DE112020000827T5 - Polierzusammensetzung - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Polierzusammensetzung bereitgestellt, welche eine Wölbung entlang der Peripherie einer Laserbeschriftung verhindern kann, ohne die Poliergeschwindigkeit zu verringern. Eine Polierzusammensetzung umfasst: Wasser; ein Abrasiv bzw. Schleifmittel; eine basische Verbindung; ein Benzyltrimethylammonium-Salz (BTMAC); und ein wasserlösliches Polymer, welches Stickstoff (PVP-PVA) enthält.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polierzusammensetzung.
- STAND DER TECHNIK
- Hochpräzise Bearbeitung bzw. Ultra-Feinbearbeitung ist eine sehr wichtige Technik in der Herstellung von Halbleiter-Produkten. Mit fortschreitender Miniaturisierung von LSI-Vorrichtungen in den letzten Jahren gibt es einen Trend in Richtung strengeren Anforderungen hinsichtlich Oberflächen-Rauigkeit bzw. -Rauheit und der Ebenheit von Halbleiter-Wafern nach dem Präzisionspolieren.
- Typischerweise wird ein Silizium-Wafer mit einer harten Laserbeschriftung bzw. Lasermarkierung für die Verwaltung von Chargen bzw. das Chargen-Management („lot management“) bereitgestellt. Insbesondere vor der Feinverarbeitung wird ein LaserStrahl auf entweder der Vorder- oder der Rückseite eines Wafers gerichtet bzw. gelenkt, um einen Identifkationscode gemäß SEMI OCR, SEMI 2D Code (T7) oder anderen Normen aufzudrucken.
- Während
WO 2016/039265 A1 - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Während des Aufdruckens einer harten Lasermarkierung bzw. Laserbeschriftung, wird ein Laserstrahl auf ein Material gerichtet, zu welcher Zeit bzw. welchem Zeitpunkt der Abschnitt bzw. Bereich des Materials entlang der Peripherie der Laserbeschriftung eine Änderung seiner Beschaffenheit erfährt. Wenn die Polierrate bzw. Poliergeschwindigkeit während des Präzisionspolierens für die Peripherie der Lasermarkierung geringer ist als die Polierrate für Silizium, wölbt sich der Abschnitt des Materials entlang der Peripherie der Lasermarkierung bzw. Laserbeschriftung. Im Hinblick darauf, muss die Poliergeschwindigkeit für die Peripherie der Lasermarkierung ungefähr die gleiche sein wie für Silizium.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Polierzusammensetzung bereitzustellen, welche ein Quellen bzw. Wölben entlang der Peripherie einer Lasermarkierung ohne Verringerung der Poliergeschwindigkeit verhindern kann.
- Eine Polierzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Wasser; ein Abrasiv bzw. Schleifmittel; eine basische Verbindung; ein Benzyltrimethylammonium-Salz (BTMAC); und ein wasserlösliches Polymer, welches Stickstoff enthält.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine Polierzusammensetzung bereit, welche ein Aufquellen bzw. Wölben entlang der Peripherie bzw. eines Randbereichs einer Lasermarkierung ohne Verringerung der Poliergeschwindigkeit verhindern kann.
- Figurenliste
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1 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der BTMAC-Konzentration und der Wölbung entlang der Peripherie einer Lasermarkierung bzw. Laserbeschriftung zeigt. -
2 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der BTMAC-Konzentration und der Poliergeschwindigkeit für Silizium zeigt. -
3 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der PVP-PVA-Konzentration und der Wölbung entlang der Peripherie einer Lasermarkierung zeigt. -
4 ist ein Graph, welcher den Zusammenhang zwischen der PVP-PVA-Konzentration und der Poliergeschwindigkeit für Silizium zeigt. - AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
- Nun wird eine Polierzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
- Eine Polierzusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Wasser; ein Abrasiv; eine basische Verbindung; ein Benzyltrimethylammonium-Salz (BTMAC); und ein wasserlösliches Polymer, welches Stickstoff enthält.
- Sowohl Benzyltrimethylammonium-Salze als auch wasserlösliche Polymere, welche Stickstoff enthalten, wirken, um Abrasiv- bzw. Schleif-Körner in einer Polierzusammensetzung elektrisch aufzuladen, sodass sich Abrasiv-Körner leicht zum negativ geladenen Oxid-Film bewegen können, wobei angenommen wird, dass dies eine Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung verringert. Es wird angenommen, dass Polymere größere derartige Wirkungen aufweisen (siehe nachstehend diskutierte Vergleichsbeispiele 1 bis 8).
- Wenn jedoch Polymere mit deren hohen Molekulargewichten auf Abrasiv-Körner wirken und an den Oberflächen der Abrasiv-Körner haften, verringern sie die eigene mechanische Polierkraft der Abrasiv-Körner, wobei angenommen wird, dass dies die Poliergeschwindigkeit für eine Silizium-Oberfläche deutlich verringert.
- Wenn eine Zusammensetzung ein Benzyltrimethylammonium-Salz und ein wasserlösliches Polymer enthält, wird angenommen, dass beide auf die Abrasiv-Körner bzw. Schleifkörner derart wirken, dass Abrasiv-Körner, auf welche das Benzyltrimethylammonium-Salz wirkte, und Abrasiv-Körner, auf welche das Polymer wirkte, gleichzeitig vorliegen. Es wird angenommen, dass sobald eines dieser Inhaltsstoffe bzw. Zusätze auf die Abrasiv-Körner wirkt, der andere schwer auf dieselben Abrasiv-Körner aufgrund von elektrischen Ladungen wirken kann.
- Es wird angenommen, dass das Polieren der Laserbeschriftung bzw. Lasermarkierung hauptsächlich durch die Wirkung der Abrasiv-Körner, auf welche das Polymer wirkte, erreicht werden kann, und das Polieren des Siliziums wird hauptsächlich durch Abrasiv-Körner, auf welche das Benzyltrimethylammonium-Salz wirkte, erreicht, wodurch ein Wölben bzw. Quellen entlang der Peripherie einer Lasermarkierung ohne Verringerung der Poliergeschwindigkeit verhindert wird.
- Das Benzyltrimethylammonium-Salz kann mit 0,003 bis 0,010 Gewichts% vorliegen. Das wasserlösliche Polymer kann mit 0,0007 bis 0,0032 Gewichts% vorliegen.
- Das wasserlösliche Polymer kann ein Propf-Copolymer von Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Polyvinylalkohol (PVA) umfassen.
- Die basische Verbindung kann eines oder mehrere umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniak, einem Amin, einem quaternären Ammonium-Salz, einem Hydroxid eines Alkalimetalls, und einem Carbonat.
- Das Abrasiv bzw. Schleifmittel kann kolloidales Siliziumdioxid umfassen.
- Das verwendete kolloidale Siliziumdioxid kann ein gewöhnlich in diesem Gebiet verwendetes sein. Das verwendete kolloidale Siliziumdioxid ist nicht auf eine bestimmte Korngröße beschränkt, und kann zum Beispiel eines mit einer mittleren sekundären Partikelgröße von 20 bis 130 nm sein. Das kolloidale Siliziumdioxid kann eine Partikelgröße, oder zwei oder mehrere Partikelgrößen aufweisen.
- Der Gehalt des kolloidalen Siliziumdioxids ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, und kann zum Beispiel 0,15 bis 20 Gewichts% der gesamten Polierzusammensetzung (unverdünnt) sein. Vor dem Verwenden wird die Polierzusammensetzung um bzw. mit einem Faktor von 10 bis 80 zum Polieren verdünnt. Vor dem Verwenden wird die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise derart verdünnt, dass die Konzentration von Siliziumdioxid 100 bis 5000 ppm (Massen-ppm; dasselbe gilt nachstehend) ist.
- Das wasserlösliche Polymer haftet an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers, um die Oberfläche des Halbleiter-Wafers zu modifizieren. Dies verbessert die Gleichmäßigkeit beim Polieren, wodurch die Oberflächen-Rauigkeit verringert wird. Das wasserlösliche Polymer ist vorzugsweise ein Propf-Copolymer aus PVP und PVA, ist aber nicht darauf beschränkt und kann ein Vinyl-Polymer wie Polyvinylpyrrolidon (PVP), alkyliertes Polyvinylpyrrolidon, Vinylpyrrolidon / Vinylacetat-Copolymer, Vinylpyrrolidon / Alkylaminomethacrylat-Copolymer, Vinylpyrrolidon / Propylmethacrylamid-trimethylammoniumchlorid-Copolymer, Vinylpyrrolidon / (Dimethylaminopropyl)methacrylamid-Copolymer, Vinylpyrrolidon / (Dimethylaminopropyl)methacrylamid / (Methacryloylaminopropyllauryldimethylammoniumchlorid)-Terpolymer, (Vinylpyrrolidon / Acrylsäure / Laurylmethacrylat)-Terpolymer, (Vinylpyrrolidon / Vinylcaprolactam / Dimethylaminoethylmethacrylat)-Terpolymer, (Vinylcaprolactam / Vinylpyrrolidon / (Dimethylaminopropyl)methacrylamid)-Terpolymer, und ähnliches sein.
- Das wasserlösliche Polymer ist vorzugsweise ein Polymer, welches keine Alkylenoxid-Gruppe außer einer Ethylenoxid-Gruppe aufweist.
- Der Gehalt des wasserlöslichen Polymers ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, und kann zum Beispiel 0,0001 bis 1,2 Massen% der gesamten Polierzusammensetzung (unverdünnt), sein.
- Die basische Verbindung ätzt die Oberfläche des Halbleiter-Wafers zum chemischen Polieren. Die basische Verbindung kann zum Beispiel eine Amin-Verbindung, eine anorganische Alkali-Verbindung, oder ähnliches sein.
- Beispiele der Amin-Verbindungen umfassen zum Beispiel primäre Amine, sekundäre Amine, tertiäre Amine, quaternäre Amine, quaternäres Ammonium und Hydroxide derselben, heterozyklische Amine, und ähnliches. Spezifische Beispiele umfassen Ammoniak, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Tetraethylammoniumhydroxid (TEAH), Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAH), Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Hexylamin, Cyclohexylamin, Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Diethylentriamin (DETA), Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Pentaethylenhexamin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, N-(β-Aminoethyl)ethanolamin, wasserfreies Piperazin, Piperazin-Hexahydrat, 1-(2-Aminoethyl)piperazin, N-Methylpiperazin, Piperazinhydrochlorid, Guanidincarbonat, und ähnliches.
- Beispiele der anorganischen Alkali-Verbindungen umfassen Alkalimetall-Hydroxide, Alkalimetall-Salze, Erdalkalimetall-Hydroxide, und Erdalkalimetall-Salze. Spezifische Beispiele der anorganischen Alkali-Verbindungen umfassen Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, und ähnliches.
- Eine der vorstehend aufgezählten basischen Verbindungen kann alleine verwendet werden, oder zwei oder mehrere derselben können gemischt und verwendet werden. Besonders bevorzugte der vorstehend aufgezählten basischen Verbindungen sind Ammoniak, Amine, Alkalimetall-Hydroxide, und Alkalimetallcarbonate.
- Der Gehalt der basischen Verbindung (wenn zwei oder mehrere basische Verbindungen enthalten sind, deren Gesamtmenge) ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, und kann zum Beispiel 0,01 bis 1,6 Massen% der gesamten Polierzusammensetzung sein.
- Die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ferner eine pH-Steuermittel umfassen. Der pH-Wert der Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist vorzugsweise 8,0 bis 12,0.
- Die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zusätzlich zum Vorstehenden jegliche(n) Inhaltsstoff(e) bzw. Zusatz/Zusätze umfassen, welche(s) auf dem Gebiet der Polierzusammensetzungen allgemein bekannt ist/sind.
- Die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch geeignetes Mischen des Abrasivs, der basischen Verbindung, BTMAC, des wasserlöslichen Polymers, und anderer Zusätze bzw. Inhaltsstoffe und anschließendes Zugeben von Wasser hergestellt. Alternativ kann die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch sukzessives Mischen des Abrasivs, der basischen Verbindung, BTMAC, des wasserlöslichen Polymers, und anderen Zusätzen mit Wasser hergestellt werden. Diese Zusätze können durch ein Mittel bzw. Hilfsmittel, welches typischerweise auf dem technischen Gebiet der Polierzusammensetzungen verwendet wird, wie ein Homogenisator oder Ultraschall gemischt werden.
- Die vorstehend beschriebene Polierzusammensetzung wird mit Wasser auf eine geeignete bzw. passende Konzentration vor der Verwendung verdünnt, um einen Halbleiter-Wafer zu polieren.
- Die Polierzusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann passend bzw. geeignet zum doppelseitigen bzw. zweiseitigen Polieren eines Silizium-Wafers verwendet werden.
- BEISPIELE
- Die vorliegende Erfindung wird nun spezifischer mit Bezug zu den Beispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
- Es wurden die in Tabelle 1 gezeigten Polierzusammensetzungen hergestellt, welche als Erfindungsbeispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 8 gekennzeichnet bzw. bezeichnet sind. [Tabelle 1]
Inhaltsstoffe der Polierzusammensetzung Polier-Ergebnisse SiO2 TMAH KHCO3 K2CO3 BTMAC PVP-PVA LM-Wölbung Si-RR Einheit Gew.% Gew.% Gew.% Gew.% Gew.% Gew.% nm µm/min Erf. bsp. 1 0,658 0,024 0,012 0,013 0,005 0,0007 1,9 0,29 Erf. bsp. 2 0,658 0,024 0,012 0,013 0,005 0,0013 0 oder weniger 0,30 Erf. bsp. 3 0,658 0,024 0,012 0,013 0,005 0,0021 0,1 0,32 Erf. bsp. 4 0,658 0,024 0,012 0,013 0,005 0,0028 0 oder weniger 0,31 Vgl. bsp. 1 0,658 0,024 0,012 0,013 0,000 0,0000 13,8 0,43 Vgl. bsp. 2 0,658 0,024 0,012 0,013 0,003 0,0000 11,0 0,49 Vgl. bsp. 3 0,658 0,024 0,012 0,013 0,005 0,0000 8,4 0,39 Vgl. bsp. 4 0,658 0,024 0,012 0,013 0,006 0,0000 4,6 0,34 Vgl. bsp. 5 0,658 0,024 0,012 0,013 0,010 0,0000 4,0 0,36 Vgl. bsp. 6 0,658 0,024 0,012 0,013 0,000 0,0007 8,2 0,46 Vgl. bsp. 7 0,658 0,024 0,012 0,013 0,000 0,0021 0 oder weniger 0,22 Vgl. bsp. 8 0,658 0,024 0,012 0,013 0,000 0,0032 0 oder weniger 0,23 - Alle in Tabelle 1 gezeigten Mengen sind Werte nach der Verdünnung, und der Rest war Wasser. Zwei Typen von kolloidalem Siliziumdioxid wurden verwendet, eines wies eine mittlere sekundäre Partikelgröße von 120 nm und das andere 20 nm auf. Tabelle 1 zeigt die Gesamtmenge der zwei Typen von kolloidalem Siliziumdioxid, was dasselbe für alle Beispiele ist.
- Basische Verbindungen wurden als Polier-Verbesserer für Silizium benutzt. Die verwendeten basischen Verbindungen waren Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), Kaliumhydrogencarbonat (KHCO3), und Kaliumcarbonat (K2CO3).
- Ein Benzyltrimethylammonium-Salz (BTMAC) und ein wasserlösliches Polymer, welches Stickstoff enthält, wurden als Polier-Verbesserer für die Peripherie einer Laserbeschriftung verwendet. Das verwendete wasserlösliche Polymer war PITZCOL V-7154 von DKS Co. Ltd. Es war ein Propf-Copolymer aus Polyvinylpyrrolidon (PVP) und Polyvinylalkohol (PVA). PVA/PVP (in Gewichts%) war 50/50. Der Polymerisationsgrad des PVA-Rückgrats war 1700. Der Verseifungsgrad des PVA-Rückgrats war komplett verseift. Das Zahlenmittel-Molekulargewicht des PVP-Zweigs bzw. der PVP-Seitenkette war ungefähr 13000. Das Gewichtsmittel-Molekulargewicht des PVP-Zweigs war ungefähr 80000. Die Analyse zur Bestimmung des Polymerisationsgrades, des mittleren Molekulargewichts und anderer Parameter wurde mittels einer Gel-Permeationschromatographie-Mehrwinkell-Lichtstreuung (GPC-MALS) durchgeführt. Die Ausrüstung dafür war eine Kombination eines Gel-Permeationschromatographen (GPC) und eines Mehrwinkel-Lichtstreuungsdetektors (MALS). Für diese Untersuchung bzw. Analyse stellten Messungen ein absolutes Molekulargewicht und einen mittleren quadratischen Radius (RMS-Radius) bereit, aus denen ein Zweig-Parameter (d.h., g-Parameter) erhalten wurde. Dies ermöglichte die Untersuchung der Struktur des Propf-Copolymers.
- Alle Erfindungsbeispiele 1 bis 4 enthielten ein BTMAC und ein PVP-PVA-Propf-Copolymer. Vergleichsbeispiel 1 enthielt keine derartigen Zusätze bzw. Inhaltsstoffe. Vergleichsbeispiele 2 bis 5 enthielten ein BTMAC, aber kein PVP-PVA-Propf-Copolymer. Vergleichsbeispiele 6 bis 8 enthielten ein PVP-PVA-Propf-Copolymer, aber kein BTMAC.
- Die verwendete Polier-Ausstattung war DSM20B-5P-4D von SpeedFam Company Limited, das verwendete Polier-Pad war EXTERION (eingetragene Handelsmarke) SL-31 von Nitta Haas Incorporated, die verwendete Polierzusammensetzung (d.h., Polier-Slurry bzw. -Schlämme) war Nanopure (eingetragene Handelsmarke) NP6610 von Nitta Haas Incorporated, verdünnt um einem Faktor von 31, und ein 12-Zoll-Silizium-Wafer (als gemahlen, mit einer harten Lasermarkierung) wurde für 30 Minuten poliert. Anschließend wurde eine in Tabelle 1 aufgeführte, mit einem Faktor von 31 nach Volumen verdünnte Polierzusammensetzung verwendet, um denselben Silizium-Wafer für 90 Sekunden zu polieren.
- Nach dem Polieren für 90 Sekunden wurde das Aufquellen bzw. die Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung (LM) des Wafers ausgewertet. Insbesondere wurde das Wyko NT9300 von Veeco Instruments Inc. (kontaktloses Interferenz-Mikroskop) für die Messung bei einem T7-Codeende der Lasermarkierung verwendet, wo die Höhe der Wölbung in einem Querschnittsprofil eines Abschnitts, welcher einen spezifischen Punkt umgibt, gemessen wurde. Wenn der Wert der Wölbung der Lasermarkierung positiv ist, gibt dies an, dass der Abschnitt des Wafers entlang der Peripherie der Lasermarkierung nach dem Polieren hervortritt bzw. herausragt bzw. hervorsteht; wenn der Wert Null oder negativ ist, gibt dies an, dass der Abschnitt nicht hervortritt bzw. herausragt.
- Die Erfindungsbeispiele 1 bis 5, welche ein BTMAC und ein PVP-PVA-Propf-Copolymer enthalten, wiesen eine kleinere Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung auf. Das Vergleichsbeispiel 1, welches keine derartigen Inhaltsstoffe bzw. Zusätze enthält, wies eine sehr große Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung auf. Die Vergleichsbeispiele 2 bis 5, welche ein BTMAC, aber kein PVP-PVA-Propf-Copolymer enthalten, wiesen eine große Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung auf. Das Vergleichsbeispiel 6, welches ein PVP-PVA-Propf-Copolymer, aber kein BTMAC enthält, wies ebenfalls eine große Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung auf. Zu guter Letzt, wiesen die Vergleichsbeispiele 7 und 8, welche ein PVP-PVA-Pfropf-Copolymer, aber kein BTMAC enthalten, eine kleinere Wölbung entlang der Peripherie der Lasermarkierung auf, aber wiesen eine geringere Poliergeschwindigkeit für Silizium auf.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden beschrieben. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft, beabsichtigt, um die vorliegende auszuführende Erfindung zu ermöglichen. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können, wenn sie ausgeführt werden, geeignet abgeändert werden, ohne vom Konzept der Erfindung abzuweichen.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/039265 A1 [0004]
Claims (5)
- Polierzusammensetzung, aufweisend: Wasser; ein Abrasiv; eine basische Verbindung; ein Benzyltrimethylammonium-Salz; und ein wasserlösliches Polymer, welches Stickstoff enthält.
- Polierzusammensetzung nach
Anspruch 1 , wobei: das Benzyltrimethylammonium-Salz mit 0,003 bis 0,010 Gewichts% vorliegt, und das wasserlösliche Polymer mit 0,0007 bis 0,0032 Gewichts% vorliegt. - Polierzusammensetzung nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das wasserlösliche Polymer ein Propf-Copolymer von Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylalkohol umfasst. - Polierzusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei die basische Verbindung eines oder mehrere umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniak, einem Amin, einem quaternären Ammonium-Salz, einem Hydroxid eines Alkalimetalls, und einem Carbonat. - Polierzusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , wobei das Abrasiv kolloidales Siliziumdioxid umfasst.
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