化铝颗粒，该过渡型氧化铝的浊度不大于约200NTU，该浊度是氧化铝颗粒在水中的浓度为0.50重量％时测定的。
附图简述
参照附图能更好地理解本发明内容，并且本发明的诸多特征和优点对本领域技术人员而言是显而易见的。
图1详细说明可商购的二氧化硅以及含在不同温度下煅烧的氧化铝颗粒的各种磨料浆在钨(W)表面上的材料去除速率的柱状图。
图2详细说明可商购的二氧化硅以及含在不同温度下煅烧的氧化铝颗粒的各种磨料浆对氧化物的材料去除速率的柱状图。
图3示出氧化铝颗粒的相百分量相对于煅烧温度变化的关系图。
图4示出氧化铝颗粒的密度相对于煅烧温度变化的关系图。
图5示出煅烧的氧化铝颗粒密度以及碾磨和煅烧的氧化铝颗粒的密度相对于煅烧温度变化的关系图。
图6示出氧化铝颗粒的比表面积相对于煅烧温度变化的关系图。在不同的附图中使用相同的附图标记表示类似或相同的对象。
优选实施方式的描述
根据一个实施方式，提供磨粒材料的合成，该合成包括提供原料颗粒，对原料颗粒进行碾磨，产生含过渡型氧化铝的磨粒材料。原料颗粒一般主要由过渡型氧化铝形成，可以通过勃母石转化法，如通过接种处理(Seeded processing)途径形成。
接种处理包括提供在悬浮液中的勃母石前体和勃母石晶种，对该悬浮液(或溶胶或浆料)加热(如通过水热处理)，将勃母石前体转化为由颗粒或晶体形成的勃母石颗粒材料。然后，对勃母石颗粒材料进行热处理，将多晶型转变为形成原料颗粒的过渡型氧化铝。根据一个方面，勃母石颗粒材料具有相对拉长的形态，在此一般以术语初级(和次级)长宽比(aspect ratio)描述，并在下面详细描述，勃母石的形态大部分保存在原料磨粒材料中。
在此，术语“勃母石”一般用来指包括矿物勃母石(通常是Al2O3·H2O，其水含量在15％左右)，以及假勃母石(水含量大于15％，如20-38重量％)的氧化铝水合物。注意到勃母石(包括假勃母石)具有颗粒和可识别的晶体结构，并因此具有独特的X-射线衍射图，由此，勃母石可以与其他含铝材料，包括其他水合氧化铝如ATH(三氢氧化铝)区分，在此，ATH是用于制备勃母石颗粒材料的普通前体材料。
初级长宽比定义为最长的尺寸与垂直于该最长尺寸的次长尺寸的比值，该比值一般不小于2∶1，优选不小于3∶1，4∶1，或6∶1。当然，一些实施方式中的勃母石颗粒材料具有相对拉长的颗粒，初级长宽比不小于8∶1，10∶1，在某些情况，不小于14∶1。特别可参见针形颗粒，这种颗粒可以次级长宽比来进一步表征，次级长宽比定义为次长尺寸与第三长尺寸的比值。次级长宽比一般不大于3∶1，通常不大于2∶1，或者甚至不大于1.5∶1，更多时约为1∶1。次级长宽比一般描述了颗粒在垂直于最长尺寸的平面内的横截几何构形。注意到，由于在此使用的术语长宽比是指最长尺寸与次长尺寸的比值，因此可称作初级长宽比。
根据另一个实施方式，勃母石的扁平(platey)或小片形颗粒一般具有拉长的结构，具有以上关于针形颗粒所描述的初级长宽比。但是，小片形颗粒一般具有相对的主表面，相对的主表面一般是平面并且相互平行。此外，小片形颗粒的特点是次级长宽比大于针形颗粒的次级长宽比，一般不小于约3∶1，如不小于约6∶1，或不小于10∶1。通常，垂直于相对主表面的最短尺寸或边缘尺寸一般不大于50纳米，如不大于约40纳米，或不大于约30纳米。
勃母石颗粒材料的形态还可以用粒度，更具体是平均粒度来限定。在一个实施方式中，勃母石材料是接种的勃母石颗粒材料，即，通过接种处理形成的勃母石(下面将详细)，其具有相对细小的颗粒或晶体粒度。一般而言，勃母石材料的平均粒度不大于约1000纳米，并在约100-1000纳米范围之内。其他实施方式有甚至更细小的平均粒度，如不大于约800纳米、750纳米、600纳米、500纳米、400纳米，甚至平均粒度小于300纳米的颗粒，代表了细小的颗粒材料。在有关细小勃母石颗粒材料的内容中，所示实施方式的粒度小于250纳米，如不大于225纳米。对勃母石材料的平均粒度的一个范围是150-200纳米。由于某些实施方式的过程限制，最小平均粒度一般限制在，如不小于约75纳米，100纳米(特别在扁平前体颗粒材料的情况中，最小粒度为110纳米)，125纳米或135纳米。
如本文所用，与高长宽比的勃母石颗粒材料有关的“平均粒度”用来指颗粒的平均最长尺寸或长度尺寸。由于这些实施方式中拉长的形态，常规的表征技术一般不足以测量平均粒度，因为表征技术一般是基于以下假设，即颗粒是球形或接近球形。因此，平均粒度是通过取多个勃母石颗粒材料的代表样品，并在代表样品中对粒度进行物理测量而确定的。可以采用各种表征技术来取样，例如，通过扫描电子显微镜(SEM)。术语平均粒度还指初级粒度，与单独可确认的颗粒相关，而无论是分散形式还是聚集形式。当然，团聚体具有相对较大的平均粒度，为达到针对勃母石材料的目的，本发明内容并不注重于团聚体的尺寸。
在一个实施方式中，已发现接种的勃母石颗粒材料具有细小的平均粒度。在这方面，经常在文献中注意到，所报道的粒度并不是按本说明书中的平均值的内容提供的，而是按对勃母石材料样品的物理检测得到的粒度的标称范围(nominal range)的内容提供的。因此，平均粒度落在现有技术的报道范围之内，对预期的高斯粒度分布，一般约在报道的范围的算术中点。还指出，虽然现有技术可能报道了细小粒度，这样的细小尺寸一般指观察到的粒度分布的下限，而不是平均粒度。
同样，按照类似的方式，上面报道的长宽比一般对应于由代表性取样获得平均长宽比，而不是与前体颗粒材料的长宽比相关的上限或下限。经常在文献中发现，报道的颗粒长宽比并不是按照本说明书的平均值的内容提供的，而是按对颗粒材料样品的物理检测得到的长宽比的标称范围的内容提供的。因此，平均长宽比将在现有技术报道的范围之内，对预期的高斯颗粒形态分布，一般约在报道的范围的算术中点。还指出，虽然基于非接种的技术可能报道了长宽比，这样的数据一般指观察到的长宽比分布的下限，而不是平均长宽比。
除了勃母石颗粒材料的长宽比和平均粒度外，勃母石颗粒材料的形态可以以术语比表面积来进一步表征。在此，使用普通可利用的BET技术来测量勃母石颗粒材料的比表面积。根据本文的实施方式，勃母石颗粒材料可以具有较高的比表面积，一般不小于约10m2/g，如不小于约50m2/g，70m2/g，或不小于约90m2/g。因为比表面积是颗粒形态以及粒度的函数，各实施方式的比表面积一般都小于约400m2/g，如小于约350或300m2/g。比表面积的特定范围约为75-200m2/g。
回到制备接种勃母石颗粒材料的各种方法，通过在上述共同拥有的美国专利4,797,139中一般性描述的水热处理，由勃母石前体，通常是包括铝土矿(bauxitic mineral)的含铝材料形成一般是椭圆体、针形或者小片形的勃母石。更具体地，接种的勃母石颗粒材料可以通过以下方式形成，将勃母石前体和勃母石晶种在悬浮液中混合，使该悬浮液(或者溶胶或浆料)接受热处理，使原料转化为勃母石颗粒材料，该勃母石颗粒材料进一步受到悬浮液中的勃母石晶种的影响。加热一般在自热的环境即高压釜中进行，在处理期间产生升高的压力。一般选择悬浮液的pH为小于7或大于8，勃母石晶种材料的粒度小于约0.5微米。一般而言，晶种颗粒的存在量大于勃母石前体(按照Al2O3计算)重量的约1％，加热在高于约120℃的温度，如高于约125℃，或者甚至高于约130℃的温度，以及自发产生的压力，通常约为30psi下进行。
前体颗粒材料可以在扩展水热条件，结合相对较低晶种水平和酸性pH下制备，使勃母石优先地沿一个轴向或两个轴向生长。采用较长的水热处理，一般能产生更长和更高长宽比的勃母石颗粒和/或较大的颗粒。
热处理如水热处理以及勃母石转化后，一般除去液体组分，如通过超滤法或通过热处理来蒸发残留的液体。然后，一般将产生的物质粉碎至如100目。注意到，在此所述的粒度一般描述了通过处理形成的单晶，而不是某些实施方式中仍保留的团聚体(如，对要求团聚材料的那些产品)。根据收集的数据，在处理勃母石颗粒材料期间改进一些变量来达到理想的形态。这些变量特别包括重量比，即勃母石前体与勃母石晶种的比值，在处理期间使用的酸或碱的具体类型或种类(以及相对的pH水平)，以及系统的温度(温度与自热式水热环境的压力成正比)。
具体地，在保持其他变量恒定的同时改变重量比时，改变了形成勃母石颗粒材料的颗粒的形状和尺寸。例如，在2重量％的硝酸溶液中，于180℃处理2小时时，90∶10的ATH∶勃母石晶种比形成针形颗粒(ATH是一种勃母石前体)。相反，当ATH∶勃母石晶种比值减小到80∶20时，颗粒变成为椭圆形。而当该比值进一步减小至60∶40时，颗粒变成接近球形。因此，最典型的勃母石前体与勃母石晶种的比值不小于约60∶40，如不小于约70∶30或80∶20。但是，为保证足够的接种水平，以促进形成希望的细小颗粒形态，勃母石前体与勃母石晶种的重量比值一般不大于约98∶2。根据前面所述，重量比值提高一般会增大长宽比，而重量比值减小一般会使长宽比下降。
此外，当改变酸或碱的类型，保持其他变量恒定时，颗粒的形状(如长宽比)和尺寸受到影响。例如，在2重量％的硝酸溶液中，以ATH∶勃母石晶种的比值为90∶10，于180℃处理2小时，合成的颗粒一般是针形，相反，当用小于或等于1重量％的HCl替代上述硝酸溶液时，合成的颗粒一般接近球形。使用大于或等于2重量％的HCl时，合成的颗粒通常变成针形。使用1重量％的甲酸，合成的颗粒是小片形。而使用碱性溶液，如1重量％的KOH，合成的颗粒是小片形。如果使用酸和碱的混合物，如1重量％的KOH和0.7重量％的硝酸，合成的颗粒的形态是小片形。应理解，上述酸和碱的重量％的值是基于各固体悬浮液或浆料的固含量，即，不是基于浆料总重量的总的重量％。
合适的酸和碱包括：无机酸如硝酸，有机酸如甲酸，氢卤酸如盐酸，以及酸式盐，如硝酸铝和硫酸镁。有效的碱包括，例如，胺类包括氨，碱金属氢氧化物如氢氧化钾，碱土金属氢氧化物如氢氧化钙，以及碱式盐。
在保持其他变量恒定的同时改变温度时，通常粒度也改变。例如，在2重量％的硝酸溶液中，以ATH∶勃母石晶种比值为90∶10，于150℃处理2小时，由XRD(x-射线衍射图表征)发现晶体尺寸为115埃
Figure S2006800463685D00071
但是，在160℃，发现平均粒度为143埃。因此，随温度升高，粒度也增大，表明粒度与温度之间的正比关系。
根据本文所述的实施方式，可以使用相对有力和灵活的处理方法，为勃母石颗粒材料设计理想的形态。特别重要的是，实施方式利用接种处理，结果得到高度过程控制的成本有效的处理路线，该路线能产生要求的细小平均粒度以及受控制的粒度分布。以下各项的组合提供了对要求的勃母石颗粒材料的形态的可重复和可控制的处理：(i)确定并控制处理方法中的关键变量，如重量比、酸和碱的物种以及温度，和(ii)基于接种的技术特别重要。有一个实施方式涉及前面讨论的通过接种的勃母石处理路线提供勃母石颗粒材料。在另一个实施方式中，勃母石颗粒材料可以通过非接种的处理路线获得，并且同样可以利用商购的勃母石，如Sasol P2K、Disperal、Disperal 20、40和60。在这种情况下，勃母石可能具有受限制的各向异性形态，并且一般是各向同性的，与上述的实施方式不同。
虽然前面的内容着重于合适的勃母石颗粒材料及其形成，本发明的一个特别方面涉及将勃母石颗粒材料进一步处理成为含过渡型氧化铝的原料颗粒材料。在此，勃母石通过在一定温度煅烧进行热处理，所述温度足以使勃母石转化为主要包含一种过渡相氧化铝或多种过渡相的组合的过渡型氧化铝。为说明的目的，“主要的”一种过渡型氧化铝相或多种过渡相的组合的描述一般对应于至少80重量％，一般至少90重量％，如至少95重量％的一种或多种的过渡型氧化铝相。
煅烧温度部分取决于勃母石颗粒材料的类型以及将勃母石颗粒材料转化为过渡型氧化铝所需的时间。一般而言，煅烧温度不大于约1250℃。其他实施方式采用的煅烧温度不大于约1100℃，1000℃或者甚至900℃。通常，实施方式利用的煅烧温度不小于约500℃，如不小于600℃，典型的实施方式中，煅烧温度在约700-1100℃范围。
合适的煅烧时间部分取决于勃母石颗粒材料和要求的过渡型氧化铝材料的组成。通常，煅烧进行的时间不大于约5小时，一般在约1-4小时，或者1-3小时。应理解，上面所述的处理方针并非限制性的，只是对实施形成原料过渡型氧化铝的可能步骤的说明。制得的原料可以主要包含过渡型氧化铝，如γ相氧化铝，或γ相和δ相的组合，或γ相、δ相和θ相的组合，或δ相和θ相的组合。
煅烧可以在各种环境，包括受控制的气体和压力环境中进行。由于进行煅烧一般是要在勃母石颗粒材料中实施相变而不是化学反应，并且因为制得的材料主要是氧化物，因此除了多数的组成和形态控制的氧化铝最终产品外，不必实施专门化的气体和压力的环境。
根据一个特定的特征，勃母石颗粒材料的形态大多保持在原料颗粒材料中。因此，根据前述的技术，可以将理想的形态特征构建到勃母石中，那些特征基本上保存在初始形成的过渡型氧化铝颗粒材料中。例如，示出的实施方式至少保留了勃母石颗粒材料的比表面积，在某些情况中，表面积可以增加至少8％、10％、12％、14％或更多。由于形态大多保存在初始形成的过渡型氧化铝中，前面与勃母石颗粒材料的形态特征有关的描述同样可应用于过渡型氧化铝材料。
根据一个实施方式，然后对原料颗粒材料进行碾磨。因此，本文将经过煅烧和碾磨的颗粒材料描述为磨粒材料。磨粒材料的实施方式可具有显著量的非晶形含量，以及受控的密度和精细的粒度(refined particle size)，如下面所述。
根据一个实施方式，原料颗粒材料是在酸性环境中进行湿碾磨，以保持颗粒的稳定性，避免颗粒发生胶凝。用于湿碾磨的浆料的pH一般不大于约5.0，如不大于约4.5。通常，pH大于约2.0，对不同的操作实施方式在约3.5-4.0范围之内。可以使用各种酸来保证要求的pH。硝酸是特别合适的酸。
在湿碾磨后可以对磨粒材料进行干燥。可以采用各种干燥方法，如冷冻干燥或不显著改变粉末的特性的任何干燥形式。干燥后，立刻将干燥的颗粒材料分散，形成浆料，或者，将干粉储存和/或运输并且在一段时间之后分散，形成稳定的浆料。干燥的颗粒材料以干燥或者冷冻干燥态储存较长的时间，并可以分散在液体介质中，提供稳定的浆料。干态持续长时间储存后形成稳定浆料的能力有利于粉末的包装和运输，而不需要额外关注包含溶剂和/或稳定化添加剂。此外，可以使本发明的颗粒为高度稳定的，因此可以运输，而不会出现沉降。
可以对碾磨后的磨粒材料进行另外的处理，以进一步改进颗粒的特性。例如，磨粒材料可以进行离子交换过程，以改变干粉的密度。例如，一种特定的离子交换过程包括将碾磨的磨粒材料与树脂如IONAC以约1∶1.005的重量比值在pH为4条件下组合，混合这两种材料的组合，持续12小时。混合磨粒材料后，对颗粒进行筛分，制得的磨粒材料的干粉密度大于碾磨的磨粒材料。
根据一个实施方式，磨粒材料含有两个主要的组分，过渡型氧化铝和含铝(如铝氧化物)的非晶相。根据一个实施方式，存在于氧化铝颗粒中的非晶相的百分量不小于约5.0重量％，如不小于约10重量％，20重量％，25重量％，或者甚至30重量％。一般非晶相的含量受到限制，以形成最小组分，即小于约50重量％。通常，这种非晶形的含量不大于约45重量％，或者甚至不大于约40重量％。例如，非晶相的存在量在不小于约5.0重量％和小于约40重量％之间。其他实施方式在狭窄的范围之内，如非晶相含量约为10-40重量％，或者甚至约为20-40重量％。
再回到过渡型氧化铝，这种晶相一般是由以下中的至少一种过渡型氧化铝相或者多个过渡型氧化铝相的组合形成：χ，κ、γ、δ和θ相。一般而言，过渡型氧化铝包括γ相，当然可以是多数的晶相。在一个实施方式中，过渡型氧化铝主要是γ相。再看材料的总组成，形成磨粒材料的氧化铝颗粒可以包含不小于约10重量％的γ相氧化铝，一般不小于约20重量％的γ相。此外，过渡型氧化铝可以包含其他相，特别是θ相。在含θ相的实施方式中，通常γ相作为多数的晶相保留。形成磨粒材料的氧化铝颗粒可以包含不小于约5重量％的θ相氧化铝，如小于约10重量％的θ相。此外，存在γ相氧化铝还可以包括存在δ相氧化铝，取决于煅烧温度，在煅烧温度高于约1000℃时，一些表征技术不能区分δ相和γ相。
形成磨粒材料的氧化铝颗粒一般包括为晶体过渡相的补充量的非晶相，使过渡型晶相和非晶相构成颗粒的主要含量。通常，过渡型晶相和非晶相的组合构成形成磨粒材料的氧化铝颗粒的不小于约95重量％，通常构成不小于约97重量％或者甚至99重量％。通常，理想状况是非晶相和过渡型氧化铝相构成氧化铝材料的全部量(100重量％)。在所有情况下，任何剩余的组分可以包括杂质，如其他氧化铝相(即刚玉)、金属或可以通过进一步处理来除去的其他氧化物。
根据一个特定的特征，形成磨粒材料的氧化铝颗粒的干粉密度不大于约3.20g/cm3，如不大于3.00g/cm3。通常，氧化铝颗粒的干粉密度不大于约2.90g/cm3，如不大于约2.85g/cm3、2.80g/cm3或者甚至不大于约2.75g/cm3。密度值通常不小于约2.00g/cm3，如不小于2.30g/cm3或者甚至不小于2.40g/cm3。
在此，应注意，本领域包含过渡型氧化铝和非晶相的磨料的状态一般是高密度的。例如，根据美国专利第5,527,423号检测γ/非晶形材料，揭示密度约为3.78g/cm3。很明显，颗粒材料的密度不是仅取决于存在的相的类型或量，并且可能归功于其他特性。不希望受到理论的束缚，认为一个处理参数或它们的组合可导致上面所示的相对较低的密度。这些处理参数可以包括使用湿碾磨、pH水平、特定的酸物种如硝酸，常规的煅烧-碾磨方法。
再看另一个特征，氧化铝颗粒的比表面积可以不小于约100m2/g，如不小于约125m2/g。特定的实施方式可以具有较高的比表面积，如不小于150m2/g，不小于约160m2/g，175m2/g，190m2/g或者甚至不小于200m2/g。比表面积可以具有上限，如不超过350m2/g左右，通常为300m2/g。前述比表面积是通过BET技术测定的。
此外，氧化铝颗粒可以具有拉长的形态，包括为小片形或针形的颗粒，这些术语已经在上面参照原料颗粒材料进行定义。
根据一个实施方式，氧化铝颗粒的初级长宽比不小于约3∶1。在其他实施方式中，氧化铝颗粒的初级长宽比不小于约4∶1，5∶1，或者甚至6∶1。其他实施方式具有进一步拉长的颗粒，这种拉长的颗粒的初级长宽比不小于约9∶1或者甚至不小于10∶1。对于次级长宽比，一个实施方式含有针形颗粒，其次级长宽比不大于约3∶1，例如不大于2∶1，或者约为1∶1。在另一个实施方式中，氧化铝颗粒的次级长宽比不小于约4∶1，6∶1，或者甚至不小于8∶1，指小片形态。
对于颗粒的几何结构，根据一个实施方式，过渡型氧化铝颗粒的平均初级粒度不大于约85纳米(nm)。为了说明，平均初级粒度是对氧化铝颗粒沿其最长轴的测量。特定实施方式可具有的平均初级粒度不大于约50纳米，或不大于约40纳米，或者甚至不大于约30nm。在各向异性颗粒的情况中，平均初级粒度可以通过取多个代表样品，并在代表样品中对粒度进行物理测量，例如通过扫描电子显微镜(SEM)来确定。可以采用特别用于各向同性的颗粒材料的其他粒度表征技术。
虽然适当的平均初级粒度能促进形成稳定的浆料，但是团聚体的平均次级粒度或粒度也会影响磨粒材料形成稳定浆料的能力。合适的稳定浆料可以通过将团聚体均匀分散在整个介质中制备。稳定的浆料是避免了初级颗粒和次级颗粒聚集和沉降的那些悬浮液。与本文中的实施方式一致，颗粒的电荷足以排斥和克服颗粒之间的范德华吸引力，因此避免了显著的聚集现象。
因此，在一个实施方式中，氧化铝颗粒的平均次级粒度不大于约200纳米，如不大于约185纳米，175纳米，或者甚至不大于约165纳米。其他实施方式具有较小的团聚体，使次级粒度不大于约150纳米。使用激光衍射技术由代表样品获得对平均次级粒度的测量值。
根据不同实施方式，本发明的磨粒材料适合以干粉或在溶剂中分散后使用，以形成磨粒浆料。磨粒的分散体形成适合用于抛光应用如化学机械平面化(CMP)的浆料。
根据一个实施方式，将氧化铝颗粒分散在水中形成含水浆料。浆料中的固体含量可以变化，但是一般不大于约30重量％。一些实施方式的固体负载不大于约15重量％，其他实施方式的固体负载较低，如不大于约10重量％，5.0重量％或者甚至3.0重量％。
浆料可含有添加剂，如有机物和氧化剂，取决于浆料的目的应用。在特定的应用中，如化学机械平面化(CMP)，可以在浆料中加入氧化剂，使工件的材料表面氧化，促进抛光。根据一个实施方式，在浆料中氧化剂如H2O2的加入量不大于约10重量％。其他实施方式的氧化剂用量不大于约8.0重量％，7.0重量％，或者甚至5.0重量％，但是通常氧化剂的用量至少为0.1重量％。
在一些应用中，有机物通常作为分散剂、表面活性剂、粘合剂或流变改进剂添加。关于合适的有机添加剂，可以在浆料中加入甘氨酸，其量如不大于约5.0重量％。其他实施方式的甘氨酸含量不大于约4.0重量％，或者甚至不大于约3.0重量％。
考虑磨料浆的其他特性，根据一个实施方式，浆料为酸性(pH＜7.0)。合适的酸性化合物，如硝酸能有效控制浆料的酸度。其他实施方式提供的浆料的pH不大于约6.0，5.0或者甚至4.0。
此外，本发明的颗粒材料在浆料中提供高稳定性。为说明该内容的目的，浆料的稳定性定义为在一定的持续时间后，在含有该浆料的固定尺度(参见下面)的量筒内的沉降高度。
下面表1列出与可商购的其他材料比较，实施例1(下面提供方法细节)的稳定性。通过以下方式测量表1中列出的各材料的稳定性，在尺寸为24.31×98毫米(内径×高度)的量筒中加入25mL浆料。在已知持续时间后，对各样品测量由沉降颗粒形成的沉淀物高度。各浆料包含3.0重量％的氧化铝，5.0重量％的H2O2，1.0重量％的甘氨酸，pH约为4.0。如表1中列出的，实施例1的本发明浆料具有显著的稳定性，实际上，提供了稳定的浆料，该浆料在6天内没有沉降的迹象(即，没有可看得见的沉降高度，为0.0毫米)。该浆料为100％胶体稳定，在延长的时间如6天后(甚至更长时间)没有显示沉降。当然，长期观察表明浆料在15天后、30天后，甚至3个月后保持100％胶体稳定。在观察期间，实施例1没有受到干扰，但保持静置未改变。相反，商购的材料中没有能达到这样的稳定性，事实上在不受干扰的刚好6天后显示沉降。形成高稳定性浆料的能力有利于形成分散易于使用的浆料并进行运输，而不必考虑沉降问题，由此免除了应用该浆料之前进行混合的必要性。
                    表1：胶体稳定性
Figure S2006800463685D00131
如前面指出的，表1中的比较例都是商购的材料。比较例1是从蒂古萨(Degussa)获得的干粉氧化铝材料，批号0401050，平均次级粒度为141纳米，比表面积为121.8m2/g。比较例2是从白冠斯克(Baikowski)获得的干粉氧化铝材料，批号为031560，平均次级粒度为1327纳米，比表面积为105m2/g。比较例3是从纳诺菲斯(Nanophase)获得的干粉氧化铝材料，批号为AABIl 801，平均次级粒度为205纳米，比表面积为38.2m2/g。比较例4是从卡伯特(Cabot)获得的干粉氧化铝材料，批号105164，平均次级粒度为328纳米，比表面积为115.3m2/g。
根据另一个方面，提供的颗粒材料包括氧化铝颗粒，该氧化铝颗粒包含浊度不大于约200NTU的过渡型氧化铝，所述浊度是在氧化铝颗粒在水中浓度为0.50重量％时的浊度。浆料的浊度是对由光散射引起悬浮液中颗粒的不透明性的度量。该度量的一种单位是NTU或者比浊法浊度单位(NephelometricTurbidity Unit)。在一个实施方式中，在氧化铝颗粒在水中浓度为0.50重量％时，氧化铝颗粒的浊度不大于约150NTU，如约125NTU，100NTU或者甚至不大于约95NTU。一般，浆料的浊度越高，由悬浮的颗粒对光散射而使悬浮液更加不透明。本发明的颗粒材料在浆料中提供的透明度促使该材料能应用于磨料应用之外的各种用途，如用来加入例如用于涂层(特别是透明涂层)的聚合物材料、地板材料、软管、薄膜、包装材料和涂料中的填料和/或增强材料。
表2提供对使用本发明的颗粒材料和商购的氧化铝、氧化铝水合物(勃母石)和二氧化硅粉制备的浆料的浊度测量值比较。这些浆料不含添加剂，含有本文指出的颗粒和水(pH经过调节)。使用标准样品对DRT-15CE浊度仪(HF科学有限公司(HF Scientific，Inc.)，Fort Myers，FL.)进行校准，然后对表2中列出的样品进行测量。如表2中列出的，实施例1的本发明的颗粒材料具有明显较低的浊度，与商购的氧化铝和二氧化硅相比，结果在两种浓度下都具有较高的透明度。高透明度的效果与前面讨论的颗粒特性和颗粒形态相关，如平均初级粒度和平均次级粒度，以及颗粒形状，密度，组成特性。
                    表2：浊度测量
如前面讨论的，比较例含有从不同制造商购得的材料。比较例1-4的产品说明结合表1在前面示出。如表2示出的比较例5是从杜邦空气产品纳米材料有限公司(DuPont Air Products Nanomaterials LLC)获得的胶体二氧化硅(Syton-HT50)，批号1A755H。比较例6是从圣戈本公司(Saint-Gobain)获得的α氧化铝，平均次级粒度为100纳米，比表面积为37m2/g。比较例7是从萨寿(Sasol)获得的干粉勃母石P2K，批号10331，比表面积为160m2/g。
根据另一个方面，提供对导电金属表面进行抛光的方法，该方法包括：在工件和压板之间提供磨料浆，该磨料浆具有包含上面所述的氧化铝颗粒的磨粒材料。该方法进一步包括使压板和工件做相对平移。
压板可以相对于工件进行平移，或者工件相对于压板进行平移，或者压板和工件都可以平移。与典型的抛光实践一致，在压板、工件，或者两者上施加压力，以在磨料浆和工件表面之间形成足够的摩擦，促使从工件表面去除材料。在特定的实施例中，磨料浆适合用于化学机械平面化(CMP)应用。同样，工件可以包括另外或其他的导电金属(如，铜、铝、钨)，这些金属通常是半导体基片的组分。一般而言，半导体基片包括导电材料和介电材料，金属层覆盖在介电层之上。在半导体基片的内容中，所述方法一般还包括对金属表面连续抛光，露出下面的介电层，或下面介电层的部分。
实施例
实施例1
首先，将原料勃母石材料，如萨索尔(Sasol)的P2K，Disperal，Disperal20，40和60(萨索尔(Sasol)，Lake Charles，LA)在空气中，于约500-1250℃温度范围进行煅烧或热处理，取决于对前体过渡型氧化铝颗粒内的过渡型氧化铝的要求的组成。煅烧后的粉末用Szegvari超微磨碎机(联合处理公司(Union process)，Akron，OH)进行碾磨，并使用0.8mm ZrO2介质(托素(Tosho)，Tokyo，Japan)在去离子水中碾磨2小时。第二次碾磨步骤是使用同样的超微磨碎机，用0.3mm ZrO2介质(托素，Tokyo，JP)，以600fpm速度进行至少2小时。在碾磨期间，该系统的pH为酸性，在约3.5-4.0范围。使用硝酸控制pH。或者，可以在一个步骤中，使用上述的超微磨碎机，用0.8mm ZrO2介质碾磨6小时完成，而不必更换介质。制得的浆料的固体负载通常约为25-30重量％。将该浆料冷冻干燥，以同样的pH、粒度分布和胶体稳定性再次分散在去离子水中。
如下面表3所示，升高煅烧温度会提高材料的结晶度，产生向过渡型氧化铝的更高温度形式的转变。在升高的煅烧温度，通常高于1000℃，形成δ相。为表3的目的，显示γ氧化铝和δ氧化铝过渡相为共存相，因为表征技术不能区分各单独相的精确的百分率。
表3中示出的实施例1中形成的磨粒材料的非晶相含量是采用XRD分析，用MgO标准测定的。MgO因为其低的质量吸附系数而被用作为标准。掺混的样品是由大约50∶50重量％的磨粒材料与MgO标准材料，用SPEX磨机混合15分钟后形成的。XRD设备是菲力普(Philips)衍射仪装置，用于转化成固定的狭缝型数据(fixed slit type data)。使用Siroquant软件进行Rietveld分析，该软件提供了误差约为±10％的估计测量。
                          表3
  500℃   800℃   1000℃   1100℃
  非晶形   39.8   36.5   22.2   17.8
  晶体   60.2   63.5   77.8   82.2
  γ(δ)   60.2   63.5   61.5   47.8
  θ   16.3   34.4
实施例2
首先，将来自萨索尔的P2K的勃母石原料于500℃煅烧2小时，将大部分的勃母石转化为γ相氧化铝。煅烧的氧化铝颗粒(前体)用Szegvari超微磨碎机(联合处理公司，Akron，OH)，使用0.8mm ZrO2介质碾磨6小时。该浆料的pH为酸性，以防止在碾磨期间发生胶凝，用硝酸将pH控制在约3.5-4.0范围。新鲜碾磨的浆料的pH在约3.5-4.0范围，然后对浆料进行冷冻干燥。将冷冻干燥后的浆料再分散，而不改变其原来的胶体特性。在表征上面制备的氧化铝颗粒时，测定平均次级粒度约为150毫米，平均初级粒度约为20毫米×5毫米(拉长的形态)。测定该晶体结构的特性表明是约47重量％的非晶形和约53％的γ相氧化铝。进一步测定该氧化铝颗粒，其比表面积约为220m2/g，密度约为2.56g/cm3。
参见图1，将各种含在不同温度下煅烧的氧化铝颗粒的磨料浆对钨的材料去除速率与商购的二氧化硅浆料对钨的材料去除速率进行比较。如图所示，含氧化铝颗粒的浆料的材料去除速率一般随氧化铝颗粒的煅烧温度升高而提高。
参见图2，将图1中示出的同样磨料浆对介电材料(二氧化硅)的材料去除速率与商购的二氧化硅浆料的材料去除速率进行比较，以说明选择性。图2显示，氧化铝浆料具有理想的低材料去除速率，而明显与煅烧温度无关。如图所示，商购的二氧化硅浆料的材料去除速率比本文所述的含氧化铝颗粒的浆料大得多(不希望的)。
对图1和图2进行比较，表明含本文所述的氧化铝颗粒的浆料与商购的二氧化硅浆料相比，具有优良的选择性。含氧化铝颗粒的浆料具有理想的选择性，这样高的选择性适合于各种抛光应用，如用于电子元件加工工业的CMP。按照前面所述，含过渡型氧化铝颗粒，特别是在高于或等于800℃煅烧的颗粒的浆料证实具有理想的材料去除速率和选择性，这种浆料特别适合用于各种抛光应用。
参见图3，示出作为煅烧温度的函数的含氧化铝颗粒材料的样品中的各相的百分量。在较高温度煅烧的样品一般具有较高百分量的晶体相，并表明存在的非晶相的百分量减小。在1000℃煅烧的样品中存在过渡型氧化铝的θ相，该样品在1100℃煅烧后的θ相百分量增加，而γ相的量减小。还可以参见上面关于表格的讨论。
参见图4，测量了含按照本文的实施方式的氧化铝材料的样品的干粉密度，并作为煅烧温度的函数示出。每个样品的密度都是由两组不同的技术员测定的(分别是测量值1和2)。图4示出样品密度随升高煅烧温度而增加的总体趋势。
图5示出两组含按照本文的实施方式的氧化铝材料的样品的干粉密度(作为煅烧温度的函数)的图。一组样品是只进行煅烧，而另一组样品进行煅烧和碾磨。图5显示，碾磨的各样品的干粉密度小于未进行碾磨(只进行煅烧)的相应样品的干粉密度，对各种煅烧温度都有这种结果。
参见图6，绘制含按照本文的实施方式的氧化铝材料的样品的比表面积作为煅烧温度的函数的图。图6示出比表面积随煅烧温度升高而下降的总体趋势。在700℃和900℃煅烧的样品显示与总体趋势的微小区别，但没有超出估计的标准偏差。
虽然在具体实施方式的内容中对本发明进行描述和说明，但是本发明并不受示出的细节的限制，因为在不偏离本发明的范围下可以进行各种修改和替代。例如，可以提供另外的或等同的替代物，并可使用另外的或等同的生产步骤。同样，对本领域技术人员，可以不使用超出常规的试验就能对本文揭示的本发明进行修改和等同替代，并且可以认为所有的修改和等同替代都在由权利要求书限定的本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种磨粒材料，包含：
氧化铝颗粒，所述氧化铝颗粒包含过渡型氧化铝和至少5.0重量％的非晶相，所述氧化铝颗粒包括不小于20重量％的γ相氧化铝，所述氧化铝颗粒的密度不大于3.00g/cm3。
2.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述过渡型氧化铝包含γ相氧化铝和δ相氧化铝中的至少一种。
3.如权利要求2所述的磨粒材料，其特征在于，所述过渡型氧化铝包含δ相氧化铝。
4.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述过渡型氧化铝包含θ相氧化铝。
5.如权利要求4所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒包含不小于5重量％的θ相氧化铝。
6.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒包含不小于10重量％的非晶相。
7.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒包含不小于5.0重量％的非晶相和不大于40重量％的非晶相，余量的颗粒主要由过渡型氧化铝组成。
8.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒的比表面积不小于100m2/g。
9.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒是小片形，其初级长宽比不小于3∶1，次级长宽比不小于3∶1。
10.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒为针形，其初级长宽比不小于3∶1，次级长宽比不大于3∶1。
11.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒的平均初级粒度不大于85纳米。
12.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述氧化铝颗粒的平均次级粒度不大于200纳米。
13.如权利要求12所述的磨粒材料，其特征在于，所述平均次级粒度不大于150纳米。
14.如权利要求1所述的磨粒材料，其特征在于，所述磨粒材料包括浆料。
15.如权利要求14所述的磨粒材料，其特征在于，所述浆料的胶体稳定性按照沉降高度测定，3天后沉降高度为0.0毫米。
16.如权利要求15所述的磨粒材料，其特征在于，所述浆料的胶体稳定性按照沉降高度测定，6天后沉降高度为0.0毫米。
17.一种形成磨粒材料的方法，该方法包括：
提供主要包含过渡型氧化铝的原料颗粒；
对原料颗粒进行碾磨，形成包含过渡型氧化铝和不小于5.0重量％的非晶相的氧化铝颗粒，所述氧化铝颗粒包括不小于20重量％的γ相氧化铝，该氧化铝颗粒的密度不大于3.00g/cm3。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述碾磨步骤包括在pH小于5.0的酸性溶液中进行湿碾磨。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述湿碾磨包括对过渡型氧化铝颗粒进行碾磨至平均次级粒度不大于200纳米。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对含铝材料进行煅烧，提供原料颗粒，其中所述对含铝材料进行煅烧的步骤包括加热含铝材料加热至一定温度，该温度足以使含铝材料转化为主要包含过渡型氧化铝的原料颗粒。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述煅烧步骤在不大于1250℃的温度进行。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对氧化铝颗粒进行干燥，形成干氧化铝粉；将干氧化铝粉分散在溶剂中，形成磨料浆。
23.一种对工件的导电金属表面进行抛光的方法，该方法包括：
在工件和用于抛光的压板之间提供磨料浆，所述磨料浆包含溶剂和氧化铝颗粒，所述氧化铝颗粒包含过渡型氧化铝和不小于5重量％的非晶相，所述氧化铝颗粒包括不小于20重量％的γ相氧化铝，其中氧化铝颗粒的密度不大于3.00g/cm3；
使压板和工件做相对平移。
CN2006800463685A 2005-10-14 2006-10-13 磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法 Active CN101370896B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/251,633 2005-10-14
US11/251,633 US8685123B2 (en) 2005-10-14 2005-10-14 Abrasive particulate material, and method of planarizing a workpiece using the abrasive particulate material
PCT/US2006/040295 WO2007047547A2 (en) 2005-10-14 2006-10-13 Abrasive particulate material, and method of planarizing a workpiece using the abrasive particulate material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101370896A CN101370896A (zh) 2009-02-18
CN101370896B true CN101370896B (zh) 2012-10-17

Family

ID=37722443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006800463685A Active CN101370896B (zh) 2005-10-14 2006-10-13 磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法

Country Status (18)

Country Link
US (1) US8685123B2 (zh)
EP (1) EP1934300B1 (zh)
JP (1) JP5384938B2 (zh)
KR (1) KR101120417B1 (zh)
CN (1) CN101370896B (zh)
AT (1) ATE555179T1 (zh)
AU (1) AU2006304356B2 (zh)
BR (1) BRPI0617413A2 (zh)
CA (1) CA2625273C (zh)
IL (1) IL190737A0 (zh)
MY (1) MY145461A (zh)
NO (1) NO20082195L (zh)
NZ (1) NZ567318A (zh)
RU (1) RU2401856C2 (zh)
TW (1) TWI308928B (zh)
UA (1) UA87938C2 (zh)
WO (1) WO2007047547A2 (zh)
ZA (1) ZA200803185B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105764653B (zh) * 2013-09-30 2020-09-11 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 成形磨粒及其形成方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8685123B2 (en) 2005-10-14 2014-04-01 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Abrasive particulate material, and method of planarizing a workpiece using the abrasive particulate material
US20070287004A1 (en) * 2006-05-25 2007-12-13 Gottzmann Andreas M Laminate and Method of Manufacture
FR2906800B1 (fr) * 2006-10-09 2008-11-28 Rhodia Recherches & Tech Suspension liquide et poudre de particules d'oxyde de cerium, procedes de preparation de celles-ci et utilisation dans le polissage
US7837888B2 (en) * 2006-11-13 2010-11-23 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for damascene CMP
WO2009151664A2 (en) * 2008-03-03 2009-12-17 University Of Florida Research Foundation, Inc. Nanoparticle sol-gel composite hybride transparent coating materials
TWI417245B (zh) * 2008-06-13 2013-12-01 Fujimi Inc 氧化鋁粒子及含有該氧化鋁粒子之研磨用組成物
US8382016B2 (en) * 2009-02-25 2013-02-26 Thiele Kaolin Company Nano particle mineral pigment
MX2011009351A (es) * 2009-03-11 2011-11-02 Saint Gobain Abrasives Inc Articulos abrasivos que incluyen granos de alumina y zirconia fusionados con una forma mejorada.
KR20140000496A (ko) * 2012-06-22 2014-01-03 에스케이하이닉스 주식회사 연마 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 화학적 기계적 연마 방법
CN104726061A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 3M创新有限公司 磨料、研磨件及其制备方法
CN103952084B (zh) * 2014-04-29 2016-03-23 德米特（苏州）电子环保材料有限公司 一种氧化铝基质的金属抛光液的制备方法
JP6233296B2 (ja) * 2014-12-26 2017-11-22 株式会社Sumco 砥粒の評価方法、および、シリコンウェーハの製造方法
JP6803176B2 (ja) * 2016-08-26 2020-12-23 一般財団法人ファインセラミックスセンター 多孔質アルミナ粒子材料の製造方法
WO2021049154A1 (ja) * 2019-09-11 2021-03-18 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物およびこれを用いた研磨方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414925A (zh) * 1999-12-27 2003-04-30 昭和电工株式会社 氧化铝粒子、其制造方法、含有该粒子的组合物和研磨用氧化铝料浆
WO2006060206A1 (en) * 2004-11-18 2006-06-08 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Transitional alumina particulate materials having controlled morphology and processing for forming same
JP4193712B2 (ja) * 2004-01-30 2008-12-10 株式会社デンソー ランドを備える基板の製造方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4318896A (en) * 1980-04-14 1982-03-09 Uop Inc. Manufacture of alumina particles
US4835124A (en) 1985-09-30 1989-05-30 Aluminum Company Of America Alumina ceramic product from colloidal alumina
US5302368A (en) 1987-01-29 1994-04-12 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for preparation of alumina
US4797139A (en) 1987-08-11 1989-01-10 Norton Company Boehmite produced by a seeded hydyothermal process and ceramic bodies produced therefrom
JPH04193712A (ja) 1990-11-26 1992-07-13 Sumitomo Chem Co Ltd 遷移アルミナおよびその製造方法
DE4118564A1 (de) 1991-06-06 1992-12-17 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Teilkristalline uebergangsaluminiumoxide, verfahren zu deren herstellung und verwendung zur gewinnung von formkoerpern, die im wesentlichen aus gamma-al(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)o(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) bestehen
FR2678922B1 (fr) * 1991-07-08 1994-03-25 Sumitomo Chemical Cy Ltd Poudre d'alumine theta, son procede de preparation et support d'enregistrement magnetique la contenant.
US5527423A (en) 1994-10-06 1996-06-18 Cabot Corporation Chemical mechanical polishing slurry for metal layers
KR960041316A (ko) 1995-05-22 1996-12-19 고사이 아키오 연마용 입상체, 이의 제조방법 및 이의 용도
US5693239A (en) * 1995-10-10 1997-12-02 Rodel, Inc. Polishing slurries comprising two abrasive components and methods for their use
JPH10125638A (ja) 1996-08-29 1998-05-15 Sumitomo Chem Co Ltd 研磨用組成物及びそれを使用した半導体基板上の金属膜の平坦化方法
KR19980019046A (ko) 1996-08-29 1998-06-05 고사이 아키오 연마용 조성물 및 이의 용도(Abrasive composition and use of the same)
US6194317B1 (en) 1998-04-30 2001-02-27 3M Innovative Properties Company Method of planarizing the upper surface of a semiconductor wafer
JPH11268911A (ja) 1998-01-08 1999-10-05 Nissan Chem Ind Ltd アルミナ粉末及びその製造方法並びに研磨用組成物
TW555696B (en) * 1998-01-08 2003-10-01 Nissan Chemical Ind Ltd Alumina powder, process for producing the same and polishing composition
JP3545950B2 (ja) 1998-10-29 2004-07-21 ロデール・ニッタ株式会社 研磨用組成物
JP4134458B2 (ja) 1999-06-23 2008-08-20 Ｊｓｒ株式会社 半導体部品用洗浄剤、半導体部品の洗浄方法
US7067105B2 (en) * 1999-12-27 2006-06-27 Showa Denko K.K. Alumina particles, production process thereof, composition comprising the particles and alumina slurry for polishing
TWI272249B (en) 2001-02-27 2007-02-01 Nissan Chemical Ind Ltd Crystalline ceric oxide sol and process for producing the same
US6756340B2 (en) * 2002-04-08 2004-06-29 Uop Llc Dehydrogenation catalyst composition
TWI307712B (en) * 2002-08-28 2009-03-21 Kao Corp Polishing composition
US7344988B2 (en) 2003-10-27 2008-03-18 Dupont Air Products Nanomaterials Llc Alumina abrasive for chemical mechanical polishing
DE10360087A1 (de) 2003-12-20 2005-07-21 Degussa Ag Flammenhydrolytisch hergestelltes, hochoberflächiges Aluminiumoxidpulver
TW200531924A (en) * 2004-03-12 2005-10-01 Sumitomo Chemical Co Method for producing α-alumina particle
TWI271555B (en) 2005-06-13 2007-01-21 Basf Ag Slurry composition for polishing color filter
US8685123B2 (en) 2005-10-14 2014-04-01 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Abrasive particulate material, and method of planarizing a workpiece using the abrasive particulate material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414925A (zh) * 1999-12-27 2003-04-30 昭和电工株式会社 氧化铝粒子、其制造方法、含有该粒子的组合物和研磨用氧化铝料浆
JP4193712B2 (ja) * 2004-01-30 2008-12-10 株式会社デンソー ランドを備える基板の製造方法
WO2006060206A1 (en) * 2004-11-18 2006-06-08 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Transitional alumina particulate materials having controlled morphology and processing for forming same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105764653B (zh) * 2013-09-30 2020-09-11 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 成形磨粒及其形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
NO20082195L (no) 2008-07-03
TW200724657A (en) 2007-07-01
EP1934300B1 (en) 2012-04-25
ATE555179T1 (de) 2012-05-15
TWI308928B (en) 2009-04-21
WO2007047547A3 (en) 2007-06-14
EP1934300A2 (en) 2008-06-25
ZA200803185B (en) 2009-01-28
IL190737A0 (en) 2008-11-03
US8685123B2 (en) 2014-04-01
CN101370896A (zh) 2009-02-18
UA87938C2 (ru) 2009-08-25
NZ567318A (en) 2011-06-30
AU2006304356B2 (en) 2010-07-01
JP5384938B2 (ja) 2014-01-08
KR101120417B1 (ko) 2012-03-16
BRPI0617413A2 (pt) 2011-07-26
CA2625273A1 (en) 2007-04-26
KR20080066799A (ko) 2008-07-16
CA2625273C (en) 2011-08-23
AU2006304356A1 (en) 2007-04-26
JP2009511719A (ja) 2009-03-19
RU2401856C2 (ru) 2010-10-20
MY145461A (en) 2012-02-15
RU2008114107A (ru) 2009-11-20
US20070084134A1 (en) 2007-04-19
WO2007047547A2 (en) 2007-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101370896B (zh) 磨粒材料和用该磨粒材料对工件平面化的方法
US8088355B2 (en) Transitional alumina particulate materials having controlled morphology and processing for forming same
US7638105B2 (en) Nanoporous ultrafine α-alumina powders and sol-gel process of preparing same
CN1856443B (zh) 纳米多孔超细α-氧化铝粉末及其冷冻干燥制备方法
CN101711226A (zh) 陶瓷微粒材料及其制备方法
US20110252714A1 (en) Ceria material and method of forming same
WO2013049239A1 (en) Abrasive articles including abrasive particulate materials, coated abrasives using the abrasive particulate materials and methods of forming
KR20100021986A (ko) 뵈마이트 입자의 제조 방법 및 알루미나 입자의 제조 방법
ZA200703961B (en) Transitional alumina particulate materials having controlled morphology and processing for forming same
JP2725192B2 (ja) 研磨剤組成物

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant