JP2008502776A

JP2008502776A - 粘土及びＣｅＯ２の研磨粒子を含むスラリーの化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）と表面を平坦化する方法

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Publication number: JP2008502776A
Application number: JP2007516598A
Authority: JP
Inventors: ファンミンミン; アールイアニロマイケル; アイゼンハワードン
Original assignee: アムコル・インターナショナル・コーポレーション
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP1778809A1; WO2005123858A1; US7112123B2; US20050277367A1

Abstract

（ａ）液体担体及び（ｂ）組成物中の固形物の重量に基づいて、重量で約０．１％から１０％の粘土研磨粒子、重量で約０．１％から約５０％のＣｅＯ₂粒子から成り、粘土及びＣｅＯ₂の研磨粒子が、水中でスラリー状であるとき、粒子の９０％以上が約１０ｎｍから約１０μｍの粒径を持つ表面を平坦化または研磨する組成物。

Description

この発明は粘土及びＣｅＯ₂研磨粒子を含む研磨組成物と、表面、特にガラスの表面を平坦化または研磨する方法についてのものである。組成物は水性のスラリーとして使用され、例えばＩＣ（集積回路）、ウエハー、メモリー・ディスク、剛性ディスクといったマイクロ電子デバイスの製造における平坦化組成物としても有用である。

基板の表面を平坦化や研磨する組成物は技術的によく知られている。研磨スラリーは通常研磨剤を水性溶液として含んでおり、スラリー組成物を染み込ませた研磨パッドを表面に接触させることにより用いられる。典型的な研磨剤には、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化スズがある。例えば米国特許Ｎｏ. ５，５２７，４２３は金属層を、水媒体中の高純度の上質の金属酸化物粒子から成る研磨スラリーを表面に接触させることにより化学的−機械的に研磨する方法について述べている。

ガラスの磁気メモリー・ディスクがノート型パソコンやデスクトップパソコンのデータ記憶用のコンピューター・ハードドライブとして長年使用されてきた。ハードドライブの記憶容量を増やすために、これらのガラス基板はその表面に磁気層を載せる前に平坦化されなければならない。この作業のために化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）が使用されている。ガラスのディスクは研磨する表面上の研磨パッドに研磨スラリーを継続的に供給することにより圧力下で研磨される。

ノート型パソコンのハードドライブに使用されるガラスディスクは通常二段階で研磨（ＣＭＰ）される：第一段階で研磨、そして第二段階で研磨（または精密研磨）である。第一段階で研磨は元の基板からバルク基板物質を取り除くことである。最初の研磨段階後、多くの引っかき傷やその他の不具合が表面上に残っている。第二段階の研磨目的は表面上の全ての不具合を取り除き、非常に滑らかな表面を作り出すことである。この中で述べる組成物に含まれる粘土及びＣｅＯ₂研磨粒子は両段階での研磨に使用することができる。

“ガラス”とは、変更イオン（ｍｏｄｉｆｉｅｒｉｏｎ）（Ｐｂ²⁺、Ｌａ³⁺等）の濃度が異なるケイ酸塩（ＳｉＯ₂系）またはホウ酸塩（Ｂ₂Ｏ₃系）のガラスを意味する。“ガラス”の例としてはこれらに限らないが例えば次のようなものがある：ノート型パソコンのハードドライブに使用されるガラスディスク及びＩＣ製造のＩＬＤ（中間誘導体）に使用される様々な酸化ケイ素。

従来の研磨組成物は、半導体のウエハーや、平坦な表面が必要な導電性金属の層と二酸化ケイ素のような絶縁体を交互に持つ集積回路を平坦化するのに概して全く満足できるものではない。特に研磨用スラリーは望ましい研磨速度より遅いことがあり得るので、それらを半導体の表面の化学的−機械的研磨に使用すると表面の品質が好ましくない結果になることがある。半導体のウエハーの性能はその表面の平坦さと直接結びついているため、研磨効果が高く除去速度も高い研磨組成物を均一に使用し、最少限の表面の欠陥の高品質研磨を残すことが極めて大切である。

ガラスＣＭＰスラリーのフォーミュレーションには、セリア（ＣｅＯ₂）粒子がその基本的条件におけるユニークな化学的性質のために最も一般的に使用されている。異なったガラスのＣＭＰスラリーには、研磨速度と表面の粗さに対する要求を満たすため、異なる粒径及び分布のＣｅＯ₂が選択されている。ガラスディスクの多くの供給業者が独自のセリア系のＣＭＰスラリーを開発している。それらのほとんどは、Ｈｏｙａ、東洋鋼鈑、フジミといった日本の会社である。

すう勢としては常に電子ユニットのサイズを最小化し、記憶デバイスの速度と能力を最大化することであるので、ディスク製造会社は常に研磨速度を改良し表面の粗度を下げる方法を探し続けている。スラリー組成物の見地からすると、これを達成する一つの方法は表面の粗度を下げるために小さなＣｅＯ₂粒子を使用し、性能を高めるために化学添加剤を加えることであり、別の方法は新規の研磨剤を発見することである。

従来の研磨剤の研磨効果と均一性を改良し、かつ研磨した表面の不具合や基底構造またはトポグラフィー（凹凸面）の損傷を最小化するための多くの試みがなされてきた。例えば米国特許Ｎｏ．５，３４０，３７０は研磨剤、酸化剤及び水から成り、改善した除去速度と研磨効果をもたらすと言われている研磨組成物について述べている。同様に米国特許Ｎｏ．５，６２２，５２５は平均粒径が２０〜５０ｎｍのコロイド状シリカ、化学活性剤及び脱塩水から成る研磨組成物について述べている。

米国特許Ｎｏ．５，９５８，７９４（Ｎｏ.`７９４）はパッド自体の研磨特質により研磨スラリーなしにＣＭＰ機能を実施できる固定研磨パッドについて明らかにしている。’７９４特許はまた１％未満の微粒子の研磨粒子を含む非常に薄い研磨スラリーの使用についても明らかにしている。’７９４特許はまた極めて細かい研磨粒子、好ましくは０．１μｍ未満で、特に粒径が０．０２μｍから２μｍのセリア粒子で平均粒径が１０００Å未満のもの、好ましくは５００Å未満のもの、より望ましくは２５０Å未満のものを含む研磨スラリーの使用についても明らかにしている。

しかしながら表面の望ましい平坦化効果、均一性、基板の研磨及び平坦化時の除去速度を示す組成物及び方法についてはまだ必要事項が残されており、特にガラスや半導体のウエハー表面については表面の不完全度のような欠陥を最小化しながらの望ましい効果について必要事項が残されている。

範囲はここにおいては“約”または“おおよそ”の一つの数値から“約”または“おおよそ”の別の数値へとして表されている。そのような範囲が示されている場合、一つの特定数値及び／または別の特定数値への具体的数値も含まれている。同様に数値が前述の“約”という語を使用して近似値として示されている場合、特定数値が別の具体的数値を表しているものと理解されるものとする。

粘土や比較的小さなＣｅＯ₂粒子を含むＣＭＰスラリーはガラスの仕上がり表面に悪影響を与えることなくガラスの研磨速度を改善することを発見した。粘土及びＣｅＯ₂の混合物を含むスラリーは、望ましくは研磨粒子（粘土及びＣｅＯ₂）の合計濃度が重量で１％以上で、研磨スラリーの全重量の少なくとも１．５％以上であることが望ましい。さらに混合物中の粘土及びＣｅＯ₂研磨粒子の粒径は、研磨スラリー中の混合物研磨粒子の粒度分布を変えることにより、明らかに予期しないような研磨速度をもたらす。

明らかにされるのは、表面、特にガラス表面及び半導体ウエハー表面を平坦化または研磨する組成物及び方法である。ここにおいて明らかにされている研磨組成物は（ａ）液体担体、（ｂ）粘土研磨粒子、（ｃ）ＣｅＯ₂研磨粒子、及び（ｄ）化学的促進剤、（ｅ）研磨工程中に除去される物質と化学的またはイオン的に錯体またはカップリング体を作る錯化剤またはカップリング剤といった任意の添加物である。錯化剤またはカップリング剤は研磨中に取り除かれた粒子が取り除いた後の表面に戻って来るのを防ぐため、取り除いたガラス、金属及び／または二酸化ケイ素の絶縁粒子を切り離す。また明らかにされているのは、表面で研磨粒子含有組成物と接触している表面を平坦化または研磨する方法である。

従って、ここで述べられている組成物及び方法の一つの様相は、研磨粒子として粘土及びＣｅＯ₂粒子の相乗的混合物を使用してガラス表面を平坦化または研磨する方法を提供することである。

ここで述べられている組成物及び方法の別の様相は、粘土及びＣｅＯ₂の研磨粒子を水中に分散させた、水／粘土／ＣｅＯ₂粒子スラリー中の粘土及びＣｅＯ₂研磨粒子を提供することである。ＣｅＯ₂研磨粒子の粒径は約０．１μｍ以上から約１０μｍの範囲でなければならず、約０．２μｍから約５μｍの範囲であることが望ましい。ガラスや絶縁体表面を平坦化できるスラリーを供給するために、より望ましくはＣｅＯ₂の研磨粒子の粒径は粒子の９０％以上（数による）の平均粒径が約０．１μｍ以上から約５μｍまでの範囲にあることであり、最も望ましくは少なくとも約０．２μｍから約４μｍの範囲にあることである。

粘土研磨粒子の粒径は約１０ｎｍから約１０μｍの範囲でなければならず、望ましくは約５０ｎｍから約５μｍの範囲にあることである。ガラスや絶縁体表面を平坦化できるスラリーを供給するために、より望ましくは粘土の研磨粒子のサイズは粒子の少なくとも９０％（数による）の平均粒径が約０．１μｍ以上から約５μｍまでの範囲にあることであり、最も望ましくは約０．１μｍ以上から約４μｍの範囲にあることである。

スラリー中の粘土粒子の濃度は、スラリーの合計重量に基づき、重量で約０．１％から重量で約１０％の範囲でなければならず、望ましくは約０．２％から約８％、最も望ましくは約０．４％から約４％の範囲である。スラリー中のＣｅＯ₂粒子の濃度はスラリーの合計重量に基づき、重量で約０．１％から約５０％、望ましくは約０．５％から約２０％で、最も望ましくは重量で約１％から約１０％の範囲である。研磨スラリー中の粘土及びＣｅＯ₂粒子の合計濃度が重量で１％より大きい場合、望ましくは重量で少なくとも約１．１％、より望ましくは重量で少なくとも約１．５％の時、最良の研磨速度が達成される。

ここで述べられている組成物及び方法の別の様相は、粘土及びＣｅＯ₂の研磨粒子が総計でスラリーの約０．２から６０％の重量の、望ましくは約１％から約３０％の重量の、より望ましくは約２％から約１０％の重量の水性スラリーからなる平坦化組成物を提供することである。

研磨組成物は、（ａ）液体担体、（ｂ）粘土、（ｃ）ＣｅＯ₂から構成され、またその多くは（ｄ）化学的促進剤、（ｅ）平坦化のために（異物を）取り除かれたガラス、金属、絶縁体と化学的またはイオン的に錯体またはカップリング体を作る錯化剤またはカップリング剤などの任意の添加物をも含んでいる。この組成物は表面、特にガラスを平坦化したり研磨したりするのに有用である。組成物はガラス、金属、半導体ウエハーの絶縁表面を含む表面を、その基底構造やトポグラフィーの部分の損失といった欠点を最小限に抑えながら、高度な研磨効果、均一性、除去速度を提供する。

ここで述べられている組成物中のどのような適切な濃度においても完全な固形物が存在し得る。濃度中の固体は１重量％以上（例、約１．１−６０重量％）が望ましい。望ましい合計固体濃度は組成物の約１．５重量％から約３０重量％である。

ここで述べられている研磨粒子は粘土を含んだもので、一つ以上のイオン交換が可能なスメクタイト粘土が望ましいので、それらは２八面体及び／または３八面体のものになるかもしれない。粘土は、アンモニウム陽イオン、または何らかのアルカリ金属陽イオン、またはアルカリ土類金属陽イオンから選んだ交換陽イオンによりイオン交換され得る。それらはガラス表面を研磨する際にはリチウムやナトリウムを含むが誘電表面の研磨の際にはリチウムやナトリウムは含まれない。粘土に含まれる交換可能陽イオンでもってイオン交換されるのに望ましい陽イオンは、Ｎａ⁺、Ｃａ⁺⁺、ＮＨ⁴⁺、Ｋ⁺、Ｂａ⁺⁺、またはこれらの陽イオンの二つ以上の混合物である。上述の陽イオンでイオン交換が可能になるのに適した２八面体及び３八面体のスメクタイト粘土には下記のものが含まれる。
２八面体：バイデライト；モンモリロナイト（ベントナイト）；ノントロナイト
３八面体：サポナイト；ヘクトライト

天然及び合成粘土を含む研磨粒子として有用なその他の粘土には下記のものがある：ハロイサイト及びカオリン粘土といったカオリナイト粘土、リザルダイト粘土といったサーペンチン粘土、アメサイト粘土及びクリソタイル粘土；葉ろう石粘土（Ａ_l2Ｓｉ₄Ｏ₁₀(ＯＨ)₂)；タルク；イライト及び蛭（ひる）石といった雲母、及び合成スメクタイト、ラポナイトといったものを含む何らかの合成粘土、それに上記の粘土グループ及びサブグループの何れかの全てのその他の合成粘土。

研磨する金属表面の金属層についてその対応する酸化物の酸化を促進する場合には、任意的に酸化成分を研磨組成物に組み入れることができ、例えばタングステンを酸化して酸化タングステンにする場合、酸化成分を使用することができ、その後酸化タングステンは化学的及び／または機械的に研磨され除去される。さらなる例として酸化成分は胴を酸化して、より効果的な除去とより良い平坦化のために亜酸化胴や酸化銅にすることができる。望ましい酸化成分には、酸化塩、酸化金属錯体、硝酸塩や硫酸塩やシアン化鉄カリウム等のイオン塩、アルミニウム塩、第４級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、過酸化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、過流酸塩及びそれらの混合物がある。その他の適切な酸化剤には、例えば、酸化ハロゲン（例、塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、それらの混合物等）がある。適切な酸化剤にはまた、例えば、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、硝酸塩、過流酸塩、例えば過酸化水素やペルオキシ酸（例、過酢酸、過安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、それらの塩化物、それらの混合物等）、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、ヘキサシアン鉄酸塩（例、フェリシアン化カリウム）、それらの混合物等も含まれる。量については、システムの機械的及び化学的研磨作業とのバランスを取りながら金属層の急速な酸化を確実なものにするのに充分であることが必要。

その他の可能な添加物としては、フィルター、ファイバー、潤滑剤、湿潤剤、顔料、染料、カップリング剤、可塑剤、界面活性剤、分散剤、懸濁化剤、キレートまたは錯化剤、触媒等がある。研磨パッドのマトリクス材は８０重量パーセントまでのフィルターとその他の任意の含有物であっても良い。任意の添加物の例としては、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、クエン酸塩、ポリカルボン酸等がある。

組成物中にはどのような適切な化学的促進剤があっても良い。化学的促進剤は無機または有機の化合物で水に溶けるものであること。任意の化学的促進剤は例えば基板の除去速度の増加により証明されているように、基板の平坦化や研磨を改善する作用がある。

適切なキレートまたは錯化剤には例えば以下のものがある。グリシン、カルボニル化合物（例、アセチルアセトネート等）、単純カルボン酸塩（例、錯酸塩、アリール・カルボン酸塩等）、一つ以上のヒドロキシル基を含むカルボン酸塩（例、グリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、没食子酸、及びそれらの塩化物等）、ジカルボキシ酸塩、トリカルボキシ酸塩、ポリカルボキシ酸塩（例、シュウ酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、エデト酸塩（例、二ナトリウムＥＤＴＡ）、それらの混合物等）、一つ以上のスルホン酸基及び／またはホスホン酸基を含むカルボン酸塩等。適切なキレート及び錯化剤にはまた、例えば以下のものが含まれる。二価−、三価−、多価アルコール（例、エチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸等）及びアミン含有化合物（例、アミノ酸、アミノアルコール、二価−、三価−、多価アルコール（例、エチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸等）及びアミン含有化合物（例、アミノ酸、アミノアルコール、ジアミン、トリアミン、ポリアミン等）。適切な研磨促進剤として以下のものをも含むことができる。例えば、硫酸塩、ハロゲン化物（例、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物）等。

前述の化合物の多くが塩（例、金属塩、アンモニウム塩等）、酸、または部分塩の形で存在できることが望ましい。例えば、クエン酸を含むクエン酸塩や、それらの一塩化物、二塩化物、三塩化物；フタル酸を含むフタル酸塩やそれらの一塩化物（例、フタル酸水素カリウム）及びその二塩化物；呼応する酸を含む過塩素酸塩（例、過塩素酸）とその塩化物がそうである。さらにある種の化合物は一つ以上の機能を発揮することがある。例えばある種の化合物はキレート剤と酸化剤の両方の機能を発揮する（例、ある種の硝酸鉄等である）。

化学的促進剤が研磨組成物中に含まれる場合、どのような適切な量でも使用できる。研磨組成物中の化学的促進剤の量は望ましくは約０．０１−２０重量％であることが望ましい。できれば約０．７重量％から約１０重量％。望ましくは組成物中の化学的促進剤は約０．７５重量％から約５重量％であることが望ましい。さらに望ましくは組成物中の化学的促進剤は約０．５重量％から４重量％、特に０．８から２．０重量％であるのが良い。

組成物はさらに、一つ以上の界面活性剤、高分子安定剤またはその他の界面活性分散剤、ｐＨ調整剤、調整剤、緩衝剤等を含有することができる。適切な界面活性剤には、例えば、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、それらの混合物等がある。適切な高分子安定剤またはその他の界面活性分散剤には、例えば、リン酸、有機酸、酸価スズ、有機ホスホン酸塩、それらの混合物等がある。適切なｐＨ調整剤や調整剤、緩衝剤には例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リン酸カリウム、それらの混合物等が含まれる。

全ての適切な担体（例、溶剤）は、当発明の組成物中に使用することができる。担体は研磨用の精製した粘土粒子を適切な基板の上に適用するのを助けるために使用される。望ましい担体は水である。

組成物のｐＨは意図される最終用途に適した範囲で維持される。組成物のｐＨは望ましくは約８から約１２、ガラス表面の研磨にはできれば約９から約１１であることが望ましい。金属及び／または誘電体表面の研磨にはｐＨは約２から１２であっても良い。

表面を平坦化または研磨する方法は、表面をここで記載している組成物と接触させることにより成り立ち、望ましくはガラス表面であることが好ましい。表面はどのような方法でも適切な技術により処理できる。例えば、組成物を研磨パッドを使用して表面に適用することができる。二酸化ケイ素及び／または金属の除去速度は技術的に知られているように、パッドの回転速度、パッドに適用される下向きの力、及び研磨組成物の流速による。

組成物はガラス表面を比較的高速で平坦化または研磨することができる。さらに当発明の組成物は、剛体ディスクのメモリー、金属（例、貴金属）、ＩＬＤ層、半導体、マイクロの電子的−機械的装置、強誘電体、磁気ヘッド、高分子フィルム、低及び高誘電率膜といった多くの硬い材質の物質の平坦化や研磨に大変適している。
組成物はまた集積回路や半導体の製造にも使用することができる。ここにおいて記述されている組成物は、基板の研磨中や平坦化中に望ましい平坦化効果、均一性、除去速度、欠陥の低さを示し、粘土のパーセンテージとＣｅＯ₂のパーセンテージの様々な関係において相乗研磨速度を達成する。

ここに述べられている組成物及び方法の重要な特性によると、粘土とＣｅＯ₂研磨粒子の組合せ物は、スラリー組成物中の研磨粒子の総重量をベースにして、少なくとも重量で５０％、より好ましくは重量で約７０％、そして重量で１００％までとなっている。研磨粒子として有用な粘土には下記のような天然及び合成粘土の両方が含まれる：ハロイサイト粘土及びカオリン粘土のようなスメクタイト粘土、カオリナイト粘土、リザルダイト粘土、アメサイト粘土、クリソタイル粘土のようなサーペンタイン粘土、葉ろう石（Ａ_l2Ｓｉ₄Ｏ₁₀（ＯＨ)₂）、タルク、イライトや蛭石のような雲母、及び合成スメクタイトやラポナイトや上記の何れかの粘土グループ及びサブグループ中の何らかの合成粘土を含む合成粘土。

出発原料として好ましい粘土は、ナトリウムモンモリロナイト及び／またはナトリウムベンとナイトのようなナトリウムスメクタイト粘土で、ナトリウムをその主要な交換性層間陽イオンとして持っているものである。ナトリウムスメクタイト粘土は、水溶液に分散させた場合容易に拡散することから好ましい。ＣＭＰスラリー中で使用される分散粘土粒子は研磨粒子の少なくとも９０％以上の粒子（数値で）の粒径が、約１０ｎｍから約１０μｍ、より好ましくは約５０ｎｍから約５μｍ、さらに好ましくは約１００ｎｍから約４μｍで低濃度の水性懸濁液として、例えば粘土と水の総重量をベースとして、重量で約５％の粘土として、好ましくは重量で約１％から約４％の粘土として水中で懸濁状態にある。この低濃度の粘土の懸濁液は、最初に粘土物質を粉状にすりつぶすときに達成される。次に粉は高いせん断条件下で、条件例としては、１５，０００ｒｐｍのワーリング・ブレンダーを用いて１０分から２０分間水中に分散される。せん断状況の懸濁液が安定する。例、２４時間ちり、石英及び粘土ではない不純物を沈殿させる。沈殿物を廃棄し、上澄みの薄い濃度の懸濁液を回収し、濃縮または乾燥させて研磨組成物に使用するための望ましい含水量にする。

ここで述べられている上記及びその他の様相及び組成物及び方法の利点は以下の具体例の記述と図面により、より明らかになるであろう。

図１は、粘土粒子とマイナスに帯電したＣｅＯ₂粒子の組合せで、平均粒径が２５０ｎｍのものを種々の量で組み合わせた場合の水性スラリーから得た相乗研磨速度結果を示したグラフである。図２は、粘土粒子とプラスに帯電したＣｅＯ₂粒子の組合せで、平均粒径が１６５ｎｍのものを種々の量で組み合わせた場合の水性スラリーから得た相乗研磨速度結果を示したグラフである。図３は、粘土粒子とマイナスに帯電したＣｅＯ₂粒子の組合せで、平均粒径が６５０ｎｍのものを種々の量で組み合わせた場合の水性スラリーから得た相乗研磨速度結果を示したグラフである。

下記の実施の形態は本発明をさらに明らかにしているが、決して本発明の範囲を限定するものではない。

異なるメーカーにより製造された異なる三種類のセリア粒子を使用した。これらのセリア粒子は異なる粒径及び表面電荷を持っている。また三種類の粒径の異なる研磨粘土粒子を使用した。研磨速度とスラリーの組成を表Ｉ−Ｖに記載した。ｐＨが約７で測定したセリア及びナトリウムモンモリロナイト粘土粒子の平均粒径は下記の通りであった。

研磨実験は卓上型ＳｔｒｕｅｒｓＤＡＰ−Ｖ研磨機を使用して行った。混じり気のない石英のディスク（ＣＨＥＭＧＬＡＳＳ，ＩＮＣ．製、ＣＧＱ−０６００−０３）の直径は１インチ、厚みは０．２５インチである。研磨パッドはＩＣ−１４００（ＣＲＩＣ１４００−Ａ３、直径８インチ、Ｋ−ＧＲＶ溝付き、ＰＳＡ）ＲｏｄｅｌＩｎｃ．社製。パッドは使用前に２２０粒度のサンドペーパーとナイロンブラシで手作業で調整。ディスクとパッドの間の中心から中心の距離は５．５ｃｍ。研磨台とディスクホールダーは両方とも１００ｒｐｍの速度で同じ時計回り方向に回転。適用した下方向け圧力は５ｐｓｉでスラリーの流速は３０ｍｌ／分。研磨速度は３分間、６分間、９分間、１２分間の研磨中のディスクからのガラスの質量損失から決定し、報告された数値はこれら４回の研磨の平均値である。

下記の表２−４及び図１−３は、三種類のナトリウムモンモリロナイト粘土粒子と表１の三種類のセリア粒子の示されたパーセントを含有するスラリー研磨組成物を使用したガラスの除去速度を示している。

表２及び図１に示されているように、ＣｅＯ₂♯１粒子は単体で、相乗の組合せに達するまではＣｅＯ₂と粘土の組合せよりもより良い研磨速度を提供する。ＣｅＯ₂と粘土の組合せに必要な粘土の量は研磨組成物中のＣｅＯ₂のパーセンテージにより実質的に変わる。しかしながら、ＣｅＯ₂のそれぞれのパーセンテージにおいて、研磨速度を向上させるのに必要な粘土の量はＣｅＯ₂単体でのパーセンテージにより達成される研磨速度を上回るまで粘土の量を増やすことにより実験的にたやすく決定できる。

実施例１と同様の手順で実験を行った。同じ三種類のナトリウムモンモリロナイト粘土粒子を使用したが、平均粒子６５０ｎｍのマイナスの帯電のＣｅＯ₂♯２の研磨粒子を用いた。粘土及びマイナス帯電のＣｅＯ₂研磨粒子のパーセンテージを表３及び図２に示すように変えた。

表３及び図２に示されているように、ＣｅＯ_２♯２粒子は単体で、相乗の組合せに達するまではＣｅＯ₂と粘土の組合せよりもより良い研磨速度を提供する。ＣｅＯ₂との組合せに必要な粘土の量は研磨組成物中のＣｅＯ₂のパーセンテージにより実質的に変わる。しかしながら、ＣｅＯ₂のそれぞれのパーセンテージにおいて、研磨速度を向上させるのに必要な粘土の量はＣｅＯ₂単体でのパーセンテージにより達成される研磨速度を上回るまで粘土の量を増やすことにより実験的にたやすく決定できる。

実施例１と同様の手順で実験を行った。同じ三種類のナトリウムモンモリロナイト粘土粒子を使用したが、平均粒子１６５ｎｍのプラス帯電のＣｅＯ₂♯３の研磨粒子を用いた。粘土及びプラス帯電のＣｅＯ₂研磨粒子のパーセンテージを表４及び図３に示してあるように変えた。

結果は、化学的、機械的研磨（ＣＭＰ）において、全ての粘土研磨粒子（＃１、＃２、＃３）は三種類の異なる研磨セリア粒子全てと強力な相乗効果を持つことを明らかに示している。相乗効果を持つ粘土の量が加えられた場合、研磨速度がめざましく改善される。粘土の濃度の閾値（ＴＣＣ）があるように見える。粘土の濃度がＴＣＣを超えると相乗効果が起き、粘土のパーセンテージが高いと研磨速度が上がる。ＴＣＣ（または粘土／セリア比率）は、セリアのタイプやセリアの重量パーセントといったシステムの条件によるところが大きい。

裸眼での検査では研磨された表面は滑らかに見える。現在までの検査は限られたものであるが、粘土＋セリアのシステムによるものがセリアだけのシステムのものより劣る粗度を持つとは思われない。これはガラスの表面が粘土粒子よりもはるかに硬く、そのために、粘土粒子が、少なくともセリア粒子ほどには、ガラスの表面を容易に削ることがないという事実によるものである。

表Ｉ−Ｖに示されているように、粘土／セリアガラスＣＭＰスラリーは表面の粗度に影響を与えることなく研磨速度をめざましく増加させる。

Claims

（ａ）液体の担体、（ｂ）組成物の総重量をベースとして、約０．１から約１０重量％の粘土研磨粒子と約０．１％から約５０重量％のＣｅＯ₂粒子の固形物から成り立つ表面平坦化または研磨用の組成物であって、当該粘土研磨粒子の粒径が、数において粒子の９０％以上の水中分散時の粒径が約１０ｎｍから約１０μｍの範囲であり、当該ＣｅＯ₂研磨粒子の粒径が、数において粒子の９０％以上の水中分散時の粒径が約０．１μｍから約１０μｍの範囲にあることを特徴とする組成物。
粘土研磨粒子はスメクタイト粘土から成ることを特徴とする請求項１記載の組成物。
組成物中の固形物体量は組成物の約０．１から約６０重量％であることを特徴とする請求項１記載の組成物。
担体は水であることを特徴とする請求項１記載の組成物。
さらに過酸化物、硫酸塩、過硫酸塩、硝酸塩から選んだ化学的促進剤から構成されることを特徴とする請求項１記載の組成物。
化学的促進剤は、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄（III）、硝酸ヒドロキシルアミンから成るグループから選択したものであることを特徴とする請求項５記載の組成物。
スメクタイト粘土、カオリナイト粘土、サーペンタイン粘土、葉ろう石粘土、タルク、雲母、及び合成粘土から選択したものであることを特徴とする請求項１記載の組成物。
バイデライト、ノンソナイト（Ｎｏｎｔｓｏｎｉｔｅ）、ボルコンスコアイト、サポナイト、ヘクトライト、ハロイサイト、カオリン、リザルダイトのようなサーペンタイン粘土、アメサイト、クリソタイル、葉ろう石、タルク、イライト、蛭石、合成スメクタイト、ジャポナイト（Ｊａｐｏｎｉｔｅ）及びそれらの組合せから成るグループから選択したものであることを特徴とする請求項７記載の組成物。
粘土は、ベントナイト、モントモリロナイト、及びそれらの組合せから成るグループから選択したものであることを特徴とする請求項８記載の組成物。
粘土研磨粒子の粒径は粒子の９０％以上が５０ｎｍから５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の組成物。
ＣｅＯ２研磨粒子の各粒径は、粒子の９０％以上が０．１μｍより大きく４μｍまでであることを特徴とする請求項１０記載の組成物。
研磨することを特徴とする請求項１記載の組成物の表面を平坦化または研磨する方法。
研磨組成物中に含まれるＣｅＯ₂研磨粒子のパーセンテージとの比較としての、研磨組成物中に含まれる粘土研磨粒子のパーセンテージは、達成されるガラス研磨速度がＣｅＯ₂単体により達成されるガラス研磨速度よりも良くなる量であることを特徴とする請求項１２記載の平坦化または研磨方法。
表面がガラスであることを特徴とする請求項１２記載の方法。
集積回路、メモリー・ディスク、剛体ディスクの表面であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
組成物はさらに、過酸化物、硫酸塩、過硫酸塩、硝酸塩から選択した化学的促進剤から構成されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
科学的促進剤は、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄（III）、硝酸ヒドロキシルアミンから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１６記載の方法。