JP7071495B2 - 材料除去操作を行うための組成物及びその形成方法 - Google Patents

材料除去操作を行うための組成物及びその形成方法 Download PDF

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Description

以下は、研磨微粒子及び担体を含む組成物、より詳細には研磨微粒子が少なくとも１０％のセリウムを含む組成物に関する。
材料除去操作で使用するための組成物が既知である。そのような研磨組成物は、研磨粒子の集合体が本体又は基材に付着した固定研磨組成物を含み得る。又は、ある研磨組成物は、遊離研磨剤を含むことができ、研磨粒子は、本体又は基材に付着していないが、スラリー又は混合物として液体担体内に含有されている。材料除去操作の種類に応じて、固定研磨剤又は遊離研磨剤の使用が選択され得る。
従来の研磨スラリーは、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）などにおける、材料（ガラス、金属など）の研磨に最もよく使用される。代表的なＣＭＰ工程では、基板（例えばウェーハ）を移動研磨パッド、例えばプラテンに付着させた回転研磨パッドと接触させて配置する。通例、研磨性及び化学反応性混合物であるＣＭＰスラリーは、基板のＣＭＰ処理中にパッドに供給される。通例、金属ＣＭＰスラリーは、酸化性の水性媒体に懸濁したシリカやアルミナなどの研磨材料を含有する。基板に対するスラリーの相対的な移動は、基板に対するパッドの移動の効果により、平坦化される基板フィルムとの化学的及び機械的相互作用によって、平坦化（研磨）工程を補助する。基板上の所望の膜が除去されるまで研磨がこのように継続され、通常の目的は基板を効果的に平坦化することである。研磨剤スラリーの効率をさらに改善する必要が存在する。
一態様において、材料除去操作を行う方法は、シリコンを含む基板に対して物体を移動させること、物体と基板との間にスラリーを供給することを含み、スラリーは液体を含む担体と、担体に含有される研磨微粒子とを含み、研磨微粒子は、少なくとも１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む。
別の態様において、組成物は、液体を含む担体と、担体に含有される研磨微粒子とを含み、研磨微粒子は、研磨微粒子中に平均で少なくとも１０％のセリウムを含み、研磨微粒子は少なくとも０．１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む。
図と組合せた以下の説明は、本明細書で提供する教示の理解を助けるために提供される。以下の開示は、特定の教示の実装及び実施形態に焦点を当てる。この焦点は、教示の説明を助けるために提供され、教示の範囲又は適用性を制限するものとして解釈されるべきでない。しかし、本出願では、もちろんの他の教示を使用することができる。
本明細書で使用する場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語又はその他の任意の変形は、非排他的包含を含むものとする。例えば、特徴のリストを含む方法、物品又は装置は、それらの特徴だけに必ずしも限定されないが、そのような方法、物品又は装置に明示的に列挙されない又は固有の他の特徴を含み得る。さらに、それとは反対に明示的に記述されない限り、「又は」は、包括的論理和（ｏｒ）を示し、排他的論理和（ｏｒ）を示さない。例えば、条件Ａ又はＢは、次のいずれか１つによって満足される：Ａは真である（又は存在する）及びＢは偽である（又は存在しない）、Ａは偽である（又は存在しない）及びＢは真である（又は存在する）、並びにＡ及びＢの両方が真である（又は存在する）。
また、「ａ」又は「ａｎ」の使用は、本明細書で説明される要素及び構成要素を説明するために用いられる。これは単に便宜のために、及び本発明の範囲の一般的な意味を与えるために行われる。この説明は、１つ又は少なくとも１つを含むことが読み取られるべきであり、別途それが意味していることが明確ではない限り、単数形は複数形も含むか、逆もまた同様である。例えば、本明細書において単一の項目が説明される場合、１を超える項目が、単一の項目の代わりに使用され得る。同様に、本明細書において１を超える項目が説明される場合、単一の項目は、その１を超える項目に置換され得る。
別途定義しない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。材料、方法、及び例は例示にすぎず、限定することを意図するものではない。特定の材料及び処理行為に関する特定の詳細事項が記載されていない範囲で、そのような詳細事項は、製造技術の範囲内の参考図書及び他の情報源に見出され得る、従来の手法を含み得る。
本明細書に開示する実施形態は、材料除去操作を行うために構成された組成物に関する。例えば、組成物は、研磨などの材料除去操作で使用されるスラリーであることができる。より詳細には、組成物は、無機材料のワークピースの材料除去操作に使用され得る。いくつかの好適な無機材料は、セラミック材料を含むことができる。無機材料は、アモルファス、単結晶、多結晶又はその組合せであり得る。詳細な一実施形態により、本明細書の実施形態の組成物又はスラリーは、シリコン含有体の仕上げ及び研磨に好適であり得る。これに限定されないが、金属、顔料、ボライド、カーバイド、ニトリドなどを含む他の無機材料がワークピース内に存在し得ることが認識される。ある例において、ワークピースは、単結晶シリコン又はポリシリコンシリコンなどのシリコン含有ワークピースであり得る。ワークピースは、金属及びシリコン含有部分を有する複数の電子デバイスを含むウェーハであり得て、以下の組成物は、そのようなワークピースの化学的機械的平坦化での使用に特に好適であり得る。以下は、研磨微粒子の形成、研磨微粒子を含む組成物の形成及び組成物の使用方法にも関する。
組成物を形成する工程は、本明細書の実施形態に従って研磨微粒子を生成することにより開始できる。特定の一実施形態により、研磨スラリーで使用するための研磨微粒子を形成する方法は、第１前駆体材料と第２保存前駆体材料を組合せて混合物を形成することを含むことができる。本明細書において第１前駆体材料及び第２前駆体材料という場合、最終的に形成された研磨微粒子を生成するために使用できる１つ以上の所望の種（即ち、元素又は化合物）を含む材料を含むことができる。ある例において、第１前駆体材料又は第２前駆体材料は、研磨微粒子での使用に好適な１つ以上の種の選択的除去を促進する処理によって、化学変化物理変化を受けてもよい。
一実施形態により、第１前駆体材料はセリウムを含むことができる。例えば、第１前駆体材料は、セリウムを含む塩を含み得る。セリウム塩を含む第１前駆体材料のいくつかの好適な例としては、ニトラート、クロリド、アセタート、サルファート、カーボナート又はその任意の組合せを挙げることができる。例えば、第１前駆体材料は、セリウムニトラート、セリウムアセタート、セリウムカーボナート又はその任意の組合せを含み得る。別の実施形態において、第１前駆体材料は、例えば、これに限定されないが、酸化セリウム（例えばＣｅ２Ｏ３又はＣｅＯ２）を含む、セリウムを含む酸化物化合物を含み得る。
いくつかの例において、第１前駆体材料は、３＋原子価状態のセリウムを含むセリウム含有化合物を含み得る。そのような第１前駆体材料を利用すると、セリウム又は３＋原子価状態のセリウム含有化合物の好適な含有量を有する研磨微粒子の形成が促進され得る。特定の理論に縛られることを望まないが、３＋原子価状態のセリウムを有する酸化セリウム（即ちＣｅ２Ｏ３）は、４原子価状態の酸化セリウム（即ちＣｅＯ２）を主に含む研磨微粒子と比較して、シリカ含有ワークピースに対する材料除去能力を改善することが主張されている。さらに、本明細書の実施形態によって、４＋原子価状態（即ちＣｅ４＋）のセリウムの含有量と比較して、３＋原子価状態（即ちＣｅ３＋）のセリウムの（即ち、微粒子の表面における及びバルク中の）総含有量がより大きい、研磨微粒子の形成が促進され得る。最後に、本明細書の実施形態により、材料除去操作の改善を促進し得る、Ｃｅ３＋の含有量が増加した研磨微粒子の形成が促進され得る。
第２前駆体材料は、セリウム以外の少なくとも１つの金属元素を含み得る。例えば、第２前駆体材料は、少なくとも１つの遷移金属元素又は希土類元素を含み得る塩を含み得る。ある例において、第２前駆体材料は、２つ以上の遷移金属元素又は希土類元素を含み得る。ある例において、第２前駆体材料は、ジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウムの群からの少なくとも１つの元素又はその任意の組合せを含み得る。別の実施形態において、第２前駆体材料は、塩、例えばニトラート、ヒドロキシド、クロリド、アセタート、サルファート、カーボナート又はその任意の組合せであり得る。特定の一実施形態において、第２前駆体材料は、ジルコニウムオキシクロリド、ジルコニウムニトラート、ジルコニウムアセタート、ジルコニウムヒドロキシド、酸化ジルコニウム、ジルコニウムカーボナート、チタンオキシクロリド、チタンサルファート、チタンヒドロキシド、酸化チタン、チタンカーボナート、イットリウムニトラート、イットリウムオキシクロリド、イットリウムヒドロキシド、酸化イットリウム、イットリウムカーボナート、プラセオジムニトラート、プラセオジムオキシクロリド、プラセオジムヒドロキシド、酸化プラセオジム、プラセオジムカーボナート、ランタンニトラート、ランタンオキシクロリド、ランタンヒドロキシド、酸化ランタン、ランタンカーボナート、ハフニウムニトラート、ハフニウムオキシクロリド、ハフニウムヒドロキシド、酸化ハフニウム、ハフニウムカーボナートの群からの材料又はその任意の組合せを含み得る。
第１前駆体材料と第２前駆体材料を組合せる工程は、混合物の形成を含み得る。混合物は、乾燥混合物又は湿潤混合物であり得る。特定の例において、混合物は、第１前駆体材料と第２前駆体材料が粉末材料として混合される乾燥混合物であり得る。乾燥混合物を利用するこのような実施形態において、第１前駆体材料と第２前駆体材料を乾燥状態で組合せ、さらに処理して、第１前駆体材料及び第２前駆体材料からの１つ以上の元素の（例えば、物理的又は化学的）組合せを促進して、所望の化合物が形成され得る。そのような工程の一例としては、粉砕、破砕、混合、加熱又はその任意の組合せによって促進され得る固体反応を挙げることができる。特定の一実施形態において、第１前駆体材料はセリウム含有材料を含み得て、第２前駆体材料はセリウム以外の少なくとも１つの元素を含む化合物を含み得て、第１前駆体材料と第２前駆体材料を組合せて、第２前駆体材料からの少なくとも１つの種（例えばジルコニウム）及び第１前駆体材料からのセリウムを含む化合物の形成が促進され得る。そのような化合物は、さらなる処理によって混合物から除去され得る。
本明細書に記載するように、第１前駆体材料と第２前駆体材料を組合せる工程は、湿潤混合物の形成を含み得る。本明細書の目的のために、湿潤混合物は、液相中の固体粒子のスラリー、又は溶媒に含有されるイオン性種を含む溶液などの、２つの異なる相中の材料の混合物を含み得る。湿潤混合物を形成する工程は、第１前駆体材料又は第２前駆体材料の少なくとも１つが液体溶媒に可溶性である、溶液の形成を含み得る。次いで、溶液を処理して、混合物中の１つ以上の種の化学反応及び／又は物理的分離を促進し得る。いくつかの好適な分離方法としては、沈殿工程及び水熱合成並びに含浸が挙げられる。例えば、ある例において、溶液を処理して、混合物から選択的に除去可能な沈殿物を生成し得る。別の実施形態において、第１前駆体材料及び第２前駆体材料からの１つ以上の種は、互いに化学的に反応して化合物を形成し得て、そのような化合物は液体混合物から選択的に除去され得る。
１つの手法により、第１前駆体材料はセリウム含有塩を含むことができ、第２前駆体材料は、金属がセリウムではない金属含有塩を含み得て、第１前駆体材料及び第２前駆体材料の両方が溶媒（例えば水）に溶解される。第１前駆体材料及び第２前駆体材料からの１つ以上のイオン性種は、沈殿によって混合物から選択的に除去され得る。沈殿は、ｐＨの変化、温度の変化、圧力の変化又はその任意の組合せによって促進され得る。特定の一実施形態により、沈殿工程を利用して、混合物からセリウム含有種（例えばＣｅ３＋）又は化合物を選択的に除去することができる。
別の実施形態において、混合物から１つ以上の種を選択的に除去する工程は、水熱処理を含むことができ、溶液の温度は変更され得る。温度の変化は、混合物からの１つ以上の種の選択的除去を可能にする化学反応又は物理的変化を促進し得る。例えば、一実施形態において、セリウム含有種（例えばＣｅ３＋）は、第２前駆体材料の種と組合されて、混合物から選択的に除去され得る化合物を形成し得る。一実施形態において、化合物は、沈降又は沈殿及び濾過により分離され得る。
また別の実施形態において、混合物から１つ以上の種を選択的に除去する工程は、含浸工程を含むことができる。含浸では、可溶性材料からの種が不溶性材料に含浸できるように、液体混合物中で組合され得る１つの可溶性材料及び１つの不溶性材料が使用され得る。特定の一実施形態において、工程は、ジルコニウム含有種のセリウム含有第１前駆体材料中への含浸を含み得る。例えば、第１前駆体材料は、選択された液体材料に不溶性であり得る、酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）などの不溶性セリウム含有材料を含み得る。この工程は、液体材料（即ち溶媒）に可溶性である、ジルコニウム含有第２前駆体材料の使用をさらに含み得る。そのようなジルコニウム含有第２前駆体材料は、液体内でカチオン種とアニオン種に解離し得る。ジルコニウム含有種（例えばジルコニウムカチオン）は、不溶性セリウム含有第１前駆体材料中に含浸され得る。含浸工程は、混合物のｐＨ、温度及び／又は圧力を制御及び変更することにより促進され得る。セリウム含有前駆体材料にジルコニウム含有種を含浸させた後、含浸材料を混合物から選択的に除去して、さらなる処理を行ってよい。
第１前駆体材料と第２前駆体材料を組合せた後、工程は、混合物又は混合物から選択的に除去される成分を処理して研磨微粒子を生成することを含み得る。一実施形態により、混合物又は選択的に除去された成分などの混合物の一部に、研磨微粒子の形成を促進する１つ以上の処理工程を行うことができる。いくつかの好適な処理工程としては、乾燥、洗浄、粉砕、ふるい分け、加熱又はその任意の組合せを挙げることができる。
一実施形態により、処理工程は加熱を含むことができる。より特定の例において、処理の工程はか焼を含むことができる。か焼とは、水及び化合物内で化学的に結合している他の揮発性物質を含む化合物から水を除去する工程を示す。ある例において、か焼は、少なくとも８００℃から１３００℃以下の範囲内のか焼温度で行われ得る。
さらに、混合物又は混合物から選択的に除去された化合物の処理は、非酸化性雰囲気中での処理を含むことができる。非酸化性雰囲気のいくつかの好適な例としては、不活性雰囲気又は還元性雰囲気を挙げることができる。より詳細には、処理の工程は、窒素を含む還元性雰囲気中での混合物から抽出された１つ以上の選択化合物のか焼を含み得る。例えば、一実施形態において、処理は、流動する水素及び窒素を含む雰囲気中で１つ以上の選択種を加熱することを含むことができる。特定の例において、処理は、非酸化性雰囲気中でのか焼を含むことができる。好適な非酸化性雰囲気としては、不活性雰囲気又は還元性雰囲気を挙げることができる。
別の実施形態において、処理の工程は、特定の酸素分圧を有する雰囲気中で加熱することによって行うことができる。例えば、加熱時の酸素分圧は、１００Ｐａ以下、又は５０Ｐａ以下、又は２０Ｐａ以下、又は１０Ｐａ以下、又は５Ｐａ以下、又は１Ｐａ以下、又は０．１Ｐａ以下、又は０．０１Ｐａ以下であり得る。このような酸素分圧は、セリウム３＋種などのある種の制限された酸化を促進し得る。
非酸化性雰囲気、還元性雰囲気及び／又は特定の酸素分圧を有する雰囲気は、例えば本明細書の実施形態に記載するような３＋原子価状態を有するセリウムを含む、ある種の好適な含有量を有する研磨微粒子の形成に有用であり得る。さらに、第２前駆体材料からの１つ以上の種などの２次種の使用によって、３＋原子価状態を有するセリウムの含有量の上昇が促進され得ることが注目されている。特定の理論に縛られることを望まないが、セリウム含有種と好適な２次種（例えばジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウムなど）の組合せが、セリウム含有種の酸化の前に、２次種酸化を促進し、このため、セリウムが３＋原子価状態から、異なる酸化状態のセリウム含有種（例えば、ＣｅＯ２などの４＋原子価状態のセリウム）に酸化される可能性を低下できるということが主張されている。したがって、材料除去操作の改善を促進し得る、バルクで及び研磨微粒子の表面における３＋原子価状態のセリウムの好適な含有量を有する研磨微粒子を形成することが可能である。
ある態様において、非酸化性雰囲気、還元性雰囲気及び／又は特定の酸素分圧を有する雰囲気中で酸化セリウム粒子のみを処理することも、３＋原子価状態のセリウムの好適な含有量を有する研磨微粒子の形成に有用であり得る。
先行する実施形態から形成された研磨微粒子は、材料除去操作、特にシリカ含有ワークピースのための材料除去作業の改善を促進する特徴を有し得る。一態様において、研磨微粒子は、研磨微粒子中に３＋原子価状態（即ちＣｅ２Ｏ３）を有する酸化セリウムを少なくとも１０％含むことができ、研磨微粒子（ａｂｒａｓｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ）は１μｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）を含む。
スラリーを形成するために研磨微粒子を液体中に投入する前に、他の工程を利用できることが認識される。例えば、これに限定されないが、好適な粒径分布を得るための粉砕、破砕及びふるい分けが含まれる。
研磨微粒子は、液体を含む担体内に投入されて、材料除去操作で使用するために顧客に提供され得るスラリーの形成が促進され得る。ある例において、担体は水を含むことができ、より詳細には、水から本質的になり得る。なお一実施形態において、担体は脱イオン水から本質的になり得る。
担体及び研磨微粒子を含む組成物は、研磨微粒子の含有量に対して特定の含有量の担体を有するように形成され得る。例えば、担体は、組成物（即ち、スラリー）の総重量に対して少なくとも４５重量％の量で存在し得る。他の実施形態において、スラリー内の担体の含有量は、より大きいこと、例えば少なくとも５０重量％、又は少なくとも５５重量％、又は少なくとも６０重量％、又は少なくとも６５重量％、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも７５重量％、又は少なくとも８０重量％であることができる。なお、別の非限定的な実施形態において、担体は、組成物の総重量に対して９７重量％以下、例えば９５重量％以下、又は９０重量％以下、又は８５重量％以下、又は８０重量％以下、又は７５重量％以下、又は７０重量％以下の量で存在し得る。液体担体の含有量は、上記の最小値及び最大値のいずれも含む範囲内であり得ることが認識される。
別の実施形態において、研磨微粒子は、ある材料除去操作、特に研磨作業を促進し得る平均粒径（Ｄ５０）を有する特定の粒径を有し得る。例えば、研磨微粒子は、２０μｍ以下、例えば１５μｍ以下、又は１０μｍ以下、又は５μｍ以下、又は２μｍ以下、又１μｍ以下、又は９００ｎｍ以下、又は８００ｎｍ以下、又は７００ｎｍ以下、又は６００ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以下、又は４００ｎｍ以下、又は３００ｎｍ以下、又は２００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下、又は９０ｎｍ以下、又は８０ｎｍ以下、又は７０ｎｍ以下、又は６０ｎｍ以下、又は５０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下、又は２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）を有し得る。なお別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、少なくとも１ｎｍ、又は少なくとも５ｎｍ、又は少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも２０ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍ、又は少なくとも１ミクロンの平均粒径（Ｄ５０）を有し得る。研磨微粒子は、上記の最小値及び最大値のいずれも含む範囲内の平均粒径（Ｄ５０）を有し得ることが理解される。研磨微粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｎａｎｏｓｉｚｅｒ動的光散乱装置でレーザー回折法を使用して測定できる。
別の実施形態において、研磨微粒子は、研磨材料としての使用を促進できる、ある密度を有することができる。例えば、研磨微粒子の密度は、少なくとも９０％の理論密度、又は少なくとも９５％の理論密度、又は少なくとも９８％の理論密度、又は少なくとも９９％の理論密度であり得る。
研磨微粒子は、研磨微粒子内の総セリウムのある含有量を有し得る。本明細書における総セリウムへの言及は、例えば、これに限定されないが、Ｃｅ２Ｏ３及びＣｅＯ２を含む、任意の形態及び任意の原子価状態のセリウムの量である。例えば、一実施形態において、研磨微粒子は、平均で少なくとも１０重量％の総セリウムを含み得る。さらなる例において、研磨微粒子内の総セリウムの平均含有量は、少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％、又は少なくとも２５重量％、又は少なくとも３０重量％、又は少なくとも４０重量％、又は少なくとも５０重量％、又は少なくとも６０重量％、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも８０重量％、又は少なくとも８５重量％であることができる。
特定の一実施形態において、研磨微粒子は酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）から本質的になり得る。なお１つの非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子に対して平均で８５重量％以下の総セリウム、例えば８３重量％以下、又は８０重量％以下、又は７０重量％以下、又は６０重量％以下、又は５０重量％以下、又は４０重量％以下、又は３０重量％以下、又は２０重量％以下の総セリウムを有し得る。研磨微粒子は、上記のパーセンテージのいずれも含む範囲内の総セリウムの平均含有量を有し得ることが認識される。
特定の例において、セリウムは、酸化物化合物又は混合複合酸化物、例えば酸化ジルコニウムと酸化セリウムの混合酸化物の形態であり得る。そのような実施形態では、研磨微粒子は、少なくとも１０重量％の酸化セリウム及び１００重量％以下の酸化セリウム、例えば少なくとも１０重量％及び９０重量％以下の範囲内、又は少なくとも２０重量％及び８０重量％以下の範囲内の酸化セリウムを含み得る。
一実施形態により、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％の酸化セリウム、又は研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも１５重量％の酸化セリウム、又は少なくとも２０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも３０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも４０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも５０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも６０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも７０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも８０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも９０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも９５重量％の酸化セリウムを含み得る。別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して９９重量％以下の酸化セリウム、例えば研磨微粒子の総重量に対して９０重量％以下の酸化セリウム、又は８０重量％以下の酸化セリウム、又は７０重量％以下の酸化セリウム、又は６０重量％以下の酸化セリウム、又は５５重量％以下の酸化セリウム、又は５０重量％以下の酸化セリウム、又は４５重量％以下の酸化セリウム、又は４０重量％以下の酸化セリウム、又は３５重量％以下の酸化セリウム、又は３０重量％以下の酸化セリウム、又は２５重量％以下の酸化セリウム、又は２０重量％以下の酸化セリウム、又は１５重量％以下の酸化セリウム、又は１０重量％以下の酸化セリウムを含み得る。酸化セリウムの量は、上記の最小パーセンテージ及び最大パーセンテージのいずれも含む範囲内であり得ることが認識される。
別の実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子内に特定の原子価状態、例えば３＋原子価状態（例えばＣｅ２Ｏ３）のセリウムの特定の含有量を有し得る。例えば、一実施形態において、研磨微粒子は、粒子中のセリウムの総量に対して、平均で少なくとも１０重量％の３＋原子価状態のセリウムを含み得る。他の例において、研磨微粒子は、少なくとも２５重量％、又は少なくとも３０重量％、又は少なくとも４０重量％、又は少なくとも５０重量％、又は少なくとも６０重量％、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも８０重量％、又は少なくとも９０重量％、又はさらに少なくとも９５重量％の３＋原子価状態のセリウムの平均含有量を有し得る。特定の一実施形態において、研磨微粒子に含有されるセリウムは、３＋原子価状態のセリウムから本質的になり得る。別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子内に平均で９９重量％以下の３＋原子価状態のセリウム、例えば９５重量％以下、又は９０重量％以下、又は８０重量％以下、７０重量％以下、又は６０重量％以下、又は５０重量％以下の３＋原子価状態のセリウムを有し得る。研磨微粒子に含まれるセリウムは、上記のパーセンテージのいずれも含む範囲内のセリウムの総量に対する、３＋原子価状態のセリウムの平均含有量を有し得ることが認識される。さらに、上記のパーセンテージは、３＋原子価状態のセリウムの含有量を測定するために利用される方法に応じて、重量パーセント又は体積パーセントで測定され得る。
ある例において、セリウムの含有量、特に３＋原子価状態のセリウムの含有量は制御され、材料除去操作の改善が促進され得る。例えば、一実施形態において、研磨微粒子は、少なくとも０．１、例えば少なくとも０．１５、又は少なくとも０．２、又は少なくとも０．２５、又は少なくとも０．３、少なくとも０．３５、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．４５、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．５５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．６５、又は少なくとも０．７、又は少なくとも０．７５、又は少なくとも０．８、又は少なくとも０．８５、又は少なくとも０．９、又は少なくとも０．９５、又は少なくとも０．９９のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を有することができる。なお別の実施形態において、セリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）は１、又は０．９９以下、又は０．９５以下、又は０．９以下、又は０．８５以下、又は０．８以下、又は０．７５以下、又は０．７０以下、又は０．６５以下、又は０．６以下、又は０．５５以下、又は０．５以下、又は０．４５以下、又は０．４以下、又は０．３５以下、又０．３以下、又は０．２５以下、又は０．２以下であり得る。研磨微粒子は、上記の値のいずれも含む範囲内のセリウム３＋比を有し得ることが認識される。
特定の一態様により、研磨微粒子は、研磨微粒子内の４＋原子価状態のセリウムの含有量に対して、３＋原子価状態のセリウムのある含有量を有し得る。４＋原子価状態のセリウムに対する３＋原子価状態のセリウムの相対含有量の制御により、ある材料除去操作における研磨微粒子及び関連するスラリー組成物の性能の改善が促進され得る。一実施形態において、研磨微粒子はＣｅ２Ｏ３及びＣｅＯ２を含むことができ、研磨微粒子は少なくとも０．２の比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）を有することができる。他の例において、比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）は、少なくとも０．３、例えば少なくとも０．４、少なくとも０．５、少なくとも０．７、少なくとも０．９、少なくとも１、少なくとも１．１、例えば少なくとも１．２、又は少なくとも１．３、又は少なくとも１．４、又は少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８、又は少なくとも１．９、又は少なくとも２、又は少なくとも２．１、又は少なくとも２．２、又は少なくとも２．５、又は少なくとも２．７、又は少なくとも３、又は少なくとも３．２、又は少なくとも３．５、又は少なくとも３．７、又は少なくとも４、又は少なくとも４．５、又は少なくとも５、又は少なくとも６、又は少なくとも７、又は少なくとも８、又は少なくとも９、又は少なくとも１０であることができる。なお別の非限定的な実施形態において、比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）は、１０００以下、例えば５００以下、又は１００以下、又は５０以下であることができる。比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）は、例えば少なくとも１及び１０００以下、又は少なくとも１．１及び５００以下、又は少なくとも１．５及び５０以下の範囲内を含む、上記の最小値と最大値のいずれも含む範囲内であることができる。
粒子中のセリウムの総含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分析を使用して測定できる。研磨微粒子の好適なサンプルサイズについてＩＣＰを実施して研磨微粒子中のセリウムの統計的に関連する平均値を得た後、研磨微粒子中に含まれるセリウムの原子価状態を決定するためにさらなる分析が完了され得る。研磨微粒子に含有されるセリウムの原子価状態を分析するいくつかの好適な方法は、熱重量分析（ＴＧＡ）、温度プログラム酸化（ＴＰＯ）又はＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）であることができる。ＴＧＡは空気中で最高８００℃にて完了し、一定量の酸化セリウムの重量変化を測定する。３＋原子価状態のセリウム（即ちＣｅ２Ｏ３）を含む酸化セリウムは、４＋原子価状態のセリウム（即ちＣｅＯ２）を含む酸化セリウムとは異なるモル質量を有するため、ＴＧＡを使用して研磨微粒子サンプルの重量の変化を測定することができ、任意の重量の増加は、酸化によるＣｅ２Ｏ３からＣｅＯ２への酸化からの重量の変化（即ち１／２Ｏ２）であると推定できる。したがって、３＋原子価状態のセリウムの重量パーセントは、ＴＧＡによって求めることができる。
ＴＰＯが酸化セリウム含有サンプルの酸化及びＣｅ２Ｏ３からＣｅＯ２への酸化の間に大気中の酸素消費量を測定することを除いて、ＴＰＯはＴＧＡと同様に使用され得る。消費された酸素を使用して、元の研磨微粒子サンプル中の３＋原子価状態のセリウムの量を計算することができる。さらに、このような情報をＩＣＰデータとともに使用して、研磨微粒子サンプル中のセリウムの総含有量に対する３＋原子価状態のセリウムの含有量を評価することもできる。さらに、酸化セリウムを含む研磨微粒子サンプルの文脈において、前述の方法を使用して、４＋原子価状態のセリウムの含有量を分析することができ、３＋原子価状態ではないすべての酸化セリウムが４＋原子価状態であると仮定すると、このような情報を使用してセリウム比を計算することができる。
ＸＰＳを使用して、３＋原子価状態のセリウム及び４＋原子価状態のセリウムの量が同時に測定され得る。分析は、Ｍａｒｒｅｒｏ－Ｊｅｒｅｚ，Ｊ．ら、“ＴＰＲ，ＸＲＤ ａｎｄ ＸＰＳ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒｉａ－ｂａｓｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｍｅｔｈｏｄ．”Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，４０，（２０１４）６８０７－６８１４．に開示されている方法に従って完了することができる。
研磨微粒子の粒径分布は、組成物及び／又はスラリーの性能の改善を促進し得る、Ｄ９０－Ｄ１０範囲値によってさらに定義され得る。Ｄ９０は、分布内の粒径の９０％を含む粒径値を表すことができ、分布内の粒子の１０％未満がＤ９０値を超える粒径を有する。Ｄ１０は、分布内の粒子の１０％のみがＤ１０粒径値より小さい粒径値を表すことができる。Ｄ９０～Ｄ１０範囲値は、Ｄ９０値とＤ１０値の間の粒径分布の幅を示す。一実施形態により、Ｄ９０－Ｄ１０値範囲は、２０ミクロン以下、例えば１８ミクロン以下、又は１６ミクロン以下、又は１４ミクロン以下、又は１２ミクロン以下、又は１０ミクロン以下、又は８ミクロン以下、又は６ミクロン以下、又は４ミクロン以下、又は２ミクロン以下、又は１ミクロン（１０００ｎｍ）以下、又は９００ｎｍ以下、又は８００ｎｍ以下、又は７００ｎｍ以下、又は６００ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以下、又は４００ｎｍ以下、又は３００ｎｍ以下、又は２００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下、又は８０ｎｍ以下、又は６０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下であることができる。なお別の非限定的な実施形態において、Ｄ９０－Ｄ１０範囲値は、少なくとも５ｎｍ、例えば少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも２０ｎｍ、又は少なくとも４０ｎｍ、又は少なくとも６０ｎｍ、又は少なくとも８０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも３００ｎｍ、又は少なくとも４００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍ、又は少なくとも６００ｎｍ、又は少なくとも７００ｎｍ、又は少なくとも８００ｎｍ、又は少なくとも９００ｎｍ、又は少なくとも１０００ｎｍ、又は少なくとも２ミクロン、又は少なくとも３ミクロン、又は少なくとも４ミクロン、又は少なくとも５ミクロン、又は少なくとも６ミクロン、又は少なくとも８ミクロン、又は少なくとも１０ミクロン、又は少なくとも１２ミクロン、又は少なくとも１４ミクロン、又は少なくとも１６ミクロンであるはずがない（ｃａｎ’ｔ ｂｅ）。Ｄ９０－Ｄ１０範囲値は、例えば少なくとも５ｎｍ及び２０ミクロン以下の範囲内を含む、上記の最小最大値のいずれも含む範囲内であり得ることが認識される。
研磨微粒子の粒径分布は、スパン値によってさらに定義され得て、スパン値は、範囲値を平均粒径で割った範囲値であることができるか、又はさもなければ（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０）として表すことができる。スパン値は、少なくとも０．１、例えば少なくとも０．２、又は少なくとも０．３、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．８、又は少なくとも１、又は少なくとも２、又は少なくとも３、又は少なくとも４、又は少なくとも５、又は少なくとも６、又は少なくとも７、又は少なくとも８、又は少なくとも８、又は少なくとも１０、又は少なくとも１１、又は少なくとも１２、又は少なくとも１３、又は少なくとも１４、又は少なくとも１５、又は少なくとも１６、又は少なくとも１７、又は少なくとも１８、又は少なくとも１９であり得る。なお非限定的な一実施形態において、スパン値（（Ｄ９０－Ｄ１０）／ Ｄ５０）は２０以下、例えば１９以下、又は１８以下、又は１７以下、又は１６以下、又は１５以下、又は１４以下、又は１３以下、又は１２以下、又は１１以下、又は１０以下、又は９以下、又は８以下、又は７以下、又は６以下、又は５以下、又は４以下、又は３以下、又は２以下、又は１以下であることができる。スパン値は、上記の最小値と最大値のいずれも含む範囲内にあり得ることが認識される。
研磨微粒子は、少なくとも１つの他の金属元素を含むことができる。金属元素は、セリウム含有種と同じ粒子内で組合され得る、より詳細には、セリウム含有種と同じ相内で組合され得る、なおより詳細には、セリウム含有種を含む個別の微結晶中の同じ結晶構造の一部であり得る。少なくとも１つの他の元素は、遷移金属元素又は希土類元素を含み得る。より詳細には、少なくとも１つの他の元素は、ジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウムの群からの元素又はその任意の組合せを含み得る。
研磨微粒子は、研磨微粒子の総含有量に対して少なくとも１つの他の金属元素（例えばジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウム）のある含有量を有し得る。少なくとも１つの他の金属元素は、任意の添加物であり得る。
一実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して、平均で少なくとも１０重量％の少なくとも１つの他の元素を含み得る。さらなる例において、少なくとも１つの他の元素の含有量は、研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％であることができる。なお別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、平均で８５重量％以下の研磨微粒子のための少なくとも１つの他の金属元素の総含有量、例えば７５重量％以下、又は７０重量％以下、６０重量％以下、又は５０重量％以下、又は４０重量％以下、又は３０重量％以下、又は２０重量％以下の他の金属元素の総含有量を有し得る。研磨微粒子は、上記のパーセンテージのいずれも含む範囲内で他の金属元素の平均総含有量を有することができることが認識される。さらに、上記のパーセンテージは、セリウムの含有量を測定するために利用される方法に応じて、重量パーセント又は体積パーセントで測定することができる。
少なくとも一実施形態において、研磨微粒子は、各研磨微粒子内に含有される複数の結晶粒からなる多結晶材料を含むことができ、この結晶粒は粒界によって互いに分離することができる。一実施形態により、多結晶材料の結晶粒は、例えば酸化セリウム及び少なくとも１つの他の金属酸化物化合物を有する複合酸化物を含む、特定の複合酸化物を含み得る。特定の例において、複合酸化物は、酸化セリウム及び少なくとも１つの他の金属酸化物化合物を含む固溶体であり得る。固溶体は、同じ結晶構造中に組み入れられた酸化セリウム及び少なくとも１つの他の金属酸化物材料を含む単相材料であることができる。ある例において、研磨微粒子は、結晶粒の少なくとも一部が立方晶又は正方晶の結晶構造を含む、多結晶材料を含み得る。特定の例において、結晶粒の少なくとも大部分が立方晶又は正方晶の結晶構造を有し得る。さらに、そのような立方晶又は正方晶の結晶構造は、酸化ジルコニウムなどの少なくとも１つの他の金属酸化物化合物と組合せたセリウム―酸化セリウム材料の固溶体の結果であり得る。
例えば、特定の一実施形態において、個々の結晶粒内の複合酸化物は、酸化物化合物中のセリウム及びジルコニウムの固溶体であることができる。そのような実施形態において、結晶粒の少なくとも１０％は、少なくとも１つの他の金属酸化物化合物との固溶体の一部として、３＋原子価状態（即ちＣｅ２Ｏ３）で存在する酸化セリウムを含むことができる。他の実施形態において、固溶体中の酸化セリウム及び他の１つの金属酸化物組成物を含む結晶粒の含有量は、結晶粒の少なくとも３０％、例えば少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％であることができる。一実施形態において、本質的にすべての結晶粒及び多結晶研磨微粒子は、酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）及び少なくとも１つの他の金属酸化物化合物、例えば酸化ジルコニウムを含む固溶体を含むことができる。パーセンテージが記載の化合物の含有量を測定する方法に応じて、体積パーセント又は重量パーセントとして測定され得ることが認識される。
本明細書の実施形態に記載するように、研磨微粒子は、ジルコニウム、ある例において、酸化ジルコニウムを含む複合酸化物組成物を含むことができる。そのような場合、ジルコニウムの含有量が制御されて、材料除去操作の改善が促進され得る。例えば、一実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して少なくとも５重量％の酸化ジルコニウム、例えば研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％、又は少なくとも１５重量％、又は少なくとも２０重量％、又は少なくとも３０重量％、又は少なくとも４０重量％、又は少なくとも５０重量％、又は少なくとも６０重量％、又は少なくとも６５重量％、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも８０重量％の酸化ジルコニウムを含むことができる。なお別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して９０重量％以下の酸化ジルコニウム、例えば研磨微粒子の総重量に対して８５重量％以下、又は８０重量％以下、又は７５重量％以下、又は７０重量％以下、又は６５重量％以下、又は６０重量％以下、又は５５重量％以下、又は５０重量％以下、又は４５重量％以下、又は４０重量％以下、又は３５重量％以下、又は３０重量％以下、又は２５重量％以下、又は２０重量％以下、又は１５重量％以下、又は１０重量％以下の酸化ジルコニウムを含み得る。研磨微粒子内の酸化ジルコニウムの量が、上記の最小及び最大パーセンテージのいずれも含む範囲内であり得ることが認識される。
また別の実施形態において、研磨微粒子は、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含み、少なくとも０．２の総セリウム対ジルコニウム比（（総セリウム）／総ジルコニウム））をさらに含む複合酸化物を含み得る。セリウムは、３＋原子価状態又は４＋原子価状態を有するセリウムを含む、すべてのセリウムを含むことができる。別の実施形態において、総セリウム対ジルコニウム比は、少なくとも０．３、例えば少なくとも０．４、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．８、又は少なくとも０．９、又は少なくとも１、又は少なくとも１．１、又は少なくとも１．２、又は少なくとも１．３、又は少なくとも１．４、又は少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８、又は少なくとも１．９、又は少なくとも２、又は少なくとも２．１、又は少なくとも２．２、又は少なくとも２．５、又は少なくとも２．７、又は少なくとも３、又は少なくとも３．２、又は少なくとも３．５、又は少なくとも３．７、又は少なくとも４、又は少なくとも４．５、又は少なくとも５、又は少なくとも６、又は少なくとも７、又は少なくとも８、又は少なくとも９、又は少なくとも１０であることができる。なお少なくとも１つの非限定的な実施形態において、総セリウム対ジルコニウム比は、１０００以下、例えば５００以下、１００以下、又は５０以下であり得る。総セリウム対ジルコニウム比は、上記の最小値及び最大値のいずれも含む範囲内であり得ることが認識される。
ある例において、担体及び研磨微粒子を含む組成物は、材料除去操作の改善を促進し得る、あるｐＨを有し得る。例えば、組成物は、少なくとも１及び１２以下の範囲内のｐＨを有することができる。他の例において、組成物のｐＨは少なくとも３及び１１．５以下であり得る。特定の態様において、ｐＨは少なくとも９及び１１以下であることができる。
また別の実施形態において、研磨微粒子は、ある材料除去操作における性能の改善を促進し得る比表面積を有するように形成され得る。例えば研磨微粒子は、１００ｍ２／ｇ以下、例えば９０ｍ２／ｇ以下、８０ｍ２／ｇ以下、又は７０ｍ２／ｇ以下、又は６０ｍ２／ｇ以下、又は５０ｍ２／ｇ以下、又は４０ｍ２／ｇ以下、又は３０ｍ２／ｇ以下、又は２０ｍ２／ｇ以下、又は１０ｍ２／ｇ以下、又は１ｍ２／ｇ以下、又は０．９ｍ２／ｇ以下、又は０．８ｍ２／ｇ以下、又は０．７ｍ２／ｇ以下、又は０．６ ｍ２／ｇ以下、又は０．５ｍ２／ｇ以下、又は０．４ｍ２／ｇ以下、又は０．３ｍ２／ｇ以下、又は０．２ｍ２／ｇ以下の比表面積を有することができる。なお別の非限定的な実施形態において、研磨微粒子の比表面積は、少なくとも０．１ｍ２／ｇ、例えば少なくとも０．２ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．３ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．４ｍ２／ｇ、又は０．５ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．６ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．７ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．８ｍ２／ｇ、又は少なくとも０．９ｍ２／ｇ、又は少なくとも１ ｍ２／ｇ、又は少なくとも１０ｍ２／ｇ、又は少なくとも２０ｍ２／ｇ、又は少なくとも３０ｍ２／ｇ、又は少なくとも４０ｍ２／ｇ、又は少なくとも５０ｍ２／ｇ、又は少なくとも６０ｍ２／ｇ、又は少なくとも７０ｍ２／ｇ、又は少なくとも８０ｍ２／ｇであることができる。比表面積は、例えば少なくとも０．１ｍ２／ｇから１００ｍ２／ｇ以下の範囲内を含む、上記の最小最大値のいずれも含む範囲内であリ得ることが認識される。
別の実施形態において、組成物は、分散剤、界面活性剤、潤滑剤の群からの添加剤又はその任意の組合せを含む、ある任意の添加剤を含み得る。分散剤のいくつかの好適な例としては、ナトリウムヘキサメタホスファート、ポリビニルピロリドン、ナトリウムポリナフタレンスルホナート、ナトリウムポリメタクリラート、アンモニウムポリメタクリラート、ナトリウムポリアクリラート、アンモニウムポリアクリラート、ナトリウムリグノスルホナートが挙げられる。界面活性剤のいくつかの好適な例としては、オレイン酸、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、ドデカンチオール、オレイルアミン、ナトリウムドデシルサルファート、ヒドロキシルホスホノ酢酸又はその任意の組合せを挙げることができる。潤滑剤のいくつかの好適な例としては、フルオロ界面活性剤、亜鉛ステアラート、二酸化マンガン、モリブデンジスルフィド、アルミノシリカート、有機シリコーンコポリマー又はその任意の組合せを挙げることができる。
なお別の実施形態において、研磨微粒子は、ある種の制限された含有量を有し得る。例えば、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して、１重量％以下のカーバイド、ニトリド、ボライド、ダイヤモンドの少なくとも１つ、又はその任意の組合せを有し得る。別の実施形態において、研磨微粒子は、０．５重量％以下、例えば０．１重量％以下、０．０１重量％以下、又は０．００１重量％以下のカーバイド、ニトリド、ボライド、ダイヤモンドの少なくとも１つ又はその任意の組合せを有し得る。特定の一実施形態において、研磨微粒子は、カーバイド、ニトリド、ボライド、ダイヤモンド又はその組合せを含まないことができる。
さらなる例において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して、例えば１重量％以下のシリカ、アルミナ、酸化ボロン又はその任意の組合せを含む、あるオキシド含有種の制限された含有量を含むように形成され得る。別の実施形態において、研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して０．５重量％未満、例えば０．１重量％以下、又は０．０１重量％以下、又は０．００１重量％以下のシリカ、アルミナ、酸化ボロン又はその任意の組合せを有し得る。
なお代替実施形態において、スラリーは、研磨微粒子及び研磨微粒子とは異なる第２微粒子を含むことができる。第２微粒子は、研磨微粒子と配合されて性能の向上を促進する研磨粒子であり得る。第２微粒子としての使用に好適な種類の材料としては、オキシド、カーバイド、ニトリド、ダイヤモンド又はその任意の組合せが挙げられる。より具体的には、第２微粒子としての使用に好適な材料のいくつかの例としては、アルミナ、シリカ、ダイヤモンド、立方晶ボロンニトリド、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、ジルコニア含有粒子（例えば純粋なジルコニア粒子）又はその任意の組合せが挙げられる。
なお他の例において、研磨微粒子は、アルカリ及び／又はアルカリ土類含有種の制限された含有量を有し得る。アルカリ及びアルカリ土類元素は、元素周期表の第１族及び第２族に見出される元素である。そのような種の制限された含有量は、ある用途に好適であり得る。研磨微粒子は、研磨微粒子の総重量に対して１重量％以下の任意のアルカリ及び／又はアルカリ土類含有種を含むように形成され得る。他の例において、研磨微粒子中の１つ以上のアルカリ又はアルカリ土類含有種の総含有量は、研磨微粒子の総重量に対して０．５重量％以下、又は０．１重量％以下、又は０．０１重量％以下、又は０．００１重量以下であり得る。
別の態様において、ジルコニア－セリア二重オキシド粒子を含有する本開示の組成物は、従来のセリア含有スラリーよりも優れている、セリウムイオンをＣｅ３＋段階に維持する特定の安定性を有し得る。例えば、組成物は、研磨粒子として酸化セリウムのみを含むスラリーと比較して、少なくとも１０％高い、例えば少なくとも１５％高い、又は少なくとも２０％高い、又は少なくとも２５％高い、又は少なくとも３０％高い、又は少なくとも４０％高い、又は少なくとも５０％高い、又は少なくとも７５％高い、又は少なくとも９０％高い、Ｃｅ３＋の酸化に耐える安定性を有し得る。
別の実施形態により、研磨微粒子は、研磨微粒子中の材料の種類を示し得る、ある色を有し得る。例えば、研磨微粒子は、３＋の原子価状態のセリウムのある量を含む場合、緑色又は緑色様の色を有し得る。少なくとも一実施形態において、研磨微粒子は、Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ３００分光光度計を使用した紫外可視分光法（吸光度又は透過率）によって測定すると、３１，０００ｃｍ－１に吸収帯を有し得る。研磨微粒子の紫外可視は反射状態で完了するが、スラリーの測定は透過モードで完了する。別の実施形態において、研磨微粒子は、ＣＩＥＬａｂ分光光度計を用いた比色分析で分析されるような色を有することができる。研磨微粒子は、－１０以下、又はさらに－２０以下の負の「ａ」成分値を有し得る。研磨微粒子は、９０以下又は８０以下のＬ”値成分も有し得る。測定では、粉末１０ｇを２０ＭＰａでプレスして直径３０ｍｍのペレットにする。測定値は、Ｈｕｎｔｅｒｌａｂ ＭｉｎｉＳｃａｎ ＥＺ分光光度計で完了され、サンプルで得た１０個の値の平均値である。
組成物は、材料除去操作での使用に好適なスラリーの形態であることができる。組成物を使用するための１つの工程は、シリコンを含む基板に対して物体を移動させることを含むことができる。そのような物体としては、研磨パッド又は材料除去操作で使用される他の好適な物体を挙げることができる。スラリー組成物は、物体と基板の間に配置することができ、本明細書の実施形態の特徴のいずれも含むことができる。スラリー組成物を物体とワークピースの間に配置して、物体とワークピースを互いに相対的に移動させて、材料除去工程、例えば研磨工程、より詳細には化学的機械的研磨（ＣＭＰ）操作を行うことができる。
別の実施形態において、本開示の組成物は、水を含む液体担体、研磨微粒子としての酸化セリウム及び遊離シリカートイオンを含むスラリーであることができる。驚くべきことに、スラリー組成物中に遊離シリカートイオンが存在すると、遊離シリカートイオンを含まないスラリー組成物と比較して、酸化シリコンウェーハを研磨するときの材料除去速度を少なくとも３％上昇できることが認められている。別の態様において、材料除去速度は、遊離シリカートイオンの存在によって、少なくとも５％、例えば少なくとも７％、又は少なくとも１０％上昇させることができる。理論に縛られないが、スラリー組成物に含有される遊離シリカートイオンは、酸化セリウム粒子の表面上のＣｅ３＋イオンと相互作用することができ、それによりシリカ含有基板を研磨するときのスラリー組成物の研磨効率を上昇させることができると考えられる。
一態様において、スラリーに含有される遊離シリカートイオンは、シリカート化合物、例えばナトリウムシリカート塩又はカリウムシリカート塩を溶解することにより得ることができる。スラリーは、例えばＮａ２ＳｉＯ３、Ｎａ４ＳｉＯ４、Ｎａ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｋ２ＳｉＯ３から選択されるシリカート化合物又はその任意の組合せを含むことができる。
特定の実施形態において、スラリー組成物は、酸化セリウム、水及びシリカート化合物から本質的になることができる。本明細書で使用する場合、酸化セリウム、水及びシリカート化合物から本質的になるとは、スラリーに含有される他の化合物の合計が、スラリー組成物の総重量に対して０．０１重量％以下であり得ることを意味する。
特定の実施形態において、スラリー組成物は酸化剤を本質的に含まないことができる。酸化剤は、酸化セリウム粒子表面上でＣｅ３＋をＣｅ４＋に酸化し得る任意の化合物であることができる。酸化剤の非限定的な例としては、過酸化物化合物（例えば過酸化水素）、ペルサルファート化合物（例えばペルサルファートナトリウム）、ペルイオダート塩（例えばＫＩＯ４）、過ヨウ素酸、ペルブロマート塩、過臭素酸、イオダート塩（例えばＫＩＯ３）、ヨウ素酸、ブロマート塩、臭素酸、ペルマンガナート化合物又はキノンが挙げられる。本明細書で使用する場合、酸化剤を本質的に含まないとは、酸化剤の量がスラリー組成物の総重量に対して０．０１重量％以下であり得ることを意味する。例でさらに示されるように、異なる種類の酸化剤が存在すると、二酸化シリコン含有材料を研磨するときのスラリー組成物の研磨効率を大幅に低下させ得ることが認められている。理論に縛られないが、酸化セリウム系スラリーの研磨効率に対する酸化剤の負の影響は、Ｃｅ３＋の量を減らすことを意味する、酸化セリウム粒子表面上のＣｅ３＋のＣｅ４＋への酸化により、酸化セリウム粒子の研磨活性に対する悪影響を有し得る、間接的な証拠となり得る。
別の態様において、スラリー組成物は、不可避の不純物を除いて、水、酸化セリウム、シリカート化合物及びｐＨ調整剤以外の成分を含まないことができる。
スラリー組成物中の遊離シリカートイオンの量は、少なくとも０．０１ｍｏｌ／ｌ、例えば少なくとも０．０２ｍｏｌ／ｌ、少なくとも０．０３ｍｏｌ／ｌ、少なくとも０．０５ｍｏｌ／ｌ、少なくとも０．１ｍｏｌ／ｌ、又は少なくとも０．１５ｍｏｌ／ｌであることができる。別の態様において、遊離シリカートイオンの量は、２ｍｏｌ／ｌ以下、例えば１．５ｍｏｌ／ｌ以下、１．０ｍｏｌ／ｌ以下、０．８ｍｏｌ／ｌ以下、又は０．５ｍｏｌ／ｌ以下、又は０．３ｍｏｌ／ｌ以下、又は０．２ｍｏｌ／ｌスラリー以下であり得る。スラリー組成物中の遊離シリカートイオンの量は、上記の最小値及び最大値のいずれの範囲内の値であることができる。
ある態様において、遊離シリカートイオン及び酸化セリウム粒子を含むスラリー組成物のｐＨは、少なくとも８．５、例えば少なくとも９．０、少なくとも９．５又は少なくとも１０．０であり得る。別の態様において、スラリー組成物のｐＨは１２以下、例えば１１．５以下、１１．０以下、又は１０．５以下であり得る。スラリー組成物のｐＨは、上記の最小値と最大値のいずれの間の値であってもよい。ある態様において、ｐＨは少なくとも９及び１１．０以下であることができる。
さらなる実施形態において、遊離シリカートイオンを含むスラリー組成物の酸化セリウム粒子の平均径（Ｄ５０）は、少なくとも少なくとも５０ｎｍ、例えば少なくとも８０ｎｍ、少なくとも１００ｎｍ、少なくとも１５０ｎｍ、少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも２３０ｎｍであることができる。別の態様において、酸化セリウム粒子径は、１５００ｎｍ以下、例えば１３００ｎｍ以下、１０００ｎｍ以下、８００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、３００ｎｍ以下、又は２６０ｎｍ以下であり得る。酸化セリウム粒子径は、上記の最小値と最大値のいずれの間の値でもよい。
多くの各種の態様及び実施形態が可能である。その態様及び実施形態のいくつかは、本明細書に記載されている。本明細書を読んだ後、当業者は、これらの態様及び実施形態が例示にすぎず、本発明の範囲を限定しないことを認識する。実施形態は、以下に挙げる実施形態のうちのいずれか１つ以上に従い得る。
実施形態
実施形態１．液体を含む担体、及び
前記担体に含有される研磨微粒子を含む組成物であって、
前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子中に平均で少なくとも１０％のセリウムを含み、
前記研磨微粒子が少なくとも０．１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む、組成物。
実施形態２．前記担体が水を含み、前記担体が水から本質的になり、前記担体が脱イオン水から本質的になる、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３．前記担体が、前記組成物の総重量に対して少なくとも４５重量％、少なくとも５０重量％、又は少なくとも５５重量％、又は少なくとも６０重量％、又は少なくとも６５重量％、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも７５重量％、又は少なくとも８０重量％の量で存在する、実施形態１に記載の組成物。
実施形態４．前記担体が、前記組成物の総重量に対して９９重量％以下、又は９５重量％以下、又は９０重量％以下、又は８５重量％以下、又は８０重量％以下、又は７５重量％以下、又は７０重量％以下の量で存在する、実施形態１に記載の組成物。
実施形態５．前記研磨微粒子が、２０ミクロン以下、又は１５ミクロン以下、又は１０ミクロン以下、又は５ミクロン以下、又は２ミクロン以下、又１ミクロン以下、又は９００ｎｍ以下、又は８００ｎｍ以下、又は７００ｎｍ以下、又は６００ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以下、又は４００ｎｍ以下、又は３００ｎｍ以下、又は２００ｎｍ以下、又は１００ｎｍ以下、又は９０ｎｍ以下、又は８０ｎｍ以下、又は７０ｎｍ以下、又は６０ｎｍ以下、又は５０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下、又は２０ｎｍ以下、又は１０ｎｍ以下の平均粒径（Ｄ５０）を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態６．前記研磨微粒子が、少なくとも１ｎｍ、又は少なくとも５ｎｍ、又は少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも又は少なくとも２０ｎｍ、又は少なくとも３０ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも８０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、又は少なくとも２００ｎｍ、又は少なくとも５００ｎｍ、又は少なくとも１ミクロンの平均粒径（Ｄ５０）を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態７．前記研磨微粒子が前記研磨微粒子中に平均で少なくとも１０％の総セリウムを含み、前記研磨微粒子が少なくとも１ｎｍ及び２０ミクロン以下の範囲内の平均粒径（Ｄ５０）を含み、又は前記研磨微粒子が平均で少なくとも１５％の総セリウム、若しくは少なくとも３０％の総セリウム、若しくは少なくとも４０％の総セリウム、若しくは少なくとも５０％の総セリウム、若しくは少なくとも６０％の総セリウム、若しくは少なくとも７０％の総セリウム、若しくは少なくとも８０％の総セリウム、若しくは少なくとも９０％の総セリウム、若しくは少なくとも９５％の総セリウムを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態８．前記研磨微粒子が酸化セリウムから本質的になる、実施形態１に記載の組成物。
実施形態９．前記研磨微粒子が酸化セリウムからなり、不純物含有量を除いて他の酸化物化合物を含まない、実施形態１に記載の組成物。
実施形態１０．前記研磨微粒子が少なくとも５ｎｍから２０ミクロン以下のＤ９０－Ｄ１０範囲値を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態１１．前記研磨微粒子が少なくとも０．１から２０以下の範囲内のスパン値（（Ｄ９０－Ｄ１０）／Ｄ５０）を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態１２．前記研磨微粒子が、セリウム及び少なくとも１つの他の元素を含む複合酸化物を含み、前記少なくとも１つの他の元素が遷移金属元素又は希土類元素を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態１３．前記少なくとも１つの他の元素が、ジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウムからなる群又はその任意の組合せから選択される、実施形態１２に記載の組成物。
実施形態１４．前記複合酸化物がセリウム及び別の金属元素を含む、実施形態１２に記載の組成物。
実施形態１５．前記複合酸化物が、酸化セリウム及び少なくとも１つの他の金属酸化物化合物を含む固溶体を含む、実施形態１２に記載の組成物。
実施形態１６．前記複合酸化物が、セリウム及びジルコニウムを含む単相材料を含む固溶体を含む、実施形態１２に記載の組成物。
実施形態１７．前記研磨微粒子が、粒界によって互いに分離された複数の結晶粒を含む多結晶材料を含み、前記結晶粒の少なくとも１０％が、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムの固溶体を含む、実施形態１２に記載の組成物。
実施形態１８．前記結晶粒の少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも９５％が、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムの固溶体を含む、実施形態１７に記載の組成物。
実施形態１９．前記研磨微粒子が、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含む複合酸化物組成物を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２０．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して少なくとも５重量％の酸化ジルコニウム、又は前記研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも１５重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも２０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも３０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも４０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも５０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも６０重量％の酸化ジルコニウム、又は少なくとも７０重量％、又は少なくとも８０重量％を含む、実施形態１９の組成物。
実施形態２１．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して９０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は前記研磨微粒子の総重量に対して８５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は８０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は７５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は７０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は以下の又は６５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は６０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は５５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は５０重量％以下の酸化ジルコニウム、又４５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は４０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は３５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は３０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は２５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は２０重量％以下の酸化ジルコニウム、又は１５重量％以下の酸化ジルコニウム、又は１０重量％以下の酸化ジルコニウムを含む、実施形態１９の組成物。
実施形態２２．少なくとも０．２、又は少なくとも０．３、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．８、又は少なくとも０．９、又は少なくとも１、又は少なくとも１．１、又は少なくとも１．２、又は少なくとも１．３、又は少なくとも１．４、又は少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８、又は少なくとも１．９、又は少なくとも２、又は少なくとも２．１、又は少なくとも２．２、又は少なくとも２．５、又は少なくとも２．７、又は少なくとも３、又は少なくとも３．２、又は少なくとも３．５、又は少なくとも３．７、又は少なくとも４、又は少なくとも４．５、又は少なくとも５、又は少なくとも６、又は少なくとも７、又は少なくとも８、又は少なくとも９、又は少なくとも１０の総セリウム対ジルコニウムモル比（総セリウム）／ジルコニウム）をさらに含む、実施形態１９に記載の組成物。
実施形態２３．前記総セリウム対ジルコニウムモル比（総セリウム）／ジルコニウム）が、１０００以下、又は５００以下、又は１００以下、又は５０以下である、実施形態２２に記載の組成物。
実施形態２４．前記研磨微粒子が、少なくとも１０重量％の酸化セリウム及び１００重量％以下の酸化セリウム、又は少なくとも１０重量％及び９０重量％以下の範囲内、若しくは少なくとも２０重量％及び８０重量％以下の範囲内の酸化セリウムを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２５．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％の酸化セリウム、又は研磨微粒子の総重量に対して少なくとも１０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも１５重量％の酸化セリウム、又は少なくとも２０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも３０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも４０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも５０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも６０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも７０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも８０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも９０重量％の酸化セリウム、又は少なくとも９５重量％の酸化セリウムを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２６．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して９９重量％以下の酸化セリウム、又は研磨微粒子の総重量に対して９０重量％以下の酸化セリウム、又は８０重量％以下の酸化セリウム、又は７０重量％以下の酸化セリウム、又は６０重量％以下の酸化セリウム、又は５５重量％以下の酸化セリウム、又は５０重量％以下の酸化セリウム、又は４５重量％以下の酸化セリウム、又は４０重量％以下の酸化セリウム、又は３５重量％以下の酸化セリウム、又は３０重量％以下の酸化セリウム、又は２５重量％以下の酸化セリウム、又は２０重量％以下の酸化セリウム、又は１５重量％以下の酸化セリウム、又は１０重量％以下の酸化セリウムを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２７．前記研磨微粒子が、立方晶構造を有する結晶粒を含む多結晶材料を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２８．前記研磨微粒子が、正方晶構造を有する結晶粒を含む多結晶材料を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態２９．少なくとも１及び１２以下のｐＨをさらに含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３０．少なくとも３及び１０以下のｐＨをさらに含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３１．前記研磨微粒子がＣｅ３＋及びＣｅ４＋を含み、前記研磨微粒子が少なくとも０．３０の比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３２ 前記比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）が、少なくとも０．３５、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．４５、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．７、又は少なくとも０．８、又は少なくとも０．９、又は少なくとも１．０、又は少なくとも１．１、又は少なくとも１．２、又は少なくとも１．３、又は少なくとも１．４、又は少なくとも１．５、又は少なくとも１．６、又は少なくとも１．７、又は少なくとも１．８、又は少なくとも１．９、又は少なくとも２、又は少なくとも２．１、又は少なくとも２．２、又は少なくとも２．５、又は少なくとも２．７、又は少なくとも３、又は少なくとも３．２、又は少なくとも３．５、又は少なくとも３．７、又は少なくとも４、又は少なくとも４．５、又は少なくとも５、又は少なくとも６、又は少なくとも７、又は少なくとも８、又は少なくとも９、又は少なくとも１０である、実施形態３１に記載の組成物。
実施形態３３．前記比（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）が、１０００以下、又は５００以下、又は１００以下、又は５０以下である、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３４．前記セリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）が、少なくとも０．１５、又は少なくとも０．２、又は少なくとも０．２５、又は少なくとも０．３、又は少なくとも０．３５、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．４５、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．５５、又は少なくとも０．６、又は少なくとも０．６５、又は少なくとも０．７、又は少なくとも０．７５、又は少なくとも０．８、又は少なくとも０．８５、又は少なくとも０．９、又は少なくとも０．９５、又は少なくとも０．９９である、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３５．前記セリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）が、１、又は０．９９以下、又は０．９５以下、又は０．９以下、又は０．８５以下、又は０．８以下、又は０．７５以下、０．７０以下、又は０．６５以下、又は０．６以下、又は０．５５以下、又は０．５以下、又は０．４５以下、又は０．４以下、又は０．３５以下、又０．３以下、又は０．２５以下、又は０．２以下である、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３６．前記研磨微粒子が、少なくとも０．１ｍ２／ｇから１００ｍ２／ｇ以下の範囲内、又は少なくとも５ｍ２／ｇから５０ｍ２／ｇ以下の範囲内の比表面積を含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３７．酸化剤、分散剤、界面活性剤、潤滑剤からなる群から選択される少なくとも１つの添加剤又はその任意の組合せをさらに含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３８．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して１重量％以下、又は０．５重量％以下、又は０．１重量％以下、又は０．０１重量％以下、又は０．００１重量％以下のカーバイド、ニトリド、ボライド、ダイヤモンド又はその任意の組合せを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態３９．前記担体中で前記研磨微粒子と混合された二次粒子をさらに含み、前記二次粒子が、ダイヤモンド、ｃＢＮ、シリカ、アルミナ、シリコンカーバイド、ボロンカーバイド、ジルコニア含有粒子からなる群から選択される少なくとも１つの材料又はその任意の組合せを含む、実施形態１の組成物。
実施形態４０．前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子の総重量に対して１重量％以下、又は０．５重量％以下、又は０．１重量以下、又は０．０１重量％以下、又は０．００１重量％以下のシリカ、アルミナ、酸化ボライド又はその任意の組合せを含む、実施形態１に記載の組成物。
実施形態４１．従来の酸化セリウム含有スラリーよりも少なくとも１０％高い、又は少なくとも１５％高い、又は少なくとも２０％高い、又は少なくとも２５％高い、又は少なくとも３０％高い、又は少なくとも４０％高い、又は少なくとも５０％高い、又は少なくとも７５％高い、又は少なくとも９０％高い安定性をさらに含む、実施形態１の組成物。
実施形態４２．研磨スラリーで使用するための研磨微粒子を形成する方法であって、
セリウムを含む第１前駆体材料と、セリウム以外の少なくとも１つの金属元素を含む第２前駆体材料を組合せて混合物を形成すること、及び
前記混合物を非酸化性雰囲気中で処理して、少なくとも０．１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む研磨微粒子を生成すること、
を含む、方法。
実施形態４３．前記第１前駆体材料がセリウムを含む塩を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４４．前記第１前駆体材料がセリウムを含む酸化物を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４５．前記第１前駆体材料が、ニトラート、クロリド、アセタート、サルファート、カーボナートの少なくとも１つ又はその任意の組合せを含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４６．前記第１前駆体材料がセリウムニトラートを含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４７．前記第２前駆体材料が、少なくとも１つの遷移金属元素又は希土類元素を含む塩を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４８．前記第２前駆体材料が、ジルコニウム、チタン、イットリウム、プラセオジム、ランタン、ハフニウムからなる群から選択される少なくとも１つの元素又はその任意の組合せを含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態４９ 前記第２前駆体材料が、ニトラート、ヒドロキシド、クロリド、アセタート、サルファート、カーボナートの少なくとも１つ又はその任意の組合せを含む、実施形態４２の方法。
実施形態５０．前記第２前駆体材料が、ジルコニウムオキシクロリド、ジルコニウムニトラート、ジルコニウムアセタート、ジルコニウムヒドロキシド、酸化ジルコニウム、ジルコニウムカーボナート、チタンクロリド、チタンサルファート、チタンヒドロキシド、酸化チタン、チタンカーボナート、イットリウムニトラート、イットリウムクロリド、イットリウムヒドロキシド、酸化イットリウム、イットリウムカーボナート、プラセオジムニトラート、プラセオジムクロリド、プラセオジムヒドロキシド、酸化プラセオジム、プラセオジムカーボナート、ランタンニトラート、ランタンクロリド、ランタンヒドロキシド、酸化ランタン、ランタンカーボナート又はその任意の組合せからなる群から選択される材料を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５１．前記混合物からの前記第１前駆体材料からの少なくとも１つの元素又は前記第２前駆体材料からの少なくとも１つの元素の沈殿をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５２．前記混合物からのセリウム含有種の沈殿をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５３．沈殿又は水熱処理からなる群から選択される少なくとも１つの工程を使用する、前記混合物からのセリウム含有種の抽出をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５４．沈殿又は水熱処理からなる群から選択される少なくとも１つの工程を使用する、前記混合物からのＣｅ３＋含有種の抽出をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５５．前記第２前駆体材料への前記第１前駆体材料の含浸をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５６．ジルコニウム含有第２前駆体材料への、セリウム含有第１前駆体材料から形成された酸化セリウムの含浸をさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５７．処理が加熱を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５８．処理がか焼を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態５９．か焼が少なくとも８００℃から１３００℃以下の範囲内のか焼温度で行われる、実施形態５８に記載の方法。
実施形態６０．処理が、希ガス、窒素又はその組合せを含む還元性雰囲気中での加熱を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態６１．処理が、流動する水素及び窒素を含む雰囲気中での加熱を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態６２．処理が、１０Ｐａ以下、又は５Ｐａ以下、又は１Ｐａ以下、又は０．１Ｐａ以下の酸素分圧を有する雰囲気中での加熱を含む、実施形態４２に記載の方法。
実施形態６３．前記混合物からセリウム含有種を抽出すること、
前記セリウム含有種を乾燥させること、及び
前記セリウム含有種を還元性雰囲気中でか焼して、少なくとも０．３、又は少なくとも０．４、又は少なくとも０．５、又は少なくとも０．６のＣｅ３＋対Ｃｅ４＋の比を有する研磨微粒子を生成すること、
をさらに含む、実施形態４２の方法。
実施形態６４．材料除去操作を行う方法であって、
シリコンを含む基板に対して物体を移動させること、
前記物体と前記基板との間にスラリーを供給すること、を含み、前記スラリーが液体を含む担体と、前記担体に含有される研磨微粒子とを含み、前記研磨微粒子が、少なくとも０．１、例えば少なくとも０．２、少なくとも０．３、又は少なくとも０．３５のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む、方法。
実施形態６５．水を含む液体担体、酸化セリウム粒子及び遊離シリカートイオンを含むスラリー組成物であって、酸化シリコンウェーハを研磨するときの材料除去速度が、遊離シリカートイオンを含まないスラリー組成物と比較して少なくとも３％上昇している、スラリー組成物。
実施形態６６．前記材料除去速度が少なくとも５％、例えば少なくとも７％、又は少なくとも１０％上昇している、実施形態６５のスラリー組成物。
実施形態６７水、酸化セリウム粒子及びシリカート化合物から本質的になるスラリー組成物であって、前記シリカート化合物が遊離シリカートイオン及び対カチオンに解離する、スラリー組成物。
実施形態６８．酸化シリコンウェーハを研磨するときの材料除去速度が、などの遊離シリカートイオンを含まないスラリー組成物と比較して、少なくとも３％、例えば少なくとも５％、例えば少なくとも７％、又は少なくとも１０％上昇している、実施形態６７に記
実施形態６９．前記スラリー組成物が、Ｎａ２ＳｉＯ３、Ｎａ４ＳｉＯ４、Ｎａ６Ｓｉ２Ｏ７、Ｋ２ＳｉＯ３又はその任意の組合せを含む、実施形態６５～６８に記載のスラリー組成物。
実施形態７０．遊離シリカートイオンの量が少なくとも０．００２ｍｏｌ／ｌ及び２．０ｍｏｌ／ｌ以下である、実施形態６５～６９のいずれかに記載のスラリー組成物。
実施形態７１．前記スラリー組成物のｐＨが少なくとも７．５及び１１．５以下である、実施形態６５～７０のいずれかに記載のスラリー組成物。
実施形態７２．前記酸化セリウムの量が、前記スラリーの総重量に対して少なくとも０．５重量％、例えば少なくとも１重量％、少なくとも３重量％、又は少なくとも５重量％である、実施形態６５～７１のいずれかに記載のスラリー組成物。
実施形態７３．前記酸化セリウムの量が、前記スラリーの総重量に対して３０重量％以下、例えば２０重量％以下、又は１０重量％以下、又は５重量％以下である、実施形態６５～７２のいずれかに記載のスラリー組成物。
実施形態７４．前記スラリー組成物が酸化剤を本質的に含まない、実施形態６５～７３のいずれかに記載のスラリー組成物。
実施形態７５．前記スラリー組成物が、過酸化物化合物、ペルサルファート化合物、ペルイオダート塩、過ヨウ素酸、ペルブロマート塩、過臭素酸、イオダート塩、ヨウ素酸、ブロマート塩、臭素酸、ペルマンガナート化合物又はキノンの群から選択される酸化剤を本質的に含まない、実施形態６５～７３のいずれかに記載のスラリー組成物。
例
例１：
研磨スラリーで使用するための研磨剤のサンプルを、２つの前駆体材料を使用して生成した。第１前駆体材料はセリウムニトラートであり、第２前駆体はジルコニウムヒドロキシドであり、ＺｉｒＰｒｏ Ｈａｎｄａｎから市販されていた。残りの量の脱イオン水と組合せた、２０重量％の第２前駆体を使用して、混合物を生成した。セリウムの化学量論量を標的とするセリウムニトラート（Ｃｅ（ＮＯ３）３）の１ｍｏｌ／ｌ溶液を、５０重量％の酸化セリウムの量が結果として形成されるように、混合物に添加した。
その後、濃度５ｍｏｌ／Ｌのアンモニア溶液をゆっくりと混合物に加えてｐＨ９として、それにより酸化セリウムが第２前駆体（ジルコニウムヒドロキシド）上に沈殿した。混合物を濾過して、含浸粉末を除去した。粉末を蒸留水で洗浄し、６００℃にて５時間乾燥させた後、１１５０℃にて３時間か焼した。か焼は、３つの異なる条件：（ａ）空気下（サンプルＡ）、ｂ）アルゴン下（サンプルＢ）、及びｃ）Ｃａｂｏｔ製の１重量％カーボンブラックを使用した真空下（サンプルＣ）で行い、表１にまとめるように、３つの異なるサンプルを生成した。か焼中のサンプルＡの酸素分圧は、サンプルＢでは２０，０００Ｐａであった。か焼中のサンプルＢの酸素分圧は２Ｐａであった。か焼中のサンプルＣの酸素分圧は１Ｐａであった。
Figure 0007071495000001
か焼後、所望の径の研磨微粒子が得られるまで、高純度アルミナ媒体を用いる水平ビーズミル（Ｎｅｔｚｓｃｈミル）を使用して、４．５の一定ｐＨの湿潤条件下で各サンプルを粉砕した。研磨微粒子の平均粒径は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｎａｎｏｓｉｚｅｒ 動的光散乱装置を使用して測定した。粉砕工程後の研磨微粒子サンプルに関する詳細事項を表２に示す。
Figure 0007071495000002
サンプルＢのセリウム３＋比（Ｃｅ ３＋／総セリウム）は、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ）を温度プログラム酸化（ＴＰＯ）と組合せて分析した。得られたＣｅ ３＋／全セリウムの比は０．３８であった。
例２：
セリア含有スラリーのＴＥＯＳウェーハ除去速度に対するシリカートイオンの影響
ａ）１重量％セリア及び０．０２６ｍｏｌ／ｌナトリウムシリカート、並びに各種のｐＨ：ｐＨ８．１、ｐＨ１０．３、ｐＨ１２．２、並びにｂ）セリア１重量％、ナトリウムシリカートなし、並びにｐＨ８．２及び１０．０を含む一連のセリアスラリーを調製した。
セリアスラリーの材料除去速度の試験を、テトラエチルオルトシリカート（ＴＥＯＳ）から生成したシリカウェーハに対して行った。次の試験方法を実施した。
試験を行ったサンプル及び得られた材料除去速度のまとめを表３に示す。
Figure 0007071495000003
表３に示すデータは、シリカートイオンをセリア含有スラリー組成物に添加することによって、ＭＲＲをさらに改善できることを示す。この効果は、１０付近のｐＨにて最良となるように思われる。ＮＯ３ －イオンなどの別の種類のアニオンを添加しても、ＭＲＲの改善にはつながらなかった。シリカートイオンの添加によって、ゼータ電位が正の値から負の値に大きく変化したこともわかる。
例３：
セリアスラリーのＴＥＯＳウェーハ材料除去速度に対する酸化剤の影響
異なる種類及び量の酸化剤を含む一連のセリアスラリーを調製した。すべてのスラリーに２５０ｎｍの平均粒径を有するセリア（Ｓａｉｎｔ－Ｇｏｂａｉｎ製セリア９２８０）を１重量％の量で使用した。試験を行った酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、アンモニウムペルサルファート（ＡＰＳ）、ＨＩＯ４＋ＫＩＯ４及びＫＩＯ３である。スラリーサンプルと得られた材料除去速度のまとめを表４に示す。
Figure 0007071495000004
表４にまとめた実験は、酸化剤は試験を行ったセリアスラリーのＭＲＲに補助的な影響を及ぼさず、スラリーの唯一の成分として１％のセリアを使用し、ＨＮＯ３によってｐＨ４．２に調整したブランクサンプルと比較して、ＭＲＲを高いパーセンテージで低下させることを示している。理論に縛られないが、ＭＲＲに対する酸化剤の悪影響の説明は、Ｃｅ３＋イオンがセリア粒子の研磨効率に重要性を有し得るという間接的な証拠である、セリア粒子の表面上のＣｅ３＋のＣｅ４＋への酸化であることができる。
スラリーの材料除去速度を求めるための研磨試験の実施：
研磨試験には、Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ６ＥＣ研磨ツールを使用した。研磨は、丸形ＴＥＯＳウェーハ（テトラエチルオルトシリカートから生成した酸化シリコンウェーハ）に対して行った。ＴＥＯＳウェーハは、直径６インチ、厚さ１０，０００～２０，０００Åの丸形状を有していた。以下の研磨条件を使用した。
ダウンフォース：４．５ｐｓｉ
流量：１５０ｍｌ／分
背圧：１ｐｓｉ
プラテン速度：９３ｒｐｍ
担体速度：４３ｒｐｍ
研磨時間：３０秒。
研磨前後のウェーハの重量は、少なくとも０．０００１グラムの読み取りが可能で、少なくとも２００グラムの容量を有する精密天秤によって測定した。材料除去速度は、試験期間中のウェーハの重量損失に基づいて計算し、単位Å／ｍｉｎに変換した。各研磨試験を３回反復し、平均値を計算した。
上記で開示した主題は、限定的ではなく例示的と見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれる、すべてのそのような修正、拡張及び他の実施形態を網羅するものである。このため、法律で許される最大限の範囲まで、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びその均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるものであり、前述の詳細な説明によって限定又は制限されないものとする。
開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、特許請求の範囲又は意味を解釈又は制限するために使用されないという理解の下に提出される。さらに、前述の詳細な説明では、開示を合理化する目的で、各種の特徴が共にグループ化され得るか、又は単一の実施形態で説明され得る。この開示は、請求された実施形態が各請求項で明示的に示されたよりも多くの特徴を要するという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示された実施形態のいずれの特徴すべてよりも少ない特徴を対象にし得る。したがって、以下の請求項は詳細な説明に組み入れられ、各請求項は、個別に請求される主題を定義するものとして独立している。

Claims (9)

  1. 液体を含む担体、及び
    前記担体に含有される研磨微粒子を含む組成物であって、
    前記研磨微粒子が、前記研磨微粒子中に平均で少なくとも１０％のセリウムを含み、
    前記研磨微粒子が少なくとも０．１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含み、
    前記研磨微粒子が、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含む複合酸化物組成物を含み、
    前記複合酸化物組成物が、少なくとも１０重量％の酸化ジルコニウムを含む、組成物。
  2. 前記研磨微粒子が少なくとも３０重量％の酸化セリウムを含む、請求項１に記載の組成物。
  3. 前記研磨微粒子が、立方晶構造を有する結晶粒を含む多結晶材料を含む、請求項１に記載の組成物。
  4. 前記研磨微粒子がＣｅ３＋及びＣｅ４＋を含み、前記研磨微粒子が少なくとも０．３０の比率（Ｃｅ３＋／Ｃｅ４＋）を含む、請求項１に記載の組成物。
  5. 研磨スラリーで使用するための研磨微粒子を形成する方法であって、
    セリウムを含む第１前駆体材料と、ジルコニウムを含む第２前駆体材料を組合せて混合物を形成すること、及び
    前記混合物を非酸化性雰囲気中で処理して、少なくとも０．１のセリウム３＋比（Ｃｅ３＋／総セリウム）を含む研磨微粒子を生成すること、
    を含み、
    前記研磨微粒子が、酸化セリウム及び酸化ジルコニウムを含む複合酸化物組成物を含み、
    前記複合酸化物組成物が、少なくとも１０重量％の酸化ジルコニウムを含む、方法。
  6. 前記第１前駆体材料がセリウムを含む塩を含む、請求項５に記載の方法。
  7. ジルコニウム含有第２前駆体材料への、セリウム含有第１前駆体材料から形成された酸化セリウムの含浸をさらに含む、請求項５に記載の方法。
  8. 処理がか焼を含み、及びか焼が希ガス、窒素又はその組合せを含む還元性雰囲気中で、少なくとも８００℃から１３００℃以下の範囲内のか焼温度で行われる、請求項５に記載の方法。
  9. 処理が、５Ｐａ以下の酸素分圧を有する雰囲気中で加熱することを含む、請求項５に記載の方法。
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