JP6800418B2 - アルミニウムの研磨のためのｃｍｐスラリー組成物及び方法 - Google Patents

Description

本特許出願は、２０１４年６月２０日出願の米国仮特許出願第６２／０１５０８４号の利益を主張し、それは参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、アルミニウム合金を研磨するための研磨組成物及び方法に関連する。より具体的には、本発明は、アルミニウムの表面を高品質な鏡面仕上げに研磨するための、ポリマーで被覆されたアルミナ研磨剤を利用した化学機械研磨組成物及び方法に関連する。

アルミニウムは、半導体デバイスにおける配線及び／又は導電性プラグを形成する導電性材料として一般的に使用され、それはまた、様々なデバイス及び製造物品のための金属鏡、ケーシング、及び他の部品又は部材を作るために使用される。アルミニウム及びアルミニウム合金をまた、層の中で堆積し、例えば、機械のためのハウジング、携帯電話、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、及び他のデバイスを含む、様々な工業製品並びに消費者製品の表面のための装飾被覆を作ることができる。アルミニウムは、その高い反射性、軽量、低コスト、及び従来の表面形成プロセスへの互換性のため、これらの用途のための適切な金属である。本明細書で使用される場合、「アルミニウム」という用語は、純粋なアルミニウム金属及びアルミニウムが主成分であるアルミニウム合金を含む。

アルミニウムを含む装飾面又は鏡面は、伝統的に、アルミニウム（又はアルミニウム合金）の金属被覆を、別の金属又は別の材料（例えば、ガラス）から構成される基材に適用することで形成される。次いで、堆積されたアルミニウムは典型的に研磨され、局部的な形状変化又は欠陥を取り除くか又は低減する。次いで、意図される使用に応じて、表面を所望の光沢度に陽極酸化するか又は研磨する。別の場合において、全体がアルミニウムの基材の表面は、高い光沢に研磨されることが必要であることがある。高い光沢又は反射性が望まれる場合、アルミニウムの表面を、約１７００ＧＵ（光沢単位）超の光沢に研磨して、商業的に望まれる装飾仕上げを作ることが好ましい。

化学機械研磨又は平坦化（ＣＭＰ）は、堆積層の表面を研磨又は平坦化するために、エレクトロニクス産業において長く使用されてきた。典型的に、堆積層はＣＭＰプロセスによって平坦化されて表面粗さを低減するが、ＣＭＰはマイクロスクラッチを作り出し、研磨した表面上に埋め込まれた研磨剤粒子を残す。ＣＭＰはまた、堆積した被覆をもつ基材（例えば、金属又はガラス）を研磨するために利用することができる。

ＣＭＰプロセスにおいて、研磨されるべき基材は、液体キャリア中に研磨剤粒子を含むＣＭＰ組成物と接触してそのＣＭＰ組成物ですり減らされる。ＣＭＰ組成物で被覆された研磨パッドは、一般的に、基材の表面を機械的にすり減らすのを補助するために使用される。基材の表面の研磨は、典型的に、研磨組成物の化学作用によって（例えば、ＣＭＰ組成物中に存在する酸化剤又は他の添加剤によって）さらに補助される。典型的な研磨材としては、例えば、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化セリウム（セリア）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、二酸化チタン（チタニア）、及び酸化スズが挙げられる。

純粋なアルミニウムは、２．７５のモース硬度を持つ比較的柔らかい材料である。そのようなものとして、従来の研磨の研磨剤は、アルミニウムの表面上にスクラッチ又は他の不良（ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ）を引き起こすことがある。例えば、アルミニウムを研磨するために従来の研磨の研磨剤を使用することは、研磨したアルミニウムの表面上で、研磨不足（ｕｎｄｅｒｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、曇り、オレンジの皮剥け（ｏｒａｎｇｅ ｐｅｅｌｉｎｇ）、腐食、及びスラリー残留汚染物をもたらす場合がある。加えて、アルミニウムの表面は容易に酸化され、酸化アルミニウムの薄い層を表面に作る場合がある。酸化アルミニウムは金属アルミニウムより極めて硬く、酸化物の形成は研磨速度に影響を及ぼす場合がある。

望ましい高い光沢仕上げをもたらすのに適した表面粗さの厳しい標準にアルミニウムの表面を研磨する、効果的かつ経済的な方法に対するニーズが存在する。本明細書で説明する方法及びＣＭＰ組成物はこのニーズに取り組む。本発明のこれらの及び他の利点、並びに追加の発明の特徴は、本明細書に提供される本発明の説明から明らかになる。

本発明は、例えば、アルミニウムの表面、特にアルミニウム合金の表面を研磨するのに適した化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物及び方法を提供する。

本発明のＣＭＰ組成物は、アルミナ研磨剤粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子を含有する、中性又は酸性の水性キャリアを含む。好ましくは、研磨助剤は組成物中に含まれ、研磨助剤は、例えば、シリカ研磨剤（例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、又はそれらの組み合わせ）、研磨促進化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。研磨促進化合物は、少なくとも１種の有機酸、少なくとも１種の無機酸、又はそれらの組み合わせを含み、それらから本質的になり、又はそれらからなる。幾つかの実施形態において、研磨促進化合物は、カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、有機酸は、２つのカルボン酸基又は２つのホスホン酸基を含むメチレン又はエチリデン部分を含む（例えば、マロン酸、コハク酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）など）。好ましくは、ＣＭＰ組成物は、過酸化水素のような酸化剤を含有しない。

アルミナは、一般的に、約０．０１〜約１５ｗｔ％、より好ましくは約０．０５〜約１０ｗｔ％の範囲の濃度で組成物中に存在する。典型的に、アルミナは約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲（例えば、約１００〜５００ｎｍ、例えば、１００〜１１０、３５０、及び５００ｎｍ）の平均粒子サイズを有する。一次研磨剤粒子は、一般的に、１００〜１１０ｎｍの範囲の粒子サイズを有する。

幾つかの実施形態において、アニオン性ポリマーは、例えば、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせである。ポリマーは、アルミナ粒子の表面に負電荷を与えるために存在し、それは、本発明の方法で利用される酸性の研磨条件下で研磨されるべきアルミニウムの表面の通常の正電荷に、静電吸着を提供することができる。米国特許第８４２５７９７号明細書では、それらに負電荷を与えるためのアニオン性ポリマーを持つ被覆アルミナの詳細な説明を提供して、それは参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる。一般的に、アルミナに対するポリマーの質量比は、約０．０１〜約３（例えば、約０．０５、０．１０、又は０．２０以上で、約１又は約２以下）である。

幾つかの実施形態において、研磨促進化合物は、２つのカルボン酸基又は２つのホスホン酸基を含むメチレン又はエチレン部分からなる群（例えば、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、マロン酸、酒石酸、シュウ酸など）、乳酸、カンファースルホン酸、トルエンスルホン酸、ギ酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、及びそれらの組み合わせより選択される。研磨促進化合物は、利用される際、一般的に、使用場所で約０．０１〜約５ｗｔ％、例えば、約０．０５〜約３ｗｔ％の範囲の濃度でＣＭＰ組成物中に存在する。

幾つかの実施形態において、研磨助剤は、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、又はそれらの組み合わせ、例えば、約５０〜約２００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有するシリカを含む。シリカ研磨剤は、利用される際、典型的に、使用場所で約０．１〜約１５ｗｔ％、例えば、約１〜５ｗｔ％の範囲の濃度でＣＭＰ組成物中に存在する。

本明細書で説明する研磨組成物及び方法は、シリカ単独で又は非被覆アルミナ研磨剤単独で研磨されたアルミニウムに比べて驚くべき低いレベルの表面欠陥と共に、驚くべき高い光沢のアルミニウムの表面を提供する。

様々な研磨剤で研磨されたアルミニウム合金の表面についての表面光沢（水平光沢、ＨＧ、並びに鉛直光沢、ＶＧ）のグラフを提供する。

本発明は、アルミニウムを含む対象物の表面を研磨するための組成物を提供する。好ましくは、アルミニウムは、アルミニウム合金を含む。多くのアルミニウム合金が商業的に利用可能であり、アルミニウムに加えて様々な元素の存在によって、及び、それらの製造で使用される特定のプロセスによって個別に特徴付けられる。アルミニウム合金は、鋳造合金と鍛練合金とにさらに分割され、鋳造合金は、溶融合金を用いる成形プロセスで使用することが意図され、鍛練合金は、固体合金の金属成形プロセスで使用することが意図される。鍛練合金は、しばしば、加熱処理されて合金の機械的性質（例えば、硬度）を改質する。任意のアルミニウム合金が本発明の組成物及び方法のための使用に適するが、幾つかのアルミニウム合金は本発明の組成物及び方法に特に適する。組成物は、酸性又は中性のｐＨであり、典型的に、アニオン性ポリマー及び研磨助剤（例えば、シリカ粒子、有機酸、無機酸、又はそれらの２種以上の組み合わせ）と共にアルミナ研磨剤を含む。研磨組成物は、過酸化水素のような酸化剤を含まないことが好ましい。

幾つかの実施形態において、研磨されるべき表面は、６０００系又は７０００系のアルミニウム合金を含む。「６０００系」という用語は、アルミニウム協会の指定の特定群の、他の添加物の中でマグネシウム及びケイ素を含むアルミニウム合金を言い表す。６０００系は高い腐食耐性、優れた押出性、及び中程度の強度を示す。「７０００系」という用語は、アルミニウム協会の指定の特定群の、他の添加物の中で亜鉛を含むアルミニウム合金を言い表す。７０００系は極めて高い強度及び靱性を示す。６０００系のアルミニウム合金は、７０００系のアルミニウム合金より柔らかい。

しかし、本明細書で説明されるＣＭＰ組成物及び方法は、様々な基材、デバイス及び用途でアルミニウム合金を研磨するために使用することができる。方法及び組成物は、装飾特徴が望まれることがあるデバイス、例えば、個人用電子デバイスの表面ハウジング、シェル、又はケーシング上に堆積されたアルミニウム合金を研磨するのに特に良く適する。アルミニウム合金の研磨は、望まれる高く装飾化された鏡のような装飾面を提供する。研磨工程は、基材の設計仕様に応じて、基材の表面全体上又はそれらの一部のみの上で利用することができる。

例えば、基材又は大部分の基材をアルミニウムから形成することができ（例えば、アルミニウム合金）、アルミニウム基材を所望の形状又は構成に加工することができる。代替的に又はそれに加えて、アルミニウムを別の基材（例えば、別の金属）上に被覆することができる。次いで、アルミニウムの表面は、一連の粗い研磨工程の後に一連の微細な研磨工程によって研磨される。幾つかの場合では、複数の仕上げを基材に適用することができる。そのような場合において、アルミニウムは研磨され、次いで、最終的に鏡のような外観（例えば、ロゴ、単語、又は他の特徴）を有する基材の領域を保護膜でマスクすることができる。次いで、ケーシングの非マスク領域を（被覆又は陽極酸化で）さらに加工又は処理して、それらの領域に所望の視覚効果を作り、保護膜の下の高く研磨されたアルミニウムの表面を維持する。次いで、保護膜は除去され、基材の事前にマスクされた部分で鏡のような表面を示すことができる。６０００系及び７０００系の両方のアルミニウム合金は高い光沢表面を得るのに良く適する。

アルミニウム及びそれらの合金の比較的柔らかい表面と、酸化へのアルミニウムの感度との観点から、従来のＣＭＰで有用な幾つかの粒子研磨剤及び研磨条件は、ＣＭＰスラリー配合物の特定の改質をせずにアルミニウムを研磨するのに不適切であることがある。例えば、粒子研磨剤としてコロイダルシリカ又はヒュームドシリカを使用するＣＭＰ組成物は、しばしば、比較的高いｐＨ値（例えば、およそ１０）を有する。この高いｐＨ環境は、使用される研磨条件に応じて、アルミニウムの表面上で腐食性欠陥をもたらす場合がある。アルミナ研磨剤は比較的硬く、それは、アルミニウム合金の表面上の研磨不足及びスクラッチの問題をもたらすことがある。加えて、高いｐＨは、研磨されるべき表面上で、表面の酸化及び酸化アルミニウムの硬く薄い層の形成をもたらす場合がある。したがって、中性及び酸性の組成物が望まれる。しかしながら、酸性条件は、しばしば、効果的なアルミニウムの研磨を導かない。

本明細書で説明される組成物及び方法は、表面改質アルミナ研磨剤粒子を含む酸性又は中性のＣＭＰ組成物を提供することによってこれらの問題に取り組み、幾つかの実施形態においては、特定の研磨助剤（例えば、シリカ研磨剤又は特定の研磨促進化合物）を含み、低欠陥性と共に、適度な研磨速度で、驚くほど信頼できかつ再現可能な高い光沢のアルミニウムの表面を提供する。本明細書で説明される方法で利用されるＣＭＰ組成物は、過酸化水素のような酸化剤を含まないことが好ましい。

コロイダルシリカ研磨剤を含有する従来技術の組成物の場合に、アルミニウム合金の表面で作られる潜在的欠陥の例としては、例えば、研磨不足、オレンジの皮剥け（粗い粒状表面）、白点、割れ、表面の腐食、有機残留物、スクラッチ、及び曇りが挙げられる。

本発明のＣＭＰ組成物で有用な粒子研磨剤は、研磨剤の表面性質を改質するためにポリマーで処理されたアルミナ粒子を含む。例えば、アルミナ粒子の表面上がアニオン性ポリマーで被覆されたアルミナ研磨剤は、本発明のＣＭＰ組成物中での使用に対して特に有利である。本発明の被覆アルミナ研磨剤粒子は、例えば、約２〜約９の広いｐＨ範囲にわたって一貫して負電荷を有する。アルミナ粒子に与えられた負電荷はアルミニウムの正の表面への研磨剤の吸着をもたらすと考えられる。この静電吸着は、被覆アルミナ研磨剤が非被覆研磨剤又はシリカ研磨剤の代わりにアルミニウムを研磨するのに使用された場合、より高い研磨除去速度及び低い表面欠陥をもたらすと考えられる。非被覆アルミナ研磨剤は大きな負のゼータ電位を有するために、組成物のｐＨをおよそ１１まであげなければならない。シリカ研磨剤にとって、適する負電荷を有するのに約７．５のｐＨが要求される。これらのシリカ研磨剤及び非被覆アルミナ研磨剤が望ましい負電荷に達するために要求される塩基のｐＨは、表面不良及び変形を引き起こす。例えば、約１０の高いｐＨ値を持つ組成物は腐食性不良を作り、研磨されたアルミニウムの表面のための望ましい高い光沢仕上げ（例えば、１６００光沢単位（ＧＵ）超）を達成しない。

アニオン性ポリマーは、炭化水素骨格、ポリアミド骨格、ポリエーテル骨格、又はそれらの組み合わせであることができる有機ポリマー骨格上に、複数の酸基（例えば、複数のカルボン酸、スルホン酸基、又はそれらの組み合わせ）を有するポリマーであることができる。幾つかの実施形態において、アニオン性ポリマーは、例えば、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせである。好ましくは、アニオン性ポリマーは、例えば、上で言及され参照することで組み込まれた米国特許第８４２５７９７号明細書で説明されるように、アルミナ粒子に負電荷を与えるのに十分な濃度で組成物中に存在する。一般的に、アルミナに対するポリマーの質量比は、約０．０１〜約３（例えば、約０．０５、０．１０、又は０．２０以上で、約１又は約２以下）である。

典型的に、本発明のＣＭＰ組成物で使用されるアルミナ研磨剤は、約５０〜約１０００ｎｍ、より好ましくは、約７５〜約５００ｎｍ（例えば、約９０〜４００ｎｍ、例えば、１００、１１０、１２０、１５０、２００、２５０、３５０、及び４００ｎｍ）の範囲の平均粒子サイズを有する。組成物中のアルミナ研磨剤の典型的な濃度は、約０．０１〜約１５ｗｔ％、より好ましくは約０．０５〜約１０ｗｔ％（例えば、約０．１〜約５ｗｔ％、約０．５〜約４ｗｔ％）である。

本発明のＣＭＰ組成物中の被覆アルミナ研磨剤の研磨性は、研磨促進化合物を含めることによってさらに促進することができる。研磨促進化合物は、１つ若しくは複数の有機酸、１つ若しくは複数の無機酸、又は１つ若しくは複数の有機酸と１つ若しくは複数の無機酸との組み合わせ（例えば、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、マロン酸、シュウ酸、乳酸、酒石酸、カンファースルホン酸、トルエンスルホン酸、ギ酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される酸）を含む。研磨促進剤の含有は除去速度を改善して、研磨されたアルミニウム合金の表面上の不良を減らすと考えられる。

適切な有機酸の非限定の例としては、カルボン酸（例えば、ギ酸、酢酸、乳酸、マロン酸など）、好ましくはそれらの有機部に１〜８個の炭素原子を有する有機ホスホン酸（例えば、アミノ−トリ（メチレンホスホン酸）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）など）、好ましくはそれらの有機部に１〜１２個の炭素原子を有する有機スルホン酸（例えば、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、カンファースルホン酸など）、並びに、カルボン酸、ホスホン酸、及びスルホン酸から選択される部分の組み合わせを含む有機酸（例えば、スルホコハク酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、２−［（ホスホノメチル）アミノ］酢酸、２−カルボキシエチルホスホン酸など）が挙げられる。適切なカルボン酸の非限定の例としては、１〜１２個の炭素原子、１〜１０個の炭素原子、又は１〜８個の炭素原子を含むカルボン酸、例えば、モノカルボン酸（例えば、ギ酸、酢酸、プロパン酸、乳酸、安息香酸など）、ジカルボン酸（例えば、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、酒石酸、フタル酸など）、及びトリカルボン酸（例えば、クエン酸など）、並びに、２種以上のそのようなカルボン酸の組み合わせが挙げられる。幾つかの実施形態において、有機酸は、２つのカルボン酸基又は２つのホスホン酸基を含むメチレン及びエチリデン部分を含む（例えば、マロン酸、コハク酸、ＨＥＤＰなど）。

適切な無機酸研磨促進化合物の非限定の例としては、硫酸、リン酸、亜リン酸、及びそれらの２種以上の組み合わせが挙げられる。

研磨促進化合物を用いて得られた、驚くほど改善された研磨性能は、研磨促進剤が組成物中に存在する場合、一部分については、研磨プロセス中に起こる研磨パッド温度の減少の結果であることがある。非被覆アルミナ研磨剤を用いた従来の研磨プロセス中に作られる摩擦は、一般的に、およそ４０℃に達する研磨パッド温度をもたらす。ＣＭＰ組成物中に研磨促進剤を含有することは、驚くべきことに、たった約３０℃の研磨パッド温度をもたらす。この減少したパッド温度は、より高い温度での研磨中で起こる場合がある表面欠陥及び不良の減少をもたらすことがある。例えば、より高いパッド温度は、パッドの摩耗を加速させる傾向があり、摩耗した研磨パッドは表面不良を増加させる。より高いパッド温度はまた、組成物の水性部分がより高い温度でより速く蒸発して基材の表面に乾燥した組成物の固体成分を残すため、研磨中に基材の表面上に堆積された有機残留物の量を増加させる。増加した有機残留物は、望ましくない基材の腐食及び曇りをもたらす。典型的に、任意選択で組成物中に含まれる研磨促進化合物の濃度は、使用場所で約０．０１〜約５ｗｔ％、例えば、約０．０５〜約３ｗｔ％である。

被覆アルミナ研磨剤の研磨性をまた、研磨助剤として組成物中にシリカ研磨剤を含めることによって促進することができる。シリカ研磨剤は、被覆アルミナ研磨剤と共に作用して相乗効果をもたらし、研磨結果を改善する。１つの好ましい実施形態において、シリカ研磨剤はコロイダルシリカである。別の好ましい実施形態において、シリカ研磨剤はヒュームドシリカである。一般的に、シリカ研磨剤は、約５０〜約２００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する。シリカ研磨剤の典型的な濃度は、研磨助剤として使用された場合、使用場所で約０．１〜約１５ｗｔ％、より好ましくは約０．３〜約１０ｗｔ％、例えば、約１〜約５ｗｔ％である。

本発明の研磨組成物をまた、濃縮物として提供することができ、それは使用前に（使用場所で）適切な量の水性溶媒で希釈されることが意図される。そのような実施形態において、研磨組成物の濃縮物は、適切な量の水性溶媒（例えば、水）でその濃縮物を希釈した際に、研磨組成物の各成分が使用のために適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するような量で、水性溶媒中に分散又は溶解した様々な成分を含むことができる。

本発明のＣＭＰ組成物は、化学機械研磨装置と併せて使用するのに特に適するが、液体研磨剤と共に使用するのに適合した任意の研磨装置を、本明細書で説明した方法で使用することができる。典型的に、ＣＭＰ装置は、使用中、動いていてかつ軌道運動、直線運動及び／又は円運動から生ずる速度を有するプラテンを含む。研磨パッドは、プラテン上に取り付けられプラテンと共に動く。キャリア組立体は、パッドと接触する研磨されるべき基材を保持して、研磨パッドの表面に対して動き、選択された圧力（下向きの力）でパッドに対して基材を押し付け、基材の表面をすり減らすのを補助する。ＣＭＰ組成物（又はスラリー）は研磨パッドに供給され、研磨プロセスを補助する。基材の研磨は、動いている研磨パッドと、研磨パッド上に存在する本発明のＣＭＰ組成物との複合した研磨作用によって達成され、それは基材の表面の少なくとも一部をすり減らし、それによって、表面を研磨する。

本発明の方法及び装置は、任意の適切な研磨パッド（例えば、研磨表面）を利用することができる。適切な研磨パッドの非限定の例としては、織布又は不織布の研磨パッドが挙げられ、それらは必要であれば固定砥粒を含む。さらに、適切な研磨パッドは、様々な密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮に対する跳ね返り能力、及び圧縮弾性率の任意の適切なポリマーを含むことができる。適切なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共成形体、及びそれらの混合物が挙げられる。本発明の好ましい方法において、使用される研磨パッドは、キャボットマイクロエレクトロニクスコーポレーション（オーロラ市、ＩＬ）から入手可能な、商標名ＥＰＩＣ Ｄ１００の下で販売される押出熱可塑性樹脂パッドである。

以下で議論される非限定の例は、本発明の組成物及び方法の幾つかの態様をさらに例示する。

例１
この例は、アルミニウムを研磨するための異なる研磨剤粒子を含有する様々な組成物の使用を例示する。

６０６１アルミニウム合金の基材を、ＥＰＩＣ Ｄ１００研磨パッド（キャボットマイクロエレクトロニクスコーポレーション、オーロラ市、ＩＬ）を取り付けた、ＧｎＰ ＰＯＬＩ−５００研磨デバイス（Ｇ＆Ｐテクノロジー社、釜山、韓国）上で、１５分間、様々な研磨剤材料を用いて研磨した。研磨パラメータは、約８０ｒｐｍのプラテン速度、約７４ｒｐｍのヘッド速度、約２．０ｐｓｉの下向きの圧力、及び約１００ｍＬ／分のスラリー流量であった。

様々なＣＭＰ組成物を調整して、それは表１に示される配合物を有した。その組成物を利用して、上で説明したように約１５分間、アルミニウム合金の基材を研磨した。

表１の様々な組成物を使用したアルミニウム合金の研磨の結果を表２と図１とにまとめた。表２中のｐＨの欄は、ＣＭＰプロセス中で使用した組成物のｐＨを示す。ＨＧの欄は、研磨した基材の水平光沢値（光沢単位、ＧＵ）を示す。ＶＧの欄は、研磨した基材の鉛直光沢値（ＧＵ）を示す。ＲＲの欄はアルミニウム合金の除去速度（マイクロメートル、１５分間の研磨プロセスでの除去）を示す。外観の欄は目視検査の際の、研磨した表面上に存在した表面特性を示す。

表２と図１とのデータから明らかなように、被覆アルミナ研磨剤は、シリカ研磨剤及び非被覆アルミナ研磨剤と比較して、高い鉛直及び水平光沢と共に望ましい滑らかな外観を提供した。

例２
この例は、アルミニウム合金を研磨するためのアニオン性ポリマー被覆アルミナ研磨剤の使用を例示する。例１Ｅの被覆アルミナ研磨剤を利用して６０６３アルミニウム合金の基材を研磨した。組成物を、脱イオン水で希釈（３倍）して、約３〜５のｐＨの研磨剤の１２ｗｔ％のストック懸濁液から調製して、約４ｗｔ％の最終的な研磨剤の濃度を得た。その組成物を使用して、例１に記載されるように、研磨パッドを取り付けたＣＭＰ装置の研磨デバイス上でアルミニウム合金の基材を研磨した。研磨パラメータは、約８０ｒｐｍのプラテン速度、約７４ｒｐｍのヘッド速度、約２．０ｐｓｉの下向きの圧力、及び約１００ｍＬ／分のスラリー流量であった。目視検査をすると、研磨した表面は、同一の研磨組成物を用いたが、１ｗｔ％の濃度の非被覆アルミナ研磨剤を使用して得られたものよりも良好な品質であった。しかしながら、研磨した表面の目視検査は、あるスクラッチ及び研磨不足欠陥の存在を示した。これらの欠陥は、観測した４０℃超の比較的高い研磨温度のために起こったと考えられる。

例３
この例は、研磨促進剤としての１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（０．３ｗｔ％）と組み合わせて、例１の被覆アルミナ研磨剤（１ｗｔ％）を含有するＣＭＰ組成物の使用を例示する。

ＣＭＰ組成物を使用して、例１で説明したようものと同一のＣＭＰ設備及び条件を使用して、６０６３アルミニウム合金の基材を研磨した。研磨した表面の目視検査は、被覆アルミナ研磨剤単独に対して例２で観測されたものより良好な表面品質を示した。この例に従って研磨した表面は、研磨不足がなく、最小のスクラッチで、他の確認できる欠陥がないことを示した。理論によって拘束されることを望むわけではないが、研磨した表面における改善は、研磨促進化合物の使用から生じたより低い研磨パッド温度の結果であることがあると考えられる。

例４
この例は、研磨助剤として例１Ｃのヒュームドシリカ又はコロイダルシリカと組み合わせて、例１の被覆アルミナ研磨剤を含有するＣＭＰ組成物の使用を例示する。第１組成物を、脱イオン水での希釈（３倍）によって、３ｗｔ％の被覆アルミナ研磨剤と３ｗｔ％のヒュームドシリカ研磨剤とのストック懸濁液から調製して、約２ｗｔ％（１ｗｔ％のアルミナ、１ｗｔ％のシリカ）の全体固体レベルを得た。第２組成物を、脱イオン水での希釈（３倍）によって、１．５ｗｔ％の被覆アルミナ研磨剤と１５ｗｔ％のコロイダルシリカ研磨剤とから調製して、約５．５ｗｔ％（０．５ｗｔ％のアルミナ、５ｗｔ％のシリカ）の全体固体レベルを得た。

ＣＭＰ組成物を使用して、例１で説明したものと同一のＣＭＰ方法を使用して、６０６３アルミニウム合金の基材を研磨した。研磨したウエハの目視検査は、研磨した表面が、例２で観測したものより良好な品質であり、例３に相当することを示した。この例に従って研磨した表面は、研磨不足がなく、最小のスクラッチで、他の確認できる欠陥がないことを示した。

本明細書で引用された刊行物、特許出願及び特許を含む全ての参考文献は、それぞれの参考文献が個別及び具体的に示されてその参照により組み込まれ、全体として本明細書に記載されているのと同じ程度に、その参照により本明細書に組み込まれる。本発明を説明する範囲の中での（特に以下の特許請求の範囲の中での）「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」という用語並びに同様の指示語の使用は、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、単数及び複数の両方を包含すると解されるべきである。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語は、特に断りのない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが、限定されない」ことを意味する）として解されるべきである。本明細書における値の範囲の記載は、本明細書で別段の指摘がない限り、単に範囲内に入っているそれぞれ独立した値を個々に言及することの省略方法として機能することを意図しており、それぞれの独立した値は、まるでそれが本明細書で個々に列挙されたかのように本明細書中に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、任意の適切な順序で実施することができる。本明細書で提供される任意の及び全ての例又は例示的な語（例えば、「のような（ｓｕｃｈ ａｓ）」）の使用は、単に本発明をより明らかにすることを意図しており、特許請求の範囲に別段の記載がない限り、本発明の範囲に関する限定をもたらすものではない。本明細書中の如何なる言語も、特許請求の範囲に記載されていない任意の要素を本発明の実施に必須であるものとして示すと解されるべきではない。

本発明を実施するために、発明者らが知っている最良の形態を含めて、本発明の好ましい実施形態が本明細書において記載される。それらの好ましい実施形態の変形態様は、前述の説明を読めば当業者には明らかになるであろう。発明者らは、当業者がそのような変形態様を適宜利用すると予期しており、発明者らは本明細書に具体的に記載したのと別の方法で、本発明が実施されることを意図している。したがって、本発明は、準拠法によって容認されているように、特許請求の範囲に記載される対象の全ての改良及びそれと同等なものを含む。さらに、それらの全ての可能な変形態様における上記の要素の任意の組み合わせは、本明細書で別段の指摘がないか又は文脈によって明確に否定されない限り、本発明によって包含される。
本発明の実施形態としては、以下の実施形態を挙げることができる。
（付記１）
（ａ）アルミナ粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子と、
（ｂ）シリカ研磨剤、研磨促進化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨助剤と
を含有する酸性又は中性のｐＨの水性キャリアを含む研磨組成物で、表面をすり減らす工程を含むアルミニウムの表面を研磨する方法であって、
前記研磨促進化合物が有機酸、無機酸、又はそれらの組み合わせである方法。
（付記２）
前記アルミニウムの表面が、実質的に純粋なアルミニウム又はＣｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される元素で合金化されたアルミニウムを含む、付記１に記載の方法。
（付記３）
前記研磨促進化合物が、２つのカルボン酸基又は２つのホスホン酸基を含むメチレン又はエチリデン部分を含む有機酸を含む、付記１又は２に記載の方法。
（付記４）
前記研磨助剤が、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、マロン酸、シュウ酸、乳酸、酒石酸、カンファースルホン酸、トルエンスルホン酸、ギ酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、及びそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される研磨促進化合物を含む、付記１〜３のいずれか１つに記載の方法。
（付記５）
前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせを含む、付記１〜４のいずれか１つに記載の方法。
（付記６）
前記アルミナ研磨剤が、約０．０１〜約１５ｗｔ％の範囲の濃度で前記組成物中に存在する、付記１〜５のいずれか１つに記載の方法。
（付記７）
前記研磨組成物が約２〜約７の範囲のｐＨを有する、付記１〜６のいずれか１つに記載の方法。
（付記８）
前記アルミナ研磨剤が、約５０〜約１０００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する、付記１〜７のいずれか１つに記載の方法。
（付記９）
前記研磨助剤が、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、又はそれらの組み合わせを含む、付記１〜８のいずれか１つに記載の方法。
（付記１０）
前記シリカが、約５０〜約２００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する、付記１〜９のいずれか１つに記載の方法。
（付記１１）
前記研磨助剤が、約０．０１〜約５ｗｔ％の範囲の濃度の前記研磨促進化合物と、約０．１〜約１５ｗｔ％の範囲の濃度の前記シリカ研磨剤とを含む、付記１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
（付記１２）
酸性又は中性のｐＨの水性キャリアを含む、アルミニウムの表面を研磨するための研磨組成物であって、
（ａ）アルミナ粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子と、
（ｂ）シリカ研磨剤、研磨促進化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨助剤と
を含有し、前記研磨促進化合物が有機酸、無機酸、又はそれらの組み合わせである研磨組成物。
（付記１３）
前記研磨促進化合物が、２つのカルボン酸基若しくは２つのホスホン酸基を含むメチレン若しくはエチリデン部分を含む有機酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、マロン酸、シュウ酸、乳酸、酒石酸、カンファースルホン酸、トルエンスルホン酸、ギ酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせを含む、付記１２に記載の研磨組成物。
（付記１４）
前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、及びそれらの２種以上の組み合わせを含む、付記１２又は１３に記載の研磨組成物。
（付記１５）
約２〜約７の範囲のｐＨを有する、付記１２〜１４のいずれか１つに記載の研磨組成物。
（付記１６）
前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせを含み、前記アルミナ研磨剤が、約０．０１〜約１５ｗｔ％の範囲の濃度で前記組成物中に存在して、前記アルミナが、約５０〜約１０００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する、付記１２〜１５のいずれか１つに記載の研磨組成物。
（付記１７）
前記研磨助剤が、約０．０１〜約５ｗｔ％の範囲の濃度の前記研磨促進化合物と、約０．１〜約１５ｗｔ％の範囲の濃度の前記シリカ研磨剤とを含む、付記１２〜１６のいずれか１つに記載の研磨組成物。
（付記１８）
前記研磨助剤が、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、又はそれらの組み合わせを含む、付記１２〜１７のいずれか１つに記載の研磨組成物。
（付記１９）
アルミナ粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子を含有する酸性の水性キャリアを含む研磨組成物で、表面をすり減らす工程を含むアルミニウムの表面を研磨する方法であって、前記アルミナ研磨剤粒子が、表面をすり減らす工程中に、約０．０１〜約１５ｗｔ％の範囲の濃度で前記組成物中に存在する方法。
（付記２０）
前記アルミニウムの表面が、実質的に純粋なアルミニウム又はＣｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される元素で合金化されたアルミニウムを含む、付記１９に記載の方法。

Claims (11)

1. （ａ）アルミナ研磨剤粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子と、
   （ｂ）１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸である研磨促進化合物であって、０．０１〜５ｗｔ％の範囲の濃度を有する研磨促進化合物と
   を含有する酸性又は中性のｐＨの水性キャリアを含む研磨組成物で、表面をすり減らす工程を含むアルミニウム合金の表面を研磨する方法であって、前記研磨組成物が酸化剤を含まない方法（ただし、前記研磨組成物は、２５ｐｐｍ以上のカルシウムイオンを含む研磨組成物を含まない）。
2. 前記アルミニウム合金の表面が、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される元素で合金化されたアルミニウムを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記研磨組成物が２〜７の範囲のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記アルミナ研磨剤粒子が、５０〜１０００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の方法。
6. アルミニウム合金の表面を研磨するための研磨組成物であって、
   （ａ）アルミナ研磨剤粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子と、
   （ｂ）１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸である研磨促進化合物であって、０．０１〜５ｗｔ％の範囲の濃度を有する研磨促進化合物と
   を含有する酸性又は中性のｐＨの水性キャリアを含み、前記研磨組成物が酸化剤を含まない、研磨組成物（ただし、前記研磨組成物は、２５ｐｐｍ以上のカルシウムイオンを含む研磨組成物を含まない）。
7. 前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、及びそれらの２種以上の組み合わせを含む、請求項６に記載の研磨組成物。
8. ２〜７の範囲のｐＨを有する、請求項６に記載の研磨組成物。
9. 前記アニオン性ポリマーが、ポリ（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸）（ＡＭＰＳ）、アクリル酸−２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸コポリマー（ＡＡ／ＡＭＰＳ）、ポリスチレンスルホン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせを含み、前記アルミナ研磨剤粒子が、５０〜１０００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する、請求項６に記載の研磨組成物。
10. アルミナ研磨剤粒子の表面上にアニオン性ポリマーを含むアルミナ研磨剤粒子と、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、カンファースルホン酸、トルエンスルホン酸、ギ酸、硫酸、リン酸、亜リン酸、又はそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される研磨促進化合物とを含有する酸性の水性キャリアを含む研磨組成物で、表面をすり減らす工程を含むアルミニウム合金の表面を研磨する方法であって、前記研磨組成物が酸化剤を含まず、前記アルミナ研磨剤粒子が、表面をすり減らす工程中に、０．０１〜１５ｗｔ％の範囲の濃度で前記組成物中に存在する方法（ただし、前記研磨組成物は、２５ｐｐｍ以上のカルシウムイオンを含む研磨組成物を含まない）。
11. 前記アルミニウム合金の表面が、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びそれらの２種以上の組み合わせからなる群より選択される元素で合金化されたアルミニウムを含む、請求項１０に記載の方法。