二氧化铈及其形成方法技术

一种微粒材料包括二氧化铈颗粒，这些颗粒具有在８０ｎｍ至１９９ｎｍ范围内的二次粒径分布以及至少６．６ｇ／ｃｍ３的密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本披露总体上涉及二氧化铈材料和用于形成二氧化铈材料的方法以及系统。
技术介绍
研磨材料被用于不同的工业中以去除疏松物质或影响产品的表面特征，例如光 泽、质地(texture)及均勻性。例如，金属部件制造商们使用磨料将表面精制(refine)并 抛光成均勻光滑表面。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 衍射以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以产生用于形 成电路部件的低缺陷表面。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以及增加的 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。二氧化铈(IV)或铈土是用于对基于SiO2的组合物进行抛光的陶瓷微粒。通常， 铈土在抛光过程中通过机械方式去除了 Si02。另外，当与其他材料比较时，对于SiO2的其 化学活性改进了去除速率。为了将二氧化铈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，这些颗粒应是充分研磨的以便以高速率抛光而不会 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，这些缺陷和污染物明显增加。这样，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。专利技术披露在一个具体实施方案中，一种微粒材料包括二氧化铈颗粒，这些颗粒具有在约 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。在另一实施方案中，一种微粒材料包括二氧化铈颗粒，这些颗粒具有在约70nm至 约120nm范围内的一次粒径和至少为约6. 6g/cm3密度。在又一实施方案中，一种微粒材料包括二氧化铈颗粒，这些颗粒具有约SOnm至约 199nm范围内的二次粒径分布和至少为约6. 6g/cm3密度。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铈 颗粒，这些颗粒具有在约80nm至约199nm范围内的二次粒径分布和至少为约6. 6g/cm3密度。在再一实施方案中，一种形成二氧化铈材料的方法包括将一种碱金属碱与一种硝 酸铈(III)水溶液进行混合、使该混合物老化以形成二氧化铈颗粒、将该混合物洗涤至离 子电导率为至少约500μ S/cm、并且在650°C至1000°C范围内的温度下煅烧这些二氧化铈颗粒。附图简要说明通过参见附图可以更好地理解本披露，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。附图说明图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、以及图9包括使用不同工艺参数而产生 的颗粒的图像。优选实施方案的说明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铈微粒的方法包括将 一种碱金属碱与一种硝酸铈水溶液进行混合、使该混合物老化以形成二氧化铈微粒、洗涤 该混合物以提供至少约500μ S/cm的离子电导率，干燥并煅烧这些二氧化铈颗粒。在一个 实例中，该碱金属碱可包括氢氧化钾。在又一实例中，该离子电导率可为至少约IOOOyS/ cm。煅烧可在约650°C至约1000°C范围内的温度下进行。具体地，就研磨应用而言，所生成的二氧化铈微粒可具有希望的多种特征。例如， 二氧化铈微粒可具有在约70nm至约120nm范围内的一次粒径。在另一实例中，二氧化铈微 粒可具有约SOnm至约199nm范围内的二次粒径。此外，二氧化铈微粒可具有至少为约6. 6g/ cm3的密度。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铈研磨材料。例如， 可将碱添加至一种包括铈盐的溶液中或可将铈盐添加至一种包括碱的溶液中。具体地，该 溶液可为铈盐的一种水溶液。铈盐的例子包括硝酸铈、氯化铈、氢氧化铈、碳酸铈、硫酸铈、 或其一种组合。在一个具体实施方案中，铈(III)盐包括硝酸铈。尽管可使用不同的碱，但处理典型地涉及将一种金属氢氧化物碱与铈(III)盐水 溶液进行混合。金属氢氧化物碱可为由一种碱金属形成的碱或由一种碱土金属所生成的 碱。具体地，金属氢氧化物碱的例子包括氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、或其一种组合。 在一个实例性实施方案中，将氢氧化钾与硝酸铈水溶液进行混合。在一个实施方案中，使该混合物老化。例如，可将该混合物搅拌至少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。此外，将该混合物洗涤以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铈时，该离子电导率可 指示剩余碱金属离子(例如钾离子)的水平。具体地，进行洗涤以保留至少一部分钾离子。 在一个实施方案中，可将混合物洗涤至离子电导率为至少约500 μ S/cm。例如，洗涤后的离 子电导率可为至少约800μ S/cm，例如至少约1000 μ S/cm、至少约1100 μ S/cm、或甚至至少 约1400 μ S/cm。具体地，电导率可为至少约1500 μ S/cm、或甚至高达2500 μ S/cm或更高。 总体而言，离子电导率不大于约3500μ S/cm，例如不大于3000 μ S/cm。此外，可将混合物干燥以获得处于粉末形式的微粒铈土材料。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iocrc)下进行。总体而言，喷雾干燥在大于iocrc的温度(如 至少约200°C )下进行。冷冻干燥涉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100°c，已知该过程用于生产较少附聚的粉末。例如，在足以促进晶体生长并增加微粒铈土材料密度的温度下使用一种煅烧方法对干燥的二氧化铈微粒进行热处理。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铈土材料中发生，而 在大于约1000°C的温度下，这些铈土颗粒可展现导致抛光缺陷的有角形状。在一个实施方 案中，煅烧温度可在约700°C至约850°C的范围内。例如，煅烧温度可在约750°C至约825°C 的范围内。在一个实施方案中，将煅烧的铈土材料湿磨以获得希望的二次二氧化铈粒径分 布。例如，可用一种水溶液润湿煅烧的铈土材料并将其研磨。湿磨过程可通过将至多30wt % 的铈土粉末添加至PH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&02研磨介质。通过 所打的粒径分布来确定浆料研磨时间。此外，使铈土材料经受离子交换过程以去除金属离子，例如这些碱金属离子。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。铈土材料亦可进行过滤或浓缩。在一个具体实施方案中，可将铈土材料结合成一种浆料配制品。在一个实例中，该 浆料配制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AG哈艾勒，J王，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US