(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液に懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を含む炭酸カルシウムスラリーを含む組成物であって、
前記複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径が、１０ｎｍ〜３μｍであり、
前記溶液は、
（ｉ）水；
（ｉｉ）分散剤；および
（ｉｉｉ）アニオン性界面活性剤
を含み、
前記分散剤が、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせであり、
前記分散剤の濃度が、前記スラリーの０．１重量％〜０．５重量％であり、
前記アニオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせであり、
前記炭酸カルシウムスラリー中の前記炭酸カルシウム粒子の濃度が、２．０重量％以下であり、
前記スラリーのゼータ電位が、−５０ｍＶ以下である、組成物。
【請求項２】
前記スラリーのｐＨが、８．５〜１０．５である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記炭酸カルシウム粒子の総数の５％未満が、４μｍより大きい直径を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記分散剤が、ポリアクリル酸ナトリウムであり、かつ、前記アニオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）である、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記溶液が、キレート剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
軟質材料でコーティングされた基板の表面を炭酸カルシウムスラリーで研磨する方法であって、
前記炭酸カルシウムスラリーは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のとおりである、方法。
【請求項７】
前記軟質材料が、有機高分子ヒドロゲルを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板を研磨する前に、前記溶液中の前記複数の炭酸カルシウム粒子を、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、ダイアフラムポンプ、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプのうちの１つ以上を使用して、前記分散剤および前記アニオン性界面活性剤と混合することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記基板が、複数の特徴を含み、前記特徴の各々が、１ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記軟質材料でコーティングされた前記基板の表面を研磨することが、前記基板の表面を実質的に傷付けることなく行われる、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
分散剤およびアニオン性界面活性剤を溶液中に混合すること；および
複数の炭酸カルシウム粒子を前記溶液に添加して、炭酸カルシウムスラリーを形成すること、を含み、
前記スラリー中の前記炭酸カルシウム粒子の濃度が、２．０重量％未満であり、
前記分散剤が、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせであり、
前記分散剤の濃度が、前記スラリーの０．１重量％〜０．５重量％であり、
前記アニオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせであり、
前記スラリーのゼータ電位が、−５０ｍＶ以下である、炭酸カルシウムスラリーの製造方法。
【請求項１２】
前記複数の炭酸カルシウム粒子を経時的に混合して、前記溶液中の前記炭酸カルシウム粒子の懸濁を維持することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
水と、緩衝剤と、分散剤と、アニオン性界面活性剤と、キレート剤と、複数の炭酸カルシウム粒子とからなる溶液からなる炭酸カルシウムスラリーであって、
前記複数の炭酸カルシウム粒子は、前記溶液中に懸濁しており、
前記分散剤が、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせであり、
前記分散剤の濃度が、前記スラリーの０．１重量％〜０．５重量％であり、
前記アニオン性界面活性剤が、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせであり、
前記スラリーのゼータ電位が、−５０ｍＶ以下であり、
前記スラリー中の前記炭酸カルシウム粒子の濃度が、２．０重量％以下である、炭酸カルシウムスラリー。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、２０１７年２月２４日に出願された、米国仮特許出願第６２／４６３，５３３号、題名「炭酸カルシウムスラリー」の米国法典第３５編第１１９条（ｅ）に基づく優先権の利益を主張し、その全体を全ての目的のために参照により本明細書に組み込む。
【背景技術】
【０００２】
半導体業界では、シリカおよびセリア研磨スラリーを含む、基板の化学機械研磨（ＣＭＰ）用の多くの異なる市販スラリーが存在する。これらの市販のスラリーは、基板上の酸化膜と金属の研磨に役立つが、引掻きの影響を受けやすい高分子ヒドロゲルなどの高分子膜を含む、軟質材料の研磨には望ましくない場合がある。基板は、軟質材料でコーティングされていることがあり、ナノスケールの特徴を含むこともある。例えば、軟質材料でコーティングされたガラス基板は、遺伝子シーケンサーシステムならびに他の生物学的または化学的分析システムで使用されることがある。
【０００３】
軟質材料の傷付きを防止または最小化するために、軟質材料の研磨には粒子のない溶液が使用されている。例えば、水とドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を含む、粒子フリーの溶液は、軟質材料を研磨するために使用されている。しかし、そのようなプロセスは、正確に制御することが難しく、しばしば、長い実行時間および／または基板破損と研磨機のひずみの一因となる高圧を伴う。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載される主題の１つ以上の実施の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様および利点は、その説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、縮尺された図面として具体的に示されていない限り、縮尺通りに描かれていない場合があることに注意されたい。
【０００５】
一部の実施では、組成物が提供される。その組成物は、溶液中に懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を含む炭酸カルシウムスラリーを含み、その溶液は、分散剤およびアニオン性界面活性剤を含み、炭酸カルシウムスラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約２．０重量％以下である。一部の実施では、分散剤およびアニオン性界面活性剤の一方または両方が、スラリーのゼータ電位を低くする。一部の実施では、スラリーのゼータ電位は、約−５０ｍＶ以下である。一部の実施において、分散剤は、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせを含む。一部の実施では、アニオン性界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせを含む。一部の実施では、複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径は、約１０ｎｍ〜約３μｍの間である。一部の実施では、炭酸カルシウム粒子の総数の約５％未満が、約４μｍより大きい直径を有する。
【０００６】
一部の実施では、方法が提供される。この方法は、基板の表面を炭酸カルシウムスラリーで研磨することを含み、基板は、軟質材料でコーティングされ、炭酸カルシウムスラリーは、分散剤、アニオン性界面活性剤および溶液に懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を含む。一部の実施では、炭酸カルシウムスラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約２．０重量％以下である。一部の実施では、軟質材料は、有機高分子ヒドロゲルを含む。一部の実施では、方法は、基板を研磨する前に、溶液中の複数の炭酸カルシウム粒子を、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、ダイアフラムポンプ、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプのうちの１つ以上を使用して、分散剤およびアニオン性界面活性剤と混合することをさらに含む。一部の実施では、基板は、複数の特徴を含み、各特徴は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの直径を有する。一部の実施では、軟質材料でコーティングされた基板の表面の研磨は、基板の表面を実質的に傷つけることなく行われる。一部の実施では、分散剤およびアニオン性界面活性剤の一方または両方が、スラリーのゼータ電位を低くする。一部の実施では、スラリーのゼータ電位は、−５０ｍＶ以下である。
【０００７】
一部の実施では、方法が提供される。この方法は、分散剤とアニオン性界面活性剤を溶液に混合し、懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を溶液中に加えてスラリーを形成することを含み、スラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約２．０重量％未満である。一部の実施では、この方法は、複数の炭酸カルシウム粒子を経時的に混合して、溶液中の炭酸カルシウム粒子の懸濁を維持することをさらに含む。
【０００８】
これらおよび他の実施は、図および以下の詳細な説明を参照してさらに詳細に説明される。
【０００９】
本明細書に開示される様々な実施は、添付の図面の図において、限定としてではなく例として示されており、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、さまざまな分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図２】図２は、さまざまな分子量のポリアクリル酸ナトリウム分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図３Ａ】図３Ａは、ポリアクリル酸ナトリウム分散剤の濃度が異なる炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ポリアクリル酸ナトリウム分散剤の濃度が異なる炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図４】図４は、さまざまな界面活性剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図５】図５は、さまざまな分散剤とドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）界面活性剤を組み合わせた炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図６】図６は、異なるｐＨでの炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。
【図７】図７は、添加剤を含まない炭酸カルシウムスラリーの濁度と、分散剤と界面活性剤を含む炭酸カルシウムスラリーの濁度を示すデータの例を示している。
【図８】図８Ａ〜８Ｄは、それぞれ２時間、４時間、７時間、２４時間後の異なるサイズの炭酸カルシウム粒子を含む炭酸カルシウムスラリーの例の画像を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、ダイアフラムポンプで混合した２μｍスラリーと、スターラーバーで混合した２μｍスラリーについて、経時的な特大炭酸カルシウム粒子の割合を示すデータの例を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ダイアフラムポンプで混合した７００ｎｍスラリーと、スターラーバーで混合した７００ｎｍスラリーについて、経時的な特大炭酸カルシウム粒子の割合を示すデータの例を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、スターラーバーで混合した２μｍスラリーと、ダイアフラムポンプで混合した２μｍスラリーの固形分測定値を示すデータの例を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、スターラーバーで混合した７００ｎｍスラリーと、ダイアフラムポンプで混合した７００ｎｍスラリーの固形分測定値を示すデータの例を示している。
【図１１Ａ】図１１Ａは、さまざまな炭酸カルシウムスラリーの例を使用して研磨した基板の画像を示している。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、さまざまな炭酸カルシウムスラリーの例を使用して研磨した基板の画像を示している。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、さまざまな炭酸カルシウムスラリーの例を使用して研磨した基板の画像を示している。
【図１２】図１２は、基板の表面を研磨するための例示的な方法を示すフロー図を示す。
【図１３】図１３は、炭酸カルシウムスラリーを製造するための例示的な方法を示すフロー図を示す。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
本開示は、単一の態様または実施にも、そのような態様および／または実施の組み合わせおよび／または順列にも限定されない。さらに、本開示の態様および／またはその実施のそれぞれは、単独で、または他の態様および／またはその実施の１つ以上と組み合わせて使用することができる。簡潔にするために、これらの順列および組み合わせの多くは、本明細書では個別に説明および／または図示しない。
【００１２】
本開示は、スラリー、より具体的には、比較的長期間にわたって懸濁液中に残り、凝集に対して比較的抵抗性である炭酸カルシウム粒子を含むスラリーを提供する。例えば、炭酸カルシウム粒子を含むスラリーは、少なくとも６日間（例えば、７、８、９、１０、２０またはそれ以上）懸濁液中に残り、−５０ｍＶ以下のゼータ電位を有することにより凝集に対して比較的抵抗性である。スラリーは、軟質材料でコーティングされた基板を含む、基板の研磨に使用され得る。本明細書および本開示を通して使用される「軟質」材料は、硬化または架橋される任意のポリマー材料またはモノマー材料を含むことができる。大きな粒子または粒子の凝集体を含むスラリーは、基板からの軟質材料の研磨中に傷を生じ得る。本開示の有効なスラリー配合物は、比較的小さな炭酸カルシウム粒子、比較的低濃度の炭酸カルシウム粒子、分散剤および界面活性剤を含んでもよく、分散剤および界面活性剤は、粒子を経時的に懸濁状態に保ち、凝集を低くし得る。
【００１３】
一態様において、本開示のスラリーは、少なくとも分散剤および界面活性剤を含む。スラリーは、溶液に懸濁された複数の炭酸カルシウム粒子をさらに含み、その溶液は、分散剤および界面活性剤を含む。一部の実施では、その溶液は、緩衝剤をさらに含んでもよい。複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径は、閾値平均直径未満など、比較的小さくてもよい。一部の実施では、炭酸カルシウム粒子は、約５μｍ以下、約１０ｎｍ〜約３μｍ、約３０ｎｍ〜約２μｍ、約３００ｎｍ〜約２μｍ、または約５００ｎｍ〜約１μｍの平均直径を有し、炭酸カルシウム粒子の平均直径に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。他の大きな値または小さな値も可能である。スラリー中の炭酸カルシウムの濃度は、約５．０重量％以下、約２．０重量％以下、約０．０５重量％〜約１．０重量％、約０．１重量％〜約１．０重量％または約０．１重量％〜約０．５重量％であってもよく、本開示全体を通して、炭酸カルシウムの濃度に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。分散剤は、溶液中の粒子分布を安定化するのに役立ち得る。分散剤は、スラリーのゼータ電位を低くするように選択することができ、より負のゼータ電位は、粒子が互いにより反発しやすく、凝集体を形成しにくいことを示す。一部の実施では、スラリーのゼータ電位は、約−５０ｍＶ以下であり得る。分散剤の例には、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウムおよびクエン酸ナトリウムが含まれる。分散剤および界面活性剤の一方または両方が、スラリーの濁度を安定化するのに役立ち得る。界面活性剤は、２つの液体間または液体と固体との間の表面張力を下げる潤滑剤として役立ち得る。一例において、スラリーは、表面電荷の蓄積を制限するアニオン性界面活性剤を含むことができ、それにより、ゼータ電位を低くし、粒子が一緒に凝集しないようにする。界面活性剤の例には、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベートおよびオクチルフェノールエトキシレートが含まれる。スラリーのｐＨは、約７〜約１２の間とすることができ、例えば、約８．５〜約１０．５である。
【００１４】
本明細書で使用される「基板」は、固体支持体を指すことができる。一部の実施において、この用語は、核酸の堆積のためのウェルまたはチャネルなどの特徴のための固体または半固体の基礎として役立ち得る任意の材料を含む。基板は、これらに限定されないが、ガラス、改質ガラス、機能化ガラス、シリカ、石英、シリコン、プラスチック、金属、金属酸化物またはそれらの組み合わせを含む、任意の適切な基板材料を含むことができる。一部の実施では、改質ガラスは、ガラスの１つ以上の特性を変更するガラス上の材料の厚い層（例えば、約５ｎｍを超える）を含み、機能化ガラスは、ガラスの表面上の共有結合または半共有結合を含み、シリカは、従来のガラスとは異なる基本組成を有するガラスのタイプを含み、本開示全体を通して改質ガラスの厚い層の厚さに関する用語「約」は、記載値のプラスまたはマイナス１０パーセント以内の値を指す。一部の実施では、基板は、ガラス上のナノインプリントレジスト材料など、ガラス上の硬化ポリマー混合物を含む。
【００１５】
一部の実施では、基板は、１つ以上の特徴を含むことができる。特徴は、基板の個別の物理要素または個別の物理特性を指し得る。個別の物理要素は、物理的または構造的に区別可能な基板の構成要素を含むことができる。基板の個別の物理特性は、物理的または機能的な分離性を提供する基板自体の外観を含むことができる。例えば、基板の特徴は、基板の別個の物理要素であり得る、ウェルまたはチャネルの形態であってもよい。基板は、生物学的または化学的分析システム用のアレイの一部であってもよい。ＤＮＡシーケンサーまたはＲＮＡシーケンサーおよび他の生物学的または化学的分析システムなどのシーケンサーは、その中に提供されるマイクロ流体流路を有するガラス基板を利用してもよい。基板の特徴の寸法は、一部の実施では特徴がナノ特徴と呼ばれるように、ナノメートル（ｎｍ）スケールの長さであってもよい。例えば、ナノ特徴は、０．５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１ｎｍ〜約１００ｎｍまたは約５ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有することができ、この開示全体を通して、特徴の直径に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス１０パーセント以内の値を指す。
【００１６】
軟質材料は、基板の一部であるか、基板上にコーティングされていてもよく、軟質材料には、硬化または架橋される任意のポリマー材料またはモノマー材料が含まれ得る。一部の実施において、基板は、これらに限定されないが、ポリマー、無機ヒドロゲルまたは有機高分子ヒドロゲルを含む、軟質材料でコーティングされていてもよい。例えば、軟質材料は、ポリアクリルアミドヒドロゲルを含むことができる。シーケンサーは、操作中に基板のヒドロゲルコーティングされた表面への核酸鎖の付着に依存する場合がある。一部の他の実施では、基板は、軟質材料（例えば、シリコン炭化水素アレイ）で作成してもよい。
【００１７】
一部の実施では、基板は、軟質材料の複数の層でコーティングされていてもよい。例えば、基板表面をレジスト層でコーティングし、有機高分子ヒドロゲルをレジスト層上に形成してもよい。レジスト層および有機高分子ヒドロゲルは、「軟質」とみなされ得る。一部の実施では、レジスト層は、ナノインプリントリソグラフィー法によりコーティングされたナノインプリント高分子レジスト材料である。
【００１８】
本明細書で使用するとき、基板を「研磨すること」は、基板の機械的および／または化学的処理を指し得る。一部の実施では、研磨は、基板の一部または基板上のコーティングの除去を指し得る。研磨は、基板の表面を擦ること、すり減らすこと、滑らかにすること、あるいは処理して基板の変更した表面を生成することを指し得る。軟質材料でコーティングされた基板を研磨することは、基板からの軟質材料の少なくとも一部の除去を含み得る。一部の実施では、基板は、第１の軟質材料および第２の軟質材料でコーティングされていてもよく、第２の軟質材料は、第１の軟質材料よりも低い硬度を有し、基板を研磨することは、第１の軟質材料を除去せずに、第２の軟質材料の除去を含み得る。例えば、基板表面は、レジスト層よりも柔らかいアクリレートポリマー層でコーティングされたレジスト層を含むことができ、基板を研磨することは、レジスト層を損傷することなく、アクリレートポリマー層を除去することを含むことができる。
【００１９】
基板上にコーティングされたまたは基板の一部の軟質材料を研磨するために既存のスラリーを使用する場合、基板の表面は、傷が付きやすい場合がある。一部の実施では、軟質材料がその上に形成される下層は、傷が付きやすい場合がある。傷が付きやすい基板の表面には、このような層が含まれる場合がある。例えば、基板の表面がレジスト層を含み、より柔らかいアクリレートポリマー層がレジスト層上に配置される場合、アクリレートポリマー層は研磨されるが、レジスト層は、既存のスラリーによって傷が付くことがある。さらに、基板上にコーティングされたまたは基板の一部の軟質材料は、既存のスラリーで最適化することが難しく、より高速な特徴のガウジングがあり、これは、研磨中に粒子を表面形状に掘り込むことがあり、１つの領域で材料の過剰な除去を生ずる。シリカおよびセリア研磨スラリーなどの既存のスラリーは、基板の表面を傷付け、基板のナノ特徴に粒子を残すことがある。しかし、粒子を含まない配合物を使用した既存の方法は、研磨中に高い変動性を示し、長い実行時間を必要とし、ナノ特徴を洗浄するのが困難であり、基板の破損と研磨機の歪みにつながり得る高圧を必要とする。
【００２０】
本開示は、一部の例において、スラリーを含む組成物を提供し、スラリーは、液体中に複数の粒子を含む。一部の実施では、本開示の組成物は、スラリーからなるか、またはスラリーから本質的になる。本明細書で使用される「スラリー」は、液体中に粒子を含む流体混合物を指すことがある。炭酸カルシウムスラリーは、液体中に炭酸カルシウムの粒子を含む。炭酸カルシウムスラリーは、基板上にコーティングされたまたは基板の一部の軟質材料を研磨または除去することができる。加えて、スラリー中の炭酸カルシウム粒子は、一般にセリアまたはシリカ粒子よりも柔らかく、研磨中に基板の表面を傷つけにくい。さらに、炭酸カルシウムスラリーは、一般にセリアまたはシリカスラリーよりも安価である。しかし、大きな炭酸カルシウム粒子または大きなサイズに凝集する小さな炭酸カルシウム粒子は、研磨中に基板の表面を傷付け、それによりスラリーの性能と品質を低くする。
【００２１】
炭酸カルシウム粒子を長期間懸濁状態に保ち、炭酸カルシウム粒子の凝集に耐性がある効果的な炭酸カルシウムスラリーを配合し得る。これにより、炭酸カルシウムスラリーは、既存のスラリーと比較して、より堅牢で再現性のある方法で、表面の傷付きが少なく、基板の表面から軟質材料を研磨することができる。研磨の性能または品質は、スラリー中の粒子のサイズ、粒子の凝集傾向および固形物の送達の粘稠性に関して、炭酸カルシウムスラリーの配合と相関する場合がある。スラリー中の粒子のサイズは、動的光散乱（ＤＬＳ）によって測定してもよく、粒子の凝集傾向は、スラリーのゼータ電位に対応することがあり、固形物送達の粘稠性は、少なくとも部分的に濁度を使用して決定され得る。
【００２２】
粒子サイズは、ＤＬＳを使用して決定し得る。一部の例では、ＤＬＳは、レーザーを使用してブラウン運動中の粒子から光を散乱させ、粒子の速度を決定する。ＤＬＳ機器は、粒子の粘度と温度を把握して、粒子のサイズを計算する。大きな粒子は、より遅いブラウン運動を生じ、小さな粒子は、より速く動く。ＤＬＳは、粒子のサイズ分布、および約４μｍ以上の直径を有するなど、閾値直径以上の直径を有する粒子の割合を決定することができる。
【００２３】
研磨の品質は、スラリー中の大きな粒子の存在により悪影響を受けることがある。一部の大きな粒子には、小さな粒子の凝集体が含まれる場合がある。本明細書で使用される場合、用語「大きな粒子」または「特大粒子」は、閾値直径以上の直径を有する粒子、または閾値直径以上の直径を有する、より小さい粒子の凝集体を含む。一部の実施では、閾値直径は、約３μｍ、約４μｍ、約５μｍ、約６μｍ、約７μｍ、約８μｍ、約９μｍまたは約１０μｍであってもよい。大きな粒子または特大粒子の閾値直径を確立することは、基板の組成、スラリーの組成、研磨中に加えられる圧力、表面特徴のサイズ、表面損傷の可能性、研磨パッドの選択、ガラスが機能化される材料（例えば、この材料が柔らかい場合、それは傷が付きやすい）などのさまざまな要因に依存し得ることが理解される。例として、ガラス基板上の軟質材料を研磨する場合、大きな粒子または特大粒子の閾値直径は、約４μｍ以上であることがあり、４μｍ以上の直径を有する粒子は、ガラス基板の表面を傷つける可能性がある。研磨した表面の傷は、イメージャーと顕微鏡を使用して決定することができる。
【００２４】
スラリー中の複数の粒子の平均直径が閾値直径より小さくなるように、または複数の粒子のサイズ分布が、閾値直径以上である粒子の小さな割合を有するように、スラリー中の多数の大きな粒子または特大粒子を制限することが望ましい場合がある。一部の実施において、複数の粒子のサイズ分布は、粒子の総数の約１０％未満、約５％未満または約３％未満の閾値直径以上を有する。平均直径に関する一例を説明するために、炭酸カルシウムスラリーは、溶液中に懸濁した複数の粒子を含むことができ、その複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径は、約５μｍ以下、約１０ｎｍ〜約３μｍ、約３０ｎｍ〜約２μｍ、約３００ｎｍ〜約２μｍまたは約５００ｎｍ〜約１μｍであり、複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径に関する用語「約」は、本開示全体を通して、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。一部の実施において、炭酸カルシウム粒子の平均直径の標準偏差は、プラスまたはマイナス１２０ｎｍ以内であり得る。サイズ分布に関する一例を示すために、炭酸カルシウムスラリーは、溶液中に懸濁した複数の粒子を含むことができ、炭酸カルシウム粒子の総数の約５％未満が、約４μｍ以上の直径を有し、本開示を通して、炭酸カルシウム粒子の総数のパーセンテージに関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。
【００２５】
溶液に懸濁した炭酸カルシウム粒子のサイズは最初は小さいかもしれないが、炭酸カルシウム粒子は経時的に自然に凝集して、より大きな粒子または凝集体を形成し得る。大きな粒子または凝集体の存在は、研磨中に基板の表面を傷つける可能性を高める。粒子の凝集は、粒子の電荷反発によって減少し得る。ゼータ電位は、コロイド分散液の安定性の指標であり、スラリー中の粒子が凝集する傾向を決定するための指標として役立つ。ゼータ電位は、電気二重層から離れた液体内の点に対する粒子のすべり面の位置での電気二重層の電位を指すことができる。電気二重層は、流体にさらされたときに、粒子の表面に現れる層であり、それは電気的引力と熱運動の影響下で流体内を移動する荷電種を含み得る。ゼータ電位は、ヘンリーの方程式：ＵＥ＝２εｚＦ（ｋａ）／３η（式中、ＵＥは、電気泳動移動度、ｚは、ゼータ電位、εは、誘電率、Ｆ（ｋａ）は、ヘンリー係数、ηは、粘度である）による電気泳動移動度に関連する量である。極性媒体では、Ｆ（ｋａ）は、約１．５、非極性媒体では、Ｆ（ｋａ）は、約１である。一部の実施では、ゼータ電位は、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｚｅｔａｓｉｚｅｒを使用して測定可能である。より負のゼータ電位は、スラリー中の粒子が互いに強く反発し、凝集体を形成する可能性が低いことを示す。より正のゼータ電位は、スラリー中の粒子が互いに引き付け合い、凝集体を形成する可能性が高いことを示す。
【００２６】
溶液のイオン強度は、ゼータ電位に影響を与える可能性がある。一部の実施において、溶液のイオン強度は、緩衝剤および緩衝剤の濃度によって調節し得る。緩衝剤の濃度は、それを水などの溶媒中で希釈することによって調節し得る。一部の実施では、緩衝剤としては、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（ＴＲＩＳ）緩衝剤が挙げられる。他の可能な緩衝剤としては、リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムおよび炭酸ナトリウムが挙げられるが、これらに限定されない。一部の実施において、緩衝剤は、溶液中で９〜１２のｐＨを達成することができる場合がある。一部の実施では、ＴＲＩＳ緩衝剤を所望の濃度に希釈し得る。例えば、０．１Ｍ  ＴＲＩＳ緩衝剤を脱イオン水で希釈して、約０．０１Ｍ〜約０．０５Ｍ、または約０．０２Ｍ〜約０．０４Ｍの濃度にすることができる。
【００２７】
一部の実施では、溶液は、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）などのキレート剤をさらに含むことができる。他のキレート剤としては、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）およびニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）が挙げられるが、これらに限定されない。キレート剤は、溶液中のカルシウムイオンなどの金属イオンを封鎖することができてもよい。
【００２８】
添加剤をスラリーに導入して、スラリーのゼータ電位を低くする（すなわち、より負にする）ことができる。スラリーのゼータ電位を低くするための添加剤には、分散剤および界面活性剤が含まれ得るが、これらに限定されない。そのような添加剤は、炭酸カルシウムスラリーの溶液の一部と考えることができ、一方、本明細書で議論される炭酸カルシウム粒子は、炭酸カルシウムスラリーの溶液に懸濁していると考えることができる。シリカまたはシリコン系スラリーなど、一部のスラリーは、約−３０ｍＶ以上のゼータ電位を有する。一部の実施では、１つ以上の添加剤を含む炭酸カルシウムスラリーは、約−３０ｍＶ以下、約−４０ｍＶ以下、約−５０ｍＶ以下または約−６０ｍＶ以下のゼータ電位を有し、本開示を通して、スラリーのゼータ電位に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。
【００２９】
スラリーのゼータ電位を低くする添加剤の１つのタイプは、分散剤である。分散剤は、液体系内の粒子分布を安定させるために使用される薬剤である。それは、懸濁液中の粒子の分離を向上するために、懸濁液に添加されるポリマーまたは分子を含み得る。分散剤は、懸濁液中の粒子の電気二重層を増大させ、凝集を減少させる。炭酸カルシウムスラリーに添加される分散剤の例としては、これらに限定されないが、様々な分子量のポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせが挙げられる。一部の実施において、分散剤は、スラリー中に約０．０１重量％〜約５０．０重量％、約０．１重量％〜約１０．０重量％または約０．５重量％〜約５．０重量％の濃度を有し、本開示を通して、スラリー中の分散剤濃度に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス１０パーセント以内の値を指す。例えば、分散剤は、約０．１重量％〜約０．５重量％のスラリー中の濃度を有することができる。
【００３０】
図１は、さまざまな分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示している。図１の炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ１０．４で０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。４つの異なる分散剤をテストした：分子量１５，０００のポリアクリル酸ナトリウム、分子量１，２００のポリアクリル酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウムおよびクエン酸ナトリウム。これらの分散剤のそれぞれを、スラリー中に０．２５重量％の濃度で溶液に加えた。対照スラリー（分散剤なし）からのデータも示す。図１に示すように、炭酸カルシウムスラリーに分散剤を添加すると、スラリーのゼータ電位が下がる。分散剤としてのポリアクリル酸ナトリウムは、図１におけるテストした分散剤の中でゼータ電位に最も大きな影響を及ぼした。
【００３１】
分散剤の分子量は、スラリー中で凝集する粒子の傾向に影響を与え得る。一部の例では、分子量が小さすぎる場合、分散剤の短い鎖は、凝集を防ぐのに十分な厚さの障壁を提供せず、これは、溶液に懸濁した粒子が付着して大きなサイズのクラスターを形成することにつながる。しかし、分子量が大きすぎる場合、分散剤は、凝集剤として機能し始める。
【００３２】
図２は、さまざまな分子量のポリアクリル酸ナトリウム分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示す。ポリアクリル酸ナトリウムにはさまざまな分子量があり、ゼータ電位を下げるには適切な分子量を選択することが重要である。図２の炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ１０．４で０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。１５，０００、８，０００、５，１００および１，２００の４つの異なる分子量のポリアクリル酸ナトリウムを、炭酸カルシウムスラリーの各サンプルに０．２５重量％で添加し、テストした。図２では、分子量１，２００と分子量１５，０００の間のゼータ電位は、ほとんど差がなかった。図２でテストしたさまざまな分子量はそれほど大きな違いを示さなかったが、さらに極端な分子量ではゼータ電位に大きな影響を与える可能性がある。
【００３３】
スラリー中の分散剤の濃度も、粒子が凝集する傾向に影響を与える。分散剤の濃度が低すぎる場合、粒子に吸着された分散剤分子は、粒子の各々を部分的にしか覆わず、粒子の電気二重層の増大に限定された性能をもたらすことがある。分散剤の濃度が高すぎる場合、粒子に吸着された分散剤分子の分子構造が、崩壊またはそれ自体で「折り返し」、それによって粒子が凝集または凝集することがある。
【００３４】
図３Ａおよび３Ｂは、１つの非限定的な実施例において、異なる濃度のポリアクリル酸ナトリウム分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示す。図３Ａは、０．０２５重量％〜２５．０重量％のポリアクリル酸ナトリウム分散剤濃度についてのゼータ電位のデータを示している。図３Ｂは、０．１重量％〜０．５重量％のポリアクリル酸ナトリウム分散剤濃度についてのゼータ電位のデータを示している。ポリアクリル酸ナトリウムは、分子量１，２００を有していた。図３Ａおよび３Ｂの炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ１０．４で０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。図３Ａおよび３Ｂにおいて、約０．１重量％〜約０．５重量％または約０．２重量％〜約０．４重量％の分散剤濃度のスラリーは、最も低いゼータ電位を示した。
【００３５】
スラリーのゼータ電位を低くし得る別のタイプの添加剤は、界面活性剤である。界面活性剤は、固液系でもまたは液液系でも、ある相が別の相に広がるのを助ける薬剤である。界面活性剤は、２つの液体間または液体と固体の間の表面張力を下げる働きをする。言い換えれば、界面活性剤は、潤滑剤のように作用することができる。炭酸カルシウムスラリーにおいて、スラリーに添加される界面活性剤は、アニオン性界面活性剤であり得る。アニオン性界面活性剤は、硫酸塩官能基、スルホン酸塩官能基、リン酸塩官能基およびカルボン酸塩官能基など、アニオン性官能基を一端に含む。一端に負電荷を有することにより、アニオン性界面活性剤は、炭酸カルシウム粒子上での表面電荷の蓄積が高くなりすぎることを防ぎ得る。そのようにして、炭酸カルシウム粒子は、凝集しない。炭酸カルシウムスラリーに添加される界面活性剤の例としては、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。Ｔｗｅｅｎ（登録商標）２０は、ポリソルベートの例であり、Ｔｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００は、オクチルフェノールエトキシレートの例である。Ｔｗｅｅｎ（登録商標）２０は、英国ヨークシャーのイーストライディングのＣｒｏｄａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｐｌｃによって製造されている。Ｔｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００は、米国ペンシルベニア州フィラデルフィアのＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されている。界面活性剤の濃度の選択は、界面活性剤の臨界ミセル濃度に依存し得る。臨界ミセル濃度は、それを超えると界面活性剤が溶液中でミセルを形成する界面活性剤濃度である。一部の実施において、界面活性剤は、スラリー中に約０．０１重量％〜約１０．０重量％、約０．０５重量％〜約５．０重量％または約０．１重量％〜約２．０重量％の濃度を有し、本開示を通して、スラリー中の界面活性剤濃度に関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス１０パーセント以内の値を指す。
【００３６】
図４は、さまざまな界面活性剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示す。図４の炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ１０．４で０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。３つの異なる界面活性剤をテストした：ＳＤＳ、Ｔｗｅｅｎ（登録商標）２０およびＴｒｉｔｏｎ（商標）Ｘ−１００。これらの界面活性剤のそれぞれは、０．１２５重量％の濃度で添加された。図４に示すように、炭酸カルシウムスラリーに界面活性剤を添加すると、スラリーのゼータ電位が下がる。界面活性剤としてのＳＤＳは、図４中のテストした界面活性剤の中でゼータ電位に最も大きな影響を及ぼした。
【００３７】
界面活性剤と分散剤をスラリーの溶液に添加してもよい。スラリー中の界面活性剤と分散剤の組み合わせは、個々の界面活性剤または個々の分散剤よりもゼータ電位にさらに大きな影響を与え得る。図５は、ＳＤＳ界面活性剤と組み合わせたさまざまな分散剤を含む炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示す。図５の炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ１０．４で０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。ＳＤＳと組み合わせたポリアクリル酸ナトリウムは、ＳＤＳと組み合わせたテトラピロリン酸ナトリウムよりも負のゼータ電位を有していた。したがって、ＳＤＳと組み合わせたポリアクリル酸ナトリウムは、スラリーのゼータ電位を下げるのにより効果的であった。
【００３８】
スラリーのｐＨは、スラリーのゼータ電位に影響し得る。一部の実施では、炭酸カルシウムのｐＫａにより近いｐＨは、より低いゼータ電位を有する可能性がある。炭酸カルシウムのｐＫａは、約９である。さらに、スラリーのｐＨは、スラリーの性能と品質に影響を与える可能性があり、極端な正と負のｐＨの両方が有害である可能性がある。一例では、低すぎるｐＨでは、炭酸カルシウム粒子が溶解する。一例では、高すぎるｐＨでは、炭酸カルシウムスラリーは電極を腐食させ、基板のフローセルの化学的性質を損なう可能性がある。一部の実施では、炭酸カルシウムスラリーのｐＨは、約７〜約１２、例えば、約８．５〜約１０．５であり、本開示を通して、ｐＨに関する用語「約」は、記載された値のプラスまたはマイナス５パーセント以内の値を指す。特定の例では、炭酸カルシウムスラリーのｐＨは、約９であり得る。
【００３９】
図６は、異なるｐＨでの炭酸カルシウムスラリーのゼータ電位を示すデータの例を示す。図６の炭酸カルシウムスラリーは、０．１２５重量％のＳＤＳと０．０３ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．１２５重量％の２μｍ炭酸カルシウム粒子を含んでいた。図６は、スラリーのｐＨがスラリーのゼータ電位に影響することを示している。炭酸カルシウムスラリーは、ｐＨ７．５よりもｐＨ１０．４でより負のゼータ電位を有していた。これは、一部には、より低いｐＨ値での炭酸カルシウム粒子の溶解が原因である可能性がある。
【００４０】
これまでに議論したように、炭酸カルシウムスラリーでの固形分送達の粘稠性は、濁度を使用して決定することができる。濁度とは、液体中に懸濁した粒子によって引き起こされる流体の濁りまたは霞みの測定値である。濁度が低すぎる場合、炭酸カルシウム粒子は、一定時間後に懸濁したままではなく沈降し得る。これは、炭酸カルシウムスラリーで基板を研磨する有効性を不利に制限する場合がある。濁度の測定単位は、比濁濁度単位（ＮＴＵ）であり、これは、粒子によって入射光線から９０度の角度で散乱した光の量の測定値である。粒子の沈降速度と、粒子が懸濁液中にどれだけ残っているかは、一定期間の濁度測定により決定することが可能である。経時による濁度測定値の減少は、粒子がより早く沈降し、懸濁液中に残っていないことを示している。
【００４１】
図７は、添加剤を含まない炭酸カルシウムスラリーの濁度と、分散剤と界面活性剤を含む炭酸カルシウムスラリーの濁度を示すデータの例を示す。ｐＨ９で０．０５ＭのＴＲＩＳ緩衝剤と０．０６２５重量％の２μｍの炭酸カルシウム粒子を含む対照スラリーについて、１時間にわたって１５分ごとに濁度を測定した。対照スラリーは、界面活性剤または分散剤を含まなかった。濁度を、同じスラリーについて１時間にわたって１５分ごとに測定したが、分子量１，２００のポリアクリル酸ナトリウム０．２５重量％とＳＤＳ  ０．１２５重量％を添加した。１時間の間に、対照スラリーの濁度は低下し、これは、分散剤と界面活性剤が存在しないことで、スラリー中の粒子の沈降速度が増加することを示している。しかしながら、分散剤および界面活性剤を含む炭酸カルシウムスラリーは、実質的に同様の濁度を維持し、これは、分散剤および／または界面活性剤の存在がスラリーを安定化することを示している。分散剤および／または界面活性剤の添加は、炭酸カルシウム粒子を長期間にわたって懸濁状態に保つことに貢献し得る。
【００４２】
沈降速度および粒子が懸濁液中にどれだけ残っているかは、時間の経過とともに視覚的に検査することもできる。炭酸カルシウム粒子の粒子サイズは、炭酸カルシウムスラリーの沈降速度に影響し得る。図８Ａ〜８Ｄは、２時間、４時間、７時間および２４時間後の異なるサイズの炭酸カルシウム粒子を含む炭酸カルシウムスラリーの画像を示す。各炭酸カルシウムスラリーサンプルは、０．１２５重量％の炭酸カルシウム、０．１２５重量％のＳＤＳ、０．２５重量％のポリアクリル酸、１ｍＭのＥＤＴＡおよびｐＨ９で０．１ＭのＴＲＩＳを含んでいた。１つのサンプルは、２μｍの炭酸カルシウム粒子を含み、２つのサンプルは、０．７μｍの炭酸カルシウム粒子を含み、そして１つのサンプルは、０．２μｍの粒子を含んでいた。２４時間後、２μｍの炭酸カルシウム粒子の沈降速度は、他のものよりも顕著に大きかった。小さい粒子は、大きい粒子よりも遅い沈降速度を有し得る。
【００４３】
スラリー中の粒子は、時間とともに沈降するだけでなく、スラリー中の粒子は、時間とともに凝集し得る。一部の実施において、異なる混合または撹拌機構を利用して、溶液中の複数の炭酸カルシウム粒子を循環または混合することができる。そのような混合または撹拌機構は、固形分パーセントを一定に保ち、一定の混合でスラリーの貯蔵寿命を延ばし、研磨品質にとって望ましくない凝集体の形成を防止または減少させることができる。混合または撹拌機構はまた、一部の粒子をより小さなサイズに破砕し得る。混合または撹拌機構の例としては、ダイアフラムポンプ、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
特定の閾値直径以上の直径を有する粒子または凝集体は、特大で有害であるとみなされ得る。特定の一例では、約４μｍより大きい直径を有する粒子または凝集体は、特大で有害であるとみなされる場合がある。しかし、有害または特大である粒子または凝集体を確立するための他の閾値直径が適切であることが理解される。研磨の前の混合または撹拌機構を使用すると、粒子が特大粒子に凝集することを制限し得る。
【００４５】
図９Ａは、ダイアフラムポンプで混合した２μｍスラリーとスターラーバーで混合した２μｍスラリーの、経時的な特大炭酸カルシウム粒子の割合を示すデータの例を示す。本明細書で使用される場合、Ｘμｍスラリーは、Ｘμｍの平均直径を有する粒子を含むスラリーを指し、Ｙｎｍスラリーは、Ｙｎｍの平均直径を有する粒子を含むスラリーを指す。一部の実施では、平均直径の標準偏差は、プラスまたはマイナス１２０ｎｍまたはプラスまたはマイナス４００ｎｍであり得る。この例では、特大粒子は、直径４μｍを超える粒子である。３日後、炭酸カルシウム粒子の総数の約４％が、両方のポンプで直径４μｍを超えた。６日後、炭酸カルシウム粒子の総数のほぼ１０％が、両方のポンプで直径４μｍを超えた。
【００４６】
図９Ｂは、ダイアフラムポンプで混合した７００ｎｍスラリーおよびスターラーバーで混合した７００ｎｍスラリーについての経時的な特大炭酸カルシウム粒子の割合を示すデータの例を示す。６日後でも、炭酸カルシウム粒子の総数の２％未満が、両方のポンプで直径４μｍを超えた。図９Ａおよび９Ｂは、７００ｎｍの粒子よりも２μｍの粒子の方が、より少ない数で有害なサイズに凝集することを示している。
【００４７】
粒子の沈降速度は、濁度測定に加えて、または濁度測定の代わりに、固形分パーセント測定を使用して測定することができる。固形分パーセント測定は、遠心分離、吸引および乾燥の前後のサンプル重量を比較することで行うことができる。例えば、０．２５重量％の炭酸カルシウム粒子、０．２５重量％のポリアクリル酸ナトリウム、０．１２５重量％のＳＤＳおよびｐＨ９でＴＲＩＳ緩衝剤を含むスラリーについて、固形分パーセント測定を行った。固形分パーセント測定を７日間にわたって行い、毎日１ｍＬのアリコートを取り、６０℃のオーブンで１時間乾燥させ、重量の差を測定した。図１０Ａは、スターラーバーで混合した２μｍスラリーとダイアフラムポンプで混合した２μｍスラリーの固形分パーセント測定値を示すデータの例を示す。
【００４８】
図１０Ｂは、スターラーバーで混合した７００ｎｍスラリーとダイアフラムポンプで混合した７００ｎｍスラリーのパーセント固形分測定値を示すデータの例を示す。１日以内に、図１０Ａと１０Ｂの両方で、ダイアフラムポンプでの固形物の量は急激に減少したが、スターラーバーでの固形物のパーセントは、ほぼ同じままだった。したがって、スターラーバーは、粒子を懸濁状態に保つのにより効果的であった。
【００４９】
一部の実施では、研磨表面の品質は、イメージャーと顕微鏡を使用して、研磨表面の傷の量によってある程度決定することができる。例えば、Ｎｉｋｏｎの高解像度イメージャーとＺｅｉｓｓ共焦点顕微鏡を使用して、基板の研磨表面上の傷を決定することができる。炭酸カルシウムスラリーは、下地層を傷付けることなく、または実質的に傷付けることなく、基板上にコーティングされた１つ以上の軟質材料を研磨することができる。例えば、傷付きの文脈での「実質的に」とは、光学顕微鏡を使用して観察したときに、１μｍ以上のサイズの傷が存在することを指す。図１１Ａ〜１１Ｃは、炭酸カルシウムスラリーを使用して研磨した基板の一連の画像を示す。図１１Ａは、２μｍの粒子と分散剤で研磨した基板の画像を示す。基板の端の近くに、基板の傷がいくつか現れた。図１１Ｂは、２．５μｍ炭酸カルシウムスラリーで研磨した基板の画像を示し、図１１Ｃは、４．５μｍ炭酸カルシウムスラリーで研磨した基板の画像を示す。大きな粒子を使用して研磨した基板は、小さな粒子を使用して研磨した基板よりも多くの傷を示した。
【００５０】
図１２は、基板の表面を研磨するための例示的な方法を示すフロー図を示す。方法１２００は、異なる、より少ない、または追加の操作で実行してもよい。
【００５１】
方法１２００のブロック１２２０で、基板の表面が炭酸カルシウムスラリーで研磨され、基板は、軟質材料でコーティングされている。炭酸カルシウムスラリーは、分散剤、アニオン性界面活性剤および溶液に懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を含む。
【００５２】
一部の実施では、方法１２００のブロック１２１０で、ブロック１２２０の前に、複数の炭酸カルシウム粒子が、分散剤およびアニオン性界面活性剤を含む溶液中で任意に混合されて、炭酸カルシウムスラリーを形成する。混合は、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、ダイアフラムポンプ、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプのうちの１つ以上を使用して行い得る。
【００５３】
一部の実施では、炭酸カルシウムスラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約２．０重量％以下である。軟質材料は、ポリマー、無機ヒドロゲルまたは有機高分子ヒドロゲルを含み得る。例えば、軟質材料は、有機高分子ヒドロゲルを含み得る。一部の実施では、基板は、複数の特徴を含み、特徴のそれぞれは、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１ｎｍ〜約１００ｎｍまたは約５ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有する。一部の実施では、軟質材料でコーティングされた基板の表面を研磨することは、基板の表面を実質的に傷付けることなく行われる。分散剤およびアニオン性界面活性剤の一方または両方は、スラリーのゼータ電位を低くする。一部の実施では、スラリーのゼータ電位は、約−５０ｍＶ以下である。
【００５４】
図１３は、炭酸カルシウムスラリーを製造するための一例の方法を示すフロー図を示す。方法１３００は、異なる、より少ない、または追加の操作で実行してもよい。
【００５５】
方法１３００のブロック１３１０で、分散剤とアニオン性界面活性剤が溶液に混合される。溶液は、所望のイオン強度を有し得る。一部の実施では、溶液は、緩衝剤と水の一方または両方を含む。一部の実施では、分散剤は、ポリアクリル酸ナトリウム、ｎ−ケイ酸ナトリウム、テトラピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリアルミン酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、三リン酸ナトリウム、クエン酸ナトリウムまたはそれらの組み合わせを含み、そして、アニオン性界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ポリソルベート、オクチルフェノールエトキシレートまたはそれらの組み合わせを含む。
【００５６】
方法１３００のブロック１３２０で、複数の炭酸カルシウム粒子を溶液に加えてスラリーを形成し、スラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約２．０重量％以下である。一部の実施において、スラリー中の炭酸カルシウム粒子の濃度は、約０．０５重量％〜約１．０重量％である。複数の炭酸カルシウム粒子は、溶液中に懸濁していてもよい。スラリーのゼータ電位は、約−３０ｍＶ以下、約−４０ｍＶ以下、約−５０ｍＶ以下または約−６０ｍＶ以下であり得る。例えば、スラリーのゼータ電位は、約−５０ｍＶ以下である。複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径は比較的小さくてもよく、その平均直径は、約５μｍ以下、約１０ｎｍ〜約３μｍ、約３０ｎｍ〜約２μｍ、約３００ｎｍ〜約２μｍまたは約５００ｎｍ〜約１μｍであり得る。一部の実施では、炭酸カルシウム粒子の総数の約５％未満が、約４μｍより大きい直径を有する。
【００５７】
一部の実施では、方法１３００のブロック１３３０において、複数の炭酸カルシウム粒子が、溶液中の炭酸カルシウム粒子の懸濁を維持するために、任意で経時的に混合される。一部の実施では、複数の炭酸カルシウム粒子を、溶液に少なくとも６日間懸濁させ得る。一部の実施において、複数の炭酸カルシウム粒子は、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、ダイアフラムポンプ、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプのうちの１つ以上を使用して混合され得る。
【００５８】
安定な炭酸カルシウムスラリーを含む組成物を配合することができ、そのスラリーは、溶液に懸濁した複数の炭酸カルシウム粒子を含み、その溶液は、分散剤および界面活性剤を含む。スラリー中の複数の炭酸カルシウム粒子の濃度は、比較的低く、例えば、約５．０重量％以下、約２．０重量％以下または約０．０５重量％〜約１．０重量％である。複数の炭酸カルシウム粒子の平均直径は、比較的小さくてもよく、平均直径は、約５μｍ以下、約１０ｎｍ〜約３μｍ、約３０ｎｍ〜約２μｍ、約３００ｎｍ〜約２μｍまたは約５００ｎｍ〜約１μｍであり得る。一部の実施では、炭酸カルシウム粒子の総数の約５％未満が、約４μｍより大きい直径を有する。分散剤および界面活性剤は、スラリーのゼータ電位を低くするように構成され得る。一部の実施では、スラリーのゼータ電位は、約−３０ｍＶ以下、約−４０ｍＶ以下、約−５０ｍＶ以下または約−６０ｍＶ以下であり得る。一部の実施において、スラリー中の分散剤の濃度は、約０．１重量％〜約０．５重量％である。その炭酸カルシウムスラリーは、凝集に耐性があり、長期間懸濁液中にとどまり得る。
【００５９】
上述の炭酸カルシウムスラリーの組成物は、基板を研磨する方法で実施することができる。一部の実施では、基板は、少なくとも部分的に軟質材料を含む、または軟質材料でコーティングされている。例えば、軟質材料は、有機高分子ヒドロゲルを含み得る。一部の実施では、基板は、複数の特徴を含むことができ、特徴のそれぞれは、約０．５ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１ｎｍ〜約１００ｎｍまたは約５ｎｍ〜約５０ｎｍの直径を有する。軟質材料を有する基板または軟質材料でコーティングされた基板を研磨することは、基板を実質的に傷つけることなく行い得る。一部の実施では、方法は、基板を研磨する前に、溶液中の複数の炭酸カルシウム粒子を、マグネチックスターラーバー、インペラー型ミキサー、ダイアフラムポンプ、スラリーポンプ、蠕動ポンプおよび高圧ポンプのうちの１つ以上を使用して、分散剤およびアニオン性界面活性剤と混合することをさらに含む。本開示で使用される場合、用語「含む」、「含む」、「含む」および「含む」は、排他的または網羅的な意味とは対照的な包括的な意味で解釈されるべきである。
【００６０】
前述の概念のすべての組み合わせ（そのような概念が相互に矛盾しない限り）は、本明細書で開示される本発明の主題の一部として意図されることを理解されたい。特に、本開示の最後に現れる特許請求された主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示された本発明の主題の一部であると考えられる。簡潔にするために、これらの順列および組み合わせの多くは、本明細書では個別に説明および／または図示しない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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