專利名稱：包含氧化鈰和二氧化硅的分散體的制作方法
包含氧化鈰和二氧化硅的分散體本發明涉及包含氧化鈰和膠體二氧化硅的分散體的制備以及分散體本身。已知氧化鋪分散體可用于拋光玻璃表面、金屬表面和電介質表面，用于粗拋光(高材料去除率、不規則外形、刮擦)和精拋光(低材料去除率、光滑表面、很少刮擦，如果有的話)。經常發現的一個缺點是，氧化鈰顆粒和待拋光的表面帶有不同的電荷，因而彼此吸弓I。因此，難以再從拋光表面上去除氧化鈰顆粒。US 7112123公開了 用于拋光玻璃表面、金屬表面和電介質表面的分散體,所述分散體包含O. I重量％至50重量％氧化鋪顆粒和O. I重量％至10重量％粘土磨粒作為研磨劑，90%的所述粘土磨粒具有IOnm至10 μ m的粒徑，并且90 %的所述氧化鋪顆粒具有IOOnm至10 μ m的粒徑。氧化鈰顆粒、粘土磨粒和作為待拋光表面的玻璃具有負表面電荷。這種分散體比只基于氧化鈰顆粒的分散體可以實現顯著更高的材料去除率。然而，這種分散體造成高缺陷率。US 5891205公開了包含二氧化硅和氧化鈰的堿性分散體。氧化鈰顆粒的粒度小于或等于二氧化硅顆粒的尺寸。所述分散體中存在的氧化鈰顆粒來源于氣相過程，不聚集并且粒度小于或等于lOOnm。根據US 5891205，所述氧化鈰顆粒和所述二氧化硅顆粒的存在使去除率大幅度提高。為了達到這個目標，二氧化硅/氧化鈰重量比應為7. 5 I至I : I。優選地，所述二氧化娃的粒度小于50nm,并且所述氧化鋪的粒度小于40nm。總之，a) 二氧化硅的比例大于氧化鈰的比例，并且b)所述二氧化硅顆粒大于所述氧化鈰顆粒。與只基于氧化鈰顆粒的分散體相比，US 5891205中公開的分散體可以實現顯著更高的去除率。然而，這種分散體造成高缺陷率。US 6491843公開了據說對于SiO2和Si3N4的去除率具有高選擇性的含水分散體。這種分散體包含磨粒和有機化合物，所述有機化合物具有羧基和第二個含氯化物或胺的官能團。所述合適的有機化合物為氨基酸。氧化鈰氧化鐵、氧化鎳、氧化錳、二氧化硅、碳化鈦氧化釔、氧化鋯或者前述化合物的混合物。然而，在實施例中，只有氧化鈰被指定為磨粒。2007年12月22日提交的德國專利申請102007062572. 5主張包含氧化鈰和膠體二氧化硅的顆粒的分散體的權利，其中所述二氧化硅顆粒的Z電位為負，所述氧化鈰顆粒的Z電位為正或等于零，并且所述分散體整體的Z電位為負。此外，所述氧化鈰顆粒的平均直徑不大于200nm，所述二氧化硅顆粒的平均直徑小于lOOnm，并且氧化鈰顆粒的比例為O. I重量％至5重量％，二氧化硅顆粒的比例為O. 01重量％至10重量％。所述分散體的PH為3. 5至小于7. 5。可通過組合包含氧化鈰顆粒和二氧化硅顆粒的初步分散體，然后將它們分散以制備所述分散體。在這種情況下，分散條件不重要。所主張的分散體可以使表面以低缺陷率和高選擇性被拋光，并且只有少數沉積物或沒有沉積物留在拋光表面上。目前已經出人意料地發現，主要憑借特定的原料和分散條件，可以獲得分散體，用所述分散體可以獲得進一步改進的拋光結果。更特別地，可以使由如表面顆粒分離后出現的氧化鈰顆粒與顆粒之間的靜電相互作用引起的顆粒形成減少到最少。此外，所述分散體應在拋光操作過程中保持其穩定性，并且應該避免形成將會在拋光過程中形成缺陷的大顆粒。
因此，本發明首先提供包含氧化鈰和二氧化硅的含水分散體，其可通過以下過程獲得首先在攪拌的同時混合氧化鈰起始分散體和二氧化硅起始分散體，然后在lOOOOs—1至30000(1的剪切速率下分散，其中a)所述氧化鈰起始分散體一含有O. 5重量％至30重量％氧化鈰顆粒作為固相，一粒度分布的d5(l為IOnm至lOOnm，—并且pH為I至7，優選為3至5，并且b)所述二氧化硅起始分散體一含有0. I重量％至30重量％膠體二氧化硅顆粒作為固相，一粒度分布的d5(l為3nm至50nm,并且—pH 為 6 至 11. 5，優選為 8 至 10，c)條件是一所述氧化鈰顆粒的粒度分布的d5(l大于所述二氧化硅顆粒的粒度分布的d5(l，一氧化鈰/ 二氧化硅重量比大于I,并且一所述氧化鈰起始分散體的量使所述分散體的Z電位為負，優選為-0. ImV至-30mV。 所述分散體可以任選地用水稀釋。剪切速率在本發明中表達為圓周速度除以轉子和定子的表面之間的距離的商。可以由轉子速度和轉子直徑計算圓周速度。在本發明的優選實施方案中，剪切速率為12000s—1至250008.1 ;在特別優選的實施方案中，剪切速率為MOOOs—1至200008'小于lOOOOs—1或大于30000^的剪切速率導致較差的拋光結果。雖然還沒有影響剪切速率的可能機理，但是在拋光過程中，特別地排列帶正電荷的較大氧化鈰顆粒和帶負電荷的較小二氧化硅顆粒是重要的。人們認為，由于靜電吸引，所述二氧化硅顆粒在單個氧化鈰顆粒周圍或氧化鈰顆粒聚集體周圍排列起來。合適的分散單元可為例如轉子-定子機器。圖IA至ID顯示使用本發明的分散體拋光帶負電荷的SiO2表面的操作中的一種可能機理，所述SiO2表面本身構成娃層表面。在圖IA至ID中,氧化鋪顆粒用帶正電荷的大圓表示。二氧化硅顆粒用帶負電荷的較小圓表示。與待拋光的表面分離的顆粒用帶負電荷的橢圓表示。圖IA描述了拋光操作開始前的情況。該圖顯示了由靜電吸引形成的被二氧化硅顆粒包圍的氧化鈰顆粒的排列。圖IB顯示了在拋光條件下，從氧化鈰顆粒中去除二氧化硅顆粒，并且用來自待拋光的表面的二氧化硅顆粒代替。圖IC顯示了連續的拋光操作。這里，起初包圍氧化鈰顆粒的膠體二氧化硅顆粒存在于所述分散體中，而分離的二氧化硅顆粒與氧化鈰顆粒靜電結合。圖ID顯示了被帶負電荷的膠體二氧化硅顆粒包圍的新到達的氧化鈰顆粒與承載來自拋光表面的二氧化硅顆粒的氧化鈰顆粒之間的相互作用。箭頭顯示拋光前后顆粒之間的靜電排斥，以及拋光前后待拋光的表面與顆粒之間的靜電排斥。基于起始分散體,所述起始分散體中氧化鋪含量優選為0. 5重量％至15重量更優選為I重量％至10重量％。
基于起始分散體，所述起始分散體中膠體二氧化硅含量優選為O. 25重量％至15重量％，更優選為O. 5重量％至5重量％。本發明的分散體中氧化鈰/ 二氧化硅重量比優選為I. I : I至100 : I。特別優選地,氧化鈰/ 二氧化硅重量比為I. 25 I至5 I。 此外，優選地，在本發明的分散體中，除了氧化鈰顆粒和膠體二氧化硅顆粒外，不存在其他顆粒。所用的氧化鋪顆粒的粒度分布的d5(l不超過IOnm至lOOnm。優選在40nm至90nm的范圍。氧化鋪顆粒可以以分離的單個顆粒形式使用，或以聚集的一次顆粒(primaryparticle)的形式使用。優選使用聚集的或大部分聚集的氧化鈰顆粒。已經發現，特別合適的氧化鈰顆粒是那些在其表面上和接近表面的層中含有碳酸根基團的氧化鈰顆粒，尤其是如DE-A-102005038136中公開的那些氧化鈰顆粒。這些氧化
鋪顆粒-BET 表面積為 25m2/g 至 150m2/g，一一次顆粒的平均直徑為5nm至50nm,一接近表面的一次顆粒層的深度大約為5nm，一在接近表面的層中，碳酸根濃度從碳酸根濃度最高的表面開始向內部減少，一在表面上來源于碳酸根基團的碳含量為5至50面積百分比，并且在接近表面、深度大約為5nm的層中碳含量為O至30面積百分比，一以CeO2計并且基于粉末，氧化鈰含量至少為99. 5重量％，并且一基于粉末,包括有機和無機碳的碳含量為O. 01重量％至3重量％。可以在氧化鈰顆粒的表面和不超過大約5nm的深度處檢測到碳酸根基團。所述碳酸根基團化學鍵合，并且可以例如排列在如結構a-c中。
權利要求
1.含水分散體，其包含氧化鈰和二氧化硅，該分散體可通過以下過程獲得首先在攪拌的同時混合氧化鈰起始分散體和二氧化硅起始分散體，然后在ΙΟΟΟΟ Γ1至30000^的剪切速率下分散，其中 a)所述氧化鈰起始分散體 一含有O. 5重量％至30重量％氧化鈰顆粒作為固相， 一粒度分布的d5(l為IOnm至IOOnm, 一并且PH為I至7，且 b)所述二氧化硅起始分散體 一含有O. I重量％至30重量％膠體二氧化硅顆粒作為固相， 一粒度分布的d5(l為3nm至50nm,并且 一 pH 為 6 至 11. 5， c)條件是 一所述氧化鈰顆粒的粒度分布的d5(l大于所述二氧化硅顆粒的粒度分布的d5(l， 一氧化鈰/ 二氧化硅重量比大于1，并且 一所述氧化鈰起始分散體的量使所述分散體的ZZ電位為負。
2.根據權利要求I所述的分散體，其特征在于所述剪切速率為12000^1至200008'
3.根據權利要求I或2所述的分散體，其特征在于基于所述起始分散體，氧化鈰含量為0.5重量％至15重量％。
4.根據權利要求I至3之一所述的分散體，其特征在于基于所述起始分散體，膠體二氧化硅含量為O. 25重量％至15重量％。
5.根據權利要求I至4之一所述的分散體，其特征在于氧化鈰與二氧化硅的重量比為1.I : I 至 100 : I。
6.根據權利要求I至5之一所述的分散體，其特征在于利用攪拌而分散后，用硝酸、鹽酸、乙酸或甲酸使所述分散體的pH為5. 5至6. 5。
7.根據權利要求I至5之一所述的分散體，其特征在于分散后，將所述分散體的pH調節為5. 5至7。
8.根據權利要求I至5之一所述的分散體，其特征在于分散后，將所述分散體的pH調節為3至5。
9.制備根據權利要求I至8之一所述的分散體的方法，其首先在攪拌的同時混合氧化鈰起始分散體和二氧化硅起始分散體，然后在lOOOOs—1至30000(1的剪切速率下分散，其中 a)所述氧化鈰起始分散體 一含有0. 5重量％至30重量％氧化鈰顆粒作為固相， 一粒度分布的d5(l為IOnm至IOOnm, 一并且pH為I至7，和 b)所述二氧化硅起始分散體 一含有0. I重量％至30重量％膠體二氧化硅顆粒作為固相， 一粒度分布的d5(l為3nm至50nm,并且 一 pH 為 6 至 11. 5， c)條件是一所述氧化鈰顆粒的粒度分布的d5(l大于所述二氧化硅顆粒的粒度分布的d5(l， 一氧化鈰/ 二氧化硅重量比大于1，并且 一所述氧化鈰起始分散體的量使所述分散體的Z電位為負。
10.包含被膠體二氧化硅顆粒包覆或部分包覆的氧化鈰顆粒的分散體，其中二氧化硅顆粒和氧化鈰顆粒通過靜電相互作用彼此結合，并且其中 一氧化鈰顆粒的粒度分布的d5(l為IOnm至lOOnm，二氧化硅顆粒的粒度分布的d5(l為3nm至 50nm, —條件是 一氧化鈰顆粒的粒度分布的d5(l大于二氧化硅顆粒的粒度分布的d5(l， 一氧化鈰/ 二氧化硅重量比大于1，并且 一所述分散體的Z電位為負。
11.根據權利要求10所述的分散體，其特征在于 a)氧化鋪顆粒的含量為O.5重量％至10重量 b)氧化鈰與二氧化硅的重量比為I.25至5，并且 ()口!1為5.5至7。
12.利用包含根據權利要求11所述的分散體的拋光分散體拋光娃基底上二氧化娃層的方法。
13.根據權利要求10所述的分散體，其特征在于 a)氧化鋪顆粒的含量為O.5重量％至10重量 b)氧化鈰與二氧化硅的重量比為I.25至5，并且c)pH為 3 至 5。
14.利用包括根據權利要求13所述的分散體的拋光分散體拋光具有不同形貌的二氧化硅層的方法。
全文摘要
包含氧化鈰和二氧化硅的含水分散體，該分散體可通過以下過程獲得首先在攪拌的同時混合氧化鈰起始分散體和二氧化硅起始分散體，然后在10000s-1至30000s-1剪切速率下分散，其中a)所述氧化鈰起始分散體含有0.5重量％至30重量％氧化鈰顆粒作為固相，粒度分布的d50為10nm至100nm，并且pH為1至7，且b)所述二氧化硅起始分散體含有0.1重量％至30重量％膠體二氧化硅顆粒作為固相，粒度分布的d50為3nm至50nm，并且pH為6至11.5，c)條件是所述氧化鈰顆粒的粒度分布的d50大于所述二氧化硅顆粒的粒度分布的d50，氧化鈰/二氧化硅重量比大于1，并且所述氧化鈰起始分散體的量使所述分散體的Z電位為負。
文檔編號H01L21/321GK102802875SQ201080028426
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月18日 優先權日2009年6月25日
發明者M·克勒爾, W·洛茨, S·黑貝雷爾, M·布蘭茨, 李玉琢, B·德雷舍爾, D·弗朗茨 申請人:贏創德固賽有限公司, 巴斯夫歐洲公司