二氧化铈材料及其形成方法
【专利说明】二氧化柿材料及其形成方法
[0001] 本申请是申请日为2009年2月5日，申请号为200980109369. 3,发明名称为"二 氧化锦及其形成方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本披露总体上设及二氧化锦材料和用于形成二氧化锦材料的方法W及系统。
【背景技术】
[0003] 研磨材料被用于不同的工业中W去除疏松物质或影响产品的表面特征，例如光 泽、质地（tex化re)及均匀性。例如，金属部件制造商们使用磨料将表面精制（refine)并 抛光成均匀光滑表面。同样地，光学器件制造商们使用研磨材料来生产防止所不希望的光 衍射W及散射的无缺陷表面。此外，半导体制造商们可对基片材料进行抛光W产生用于形 成电路部件的低缺陷表面。
[0004] 就某些应用而言，制造商们典型地希望研磨材料具有高的切削速率。然而，在去除 速率与抛光表面品质之间经常存在着折衷办法。更细颗粒研磨材料典型地产生更光滑的表 面，但可能具有更低的材料去除速率。更低的材料去除速率导致了更低的产量W及增加的 成本。另一方面，更大颗粒研磨材料具有更高材料去除速率，但可能会在抛光表面产生划 痕、凹陷及其他变形。
[0005] 二氧化锦（IV)或锦±是用于对基于Si化的组合物进行抛光的陶瓷微粒。通常， 锦±在抛光过程中通过机械方式去除了Si〇2。另外，当与其他材料比较时，对于Si〇2的其 化学活性改进了去除速率。为了将二氧化锦基颗粒用于电子应用（如半导体化学机械抛光 (CMP)、光掩膜抛光、或硬盘抛光）中，该些颗粒应是充分研磨的W便W高速率抛光而不会 在抛光表面中产生划痕、凹陷、或其他变形，且此外应没有污杂物。随着器件制造技术持续 地缩小特征尺寸，该些缺陷和污染物明显增加。
[0006] 该样，一种改进的研磨微粒和其形成的研磨浆料将是令人希望的。
【发明内容】
[0007] 在一个具体实施方案中，一种微粒材料包括二氧化锦颗粒，该些颗粒具有在约 70nm至约120nm范围内的一次粒径和在约80nm至约150nm范围内的二次粒径分布。
[0008] 在另一实施方案中，一种微粒材料包括二氧化锦颗粒，该些颗粒具有在约70nm至 约120nm范围内的一次粒径和至少为约6. 6g/cm3密度。
[0009] 在又一实施方案中，一种微粒材料包括二氧化锦颗粒，该些颗粒具有约80nm至约 199nm范围内的二次粒径分布和至少为约6. 6g/cm3密度。
[0010] 在另一实施方案中，一种研磨浆料包括一种微粒材料。该微粒材料包括二氧化锦 颗粒，该些颗粒具有在约80nm至约199nm范围内的二次粒径分布和至少为约6. 6g/cm3密 度。
[0011] 在再一实施方案中，一种形成二氧化锦材料的方法包括将一种碱金属碱与一种硝 酸锦（III)水溶液进行混合、使该混合物老化w形成二氧化锦颗粒、将该混合物洗漆至离 子电导率为至少约500yS/cm、并且在650°C至1000°C范围内的温度下锻烧该些二氧化锦 颗粒。
【附图说明】
[0012] 通过参见附图可W更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普 通技术人员变得清楚。
[0013] 图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、W及图9包括使用不同工艺参数而产生 的颗粒的图像。
【具体实施方式】
[0014] 在一个具体实施方案中，一种形成用于研磨浆料中的二氧化锦微粒的方法包括将 一种碱金属碱与一种硝酸锦水溶液进行混合、使该混合物老化W形成二氧化锦微粒、洗漆 该混合物W提供至少约500yS/cm的离子电导率，干燥并锻烧该些二氧化锦颗粒。在一个 实例中，该碱金属碱可包括氨氧化钟。在又一实例中，该离子电导率可为至少约1000yS/ cm。锻烧可在约650°C至约1000°C范围内的温度下进行。
[0015] 具体地，就研磨应用而言，所生成的二氧化锦微粒可具有希望的多种特征。例如， 二氧化锦微粒可具有在约7〇nm至约120nm范围内的一次粒径。在另一实例中，二氧化锦微 粒可具有约80nm至约199nm范围内的二次粒径。此外，二氧化锦微粒可具有至少为约6.6g/ cm3的密度。
[0016] 根据本披露的一个实施方案，通过一种沉淀工艺来形成二氧化锦研磨材料。例如， 可将碱添加至一种包括锦盐的溶液中或可将锦盐添加至一种包括碱的溶液中。具体地，该 溶液可为锦盐的一种水溶液。锦盐的例子包括硝酸锦、氯化锦、氨氧化锦、碳酸锦、硫酸锦、 或其一种组合。在一个具体实施方案中，锦（III)盐包括硝酸锦。
[0017] 尽管可使用不同的碱，但处理典型地设及将一种金属氨氧化物碱与锦（III)盐水 溶液进行混合。金属氨氧化物碱可为由一种碱金属形成的碱或由一种碱±金属所生成的 碱。具体地，金属氨氧化物碱的例子包括氨氧化钟化0H)、氨氧化钢（化0H)、或其一种组合。 在一个实例性实施方案中，将氨氧化钟与硝酸锦水溶液进行混合。
[0018] 在一个实施方案中，使该混合物老化。例如，可将该混合物揽拌至少8小时时间， 如至少12小时、至少16小时、或甚至至少24小时。老化可在室温下进行。可替代地，老化 可于至少80°C的温度下进行。
[0019] 此外，将该混合物洗漆W提供希望的离子电导率。典型地通过将离子电导探针放 置于该混合物中来测定离子电导率。当使用碱金属碱来沉淀二氧化锦时，该离子电导率可 指示剩余碱金属离子（例如钟离子）的水平。具体地，进行洗漆W保留至少一部分钟离子。 在一个实施方案中，可将混合物洗漆至离子电导率为至少约500yS/cm。例如，洗漆后的离 子电导率可为至少约800yS/cm，例如至少约1000yS/cm、至少约1100yS/cm、或甚至至少 约1400yS/cm。具体地，电导率可为至少约1500yS/cm、或甚至高达2500yS/cm或更高。 总体而言，离子电导率不大于约3500yS/cm，例如不大于3000yS/cm。
[0020] 此外，可将混合物干燥W获得处于粉末形式的微粒锦上材料。例如，该混合物可使 用（例如）喷雾干燥法、冷冻干燥法、或盘式干燥法来干燥。总体而言，通过选择干燥方法 可实现不同的附聚特征。例如，盘式干燥可在低温（如约室温）下进行。可替代地，盘式干 燥可于较高温度（如至少约100°c)下进行。总体而言，喷雾干燥在大于100°C的温度（如 至少约200°C)下进行。冷冻干燥设及将浆料冷冻成固态且然后将其于真空下（约350毫 托）加热至小于l〇〇°C，已知该过程用于生产较少附聚的粉末。
[0021] 例如，在足W促进晶体生长并增加微粒锦±材料密度的温度下使用一种锻烧方法 对干燥的二氧化锦微粒进行热处理。典型地，热处理在至少约650°c、但不大于约1000°C的 温度下进行。在小于约650°C的温度下，希望的晶体生长典型地不会在锦±材料中发生，而 在大于约l〇〇〇°C的温度下，该些锦±颗粒可展现导致抛光缺陷的有角形状。在一个实施方 案中，锻烧温度可在约700°C至约850°C的范围内。例如，锻烧温度可在约750°C至约825°C 的范围内。
[0022] 在一个实施方案中，将锻烧的锦±材料湿磨W获得希望的二次二氧化锦粒径分 布。例如，可用一种水溶液润湿锻烧的锦±材料并将其研磨。湿磨过程可通过将至多30wt% 的锦±粉末添加至抑预调节的去离子水中来进行。在一个实例中，在研磨过程中可使用 0. 3至0. 4mm的高纯度Zr〇2研磨介质。通过所打算的粒径分布来确定浆料研磨时间。
[0023] 此外，使锦±材料经受离子交换过程W去除金属离子，例如该些碱金属离子。在一 个实例中，离子交换法可包括流化床离子交换法。可替代地，可使用一种固定床离子交换 法。锦±材料亦可进行过滤或浓缩。
[0024] 在一个具体实施方案中，可将锦±材料结合成一种浆料配制品。在一个实例中，该 浆料配制品是一种水性浆料配制品。可替代地，该浆料配制品可为一种基于有机物的浆料 配制品。此外，该浆料配制品可包括分散剂类、杀虫剂类、及其他添加剂类。例如，浆料配制 品可包括低分子量聚合物添加剂，例如基于聚丙締酸醋的添加剂类。在另一实例中，浆料配 制品可具有希望的pH，例如pH大于5、或至少约7。例如，可使用不包括碱金属或碱±金属 的碱（例如氨氧化锭）来控制抑。
[00巧]具体地，上述过程提供具有希望特征的二氧化锦颗粒（例如二氧化锦（IV)颗粒）。 已出乎意料地发现，当具有该些特征的研磨浆料用于抛光表面（例如娃石娃表面）时产生 了所希望的表面特征W及去除速率。例如，该些二氧化锦颗粒具有约7〇nm至约120nm范围 内的一次粒径。在一些实施方案中，该些二氧化锦具有的颗粒的一次粒径是在约7〇nm至约 lOOnm范围肉，例如在约80nm至约lOOnm范围内。
[0026] 如此使用的，一次粒径用来表示颗粒的平均最长或长度尺寸。例如，当该些二氧化 锦颗粒呈现球形或接近球形的形状时，可使用粒径来表示平均颗粒直径。平均粒径可通过 选取多个代表性样品并测量在代表性样品图像中所发现的粒径来确定。该些样品图是可由 不同表征技