(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５．０質量％以上４０質量％未満の非晶質相を含み、残余は遷移アルミナからなるアルミナ粒子を含む研磨粒子材料であって、前記アルミナ粒子が３．００ｇ／ｃｍ３以下の密度、８５ｎｍ以下の平均一次粒子寸法及び１００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする研磨粒子材料。
【請求項２】
遷移アルミナがγ相アルミナ及びδ相アルミナの少なくとも一つを含む請求項１に記載の研磨粒子材料。
【請求項３】
遷移アルミナがδ相アルミナを含む請求項２に記載の研磨粒子材料。
【請求項４】
遷移アルミナがθ相アルミナを含む請求項１に記載の研磨粒子材料。
【請求項５】
アルミナ粒子が２０質量％以上のγ相アルミナを含む請求項２に記載の研磨粒子材料。
【請求項６】
アルミナ粒子が５質量％以上のθ相アルミナを含む請求項４に記載の研磨粒子材料。
【請求項７】
アルミナ粒子が１０質量％以上の非晶質相を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項８】
アルミナ粒子が１５０ｍ２／ｇ以上の比表面積を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項９】
アルミナ粒子がプレートレット状であり、３以上の第一アスペクト比及び３以上の第二アスペクト比を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項１０】
アルミナ粒子が針状であり、３以上の第一アスペクト比及び３以下の第二アスペクト比を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項１１】
アルミナ粒子が２００ｎｍ以下の平均二次粒子寸法を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項１２】
平均二次粒子寸法が１５０ｎｍ以下である請求項１１に記載の研磨粒子材料。
【請求項１３】
研磨粒子材料が水スラリーを含む請求項１〜１２のいずれか１項に記載の研磨粒子材料。
【請求項１４】
水スラリーが、３日間の静置後の沈殿物の高さが０．０ｍｍであることにより決定されたコロイド安定性を有する請求項１３に記載の研磨粒子材料。
【請求項１５】
水スラリーが、６日間の静置後の沈殿物の高さが０．０ｍｍであることにより決定されたコロイド安定性を有する請求項１４に記載の研磨粒子材料。
【請求項１６】
遷移アルミナを含む供給原料粒子を用意する工程、並びに、
前記供給原料粒子を粉砕して、遷移アルミナ及び５．０質量％以上４０質量％未満の非晶質相を含み、かつ３．００ｇ／ｃｍ３以下の密度、８５ｎｍ以下の平均一次粒子寸法及び１００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するアルミナ粒子を形成する工程
を含む研磨粒子材料を形成する方法。
【請求項１７】
供給原料粒子を粉砕する工程が、５．０未満のｐＨを有する酸性溶液中の湿式粉砕を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
湿式粉砕が、遷移アルミナ粒子を２００ｎｍ以下の平均二次粒子寸法まで粉砕することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
供給原料粒子を用意するためにアルミナ材料を焼成する工程をさらに含み、前記のアルミナ材料を焼成する工程が、アルミナ材料を、遷移アルミナを含む供給原料粒子に転移させるのに十分な温度まで、アルミナ材料を加熱することを含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
焼成が１２５０℃以下の温度で行われる請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
乾燥アルミナ粉末を形成するためにアルミナ粒子を乾燥させる工程、及び
研磨スラリーを形成するために溶剤中で乾燥アルミナ粉末を分散する工程
をさらに含む請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
加工物と研磨用定盤の間に研磨スラリーを供給する工程、並びに、
定盤及び加工物を互いに対して並進させる工程
を含む加工物の導電性金属表面を研磨する方法であって、
前記研磨スラリーは溶剤及びアルミナ粒子を含み、前記アルミナ粒子は遷移アルミナ及び５．０質量％以上４０質量％未満の非晶質相を含み、前記アルミナ粒子は３．００ｇ／ｃｍ３以下の密度、８５ｎｍ以下の平均一次粒子寸法及び１００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は主に研磨粒子材料並びに、特に研磨（ポリシング）用途及び他の用途に用いる研磨粒子材料を対象にする。
【背景技術】
【０００２】
研磨粒子材料は、例えば様々な用途の粉砕、研磨及び表面仕上げのように、広範囲の用途に使用される。研磨粉は乾いた又は湿った状態で利用できる。そして湿った状態の研磨粉の利用は、研磨スラリーを作るために溶媒中の研磨粉の分散を通常は必要とする。粒子状研磨剤スラリーは、半導体素子製造業の化学機械平坦化（ＣＭＰ）のような研磨用途で一般に使われる。
【０００３】
ＣＭＰのような研磨用途に関する研磨剤の特性としては、材料除去速度、選択性及び欠陥性（defectivity）が挙げられる。材料除去速度は、一定の研磨条件下で、ある時間にわたって物質を除去する研磨スラリーの能力の尺度である。選択性は、別の材料（例えば誘電体）の一部分又は大部分を無傷で残しながら、一種類の材料（例えば金属）を除去するスラリーの能力の尺度である。研磨スラリーの選択性は特に半導体素子製造業に関連する。この製造業では、異なる材料の層の下層にある層又は層の一部を露出させ、平坦な複合表面を残すことが好ましい。
【０００４】
スラリーに関する共通の問題は、粒子が沈降したり、不安定な懸濁液を形成したりする傾向にあることである。しばしば、安定性を改善し、粒子を懸濁状態に保つために、添加剤や他の安定剤をスラリーに加える。しかし、安定化スラリーを輸送及び貯蔵することは、水及び添加剤による重量増加のために費用がかかり扱いにくいものとなる。このように、スラリーを輸送及び／又は貯蔵することは好ましくない。当然、懸濁液を安定化又は再安定化するためにスラリーへ加えられた余分な処理及び追加の材料は、理想的には減らすか、又は避けることができた負担である。
【０００５】
一つの産業的取り組みは、材料除去速度の向上及び研磨時間の減少に焦点を合わせ、そしてアルミナの高温相αアルミナを使用した。αアルミナは、典型的に約１０００〜１２００℃の温度でのアルミナ前駆体の変換によって形成できる（例えばハラト（Harato）らの米国特許第５，３０２，３６８号明細書及びカイサキ（Kaisaki）らの米国特許第６，１９４，３１７号明細書を参照のこと）。αアルミナは、アルミナの水和物形を遷移相（γ相）アルミナに熱的に変換し、粉砕処理して、遷移相にコランダム相（αアルミナ）を種結晶として加えることによって、低温でも形成できる（マッケンジー, K.J.D.（MacKenzie, K.J.D.）、テムジン, J, スミス, M.E.（Temuujin, J, Smith, M.E.）、アンジェラー, P.（Angerer, P.）、カメシマ, Y.（Kameshima, Y.）著「ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）とγ‐Ａｌ2Ｏ3の熱反応におけるメカノケミカル活性化の効果（"Effect of mechanochemical activation on the thermal reactions of boehmite(γ-AlOOH) and γ-Al2O3"）」、Thermochimica Acta、２０００年、第３５９巻、p.８７〜９４参照）。
【０００６】
主としてαアルミナを含む研磨化合物は、高い材料除去速度で金属表面を研磨することに有用である。αアルミナは多結晶アルミナの中で最も硬い相であり、好ましく高い材料除去速度を提供するものの、低い選択性及び、掻き傷やミカン肌のような好ましくない表面欠陥を生む傾向のために、その利用は特定の用途に限られる。
【０００７】
主としてαアルミナ粒子を含むスラリーの表面欠陥及び低い選択性を減らす試みでは、αアルミナ粒子と、より軟質な形の研磨粒子（例えば水酸化アルミニウム及び遷移アルミナ）を組み合わせた（例えばワン（Wang）らの米国特許第５，６９３，２３９号明細書を参照）。しかし、このスラリーは限定的な比表面積を有するものであった。また、ＣＭＰ用途の試験ではかなりの表面欠陥が発生した。
【０００８】
他の研磨剤化合物及び研磨スラリーは主に、遷移アルミナのように、αアルミナより軟質の結晶粒子を含んで形成された（例えば高純度のヒュームドγアルミナ粒子を開示するシェル（Chelle）の米国特許出願公開第２００５／０１９４３５８号明細書を参照のこと）。また、他の研磨剤は、酸化セリウムのような他の化合物とともに、より軟質のアルミナ結晶粒子を含んでいる（例えばサカタニ（Sakatani）らの米国特許第５，８０４，５１３号明細書及びウエダ（Ueda）らの米国特許第５，６９７，９９２号明細書を参照）。これらの材料は一般に不均質である（アルミナ及び別の酸化金属の双方を有している）。また、γ遷移アルミナ粒子に限られている。さらに、低い比表面積及び大きな粒子径を有し、研磨能力及びスラリー中の材料の安定性に影響を及ぼす特性である。
【０００９】
非晶質相の酸化アルミニウムと結晶質の遷移アルミナ相とを組み合わせる技術もある（例えば、非晶質相及びγアルミナ相を含む材料を開示するネビル（Neville）らの米国特許第５，５２７，４２３号明細書を参照）。この材料は、高い乾燥粉末密度によって特徴付けられる。米国特許第５，５２７，４２３号の開示から得られる現品見本の検査によれば、３．７８ｇ／ｃｍ3の粉末密度であった。これはスラリー安定性及び研磨能力に影響を及ぼす。
【００１０】
限られたχ相遷移アルミナを伴うγ相遷移アルミナの技術も報告された（例えば、部分的に結晶質の４配位及び５配位の両方の遷移アルミナを形成するために、水礬（ばん）土石（hydragillite）を衝撃焼成（shock calcining）する方法を開示するソーメ（Thome）らの米国特許第５，４１３，９８５号明細書を参照）。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５３０２３６８明細書
【特許文献２】米国特許第６１９４３１７号明細書
【特許文献３】米国特許第５６９３２３９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１９４３５８号明細書
【特許文献５】米国特許第５８０４５１３号明細書
【特許文献６】米国特許第５６９７９９２号明細書
【特許文献７】米国特許第５５２７４２３号明細書
【特許文献８】米国特許第５４１３９８５号明細書
【非特許文献１】マッケンジー, K.J.D.（MacKenzie, K.J.D.）、テムジン, J, スミス, M.E.（Temuujin, J, Smith, M.E.）、アンジェラー, P.（Angerer, P.）、カメシマ, Y.（Kameshima, Y.）著「ベーマイト（ＡｌＯＯＨ）とγ‐Ａｌ2Ｏ3の熱反応におけるメカノケミカル活性化の効果（"Effect of mechanochemical activation on the thermal reactions of boehmite(γ-AlOOH) and γ-Al2O3"）」、Thermochimica Acta、２０００年、第３５９巻、p.８７〜９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
産業界は、高い選択性とそれに伴う好ましい材料除去速度を提供する研磨粒子材料を求め続ける。加えて、産業界は、乾燥状態で貯蔵又は輸送できて、さらに最低限の安定化処理で溶媒中に分散させて安定かつ使用準備の整ったスラリーを形成できる材料も必要とする。また乾燥粉末の代わりに、産業界は、コロイド的に安定な（長時間経過後も沈降をほとんど又は全く示さない）アルミナ懸濁液から利益を得るだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施態様によれば、研磨粒子材料は、遷移アルミナ及び少なくとも５．０質量％の非晶質相を含むアルミナ粒子を含み、前記アルミナ粒子が約３．２０ｇ／ｃｍ3以下の密度を有することを特徴とする。
【００１４】
別の実施態様によれば、研磨粒子材料は、遷移アルミナ及び少なくとも５．０質量％の非晶質相を含むアルミナ粒子を含む。そして遷移アルミナはθ相並びに、γ相及びδ相の少なくとも一つを含む。
【００１５】
別の実施態様によれば、研磨粒子材料を形成する方法は、主として遷移アルミナを含む供給原料粒子を用意する工程、及びアルミナ粒子を形成するために供給原料粒子を粉砕する工程を含む。アルミナ粒子は遷移アルミナ及び約５．０質量％以上の非晶質相を含む。このアルミナ粒子は約３．２０ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。
【００１６】
別の実施態様によれば、加工物の導電性金属表面の研磨方法は、加工物と研磨用定盤（platen for polishing）との間に研磨スラリーを供給する工程を含む。ここで、研磨スラリーは、溶剤及びアルミナ粒子を含む。このアルミナ粒子は遷移アルミナ及び約５質量％以上の非晶質相を含む。そして、このアルミナ粒子は約３．２０ｇ／ｃｍ3以下の密度を有する。さらに、この方法は、定盤と加工物を互いに対して並進させる工程を含む。
【００１７】
別の実施態様によれば、粒子材料は、約２００ＮＴＵ以下の濁度を有する遷移アルミナを含むアルミナ粒子を含む。ここで、濁度は水中で０．５０質量％のアルミナ粒子の濃度で測定される。
【００１８】
図面を参照することにより、本開示が当業者にも、より良く理解されるに違いない。また、その様々な特徴と利点が明らかになるに違いない。
異なる図面における同じ参照符号の使用は類似の又は同一の例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
一実施態様によれば、研磨粒子材料の合成が提供される。それは遷移アルミナを含む研磨粒子材料を製造するために供給原料粒子を用意すること及び供給原料粒子を粉砕することを含む。供給原料粒子は一般に主として遷移アルミナで形成され、また種結晶を用いた（seeded）加工経路のようなベーマイト転移法によって製造され得る。
【００２０】
種結晶を用いた加工は、懸濁液にベーマイト前駆体及びベーマイト種結晶を加えること、及びベーマイト前駆体を粒子又は結晶で形成されたベーマイト粒子材料に転移させるために懸濁液（代わりとしてはゾル又はスラリー）を熱処理すること（例えば水熱処理によって）を含む。熱処理は続いて、供給原料粒子を形成している遷移アルミナに多形転移を起こすために、ベーマイト粒子材料に対して実行される。一態様では、ベーマイト粒子材料は、第一（及び第二）アスペクト比に関してここで主に開示され、また下記でより詳細に開示された比較的細長い形態を有する。またそのベーマイトの形態は、供給原料粒子材料中で大部分は保たれている。
【００２１】
「ベーマイト」という用語は、２５〜３８質量％のような１５％より高い含水量を有している擬似ベーマイトだけでなく、典型的にはＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏであり、また約１５％の含水量を有している鉱物ベーマイトを含むアルミナ水和物を示すために、ここでは主に使われる。ベーマイト（擬似ベーマイトを含んでいる）は特有の及び同一視できる結晶構造を有し、それ故に特有のＸ線回折像を有することが示された。そしてベーマイトは、ベーマイト粒子材料の加工にここで使われる共通の前駆体材料であるＡＴＨ（アルミニウム三水和物）のような他の水酸化アルミナを含んでいる他のアルミナ材料とは区別されることが示された。
【００２２】
第一アスペクト比は、最長辺に垂直で次に最長な辺に対する最長辺の比として定義される。また第一アスペクト比は一般に２以上であり、好ましくは３、４又は６以上である。事実として、ある実施態様のベーマイト粒子材料は、８以上、１０以上、及び幾つかの例では１４以上の第一アスペクト比を有している比較的細長い粒子を有する。針状粒子に特に関連して、その粒子は三番目に長い辺に対する二番目に長い辺の比として定義される第二アスペクト比によってさらに特徴付けられる。第二アスペクト比は一般に３以下、典型的には２以下、さらには１．５以下、そして多くの場合には約１である。第二アスペクト比は、最長辺に垂直な平面における粒子の断面形状を一般に表す。アスペクト比という用語は、次に最長な辺に対する最長辺の比を示すためにここで使われるから、第一アスペクト比と言えることが示された。
【００２３】
別の実施態様では、ベーマイトの板状又はプレートレット状（platelet-shaped）粒子は、針状粒子について上述した第一アスペクト比を有する細長い構造を一般に有する。しかし、プレートレット状粒子は向かい合った主要な表面を一般に有する。その向かい合った主要な表面は通常は平面的であり、また通常は互いに平行である。さらに、プレートレット状粒子は、一般に約３以上、例えば約６以上、さらには１０以上の、針状粒子よりも大きな第二アスペクト比を有しているとして特徴付けることができる。典型的には、向かい合った主要な表面又は面に垂直な最短辺又は端辺は、約４０ナノメートル（ｎｍ）以下、又は約３０ｎｍ以下のように、一般に５０ｎｍ以下である。
【００２４】
ベーマイト粒子材料の形態は、粒子寸法、特に平均粒子寸法に関してさらに定義することができる。一実施態様では、ベーマイト粒子は種結晶を用いたベーマイト粒子材料である。すなわち、種結晶を用いる（seeding）方法（以下でより詳しく述べた）によって形成されたベーマイトは比較的微小な粒子又は結晶の大きさを有する。一般に、ベーマイト材料の平均粒子寸法は約１０００ｎｍ以下であり、また約１００〜１０００ｎｍの範囲内に収まる。他の実施態様には、約８００ｎｍ、７５０ｎｍ、６００ｎｍ、５００ｎｍ、４００ｎｍ以下のような、より微小な平均粒子寸法さえもある。また微小粒子材料を代表するものとして、３００ｎｍよりも小さい平均粒子寸法を有する粒子さえもある。微小なベーマイト粒子材料に関しては、実施態様は２２５ｎｍ以下のように、２５０ｎｍよりも小さい粒子寸法を有することが判明した。ベーマイト粒子材料の平均粒子寸法の一範囲は、１５０〜２００ｎｍの範囲内にある。ある実施態様の方法の制約のために、最小平均粒子寸法は約７５ｎｍ、１００ｎｍ（特に板状の前駆体粒子材料の場合には、１１０ｎｍの最小粒子寸法）、１２５ｎｍ、又は１３５ｎｍ以上のように、一般に制限される。
【００２５】
ここで使われるような、高いアスペクト比のベーマイト粒子材料に関連した「平均粒子寸法」は、粒子の平均の最長辺又は長辺を示すために使われる。実施態様の細長い形態のために、特性化技術は粒子が球状又はほぼ球状であるという仮定に一般に基づくから、従来の特性化技術は平均粒子寸法を測定するために通常は不十分である。さらに、平均粒子寸法はベーマイト粒子材料の代表的なサンプルを複数取ること及び代表的なサンプルの粒子寸法を物理的に測定することにより決定された。サンプルは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような、様々な特性化技術により得られる。平均粒子寸法という用語は、分散した又は凝集した形状であろうとなかろうと、個々に同一視できる粒子に関して、一次粒子寸法も示す。当然ながら、凝集体は個々の粒子より比較的大きな平均粒子寸法を有するし、またベーマイト材料を参照するためにも、本開示は凝集体の定寸に拘らない。
【００２６】
一実施態様では、種結晶を用いたベーマイト粒子材料は、微小な平均粒子寸法を有すると認められた。これについて、文献上でたびたび報告された粒子寸法は、本明細書におけるような平均値に関連してではなく、むしろ、ベーマイト材料のサンプルの物理的検査に由来した粒子寸法の名目的な範囲に関連して説明されることが示される。それ故に、平均粒子寸法は、従来技術で報告された範囲内にあるだろうし、予期されたガウス粒子寸法分布のために、一般には報告された範囲のおよその計算上の中間点にあるだろう。つまり別の言い方をすれば、従来技術の方法も微小な粒子寸法を報告するかもしれないが、その微小な定寸は得られた粒子寸法分布の下限値を一般に示すのであり、平均粒子寸法ではない。
【００２７】
同様に、同じ作法に従って、上述のアスペクト比は、前駆体粒子材料のアスペクト比に関連した上限値又は下限値よりもむしろ、代表的なサンプリングから得た平均アスペクト比に一般に対応する。文献でたびたび報告された粒子のアスペクト比は、本明細書におけるような平均値に関連してではなく、むしろ、粒子材料のサンプルの物理的な検査に由来したアスペクト比の名目的な範囲に関連して説明される。それ故に、平均アスペクト比は、従来技術で報告された範囲内にあるだろうし、予期されたガウス粒子形態分布のために、一般には報告された範囲のおよその計算上の中間点にあるだろう。つまり別の言い方をすれば、種結晶を用いていない（non-seeded）技術もアスペクト比を報告するかもしれないが、そのデータは得られたアスペクト比分布の下限値を一般に示すのであり、平均アスペクト比ではない。
【００２８】
ベーマイト粒子材料のアスペクト比及び平均粒子寸法に加えて、ベーマイト粒子材料の形態が比表面積に関してさらに特徴付けられる。ここで、手近なＢＥＴ法がベーマイト粒子材料の比表面積を測定することに利用された。ここでの実施態様によれば、ベーマイト粒子材料は一般には約１０ｍ2／ｇ以上、例えば約５０ｍ2／ｇ、７０ｍ2／ｇ以上、又は約９０ｍ2／ｇ以上の比較的高い比表面積を有することができる。比表面積は粒子寸法だけでなく粒子の形態の関数であるから、一般に実施態様の比表面積は約４００ｍ2／ｇ未満、例えば約３５０又は３００ｍ2／ｇ未満であった。表面積の具体的な範囲は約７５〜２００ｍ2／ｇである。
【００２９】
種結晶を用いたベーマイト粒子材料が製造され得る方法の詳細に転じると、一般に楕円状の、針状の、又はプレートレット状のベーマイトは、上記の米国特許第４，７９７，１３９号明細書に記載された共同所有の特許に主に記載された水熱処理によって、典型的にはボーキサイト鉱物を含んでいるアルミナ材料であるベーマイト前駆体から形成される。より具体的には、種結晶を用いたベーマイト粒子材料は、懸濁液中でベーマイト前駆体及びベーマイト種結晶を混ぜ合わせることにより、また供給原料を懸濁液中に与えられたベーマイト種結晶の影響をさらに受けたベーマイト粒子材料へ転移させるために、懸濁液（代わりとしてはゾル又はスラリー）を熱処理に曝すことにより、形成することができる。加熱は自己生成の環境で、すなわち、加工中に高圧が生じるようなオートクレーブ内で、一般に実行される。懸濁液のｐＨは７未満又は８を超える値から一般に選択される。またベーマイト種結晶の材料は約０．５μｍよりも微細な粒子寸法を有する。一般に、種結晶粒子は、ベーマイト前駆体（Ａｌ2Ｏ3として計算した）の約１質量％を超える量で存在する。また加熱は、約１２０℃を超える温度、例えば約１２５℃を超える温度、さらには約１３０℃を超える温度、及び自己生成で生まれた典型的には３０ｐｓｉ前後の圧力で実行される。
【００３０】
前駆体粒子材料は比較的低い種結晶の使用水準及び酸性のｐＨと組み合わせた広範な水熱条件で加工することができ、それは一つの軸又は二つの軸に沿ったベーマイトの優先的な成長という結果になる。より長い水熱処理が、一般にベーマイト粒子のさらに長く、さらに高いアスペクト比及び／又はさらに大きい粒子を製造するために使われる。
【００３１】
水熱処理のような熱処理、及びベーマイト転移に続いて、液体分が、例えば限外ろ過法又は残っている液体を蒸発させる熱処理によって、一般に除去される。それから、結果として生じた塊は一般に砕かれて、例えば１００メッシュになる。ここで述べられた粒子の大きさは、ある実施態様（例えば、凝集した材料を必要とする製品のために）で残り得る凝集体よりもむしろ、加工によって形成された単結晶子を一般に表すことが示された。
【００３２】
集められたデータによれば、幾つかの変数は、好ましい形態を生じさせるために、ベーマイト粒子材料の加工中に変更することができる。これらの変数は、質量比、すなわちベーマイト種結晶に対するベーマイト前駆体の比、加工中に使われた酸又は塩基の特定型・種（相対的なｐＨの水準と同様に）、及び系の温度（自己生成した水熱環境の圧力に正比例する）を顕著に含む。
【００３３】
特に、他の変数を一定に保ちながら質量比を変えると、ベーマイト粒子材料を形成している粒子の形状及び大きさが変わる。例えば、加工が２質量％硝酸溶液中、１８０℃２時間で実行されるとき、９０：１０のＡＴＨ：ベーマイト種結晶の比が針状粒子を形成する（ＡＴＨはベーマイト前駆体の一種である）。一方で、ＡＴＨ：ベーマイト種結晶の比が８０：２０の値に減らされるとき、粒子はより楕円形状になる。さらに、この比が６０：４０にさらに減らされるとき、粒子はほぼ球状になる。それ故に、ベーマイト種結晶に対するベーマイト前駆体の最も典型的な比は約６０：４０以上、例えば約７０：３０又は約８０：２０以上である。しかし、好ましい微小な粒子形態の成長を促す適切な種結晶の使用水準を確保するために、ベーマイト種結晶に対するベーマイト前駆体の質量比は一般に約９８：２以下である。前述の記載に基づくと、質量比の減少はアスペクト比を一般に減少させるが、質量比の増加はアスペクト比を一般に増加させる。
【００３４】
さらに、他の変数を一定に保ちながら酸又は塩基の種類を変えると、粒子の形状（例えばアスペクト比）及び大きさが影響を受ける。例えば、加工が２質量％硝酸溶液中、９０：１０のＡＴＨ：ベーマイト種結晶の比で、１８０℃２時間で実行されるとき、合成された粒子は一般に針状となる。一方で、酸を１質量％以下の含有量で塩酸（ＨＣｌ）と置き換えるとき、合成された粒子は一般にほぼ球状となる。２質量％以上の塩酸が使われるとき、合成された粒子は一般に針状となる。１質量％のギ酸では、合成された粒子はプレートレット状になる。さらに、１質量％の水酸化カリウム（ＫＯＨ）のような、塩基溶液の使用とともにでは、合成された粒子はプレートレット状になる。もしも１質量％水酸化カリウム及び０．７質量％硝酸のような、酸及び塩基の混合物が使われるならば、合成された粒子の形態はプレートレット状になる。当然のことながら上記の酸及び塩基の質量％の値は、各々の固形懸濁又はスラリーの固形分のみに基づく。すなわち、スラリーの総質量の総質量％には基づかない。
【００３５】
好ましい酸及び塩基としては、硝酸のような鉱酸、ギ酸のような有機酸、塩酸のようなハロゲン酸、並びに硝酸アルミニウム及び硫酸マグネシウムのような酸性塩が挙げられる。有効な塩基としては、例えば、アンモニアを含むアミン、水酸化カリウムのような水酸化アルカリ、水酸化カルシウムのようなアルカリ性水酸化物、及び塩基性塩が挙げられる。
【００３６】
さらに、他の変数を一定に保ちながら温度を変更するとき、典型的な変化が粒子寸法において明らかになる。例えば、加工が、１５０℃２時間で、２質量％硝酸溶液中で９０：１０のＡＴＨ：ベーマイト種結晶の比で実行されるとき、Ｘ線回折特性解析（ＸＲＤ）による結晶質の大きさは１１．５ｎｍ（１１５オングストローム）であった。一方、１６０℃では、平均粒子寸法は１４．３ｎｍ（１４３オングストローム）であった。それ故に、温度が増加すると、粒子寸法も増加する。これは粒子寸法と温度の間の正比例の関係を表している。
【００３７】
ここに記載された実施態様によれば、比較的強く柔軟なプロセスの方法論が、ベーマイト粒子材料を好ましい形態にするために使われる。特に重要なことに、実施態様は種結晶を用いた加工を利用する。これは、制御された粒子寸法分布だけでなく、好ましい微小な平均粒子寸法を得ることができる高度のプロセス制御を伴う費用効率の高い加工手段になる。好ましいベーマイト粒子材料の繰り返し可能な及び制御可能な加工を提供するために、（ｉ）質量比、酸及び塩基種並びに温度のような、プロセスの方法論の基本変数を確認し、制御することと、（ｉｉ）種結晶を用いることを基礎とした技術との組み合わせが、特に重要である。種結晶を用いたベーマイト加工経路によってベーマイト粒子材料を提供する前述の議論は、一実施態様に関する。別の実施態様では、ベーマイト粒子材料は種結晶を用いない加工経路によって得られ、またＳａｓｏｌ  Ｐ２Ｋ、Ｄｉｓｐｅｒａｌ、Ｄｉｓｐｅｒａｌ２０、４０及び６０のような市販に入手できるベーマイトを利用することができた。その場合には、ベーマイトは限られた異方性の形態を有することができる。また通常は上述の実施態様と違って等方性になり得る。
【００３８】
前述の説明は好ましいベーマイト粒子材料及びその形成に焦点を合わせたが、本発明の特定の態様は、遷移アルミナを含んでいる供給原料粒子材料中の、さらなるベーマイト粒子材料の加工に関する。ここで、ベーマイトは、主として遷移相アルミナ又は遷移相の組み合わせを含んでいる遷移アルミナへ転移するのに十分な温度における焼成によって熱処理される。明確化すると、「主として」遷移アルミナ相又は遷移相の組み合わせという記述は、例えば少なくとも９５質量％の遷移アルミナ相のように、少なくとも８０質量％、通常は少なくとも９０質量％に一般には対応している。
【００３９】
焼成温度は、ベーマイト粒子材料の種類及びベーマイト粒子材料を遷移アルミナに変えるために必要な時間に、部分的に、依存する。一般に、焼成温度は約１２５０℃以下である。他の実施態様は約１１００℃、１０００℃、さらには９００℃以下の焼成温度を利用する。典型的には、実施態様は、約７００〜１１００℃の範囲内の典型的な実施態様の焼成とともに、６００℃以上のように、約５００℃以上の焼成温度を利用する。
【００４０】
焼成に適切な時間はベーマイト粒子材料及び遷移アルミナ材料の好ましい組成に部分的に依存する。典型的には、焼成は５時間以下で、一般に約１〜４時間又は１〜３時間の範囲内で実行される。当然のことながら、上述の加工の指針は制限的ではないし、また単に供給原料中の遷移アルミナの形成を促進している可能な工程の例となるだけである。結果として生じた原材料は、γ相アルミナ又は、γ相とδ相、γ相とδ相とθ相、若しくはδ相とθ相のアルミナの組み合わせのような遷移アルミナを主として含むことができる。
【００４１】
焼成は、制御されたガス及び圧力の環境を含む様々な環境で実行することができる。焼成は一般に、ベーマイト粒子材料に相転移を起こすために実行されるし、化学反応ではないので、また結果として生じた材料は大部分が酸化物であるから、特殊化したガス及び圧力の環境は、最も組成的及び形態学的に制御されたアルミナ最終製品を除いて実行されることがない。
【００４２】
一特性によれば、ベーマイト粒子材料の形態は、供給原料粒子材料中で主に維持されている。それ故に、好ましい形態学的な特性が、前述の教示によればベーマイト中に設計され得る。またそれらの特性は、形成時の遷移アルミナ粒子材料に実質的に保存されている。例えば、実施態様は、少なくともベーマイト粒子材料の比表面積を保持し、また幾つかの場合には、少なくとも８％、１０％、１２％、１４％又はこれらより多い割合で表面積を増加させることが示された。この形態は形成時の遷移アルミナにも主に保存されているから、ベーマイト粒子材料の形態学的な特性に関する前述の説明は、同様に遷移アルミナ材料にも等しく適用できる。
【００４３】
一実施態様によれば、供給原料粒子材料は続いて粉砕される。このように焼成及び粉砕された粒子材料は研磨粒子材料としてここに記載される。研磨粒子材料の実施態様は、後述するような制御された密度及び精錬された粒子寸法だけでなく、顕著な非晶質分を含むことができる。
【００４４】
一実施態様によれば、供給原料粒子材料は、安定性を維持し、粒子のゲル化を防ぐために酸性の環境で湿式粉砕される。湿式粉砕のためのスラリーのｐＨは一般に約５．０以下、例えば約４．５以下である。典型的には、ｐＨは約２．０よりも大きく、様々な実施態様では約３．５〜４．０の範囲内である。好ましいｐＨを確保するために様々な酸を使うことができる。硝酸が特に好ましい酸である。
【００４５】
研磨粒子材料は湿式粉砕後に乾燥できる。凍結乾燥又は粉末の特性を実質的に変えない乾燥の方式のような、様々な乾燥法が使われる。乾燥した粒子材料は、スラリーを形成するために乾燥直後に分散することができる。また代わりに、乾燥粉末は貯蔵及び／又は輸送でき、そして安定なスラリーを形成するために、しばらく経ってから分散できる。乾燥した粒子材料は乾燥又は凍結乾燥した状態で長期間貯蔵することができる。そして安定なスラリーを提供するために液状媒質で分散することができる。長期間の乾式貯蔵後に安定なスラリーを形成する能力は、溶剤及び／又は安定化添加物を含める付加的な不安なしに、粉末の梱包及び輸送を促進する。さらに、本発明の粒子はとても安定になり得るし、またそれ故に沈降なしに輸送することができる。
【００４６】
粒子特性をさらに改良するために、粉砕された研磨粒子材料のさらなる加工を行うことができる。例えば、研磨粒子材料は乾燥粉末密度を変えるためにイオン交換の手順を踏むことができる。例えば、一つの特定のイオン交換の手順としては、粉砕された研磨粒子材料とＩＯＮＡＣ（登録商標）のような樹脂を、約１：１．００５の質量比で、ｐＨ４で混ぜること、及びその材料の混合物を１２時間続けて撹拌することが挙げられる。研磨粒子材料の混合後に粒子はふるいにかけられる。そして、得られた研磨粒子材料は粉砕後の研磨粒子材料よりも大きな乾燥粉末密度を有する。
【００４７】
一実施態様では、研磨粒子材料は二つの主要な成分、遷移アルミナ及び（酸化アルミニウムのような）アルミナの非晶質相を含む。一実施態様によれば、アルミナ粒子に存在する非晶質相の割合は、約５質量％以上、例えば約１０質量％、２０質量％、２５質量％、さらには３０質量％以上である。非晶質相の含有量は、少数の成分を形成するように通常は制限される。すなわち、約５０質量％未満である。典型的には、この非晶質分は約４５質量％以下、さらには約４０質量％以下である。例えば、非晶質相は約５．０質量％以上、約４０質量％未満の範囲で存在することができる。他の実施態様は、約１０〜４０質量％、さらには約２０〜４０質量％の範囲の非晶質相分のように、より狭い範囲にあることができる。
【００４８】
遷移アルミナに転じると、この結晶質相は、χ、κ、γ、δ及びθの遷移アルミナ相の少なくとも一つ又は組み合わせで主に形成される。一般に、遷移アルミナとしてはγ相が挙げられ、実際には大部分の結晶質相になり得る。一実施態様では、遷移アルミナは主にγ相である。材料の全体的な組成に転じると、研磨粒子材料を形成しているアルミナ粒子は約１０質量％以上のγ相アルミナ、一般には約２０質量％以上のγ相を含むことができる。さらに、遷移アルミナは他の相、顕著にはθ相を含むことができる。θ相を含んでいる実施態様では、一般にγ相が大部分の結晶質相として残る。研磨粒子材料を形成しているアルミナ粒子は約５質量％以上のθ相アルミナ、例えば約１０質量％未満のθ相を含むことができる。さらに、例えば約１０００℃を超える焼成温度ではδ相及びγ相を特性化技術によって区別できないように、焼成温度に左右されながら、γ相アルミナの存在はδ相アルミナの存在を含むこともできる。
【００４９】
研磨粒子材料を形成しているアルミナ粒子は、遷移結晶質相及び非晶質相が粒子の大部分の成分を構成するように、結晶質遷移相に対して相補的な量で非晶質相を主に含む。典型的には、遷移結晶質相及び非晶質相の組み合わせが、研磨粒子材料を形成しているアルミナ粒子の約９５質量％以上、しばしば約９７質量％以上、さらには約９９質量％以上を構成する。典型的には、非晶質相及び遷移アルミナ相がアルミナ材料の全量（１００質量％）を形成することが好ましい。いずれにしても、残余成分は、さらなる加工によって除去され得るアルミナの他の相（すなわちコランダム）、金属又は他の酸化物のような不純物を含み得る。
【００５０】
一特性によれば、研磨粒子材料を形成しているアルミナ粒子は、約３．２０ｇ／ｃｍ3以下の、例えば３．００ｇ／ｃｍ3以下の乾燥粉末密度を有することができる。典型的には、アルミナ粒子の乾燥粉末密度は、約２．９０ｇ／ｃｍ3以下、例えば約２．８５ｇ／ｃｍ3、２．８０ｇ／ｃｍ3以下、さらには約２．７５ｇ／ｃｍ3以下である。密度の値は典型的には約２．００ｇ／ｃｍ3以上、例えば２．３０ｇ／ｃｍ3さらには２．４０ｇ／ｃｍ3以上である。
【００５１】
ここで、遷移アルミナ及び非晶質相の双方を含んでいる研磨材料の従来技術の状態は、一般に高密度であることが示される。例えば、米国特許第５，５２７，４２３号明細書で開示されたγ／非晶質材料の検査は、約３．７８ｇ／ｃｍ3の密度を明示する。粒子材料の密度は、存在する相の種類又は量に単に依存するのではなく、他の特性に依存するかもしれないようだ。特定の理論に結び付けようとしなくても、加工パラメータの一つ又は組み合わせは上述の比較的低い密度に寄与し得ると考えられる。その加工パラメータとしては、湿式粉砕、ｐＨ水準、硝酸のような特定の酸性種、及び全体的な焼成‐粉砕の取り組みの使用を挙げることができる。
【００５２】
さらなる特性に転じると、アルミナ粒子は約１００ｍ2／ｇ以上、例えば約１２５ｍ2／ｇ以上の比表面積を有することができる。特定の実施態様は、１５０ｍ2／ｇ以上、１６０ｍ2／ｇ、１７５ｍ2／ｇ、１９０ｍ2／ｇ、さらには２００ｍ2／ｇ以上のような、より高い比表面積を有する。比表面積には３５０ｍ2／ｇに満たないような、典型的には３００ｍ2／ｇの上限があり得る。前述の比表面積はＢＥＴ法によって測定される。
【００５３】
さらに、アルミナ粒子は、プレートレット状又は針状である粒子を含みながら、細長い形態を有することができる。これらの用語は供給原料粒子材料に関して上記で定義された。
【００５４】
一実施態様によれば、アルミナ粒子の第一アスペクト比は約３以上である。他の態様では、アルミナ粒子は約４以上、５以上さらには６以上の第一アスペクト比を有する。さらに、他の実施態様には、第一アスペクト比が約９以上さらには１０以上であるような、かなり細長い粒子がある。第二アスペクト比に言及すると、一実施態様は第二アスペクト比が約３以下、例えば２以下、又は約１である針状粒子を含む。別の実施態様では、アルミナ粒子の第二アスペクトは約４以上、６以上さらには８以上であり、板状の形態を意味している。
【００５５】
粒子の形状について続けると、一実施態様によれば、遷移アルミナ粒子の平均一次粒子寸法は約８５ｎｍ以下である。明確化すると、平均一次粒子寸法はアルミナの粒子の最長軸に沿った、アルミナ粒子の長さである。特定の実施態様は、約５０ｎｍ以下、又は約４０ｎｍ以下、さらには３０ｎｍ以下の平均一次粒子寸法を有することができる。異方性の粒子の場合には、平均一次粒子寸法は複数の代表的なサンプルを取ること及び、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のように代表的なサンプルから得た粒子寸法を物理的に測定することにより決めることができる。他の粒子寸法特性化技術は、特に等方性の粒子材料に使うことができる。
【００５６】
好ましい平均一次粒子寸法が安定なスラリーの形成を促す一方で、平均二次粒子寸法、すなわち凝集体の粒子寸法も安定なスラリーを形成する研磨粒子材料の能力に影響する。好ましい安定なスラリーは、媒質中に均一に分散された凝集体によって容易に形成される。安定なスラリーは、一次及び二次粒子の凝集及び沈降を回避するような、それらの懸濁液である。ここでの実施態様と一致して、粒子は、粒子間のファンデルワールス引力に反発し、乗り越えるのに十分な電荷を有する。それによって、実質的な凝集を回避している。
【００５７】
それ故に、一実施態様では、アルミナ粒子の平均二次粒子寸法は約２００ｎｍ以下、例えば約１８５ｎｍ、１７５ｎｍ以下、さらには約１６５ｎｍ以下である。また、他の実施態様には、二次粒子寸法が約１５０ｎｍ以下であるような、より小さな凝集体がある。平均二次粒子寸法の測定結果は、レーザー回折技術を用いて代表的なサンプルから得た。
【００５８】
様々な実施態様によれば、本開示の研磨粒子材料は、研磨粒子スラリーを作るために、乾燥粉末であること又は溶剤中に分散されていることが好ましい。研磨粒子の分散体はＣＭＰのような研磨用途に適したスラリーを形成する。
【００５９】
一実施態様によれば、アルミナ粒子は水性スラリーを形成するために水に分散される。スラリー中の固形分の量は変り得るが、一般にスラリーの固体加重は約３０質量％以下である。実施態様は約１５質量％以下の固体加重を有する。また他の実施態様は約１０質量％、５．０質量％さらには３．０質量％以下のような、より低い個体荷重を有する。
【００６０】
スラリーは、スラリーの所望の用途によって、有機物及び酸化剤のような添加剤を含むことができる。ＣＭＰのような特定の用途では、加工物の材料表面を酸化して研磨を促進するために酸化剤をスラリーへ加えることができる。一実施態様によれば、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）のような酸化剤が約１０質量％以下の量でスラリーに加えられる。他の実施態様は約８．０質量％、７．０質量％、さらには５．０質量％以下の量で酸化剤を利用するが、典型的には酸化剤は少なくとも０．１質量％の量で存在する。
【００６１】
幾つかの用途では、有機物が分散剤、界面活性剤、バインダー、又はレオロジー改質剤として通常は加えられる。好ましい有機添加剤としては、例えば約５．０質量％以下の量で、グリシンをスラリーに加えることができる。また他の実施態様は、約４．０質量％以下、さらには約３．０質量％以下の量でグリシンを含む。
【００６２】
研磨スラリーの他の特性を検討すると、一実施態様によれば、スラリーは酸性である（ｐＨ＜７．０）。硝酸のような好ましい酸性化合物は、スラリーの酸度を制御するために効果的である。他の実施態様はｐＨが約６．０、５．０さらには４．０以下であるスラリーを提供する。
【００６３】
さらに、本粒子材料はスラリー中で高度の安定性を提供する。この開示の目的では、スラリーの安定性は、一定の期間が経過した後の、スラリーを入れた固定容量（下記参照）のメスシリンダー内に形成された沈殿物の高さとして定義される。
【００６４】
下記に示された表１は、他の市販に入手できる材料と比較した実施例１（方法の詳細は下記で示された）の安定性をまとめている。表１に示された各々の材料の安定性は、寸法２４．３１ｍｍ×９８ｍｍ（内径×高さ）のメスシリンダーに２５ｍＬのスラリーを入れることによって測定される。粒子を沈降させることによって形成された沈殿物の高さは、一定の期間が経過した後に各々のサンプルごとに測定される。各々のスラリーは、３．０質量％のアルミナ、５．０質量％のＨ2Ｏ2、１．０質量％のグリシンを含み、また約４．０のｐＨを有する。表１にまとめられたように、実施例１の本スラリーは顕著な安定性を有し、事実として、６日間にわたって沈殿の証拠のない（すなわち、目視できる沈殿物の高さはない。０．０ｍｍである）安定なスラリーを提供する。このスラリーはコロイド的に１００％安定であり、６日（又はさらに長くても）のような、長期間後も沈殿を示していない。実際には、長期間の監視は、スラリーが１５日後、３０日後、そして３ヵ月後でさえもコロイド的に１００％安定なままであることを明らかにした。監視期間中、実施例１は静置され、触れられないままだった。一方で、市販に入手できる材料はどれもこのような安定性に達せず、また実際に静置後わずか６日間で沈降した。高安定性のスラリーを形成する能力は、沈降の不安なしに分散された及び使用準備の完了したスラリーの形成及び輸送を助け、それ故にスラリーの利用前の撹拌の必要性を取り除いている。
【００６５】
【表１】
0005384938.tif 000002
【００６６】
前述したように、表１に示された比較例は市販に入手できる材料である。比較例１はデグサ（Degussa）社から得た乾燥粉末アルミナ材料（lot number 0401050）であり、１４１ｎｍの平均二次粒子寸法及び１２１．８ｍ2／ｇの比表面積を有している。比較例２はバイコウスキー（Baikowski）社から得た乾燥粉末アルミナ材料（lot number 031560）であり、１３２７ｎｍの平均二次粒子寸法及び１０５ｍ2／ｇの比表面積を有している。比較例３はナノフェイズ（Nanophase）社から得た乾燥粉末アルミナ材料（lot number AABI1801）であり、２０５ｎｍの平均二次粒子寸法及び３８．２ｍ2／ｇの比表面積を有している。比較例４はキャボット（Cabot）社から得た乾燥粉末アルミナ材料（lot number 105164）であり、３２８ｎｍの平均二次粒子寸法及び１１５．３ｍ2／ｇの比表面積を有している。
【００６７】
別の態様では、特定の材料が提供される。ただし、この材料は、水中で０．５０質量％アルミナ粒子の濃度で約２００ＮＴＵ以下の濁度を有する遷移アルミナを含んでいるアルミナ粒子を含む。スラリーの濁度は、光の散乱による懸濁液中の粒子の不透明度の指標である。測量の一単位がネフェロメ濁度単位又は比濁計濁度単位（ＮＴＵ）である。一実施態様では、アルミナ粒子は、水中の０．５０質量％アルミナ粒子の濃度で約１５０ＮＴＵ以下、例えば約１２５ＮＴＵ、１００ＮＴＵさらには約９５ＮＴＵ以下の濁度を有する。一般に、スラリーのより大きな濁度、つまり更に不透明な懸濁液は、懸濁粒子による光の散乱を原因とする。スラリー中の本粒子材料から得た一定の透明度は、例えば、塗布（特に透明塗布）、フローリング材料、ホース、フィルム、包装材料、及びペイントで使用する高分子材料に組み込むための充填剤及び／又は強化材のように、研磨用途を越えた様々な用途で材料の利用を助ける。
【００６８】
表２は、本粒子材料及び市販に入手できるアルミナ、アルミナ水和物（ベーマイト）並びにシリカ粉末を使用して調製されたスラリーの濁度測定の比較を示す。スラリーは添加剤無しであり、ここに示された粒子及び水を含んでいる（ｐＨは調整された）。Ａ  ＤＲＴ‐１５ＣＥ濁度計（ＨＦサイエンティフィック（HF Scientific）社. Fort Myers, FL.）が標準サンプルを用いて検量され、表２に示されたサンプルが続いて測定された。表２に示したように、本粒子材料の実施例１は、市販に入手できるアルミナ及びシリカと比較した両方の濃度において、著しく低い濁度及びそれ故に高度の透明度を有する。高い透明度の影響は、粒子の形状、密度及び組成の特性だけでなく、平均一次粒子寸法及び平均二次粒子寸法のような、先に議論した粒子の特性及び粒子の形態に関連する。
【００６９】
【表２】
0005384938.tif 000003
【００７０】
先に議論したように比較例は様々な製造者から市販に入手できる材料を含む。比較例１〜４の製品規格は表１とともに先に示した。表２に示された比較例５は、デュポン  エアープロダクツ  ナノマテリアルズ（DuPont Air Products Nanomaterials LLC）社から得た（lot number 1A755H）コロイダルシリカ（Syton-HT50）である。比較例６は、サン・ゴバン（Saint-Gobain）社のαアルミナ材料であり、１００ｎｍの平均二次粒子寸法及び３７ｍ2／ｇの比表面積を有している。比較例７は、サソル（Sasol）社から得た乾燥粉末ベーマイトＰ２Ｋ（lot number 10331）であり、１６０ｍ2／ｇの比表面積を有している。
【００７１】
別の態様によれば、導電性金属表面を研磨する方法が提供された。ただし、この方法は、加工物と定盤との間に研磨スラリーを供給する工程を含み、前記の研磨スラリーが上述したアルミナ粒子を含む研磨粒子材料を有することを特徴とする。この方法は、定盤及び加工物をお互いに対して並進させる工程をさらに含む。
【００７２】
定盤は、加工物に対して並進させることができる。又は、加工物は定盤に対して並進させることができる。又は、定盤及び加工物の両方を並進させることができる。典型的な研磨の実務に調和させて、研磨スラリーと加工物表面との間に十分な摩擦を作り、加工物の表面から材料を除去することを促進するために、圧力が定盤、加工物、又はそれらの両方に適用される。特定の実施例では、研磨スラリーはＣＭＰ用途の使用に適する。また、加工物は追加の又は他の導電性金属（例えば、銅、アルミニウム、タングステン）を含み得る。これは典型的には半導体基板の成分である。一般に、半導体基板は導電性材料及び誘電体材料を含む。金属層は誘電体層の上層になっている。半導体基板の場合には、この方法は、下層になっている誘電体層又は下層になっている誘電体層の一部を露出させるために、金属表面を連続的に研磨する工程を通常はさらに含む。
【実施例】
【００７３】
実施例１
初めに、サソル社（Sasol, Lake charles, LA）のＰ２Ｋ、Ｄｉｓｐｅｒａｌ、Ｄｉｓｐｅｒａｌ２０、４０及び６０のような供給原料ベーマイト材料が、遷移アルミナ粒子前駆体中の遷移アルミナの好ましい組成に応じて、約５００〜１２５０℃の温度範囲内で、空気中で焼成又は熱処理された。焼成された粉末はスツェグヴァリ（Szegvari）磨砕機（Union process社、Akron, OH）を用いて、また０．８ｍｍジルコニア（ＺｒＯ２）メディア（Tosyo社、Tokyo, Japan）を用いて脱イオン水中２時間で粉砕された。二番目の粉砕工程は、０．３ｍｍのＺｒＯ２メディア（Tosyo社、Tokyo, Japan）とともに同じ磨砕機を用いて、６００ｆｐｍ（フィート／分）で少なくとも２時間かけて行われた。粉砕中、系のｐＨは酸性であり、約３．５〜４．０の範囲内にある。ｐＨは硝酸を用いて制御される。また、粉砕は、メディアの交換なしに６時間で０．８ｍｍのＺｒＯ２メディアとともに上述の磨砕機を用いて一工程で終えることができる。結果として生じるスラリーは約２５〜３０質量％の固体量を通常は有する。スラリーは凍結乾燥させ、そして同じｐＨ、粒子寸法分布、及びコロイド安定性で脱イオン水中に再分散することができる。
【００７４】
下記の表３に主に示されるように、焼成温度を上げると、材料の結晶化度が高くなり、より高温型の遷移アルミナに移る。高い焼成温度では、典型的には１０００℃を超えると、δアルミナの形成が起き得る。表３の目的では、この特性化技術はγアルミナ及びδアルミナの遷移相それぞれの正確な割合を区別することができないので、両者は共存する相として示される。
【００７５】
表３にまとめられた実施例１に形成された研磨粒子材料の非晶質分は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の標準品とともにＸ線回折（ＸＲＤ）分析を用いて測定された。ＭｇＯはその低い質量吸着係数のために標準品として使った。混合サンプルは、ＭｇＯ標準材料に対する研磨粒子材料の質量比として約５０：５０を有して形成され、ＳＰＥＸミルを用いて１５分間混合された。ＸＲＤ装置は、固定スリット型データへの変換用のフィリップス（Philips）社の回折計セットであった。Ｒｉｅｔｖｅｌｄ解析は、Ｓｉｒｏｑｕａｎｔソフトウェアを用いて実行された。これは約±１０％の推定測定誤差を与えた。
【００７６】
【表３】
0005384938.tif 000004
【００７７】
実施例２
初めに、サソル（Sasol）社のＰ２Ｋのベーマイト供給原材料を５００℃２時間で焼成し、ベーマイトの大部分をγ相アルミナへ転移させた。次に、焼成されたアルミナ粒子（前駆体）は、０．８ｍｍのＺｒＯ２メディアとともにスツェグヴァリ磨砕機（Union process社、Akron, OH）を用いて６時間で粉砕された。スラリーのｐＨは粉砕中のゲル化を防ぐために酸性にした。またそのｐＨは硝酸を用いて約３．５〜４．０の範囲内に制御された。粉砕時のスラリーは、約３．５〜４．０の範囲内のｐＨを有した。これを次に凍結乾燥した。凍結乾燥したスラリーは、その元のコロイド特性を変えることなしに再分散できる。上記で調製したアルミナ粒子の特性では、平均二次粒子寸法が約１５０ｍｍであることが判明した。また平均一次粒子寸法が長径約２０ｎｍ、短径約５ｎｍ（細長い形態）であると判明した。結晶構造の性質が、約４７質量％の非晶質及び約５３質量％のγ相アルミナであると判明した。アルミナ粒子は約２２０ｍ2／ｇの比表面積及び約２．５６ｇ／ｃｍ3の密度を有することが判明した。
【００７８】
図１を参照すると、異なる温度で焼成されたアルミナ粒子を含む様々な研磨スラリーのタングステン材料除去速度が、市販に入手できるシリカのスラリーと比較される。図示したように、アルミナ粒子を含むスラリーの材料除去速度は、アルミナ粒子の焼成温度が上がるにつれて一般に高まる。
【００７９】
図２を参照すると、図１に示したものと同一の研磨スラリーの誘電体（シリカ）材料除去速度が、選択性を証明するために市販に入手できるシリカのスラリーと比較される。図２は、アルミナのスラリーが、大部分は焼成温度と無関係に、好ましく低い材料除去速度を有することを示す。図のように、市販のシリカのスラリーは、ここに述べたアルミナ粒子を含むスラリーよりも、はるかに大きな（好ましくない）材料除去速度を有する。
【００８０】
図１と図２の比較は、ここで述べたアルミナ粒子を含むスラリーが、市販のシリカのスラリーと比較して選択性に優れることを示す。アルミナ粒子を含むスラリーは好ましく選択的である。またその高い選択性は、電子部品加工産業のＣＭＰのような、様々な研磨用途に適する。前述の観点から、遷移アルミナ粒子を含むスラリーは、特に、好ましい材料除去速度及び選択性を証明する８００℃以上で焼成されたものは、様々な研磨用途に最適である。
【００８１】
図３を参照すると、焼成温度の関数として、アルミナ粒子材料を含むサンプルに存在する相の割合が図示される。より高い温度で焼成されたサンプルほど一般に、より高い割合の結晶質相を有し、存在する非晶質相の割合の減少を証明する。遷移アルミナのθ相が１０００℃で焼成されたサンプルに存在する。また、存在するγ相の量が減少する一方で、θ相の割合は１１００℃で焼成されたサンプルで増加する（表に関する上記の考察も参照）。
【００８２】
図４を参照すると、ここに述べた実施態様のアルミナ粒子を含むサンプルの乾燥粉末密度が測定され、そして焼成温度の関数として図示された。各々のサンプルの密度は、二つの異なる技術者の集団によって測定された（それぞれに測定１及び測定２）。図４は、焼成温度の上昇につれてサンプルの密度が増加する一般的な傾向を示す。
【００８３】
図５は、ここに述べた実施態様のアルミナ材料を含む二組のサンプルの乾燥粉末密度のプロットを焼成温度の関数として示す。一組のサンプルは焼成されただけである。一方、もう一組のサンプルは焼成及び粉砕されたものである。図５は、それぞれの粉砕されたサンプルが、焼成温度によらず、粉砕されていない（焼成されただけの）それぞれの対照サンプルに比べて低い乾燥粉末密度を有することを証明する。
【００８４】
図６を参照すると、ここに述べた実施態様のアルミナ材料を含むサンプルの比表面積が、焼成温度の関数としてプロットされる。図６は、焼成温度が上がるにつれて比表面積が減少する一般的な傾向を示す。７００℃及び９００℃で焼成されたサンプルは、一般的な傾向とのわずかな区別を明示するが、示された標準偏差から外れてはいない。
【００８５】
本発明は特定の実施態様に関連して図示又は説明されたが、示された詳細な説明に限定されることを目的とするものではない。様々な変更及び置換が、本発明の範囲から何らかの手段によって外れることなく作られ得るからである。例えば、追加の又は均等の代用品が用意され得るし、また追加の又は均等の製造工程が使われ得る。また、ここに述べた発明のさらなる変更及び均等物（均等方法）は、ただのありふれた実験を用いる当業者にも気付く可能性がある。すると、そのような変更や均等物（均等方法）の全ては、特許請求の範囲によって定義した発明の技術的範囲に属すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】タングステン（Ｗ）表面上における市販のシリカ及び、異なる温度で焼成されたアルミナ粒子を含む様々なスラリーの材料除去速度を詳細に図示した棒グラフである。
【図２】市販のシリカ、及び異なる温度で焼成されたアルミナ粒子を含む様々なスラリーの酸化物材料除去速度を詳細に図示した棒グラフである。
【図３】焼成温度の関数としてアルミナ粒子の相の割合（％）をプロットした図である。
【図４】焼成温度の関数としてアルミナ粒子の密度をプロットした図である。
【図５】焼成温度の関数として、焼成したアルミナ粒子並びに、粉砕及び焼成したアルミナ粒子の密度をプロットした図である。
【図６】焼成温度の関数としてアルミナ粒子の比表面積をプロットした図である。
【図１】
0005384938.tif 000005
【図２】
0005384938.tif 000006
【図３】
0005384938.tif 000007
【図４】
0005384938.tif 000008
【図５】
0005384938.tif 000009
【図６】
0005384938.tif 000010