用于金属合金CMP的化学机械抛光组合物的制作方法

本发明属于化工，具体涉及一种用于金属合金cmp的化学机械抛光组合物。

背景技术：

1、化学机械抛光(cmp)组合物和方法通常用于镜面抛光和平滑各种基材(如金属、金属合金、矿物和塑料)的表面。cmp组合物也称为抛光浆料、cmp浆料或抛光组合物。这些组合物通常是水溶液，包含分散在组合物中的各种化学添加剂和磨粒。cmp组合物和方法对于诸如金属和金属合金的各种基材的抛光是很重要的，极大地影响诸如基材的材料去除、平坦化和基材表面的缺陷率等因素。

2、金属基材、金属合金基材和矿物基材的抛光可以在许多不同的应用中找到，例如车辆、船舶、飞机、管道、光反射器、容器、扶手、厨具、炊具、建筑金属、珠宝的金属部件等。本发明特别适用于抛光铁合金基材，例如不锈钢。不锈钢具有特别好的耐腐蚀性，不锈钢的抛光用在各种应用中，如机械、炊具、工具、结构材料、运输设备、消费电子设备的零件等。

3、含有铁金属合金的材料经常用含有铝氧化物(氧化铝)磨粒的cmp组合物抛光以获得镜面加工的基材。对于许多金属合金应用，需要能实现低表面粗糙度、高亮度和视觉上吸引人的镜面效果的、包含氧化铝磨粒的cmp组合物。然而，氧化铝磨粒很容易在金属合金基材上造成凹坑、划痕和其他表面缺陷。由于缺氧和不锈钢保护性钝化膜的局部破坏，此类表面缺陷会导致不锈钢等黑色金属合金出现腐蚀问题。客户在日常使用过程中，表面缺陷部位容易受到污垢和细菌等污染。仍然需要可实现低表面粗糙度和缺陷数目少的、适用于抛光金属合金基材的包含氧化铝磨粒的cmp组合物。

4、为了降低制造成本、废品数目和环境负担，cmp组合物通常在金属合金基材的抛光过程中再循环。例如，cmp组合物用于抛光，从抛光装置中排出，收集在罐中，并再循环回到抛光装置中用于进一步抛光。因此，需要具有长的再循环时间的包含氧化铝磨粒的cmp组合物。再循环时间是指组合物可以再循环用于基材的化学机械抛光而基本不损失抛光性能(如材料去除率)的时间。然而，当再循环时cmp组合物的活性经常随时间降低。这可能是例如由于抛光过程中氧化铝颗粒的磨损、破裂和缩减，或者是由于氧化铝颗粒的化学变化导致活性降低。cmp组合物的抛光活性降低导致cmp组合物可再循环用于抛光的时间减少，并且需要更换cmp组合物，导致制造成本和环境负担增加。仍然需要可实现再循环时间增加的、适用于抛光金属合金基材的包含氧化铝磨粒的cmp组合物。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是克服现有技术的问题。具体来说，本发明的一个目的是提供一种用于抛光含金属合金的基材的新型cmp组合物，其一方面在基材表面引起的缺陷(如凹坑和划痕)较少，另一方面可以实现再循环时间的增加。

2、本发明解决了上述问题，本发明的cmp组合物包含氧化铝磨粒、粘土、水溶性聚合物，其中氧化铝磨粒在组合物中2.5-4的ph下具有至少8mv的zeta电位，其中水溶性聚合物具有至多17,000g/mol的分子量。

3、cmp组合物(本文称为“组合物”)包含分散在水性载体中的磨粒。磨粒可以帮助在抛光过程中从基材表面去除材料。优选所述磨粒是选自铈氧化物(二氧化铈)、铝氧化物(氧化铝)、硅氧化物(二氧化硅)、锆氧化物(氧化锆)、钛氧化物(二氧化钛)、锗氧化物(氧化锗)、镁氧化物(氧化镁)、镍氧化物、镓氧化物(氧化镓)、钇氧化物(氧化钇)及其组合的金属氧化物磨粒。优选所述磨粒包含至少67wt(重量)％、更优选至少74wt％、更优选至少81wt％、更优选至少88wt％、最优选至少93wt％的氧化铝。在特别优选的实施方案中，所述磨粒是氧化铝磨粒。

4、在使用时，所述组合物优选包含至少0.02wt％、更优选至少0.3wt％、更优选至少1.2wt％、更优选至少3.2wt％、最优选至少4.6wt％的磨粒。本文所用术语“使用时”是指在cmp过程中将所述组合物应用到基材表面的时刻。如果磨粒的浓度太高，则所述组合物会在cmp过程中造成不希望的表面缺陷，如基材划痕。因此，在使用时，所述组合物优选包含至多36.7wt％、更优选至多21.1wt％、更优选至多18.2wt％、更优选至多15.8wt％、最优选至多13.2wt％的磨粒。在优选的实施方案中，所述组合物包含0.02wt％至36.7wt％、更优选0.3wt％至21.1wt％、更优选1.2wt％至18.2wt％的磨粒。

5、如本领域技术人员所知，氧化铝磨粒可作为热解法氧化铝或处于不同的晶相中，例如α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、σ-氧化铝、κ-氧化铝、η-氧化铝、χ-氧化铝和p-氧化铝及其组合。优选所述氧化铝磨粒选自α-氧化铝、β-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、σ-氧化铝、θ-氧化铝及其混合物。

6、已发现，与具有其他晶相的氧化铝磨粒相比，α-氧化铝可在cmp过程中导致更高的基材材料去除率。因此，氧化铝磨粒优选包含至少6wt％、更优选至少11wt％、更优选至少18wt％、更优选至少24wt％、最优选至少31wt％的α-氧化铝。如本领域技术人员所知，α-氧化铝的量可以通过x射线衍射(xrd)，例如用d8 x射线衍射仪(bruker corp)从(113)面的积分强度比获得。然而，大量的α-氧化铝会导致基材表面划痕和凹坑等缺陷的数目增加。令人惊奇地发现，本发明的组合物即使在α-氧化铝含量低的情况下也能表现出高材料去除率，从而实现基材中的缺陷数目较少。因此，所述氧化铝磨粒包含至多96wt％、更优选至多91wt％、更优选至多86wt％、更优选至多81wt％、更优选至多76wt％、最优选至多68wt％的α-氧化铝。在优选的实施方案中，所述氧化铝磨粒包含6wt％至96wt％、更优选11wt％至91wt％、更优选18wt％至86wt％的α-氧化铝。

7、优选所述氧化铝磨粒包含α-氧化铝和具有非α晶相的氧化铝的混合物。具有非α晶相的氧化铝可为除α-氧化铝之外的任何氧化铝，例如β-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、σ-氧化铝、κ-氧化铝、η-氧化铝、χ-氧化铝和p-氧化铝或其组合。优选具有非α晶相的氧化铝选自β-氧化铝、γ-氧化铝、δ-氧化铝、σ-氧化铝、θ-氧化铝及其组合。优选所述氧化铝磨粒包含至少两种晶相，更优选至少三种晶相。在实施方案中，所述氧化铝磨粒包含至少四种晶相。优选所述氧化铝磨粒包括至少3wt％、更优选至少8wt％、更优选至少15wt％、更优选至少21wt％、最优选至少29wt％的具有非α晶相的氧化铝。已发现，如本文所述的氧化铝磨粒会引起基材表面缺陷数目减少，以及基材表面的表面粗糙度降低，从而有助于改善视觉上吸引人的镜面加工，具有明亮、发光和反射性表面。

8、所述磨粒可以作为单个颗粒、聚集体、附聚物及其混合物存在于所述组合物中。单个颗粒可以例如通过范德华力和静电相互作用彼此附着，从而形成超过一个的单个颗粒的聚集体。聚集体本身可以例如通过物理相互作用进一步彼此附着，形成一个以上聚集体的附聚物。聚集体和附聚物的形成是可逆的。本文所用的术语磨粒是指单个颗粒、聚集体和附聚物。

9、已发现在cmp处理过程中，单个颗粒的大量聚集和附聚会导致基材表面出现更多缺陷，如划痕和凹坑。单个颗粒以及聚集体和附聚物的数目可以由本领域技术人员通过透射电子显微镜(tem)或扫描电子显微镜(sem)图像确定。分析应基于统计学上有意义的大量随机选择的颗粒，例如至少300个。优选所述磨粒的聚集体和附聚物的总和至多为磨粒的68.9wt％、更优选至多56.7wt％、更优选至多45.4wt％、更优选至多32.3wt％，最优选至多22.1wt％。较少的聚集体和附聚物可以例如通过解聚如过滤、研磨和本领域技术人员已知的其他过程来实现。

10、所述磨粒的平均粒径(直径)会影响材料去除率。如本领域技术人员所知，平均粒径可以通过激光衍射测量(例如使用来自horiba的la-960)获得。通过该测量获得的曲线图提供了具有一定尺寸的颗粒的累积体积百分比。平均粒径(d50)是50体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。d50较小会使材料去除率降低。优选所述磨粒具有激光衍射测量为至少0.09μm、更优选至少0.41μm、更优选至少1.28μm、更优选至少1.72μm、最优选至少2.01μm的d50。然而，如果d50太大，则在cmp处理过程中会出现大量不希望的表面缺陷，例如划痕和凹坑。因此，所述磨粒优选具有激光衍射测量为至多14.24μm、更优选至多12.17μm、更优选至多9.58μm、更优选至多5.37μm、最优选至多3.48μm的d50。在优选的实施方案中，所述磨粒具有激光衍射测量为0.41μm至12.17μm、更优选为1.28μm至9.58μm、更优选为1.72μm至5.37μm、更优选为2.01μm至3.48μm的d50。

11、d10是10体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。发现较小的d10可以在cmp处理过程中实现较小的表面粗糙度。优选所述磨粒具有激光衍射测量为至多10.01μm、更优选至多7.21μm、更优选至多3.77μm、更优选至多1.58μm、更优选至多0.63μm、最优选至多0.41μm的d10。然而，d10较小会降低材料去除率。优选所述磨粒具有激光衍射测量为至少0.009μm、更优选至少0.02μm、更优选至少0.04μm、更优选至少0.08μm、最优选至少0.11μm的d10。在优选的实施方案中，所述磨粒具有激光衍射测量为0.02μm至3.77μm、更优选0.04μm至1.58μm、更优选0.08μm至0.63μm、最优选0.11μm至0.41μm的d10。

12、d90是90体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。磨粒的d90较高会导致较高的材料去除率。优选所述磨粒具有激光衍射测量为至少0.16μm、更优选至少1.58μm、更优选至少2.15μm、更优选至少3.26μm、最优选至少4.4μm的d90。然而，如果d90太大，则在cmp处理过程中会出现大量不希望的表面缺陷，例如划痕和凹坑。优选所述磨粒具有激光衍射测量为至多81.31μm、更优选至多61.48μm、更优选至多32.63μm、更优选至多18.97μm、更优选至多12.58μm、最优选至多8.12μm的d90。在优选的实施方案中，所述磨粒具有激光衍射测量为1.58μm至32.63μm、更优选2.15μm至18.97μm、更优选3.26μm至12.58μm、最优选4.4μm至8.12μm的d90。

13、本发明的磨粒应具有宽的粒径分布。发现粒径分布宽可以提高cmp处理过程中的材料去除率。在cmp处理过程中，粒径分布宽可以增加基材表面的颗粒堆积密度(降低空隙的体积)。发现粒径分布宽与较低的表面粗糙度有关。较宽的粒径分布通常与基材表面的大量缺陷有关。令人惊奇地发现，本发明的磨粒即使粒径分布宽也可以使诸如划痕和凹坑等缺陷较少。

14、通常，粒径分布宽会使材料去除率更高，这是由于较大颗粒的数目更多，以及在cmp处理过程中磨粒更好装载。然而，粒径分布宽通常与基材表面中缺陷数量较多有关。令人惊奇地发现，本发明的磨粒即使粒径分布宽也可以使基材表面中的缺陷更少。粒径分布的宽度可以用粒径分布因子来描述。本文所用的粒径分布因子是指通过公式(d90-d10)/d50获得的值。粒径分布宽提供大的粒径分布因子，而粒径分布窄提供小的粒径分布因子。d90、d10和d50可以如上所述通过激光衍射获得。发现较大的粒径分布因子会导致较高的去除率，同时在cmp处理过程中在基材表面引起较少的缺陷，例如划痕。优选所述磨粒具有至少0.7、更优选至少0.9、更优选至少1.2、更优选至少1.4、最优选至少1.6的粒径分布因子。

15、所述磨粒应具有小的陡度因子。本文所用的陡度因子指的是通过公式(d30/d70)*100得到的值。d30和d70可以如上所述通过激光衍射获得。d30是30体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。d70是70体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。粒径分布宽提供小的陡度因子，而粒径分布窄提供大的陡度因子。令人惊奇地发现，本发明的具有小陡度因子的磨粒表现出高材料去除率，同时在基材中实现了较低的表面粗糙度和较少的表面缺陷。因此，所述磨粒优选具有至多95、更优选至多83、更优选至多72、最优选至多61的陡度因子。优选所述磨粒优选具有至少为11、更优选至少23、更优选至少27、更优选至少31、最优选至少39的陡度因子。

16、优选所述磨粒具有激光衍射测量为0.05μm至12.04μm、更优选0.81μm至7.12μm、更优选1.12μm至2.58μm的d30。优选所述磨粒具有激光衍射测量为0.12μm至42.91μm、更优选1.71μm至20.45μm、更优选2.68μm至8.53μm的d70。

17、在实施方案中，所述磨粒优选具有超过一个最大值的粒径分布。例如，所述磨粒可具有两个最大值、三个最大值或多个最大值的粒径分布。最大值指的是粒径分布图的局部最大值和绝对最大值(如在微分方程中通常理解的那样)。如本领域技术人员所知，粒径分布图可以如上所述由粒径分布测量获得，其中相对于颗粒的体积百分比(y轴)对粒径(x轴)作图。已发现具有超过一个最大值的粒径分布使基材中的缺陷较少。

18、所述磨粒应具有小的斜率因子。本文所用的术语斜率因子指的是粒径分布图的上升斜率除以下降斜率的绝对值(意思是不考虑其符号)。粒径分布图可以如上所述获得。本文使用的术语上升斜率是指从p_d01到p_max绘制的切线(直线)的斜率。本文使用的术语下降斜率是指从p_max到p_d99绘制的切线(直线)的斜率。p_d01是指粒径分布图中粒径等于d01的点。d01是如上所述通过激光衍射获得的粒径，1体积％的颗粒具有小于d01的粒径。p_d99是指粒径分布图中粒径等于d99的点。d99是如上所述通过激光衍射获得的粒径，99体积％的颗粒具有小于d99的粒径。p_max是指粒径分布图的绝对最大值，即粒径分布图中具有最大体积％颗粒的点。斜率因子较小例如可以是较小颗粒比较大颗粒的分布更宽的结果，这会增加cmp处理过程中基材表面上的颗粒堆积密度。发现斜率因子较小使基材中的缺陷较少，并且可以实现较小的表面粗糙度。较小的斜率因子可以例如通过改善颗粒的分散以及之后较少聚集和附聚的颗粒来实现。因此，所述磨粒优选具有至多18.1、更优选至多10.3、更优选至多7.7、更优选至多5.2、更优选至多3.8、最优选至多3.4的斜率因子。

19、所述磨粒应具有合适的bet表面积。bet表面积可以由本领域技术人员使用brunauer-emmett-teller法通过在磨粒表面上吸附氮来测量。颗粒的表面积较大可以增加颗粒与基材的接触面积，从而提高材料去除率。因此，所述磨粒优选具有至少2.1m2/g、更优选至少6.4m2/g、更优选至少10.1m2/g、最优选至少16.3m2/g的bet表面积。优选所述磨粒具有至多为94.7m2/g、更优选至多81.2m2/g、更优选至多72.9m2/g、最优选至多60.6m2/g的bet表面积。

20、优选所述磨粒带有正电荷。电荷是指zeta电位，可以通过例如mastersizer s(malvern instruments)测量。如本领域技术人员所知，zeta电位是指在组合物内的移动流体与附着于分散在所述组合物中的磨粒上的流体稳定层之间的界面处的电位。zeta电位取决于组合物的ph值。zeta电位更高导致粒子之间静电排斥更强，从而增加粒子在组合物中分散体的稳定性。优选所述磨粒在组合物中在2.5至4的ph下具有至少8mv、更优选至少13mv、更优选至少18mv、最优选至少26mv的zeta电位。优选所述磨粒在组合物中在2至5的ph下具有至多80mv、更优选至多75mv、更优选至多70mv、最优选至多60mv的zeta电位。优选所述磨粒在组合物中在2.5至4的ph下具有8mv至80mv、更优选13mv至75mv、更优选18mv至70mv、更优选26mv至60mv的zeta电位。

21、所述组合物应具有高粘度。粘度可以用ndj-8s粘度计(上海力辰仪器科技有限公司)在25℃下以mpa*s(毫帕秒)为单位测量。组合物的高粘度可以例如通过本发明的粘土实现。优选所述组合物在25℃下作为2％溶液测量时具有至少3.9mpa*s、更优选至少7.4mpa*s、最优选至少10.4mpa*s的粘度。优选所述组合物在25℃下作为2％溶液测量时具有至多58.3mpa*s、更优选至多49.3mpa*s、最优选至多40.1mpa*s的粘度。发现本发明的粘度可以降低磨粒的聚集和附聚，并且实现基材表面较少的缺陷。

22、所述组合物还包含一种或多种化学添加剂。该化学添加剂可以在cmp处理过程中例如与磨粒和/或与基材和/或与抛光垫相互作用。该相互作用可以基于例如氢键、范德华力、静电力等。所述化学添加剂可以是适合用作例如去除率促进剂、抛光率抑制剂、表面活性剂、增稠剂、调节剂、络合剂、螯合剂、生物杀灭剂、分散剂、氧化剂、成膜剂、蚀刻抑制剂、催化剂、终止化合物、溶解抑制剂或其组合的任何成分。

23、所述组合物包含水性载体。所述磨粒和化学添加剂悬浮在水性载体中。该水性载体使磨粒和化学添加剂能够在cmp处理过程中与基材和抛光垫接触。该水性载体可以是适合用于悬浮磨粒和化学添加剂的任何组分。该水性载体的实例有水、醚类(如二□烷和四氢呋喃)、醇类(如甲醇和乙醇)以及它们的组合。优选该水性载体含至少50wt％水、更优选至少70wt％水、更优选至少90wt％水、更优选至少95wt％水、最优选至少99wt％水。优选所述水是去离子水。

24、优选所述组合物在使用时包含ph调节剂。该ph调节剂帮助组合物实现合适的ph。该ph调节剂可以是酸或其盐。该酸或其盐可以是有机酸、无机酸或其组合。

25、有机酸的实例有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、甲基丁酸、己酸、二甲基丁酸、乙基丁酸、甲基戊酸、庚酸、甲基己酸、辛酸、乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、水杨酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、马来酸、苹果酸、邻苯二甲酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、二甘醇酸、呋喃羧酸、四氢呋喃酸、甲氧基乙酸、甲氧基苯乙酸、苯氧基乙酸、甲磺酸、乙磺酸、磺基琥珀酸、苯磺酸、甲苯磺酸、苯基膦酸、羟乙基二膦酸及其组合。

26、无机酸的实例有盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、硼酸、碳酸、次磷酸、亚磷酸、磷酸及其组合。

27、优选所述ph调节剂是有机酸。在特别优选的实施方案中，所述无机酸选自硫酸、硝酸、磷酸及其组合。发现本发明的ph调节剂可以增加cmp处理期间基材的材料去除率。所述组合物可以包含浓度适合于实现本发明的ph的ph调节剂。

28、所述组合物还任选包含ph缓冲剂。该ph缓冲剂帮助维持组合物合适的ph。该ph缓冲剂可以是任何合适的缓冲剂。该ph缓冲剂可以例如是磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、硼酸盐、铵盐或其组合。所述组合物可以包含浓度适合维持本发明的ph的ph缓冲剂。

29、所述组合物的ph影响cmp处理过程中基材的去除率。已发现碱性ph会导致材料去除率较低。因此，该组合物优选在使用时具有至多7.0、更优选至多6.5、更优选至多6.0、更优选至多5.5、更优选至多5.0、最优选至多4.5的ph。

30、优选所述组合物包含粘土。本文所用的术语粘土是指层状硅酸盐。粘土可以是天然粘土、合成粘土、改性粘土或其组合。合成粘土可以购买或例如通过固相反应法、熔融合成法或水热合成法合成。粘土的实例有高岭土(例如高岭石、地开石、埃洛石、珍珠陶土)、蒙脱石(例如皂石、锂蒙脱石、绿脱石、贝得石、菱镁石、膨润土、蒙脱石)、伊利石(例如云母如金云母、黑云母、铁锂云母、白云母、海绿石)、绿泥石、坡缕石、海泡石、蛭石、滑石、叶蜡石、此类粘土的改性物及其组合。

31、粘土包括含有两个融合的四面体片和位于其间的八面体片的单元。所述八面体片可包含金属氢氧化物。粘土的金属氢氧化物可以是例如铝、铁、碱金属(例如锂、钠、钾、铷、铯)、碱土金属(例如镁、钙、铍、锶、钡)、卤素(例如氟、氯、碘、溴)的氢氧化物及其组合。优选所述粘土包括选自氢氧化铝、碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物及其组合的金属氢氧化物。在特别优选的实施方案中，所述粘土包括氢氧化铝。

32、所述单元之间可以有阳离子，例如碱金属离子、碱土金属离子及其组合。在优选的实施方案中，所述粘土包含选自碱金属、碱土金属及其组合的阳离子。在特别优选的实施方案中，所述粘土包含阳离子，其中所述阳离子是碱金属和碱土金属的组合。

33、发现本发明的包含粘土的组合物可以实现较低的表面粗糙度和基材表面较少的缺陷。还发现本发明的粘土可以减少再循环过程中颗粒的缩减，并增加组合物的再循环时间。

34、优选在使用时，所述组合物包含至少0.0003wt％、更优选至少0.001wt％、更优选至少0.004wt％、更优选至少0.011wt％、最优选至少0.019wt％的粘土。然而，粘土的量不应太高，因为它会阻碍磨粒与基材表面的相互作用，从而降低cmp处理过程中的材料去除率。因此，在使用时，所述组合物优选包含至多4.6wt％、更优选至多2.3wt％、更优选至多1.3wt％、更优选至多0.87wt％、最优选至多0.10wt％的粘土。在优选的实施方案中，在使用时，所述组合物包含0.0003wt％至4.6wt％、更优选0.001至2.3wt％、更优选0.004wt％至1.3wt％、更优选0.011wt％至0.87wt％、更优选0.019wt％至0.10wt％的粘土。

35、所述粘土和磨粒应具有合适的重量百分比。据发现，所述颗粒与粘土的重量百分比较小会造成材料去除率降低。优选在使用时，所述磨粒与粘土的重量百分比至少为50、更优选至少为100、更优选至少为200、最优选至少为300。发现所述磨粒与粘土的重量百分比大会增加再循环过程中颗粒的缩减，并且会减少再循环时间。因此，在使用时，所述磨粒与粘土的重量百分比优选为至多4,000、更优选至多2,900、更优选至多1,300、最优选至多800。在优选的实施方案中，所述磨粒与粘土的重量百分比为50至4,000、更优选为100至2,900、更优选为200至1,300、更优选为300至800。

36、所述粘土可以例如通过范德华力和氢键与磨粒相互作用。粘土可以在磨粒之间产生空间位阻。因此，粘土可以减少磨粒的聚集、附聚和沉降，并且调节磨粒与基材表面的相互作用。所述粘土包含颗粒。粘土的粒径分布对于粘土与磨粒的相互作用以及磨粒的空间位阻是很重要的。因此，所述粘土应具有相对于磨粒的粒径分布合适的粒径分布。粘土的粒径分布可以如上所述通过激光衍射测量，例如使用来自horiba的la-960仪器。

37、所述磨粒的陡度因子与粘土的陡度因子应具有合适的比例。如上所述，陡度因子可以通过公式(d30/d70)*100得到。d30和d70可以由上述的粒径分布获得。优选所述磨粒的陡度因子与粘土的陡度因子之比为至少0.10、更优选至少0.14、更优选至少0.26、更优选至少0.32、更优选至少0.47、更优选至少0.52、最优选至少0.64。优选所述磨粒的陡度因子与粘土的陡度因子之比为至多10.00、更优选至多5.14、更优选至多4.45、更优选至多3.35、更优选至多2.24、更优选至多1.67、最优选至多1.31。优选所述磨粒的陡度因子与粘土的陡度因子之比为0.14至5.14、更优选0.26至4.45、更优选0.32至3.35、更优选0.47至2.24、更优选0.52至1.67、更优选0.64至1.31。已发现，本文所述的磨粒的陡度因子与粘土的陡度因子之比可降低cmp处理期间组合物再循环过程中磨粒的颗粒缩减，并可增加组合物的再循环时间。

38、所述磨粒的斜率因子与粘土的斜率因子应具有合适的比例。优选所述磨粒的斜率因子与粘土的斜率因子之比为至少0.01、更优选至少0.04、更优选至少0.13、更优选至少0.19、更优选至少0.26、最优选至少0.31。优选所述磨粒的斜率因子与粘土的斜率因子之比为至多10.00、更优选至多3.44、更优选至多2.92、更优选至多2.18、更优选至多1.64、更优选至多1.12。已发现，本文所述的磨粒的斜率因子与粘土的斜率因子之比可以降低cmp处理期间组合物再循环过程中磨粒的颗粒缩减，并且可以增加组合物的再循环时间。

39、所述磨粒的粒径分布因子与粘土的粒径分布因子应具有合适的比例。优选所述磨粒的粒径分布因子与粘土的粒径分布因子之比为至少0.10、更优选至少0.51、更优选至少0.67、更优选至少0.76、更优选至少0.88、更优选至少0.96。优选所述磨粒的粒径分布因子与粘土的粒径分布因子之比为至多20.00、更优选至多15.79、更优选至多12.52、更优选至多9.27、更优选至多6.41、更优选至多3.93。已发现，本文所述的磨粒的粒径分布因子与粘土的粒径分布因子之比可降低cmp处理期间组合物再循环过程中磨粒的颗粒缩减，并可增加组合物的再循环时间。

40、优选所述组合物包含水溶性聚合物。该水溶性聚合物可以是均聚物、共聚物或它们的组合。该水溶性聚合物在组合物中可以是中性的，可以带正电荷或者带负电荷。本文所用的术语“水溶性”是指在水中25℃下具有至少0.1mg/ml溶解度的聚合物。优选所述水溶性聚合物在25℃下自由溶于水。

41、所述水溶性聚合物的实例有聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯乙酰胺、聚甘油、聚乙二醇(peg)、聚丙二醇(ppg)、聚四亚甲基二醇(ptmg)、聚四亚甲基醚二醇(ptmeg)、官能化peg、疏水改性peg、聚环氧乙烷、聚乙二醇(peg)-聚丙二醇(ppg)嵌段共聚物、聚醚多元醇共聚物、脂肪醇烷氧基化物、封端脂肪醇烷氧基化物、环氧烷乙二胺加合物、聚乙基□唑啉、聚羧酸(如聚丙烯酸)、聚丙烯酸酯、聚磺酸(例如聚膦酸、聚苯乙烯磺酸)、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、脱水山梨糖醇单油酸酯、氧亚烷基聚合物、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)的共聚物、聚(甲基丙烯酸羟乙酯)的共聚物、多糖、纤维素衍生物(如羟丙基纤维素、羟乙基纤维素)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、合成聚合物(例如黄原胶、藻酸钠)及其组合。优选所述水溶性聚合物是非离子均聚物。在特别优选的实施方案中，所述水溶性非离子均聚物是聚醚。发现本发明的水溶性聚合物可以增加cmp处理过程中组合物的再循环时间。还发现本发明的水溶性聚合物可以减少基材中的缺陷数目。

42、所述水溶性聚合物应具有合适的分子量(mw)。本文所用的水溶性聚合物的分子量是指水溶性聚合物的重均分子量。优选水溶性聚合物具有至少10g/mol、更优选至少20g/mol、更优选至少40g/mol、更优选至少60g/mol、最优选至少80g/mol的分子量。据发现，高分子量的水溶性聚合物会降低cmp处理过程中的材料去除率。令人惊奇地发现，低分子量的水溶性聚合物可以在基材表面实现更少的缺陷，同时在cmp处理过程中实现高材料去除率。因此，所述水溶性聚合物优选具有至多17,000g/mol、更优选至多13,000g/mol、更优选至多10,000g/mol、更优选至多7,500g/mol、更优选至多5,000g/mol、更优选至多4,000g/mol的分子量。在优选的实施方案中，所述水溶性聚合物的分子量为10g/mol至17,000g/mol、更优选为20g/mol至13,000g/mol、更优选为40g/mol至10,000g/mol、更优选为60g/mol至75000g/mol、更优选为80g/mol至5,000g/mol。

43、优选在使用时，所述组合物包含至少0.0001wt％、更优选至少0.001wt％、更优选至少0.007wt％、更优选至少0.013wt％、最优选至少0.021wt％的水溶性聚合物。然而，水溶性聚合物的量不应太高，因为它会降低基材的材料去除率。因此，在使用时，所述组合物优选包含至多9.7wt％、更优选至多4.4wt％、更优选至多2.3wt％、更优选至多1.2wt％、最优选至多0.14wt％的水溶性聚合物。在优选的实施方案中，在使用时，所述组合物包含0.0001wt％至9.7wt％、更优选0.001wt％至4.4wt％、更优选0.007wt％至2.3wt％、更优选0.013wt％至1.2wt％的水溶性聚合物。

44、所述聚合物和磨粒应具有合适的重量百分比。已发现水溶性聚合物与粘土的重量百分比低会增加基材中的缺陷数目。优选在使用时，所述水溶性聚合物与粘土的重量百分比至少为1、更优选至少为1.2、更优选至少为1.8、更优选至少为2.2、最优选至少为2.5。发现水溶性聚合物与粘土的重量百分比高会降低材料去除率。因此在使用时，所述水溶性聚合物与粘土的重量百分比优选为至多1000、更优选至多600、更优选至多300、更优选至多100、最优选至多50。优选在使用时，所述水溶性聚合物与粘土的重量百分比为1至1000、更优选1.2至600、更优选1.8至300、更优选2.2至100、更优选2.5至50。

45、优选所述组合物包含氨基酸。根据基材的不同，氨基酸可以与基材表面相互作用，并在cmp处理期间起到腐蚀抑制剂和螯合剂的作用。氨基酸可以是蛋白氨基酸(例如丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸、缬氨酸、硒代半胱氨酸、吡咯赖氨酸)、非蛋白氨基酸(例如鸟氨酸、瓜氨酸、肉碱、γ-氨基丁酸、左旋甲状腺素、β-丙氨酸、氨基异丁酸)或其组合。优选所述氨基酸是蛋白氨基酸。在优选的实施方案中，所述氨基酸的分子量至多为150g/mol、更优选至多140g/mol、更优选至多130g/mol、最优选至多120g/mol。发现本发明的氨基酸可以减少cmp处理过程中基材中的缺陷数目。

46、优选在使用时，所述组合物包含至少0.002wt％、更优选至少0.02wt％、更优选至少0.12wt％、更优选至少0.28wt％、最优选至少0.46wt％的氨基酸。优选在使用时，所述组合物包含至多18.3wt％、更优选至多9.8wt％、更优选至多6.3wt％、更优选至多4.3wt％、最优选至多2.9wt％的氨基酸。在优选的实施方案中，在使用时，所述组合物包含0.002wt％至18.3wt％、更优选0.02wt％至9.8wt％、更优选0.12wt％至6.3wt％、更优选0.28wt％至4.3wt％、更优选4.3wt％至2.9wt％的氨基酸。

47、优选所述组合物包含氧化剂。根据基材的不同，氧化剂可以与基材表面反应并促进cmp处理过程中的材料去除。氧化剂的实例有无机或有机过化合物(per-compound)，例如过氧化氢、过碳酸盐、有机过氧化物(例如过氧化苯甲酰)、过乙酸、二叔丁基过氧化物、单过硫酸盐、二过硫酸盐、过氧化钠、过氧化脲、高氯酸盐、过硫酸盐及其组合。氧化剂的其他实例有过碘酸、过碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、过氯酸、过氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐、高锰酸盐、溴酸盐、氯酸盐、铬酸盐、碘酸盐、碘酸、硝酸盐化合物及其组合。

48、在特别优选的实施方案中，所述氧化剂是硝酸盐化合物。硝酸盐化合物的实例有硝酸铁、硝酸钡、硝酸钕镨、亚硝酸镍、硝酸钾、硝酸铝、硝酸钠、硝酸铀酰、硝酸铵、硝酸铈及其组合。已发现，与其他氧化剂(例如无机或有机过化合物)相比，硝酸盐化合物可在cmp处理期间使基材表面的缺陷更少。因此，在特别优选的实施方案中，所述氧化剂不是过化合物。

49、优选在使用时，所述组合物包含至少0.02wt％、更优选至少0.31wt％、更优选至少1.24wt％、更优选至少3.16wt％、最优选至少6.1wt％的氧化剂。优选在使用时，所述组合物包含至多27.3wt％、更优选至多21.1wt％、更优选至多17.3wt％、更优选至多13.6wt％、最优选至多11.8wt％的氧化剂。在优选的实施方案中，所述组合物包含0.02wt％至27.3wt％、更优选0.31wt％至21.1wt％、更优选1.24wt％至17.3wt％、更优选3.16wt％至13.6wt％、更优选6.1wt％至11.8wt％的氧化剂。

50、优选所述组合物包含有机酸。该有机酸可以与基材表面发生化学反应，并根据基材不同起螯合剂的作用。术语有机酸是指具有至少一个酸基的有机化合物。该有机酸可具有一个酸基、两个酸基、三个酸基或多个酸基。该有机酸可以以任何可获得的形式使用，例如酸、共轭酸、共轭碱、盐或其组合。合适的酸基有例如羧基、磺酸基和膦酸基。优选该有机酸是羧酸。

51、所述有机酸的实例有甲酸、乙酸、丙酸、己二酸、亚氨基二乙酸、丁酸、次氮基乙酸、癸酸、己酸、辛酸、柠檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富马酸、乳酸、月桂酸、苹果酸、马来酸、丙二酸、肉豆蔻酸、草酸、棕榈酸、邻苯二甲酸、皮考啉酸、丙酮酸、硬脂酸、琥珀酸、酒石酸、戊酸、甲基丁酸、己酸、二甲基丁酸、乙基丁酸、甲基戊酸、甲基己酸、辛酸、乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、水杨酸、甘油酸、己二酸、庚二酸、多元酸(例如聚丙烯酸酯酸、聚甲基丙烯酸酯酸、聚磺酸、聚膦酸)及其组合。在特别优选的实施方案中，所述有机酸选自亚氨基二乙酸、乳酸、马来酸、丙二酸、柠檬酸、异柠檬酸、次氮基乙酸、草酸、酒石酸、乙酸及其组合。发现本发明的有机酸可以增加cmp处理过程中基材的材料去除率。

52、优选在使用时，该组合物包含至少0.003wt％、更优选至少0.04wt％、更优选至少0.18wt％、更优选至少0.31wt％、最优选至少0.47wt％的有机酸。优选在使用时，所述组合物包含至多17.1wt％、更优选至多10.1wt％、更优选至多6.8wt％、更优选至多4.1wt％、最优选至多2.9wt％的有机酸。在优选的实施方案中，所述组合物包含0.003wt％至17.1wt％、更优选0.04wt％至10.1wt％、更优选0.18wt％至6.8wt％、更优选0.31wt％至4.1wt％、更优选0.47wt％至2.9wt％的有机酸。

53、所述组合物还任选包含一种或多种生物杀灭剂。该生物杀灭剂可以是防止、抑制、减少生长、抑制活性或消除不需要的微生物的任何适当化合物。适当生物杀灭剂的实例有次氯酸钠、甲基异噻唑啉酮、苯并异噻唑酮、氯甲基异噻唑啉酮及其组合。优选所述组合物包含按重量计至少0.6ppm、更优选按重量计至少1.6ppm、更优选按重量计至少2.7ppm、更优选按重量计至少3.8、最优选按重量计至少4.6ppm的生物杀灭剂。高浓度的生物杀灭剂可导致生物杀灭剂与组合物的其他组分以及基材之间发生不希望的相互作用。因此，所述组合物优选包含按重量计至多98ppm、更优选按重量计至多83ppm、更优选按重量计至多74ppm、最优选按重量计至多69ppm的生物杀灭剂。本文所用的ppm是指重量ppm。

54、本发明还提供了一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供化学机械抛光组合物；(b)使基材与化学机械抛光组合物和抛光垫接触；(b)相对于基材移动抛光垫，所述组合物位于两者之间；(c)移除至少一部分基材。步骤(a)提供的cmp组合物是本发明的组合物。该方法可以任选包括其他步骤。

55、所述组合物可以用本领域技术人员已知的合适技术来制备。如上所述的磨粒、粘土和其他化学添加剂可以以任何顺序以合适的量添加到水性载体中以达到所需的浓度。所述磨粒、粘土和其他化学添加剂可以在水性载体中混合和搅拌。ph值可以用上述ph调节剂和ph缓冲剂进行调节，以获得并保持希望的ph。所述磨粒、粘土和其他化学添加剂可以在使用前任何时间(例如一个月、一天、一小时或一分钟)或cmp处理过程中添加。

56、所述组合物可以作为单部分系统、两部分系统或多部分系统提供。例如，作为双部分系统，第一部分可包括磨粒和一种或多种化学添加剂，第二部分可包括粘土和一种或多种其他化学添加剂。第一部分和第二部分可以在cmp处理之前的任何时间(例如一个月、一天、一小时或一分钟)或在cmp处理过程中混合，例如当使用具有多个cmp组合物的供给路径的抛光设备时。

57、所述组合物可以作为浓缩物提供，并且可在使用前用适量的水稀释。所述组合物中各组分的浓缩度可以是任何合适的，例如上述使用时浓度的2倍、3倍、10倍或25倍。例如，所述浓缩物所含磨粒和化学添加剂的浓度使得在用适量水稀释后，磨粒和化学添加剂以上述浓度存在于组合物中。如果所述组合物例如作为两部分系统提供，则一个或两个部分可以作为浓缩物提供。两部分可以不同的浓缩度提供，例如第一部分的浓缩度为三倍，第二部分的浓缩度为五倍。两部分在混合之前可以按任何顺序稀释。

58、在cmp处理过程中，所述组合物应该实现包含黑色金属合金的基材，如不锈钢、碳钢、含铅钢、工具钢和铸钢的高材料去除率。优选所述组合物在cmp处理过程中表现出至少8μm/h、更优选至少13μm/h、更优选至少21μm/h、更优选至少27μm/h的含黑色金属合金的基材的材料去除率。

59、本发明还涉及本发明的组合物的用途。本发明的组合物可用于抛光各种材料。优选本发明的组合物用于化学机械抛光包含一种或多种材料的基材，所述材料包括金属、半金属、金属合金、金属氧化物、半金属氧化物、碳化物、矿物、塑料或其组合。如本领域技术人员已知的，化学机械抛光是指将基材放置在cmp装置内，使其与抛光垫和位于两者之间的cmp组合物接触的过程。所述抛光垫与基材相对移动，以除去部分基材。

60、对于一些材料如金属、金属合金、金属氧化物和矿物，所述组合物用于最终抛光步骤，而对于其他材料如陶瓷和塑料，所述组合物用于中间抛光步骤。

61、可以用本发明的组合物抛光的金属、金属合金和金属氧化物的实例有铁、铁合金(例如钢)、铝、铝合金、钛、钛合金、镍、镍合金、铜、铜合金、可伐合金、白铜、铬镍铁合金、黄铜、铌、青铜、镍银、铍、蒙乃尔合金、钒、哈氏合金、钽、银、金、钼、nimonic合金、waspaloy合金、钨、陶瓷及其组合。所述金属氧化物可以是单晶、多晶、烧结体(陶瓷)或其组合的形式。

62、可以用本发明的组合物抛光的矿物的实例有天然和合成宝石，例如金刚石、绿柱石(例如祖母绿、海蓝宝石)、金绿宝石、刚玉(例如红宝石、蓝宝石)、长石、石榴石、翡翠、青金石、橄榄石、蛋白石、石英、尖晶石、黄玉、电气石、绿松石、锆石及其组合。

63、可以用本发明的组合物抛光的塑料的实例有热塑性塑料、无定形塑料、结晶塑料、导电聚合物、可生物降解塑料、生物塑料及其组合。该组合物特别适用于抛光热塑性塑料，例如聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、尼龙、聚乳酸(pla)、聚苯并咪唑(pbi)、聚碳酸酯(pc)、聚醚砜(ps)、聚甲醛(pom)、聚醚醚酮(peek)、聚醚酰亚胺(pei)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)及其组合。

64、在特别优选的实施方案中，本发明用于化学机械抛光包含金属合金的基材。所述金属合金可以包含一种金属作为其主要成分和至少一种不同于该主要成分的金属。不同于主要成分的金属种类的数量没有限制，例如可以是两种、三种或更多。优选作为金属合金主要成分的金属选自铝、钛、镁、铁、镍和铜。在特别优选的实施方案中，所述主要金属种类是铁。铁合金的例子有不锈钢、碳钢、合金钢、含铅钢、工具钢、铸钢、马氏体时效钢、铸铁及其组合。