用于高精密度抛光的金属氧化物粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高精密度抛光的金属氧化物粉末及其制备方法，所述金属氧化物粉末包含由初级颗粒聚集形成的聚集体，其具有１．１至２．０的聚集度（α）及３至１０的聚集等级（β），所述聚集度（α）和聚集等级（β）可分别由式（Ⅰ）和式（Ⅱ）定义：α＝６／（Ｓ×ρ×ｄ（ＸＲＤ））（Ⅰ）β＝重量平均粒径／ｄ（ＸＲＤ）（Ⅱ）其中，Ｓ为该粉末的比表面积；ρ为密度；及ｄ（ＸＲＤ）为由Ｘ射线衍射分析所测得的粉末粒径。本发明专利技术的粉末可提供高抛光速度并减少刮伤。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
通常使用称为化学机械抛光(CMP)的方法来进行半导体装置、显示板(例如LCD)、镜片、硬盘基材、金属等的表面抛光，该方法使用主要由分散在水或有机溶剂中的金属氧化物所组成的多种抛光粉末和适合的研磨垫来进行。这些使用在CMP中的金属氧化物包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、铈土(CeO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化锡(SnO2)及氧化锰(MnO2)，为了适应精密电子工业对高精密度抛光日益增加的需求，研究人员在不停地开发各种抛光粉末。在CMP中，两个重要的性能参数为抛光速度和经抛光的表面品质(即，无刮伤)，而这些参数主要依所述抛光颗粒的尺寸及形状而定。当颗粒的尺寸增加时，抛光速度会增加，但是会产生更多刮伤。因此，抛光颗粒的尺寸可通过平衡待抛光表面所需的品质与抛光速度来控制。对高精密度抛光来说，所述抛光颗粒的最大尺寸通常为1微米或较小。在抛光需要最高精密度的半导体装置和显示板时，已使用亚微米至纳米的超精细抛光剂来减少刮伤的发生。至于抛光剂的形状，优选使所述颗粒的形状呈不规则状，以使颗粒表面与基材表面间的接触面积最大化。通过使所述颗粒呈不规则形状而并不增加颗粒尺寸，可提高抛光速度而不产生刮伤。不规则的颗粒形状可通过聚集一些比想要的颗粒尺寸还小的初级颗粒(借助相当弱的聚集相互作用)而形成。这些聚集体的过度聚集会导致刮伤增加。制备抛光用纳米金属氧化物颗粒的现有技术往往以析出、气相合成及研磨为基础，这些技术通常会产生大量较小颗粒的聚集体，这些聚集体必需除去。为了避免这一问题，PCT国际公开WO 99/59754(The Universityof Western Australia)揭示出一种球形抛光剂，其可通过将稀释剂(诸如NaCl、CaCl2、MgCl2、Na2SO4、Na2CO3、Ca(OH)2、CaO、MgO)加入金属化合物中，并将其碾碎而制得，以防止所述金属化合物颗粒结块。这些稀释剂不会与所述金属化合物反应，且可通过溶剂冲洗而容易地移除。但是，通过这种方法所制造的金属氧化物颗粒不具有实现高抛光速度所需的不规则形状。据分析这是由于所使用的稀释剂浓度过高(80体积％或更多，以所述金属氧化物-稀释剂混合物的总体积为基准)，从而导致不曾聚集的高度分散的纳米颗粒。因此，本专利技术人一直致力于开发一种改进的抛光用金属氧化物粉末，且已发现可通过小心地控制制备工艺而生产出具有不规则的颗粒形状的一级球形颗粒的聚集体，其可用于高速度、高精密度的抛光。专利技术简介因此，本专利技术的目的是提供一种可用于高精密度、高速度抛光而不产生刮伤的金属氧化物粉末。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制备所述金属氧化物粉末的方法。本专利技术的进一步目的是提供一种包含所述金属氧化物粉末的抛光剂。根据本专利技术的一个方面，提供了一种包含由初级颗粒聚集形成的聚集体的金属氧化物粉末，其具有1.1至2.0的聚集度(cohesive degree)(α)及3至10的聚集等级(cohesive scale)(β)，聚集度(α)及聚集等级(β)可分别由式(I)和式(II)定义α＝6/(S×ρ×d(XRD)) (I)β＝重量平均粒径/d(XRD) (II)其中，S为该粉末的比表面积；ρ为密度；及d(XRD)为由X射线衍射分析所测量的粉末粒径。根据本专利技术的另一方面，提供了两种用来制备所述金属氧化物粉末的方法，其包括将稀释剂与金属氧化物前体混合，以产生稀释剂含量范围在40至70重量％的混合物，并研磨该混合物、煅烧经研磨的混合物，并通过水洗从该经煅烧的混合物中移除稀释剂。附图简介下面将结合附图，阐明本专利技术的上述及其它目标和特征，各附图分别表示附图说明图1A-1C具有不同的初级颗粒和聚集状态的金属氧化物颗粒的形状示意图；图2在本专利技术的实施例1中所制备的粉末样品(1-2)的透射电子显微镜(TEM)照片；图3在实施例1中所制备的比较用粉末样品(1-4)的TEM照片；及，图4在本专利技术的实施例2中所制备的粉末样品的TEM照片。专利技术详述本专利技术中所述的聚集度(α)可以基于粉末的比表面积、密度及粒径来计算。粉末的粒径(d(XRD))可以使用式(III)的SCHERRER公式通过估算XRD图谱的半峰宽来计算。由此测得的粒径代表晶体尺寸，当其为0.1微米或较小时，晶体可视为初级颗粒。d(XRD)＝0.9×λ/(B×cosθ)(III)其中λ代表X射线的波长(Cu Ka射线1.54056)；B为补偿设备特性的半宽及θ为布拉格角。而且，比表面积(S)(每单位重量粉末的表面积)可通过在低温下测量所吸收的气体量来测量。通常来说，当颗粒尺寸减少时表面积会增加。但是，当所述颗粒聚集时，表面积会因颗粒间的接触而减少。根据计算得出的α值可将金属氧化物颗粒的聚集度划分成下列三个等级0.9～1.1轻微聚集；1.1～2.0弱聚集或多孔聚集；及＞2.0强聚集、结块或多晶粉末。α值代表由比表面积得出的直径与初级颗粒的直径的比率。由单一颗粒所组成的粉末具有1或更大的α值，然而其它粉末则具有1或较小的α值，因为由比表面积得出的直径代表面积平均粒径，而d(XRD)为基于重量的粒径。因此，若α值小，则存在未结块且各自独立的初级颗粒，从而不会因颗粒间的聚集而减少比表面积；若α值大，初级颗粒会粘在一起而形成具有比表面积较小(由于颗粒聚集)的聚集体。同样地，粉末的聚集等级(β)可由式(II)以重量平均粒径与d(XRD)为基础而计算。使用Microtrac UPA150测得的重量平均粒径为悬浮在水中的颗粒的尺寸平均值，其可通过在用激光或超声波照射后估算衍射或波形畸变来获得，且其代表初级颗粒的聚集体的尺寸，因为其表示分散在水中的单个颗粒的尺寸。此外，聚集尺寸或通过聚集而形成聚集颗粒的初级颗粒的数目可从重量平均粒径和d(XRD)来计算。因此根据计算的β值，可划分出下列四个等级的聚集等级 1～3轻微聚集；3～10小聚集；10～20大聚集；及＞20大块聚集或多晶粉末。当比较二种或多种具有相同重量平均粒径的粉末时，可使用由此计算的β值来描述聚集体的形状差异。若β值大，所述初级颗粒的尺寸要远小于重量平均粒径；若β值小，粉末是由尺寸不明显小于重量平均粒径的颗粒所构成。本专利技术的葡萄串形(grape cluster-shaped)金属氧化物粉末具有1.1至2.0的聚集度(α)及3至10的聚集等级(β)，这意味着本专利技术的金属氧化物粉末为通过弱聚集而形成小颗粒的团簇状粉末。本专利技术的金属氧化物粉末的初级颗粒平均会粘结2到3个邻接的初级颗粒，以形成具有不规则形状的团簇(次级颗粒)。若此数目(下文称为配位数)大于3，则会形成不希望的密堆积团簇。本专利技术的金属氧化物粉末包括氧化铝、二氧化硅、铈土、氧化锆、氧化锡、氧化锰及其混合物的粉末，其平均粒径范围为10至200纳米。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种制备具有所需的聚集度及聚集等级的金属氧化物纳米粉末的方法，其可通过将稀释剂与金属氧化物前体混合(该混合物中稀释剂含量范围为40至70重量％)，研磨所得的混合物，在温度500至1200℃下煅烧经研磨的混合物，以形成由初级颗粒制得并具有不规则的葡萄串状的次级颗粒。若稀释剂含量低于40重量％，则会产生过多的结块颗粒，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含由初级颗粒聚集形成的聚集体的金属氧化物粉末，其具有１．１至２．０的聚集度（α）及３至１０的聚集等级（β），所述聚集度（α）及聚集等级（β）可分别由式（Ⅰ）和式（Ⅱ）定义：　　　　α＝６／（Ｓ×ρ×ｄ（ＸＲＤ））　　（Ⅰ）　　　　β＝重量平均粒径／ｄ（ＸＲＤ）　　（Ⅱ）　　　　其中，Ｓ为该粉末的比表面积；ρ为密度；ｄ（ＸＲＤ）为由Ｘ射线衍射分析所测得的粉末粒径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：权赫真，安明镐，郑永权，李鳞渊，
申请(专利权)人：三星康宁株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]