JP2019520989A - In-situ formation of aqueous, semi-aqueous, non-aqueous slurry suspensions of viscous particles for the purpose of separating and suspending inert particles and abrasive particles in dispersion medium - Google Patents

In-situ formation of aqueous, semi-aqueous, non-aqueous slurry suspensions of viscous particles for the purpose of separating and suspending inert particles and abrasive particles in dispersion medium Download PDF

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Abstract

懸濁媒体中に不活性の有機または無機粒子を懸濁するための安定な水性、半水性または非水性懸濁媒体。不活性の有機または無機粒子用の分離剤としてゲル粒子を含有し、そのゲル粒子によって不活性粒子が沈降し硬く凝集することを長期間にわたって防止する。A stable aqueous, semi-aqueous or non-aqueous suspending medium for suspending inert organic or inorganic particles in the suspending medium. Gel particles are contained as a separating agent for inert organic or inorganic particles, and the inert particles are prevented from settling and aggregating hard by the gel particles over a long period of time.

Description

本発明は、単体または液体の媒質内で懸濁培地として存在するゾルまたはゲル粒子に関する。 より詳細には、本明細書内で軟質沈降特性と呼ぶ粒子懸濁液の長期分散安定性特性を有するキャリアシステムを提供する。このキャリアシステムは研磨性、非研磨性、不活性の有機粒子およびセラミック粒子を含む広範囲の懸濁可能な不活性粒子を用い、ラップ仕上げ、ワイヤーソー切断、化学機械研磨および/または金属の形成および仕上げにおける平坦化、遊離砥粒研削などに利用される。   The present invention relates to sol or gel particles which are present as suspension medium in a single or liquid medium. More particularly, the present invention provides a carrier system having long-term dispersion stability characteristics of particle suspensions, referred to herein as soft settling characteristics. The carrier system uses a wide range of suspendable inert particles, including abrasive, non-abrasive, inert organic particles and ceramic particles, for lapping, wire sawing, chemical mechanical polishing and / or metal formation and It is used for flattening in finishing, free abrasive grinding and the like.

非コロイド状高密度研磨剤粒子の非水性、半水性および水性懸濁液は、これまでウェーハのワイヤーソー切断およびラッピングに使用されてきたが、懸濁液中の不活性粒子の分離を長時間維持できる安定した粒子懸濁液を得ることはできなかった。 Stricotが取得した米国特許第5,099,820号は、水または油中の炭化ケイ素粒子の懸濁液の研磨性スラリーを開示している。 しかし、この懸濁液は安定ではなく、ワイヤによる均一な潤滑および切断を提供できない。 この組成物は粒子の均一な懸濁を維持するために激しい撹拌を必要とし、懸濁液は撹拌中であっても停滞条件下になれば加工対象物のスライス途中にも急速に沈降する。   Non-aqueous, semi-aqueous and aqueous suspensions of non-colloidal high density abrasive particles have been used for wire sawing and lapping of wafers until now, but the separation of inactive particles in the suspension is prolonged It was not possible to obtain a stable particle suspension which could be maintained. U.S. Pat. No. 5,099,820, obtained by Stricot, discloses an abrasive slurry of a suspension of silicon carbide particles in water or oil. However, this suspension is not stable and can not provide uniform lubrication and cutting by the wire. This composition requires vigorous stirring to maintain uniform suspension of the particles, and the suspension rapidly settles even during slicing of the object under stagnant conditions even while stirring.

ここに本明細書の一部を構成するものとして援用するWardらの米国特許第6,602,834号は、研磨粒子の安定した懸濁液を維持するための静電反発力および粒子干渉の提供を界面活性剤、有機高分子電解質およびpHに依存する非水性または半水性のワイヤーソー用切削および潤滑組成物を開示する。 同じく本明細書の一部を構成するものとして援用するWardらの米国特許第6,054,422号は、懸濁剤として高分子量および低分子量ポリアルキレングリコールの混合物を利用して懸濁液中に最大70重量%の研磨グリット材料を含ませた潤滑組成物を開示する。   US Pat. No. 6,602,834 to Ward et al., Which is incorporated herein by reference as part of this specification, is surface active to provide electrostatic repulsion and particle interference to maintain a stable suspension of abrasive particles. Disclosed are cutting and lubricating compositions for non-aqueous or semi-aqueous wire saws that depend on the agent, the organic polyelectrolyte and the pH. U.S. Pat. No. 6,054,422 to Ward et al., Which is also incorporated as part of the present specification, uses a mixture of high and low molecular weight polyalkylene glycols as a suspending agent, up to 70 wt. Disclosed is a lubricating composition containing at least 1% abrasive grit material.

シリコン、SiC、サファイア、GaAs、光学ガラス、および、マイクロエレクトロニクス、太陽電池、LED、広帯域デバイス、光学/レーザー、ウェーハ研磨、CMP利用ならびにその他多岐にわたる業界で使用されるその他のウェーハの製造において、ウェーハはより大きなインゴット、ブリック、ブールなどから切り出される。最初にウェーハ、ディスク、小片などを切断した後に続く工程には、表面を滑らかにするために切断されたウェーハをラッピングする処理が含まれる。これにはTTV(全厚変動)を低減(ソーラーウェーハには適用しない)、表面欠陥の探傷を排除し、ウェーハの状態を最終的な研磨が可能な状態、すなわち半導体および光学ウェーハ製造に適した基本的な状態に整える目的がある。 一般に、この工程でのラッピング研磨剤用の懸濁媒体として水性キャリアが使用される。 ラッピング研磨剤には以下が含まれるがこれらに限定されない:SiC、酸化アルミニウム、ZrO2、シリカ、CeO2、ダイヤモンドなど。ラッピング用スラリーには、約0.1-10μmのサイズ範囲の研磨剤粒子が利用される。 これは、ウェーハハハな懸濁研磨粒子がサイズおよび性質において非コロイドであることを意味する。 このことはラッピング研磨剤にコロイド粒子、すなわち約 0.001-0.5 μmの範囲のサイズの研磨剤粒子が使用される可能性を排除するものではないが、そのような粒子はラッピングスラリーには通常使用されない。 Wafers in the manufacture of silicon, SiC, sapphire, GaAs, optical glass and other wafers used in microelectronics, solar cells, LEDs, broadband devices, optical / laser, wafer polishing, CMP applications and other diverse industries Are cut from larger ingots, bricks, boule, etc. The steps following first cutting the wafer, disc, chips etc. include lapping the cut wafer to smooth the surface. This reduces TTV (full thickness variation) (does not apply to solar wafers), eliminates flaws on surface defects, and allows final polishing of the wafer condition, ie suitable for semiconductor and optical wafer manufacturing It has the purpose of getting it in a basic state. Generally, an aqueous carrier is used as the suspending medium for the lapping abrasive in this step. Lapping abrasives include, but are not limited to: SiC, aluminum oxide, ZrO 2 , silica, CeO 2 , diamond and the like. The lapping slurry utilizes abrasive particles in the size range of about 0.1-10 μm. This means that the wafer-borne suspension abrasive particles are non-colloidal in size and nature. While this does not exclude the possibility of using colloidal particles in the lapping abrasive, ie abrasive particles in the size range of about 0.001-0.5 μm, such particles are not usually used in lapping slurries .

ウェーハ、自動車産業用のメカニカルギアセット、セラミックなどに使用されるラッピングスラリーは、ウェーハラッピング工程中に多くの剪断力、研削力、および研磨力を受ける。 ”プラネタリーラッピング”と呼ばれる工程では、2つの大きな金属(鉄または鋼またはその両方が使用される例が典型的)製プレートの間にウェーハを保持し、その表面上にスラリーを注入する。 ウェーハを保持する上部プレートおよび下部プレートが互いに逆方向に回転し、上部プレートとウェーハ表面との間のスラリーを圧縮する。 圧縮されたスラリー内の固形物はウェーハと接触し、角運動量が研磨作用を生じさせてウェーハ表面の欠陥を除去し、任意の量のウェーハ表面材料を”エッチング除去”する。 今日ラッピングに使用されているすべての水性スラリーでは、スラリーおよびラッピング装置の機構に対するこのような作用が、ウェーハ上、リザーバ内、供給配管内、ラッパー内、金属板上などに粒子凝集を伝播させる。こうした粒子凝集は、ラッピングされたウェーハに損傷を与えるいわゆる”ダークスクラッチ”を発生させるという有害な副作用を有する。 ダークスクラッチが生じたウェーハは多大なコストをかけて廃棄する必要がある。   Lapping slurries used for wafers, mechanical gear sets for the automotive industry, ceramics, etc. are subject to a lot of shear, grinding and polishing forces during the wafer lapping process. In a process called "planetary lapping", the wafer is held between plates made of two large metal (typically iron or steel or both are used) and a slurry is injected on the surface. The upper and lower plates holding the wafer rotate in opposite directions to compress the slurry between the upper plate and the wafer surface. The solids in the compacted slurry contact the wafer and the angular momentum causes the polishing action to remove wafer surface defects and "etch away" any amount of wafer surface material. For all aqueous slurries used today for lapping, such effects on the slurry and the mechanism of the lapping apparatus propagate particle aggregation on the wafer, in the reservoir, in the supply piping, in the wrapper, on the metal plate, and the like. Such particle agglomeration has the deleterious side effect of causing so-called "dark scratches" which damage the lapped wafer. Wafers with dark scratches need to be disposed of at great cost.

非コロイド、すなわち、NCOL、高密度研磨剤粒子の水性懸濁液の問題は、過去数十年にわたってウェーハ製造者を悩ませ消耗させてきた。 現在までに、2、3分から数分程度の極めて短い期間を超えてNCOL研磨粒子懸濁液を維持できる低粘度の水性キャリアは存在していない。 その時間が経過した後、研磨剤粒子は凝集を始め、非常に硬い”コンクリート様”の固形物として懸濁液から分離して容器の底部に急速に沈降する。 現在利用されている”水性”スラリーにおけるこうした研磨粒子の沈降は急速に起こり、持続的な混合または再循環の条件下でも同様である。   The problem of non-colloidal, ie, NCOL, aqueous suspensions of high density abrasive particles has been plaguing and wasting wafer manufacturers over the past few decades. To date, there has been no low viscosity aqueous carrier capable of maintaining the NCOL abrasive particle suspension beyond a very short period of a few minutes or so. After that time, the abrasive particles start to flocculate and separate from the suspension as a very hard "concrete-like" solid and settle rapidly to the bottom of the vessel. Such settling of the abrasive particles in currently used "aqueous" slurries occurs rapidly, as well under conditions of continuous mixing or recycling.

粒子が沈降して容器の底に硬く沈着した固形物となった後は、あらゆる手法による再懸濁の試みに対して非常に強い抵抗を示す。 単純な混合、撹拌、振盪、およびこれらに類する単純な方法では、沈降前の研磨剤の元の粒径分布を維持するスラリーの再生は達成できない。 結果として、そのようなスラリーは使用不可能になり直ちに廃棄しなければならず、高価な研磨剤、時間、人的資源および労力を浪費する。   Once the particles settle out and become a hard, deposited solid at the bottom of the container, it is very resistant to attempts at resuspension by any means. With simple mixing, stirring, shaking, and the like simple methods, regeneration of the slurry to maintain the original particle size distribution of the abrasive prior to settling can not be achieved. As a result, such slurries become unusable and must be discarded immediately, wasting expensive abrasives, time, human resources and effort.

従来技術による懸濁液では、懸濁液が長時間の停滞貯蔵において均一かつ均一に保たれる時間の長さは温度およびpHによって決まっていた。 無機粒子は、粒子の大きさ、格子構造および密度によっては水性および非水性溶媒中に懸濁状態で残ることがあるが、停滞貯蔵状態では凝集して懸濁液から沈殿する傾向がある。 また、用途に応じて作成できる懸濁剤も存在しない。 懸濁剤は形成された時と同じ媒体中に残り続ける。   In prior art suspensions, the length of time that the suspension is kept uniform and uniform over long periods of stagnant storage is determined by temperature and pH. Inorganic particles can remain in suspension in aqueous and non-aqueous solvents, depending on particle size, lattice structure and density, but in stagnant storage conditions tend to aggregate and precipitate out of suspension. Also, there are no suspending agents that can be made depending on the application. The suspending agent remains in the same medium as formed.

本発明の総合的な目的は、幅広い条件下において多種多様な化合物、ポリマー、および材料から多種多様なゲル粒子を提供することにある。そこでは多様な形成条件および原料材質の組成、ならびに有機、無機、半有機を含む多様なin-situ形成媒質の種類の様々な組み合わせからゲル粒子がin-situ形成され、しかもその全てが安定なスラリー懸濁液中に長期間の不活性粒子分離および懸濁をもたらす性質を有する。 これらの安定したスラリー懸濁液は、インゴットまたは他の大きな材料をウェーハ、ディスク、または他の機械加工、スライス、研削、もしくは成形された小片に切断するためのワイヤーソー用途、ラッピング用途、CMP用途、機械加工、研削およびミリング用途、自動車用金属ギア形成用途、光学および光電子スラス加工、研削およびラッピング用途、ならびに粒子の分離に利用できる。   The overall objective of the present invention is to provide a wide variety of gel particles from a wide variety of compounds, polymers, and materials under a wide range of conditions. There, gel particles are formed in-situ from various combinations of various forming conditions and compositions of raw materials, and various kinds of various in-situ forming media including organic, inorganic and semi-organic, and all of them are stable. It has the property of providing long-term inert particle separation and suspension in the slurry suspension. These stable slurry suspensions are used in wire saw applications, lapping applications, CMP applications to cut ingots or other large materials into wafers, disks, or other machined, sliced, ground or shaped pieces It can be used for machining, grinding and milling applications, metal gear forming applications for automobiles, optical and optoelectronic sheet processing, grinding and lapping applications, and particle separation.

また、非水性媒体内でin-situ形成されたゲル粒子を提供することも本発明の目的であり、これらの例でも水性媒体内でin-situ生成されたゲル粒子と同じ性能および懸濁特性ならびにゲル粒子特性を提供することが示される。 これらの非水性ゲル粒子は、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、ポリアルキルアクリル酸、またはそれらのコポリマーからなり、有機媒体、好ましくはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジエチレングリコールもしくはその他のグリコール中においてin-situ中和もしくは部分中和されることが他のゲル粒子と同じ性能の懸濁特性を満たす典型的なゲル粒子種を形成媒体内に作り出す上で好ましい。 非水性媒体中で形成されたゲル粒子はまた、in-situ生成されるゲル粒子の典型的な特徴を有し、これらは使用する懸濁媒体そのものの中でin-situ生成するか、もしくはゲル粒子生成媒体内で生成し、得られた粒子を次の適切な媒体に移して不活性または研磨性の粒子懸濁液として利用される。ただし、後者の場合、第二の媒体が選択された最終的な媒体内におけるゲル粒子の懸濁性能に対する反応、相互作用、影響および性能低下を生じさせないことが条件となる。   It is also an object of the present invention to provide gel particles formed in-situ in non-aqueous media, and these examples also have the same performance and suspension characteristics as gel particles generated in-situ in aqueous media As well as providing gel particle properties. These non-aqueous gel particles consist of polyacrylic acid, polymaleic acid, polyalkylacrylic acid or copolymers thereof and are in-situ neutralized in an organic medium, preferably polyethylene glycol, polypropylene glycol, diethylene glycol or other glycols Alternatively, partial neutralization is preferred for producing typical gel particle species in the forming medium that meet the same suspension characteristics as other gel particles. The gel particles formed in the non-aqueous medium also have the typical characteristics of in-situ generated gel particles, which are formed in-situ within the suspension medium used or the gel The particles produced in the particle formation medium are transferred to the next appropriate medium to be utilized as an inert or abrasive particle suspension. However, in the latter case, it is a condition that the second medium does not cause reaction, interaction, influence and performance degradation to the suspension performance of the gel particles in the selected final medium.

本発明のもう1つの目的は、懸濁液中の粒子の凝集または凝固がないか、実用的に問題にならず、また懸濁スラリー容器の底部に凝固した固体として集まることもなく、低毒性および/または低ないし中粘度でかつ懸濁キャリアの密度が懸濁したゲル粒子のそれより幾分少ないキャリアに含まることを条件として、安定した長期安定懸濁液中の不活性研磨剤または非研磨剤粒子の持続的な分離を可能にする特性を有するゲル粒子を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、中性または中性に近いpH媒体中でコロイド状またはNCOL研磨剤または非研磨剤粒子として存在し、安定な懸濁液を形成する不活性ゲル粒子を提供することである。   Another object of the present invention is low toxicity, without aggregation or coagulation of the particles in the suspension, which is not practically a problem, and without collecting as a solidified solid at the bottom of the suspended slurry container And / or inactive abrasives or non-active abrasives in a stable long-term stable suspension, provided that they are contained in the carrier with a low to medium viscosity and somewhat less than that of the suspended gel particles of which the density of the suspension carrier is less It is an object of the present invention to provide gel particles having properties that allow for the sustained separation of abrasive particles. Yet another object of the present invention is to provide inert gel particles which exist as colloidal or NCOL abrasives or non-abrasive particles in neutral or near neutral pH media and form a stable suspension. It is.

本発明のさらなる目的は、最終スラリー粘度に依存しないでコロイド状またはNCOL研磨剤もしくは他の粒子を液体中に懸濁するための手段を提供することである。 本発明はさらに、不活性粒子を分離および懸濁するための種々のベースキャリアに添加することができ、しかも潤滑剤として作用することができるゲル粒子を提供することも目的とする。 本発明のなおさらなる目的は、鉄、炭素鋼などのような金属の腐食を引き起こさない水性または半水性のキャリア/スラリー系を提供することである。   A further object of the invention is to provide a means for suspending colloidal or NCOL abrasives or other particles in a liquid independent of the final slurry viscosity. The present invention further aims to provide gel particles which can be added to various base carriers for separating and suspending inert particles and which can also act as a lubricant. A still further object of the present invention is to provide an aqueous or semi-aqueous carrier / slurry system which does not cause corrosion of metals such as iron, carbon steel and the like.

この他の目的は以下の内容に記載する。   Other objects will be described in the following contents.

本発明はキャリア中の粒子の懸濁および固体の不活性粒子を懸濁するために単独でまたは有機もしくは水性媒体中で使用できるゾル-ゲルまたはゲル粒子に関する。 ゾル-ゲル、ゲル粒子、ゼラチン状凝固物などを含むゲル粒子(以後「ゲル粒子」)は、不活性粒子を懸濁し、粒子単独または液体媒体中で様々な用途における潤滑剤として作用するために使用される。 形成された懸濁スラリー組成物は、キャリアの約0.1重量%から約60重量%までの範囲の量でゲル粒子を含有することができる。 ゲル粒子およびベースキャリアは、潤滑剤として他の懸濁粒子を添加せずに使用され得る。 キャリアには約1〜100重量%の水を含有することができ、水が100パーセント未満であればどのキャリアに対しても有機溶媒を添加できる。 有機媒体には様々な溶媒を包含できるが、水性媒体中で不活性かつ非反応性を持ち、ゲル粒子(ゲル粒子によって懸濁される研磨剤を含む)を懸濁できる溶媒として用途に応じてアルキレンおよびポリアルキレングリコールが望ましい。 懸濁ゲル粒子は、キャリア-溶媒組成物と同等またはそれより幾分大きい密度を有する。   The present invention relates to sol-gels or gel particles which can be used alone or in an organic or aqueous medium to suspend particles in a carrier and to suspend solid inert particles. Gel particles (hereinafter "gel particles"), including sol-gels, gel particles, gelatinous aggregates etc., suspend the inert particles and act as a lubricant in the particles alone or in a liquid medium in various applications used. The suspension slurry composition formed can contain gel particles in an amount ranging from about 0.1% to about 60% by weight of the carrier. Gel particles and base carriers can be used without the addition of other suspended particles as a lubricant. The carrier can contain about 1 to 100% by weight water, and less than 100 percent water can add an organic solvent to any carrier. The organic medium can include various solvents, but it is inert and non-reactive in aqueous medium and can be used as a solvent capable of suspending gel particles (including abrasives suspended by gel particles) depending on the application And polyalkylene glycols are preferred. Suspended gel particles have a density comparable to or somewhat greater than the carrier-solvent composition.

in-situ水性形成による懸濁液用のゲル粒子は水酸化アルミニウム(Al(OH)3)、水酸化マグネシウムMg(OH)2、水酸化亜鉛Zn(OH)2、水酸化銅Cu(OH)2および類似のものが好ましく、水性または水性ベースの媒体中で生成され、分離されて水性または非水性の第2の媒体に移すか、または単独で多様なケースで使用され得る。 ゲル粒子は、潤滑剤として、またはスラリーと総称される安定な懸濁研磨剤または非研磨剤粒子の懸濁液またはスラリーを用途に特化して製造するために必要とされ得る。 しかしながら、ゲル粒子は、3〜12のpH範囲内の水中で懸濁沈殿物を形成し得るものであれば他の金属硫化物、水酸化物、および酸化物水和物でも形成され得る。 Gel particles for suspension by in-situ aqueous formation are aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), magnesium hydroxide Mg (OH) 2 , zinc hydroxide Zn (OH) 2 , copper hydroxide Cu (OH) 2 and the like are preferred and can be produced in an aqueous or aqueous based medium, separated and transferred to an aqueous or non aqueous second medium or used alone in various cases. Gel particles may be required to specialize in the production of suspensions or slurries of stable suspension abrasives or non-abrasive particles generally referred to as lubricants or slurries. However, gel particles can also be formed with other metal sulfides, hydroxides and oxide hydrates as long as they can form a suspended precipitate in water within the pH range of 3-12.

本発明は、安定な水性、半水性または有機キャリア媒体中に不活性のコロイドまたは非コロイド研磨剤または非研磨不活性粒子を懸濁する方法を含む。 キャリア媒体は、その中で懸濁粒子がin-situ形成される液体となり、不活性粒子に対する懸濁粒子の適切な濃度を確立して、前記キャリア媒体中の前記不活性粒子の沈降に対する十分な干渉を生じさせる。 キャリア媒体は、0.1〜60重量%の範囲の懸濁粒子を含む。 懸濁粒子は前述の不活性粒子とは異なり、アルカリ土類金属および遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物、および酸化物水和物からなる群から選択され、pH4〜12の範囲の前述のキャリア媒体中に包含された状態で前述の懸濁粒子をin-situ形成する。 キャリア媒体中での懸濁粒子のin-situ形成は、キャリア媒体とは明らかに異なる分子的、立体配置的、流動学的および物理的構造、キャリア媒体の密度より大きい密度、キャリア媒体と視覚的に識別可能な別個の物理的構造、約2〜3μmから500μmの範囲の測定可能なサイズ差、および懸濁粒子が形成されたキャリア媒体の分子を包含するがそれ以上の化学反応はしない(ただし、ゲル粒子構造と内部に含まれるキャリア分子との間の相互作用は可能であり相当の可能性で生じる)という一連の相当に均一な特性を示す懸濁粒子をもたらす。 最後に、懸濁粒子はそれらの形成メカニズムまたは成分の起源とは無関係にこれらの性質を示す。   The invention includes methods of suspending an inert colloidal or non-colloidal abrasive or non-abrasive inert particle in a stable aqueous, semi-aqueous or organic carrier medium. The carrier medium is a liquid in which the suspended particles are formed in-situ, establishing a suitable concentration of suspended particles relative to the inert particles, sufficient for settling of said inert particles in said carrier medium Causes interference. The carrier medium comprises suspended particles in the range of 0.1 to 60% by weight. The suspended particles are different from the above-mentioned inactive particles and are selected from the group consisting of alkaline earth metal and transition metal hydroxides, oxyhydroxides, and oxide hydrates, as described above in the range of pH 4 to 12 The above-mentioned suspended particles are formed in-situ while being contained in a carrier medium of The in-situ formation of suspended particles in the carrier medium is distinctly different from the carrier medium in molecular, configurational, rheological and physical structure, the density higher than the density of the carrier medium, the carrier medium and the visual Include distinct physical structures that can be identified, measurable size differences in the range of about 2-3 μm to 500 μm, and molecules of the carrier medium in which suspended particles are formed, but without further chemical reaction (but The interaction between the gel particle structure and the carrier molecules contained therein is possible and occurs with considerable potential), resulting in suspended particles exhibiting a series of fairly homogeneous properties. Finally, suspended particles exhibit these properties regardless of their formation mechanism or the origin of the components.

懸濁粒子のin-situ形成の直接の結果として、不活性粒子は、懸濁粒子と不活性粒子との間の物理的干渉、懸濁粒子と不活性粒子との間の力の引力のうちの少なくとも一方によってキャリア媒体中に懸濁される。これによって化学的、物理的または物理化学的干渉および懸濁粒子の不活性粒子およびそれ自体に対する静電的反発力をもたらす近接性が生じ、これら全ての結果として長期間にわたる前記キャリア媒体中の前記不活性粒子の凝集および凝固を防止する。
in-situ形成される懸濁粒子を構成する成分は、ゲル粒子、ゾル-ゲル粒子、または多くの化合物のゼラチン状沈殿物であり得るが、これは以下に詳述する。 加えて、懸濁粒子の成分の組成に応じて、懸濁粒子は最終キャリア媒体とは別の媒体中に形成することができる。
As a direct result of the in-situ formation of the suspended particles, the inactive particles are not physically interfered with the suspended particles and the inactive particles, among the attractive forces of force between the suspended particles and the inactive particles. Suspended in the carrier medium by at least one of This results in proximity that leads to chemical, physical or physicochemical interference and electrostatic repulsion of the suspended particles against the inert particles and themselves, all of which result in the long term of said carrier medium over a long period of time. Prevent aggregation and coagulation of inert particles.
The components that make up the in-situ formed suspended particles may be gel particles, sol-gel particles, or gelatinous precipitates of many compounds, which are described in more detail below. In addition, depending on the composition of the suspended particle components, the suspended particles can be formed in a medium separate from the final carrier medium.

本発明は、多種多様な化合物、ポリマー、および材料から非常に多様な条件下で多種多様なゲル粒子を形成または発生させるための手段を提供する。
ここでのゲル粒子のin-situ形成は広範で異なる形成条件、構成材料組成、および有機、無機および半有機マトリックスにまたがる多様なin-situ形成媒体の組み合わせで行われ、ゾル-ゲルまたはゲル粒子を利用して水性、半水性、または有機媒体中に不活性または研磨粒子の凝固および硬質沈降のない安定な懸濁液を提供する。この懸濁液は、ゲル粒子の利点である”安定特性”によって安定させた切断用、スライス用、研削用などのスラリーに利用され、切断、スライス、機械加工、研削、フライス加工、ラッピング、再成形、硬質材料をウェーハ、ディスク、特殊硬質金属、半金属、またはセラミック部品などを含むがこれらに限定されない完成片に加工する目的に使用される。
The present invention provides a means for forming or generating a wide variety of gel particles under a wide variety of conditions from a wide variety of compounds, polymers, and materials.
The in-situ formation of gel particles here is carried out with a wide variety of different forming conditions, constituent material compositions, and a combination of various in-situ forming media spanning organic, inorganic and semi-organic matrices, sol-gel or gel particles To provide a stable suspension without coagulation or hard settling of inert or abrasive particles in aqueous, semi-aqueous, or organic media. This suspension is used for cutting, slicing, grinding, etc. slurries stabilized by the "stable properties" which is an advantage of gel particles, and is used for cutting, slicing, machining, grinding, milling, lapping, re-cutting. It is used for the purpose of processing molded, hard materials into finished pieces including, but not limited to, wafers, disks, special hard metals, semi-metals, or ceramic parts.

本発明の特徴の1つは、切断またはスライスに用いるスラリー、潤滑剤、ラッピングまたはポリッシングスラリー、非研磨スラリー、および類似のワイヤーソー用途の粒子の懸濁が周囲温度および昇温によって変化しない懸濁液および/または潤滑性キャリアおよびスラリー組成物の提供である。 ゲル粒子は、キャリア媒体中で約0.1〜80重量%の水性、半水性または非水性懸濁液として維持され、これによって研磨剤または不活性粒子の凝集または硬質沈降に対して十分な粒子間干渉を提供する。ゲル粒子密度は、キャリア媒体の密度よりいくらか大きい。 ゲル粒子は単独で調製し、潤滑剤および/または懸濁剤として単独またはキャリア中で使用するか、またはゲル粒子とキャリア媒体との懸濁相溶性に応じて適切な極性もしくは非極性溶媒と組み合わせることができる。 一例として、ゲル粒子は異なる種類のグリコール中で使用でき、これによって特定の用途に特化した特製の潤滑組成物が得られる利点を持つ。   One of the features of the present invention is the suspension of the slurry used for cutting or slicing, lubricants, lapping or polishing slurries, non-abrasive slurries, and particles of similar wire saw applications unchanged by ambient temperature and elevated temperature Liquid and / or lubricious carrier and slurry compositions are provided. The gel particles are maintained as about 0.1 to 80% by weight aqueous, semi-aqueous or non-aqueous suspension in the carrier medium, whereby sufficient interparticle interference is present against aggregation or hard settling of the abrasive or inert particles. I will provide a. The gel particle density is somewhat greater than the density of the carrier medium. The gel particles may be prepared alone and used alone or in a carrier as a lubricant and / or suspending agent, or in combination with a suitable polar or nonpolar solvent depending on the suspension compatibility of the gel particles with the carrier medium be able to. As an example, gel particles can be used in different types of glycols, which have the advantage of obtaining specially made lubricating compositions specific to particular applications.

多くの場合において、可能な限り長期間にわたって均一な分散を得るためには、2種以上の懸濁剤を使用することが望ましい。 その理由は、懸濁させようとする粒子が、懸濁ゲル粒子とは異なる密度および/または静電荷を有する可能性があるからである。 例えば、ワイヤーソー切断作業では、切断用の粒子および切断されているインゴットの切断部から発生する粒子が存在する。 他の作業では、懸濁媒体よりも高いか、または類似の密度を有する不純物が存在する可能性がある。   In many cases, it is desirable to use two or more suspending agents in order to obtain uniform dispersion over as long as possible. The reason is that the particles to be suspended may have different density and / or static charge than the suspended gel particles. For example, in a wire sawing operation, there are particles for cutting and particles originating from the cutting of the ingot being cut. In other operations, impurities with higher or similar density than the suspending medium may be present.

水性のケースを例にとると、これらの懸濁粒子は、in-situ形成されたアルカリ土類金属または遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物、および酸化物水和物(水和酸化物とも呼ばれる)で、約3〜12の範囲のpHの水性または半水性媒体中において懸濁粒子状沈殿物、すなわちゾル-ゲル、ゲル粒子、ゼラチン状沈殿物などを形成するものである。 懸濁させる粒子は従来の研磨剤または非研磨剤粒子、不活性粒子で、顔料製造、ワイヤーソー切断、金属仕上げ用途およびウェーハラッピング用途では粒径が約1〜100μmのもの、ウェーハのラッピング用途では一般的により粒径の小さい約0.1〜10μmのもの、そしてCMP用途ではさらに小さい、約10〜500nmのものが用いられる。 懸濁粒子は、好ましいものをin-situ形成するか、または金属塩から金属水酸化物を形成する場合のように別に形成する。 そのような場合では、in-situ調製された沈殿ゼラチン状のゲル粒子の密度はより大きく、in-situ形成されるゲル粒子は、同じゲル粒子が市販されている場合に入手できる”乾燥”形態よりも表面積が小さい。 in-situ形成されたゲル粒子は通常、in-situキャリア媒体、または形成された「ゲル粒子」が配置される任意の第2の媒体よりも高い密度を保持する。 加えて、一般に、本発明によりin-situ形成されたゲル粒子はより広い粒度分布を示す。 ゲル粒子をキャリア媒体から分離させることの利点として、特定の用途、特にコーティングに使用するために異なる粒径の粒子の混合が可能になることが挙げられる。   Taking the aqueous case as an example, these suspended particles are hydroxides, oxyhydroxides, and oxide hydrates (hydrated oxides) of in-situ formed alkaline earth metal or transition metal. Also form suspended particulate precipitates, ie, sol-gels, gel particles, gelatinous precipitates, etc., in an aqueous or semi-aqueous medium at a pH in the range of about 3-12. The particles to be suspended are conventional abrasive or non-abrasive particles, inert particles, for pigment production, wire saw cutting, metal finishing applications and wafer lapping applications with a particle size of about 1 to 100 μm, for wafer lapping applications Generally, smaller particle sizes of about 0.1 to 10 μm and even smaller ones of about 10 to 500 nm are used for CMP applications. The suspended particles are preferably formed in-situ, or separately as in the case of forming metal hydroxides from metal salts. In such cases, the density of the in-situ prepared precipitated gelatinous gel particles is greater, and the in-situ formed gel particles can be obtained in the "dry" form available when the same gel particles are commercially available. The surface area is smaller than that. The in-situ formed gel particles generally retain a higher density than the in-situ carrier medium, or any second medium in which the formed "gel particles" are disposed. In addition, in general, gel particles formed in situ according to the present invention exhibit a broader particle size distribution. An advantage of separating the gel particles from the carrier medium is that it allows the mixing of particles of different particle sizes for specific applications, in particular for use in coatings.

上記の組成物の研磨材料としては、ダイヤモンド、シリカ、炭化タングステン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムの粉末、または他の硬質の粒を持つ”粉末”素材が使用できる。 一般に、平均または標準の粒径は、約0.5〜100ミクロン、好ましくは約2〜50ミクロン、またはそれら範囲内の混合物である。 ほとんどの用途で懸濁媒体またはキャリアに懸濁されている不活性粒子の濃度は、典型的には全懸濁液の約0.1〜60重量%の範囲に入る。   Abrasive materials of the above composition include diamond, silica, tungsten carbide, silicon carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon dioxide, cerium oxide, zirconium oxide, powder of aluminum oxide, or other hard particles. "Material can be used. Generally, the average or standard particle size is about 0.5 to 100 microns, preferably about 2 to 50 microns, or a mixture within these ranges. The concentration of inert particles suspended in the suspending medium or carrier for most applications typically falls in the range of about 0.1 to 60% by weight of the total suspension.

水性媒体と共に使用できる溶媒は、アルコール、アミド、エステル、エーテル、ケトン、グリコール、グリコールエーテル、アルキルラクトン、またはスルホキシドを含む極性溶媒である。 具体的な極性溶媒の例としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルアセトアミド(DMAC)、N-メチルピロリドン(NMP)、(ガンマ)γ-ブチロラクトン、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、各種グリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。   Solvents that can be used with the aqueous medium are polar solvents including alcohols, amides, esters, ethers, ketones, glycols, glycol ethers, alkyl lactones, or sulfoxides. Specific examples of polar solvents include dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAC), N-methylpyrrolidone (NMP), (gamma) γ-butyrolactone, diethylene glycol ethyl ether, dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol Monomethyl ether, various glycols, polyethylene glycol, polypropylene glycol and the like can be mentioned.

有機溶媒は、調製で得られるスラリーに必要な粘度レベルを与えるために使用される場合がある。 有機溶媒の他の用途としては、スラリー/キャリアの凝固点の低下が挙げられる。 溶媒の選択は、溶媒が不活性であるか、水に対して完全に混和性または可溶性があり、水性形成ゲル粒子の場合には水または懸濁される粒子もしくは懸濁ゲル粒子と非反応性であり、かつ低毒性で低臭気である限り、比較的重要ではない。   Organic solvents may be used to provide the required viscosity level to the slurry obtained in preparation. Other uses of organic solvents include lowering the freezing point of the slurry / carrier. The choice of solvent is such that the solvent is inert or completely miscible or soluble in water and, in the case of aqueous forming gel particles, non-reactive with the water or the suspended or suspended gel particles. It is relatively unimportant as long as it is low toxic and low odor.

水性形成ゲル粒子のケースで使用可能な懸濁粒子として、金属水酸化物、酸化物水和物(または水和酸化物)、および水性または半水性懸濁液を形成する研磨剤粒子以外の酸化物(例としてゲル粒子、ゼラチン状沈殿物、ゾル-ゲル、コロイドまたは非コロイド懸濁液など)が挙げられるが、これらに限定されない。本発明の重要な成分であるこれらの懸濁粒子は、時間の経過とともに容器の底部に向かって沈降することがあるが、時間の経過とともに硬い凝集物または粒子の「ケーキ」を容器の底に形成することはない。 これには、次式の例に示すように、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、炭化テトラエチルアンモニウムなど金属または非金属ブレンステッド塩基を使用して水酸化物形態(金属硫酸塩など)に変換された媒体中または媒体なしでin-situで存在する化合物が含まれるが、これらに限定されない。   As suspended particles usable in the case of aqueous forming gel particles, metal hydroxides, oxide hydrates (or hydrated oxides) and oxidations other than abrasive particles forming aqueous or semi-aqueous suspensions Substances such as, but not limited to, gel particles, gelatinous precipitates, sol-gels, colloidal or non-colloidal suspensions and the like. These suspended particles, which are an important component of the present invention, may settle towards the bottom of the container with the passage of time, but with the passage of time a "cake" of hard agglomerates or particles at the bottom of the container It does not form. This uses potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, tetraethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, etc., metal or nonmetal Bronsted bases such as shown in the examples of the following formula: Included are, but are not limited to, compounds present in-situ in or without medium converted to hydroxide form (such as metal sulfates).

Figure 2019520989
Figure 2019520989

不溶性の完全に懸濁したゼラチン状の沈殿物またはアルミニウムの沈殿物が、約4〜12の範囲のpHで形成される。   An insoluble completely suspended gelatinous precipitate or a precipitate of aluminum is formed at a pH in the range of about 4-12.

本発明の水性形成ゲル粒子の例に使用するのに適した金属水酸化物としては、水酸化銅、水酸化アルミニウム、水酸化バリウム、水酸化第一鉄または水酸化第二鉄およびZn(OH)2.が挙げられるが、これらに限定されない。 本発明の水性例において懸濁粒子を形成またはin-situ形成するために使用され得る金属硫化物、塩又は酸化水和物には、Zn-塩、ZnS、SnO2xH2O、錫塩、SnS、Al2O3xH2O、Al-塩などの遷移金属酸化物がある。 これらの塩、硫化物、オキシ水酸化物、酸化水和物(または水和酸化物)などを使用して対応する水酸化物を形成し、本発明の水性キャリアシステム例のためのゾル-ゲル、ゲル粒子、およびゼラチン状粒子懸濁液を含む安定な懸濁媒体を得ることもできる。 Al(OH)3または他の酸化アルミニウム、もしくは水酸化物種の場合には、キャリア中で使用するためのpH範囲は約3〜12である。 好ましいpH範囲は5〜10であり、最も好ましいpH範囲は6〜9である。 Metal hydroxides suitable for use in the examples of aqueous forming gel particles according to the invention include copper hydroxide, aluminum hydroxide, barium hydroxide, ferrous hydroxide or ferric hydroxide and Zn (OH (OH) 2 ), but not limited thereto. The metal sulfides, salts or oxidized hydrates that can be used to form suspended particles in the aqueous example of the present invention or to form in-situ include Zn-salts, ZnS, SnO 2 x H 2 O, tin salts, There are transition metal oxides such as SnS, Al 2 O 3 x H 2 O, and Al-salts. These salts, sulfides, oxyhydroxides, oxide hydrates (or hydrated oxides) and the like are used to form the corresponding hydroxides, and sol-gels for the example aqueous carrier systems of the invention It is also possible to obtain stable suspension media comprising gel particles, and gelatinous particle suspensions. In the case of Al (OH) 3 or other aluminum oxide, or hydroxide species, the pH range for use in the carrier is about 3-12. The preferred pH range is 5 to 10, and the most preferred pH range is 6 to 9.

懸濁沈殿物またはゲル粒子として含まれるのは、キャリア溶媒の密度よりも大きい密度を有する粒子、および天然に沈殿性または懸濁性を示す粒子である。 水性または半水性媒体中でin-situ形成または沈殿させ、その後で本発明のキャリアシステムに添加する場合を除いて、より高い密度を有する金属オキシ水酸化物、水酸化物または水和酸化物が存在することが分かっている。   Included as suspended precipitates or gel particles are particles having a density greater than the density of the carrier solvent, and particles that exhibit precipitation or suspension in nature. Metal oxyhydroxides, hydroxides or hydrated oxides of higher density except when formed or precipitated in situ in aqueous or semi-aqueous media and then added to the carrier system of the present invention It is known to exist.

研磨剤スラリー(SiCスラリー)の”ソフト沈降”特性のレベルを定量的に測定するために、精密測定装置を使用した。 特定の懸濁キャリアのスラリー安定性は、そのソフト沈降保持特性(SSR)、言い換えれば、容器の底部に硬いケーキを形成することに対する固体懸濁物の抵抗の大きさによって評価される。 また、懸濁液中で固体粒子が互いに分離された状態を維持する効率を測定する懸濁液体積保持率(SVR)によっても評価される。 キャリアが安定なスラリーを作り出すことができるかどうかを測定するために、15〜25%の炭化ケイ素(SiC)JIS1000等級(平均粒径約13〜16μm)を含むスラリーを調製し、50mlの目盛り付きの円錐底部を有する試験管に入れ、室温および50℃の環境下で長期間にわたってSSRとSVRの両方を測定した。   A precision measurement device was used to quantitatively measure the level of the "soft settling" property of the abrasive slurry (SiC slurry). The slurry stability of a particular suspension carrier is assessed by its soft settling and holding characteristics (SSR), in other words the size of the solid suspension's resistance to forming a hard cake at the bottom of the container. It is also evaluated by the suspension volume retention (SVR), which measures the efficiency with which solid particles remain separated from one another in suspension. In order to determine whether the carrier can produce a stable slurry, prepare a slurry containing 15-25% silicon carbide (SiC) JIS 1000 grade (average particle size about 13-16 μm), 50 ml graduated The tube was placed in a test tube having a conical bottom, and both SSR and SVR were measured over a long period of time under a room temperature and 50 ° C. environment.

ソフト沈降保持特性の測定にはIMADA垂直手動レバー力試験台、モデルLV-100を使用した。 IMADAは、シャフトの底部に基準直径の円形パッドを有するプローブをスラリーに対して押し下げ、スラリーを通過して容器の底部に到達するのに必要な力を測定する。 必要とされる力を測定するために、プローブが目盛り付き試験管の円錐形底部から1mm以内の点まで伸びて到達することができるようにプローブのシャフトを長く、底部の直径とプローブの直径の差が1mm未満になるようにIMADAの構成を修正した。 プローブは、細長いねじ付きロッドをプローブに取り付けることによって長くした。 IMADAによって測定された力は、百ポンド単位で報告される。 低いSSRは、研磨剤を容易に再懸濁することができることを示し、1.0を超えるような高い値は、研磨剤が硬く沈降し、容易に再懸濁することができないことを示す。   An IMADA vertical manual lever force test bench, model LV-100, was used to measure the soft settling characteristics. The IMADA pushes a probe with a circular pad of reference diameter at the bottom of the shaft against the slurry and measures the force required to pass through the slurry to reach the bottom of the vessel. In order to measure the force required, the shaft of the probe is elongated so that the probe can be extended and reached to a point within 1 mm from the conical bottom of the graduated test tube, the diameter of the bottom and the diameter of the probe The IMADA configuration was modified to make the difference less than 1 mm. The probe was lengthened by attaching an elongated threaded rod to the probe. Forces measured by IMADA are reported in hundred pounds. A low SSR indicates that the abrasive can be easily re-suspended, and high values above 1.0 indicate that the abrasive is hard to settle and can not be easily re-suspended.

懸濁液体積保持率[SVR]は、試験管内に占められている固体の体積(ml)を測定し、その体積を目盛り付き試験管中のスラリーの全体積(ml)で除し、その結果に百分率読み取り値の100を掛けることによって計算される。 常にではないが一般に、SVR値が高いほど、すなわち100%に近いほど、キャリアが研磨剤を懸濁状態に保持する能力が優れている。 スラリーのSVRは一般に時間経過と共に減少するが、必ずしもスラリーのソフト沈降特性を示すものではない。 不規則に、SVRの測定値は、調査対象のスラリーの”ソフト沈降”実験の条件下では期待値と一致しない。 つまり、SVRは定性的な指標にはなるが、はるかに正確で一貫性のある定量的なソフト沈降特性[SSR]値とは対照的に、”ソフト沈降”スラリーに期待される一貫した値は得られない。 ゆえに、SVRは、常にではないがしばしば示唆的ではあるが、SSRのようなスラリーの全体的な安定性の定量的基準にはなり得ない。   Suspension volume retention [SVR] measures the volume (ml) of the solid occupied in the test tube and divides that volume by the total volume (ml) of the slurry in the graduated test tube, as a result Calculated by multiplying the percentage reading by 100. Generally, but not always, the higher the SVR value, ie, closer to 100%, the better the ability of the carrier to hold the abrasive in suspension. Although the SVR of a slurry generally decreases with time, it does not necessarily indicate the soft settling characteristics of the slurry. Randomly, the measured value of SVR does not match the expected value under the conditions of the "soft settling" experiment of the slurry under investigation. In other words, SVR is a qualitative indicator, but in contrast to the much more accurate and consistent quantitative soft settling property [SSR] values, the consistent value expected for "soft settling" slurries is I can not get it. Hence, SVR, although not always but often suggestive, can not be a quantitative measure of the overall stability of a slurry like SSR.

本発明の一部として記載された典型的に形成されたゲル粒子によって懸濁された研磨スラリーの安定化の程度、および保存スラリーの長期間にわたるSSR値と同じスラリーのSVRとの間の不規則な直観的関係の例としては、以下のケースが典型的である。   The degree of stabilization of the abrasive slurry suspended by the typically formed gel particles described as part of the present invention, and the irregularity between the SSR value over time of the stored slurry and the SVR of the same slurry The following cases are typical examples of such intuitive relationships.

見かけ上非水性のゲル粒子懸濁キャリアをPEG-200で次の方法でin-situ形成した。 懸濁ゲル粒子は、>3000Dの最終分子量を有するアクリル酸とマレイン酸とのコポリマーの部分中和によって形成された。 前述のポリマーは、最初に50/50(wt/wt)水溶液として購入され、懸濁キャリアPEG-200に添加することでコポリマー酸の透明からわずかに濁った溶液が得られた。 このポリマー酸は、適切なゲル粒子がwt/wtベースで約48%のSiC研磨剤を懸濁するのに十分な濃度でPEG懸濁媒体中に形成されるまで、アミノ水酸化物塩基を使用して部分的に中和された。   An apparently non-aqueous gel particle suspension carrier was formed in situ with PEG-200 in the following manner. Suspended gel particles were formed by partial neutralization of a copolymer of acrylic acid and maleic acid with a final molecular weight of> 3000D. The aforementioned polymer was initially purchased as a 50/50 (wt / wt) aqueous solution and added to the suspension carrier PEG-200 to obtain a clear to slightly cloudy solution of the copolymer acid. This polymeric acid uses amino hydroxide base until appropriate gel particles are formed in the PEG suspension medium at a concentration sufficient to suspend about 48% of the SiC abrasive on a wt / wt basis And was partially neutralized.

このスラリーを使用して多数のSiiインゴットをウェーハに切断した後、スラリーは”消耗済み”の状態になり、3コンテナあたり総重量が3000ポンドを超える4×4×4インチの300ガロン容器で保存された。 使用済みスラリーは、温度および/または湿度を制御しない環境で4年間停滞状態で”低温貯蔵”した。 シャフト端に直径8インチ以下の円形ディスクを備えた5インチ長スチールシャフト(延長サイズのIMADAロッド)を使用して、長期保存された使用済みスラリーの”ソフト沈降”特性を定性的に測定した。”IMADAロッド”は外力を加えずに静かに各容器内のスラリーの中に降下させ、沈降した固形物の硬さを定性的に測定した。 これらの固体のSVR測定値は<30%であった。 IMADAロッドは、外力なしで容器内のスラリーの最下部まで落下することができ、4年間の停滞貯蔵後でさえも〜0のSSRを示した。   After cutting a large number of Sii ingots into wafers using this slurry, the slurry is "consumed" and stored in a 4x4x4 inch 300 gallon container with a total weight exceeding 3000 pounds per 3 containers It was done. The spent slurry was "cold stored" in stagnation for 4 years in an environment where temperature and / or humidity are not controlled. The "soft settling" property of the long-lived spent slurry was qualitatively measured using a 5 inch long steel shaft (extended size IMADA rod) with a circular disc of 8 inches or less in diameter at the end of the shaft. The "IMADA rod" was gently dropped into the slurry in each container without external force, and the hardness of the precipitated solid was qualitatively measured. The SVR measurement of these solids was <30%. The IMADA rod was able to fall to the bottom of the slurry in the container without external force and exhibited a SSR of ~ 0 even after 4 years of stagnant storage.

この実験を少なくとも12個の他のグリコール系非水性使用済みスラリー貯蔵容器で繰り返したが、全てのケースにおいて同様の結果が得られた。 4年経過後の固形分高含有スラリーにおけるそのような”ソフト沈降”は、本発明のゲル粒子の分離および懸濁特性の概念の有効性および持続性を明らかに実証している。   This experiment was repeated with at least 12 other glycol-based non-aqueous spent slurry storage containers, but similar results were obtained in all cases. Such "soft settling" in high solids content slurries after 4 years clearly demonstrates the effectiveness and persistence of the inventive separation and suspension property concept of the gel particles.

ソフト沈降抵抗(SSR)を測定するために利用される測定ツールが反復可能かつ正確な方法で”ケーキ貫入抵抗”を正確に測定するように、標準ロッドの貫通深さおよびツールの較正の両方を毎日チェックした。 優れた懸濁キャリア内に形成されたスラリーについては、貫入のSSRは低く、管理された試験条件下における4〜6週間までの長期保存では<0.1ポンド程度であると予想された。 例えば標準PEG-200、-300、または-400などのゲル粒子、または水の存在しない劣質な懸濁キャリア中に形成されたスラリーについては、数日という相当に短い保管期間でソフト沈降抵抗の測定値は典型的には1.5-2.0ポンドの高い範囲を示した。 言い換えれば、所与のスラリーの時間経過後のSSRが低いほど、性能、安定な貯蔵可能性、時間経過による個体の凝固または凝集の防止、スラリー懸濁液の維持、リサイクル性、および長時間保管後における元のスラリー懸濁液特性保持の容易さに関して、より安定、均一であり、すなわちより良質なスラリーである。   Both the penetration depth of the standard rod and the calibration of the tool so that the measuring tool used to measure the soft sedimentation resistance (SSR) accurately measures the "cake penetration resistance" in a repeatable and accurate way I checked every day. For slurries formed in superior suspension carriers, the penetration SSR was low and was expected to be as low as <0.1 pounds for long term storage up to 4 to 6 weeks under controlled test conditions. For example, for slurries formed in gel particles such as standard PEG-200, -300, or -400, or in the presence of inferior suspension carriers in the absence of water, measurement of soft sedimentation resistance with storage times as short as several days The value typically showed a high range of 1.5-2.0 pounds. In other words, the lower the SSR for a given slurry over time, the better the performance, stable storability, prevention of solidification or aggregation of the individual over time, maintenance of the slurry suspension, recyclability, and long term storage It is a more stable, uniform, ie better quality slurry, with regard to the ease of retention of the original slurry suspension properties later.

本発明は、水性、非水性および半水性媒体に関するものであるため、本発明の配合物がワイヤーソー、金属仕上げラッパー、ウエーハラッパーなどの典型的な構成要素である炭素鋼、鉄、ばね鋼などの金属と長時間接触することによって金属の腐食や錆を引き起こす可能性がある。 必要に応じて腐食防止剤を本発明のキャリア配合物に添加して金属腐食を抑制または排除することができる。 適切な防止剤として、発泡を引き起こしたり、長期間安定した研磨剤または固体懸濁液を提供する性能を妨げたり、またはキャリア配合物およびそれらに関連した研磨剤または固体懸濁液の粘度、レオロジー、または均一性を損なわないものを使用する必要がある。   Since the present invention relates to aqueous, non-aqueous and semi-aqueous media, carbon steel, iron, spring steel etc. where the composition of the present invention is a typical component such as wire saw, metal finish wrapper, wafer wrapper etc. Prolonged contact with metals can cause metal corrosion and rust. If desired, corrosion inhibitors can be added to the carrier formulations of the present invention to inhibit or eliminate metal corrosion. As a suitable inhibitor, it causes foaming, interferes with the ability to provide a stable abrasive or solid suspension over time, or the viscosity, rheology of the carrier formulation and the abrasive or solid suspension associated therewith It is necessary to use one that does not lose uniformity or uniformity.

本発明の水性および半水性キャリアに添加することができる適切な腐食防止剤には、脂肪族および芳香族カルボン酸、アルカノールアミン(ジエタノールアミン、モノエタノールアミンなど)を使用した中和カルボン酸、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、他の類似の非金属水酸化物塩基、アルキルまたは芳香族アミン、または他のブレンステッド塩基などが含まれるが、これらに限定されない。 その他にも、当技術分野で知られているものとしてDeForest DeCore-APCI-95、DeTrope CA-100などの商品名で市販されている長鎖修飾カルボキシレートなどの金属腐食防止剤も含まれ得る。CMPプロセスで使用される金属(すなわち、Al/Cu、Cu、Al/Si、Al/Si/Cu、GaAs、LnPなど)の腐食防止または抑制に常軌と同等に適した既知の腐食防止剤のさらなる例としては安息香酸、ピロガロール、没食子酸、チオ硫酸アンモニウム、8-ヒドロキシキノリン、カテコール、ベンゾトリゾール、トリエタノールアミン、イマダゾール(ベンゾイミダゾールおよびアルキル置換ベンズイミダゾールなど)、スルホランなどのチオフェン化合物、変性ポリアクリル酸もしくはポリアクリレート、多糖類、ポリビニルアルコールなどのポリアルコール、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。 さらに、他にも酸素吸収剤または捕捉剤として機能する適切な腐食防止剤がある。これにはp-ヒドロキノン(p-キノールなど)、カテコールまたは没食子酸などのポリヒドロキシ芳香族、8-ヒドロキシキノリン、亜硝酸塩、亜硫酸塩を含むがこれらに限定されない。   Suitable corrosion inhibitors which can be added to the aqueous and semi-aqueous carriers of the invention include aliphatic and aromatic carboxylic acids, neutralized carboxylic acids using alkanolamines (diethanolamine, monoethanolamine etc), tetraalkyls Ammonium hydroxides, other similar non-metal hydroxide bases, alkyl or aromatic amines, or other Br ス テ ッ ド nsted bases, etc. include but are not limited to these. In addition, metal corrosion inhibitors such as long chain modified carboxylates commercially available under the tradenames DeForest DeCore-APCI-95, DeTrope CA-100, etc. as known in the art may also be included. Further known corrosion inhibitors equally suitable for corrosion protection or inhibition of metals used in CMP processes (ie Al / Cu, Cu, Al / Si, Al / Si / Cu, GaAs, LnP etc) Examples include benzoic acid, pyrogallol, gallic acid, ammonium thiosulfate, 8-hydroxyquinoline, catechol, benzotrizole, triethanolamine, imidazole (such as benzimidazole and alkyl substituted benzimidazole), thiophene compounds such as sulfolane, modified polyacrylics Examples include, but are not limited to, acids or polyacrylates, polysaccharides, polyalcohols such as polyvinyl alcohol, or combinations thereof. Additionally, there are other suitable corrosion inhibitors which function as oxygen absorbers or scavengers. This includes but is not limited to p-hydroquinones (such as p-quinol), polyhydroxyaromatics such as catechol or gallic acid, 8-hydroxyquinoline, nitrites, sulfites.

本発明の用途のための腐食防止剤は、その防止剤が前述の性能基準(以下に列挙するものを含む)を満たす限り、いずれを選択するかは重要ではない。
・金属の腐食を抑制または排除する。
・キャリアまたは得られるスラリーの顕著な発泡を引き起こさない。
・懸濁液の長期安定性を提供するための懸濁キャリアの能力を損なわず、または干渉しない。
・キャリアまたは得られるゲル粒子または不活性固体懸濁液の粘度、性能またはレオロジーに悪影響を及ぼさない。
・キャリア懸濁液またはキャリア中のゲル粒子または不活性固体懸濁液の均一性または均質性に有害な影響を与えない。
・スラリーがゲル粒子によって懸濁される際に、ベース媒体またはキャリアのゲル粒子または不活性粒子と化学的に反応しない。
The choice of corrosion inhibitor for the application of the present invention is not critical as long as the inhibitor meets the aforementioned performance criteria (including those listed below).
-Suppress or eliminate metal corrosion.
Does not cause significant foaming of the carrier or resulting slurry.
Does not impair or interfere with the ability of the suspension carrier to provide long-term stability of the suspension.
No adverse effect on the viscosity, performance or rheology of the carrier or of the resulting gel particles or of the inert solid suspension.
Does not adversely affect the homogeneity or homogeneity of the carrier suspension or gel particles or inert solid suspension in the carrier.
It does not react chemically with the gel particles or inert particles of the base medium or carrier when the slurry is suspended by the gel particles.

ゲル粒子を形成するための反応の副生成物として生成されるある種の塩は、適切な濃度および構造を与えられることでイオン強度を適切に増加させ、反発を助け、懸濁不活性粒子の沈降にかかる時間を増加させる。 しかしながら、スラリー懸濁液全体の適用に応じて、ゲル粒子形成中に形成された生成溶解塩をすすぎ落とし、in-situ形成されたゲル粒子のみを中和または部分中和されたベース媒体(この場合は水が好ましい)中に残すことも有利であり得る。   Certain salts produced as by-products of the reaction to form gel particles appropriately increase the ionic strength by providing appropriate concentrations and structures, help with repulsion, and of suspension inactive particles. Increase the time it takes to settle. However, depending on the application of the entire slurry suspension, the resulting dissolved salt formed during gel particle formation is rinsed off and only the in-situ formed gel particles are neutralized or partially neutralized base medium (this It may also be advantageous to leave in case water is preferred.

以下の実施例は本発明の方法の実施を説明するものである。 ただし、列挙された実施例は、本発明の全範囲を限定するものとして解釈されるべきものではなく、上述した指針原理に照らして、本明細書は様々な変更点を含意すると理解されるべきである。 本明細書に記載されている全ての百分率は、別に注釈がない限り、重量に基づく。   The following examples illustrate the practice of the method of the present invention. However, the listed embodiments should not be construed as limiting the full scope of the present invention, and in light of the above guiding principle, it should be understood that the present specification is intended to cover various modifications. It is. All percentages stated herein are by weight unless otherwise noted.

例 1
A.ゲル粒子の調製: 固体硫酸アルミニウム六十水和物を水道水に添加して、水中の硫酸アルミニウムパーセントが10.76%になるようにした。 この溶液をテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の25%溶液で30分間かけて絶えず混合しながらpH7.7に中和した。 得られたAl(OH)3ゲル粒子の見た目は白濁した懸濁液である。 この懸濁液を次に水で3回すすいで懸濁液中に溶解した副生生産物の塩を除去する。 得られたキャリア懸濁液のイオン性質/特性は、非常に低いかまたは全くない。
Example 1
A. Preparation of Gel Particles : Solid aluminum sulfate hexadecahydrate was added to tap water so that the percent aluminum sulfate in the water was 10.76%. The solution was neutralized to pH 7.7 with constant mixing for 30 minutes with a 25% solution of tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH). The appearance of the obtained Al (OH) 3 gel particles is a white suspension. The suspension is then rinsed three times with water to remove salts of byproduct products dissolved in the suspension. The ionic nature / properties of the resulting carrier suspension are very low or not at all.

B.研磨剤粒子の懸濁スラリーの調製- A部のゲル粒子を濾過し、このゲル粒子の濃縮物を水性キャリアに添加して、特定のゲル粒子濃度にする。 この水性懸濁液に、乾燥酸化チタン固形分を添加し、固形分の全量を25%とし、コーティング用途の組成物としてゲル粒子の含有量を約10%以下にする。 この配合物のソフト沈降抵抗(SSR)および懸濁液体積保持率(SVR)のデータを以下の表1aおよび1bに示す。 B. Preparation of Suspension Slurry of Abrasive Particles-The gel particles of part A are filtered and a concentrate of the gel particles is added to an aqueous carrier to a specific gel particle concentration. To this aqueous suspension is added dry titanium oxide solids to a total solids content of 25% and a gel particle content of about 10% or less as a composition for coating applications. The data of Soft Sedimentation Resistance (SSR) and Suspension Volume Retention (SVR) of this formulation are shown in Tables 1a and 1b below.

Figure 2019520989
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固体TiO2懸濁スラリーについて、SSR測定値ゼロは、優れた懸濁性能を明らかに示すものである。 4週間後の室温SVRが42%であり、すべての測定点でのSSRがゼロという測定値は、懸濁液が優れた”ソフト沈降”性質を持つことを示す結果である。   For solid TiO 2 suspension slurries, an SSR measurement of zero clearly indicates excellent suspension performance. A measurement of a room temperature SVR of 42% after 4 weeks and an SSR of zero at all measuring points is a result showing that the suspension has excellent "soft settling" properties.

例 2
A.ゲル粒子の調製 - 固体硫酸アルミニウム八水和物を水道水に添加し、水中の活性硫酸アルミニウムの濃度が15.5%になるようにした。 この溶液をKOH(25%水溶液)と絶えず混合しながらpH7.7までゆっくりかつ均一になるまで中和した。in-situ形成されたゲル粒子の見た目は、水ベース中で白く濁った懸濁液である。
Example 2
A. Preparation of Gel Particles- Solid aluminum sulfate octahydrate was added to tap water so that the concentration of active aluminum sulfate in water was 15.5%. The solution was neutralized slowly and uniformly to pH 7.7 with constant mixing with KOH (25% aqueous solution). The appearance of the in-situ formed gel particles is a white cloudy suspension in a water base.

B.研磨剤粒子の懸濁スラリーの調製- 研磨剤として平均粒子サイズが9〜10μm以下SiC粒子を〜48%含有するスラリーを、上記(A)で調製したゲル粒子キャリア内に懸濁させる。 懸濁液を十分に混合し、室温と高温の両方の条件下に放置して、ソフト沈降および懸濁の均一性の特性を測定する。 配合物、粘度、ソフト沈降保持(SSR)および懸濁液体積保持(SVR)のデータを以下の表に示す。 ここでも、SSRおよびSVRの測定値は、4週間後でさえも優れて安定な粒子懸濁を示している。 しかしながら、SVRは、典型的には、同じスラリーを室温に置いた場合に比べ高温ではより低くなると予想されることに留意する必要がある。 この場合、先に述べたように、SVRはスラリーが安定した”ソフト沈降”スラリーであることを示し得る一方、期待される定量的または定性的測定値を生成しない。 つまり、”SVRは定性的な指標になり得るが、必ずしも”ソフト沈降”スラリーに期待される一貫した値が得られるわけではない…”。 B. Preparation of Suspension Slurry of Abrasive Particles-A slurry containing ~ 48% SiC particles with an average particle size of 9 to 10 μm or less as an abrasive is suspended in the gel particle carrier prepared in the above (A). The suspension is mixed well and left under both room temperature and elevated temperature conditions to determine the characteristics of soft settling and suspension uniformity. The formulation, viscosity, soft settling retention (SSR) and suspension volume retention (SVR) data are shown in the following table. Again, SSR and SVR measurements show excellent and stable particle suspension even after four weeks. However, it should be noted that SVR is typically expected to be lower at higher temperatures than if the same slurry was at room temperature. In this case, as mentioned earlier, the SVR may indicate that the slurry is a stable "soft settling" slurry while not producing the expected quantitative or qualitative measurements. In other words, "SVR can be a qualitative indicator, but it does not always give the consistent value expected for a" soft settling "slurry ...".

Figure 2019520989
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例 3
固体硫酸アルミニウム八水和物を水道水に添加し、水中の硫酸アルミニウムの濃度が15.54%になるようにした。 この溶液をKOH(25%水溶液)でpH7.7まで中和する。 この白濁したキャリアシステムに、平均サイズが約8-9.5μmのSiC粒子を添加する。 懸濁したスラリー全体を〜5分間十分に混合する。配合、粘度、SSR、およびSVRのデータを以下の表に示す。
Example 3
Solid aluminum sulfate octahydrate was added to the tap water so that the concentration of aluminum sulfate in the water was 15.54%. The solution is neutralized to pH 7.7 with KOH (25% aqueous solution). To this cloudy carrier system, SiC particles with an average size of about 8-9.5 μm are added. The entire suspended slurry is thoroughly mixed for ̃5 minutes. Formulation, viscosity, SSR, and SVR data are shown in the following table.

Figure 2019520989
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硫酸アルミニウムの代わりに、硫酸亜鉛または硫酸第一錫を使用できる。 形成されたゲルは濾過した後液体媒体中に混合して使用できる。 スラリー安定性に関しては、先の実施例と同様の結果が観察された。 しかしながら、この例では、50℃、4週間後のSVRが71となり、非常に安定したスラリーであることを示している。   Zinc sulfate or stannous sulfate can be used instead of aluminum sulfate. The formed gel can be used after mixing in a liquid medium after filtration. With regard to slurry stability, the same results as in the previous example were observed. However, in this example, the SVR after 4 weeks at 50 ° C. is 71, which indicates that the slurry is a very stable slurry.

Figure 2019520989
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不活性塩を添加して、粒子にさらなる静電反発力を与えることができる。 また、ゲル粒子形成によって生成された溶解塩は、水または適切なキャリア媒体溶媒で洗い流すことで、比較的イオン性が低いか、または全くないゲル粒子懸濁液を生成できる。   Inert salts can be added to give the particles additional electrostatic repulsion. Also, the dissolved salt produced by gel particle formation can be washed away with water or a suitable carrier medium solvent to form a gel particle suspension that is relatively less ionic or not at all.

例 4b
A.ゲル粒子の調製 -
この実施例では、溶媒として水道水を使用する代わりに、ジエチレングリコール(DEG)を使用する半水性溶媒を使用した。 硫酸アルミニウムはDEGに溶解しないので、まず硫酸アルミニウムの水溶液を調製し、それをDEGに加える必要がある。 Al(OH)3ゲル粒子は、水中で調製し、形成されたゲル粒子をDEGのような他の溶媒に添加する手法が一般的である。 この場合、0.4M硫酸アルミニウム溶液を調製し、25%TMAH水溶液でpH約7.8〜8.8以下に中和した。 ゲル粒子をin-situ形成した水媒体から分離し、次いでDEGに添加してラッピング研磨剤の懸濁に適したゲル粒子懸濁液を得た。 そのSSR、SVR、および粘度を測定した。 ソフト沈降測定管は、SiCの代わりに18%酸化ジルコニウム(ZrO2)を用いて調製した。 測定結果を下記の表4a-1および4a-2に示す。
Example 4b
A. Preparation of gel particles-
In this example, instead of using tap water as the solvent, a semi-aqueous solvent using diethylene glycol (DEG) was used. Since aluminum sulfate does not dissolve in DEG, it is necessary to first prepare an aqueous solution of aluminum sulfate and add it to DEG. It is common practice to prepare Al (OH) 3 gel particles in water and add the formed gel particles to other solvents such as DEG. In this case, a 0.4 M aluminum sulfate solution was prepared and neutralized to a pH of about 7.8 to 8.8 or less with a 25% aqueous TMAH solution. The gel particles were separated from the in-situ formed aqueous medium and then added to the DEG to obtain a gel particle suspension suitable for suspending the lapping abrasive. The SSR, SVR, and viscosity were measured. A soft sedimentation tube was prepared using 18% zirconium oxide (ZrO 2 ) instead of SiC. The measurement results are shown in Tables 4a-1 and 4a-2 below.

Figure 2019520989
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表4a-2のSSRの結果は、初期量が2.0%を超える場合に室温で1週間経過後にも安定な懸濁液が存在していることを示している。 このケースではSVR=0.16であり、これは非常に”ソフト沈降”性の高い懸濁液を示している。 50℃では、0.49% のAISレベルでも1週間後に安定な懸濁液が得られている。   The SSR results in Table 4a-2 indicate that a stable suspension is present after one week at room temperature if the initial amount is greater than 2.0%. In this case SVR = 0.16, which indicates a very "soft settling" suspension. At 50 ° C., a stable suspension is obtained after one week with an AIS level of 0.49%.

Figure 2019520989
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例 4b
A.ゲル粒子の調製 -
この実施例では、直前に記述した例4aと同様に、溶媒として水道水を使用する代わりに、ジエチレングリコール(DEG)を使用する半水性溶媒を使用した。 硫酸第一錫はPGMEに十分に溶解しないので、硫酸第一錫の水溶液を調製し、その中でSn(OH)2ゲル粒子を調製した後、PGMEに添加する。 この場合、0.5M硫硫酸第一錫溶液を調製し、十分な量の25%TMAH水溶液でpH約7.9に中和した。 ゲル粒子を濾過し、湿潤ゲル固形物を密閉条件下で4週間貯蔵して、湿潤ゲル固形物内の含水量を維持した。
Example 4b
A. Preparation of gel particles-
In this example, as in Example 4a described immediately above, instead of using tap water as the solvent, a semi-aqueous solvent using diethylene glycol (DEG) was used. Since stannous sulfate is not sufficiently soluble in PGME, an aqueous solution of stannous sulfate is prepared, in which Sn (OH) 2 gel particles are prepared and added to the PGME. In this case, a 0.5 M stannous sulfate solution was prepared and neutralized to about pH 7.9 with a sufficient amount of 25% aqueous TMAH solution. The gel particles were filtered and the wet gel solids were stored under sealed conditions for 4 weeks to maintain the water content within the wet gel solids.

B.コーティング粒子の懸濁スラリーの調製- この湿潤ゲル粒子を水とPGMEとの2:1混合物に加え、全混合物の33%になるようにした。 その混合物に、二酸化チタンをゲル粒子と同量の重量で添加してコーティング組成物を形成した。 懸濁粒子間に追加の静電反発力を与えるために、ここに適量の硫酸テトラメチルアンモニウムを添加することも可能である。 B. Preparation of Suspension Slurry of Coating Particles- This wet gel particle was added to a 2: 1 mixture of water and PGME to make it 33% of the total mixture. To the mixture, titanium dioxide was added in the same amount by weight as the gel particles to form a coating composition. It is also possible to add an appropriate amount of tetramethylammonium sulfate here to provide additional electrostatic repulsion between suspended particles.

例 4c.
以下の配合物は、キャリアを水道水で希釈することにより実施例4aに記載の配合物の粘度を下げることを目的としたものである。 キャリアを水で25%および50%に希釈し、硫酸アルミニウムの濃度はいずれの希釈率でも一定に保った。 この例では、50%希釈の場合を以下の表に示す。 ソフト沈降の試験管は、SiCの代わりに18%酸化ジルコニウム(ZrO2)を用いて調製した。 測定結果を表4c-1および4c-2に示す。
Example 4c.
The following formulation is intended to lower the viscosity of the formulation described in Example 4a by diluting the carrier with tap water. The carrier was diluted to 25% and 50% with water, and the concentration of aluminum sulfate was kept constant at any dilution rate. In this example, the case of 50% dilution is shown in the following table. Soft sedimented test tubes were prepared using 18% zirconium oxide (ZrO 2 ) instead of SiC. The measurement results are shown in Tables 4c-1 and 4c-2.

Figure 2019520989
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表4c-2に示すSSRの結果では、水性媒体中で“Al(OH)3”ゲル粒子をin-situ形成するために使用する硫酸アルミニウム含有量が約0.75%よりも多い場合に、室温スラリーのソフト沈降特性として最小限許容可能な値を示している。 50℃において、硫酸アルミニウム含有量が0.50%を超える場合、1週間後のSSRは安定したソフト沈降スラリーの値を示す。 The SSR results shown in Table 4c-2 show that room temperature slurry when the aluminum sulfate content used to form "Al (OH) 3 " gel particles in-situ in an aqueous medium is greater than about 0.75%. The minimum acceptable value is shown as the soft sedimentation characteristic of. At 50 ° C., when the aluminum sulfate content exceeds 0.50%, the SSR after one week shows the value of a stable soft settling slurry.

Figure 2019520989
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この実施例は、対象スラリー中に含まれる研磨剤粒子または不活性粒子のレベルの安定を物理的および/または物理化学的に妨げるためには十分な懸濁ゲル粒子の含有量が必要であることを実証する。 ゲル粒子含有量が、研磨粒子の凝集、凝固および硬質沈降を適切に防止するのに必要とされる量よりも少ない場合、貫入に対して著しい抵抗を示す硬質沈降ケーキが生成され、そのようなスラリーは均質なスライス、切断、研削、ラッピング加工用途に適さず、硬質材料のより大きなインゴットまたはブリックから望ましい形状、表面品質、ウェーハまたはスライスされたディスクを一貫して均一な品質で得ることができない。   In this example, it is necessary that the content of suspension gel particles is sufficient to physically and / or physicochemically prevent the level stability of the abrasive particles or inert particles contained in the target slurry. Demonstrate. If the gel particle content is less than that required to adequately prevent abrasive particle clumping, coagulation and hard settling, a hard settling cake is formed that exhibits significant resistance to penetration, and such The slurry is not suitable for homogeneous slicing, cutting, grinding, lapping applications, and it is not possible to obtain the desired shape, surface quality, wafers or sliced disks consistently with uniform quality from larger ingots or bricks of hard material .

例 5
実施例2、工程Aに従って調製され、分離されたゲル粒子を、十分な量のPEG200と混合して、〜30%wt/wtの湿潤ゲル粒子濃度を得た。 これに水を加え、キャリア懸濁液をそれぞれ25%、50%、75%に希釈して、3つの異なる希釈物にそれぞれ異なる3つのゲル粒子濃度を持たせた。 この実施例について、全体のpH、SSRおよびSVRの変動を以下の表5に示す。 本明細書の他の実施例に従い、18%酸化ジルコニウム(ZrO2)を混合物に添加し、スラリー特性を測定した。 各種の希釈液の測定結果を以下の表に列挙する。
Example 5
The gel particles prepared and separated according to Example 2, step A were mixed with a sufficient amount of PEG 200 to obtain a wet gel particle concentration of ̃30% wt / wt. To this was added water and the carrier suspension was diluted to 25%, 50% and 75% respectively, to give three different dilutions each with three different gel particle concentrations. The overall pH, SSR and SVR variations for this example are shown in Table 5 below. According to another example herein, 18% zirconium oxide (ZrO 2 ) was added to the mixture and the slurry properties were measured. The measurement results of the various dilutions are listed in the following table.

Figure 2019520989
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ここに記載するゲル粒子は原則的に、展性またはゼラチン状の粒子である。これらの粒子は懸濁媒体内でin-situ形成されるか、または最終懸濁媒体の外で形成されたもので、ただし後者の場合は混合、接触、または他の方法で懸濁媒体と直接相互作用させ、物理化学的反応、吸収相互作用、静電相互作用または他の「結合」メカニズムをゲル粒子と懸濁媒体との間に生じさせることによって最終的に上記媒体に懸濁させるゼラチン状の展性粒子を形成させる必要がある。   The gel particles described here are in principle malleable or gelatinous particles. These particles are formed in-situ in the suspending medium or formed outside the final suspending medium, but in the latter case mixing, contacting or otherwise directly with the suspending medium Gelatinous that is ultimately suspended in the medium by causing interaction, physicochemical reaction, absorption interaction, electrostatic interaction or other "binding" mechanism between the gel particles and the suspension medium It is necessary to form malleable particles of

例 6
A.ゲル粒子の調製 -
この実施例では、水性溶媒を使用する代わりに、ポリエチレングリコール(PEG-200)を使用する非水性溶媒を使用した。 さらに、懸濁ゲル粒子として、in-situ調製された金属水酸化物の代わりに、部分中和有機ポリマーを使用して、非水性PEG-200溶媒中に懸濁ゲル粒子を生成する。
Example 6
A. Preparation of gel particles-
In this example, instead of using an aqueous solvent, a non-aqueous solvent using polyethylene glycol (PEG-200) was used. In addition, partially neutralized organic polymers are used as suspended gel particles instead of in-situ prepared metal hydroxides to produce suspended gel particles in non-aqueous PEG-200 solvent.

B.研磨剤粒子懸濁スラリーの調製 - 懸濁ゲル粒子は、>3000Dの最終分子量を有するアクリル酸とマレイン酸とのコポリマーの部分中和によって形成された。 このポリマーは、最初に50/50(wt/wt)水溶液として購入され、懸濁キャリアPEG-200に添加することでコポリマー酸の透明からわずかに濁った溶液が得られた。 このポリマー酸は、適切なゲル粒子がwt/wtベースで約〜47%のSiC研磨剤を懸濁するのに十分な濃度でPEG懸濁媒体中に形成されるまで、アミノ水酸化物塩基を使用して部分的に中和された。 前述の通り調製された非水性スラリーについて、この配合物の主要変数、ソフト沈降抵抗(SSR)および懸濁液体積保持率(SVR)のデータを以下の表6aおよび1bに示す。 B. Preparation of Abrasive Particle Suspension Slurry- Suspension gel particles were formed by partial neutralization of a copolymer of acrylic acid and maleic acid with a final molecular weight of> 3000D. This polymer was first purchased as a 50/50 (wt / wt) aqueous solution and added to the suspension carrier PEG-200 to give a clear to slightly hazy solution of the copolymer acid. The polymeric acid is formed from the aminohydroxide base until appropriate gel particles are formed in the PEG suspension medium at a concentration sufficient to suspend about-47% of the SiC abrasive on a wt / wt basis. It was partially neutralized using. The main variables of this formulation, soft settling resistance (SSR) and suspension volume retention (SVR) data for non-aqueous slurries prepared as described above, are shown in Tables 6a and 1b below.

Figure 2019520989
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Figure 2019520989
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ゲル粒子はエマルジョン、ゾル、またはゲルとは見なされないことを理解する必要がある。 ゲル粒子は、他とは区別される”ゼラチン状”粒子である。上記のいずれか、または他のメカニズムを使用して媒体中でゼラチン状粒子として形成され、内部にその液体媒体の分子を包含する。 ゲル粒子は部分的に固体であるが、エマルジョンの場合のような懸濁液体ではない。 本発明の目的のために利用されるゲル粒子は、ゲル粒子そのものの化学的違いまたはそれが形成されたメカニズムの違いにかかわらず、共通の性質を有する。   It should be understood that gel particles are not considered emulsions, sols, or gels. Gel particles are "gelatinous" particles which are distinguished from one another. Formed as gelatinous particles in the medium using any of the above or other mechanisms, including the molecules of the liquid medium therein. The gel particles are partially solid but not in suspension as in the case of an emulsion. The gel particles utilized for the purposes of the present invention have common properties regardless of the chemical differences of the gel particles themselves or the mechanisms by which they are formed.

ゲル粒子は、媒体の中でいずれかの手段を適用、実施、または使用して形成されるが、得られたゲル粒子は媒体全体とは別個で独立した、異なる特性を有する別個の異なる分子および物理構造を有する。 ゲル粒子は、ゲル粒子の形成に利用される典型的な特性を除いて互いに他の類似の特性を有さない化合物、ポリマー、オリゴマー、有機または無機材料を用いた、互いに大きく異なる各種の懸濁液またはキャリア媒体中で形成され得る。   The gel particles are formed by applying, performing, or using any means in the medium, but the resulting gel particles are separate and distinct molecules having different properties and distinct and independent from the whole medium and It has a physical structure. The gel particles are of a variety of different suspensions, using compounds, polymers, oligomers, organic or inorganic materials that do not have other similar properties to one another except for the typical properties utilized to form gel particles. It may be formed in a liquid or carrier medium.

言い換えれば、作成された粒子は、それが形成された媒体が異なっていても同様の特性を示す。以下にその例を挙げる:
1)物理的にも、構造的にも、分子的にも、そして電荷に関しても、それが元々形成されたPEGのグリコール媒体とは大きく異なる高イオン性有機懸濁ポリマー粒子。
2)物理的にも、構造的にも、分子的にも、そして電荷に関しても、それが元々形成された水ベース媒体とは大きく異なる、非常に低イオン性の無機懸濁非ポリマー粒子。
直前の2つの例については、両者は大きく異なる2つの異なる「分子種」に属するゲル粒子であるが、以下に列挙する類似の形成ステップを持つ:
a)ゲル粒子は同様の方法を用いて調製される
b)ゲル粒子はそれらが懸濁される媒体内でin-situ調製される
c)ゲル粒子は、それらが生成された媒体の非常に異なる分子環境内に存在する別個の異なる分子環境として生成される
d)ゲル粒子は、それらが形成された媒体の密度よりも幾分大きい密度を有する
e)ゲル粒子は、物理的干渉、密度差、(反発における)静電荷の寄与、ならびに機械的、二次的(すなわち分子間および分子内電荷分布効果(双極子力)や水素結合力またはファンデルワールス力など)のようなゲル粒子と不活性間の粒子相互作用によって付着および/または物理化学的粒子干渉をもたらし、不活性粒子を効率的かつ効果的に懸濁する
f)ゲル粒子は、それらが形成される個々に異なるin-situ媒体内の別の分子との化学的相互作用または化学反応によって調製される。
In other words, the particles produced show similar properties even if the medium in which they are formed is different. Here are some examples:
1) Highly ionic organic suspended polymer particles that are very different physically, structurally, molecularly, and in terms of charge, from the glycol medium of PEG originally formed.
2) Very low ionic, inorganic suspended non-polymeric particles, which are very different physically, structurally, molecularly, and in terms of charge, from the water-based medium in which they were originally formed.
For the two previous examples, both are gel particles belonging to two very different "molecular species", but with similar formation steps listed below:
a) gel particles are prepared using the same method b) gel particles are prepared in-situ in the medium in which they are suspended c) gel particles are very different molecules of the medium in which they were produced D) gel particles are produced as distinct and different molecular environments present in the environment d) the density of the gel particles is somewhat greater than the density of the medium in which they were formed e) gel particles are physically interferent, density differences, ( Contribution of electrostatic charge in repulsion, and gel particles such as mechanical, secondary (ie intermolecular and intramolecular charge distribution effects (dipolar forces), hydrogen bonding forces or van der Waals forces) and inactivity Effect adhesion and / or physicochemical particle interference by particle interactions and effectively and effectively suspend inactive particles f) gel particles are formed in individually different in-situ media from which they are formed Chemical with another molecule They are prepared by interaction or for chemical reactions.

これらのゲル粒子は、どのような媒体中で形成されるか、またはどの成分が最終的なゲル粒子を形成するかにかかわらず、互いに極めて類似し、かつ他の形態の物質とは大きく異なる以下のような特徴または性質を有する。 ゲル粒子は常に、ゲル粒子自体とは明らかに異なる分子的、立体配置的、レオロジー的および物理的特性を有するキャリア媒体内でin-situ形成される。 最初は最終的なキャリア媒体の外で形成されるゲル粒子(例えばいくつかの多糖類)であっても、適切な時にキャリアに暴露、相互作用、混合または反応させて最終ゲル粒子を形成させる。 このため、最終的なゲル粒子はキャリア媒体でin-situ形成されたと表現し得る。 ゲル粒子は、それらの構造内にそれらが形成された媒体の一部を含むため、媒体より常にいくらか大きい密度を有し、時間の経過と共に容器の底部に向かって沈降する傾向がある。 形成されたゲル粒子は、それらが形成された媒体とは物理的、立体的、構造的および視覚的に明確に区別できる環境である。 ゲル粒子は、測定可能な大きさを有し、それらが形成され懸濁されているキャリア媒体とは別の物理的実体である。 ゲル粒子は展性のある”柔らかい”、そして可撓性のある実体であり、懸濁媒体内の他の不活性粒子に機械的に付着して不活性粒子の周囲にある種のクッションを形成することによって媒体内の不活性粒子の懸濁能力を高めることができる。 ゲル粒子は、それが形成されたキャリア媒体の分子を内部に包含する。 ゲル粒子のサイズは”ミクロ”であるが、ゲル粒子の物理的構造とサイズは2〜3μmから500μmの範囲で大きく異なる。また、ゲル粒子のサイズは、形成される元になる分子またはポリマー成分のサイズによってはさらに大きくなることもある。 形成されたゲル粒子は、エマルジョン、ゾル、ゲル、または可溶性粒子ではない。ゲル粒子の内部にはそれらが形成されたキャリア媒体の分子を含むが、キャリア媒体とは区別される半ゼラチン状粒子であり、キャリア媒体とは異なる実体および環境である。 一旦形成されると、ゲル粒子はそれが形成された媒体とはそれ以上反応しない。 内部にキャリアの分子を含んでいるが、キャリア媒体とのさらなる化学反応は起こさない。 本発明のゲル粒子はエマルジョンではなく、また定義上のエマルジョンの性質も有さないが、固体粒子、ゲルおよびエマルジョンの性質を併せて共有する”半固体”粒子と見なすことができる。 ただし、ゲル粒子はこれら分類のいずれの物質にも属さない。   These gel particles are very similar to one another and differ greatly from other forms of matter, regardless of what medium they are formed in or which components form the final gel particles. Have features or properties such as The gel particles are always formed in situ in a carrier medium having molecular, steric, rheological and physical properties distinct from the gel particles themselves. Even gel particles (eg, some polysaccharides) that are initially formed outside of the final carrier medium are exposed, interacted, mixed or reacted with the carrier at appropriate times to form the final gel particles. Thus, the final gel particles can be described as being formed in situ in the carrier medium. Because the gel particles contain in their structure part of the medium in which they are formed, they always have a somewhat higher density than the medium and tend to settle towards the bottom of the container over time. The gel particles formed are an environment which can be clearly distinguished physically, steric, structurally and visually from the medium in which they are formed. Gel particles are physical entities that have a measurable size and are separate from the carrier medium in which they are formed and suspended. Gel particles are malleable "soft" and flexible entities that mechanically adhere to other inert particles in the suspension medium to form some sort of cushion around the inert particles By doing this, the ability to suspend inert particles in the medium can be increased. The gel particles internally contain the molecules of the carrier medium in which they were formed. Although the size of the gel particles is "micro", the physical structure and size of the gel particles vary greatly in the range of 2-3 μm to 500 μm. Also, the size of the gel particles may be further increased depending on the size of the underlying molecule or polymer component being formed. The gel particles formed are not emulsions, sols, gels or soluble particles. The inside of the gel particles comprises the molecules of the carrier medium in which they are formed, but are semi-gelatinous particles which are distinguished from the carrier medium and which are different entities and environments than the carrier medium. Once formed, the gel particles do not react further with the medium in which they were formed. It contains carrier molecules inside but does not cause any further chemical reaction with the carrier medium. The gel particles of the present invention are not emulsions and can also be regarded as "semi-solid" particles that share solid particle, gel and emulsion properties together, but without defining emulsion properties. However, gel particles do not belong to any substance of these classes.

懸濁粒子としてのゲル粒子は、粒子内のキャリア分子を完全な状態で内部に保持した状態でそれらが”湿潤”に保たれる条件下でのみ主に存在する。 乾燥させるか、または”蒸発”させるか、またはキャリア粒子をゲル粒子から除去すると、粒子の懸濁特性が損なわれ、”乾燥”粒子は研磨性または不活性粒子懸濁特性を示さなくなる。   Gel particles as suspended particles are predominantly present only under conditions where they are kept "wet" with the carrier molecules within the particles fully retained. Drying, or "evaporation", or removal of carrier particles from the gel particles impairs the suspension properties of the particles and the "dried" particles do not exhibit abrasive or inert particle suspension properties.

本発明の特徴および特性を満足させるであろうゲル粒子には多数の例がある。 ゲル粒子材料として利用可能なこれらの物質は、以下のような特徴を持ついくつかのグループに分類される。   There are numerous examples of gel particles that will satisfy the features and properties of the present invention. These substances available as gel particle materials can be classified into several groups having the following characteristics.

a)アルカリ土類金属の水酸化物および酸化物- 水和物、すなわちMg(OH)2、Mg0-x H2O)
b)遷移金属のアルカリ中和塩で、水中または他の腐食性の媒体中でブロンステッドまたは非ブロンステッド塩基を使用しFe、Cr、Al、Zn、Cu、Ni、その他の形成されるin-situ最終生成物が金属の「水和」またはキャリア含浸水酸化物(水和酸化物とも呼ばれる)である物質のin-situ塩を中和したもの
c)珪酸塩、オルト珪酸塩およびある種のポリ珪酸塩
d)合成および天然の加工デンプン(コーンスターチなど)
e)セルロース誘導体。以下に例示するがこれらに限定されない: ヒドロキシセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルカルボキシメチルセルロース、アセチルセルロース
f)懸濁媒体の外で形成されるが、懸濁媒体との長時間の混合によって独立したゼラチン状粒子に”粉砕”され、さらに懸濁粒子として作用可能なゲル粒子に粉砕された上でキャリア媒体内に再懸濁された多糖類。以下に例示するがこれらに限定されない: グアー、グアーガム、寒天、寒天-グアー混合物、カラギーナン、ペクチン、ジェランガム、アルギン酸塩および金属アルギン酸塩(アルギン酸カルシウム)、植物由来多糖類およびこれらの材料の混合物
g)非イオン性の極性有機キャリア中の高分子電解質。これには以下が含まれ得る:スルホン化ポリスチレン(PSS)、ポリアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、またはそれらのコポリマー(中和もしくは部分中和)(PAA)、アンモニウムポリ(メタクリレート)(APMA)、ポリエステルアミドおよび上記ポリアミンのコポリマー、ポリ-(アミノ酸)高分子電解質(例えば、ポリ(L-アスパラギン酸)(PAA)、ポリ(L-グルタミン酸)、(PGA)およびポリ(L-リジン)(PLL)。
本発明に関連する用途のためのゲル粒子はすべて、形成メカニズムまたは起源とは無関係に共通の性質および特徴を有すると共に、多くの共通の性質、挙動および、多種多様な構造、化合物、ポリマーおよび材料を結び付ける特徴的な糸を有する。 形成メカニズムまたは起源にかかわらず、上記の実施例に定義および記載されているすべての「ゲル粒子」は同じ共通の性能および挙動特性を有し、これらは上記の有用な用途に必要とされるものである。
a) Alkaline earth metal hydroxides and oxides-hydrates, ie Mg (OH) 2 , Mg 0-x H 2 O)
b) Alkali neutralization salts of transition metals, using Bronsted or non-Bronsted bases in water or other corrosive media, Fe, Cr, Al, Zn, Cu, Ni, other formed in- Neutralized in-situ salts of substances where the final product in situ is the metal 'hydrated' or carrier impregnated hydroxide (also called hydrated oxide) c) Silicates, orthosilicates and certain Polysilicates d) Synthetic and natural modified starches such as corn starch
e) cellulose derivatives. Examples include, but are not limited to: hydroxycellulose, hydroxypropylcellulose, methylcarboxymethylcellulose, acetylcellulose f) Formed outside the suspension medium, but independent gelatinous by prolonged mixing with the suspension medium A polysaccharide that has been "ground" into particles and further ground into gel particles that can act as suspended particles and then resuspended in a carrier medium. The following are exemplified but not limited to: guar, guar gum, agar, agar-guar mixture, carrageenan, pectin, gellan gum, alginate and metal alginate (calcium alginate), plant-derived polysaccharides and mixtures of these materials g) Polyelectrolyte in a non-ionic polar organic carrier. This may include: sulfonated polystyrene (PSS), polyacrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, or copolymers thereof (neutralized or partially neutralized) (PAA), ammonium poly (methacrylate) (APMA) , Polyesteramides and copolymers of the above polyamines, poly- (amino acids) polyelectrolytes (eg poly (L-aspartic acid) (PAA), poly (L-glutamic acid), (PGA) and poly (L-lysine) (PLL) ).
All gel particles for use in connection with the present invention have common properties and characteristics regardless of formation mechanism or origin, as well as many common properties, behaviors and a wide variety of structures, compounds, polymers and materials Have a characteristic thread that ties the Regardless of formation mechanism or origin, all "gel particles" defined and described in the above examples have the same common performance and behavior characteristics, which are required for the above useful applications It is.

多糖類は水性キャリア中のコーティング組成物として使用されてきた。 そのようなコーティング組成物の形成の一例では、最初に100mlの蒸留水中に5gの選択された純粋な多糖類(寒天およびグアーガム)を懸濁することにより、修飾多糖類を調製する。 懸濁液をマグネティックスティアラーを用いて500rpmで24時間撹拌した。 得られた膨潤塊をエナメルトレイ上に広げ、40℃で72時間乾燥した。 乾燥生成物をトレイから掻き出し、ガラス乳棒乳鉢で粉砕して、処理した多糖類(処理した寒天および処理したグアーガム)の粗い非自由流動性の不均一粒子を得た。 次に、処理した多糖類をガラス乳棒乳鉢でマンニトールと1:1の比で20分間共粉砕し、さらに#22の篩を通過させて、修飾多糖類(共粉砕処理寒天および共粉砕処理グアーガム)を得た。 次いで、得られた生成物をヒトによる摂取のための医薬品用のゼラチン状コーティングとして使用した。 この実施例は、液体キャリア中に適切な組成物を単に混合する以外の他の手段によってゲル粒子を製造することができるが、その場合にも本発明に関して説明された性質および特徴を保持することを示唆する。   Polysaccharides have been used as coating compositions in aqueous carriers. In one example of the formation of such a coating composition, modified polysaccharides are prepared by first suspending 5 g of selected pure polysaccharides (agar and guar gum) in 100 ml of distilled water. The suspension was stirred at 500 rpm for 24 hours using a magnetic stirrer. The resulting swollen mass was spread on an enamel tray and dried at 40 ° C. for 72 hours. The dried product was scraped out of the tray and ground in a glass pestle mortar to obtain coarse non-free flowing heterogeneous particles of treated polysaccharide (treated agar and treated guar gum). The treated polysaccharide is then co-ground in a glass pestle mortar for 20 minutes with mannitol in a 1: 1 ratio and then passed through a # 22 sieve to obtain modified polysaccharide (co-ground agar and co-ground guar gum) I got The resulting product was then used as a gelatinous coating for pharmaceuticals for human consumption. While this example can produce gel particles by other means than simply mixing the appropriate composition into the liquid carrier, it also retains the properties and features described with respect to the present invention. Suggest.

多糖類はまた、溝の内側への崩壊を防止する水が土壌中に移動するのを防止しながら開放溝を維持するために使用される従来の増粘水の代替となる構造壁の構築を助けるゼラチン状粒子を形成するためにも使用されてきた。 適切な粘度および溶媒和特性を有する多糖類、例えばデンプン、グアー、カルボキシメチルセルロース、テンサイパルプ誘導体およびヒドロエチルセルロースを水に添加すると、溶液への変換が緩やかな増粘ゼラチン状スラリーを生成した。 多糖類ポリマーは、粉末として、または油性スラリーの形態で水に添加されると、両方の場合で長い溶媒和時間を要することがわかった。 これは、主キャリアシステムで使用するためのゲル粒子を形成するために、粉末または有機スラリーとしてのいずれの形態でも、異なるポリマーが利用され得ることの例である。   The polysaccharide also prevents the collapse of the ditch inwards and builds a structural wall alternative to the conventional thickening water used to maintain the open ditch while preventing water from migrating into the soil. It has also been used to form helping gelatinous particles. The addition of polysaccharides with appropriate viscosity and solvating properties such as starch, guar, carboxymethylcellulose, sugar beet pulp derivatives and hydroethylcellulose to water produced a thickened gelatinous slurry with slow conversion to solution. It has been found that polysaccharide polymers, when added to water as a powder or in the form of an oily slurry, require long solvation times in both cases. This is an example of how different polymers can be utilized, either in powder or organic slurry form, to form gel particles for use in the main carrier system.

高分子電解質は、静電相互作用を介してコロイドエマルジョンを安定化(または不安定化)することができる”双極子”荷電ポリマーである。 高分子電解質の有効性は、分子量、pH、溶媒極性、イオン強度、および親水性-親油性バランスに依存する。 高分子電解質は、正または負に帯電した繰り返し単位からなる。 高分子電解質は、モノマー側基の解離によって帯電する。 より多くのモノマー側基が解離すると、得られる電荷はより大きくなる。 高分子電解質はポリマーの電荷によって正(カチオン)または負(アニオン)に分類される。 高分子電解質層の厚さは、高分子電解質の電荷のレベルとイオン強度によって決定される。 有用な高分子電解質のいくつかの例は上記に列挙した。   Polyelectrolytes are "dipolar" charged polymers that can stabilize (or destabilize) colloidal emulsions through electrostatic interactions. The effectiveness of polyelectrolytes depends on molecular weight, pH, solvent polarity, ionic strength, and the hydrophilic-lipophilic balance. The polyelectrolyte consists of positively or negatively charged repeat units. The polyelectrolyte is charged by dissociation of the monomer side groups. As more of the monomer side groups disassociate, the resulting charge is greater. Polyelectrolytes are classified as positive (cations) or negative (anions) according to the charge of the polymer. The thickness of the polyelectrolyte layer is determined by the level of charge of the polyelectrolyte and the ionic strength. Some examples of useful polyelectrolytes are listed above.

例 7
ゲル粒子と添加された研磨剤または不活性粒子との間の分離を維持するためには、キャリアシステムにおけるゲル-粒子分布もまた問題する必要がある。 ゲル粒子希釈によってスラリー中の添加研磨剤または不活性粒子の凝集を防止するのにゲル粒子の有効性が変化するのかを明らかにするための試験を構築した。 水ベースの水溶液中でゲル粒子を形成したものを調製した。 すべての試験は、希釈率に関係なく40ml の一定量で、22℃の室温で行われた。 以下の表7は、較正済み容器中の40ml の元の懸濁液体積の%として表される希釈係数と懸濁液体積保持率[SVR]を示す。
Example 7
In order to maintain the separation between the gel particles and the added abrasive or inert particles, the gel-particle distribution in the carrier system also needs to be addressed. A test was constructed to determine if gel particle dilution changes the effectiveness of the gel particles to prevent aggregation of the added abrasive or inert particles in the slurry. The formation of gel particles in a water based aqueous solution was prepared. All tests were performed at room temperature of 22 ° C. in aliquots of 40 ml regardless of dilution. Table 7 below shows the dilution factor and suspension volume retention [SVR] expressed as% of the original suspension volume of 40 ml in a calibrated container.

Figure 2019520989
Figure 2019520989

時間経過によるSVRの減少は、ゲル粒子密度がそれが懸濁されている媒体の密度よりも大きい場合にのみ可能である。 ゲル粒子スラリーの希釈レベルにかかわらず、すべてのサンプルのSVR値は時間経過と共に減少し、ゲル粒子および懸濁粒子の密度が水性懸濁媒体の密度より大きいことを示している。 事実、すべてのゲル粒子希釈レベルについて、ゲル粒子および懸濁粒子の最大の”ソフト沈降”は、最初の24時間に起こっている。   A reduction of SVR over time is only possible if the gel particle density is greater than the density of the medium in which it is suspended. Regardless of the dilution level of the gel particle slurry, the SVR values of all samples decreased with time, indicating that the density of gel particles and suspended particles is greater than the density of the aqueous suspension medium. In fact, for all gel particle dilution levels, the largest "soft settling" of gel particles and suspended particles occurs in the first 24 hours.

前述の例は、決して包括的または完全であることを意味するものではないが、固有の”不活性粒子安定化/懸濁”指標の共通の性能および挙動特性、および上記の性質を満たすあらゆる材料、素材、化合物、ポリマー(有機、有機金属または無機物性)に適合する。これらの多様な材料はすべて、これらが存在しなければ硬質または固形化した凝集ケーキとなって容器の底に沈殿するであろう他の不活性粒子の長期安定化に必要な、共通の、しかし独特の特性を有し、総じて単純に同じ独特の”ゲル粒子”という概念の実例とできる。   The preceding examples do not mean to be comprehensive or complete at all, but share the common performance and behavior characteristics of the unique "inert particle stabilization / suspension" indicator, and any material that meets the above-mentioned properties , Compatible with materials, compounds, polymers (organic, organometallic or inorganic physical properties). All of these diverse materials are common, but necessary for long-term stabilization of other inert particles that would otherwise settle to the bottom of the vessel as a rigid or solidified agglomerated cake It has unique properties and can be taken simply as an illustration of the concept of simply the same unique "gel particle".

したがって、ゲル粒子の起源、形成に使用される化合物、材料またはポリマーの特定の成分の性質、構造が有機、金属-有機または無機構造のいずれであるか、そのゲル粒子が存在するキャリアシステムが有機、無機、あるいはその複合であるかに関係なく、記載された一連の成分の全ては、キャリア媒体またはシステム中の懸濁粒子として働くために必要な特性および特徴を有する同じタイプの独特の形態のゼラチン状物質の多様な例となる。   Thus, the origin of the gel particle, the nature of the compound used for the formation, the nature of the particular component of the material or polymer, the structure is an organic, metal-organic or inorganic structure, the carrier system in which the gel particle is present is organic Regardless of whether they are inorganic, inorganic or composites, all of the series of components described are of the same type of unique form having the properties and characteristics necessary to act as suspended particles in a carrier medium or system. It is a diverse example of gelatinous material.

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他の特定の形で実施することができ、したがって、記載した実施形態はあらゆる点で例示的であり限定的ではなく、本発明の範囲は、前述の詳細な説明よりも、添付の特許請求の範囲であり、等価の範囲内に入る全ての変更を含むと解釈されるべきである。   The present invention can be practiced in other specific forms without departing from the spirit or main features thereof, and thus the described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect, and the scope of the present invention Rather than the preceding detailed description, it should be construed that the appended claims are intended to cover all such modifications as fall within the scope of equivalents.

Claims (18)

キャリア媒体中の不活性粒子の沈降に対して十分な干渉を生じさせる、不活性粒子とは異なり、キャリア媒体内でキャリア媒体を包含しながらpH4から12の範囲で懸濁粒子をin-situ形成できるアルカリ土類金属および遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物、および酸化物水和物からなる群から選択される懸濁粒子を0.1〜60重量%の範囲で含むために、不活性粒子に対して適切な濃度の懸濁粒子を確立する目的でin-situ形成された懸濁粒子を製造することを含む、不活性コロイドまたは非コロイド研磨剤または非研磨不活性粒子の安定な水性、半水性または有機キャリア媒体中への懸濁方法、キャリア媒体とは顕著に異なる分子的、立体的、レオロジー的および物理的を構造を持ち、キャリア媒体の密度より大きい密度、キャリア媒体とは視覚的に識別可能な別の物理的構造、およそ2-3μmから500μmの範囲で測定可能なサイズの違いを示し、懸濁粒子が形成されたキャリアの分子を含むが、キャリア媒体とのさらなる反応を起こす能力はなく、形成メカニズムまたは成分の起源とは無関係であるという実質的に均一な特性を示す懸濁粒子をもたらすキャリア媒体中の懸濁粒子のin-situ形成、これによる懸濁粒子と不活性粒子との間の物理的干渉、化学的、物理的または物理化学的干渉をもたらす距離を実現する懸濁粒子と不活性粒子との間の引力、および懸濁粒子の不活性粒子またはそれ自体に対する静電荷反発の少なくとも1つを用いた不活性粒子の前記キャリア媒体への懸濁による、長期間にわたる前記キャリア媒体中の前記不活性粒子の凝集または凝固の防止。   Unlike inert particles, which cause sufficient interference to the sedimentation of inert particles in the carrier medium, in-situ formation of suspended particles in the pH 4 to 12 range while including the carrier medium in the carrier medium Inert particles in order to contain suspended particles selected from the group consisting of possible alkaline earth metal and transition metal hydroxides, oxyhydroxides and oxide hydrates in the range of 0.1 to 60% by weight Inert colloidal or non-colloidal abrasive or stable aqueous of non-abrasive inert particles, including producing suspended particles formed in-situ for the purpose of establishing suspended particles of appropriate concentration Method of suspension in a semi-aqueous or organic carrier medium, having a structurally different molecular, steric, rheological and physical structure significantly different from the carrier medium, with a density greater than that of the carrier medium, visually the carrier medium Identified to While showing possible differences in the physical structure, a measurable size difference in the range of about 2-3 μm to 500 μm, the suspended particles comprise molecules of the carrier formed, but the ability to cause further reaction with the carrier medium is In-situ formation of suspended particles in a carrier medium that results in suspended particles exhibiting substantially uniform properties that are independent of the formation mechanism or origin of the components, thereby suspending and inactive particles and Force between suspended particles and inert particles to realize the distance between them causing physical interference, chemical, physical or physicochemical interference, and electrostatic charge on the inactive particles of the suspended particles or itself Prevention of aggregation or coagulation of the inert particles in the carrier medium over a long period of time by suspending the inert particles in the carrier medium with at least one of repulsions. 前記懸濁粒子が最終キャリア媒体とは別の媒体中で形成される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the suspended particles are formed in a medium separate from the final carrier medium. 前記水性キャリア媒体が少なくとも1つの不活性極性溶媒を含有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the aqueous carrier medium contains at least one inert polar solvent. 前記不活性極性溶媒が、ジアルキレングリコール、アルキレングリコール、グリコールエーテル、ポリアルキレングリコール、アルキルラクトン、N-メチルピロリドン、アルキレンカーボネート、アセトニトリル、およびジメチルアセトアミドからなる群から選択される、請求項3に記載の方法。   4. The inert polar solvent according to claim 3, wherein the inert polar solvent is selected from the group consisting of dialkylene glycol, alkylene glycol, glycol ether, polyalkylene glycol, alkyl lactone, N-methyl pyrrolidone, alkylene carbonate, acetonitrile, and dimethyl acetamide. the method of. 前記懸濁粒子が、ゲル粒子、ゾルゲル粒子、およびアルカリ土類金属もしくは遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物、または酸化物水和物から形成されるゼラチン状沈殿物である、請求項1に記載の方法。   The suspended particles are gel particles, sol-gel particles, and gelatinous precipitates formed from hydroxides, oxyhydroxides, or oxide hydrates of alkaline earth metals or transition metals. The method described in. 前記懸濁粒子が、水酸化アルミニウム、オキシ水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛、水酸化銅、水酸化マグネシウムおよび水酸化錫からなる群から選択される1種類から形成される、請求項5に記載の方法。   The suspended particles are formed of one selected from the group consisting of aluminum hydroxide, aluminum oxyhydroxide, zinc hydroxide, copper hydroxide, magnesium hydroxide and tin hydroxide. Method. 前記懸濁粒子が、水性または苛性媒体中で形成された遷移金属のアルカリ中和塩から、ブロンステッドまたは非ブロンステッド塩基によってin-situ中和されたFe、Cr、Al、Zn、Cu、Niなどから形成されたゲル粒子、ゾルゲル粒子、およびゼラチン沈殿物であり、懸濁粒子が金属の水和酸化物である、請求項1に記載の方法。   Said suspended particles are Fe, Cr, Al, Zn, Cu, Ni neutralized in situ with Bronsted or non-Bronsted base from alkali neutralized salts of transition metals formed in aqueous or caustic media. The method according to claim 1, wherein the gel particles, the sol gel particles, and the gelatin precipitate formed from the above, and the suspended particles are hydrated oxides of metal. 前記懸濁粒子が、加工デンプン、またはヒドロキシルセルロース、ヒドロキシルプロピルセルロース、メチルカルボキシメチルセルロースおよびアセチルセルロースを含むセルロース誘導体から形成されるゲル粒子、ゾルゲル粒子、およびゼラチン状沈殿物である、請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the suspended particles are modified starch, or gel particles, sol gel particles, and gelatinous precipitates formed from a cellulose derivative including hydroxyl cellulose, hydroxyl propyl cellulose, methyl carboxymethyl cellulose and acetyl cellulose. the method of. 前記懸濁粒子が、グアー、グアーガム、寒天、寒天-グアー混合物、カラギーナン、ペクチン、ジェランガム、アルギン酸塩、金属アルギン酸塩、植物由来多糖類およびそれらの混合物含むキャリア媒体の外で形成された多糖類から形成されたゲル粒子、ゾルゲル粒子、およびゼラチン状沈殿物である、請求項1記載の方法。   Said suspended particles are formed from a polysaccharide formed outside of a carrier medium comprising guar, guar gum, agar, agar-guar mixture, carrageenan, pectin, gellan gum, alginate, metal alginate, plant derived polysaccharide and mixtures thereof The method according to claim 1, which is formed gel particles, sol gel particles and gelatinous precipitates. 前記懸濁粒子が、スルホン化ポリスチレン、ポリアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸またはそれらのコポリマー、アンモニウムポリ(メタクリレート)、ポリエステルアミドおよびポリアミンのコポリマー、ならびにポリ-(アミノ酸)高分子電解質を含む非イオン性または極性キャリア媒体中で形成された高分子電解質から形成されたゲル粒子、ゾルゲル粒子、ゼラチン状沈殿物である、請求項1の方法。   Non-ionic said suspension particles comprising sulfonated polystyrene, polyacrylic acid, methacrylic acid, maleic acid or copolymers thereof, ammonium poly (methacrylate), copolymers of polyesteramides and polyamines, and poly- (amino acid) polyelectrolytes The method of claim 1, wherein the gel particles, the sol-gel particles, the gelatinous precipitate are formed from a polyelectrolyte formed in a polar or polar carrier medium. 懸濁されている前記不活性粒子が、二酸化チタン、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム、シリカ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、ダイヤモンド、二酸化ケイ素および乾燥顔料粒子からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。   Said inert particles suspended are selected from the group consisting of titanium dioxide, silicon carbide, zirconium oxide, silica, cerium oxide, aluminum oxide, silicon nitride, boron carbide, tungsten carbide, diamond, silicon dioxide and dry pigment particles The method of claim 1, wherein 腐食防止剤を含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1 comprising a corrosion inhibitor. 懸濁粒子と不活性粒子との間にさらなる密度差または静電反発力を与えるために不活性塩を使用することを含む、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, comprising using an inert salt to provide an additional density difference or electrostatic repulsion between the suspended particles and the inert particles. 懸濁粒子の形成によって生成された不活性塩の除去を含む、請求項13に記載の方法。   14. A method according to claim 13, comprising the removal of inert salts produced by the formation of suspended particles. 不活性コロイドまたは非コロイド研磨剤または非研磨不活性粒子を安定なキャリア媒体中に懸濁するために、安定な水性、半水性または有機キャリア媒体中にin-situ形成される懸濁ゲル粒子、前記不活性粒子とは異なる、0.1〜60重量%の範囲で前記キャリア媒体を包含し、これによって不活性粒子に対する懸濁粒子の適切な濃度を確立して前記不活性粒子の前記キャリア媒体中での沈降に対する十分な干渉を生じさせる前記懸濁ゲル粒子、pH4から12の範囲で前記キャリア媒体内でキャリア媒体を包含しながら前記懸濁粒子をin-situ形成する、アルカリ土類金属および遷移金属の水酸化物、オキシ水酸化物、および酸化物水和物からなる群から選択される前記懸濁ゲル粒子、キャリア媒体とは顕著に異なる分子的、立体的、レオロジー的および物理的を構造を持ち、キャリア媒体の密度より大きい密度、キャリア媒体とは視覚的に識別可能な別の物理的構造、およそ2-3μmから500μmの範囲で測定可能なサイズの違いを示し、懸濁ゲル粒子が形成されたキャリアの分子を含むが、キャリア媒体とのさらなる反応を起こす能力はなく、形成メカニズムまたは成分の起源とは無関係であるという実質的に均一な特性を示す懸濁ゲル粒子をもたらすキャリア媒体中の懸濁粒子のin-situ形成、これによる懸濁粒子と不活性粒子との間の物理的干渉、化学的、物理的または物理化学的干渉をもたらす距離を実現する懸濁ゲル粒子と不活性粒子との間の引力、および懸濁ゲル粒子の不活性粒子またはそれ自体に対する静電荷反発の少なくとも1つを用いた不活性粒子の前記キャリア媒体への懸濁による、長期間にわたる前記キャリア媒体中の前記不活性粒子の凝集または凝固の防止。   Suspension gel particles formed in-situ in a stable aqueous, semi-aqueous or organic carrier medium to suspend the inert colloidal or non-colloidal abrasive or non-abrasive inert particles in a stable carrier medium, The carrier medium is included in the range of 0.1 to 60% by weight different from the inert particle, thereby establishing the appropriate concentration of suspended particles to the inert particle to establish in the carrier medium of the inert particle Alkaline earth metal and transition metal forming in-situ the suspended particles while including the carrier medium in the carrier medium in the range of pH 4 to 12, said suspended gel particles causing sufficient interference to the sedimentation of Said suspended gel particles selected from the group consisting of hydroxides, oxyhydroxides and oxide hydrates, molecular, steric, rheological and physical significantly different from the carrier medium The structure has a density greater than the density of the carrier medium, the carrier medium is another physical structure visually distinguishable, and the difference in size that can be measured in the range of about 2-3 μm to 500 μm, and suspended gel The particles contain molecules of the carrier formed but are not capable of undergoing further reaction with the carrier medium, resulting in a suspended gel particle exhibiting substantially uniform properties that is independent of the formation mechanism or origin of the component Suspended gel particles that provide in-situ formation of suspended particles in a carrier medium, thereby resulting in physical, chemical, physical or physicochemical interference between suspended particles and inactive particles For a long period of time by the suspension of inert particles in the carrier medium with at least one of the attraction between the particles and the inert particles, and the electrostatic charge repulsion against the inert particles of the suspension gel particles or themselves. Agglomeration or prevention of coagulation of the inert particles of Wataru in the carrier medium. 前記キャリア媒体とは独立の、展性のある柔軟な物理的実体として、キャリア媒体内の前記不活性粒子のいずれにも機械的に接着して前記不活性粒子の周囲にクッションを形成し、前記不活性粒子の懸濁性を高めるのに役立たせることができる、請求項15に記載の懸濁ゲル粒子。   Mechanically adhering to any of the inert particles in the carrier medium as a malleable flexible physical entity independent of the carrier medium to form a cushion around the inert particles, 16. Suspension gel particles according to claim 15, which can be used to increase the suspension of inert particles. 前記ゲル粒子が、ゲル粒子内のキャリア分子が無傷のまま維持された状態で半液体のままであるような条件下でのみ存在し続ける、請求項15に記載の懸濁ゲル粒子。   16. The suspended gel particle of claim 15, wherein the gel particle remains present only under conditions such that the carrier molecules in the gel particle remain semi-liquid with intact. アルカリ土類金属水酸化物および酸化物水和物、遷移金属のアルカリ中和塩、珪酸塩、オルト珪酸塩およびある種のポリ珪酸塩、修飾デンプン、セルロース誘導体、多糖類、非イオン性極性有機キャリア中の高分子電解質からなる群から選択される成分化学化合物を有する、請求項15の懸濁ゲル粒子。   Alkaline earth metal hydroxides and oxide hydrates, alkali neutralized salts of transition metals, silicates, orthosilicates and certain polysilicates, modified starches, cellulose derivatives, polysaccharides, nonionic polar organics 16. The suspension gel particle of claim 15, having a component chemical compound selected from the group consisting of polyelectrolytes in a carrier.
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