KR20220104790A - 세륨계 입자, 이를 생성하기 위한 공정 및 폴리싱에서의 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거친 표면을 갖는 세륨계 입자, 및 폴리싱 조성물, 특히 화학기계적 폴리싱을 위한 폴리싱 조성물의 성분으로서의 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 세륨계 입자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

세륨계 입자, 이를 생성하기 위한 공정 및 폴리싱에서의 이의 용도

본 출원은 유럽에서 2019년 11월 26일에 출원된 Nr 19306525.7에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 모든 목적을 위하여 본 명세서에 참고로 포함된다.

기술분야

본 발명은 세륨계 입자, 이를 생성하기 위한 공정, 및 폴리싱을 위한, 특히 화학기계적 폴리싱을 위한 조성물의 성분으로서의 이의 용도에 관한 것이다.

산화제2세륨이 폴리싱 용품에 일반적으로 사용된다. 전자기기 산업의 발전은 다양한 부품, 예컨대 디스크(disc) 또는 유전 복합체(dielectric compound)를 폴리싱하기 위한 조성물의 사용을 점점 더 많이 필요로 한다. 분산물 형태로 통상 상업화된 이들 조성물은 일정한 수의 특성을 나타내야 한다. 예를 들어, 조성물은 재료의 고도의 제거를 제공해야 하는데, 이는 이들 조성물의 연마 능력을 반영한다. 이들은 또한 가능한 한 적은 결함(defectuosity)을 가져야 하는데; 용어 "결함"은 구체적으로 기판(substrate)이 조성물에 의해 처리될 때 기판에 나타나는 스크래치의 양을 의미하고자 한다. 안정성 및 사용 용이성의 이유로, 이들 분산물은 1 마이크론 미만(submicronic) 치수의, 즉, 일반적으로 300 nm 미만의 입자를 통상 포함한다. 또한, 이들 분산물 중에 너무 미세한 입자가 존재하는 경우 그들의 연마 능력을 감소시키며, 너무 큰 입자는 결함 증가의 원인이 될 수 있다.

폴리싱 조성물에 사용되는 입자의 연마 특성을 개선하려는 시도가 이루어져 왔다. 예를 들어, US 2015/0072522는 작은 보조 입자가 더 큰 모(mother) 입자의 표면 상에 형성된 산화세륨 연마 입자를 기재한다. 그러나, 그러한 보조 입자는 폴리싱 과정 동안 모 입자로부터 탈착(detach)될 수 있으며; 이는 폴리싱된 기판의 결함의 증가를 초래할 수 있고; 탈착된 보조 입자는 또한 심지어 수회의 세척 단계 후에도 기판에 달라붙을 수 있다. 그것은 기판 손실 및 반복된 폴리싱 조성물 교체로 인해 허용 불가능한 비용을 초래할 것이다.

이와 관련하여, 상기 언급된 불리한 점을 갖지 않고서 개선된 연마 특성을 갖는 세륨계 입자가 필요한 것으로 여겨진다.

또한, 산업적 규모로 구현하기에 간단하고 용이한, 개선된 세륨계 입자의 제조 공정이 필요하다.

이들 문제는, 특히, 거친 표면을 나타내는 새로운 세륨계 입자뿐만 아니라, 이의 제조 공정을 제공하는 본 발명에 의해 해결된다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 상부에 돌출부를 갖는 하나 이상의 면(face)을 갖는 실질적으로 다면체의 형상을 갖는 세륨계 입자에 관한 것으로, 상기 돌출부는 상기 세륨계 입자와 일체로 형성된다.

본 발명은 또한 액체 매질 중 상기 개시된 입자의 분산물에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그러한 세륨계 입자를 생성하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 하기 단계들을 포함한다:

(a) 불활성 분위기 하에서 염기의 수용액과 NO₃ ^-, Ce^III, 선택적으로 Ce^IV, 선택적으로 Mⁿ⁺(여기서, M은 원자가 n의 금속임)를 포함하는 수용액을 접촉시키는 단계로서, 염기/총(Ce+선택적인 M) 몰비와 NO₃ ^-/Ce^III 몰비 사이의 차이가 2 미만인, 단계;

(b) 단계 (a)에서 수득된 혼합물을 열처리하는 단계로서, 온도는 55℃ 내지 75℃에 포함되는 것인, 단계;

(c) 선택적으로, 단계 (b)에서 수득된 혼합물을 산성화하는 단계;

(d) 선택적으로, 단계 (b) 또는 단계 (c)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 물로 세척하는 단계;

(e) 선택적으로, 단계 (d)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 기계적으로 처리하여 입자를 탈집괴화하는 단계.

본 발명은 또한 이 공정에 의해 수득될 수 있는 세륨계 입자 및 이의 분산물에 관한 것이다.

본 발명의 세륨계 입자 및 분산물은 폴리싱 조성물, 특히 CMP 용품에 적합한 폴리싱 조성물을 제조하는 데 유리하게 사용될 수 있다.

유리하게도, 본 발명의 입자의 거친 표면은 매끄럽게 표면화된(smooth-surfaced) 산화세륨 입자와 비교하여 비표면적이 증가한다. 따라서, 입자와 폴리싱하려는 기판 사이의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 본 발명의 조면화된(rough-surfaced) 입자의 연마 특성이 개선되며, 이로 인해 화학기계적 폴리싱 과정에서 유리하게 사용할 수 있다. 동등한 크기의 매끄럽게 표면화된 산화세륨 입자와 비교하여, 본 발명의 조면화된 입자는 적절한 크기 분포로 인해 낮은 결함을 유지하면서 더 높은 제거율을 가능하게 한다.

US 2015/0072522에 개시된 것과 같이 보조 입자가 모 입자의 표면 상에 형성된 산화세륨 입자와 대조적으로, 본 발명의 입자의 거친 표면을 형성하는 돌출부는 그와 일체로 형성된다. 폴리싱 과정에서의 일정 사용 기간에 걸쳐, 본 발명의 입자의 표면은 아마도 침식될 수는 있겠지만 보조 입자처럼 제거될 수는 없다. 유리하게도, 본 발명의 입자는 더 오래 지속적으로 사용되며, 최종 사용자에 의한 제조 폐기물을 최소화한다.

도 1 내지 도 5는 각각 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 6에 의해 수득된 본 발명에 따른 입자의 SEM 사진이다.
도 6 내지 도 8은 각각 비교예 1 내지 비교예 3에 의해 수득된 산화세륨의 입자의 SEM 사진이다.
도 9는 도 3의 입자의 면의 도식화된 형상이다.
도 10은 TEM에 의한 입자의 모습으로서, 이의 돌출부의 뭉툭한 외관을 예시한다.
도 11은 실시예 7에 상세히 설명된 바와 같은 초음파 인가 후의 실시예 1에서 제조된 입자의 TEM 사진이다.
Hitachi High Technologies Corporation의 SEM S-5500을 사용하여 SEM 이미지를 획득하였다. Gatan 카메라: Orius 2k-2k와 함께 TEM JEOL JEM 1400 120kV를 사용하여 TEM 이미지를 획득하였다.

정의

본 개시내용에서, 표현 "하나를 포함하는" 또는 "하나를 갖는"은 "적어도 하나를 포함하는"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

표현 "... 내지...에 포함되는"은 한계치를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 입자와 관련하여 용어 "세륨계"는 산화세륨의 입자, 또는 세륨 및 세륨 이외의 적어도 하나의 금속(M)의 혼합 산화물의 입자를 지칭한다. 일부 구현예에서, 그러한 혼합 산화물은 또한 고용체(solid solution)를 나타낼 수 있다. 그러한 경우에, 금속(M) 원자는 산화세륨 결정질 구조 내로 친밀하게 확산된다.

산화세륨은 일반적으로 산화물의 중량에 대해 적어도 99.8 중량%의 순도를 갖는다. 산화세륨은 일반적으로 결정질 산화제2세륨이다. 세륨 및 상기 적어도 하나의 금속(M) 이외의 불순물이 산화물에 존재할 수 있다. 불순물은 세륨계 산화물의 제조 공정에 사용되는 원료 또는 출발 재료로부터 유래될 수 있다. 불순물의 총 비율은 세륨계 산화물에 대해 일반적으로 0.2 중량% 미만이다. 잔류 질산염은 본 출원에서 불순물로 고려되지 않는다.

세륨계 입자의 분산물과 관련하여 "분산물"이라는 표현은 액체 매질 중에 안정하게 분산된, 1 마이크론 미만 치수의 고체 미세 세륨계 입자로 구성되는 시스템을 나타내며, 상기 입자의 경우에도 잔류량의 결합되거나 흡착된 이온(예컨대, 니트레이트 또는 암모늄)을 선택적으로 함유하는 것이 가능하다.

본 발명의 입자의 크기 및 크기 분포를 특성화하는 데 상이한 파라미터들이 사용될 수 있다.

입자의 분산물과 관련해서,

- n개(100개 초과)의 입자의 평균 크기는 SEM(주사 전자 현미경)에 의해 획득된 이들의 분산물의 사진을 사용하여 측정될 수 있다;

- 본 출원에서 언급된 표준 편차가 또한 SEM 방법으로 결정된다. 그것은 그의 통상적인 수학적 의미를 갖는다. 그것은 분산의 제곱근이며, 하기 식으로 표현된다:

(n은 측정에서 고려되는 입자의 수이고,

x_i는 입자 i의 크기이고,

는 입자의 크기의 평균값(1/n ∑_ix_i)임).

분말 형태의 입자(건조된 입자)와 관련하여, 비표면적은 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller) 방법(BET 방법)에 의해 질소의 흡착에 의해 분말 상에서 결정될 수 있다. 이 방법은 표준 ASTM D 3663-03(2015년 재승인)에 개시되어 있다. 이 방법은 또한 정기간행물["The Journal of the American Chemical Society, 60, 309 (1938)"]에 기재되어 있다. 비표면적은 제작사의 가이드라인에 따라 Micromeritics의 기기 TriStar 3000을 사용하여 자동으로 결정될 수 있다. 측정 전에, 분말 형태의 샘플을 정적인 공기 하에서 최대 210℃의 온도에서 가열함으로써 탈기하여 흡착된 화학종을 제거할 것이다.

입자들의 크기 분포는 다양한 파라미터에 의해 특성화될 수 있다. 상기 파라미터는 부피 기준 분포에 기초하고, 수 기준 분포에 기초하지 않는다:

- 수력학적 평균 직경 Dh는 동적 광산란(DLS)에 의해 결정될 수 있다. 이 기법은 고체 물체의 수력학적 평균 직경 Dh의 측정을 가능하게 하며, 이 값은 입자의 응집체의 존재에 의해 영향을 받는다. 따라서, 측정은 물 중 입자의 분산물에 대해 통상 수행된다. Dh는 제작자의 가이드라인에 따라 Marvern의 기기 Zetasizer Nano-ZS로 결정된다. 샘플은 통상 이온수 중에 희석될 필요가 있다. 30,000배의 희석 인자가 적용될 수 있다;

- 입자들의 크기 분포를 결정하는 데 레이저 회절이 또한 사용될 수 있다. Horiba LA-910과 같은 레이저 입자 크기 측정기가 제작자의 가이드라인에 따라 사용될 수 있다. 측정을 위하여, 1.7의 상대 굴절률이 사용될 수 있다. 레이저 회절에 의해 획득된 부피 분포로부터, D10, D50, D90 및 분산 지수와 같은 통계학에서 통상 사용되는 다양한 파라미터가 추론될 수 있다.

D10은 레이저 회절에 의해 획득된 분포로부터 결정된 직경으로서, 이에 대해 입자의 10 부피%가 D10 미만의 직경을 갖는다.

D50은 레이저 회절에 의해 획득된 분포로부터 결정된 중앙 직경이다.

D90은 레이저 회절에 의해 획득된 분포로부터 결정된 직경으로서, 이에 대해 입자의 90 부피%가 D90 미만의 직경을 갖는다.

"분산 지수"는 하기 식에 의해 정의된다: σ/m = (D90 - D10)/2D50.

본 발명의 상세한 설명

입자

본 발명은 상부에 돌출부를 갖는 하나 이상의 면을 갖는 실질적으로 다면체의 형상을 갖는 세륨계 입자에 관한 것으로, 상기 돌출부는 상기 세륨계 입자와 일체로 형성된다.

먼저, 본 발명의 입자는 실질적으로 다면체인 것으로 기재될 수 있다. 입자는 특히 SEM(주사 전자 현미경)에 의해 획득된 사진에서 관찰될 수 있다. 그러한 사진들의 관찰은 입자의 형상을 명확히 확인할 수 있게 해주는 기기 및 배율을 사용하여 이루어져야 한다. 따라서, 입자들을 개별적으로 명확히 구별하는 것이 바람직하다. 이러한 관찰에 사용되는 배율은, 예를 들어 40,000배 내지 500,000배의 범위일 수 있다. Hitachi High Technologies Corporation의 전계 방출형 SEM S-5500이 사용될 수 있다.

본 발명의 틀 내에서의 다면체 입자는 실질적으로 다각형 면, 직선 에지 및 날카로운 코너를 나타내는 입자를 의미한다. 본 발명의 입자의 한 가지 특징은, SEM에 의해 획득된 입자의 이미지에서, 하나 이상의 입자 면 상의 돌출부의 존재에도 불구하고, 가시적 에지 및/또는 코너에 의해 입자의 다각형 형상을 식별하는 것이 가능하다는 사실에 있다.

다각형 형상을 언급할 때, 본 발명의 세륨계 입자는 구체적으로는 실질적으로 정육면체, 절두형 팔면체 또는 이들의 조합의 형상을 가질 수 있다.

특히, 관찰된 입자가 6개의 실질적으로 정사각형인 면으로 구성되는 6개의 면을 가질 때, 그것은 정육면체로 지칭된다.

이와 별개로, 관찰된 입자가 (i) 6개의 실질적으로 정사각형인 면, 및 (ii) 8개의 실질적으로 육각형인 면으로 구성되는 14개의 면을 가질 때, 그것은 절두형 팔면체로 지칭된다.

SEM에 의해 관찰된 입자 면과 관련하여 "실질적으로 정사각형"은 가시적 코너들 및/또는 에지들을 함께 연결함으로써 실질적으로 동일한 길이를 갖는 4개의 에지가 관찰되거나 용이하게 추측될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 이 이미지는 이들 4개의 에지 중 인접한 에지들이 실질적으로 90°인 각을 형성하는 것이다. 이들 4개의 에지 중 인접한 에지들에 의해 형성된 각은 88° 내지 92° 또는 89° 내지 91°에 포함될 수 있다.

이와 별개로, 각각 SEM에 의해 관찰된 입자 면과 관련하여 "실질적으로 육각형"은 가시적 코너들 및/또는 에지들을 함께 연결함으로써 실질적으로 동일한 길이를 갖는 6개의 에지가 관찰되거나 용이하게 추측될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 이 이미지는 이들 6개의 에지 중 인접한 에지들이 실질적으로 120°인 각을 형성하는 것이다. 이들 6개의 에지 중 인접한 에지들에 의해 형성된 각은 118° 내지 122° 또는 119° 내지 121°에 포함될 수 있다.

다각형 형상이라는 것 이외에도, 본 발명의 세륨계 입자는 또한 그들의 면들 중 하나 이상이 상부에 돌출부를 갖는다는 사실을 특징으로 한다. 이제, 본 발명에 따른 하나의 세륨계 입자와 관련하여 돌출부를 상세히 설명할 것이다.

돌출부는 세륨계 입자의 적어도 하나의 면, 또는 수 개의 면, 또는 심지어는 각각의 면의 일부분에 걸쳐 연장될 수 있다.

돌출된 부분은 입자 면 상의 중심에 있을 수 있다. 돌출된 부분은 입자 면의 중심으로부터 방사상으로 연장될 수 있다. 돌출된 부분은 특히 입자 면의 중심으로부터 입자 면의 에지로 방사상으로 연장될 수 있다. 돌출부는 구체적으로는 입자 면의 표면의 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 구체적으로 적어도 90%, 심지어 적어도 95%에 걸쳐 연장될 수 있다. 그것은 당업자에게 알려진 임의의 적합한 방법에 의해, 특히 SEM 사진에서, 예를 들어 하기 방법에 따라 측정될 수 있다.

1) 면의 기하학적 형상을 사진에 도식화한다: 도 3의 입자의 경우에, 도 9에 예시된 바와 같이, 면이 정사각형으로 도식화되어 있다.

2) 이어서, 면의 돌출된 영역의 기하학적 형상을 동일한 사진에 도식화한다: 도 3의 입자의 경우에, 도 9에 예시된 바와 같이, 돌출된 영역이 정팔각형으로 도식화되어 있다.

3) 각각의 도식화된 기하학적 형상의 면적을 계산한다. 예를 들어, 도 9의 입자의 경우에, 정사각형은 L로 표기된 길이의 변을 갖는다: 이때, 그의 면적 A는

이 된다. 팔각형은 l로 표기된 길이의 변을 갖는다: 이때, 그의 면적 α는

이 된다. 이 사진에서

로 직접 측정될 수 있는 바와 같이, 결과적으로 계산된 비

는 약 0.89이다. 다시 말하면, 돌출부는 입자 면의 표면의 89%에 걸쳐 연장되는 것으로 고려될 수 있다.

세륨계 입자는 돌출부가 실질적으로 없는 적어도 하나의 에지 부분 및/또는 적어도 하나의 코너를 가질 수 있다(예를 들어, 도 3 참조).

서로 인접한 돌출부들은 서로 이격되거나 서로 접촉할 수 있다. 바람직한 일 구현예에 따르면, 서로 인접한 돌출부들은 서로 접촉한다.

돌출부는 뭉툭할(blunt) 수 있다. "뭉툭한"이란, 둥근 형상을 의미한다: 특히, 날카로운 돌출부의 부재는 폴리싱 용품에서 연마 입자로서 세륨계 입자를 사용할 때 유리하다. 그것은 폴리싱된 기판 상에의 미세한 스크래치의 발생을 최소화한다. 돌출부의 뭉툭한 외관은 현미경에 의해, 예를 들어 도 10에 예시된 바와 같이 TEM 사진에서 관찰될 수 있다: 뭉툭한 돌출부의 변들은 함께 사진에서 직각 또는 둔각(즉, 90℃ 이상)을 형성한다. 이와 비교하여, 날카로운 돌출부의 변들은 함께 예각(즉, 90℃ 미만)을 형성할 것이다.

일 구현예에 따르면, 세륨계 입자의 돌출된 면은 "콜리플라워"의 표면 외관을 갖는 것으로 기재될 수 있다: 돌출부는 뭉툭하고, 서로 접촉하고, 입자 면의 중심으로부터 방사상으로 연장된다.

세륨계 입자의 면당 돌출부의 수는 2 내지 200, 구체적으로 2 내지 150, 더 구체적으로 35 내지 135에 포함될 수 있다. 그것은 적어도 하나의 SEM 사진, 통상적으로는 2개의 사진에 기초하여 계산된 평균값으로서 정의될 수 있다. 특히, 세륨계 입자가 정육면체일 때, 정육면체 면(cubic face)당 돌출부의 수는 2 내지 200, 구체적으로 2 내지 150, 더 구체적으로 65 내지 135에 포함될 수 있다. 이와 별개로, 세륨계 입자가 절두형 팔면체일 때, 정육면체 면당 돌출부의 수는 2 내지 150, 구체적으로 2 내지 120, 더 구체적으로 20 내지 60에 포함될 수 있으며; 육각형 면당 돌출부의 수는 2 내지 150, 구체적으로 2 내지 120, 더 구체적으로 30 내지 100에 포함될 수 있다.

돌출부의 평균 직경은 2 nm 내지 50 nm, 구체적으로 5 nm 내지 30 nm에 포함될 수 있다. 그것은 적어도 하나의 SEM 사진, 통상적으로는 2개의 사진에서 복수의 돌출부의 직경을 측정함으로써 결정될 수 있다. 돌출부 직경은 상기 돌출부에 대해 측정된 최대 직경과 더 작은 직경의 평균으로서 정의될 수 있다.

SEM에 의한 관찰은 통계학적 분석을 수행하는 것이 가능해지도록 바람직하게는 많은 입자수에 대해 이루어진다. 이는 세륨계 입자의 동일한 샘플의 하나 초과의 사진에서 통상 달성된다. 관찰을 위한 입자수는 바람직하게는 200을 초과할 수 있다. 보유된 입자들은 입자의 면이 사진(들)에서 잘 보이는 것이다. 더 구체적으로, 보유된 다면체 입자의 수는 샘플링된 입자의 적어도 80.0%, 더 구체적으로 적어도 90.0%, 훨씬 더 구체적으로 적어도 95.0%에 상응한다. SEM에 의해 측정될 때, 본 발명의 입자의 평균 크기는 10 nm 내지 200 nm, 바람직하게는 30 nm 내지 150 nm, 더 바람직하게는 50 nm 내지 110 nm의 범위일 수 있다.

본 발명의 세륨계 입자는 또한 하나 이상의 면 상에서 연장되는 돌출부가 상기 입자와 일체로 형성된다는 사실을 특징으로 한다. 이러한 특징은 특히 본 발명에 따른 합성 방법으로부터 기인되는데, 이러한 합성 방법은, US 2015/0072522에 의해 예시된 최신 기술에 의해 제안된 바와 같이, 별도의 스테이지에서 형성된 모 입자 상에 더 작은 입자를 응집하는 대신에, 하나의 단일 침전 단계 동안 직접 입자 면을 텍스처화할 수 있게 하는 제어된 침전 방법에 의해 진행된다. 따라서, 본 발명의 틀 내에서의 돌출부는 하나의 일체로 형성된 세륨계 입자의 텍스처화된 표면으로서 이해될 수 있다. 돌출부는 세륨계 입자의 조도를 개선하는데, 이는 입자를 폴리싱 과정에서 연마 입자로서 사용할 때 유리하다. 상기에 설명된 바와 같이, 보조 입자와 대조적으로, 일체로 형성된 돌출부는, 특히 제거율을 개선하면서, 폴리싱 과정 동안 세륨계 입자로부터 탈착될 가능성이 낮다. 돌출부가 본 발명의 입자와 "일체로 형성된" 특징으로부터 기인되는 이러한 유리한 효과는 또한 실시예 7에 상세히 설명된 조건에서 본 발명에 따른 분산물에 초음파를 인가함으로써 조사될 수 있는데, 이는 현미경 관찰에 의해 돌출부의 비-탈착을 확인할 수 있게 한다.

본 발명의 세륨계 입자는 또한 특정 조성을 가질 수 있다. 세륨계 입자는 구체적으로는 산화세륨, 통상적으로는 산화제2세륨으로 제조될 수 있다. 세륨계 입자는 대안적으로 세륨 및 세륨 이외의 적어도 하나의 금속(M)의 혼합 산화물로 제조될 수 있다.

상기 세륨 이외의 적어도 하나의 금속(M)은 더 구체적으로는 전이 금속 원소, 구체적으로 희토류 원소, 예컨대 La, Pr 및 Nd; 및 알칼리 토금속 원소, 예컨대 Sr로 구성되는 군으로부터 선택될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 금속(M)은 란탄, 프라세오디뮴 및 네오디뮴으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 훨씬 더 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 금속(M)은 란탄이다.

세륨계 입자가 세륨 및 적어도 하나의 금속(M)의 혼합 산화물로 제조될 때, 몰비 M/(M+Ce)는 0.01 내지 0.15, 더 구체적으로 0.01 내지 0.12, 훨씬 더 구체적으로 0.01 내지 0.04, 특별히 0.02 내지 0.03에 포함될 수 있다. 구체적으로, 세륨계 입자가 세륨 및 란탄의 혼합 산화물로 제조될 때, 몰비 La/(La+Ce)는 0.01 내지 0.15, 더 구체적으로 0.01 내지 0.12, 훨씬 더 구체적으로 0.01 내지 0.04, 특별히 0.02 내지 0.03에 포함될 수 있다.

본 발명의 세륨계 입자들 중 일부를 특징지을 수 있는 정육면체 형상은 특히, 세륨계 입자가 산화세륨 또는 세륨 및 란탄의 혼합 산화물로 제조될 때 얻어질 수 있다(예를 들어, 도 3 및 도 5 참조).

본 발명의 세륨계 입자들 중 일부를 특징지을 수 있는 절두형 팔면체 형상은 특히, 세륨계 입자가 산화세륨으로 제조될 때 얻어질 수 있다(예를 들어, 도 1 참조).

세륨계 입자는 16 내지 55 m²/g, 더 구체적으로 17 내지 50 m²/g, 훨씬 더 구체적으로 18 내지 45 m²/g, 특별히 19 내지 42 m²/g에 포함되는 비표면적(BET)을 나타낼 수 있다. BET 방법에 의한 결정은 상기 정의 섹션에 명시되어 있다.

세륨계 입자는 또한 입자의 크기 분포와 관련하여 다양한 파라미터에 의해 특성화될 수 있다.

세륨계 입자는 구체적으로 75 nm 내지 1000 nm, 더 구체적으로 80 nm 내지 500 nm, 훨씬 더 구체적으로 85 nm 내지 300 nm, 특별히 90 nm 내지 240 nm에 포함되는 수력학적 평균 직경 Dh를 나타낼 수 있다. 수력학적 평균 직경 Dh는 상기 정의 섹션에 설명된 바와 같이, 동적 광산란에 의해 결정된다.

레이저 회절이 또한 세륨계 입자를 특성화하는 데 사용될 수 있다. 이 기법은 상기 정의 섹션에 상세히 설명되어 있다. 따라서, 세륨계 입자는 하기 특징들 중 적어도 하나 또는 이들의 임의의 조합을 나타낼 수 있다:

- 중앙 직경 D50이 70 nm 내지 200 nm, 더 구체적으로 75 nm 내지 170 nm, 훨씬 더 구체적으로 79 nm 내지 150 nm에 포함됨; 및/또는

- 직경 D10이 55 nm 내지 200 nm, 더 구체적으로 60 nm 내지 150 nm, 훨씬 더 구체적으로 65 nm 내지 110 nm에 포함됨; 및/또는

- 직경 D90이 80 nm 내지 300 nm, 더 구체적으로 90 nm 내지 260 nm, 훨씬 더 구체적으로 94 nm 내지 230 nm에 포함됨; 및/또는

- 직경 D99가 90 nm 내지 400 nm, 더 구체적으로 100 nm 내지 385 nm, 훨씬 더 구체적으로 107 nm 내지 370 nm에 포함됨; 및/또는

- 분산 지수 σ/m이 0.60 미만, 구체적으로 0.42 미만(여기서, σ/m = (D90-D10)/2D50); 및/또는

- 비 D90/D50이 1.10 내지 1.60에 포함됨.

Dh, D10, D50, D90, D99의 최소값은 각각 본 특허 출원의 실시예에서 선택될 수 있다. Dh, D10, D50, D90, D99의 최대값은 각각 본 특허 출원의 실시예에서 선택될 수 있다.

제조 방법

본 발명은 또한 상기 기재된 세륨계 입자를 생성하기 위한 공정에 관한 것으로, 상기 공정은 하기 단계들을 포함한다:

(a) 불활성 분위기 하에서 염기의 수용액과 NO^3-, Ce^III, 선택적으로 Ce^IV, 선택적으로 Mⁿ⁺(여기서, M은 원자가 n의 금속임)를 포함하는 수용액을 접촉시키는 단계로서, 염기/총(Ce+선택적인 M) 몰비와 NO^3-/Ce^III 몰비 사이의 차이가 2 미만인, 단계;

(b) 단계 (a)에서 수득된 혼합물을 열처리하는 단계로서, 온도는 55 내지 75℃에 포함되는 것인, 단계;

(c) 선택적으로, 단계 (b)에서 수득된 혼합물을 산성화하는 단계;

(d) 선택적으로, 단계 (b) 또는 단계 (c)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 물로 세척하는 단계;

(e) 선택적으로, 단계 (d)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 기계적으로 처리하여 입자를 탈집괴화하는 단계.

단계 (a)

세륨 III은 질산세륨(III)일 수 있는 염으로 제공된다. 존재하는 경우, 세륨 IV는 질산세륨(IV) 또는 질산세륨암모늄일 수 있는 염으로 제공된다. 존재하는 경우, Mⁿ⁺ 이온은 금속 M 질산염일 수 있는 염으로 제공된다. 구체적으로, Mⁿ⁺가 La³⁺일 때, 염은 질산란탄일 수 있다. NO₃ ^- 이온은 이들 염 중 하나 이상으로, 그리고 선택적으로 질산의 첨가에 의해 제공된다. 몰비 NO₃ ^-/Ce^III은 1/3 내지 5, 구체적으로 1 내지 4에 포함될 수 있다. 단계 (a)에서 사용되는 수용액의 산성도는 바람직하게는 0.8 N 내지 12.0 N에 포함된다. 단계 (a)에서 사용되는 수용액은 상이한 화합물들을 물, 바람직하게는 탈이온수와 단순 혼합함으로써 제조될 수 있다.

고순도의 염 및 성분을 사용하는 것이 유리하다. 염의 순도는 적어도 99.5 중량%, 더 구체적으로 적어도 99.9 중량%일 수 있다.

단계 (a)는 상기 수용액을 염기의 수용액과 반응시키는 것으로 구성된다. 수산화물 유형의 제품이 구체적으로 염기로서 사용될 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 수산화물 및 암모니아 수용액이 언급될 수 있다. 2차, 3차 또는 4차 아민이 또한 사용될 수 있다. 염기의 수용액은 또한 불활성 가스로 버블링함으로써 미리 탈기될 수 있다. 단계 (a)는 상기 수용액을 염기의 수용액 내로 도입함으로써 수행될 수 있다. 단계 (a)는 바람직하게는 불활성 분위기 하에서, 특히 폐쇄된 반응기 내에서 또는 반폐쇄된 반응기 내에서 불활성 가스로 스위핑하면서 수행된다. 접촉되게 하는 단계는 일반적으로 교반 반응기 내에서 수행된다.

본 발명의 세륨계 입자의 제조 공정은 특히, 단계 (a)에서의 염기/총(Ce+선택적인 M) 몰비와 NO₃ ^-/Ce^III 몰비 사이의 차이가 2.0 미만, 구체적으로 1.8 미만, 더 구체적으로 1.7 미만, 더 구체적으로 1.6 미만, 더 구체적으로 1.4 미만, 훨씬 더 구체적으로 1.2 미만이라는 사실을 특징으로 한다. 이들 2개의 몰비 사이의 차이가 2.0 이상일 때, 어떠한 돌출부도 입자의 표면 상에 형성되지 않는 것으로 관찰되었다. 염기/총(Ce+선택적인 M) 몰비와 NO₃ ^-/Ce^III 몰비 사이의 차이는 0.1 이상, 구체적으로 0.5 이상일 수 있다.

반응 시간을 감소시키기 위하여 세륨 IV가 반응 매질 내에 유리하게 도입될 수 있는 것으로 관찰되었다. 세륨 IV가 존재하는 경우, Ce^IV/총 Ce 몰비는 유리하게는 1/300000 내지 1/50, 구체적으로 1/100000 내지 1/50, 구체적으로 1/10000 내지 1/100, 구체적으로 1/5000 내지 1/1000, 훨씬 더 구체적으로 1/3500 내지 1/2500에 포함될 수 있다.

질산과, 수화된 산화제2세륨의 반응에 의해 수득된 질산제2세륨 수용액이 그러한 점에서 사용될 수 있다. 산화제2세륨은 통상적으로 과산화수소 수용액의 존재 하에서 제1세륨 염의 용액과 암모니아 수용액을 반응시켜 Ce^III 양이온을 Ce^IV 양이온으로 전환시킴으로써 제조된다. 또한, FR 2570087에 개시된 바와 같은 질산제1세륨 용액의 전해질 산화 방법에 따라 수득된 질산제2세륨 용액을 사용하는 것이 특히 유리하다. FR 2570087의 교시에 따라 수득된 질산제2세륨의 용액은 약 0.6 N의 산성도를 나타낼 수 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 세륨 IV는 단계 (a)에 또는 본 발명에 따른 공정의 어떠한 다른 단계에도 도입되지 않는다.

출발 용액 내의 유리 산소(free oxygen)의 양은 신중하게 제어되고 최소화되어야 한다. 이를 위하여, 출발 용액은 불활성 가스를 사용하여 버블링함으로써 탈기될 수 있다. 용어 "불활성 가스" 또는 "불활성 분위기"는 산소가 없는 분위기 또는 가스를 의미하고자 하며, 이러한 가스는, 예를 들어 질소 또는 아르곤일 수 있다.

단계 (a)는 일반적으로 5℃ 내지 50℃에 포함되는 온도에서 수행된다. 이 온도는 20 내지 25℃일 수 있다.

단계 (b)

단계 (b)는 선행 단계의 종료 시점에서 수득된 반응 매질의 열처리이다. 이는 (i) 가열 하위단계 및 (ii) 에이징(aging) 하위단계로 이루어진다. 본 발명의 세륨계 입자의 제조 공정은 또한 가열 하위단계 (i)이 55℃ 내지 75^℃, 더 구체적으로 60℃ 내지 70^℃, 훨씬 더 구체적으로 65℃ 내지 70℃에 포함되는 온도에서 매질을 가열하는 것으로 구성된다는 사실을 특징으로 한다. 너무 높은 온도는 목표 돌출부 대신에 매끄러운 표면을 갖는 입자를 초래하는 것으로 관찰되었다. 에이징 하위단계 (ii)는 55℃ 내지 75℃, 더 구체적으로 60℃ 내지 70℃, 훨씬 더 구체적으로 65℃ 내지 70℃에 포함되는 온도에서 매질을 유지하는 것으로 구성된다. 에이징 하위단계 (ii)의 지속시간은 2시간 내지 20시간일 수 있다.

단계 (b) 동안, Ce^III에서 Ce^IV로의 산화가 일어난다. 이 단계에서, 가열 하위단계 (i)은 바람직하게는 불활성 분위기 하에서 수행된다. 단계 (a)와 관련하여 기재된 불활성 분위기 조건이 유사하게 적용된다. 이어서, Ce^III의 산화를 촉진시키기 위하여, 에이징 하위단계 (ii)는 바람직하게는 불활성 분위기 하에서 수행되지 않는다. 유사하게, 열처리는 교반 반응기 내에서 수행될 수 있다.

단계 (c)

선택적으로 단계 (c)에서는, 단계 (b)의 종료 시점에서 수득된 혼합물을 산성화할 수 있다. 이 단계 (c)는 질산, 피콜린산, 프로피온산, 염산, 설폰산, 탄산, 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 질산과 같은 적합한 산을 사용함으로써 수행될 수 있다. 반응 혼합물은 3.0 미만의, 더 구체적으로 1.5 내지 2.5에 포함되는 pH로 산성화될 수 있다.

단계 (d)

선택적으로 단계 (d)에서는, 단계 (b) 또는 단계 (c)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 물, 바람직하게는 탈이온수로 세척할 수 있다. 둘 모두 수행될 때, 단계 (c)와 단계 (d)는 임의의 순서대로 수행될 수 있다. 이러한 작업은 분산물 중의 잔류 음이온, 특히 니트레이트의 양의 감소를 가능하게 하고 목표 전도도를 얻을 수 있게 한다. 이 단계는 혼합물로부터 고체를 여과하고, 고체를 물 중에 재분산시킴으로써 수행될 수 있다. 여과 및 재분산은 필요하다면 수회 수행될 수 있다.

단계 (e)

선택적으로 단계 (e)에서는, 단계 (d)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 기계적으로 처리하여 입자를 탈집괴화할 수 있다. 이 단계는 더블 제트 처리 또는 초음파 탈집괴화에 의해 수행될 수 있다. 이 단계는 통상 가파른 입자 크기 분포 및 큰 집괴화된 입자의 수의 감소로 이어진다. 일 구현예에 따르면, 세륨계 입자는 탈집괴화의 기계적 처리를 거쳤다. 또 다른 구현예에 따르면, 세륨계 입자는 탈집괴화의 기계적 처리를 거치지 않았다.

단계 (e) 후에는, 고체 물질을 건조시켜, 분말 형태의 세륨계 입자를 수득할 수 있다. 단계 (e) 후에는, 물, 또는 물과 혼화성 액체 유기 화합물의 혼합물을 또한 첨가하여 액체 매질 중 세륨계 입자의 분산물을 수득할 수 있다. 분산물의 pH는 또한, 통상적으로 4 내지 6에 포함되는 값으로 조정될 수 있다.

세륨계 입자의 분산물

분산물은 본 발명의 세륨계 입자 및 액체 매질을 포함한다. 액체 매질은 물 또는 물과 수혼화성 유기 액체의 혼합물일 수 있다. 수혼화성 유기 액체는 입자가 침전되거나 집괴화되지 않게 해야 한다. 수혼화성 유기 액체는, 예를 들어 이소프로필 알코올, 에탄올, 1-프로판올, 메탄올, 1-헥산올과 같은 알코올; 아세톤, 디아세톤 알코올, 메틸 에틸 케톤과 같은 케톤; 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트, 메틸 락테이트, 부틸 락테이트, 에틸 락테이트와 같은 에스테르일 수 있다. 물/유기 액체 비는 80/20 내지 99/1(중량/중량)일 수 있다.

분산물 중의 세륨계 입자의 비율은 0.5 중량% 내지 40.0 중량%에 포함될 수 있으며, 이 비율은 분산물의 총 중량에 대한 세륨계 입자의 중량으로서 표현된다. 이 비율은 10.0 중량% 내지 35.0 중량%에 포함될 수 있다.

본 발명의 분산물 중에 포함된 세륨계 입자의 제타 전위는 유리하게는 양(+)이다. 이는 4 내지 9.5에 포함되는 분산물의 pH 값에서 측정될 수 있다. 제타 전위는 Quantachrome의 Zetameter DT300을 사용하여 1 중량%의 분산물에 대해 측정될 수 있다.

분산물은 또한 300 μS/cm 미만, 더 구체적으로 150 μS/cm 미만, 훨씬 더 구체적으로 100 μS/cm 또는 50 μS/cm 미만의 전도도를 나타낼 수 있다. 전도도는 HORIBA, Ltd.의 전도도 측정기 9382-10D를 사용하여 측정된다.

세륨계 입자 또는 분산물의 용도

본 발명의 세륨계 입자 또는 본 발명의 분산물은 폴리싱 조성물, 더 구체적으로 CMP 조성물을 제조하는 데 사용될 수 있다. 이들은 폴리싱 조성물, 더 구체적으로 CMP 조성물의 성분으로서 사용될 수 있다.

CMP 조성물(또는 화학기계적 폴리싱 조성물)은 기판의 표면으로부터 재료의 선택적 제거에 사용되는 폴리싱 조성물이다. 이는 집적 회로 및 기타 다른 전자 디바이스의 분야에서 사용된다. 실제로, 집적 회로 및 기타 다른 전자 디바이스의 제조에서는, 전도성, 반전도성, 및 유전성 재료의 다수의 층이 기판의 표면 상에 침착되거나 그로부터 제거된다. 재료의 층들은 순차적으로 기판 상에 침착되고 그로부터 제거되기 때문에, 기판의 최상 표면은 평면이 아니게 되고 평탄화를 필요로 할 수 있다. 표면을 평탄화(또는 "폴리싱")한다는 것은 재료를 기판의 표면으로부터 제거하여 대체로 고른 평면 표면을 형성하는 공정이다. 평탄화는 원치 않는 표면 지형 및 표면 결함, 예컨대 거친 표면, 집괴화된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치, 및 오염된 층 또는 재료를 제거하는 데 유용하다. 평탄화는 또한, 특징부를 충전하는 데 사용되는 과량으로 침착된 재료를 제거함으로써 기판 상에 특징부를 형성하는 데, 그리고 금속화 및 가공처리의 후속 단계를 위하여 고른 표면을 제공하는 데 유용하다.

폴리싱 조성물 또는 CMP 조성물을 사용하여 폴리싱될 수 있는 기판은, 예를 들어 이산화규소-유형 기판, 유리, 반도체 또는 웨이퍼일 수 있다.

폴리싱 조성물 또는 CMP 조성물은 통상 세륨계 입자 이외의 상이한 성분들을 함유한다. 폴리싱 조성물은 하기 성분들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

- 세륨계 입자 이외의 연마 입자(본 명세서에서 "추가의 연마 입자"로 지칭됨); 및/또는

- pH 조절제; 및/또는

- 계면활성제; 및/또는

- 레올로지 제어제(점도 향상제 및 응집제를 포함함); 및/또는

- 카르복실산 단량체, 설폰화 단량체, 또는 포스포네이트화 단량체와, 아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 또는 폴리비닐알코올의 음이온성 공중합체(예를 들어, 2-하이드록시에틸메타크릴산과 메타크릴산의 공중합체); 비이온성 중합체(여기서, 비이온성 중합체는 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리에틸렌 글리콜임); 실란(여기서, 실란은 아미노 실란, 우레이도 실란, 또는 글리시딜 실란임); 작용화된 피리딘의 N-옥사이드(예를 들어, 피콜린산 N-옥사이드); 전분; 사이클로덱스트린(예를 들어, 알파-사이클로덱스트린 또는 베타-사이클로덱스트린), 및 이들의 조합으로부터 선택되는 첨가제.

폴리싱 조성물의 pH는 일반적으로 1 내지 6에 포함된다. 통상적으로, 폴리싱 조성물은 pH가 3.0 이상이다. 또한, 폴리싱 조성물의 pH는 통상적으로 6.0 이하이다.

따라서, 본 발명은 또한 기판의 일부분을 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 상기 기재된 것과 같은 폴리싱 조성물을 사용하여 기판을 폴리싱하는 단계를 포함한다.

마지막으로, 본 발명은 이 방법에 의해 폴리싱된 반도체에 관한 것이다.

실시예

실시예 1

2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.8 kg의 질산세륨(III), 4.2 kg의 68 중량% HNO₃ 및 0.5 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀(vessel) 내로 넣었다.

14.3 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 8.8 kg의 암모니아수 및 79 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 1.1)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 6.5시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 23.1 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 54 nm였다. SEM 사진이 도 1에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 204 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 146 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 106, 146 및 226 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.41였다.

실시예 2

2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.6 kg의 질산세륨(III) 용액, 8.4 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.2 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.4 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 11.6 kg의 암모니아수 및 73 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 1.1)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 4.5시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 41.2 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 60 nm였다. SEM 사진이 도 2에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 92 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 81 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 67, 81 및 96 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.18였다.

실시예 3

3.0 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.6 kg의 질산세륨(III) 용액, 2.1 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.7 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.4 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 7.3 kg의 암모니아수 및 82 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 1.0)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 10시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 23.1 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 79 nm였다. SEM 사진이 도 3에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 139 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 96 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 79, 96 및 123 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.23였다.

실시예 4

1.5 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 약 8 g의 질산세륨(IV) 용액, 2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.8 kg의 질산세륨(III) 용액, 4.2 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.6 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.4 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 8.7 kg의 암모니아수 및 79 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 1.1)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 3.5시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 27.5 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 58 nm였다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 105 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 84 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 68, 84 및 97 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.17였다.

실시예 5

2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.7 kg의 질산세륨(III) 용액, 3.1 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.8 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.4 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 8.8 kg의 암모니아수 및 79 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 1.6)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 70℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 10시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 19.3 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 99 nm였다. SEM 사진이 도 4에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 152 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 116 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 93, 116 및 152 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.25였다.

실시예 6

2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.8 kg의 질산세륨(III) 용액, 2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 0.36 kg의 질산란탄 용액, 4.3 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.3 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.3 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 9 kg의 암모니아수 및 79 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 (Ce+La) - NO₃ ^-/Ce^III = 0.93)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 10시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 혼합 산화물 Ce/La의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 32.6 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 평균 크기는 약 104 nm였다. SEM 사진이 도 5에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 156 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 113 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 96, 113 및 142 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.20였다.

실시예 7: 탈착 시험

실시예 1에서 제조된 10 중량% CeO₂ 분산물 10 mL가 담긴 30 mL 유리 용기를 사용하였다. 하기 초음파 시스템을 사용하여, 90%의 전력에서, 직접 유리 용기 내에서 5분 동안 초음파 처리를 실시하였다: 변환기 CV154 + 부스터(파트 번호: BHNVC21) + 19 mm 프로브(파트 번호: 630-0208)가 구비된 1500W 발전기 유형 Sonics Vibracell VC1500/VCX1500. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 입자로부터의 돌출부의 유의한 탈착은 관찰되지 않았다.

비교예 1

1.5 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 약 0.3 g의 질산세륨(IV) 용액, 2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.9 kg의 질산세륨(III) 용액, 2.1 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.5 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다(Ce^IV/총 Ce 몰비 = 1/80000). 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.5 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 9.3 kg의 암모니아수 및 90 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다(몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 2.4).

반응 혼합물을 대략 1시간만에 80℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 4시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 되었을 때 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 현탁액을 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 12.9 m²/g이었다.

현탁액을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 크기는 약 140 nm였다. SEM 사진이 도 6에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 153 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 109 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 91, 109 및 133 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.19였다.

비교예 2

1.5 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 약 0.30 g의 질산세륨(IV) 용액, 2.9 mol/L로 존재하는 13.8 kg의 질산세륨(III) 용액, 2.1 kg의 68 중량% HNO₃ 용액 및 0.5 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다(Ce^IV/총 Ce 몰비 = 1/80000). 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.6 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 8.6 kg의 암모니아수 및 80 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다(몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 2.0).

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 14시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 되었을 때 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 현탁액을 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 15.8 m²/g이었다.

현탁액을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 크기는 약 90 nm였다. SEM 사진이 도 7에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 154 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 105 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 86, 105 및 134 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.23였다.

비교예 3

2.9 mol/L(밀도 1.7 kg/L)로 존재하는 13.8 kg의 질산세륨(III), 4.2 kg의 68 중량% HNO₃ 및 0.5 kg의 탈이온수를 혼합함으로써 질산세륨 용액을 제조하였다. 이 용액을 20 L 반폐쇄된 베셀 내로 넣었다.

14.4 mol/L(밀도 0.9 kg/L)로 존재하는 14.5 kg의 암모니아수 및 72 kg의 탈이온수를 첨가함으로써 암모니아 수용액을 제조하였다. 이 용액을 100 L 재킷형 반폐쇄된 반응기 내로 넣고, 1시간 동안 교반하면서 N₂ 가스로 버블링하였다.

상기 기재된 질산세륨 용액을 교반 및 N₂ 버블링의 동일한 조건에서 그리고 주위 온도에서 대략 30분 암모니아 수용액과 혼합하였다. (몰비 NH₄OH/총 Ce - NO₃ ^-/Ce^III = 5.1)

반응 혼합물을 대략 1시간만에 67℃까지 가열하고, N₂ 버블링 없이 동일한 교반 조건에서 대략 6.5시간 동안 유지하였다.

반응 혼합물을 냉각시키고, 68 중량% HNO₃를 사용하여 pH 2로 산성화하였다. 반응 혼합물을 여과하고, 탈이온수로 세척하였다. 세척 용액의 전도도가 0.05 mS/cm 미만이 될 때까지 세척을 반복하였다. 마지막으로 수득된 분산물을 이중 충격 제트 처리 기계를 사용함으로써 탈집괴화하고, 10%의 CeO₂로 조정하였다.

분산물의 일부를 200℃에서 오븐 내에서 건조시키고, 그럼으로써 CeO₂의 분말을 수득하였다. 질소 흡착에 의해 결정된 BET 비표면적은 14.3 m²/g이었다.

분산물을 SEM에 의해 관찰하였다. 1차 입자는 단분산되었으며, 크기는 약 110 nm였다. SEM 사진이 도 8에 보고되어 있다.

동적 광산란(DLS)에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh는 162 nm였다.

2차 입자 크기는 레이저 입자 크기 측정기(Horiba LA-910)에 의해 물 중에서 CeO₂의 상대 굴절률 1.7에서 측정하였다. 중앙 크기 D50은 115 nm였다.

D10, D50 및 D90은 각각 99, 115 및 145 nm였다. 계산된 분산 σ/m은 0.20였다.

비교예 4

문헌 US 2015/0072522의 실험 섹션에 따라 입자를 제조하기 위한 시도가 이루어졌다.

스테이지 1: 세륨(III) 염과 탈이온수를 3:1의 혼합비(2 kg의 세륨(III) 염과 1.125 kg의 탈이온수)로 혼합하여 세륨(III) 수용액을 제조하고, 세륨(IV) 염과 탈이온수를 1:1750의 혼합비(2 g의 세륨(IV) 염과 4.75 kg의 탈이온수)로 혼합하여 세륨(IV) 수용액을 제조하였다. 세륨(IV) 수용액과 질산을 50:1의 혼합비(3 kg의 세륨(IV) 용액과 2.55 kg의 질산)로 혼합하여 세륨(IV) 혼합물 용액을 제조하였다. 또한, 세륨(III) 수용액과 세륨(IV) 혼합물 용액을 혼합하여 세륨 혼합물 용액을 제조하였다. 또한, 암모니아 및 탈이온수를 불활성 분위기에서 반응 용기 내에 1:6의 혼합비(3 kg의 암모니아와 25.5 kg의 탈이온수)로 로딩하고, 이어서 교반하여 알칼리성 수용액을 제조하였다. 세륨 혼합물 용액을 불활성 분위기를 유지하면서 반응 용기 내에 넣고, 이어서 교반한 상태에서, 세륨 혼합물 용액을 2.5시간의 기간 동안 80℃까지 가열하여 열처리를 수행하였다. 상기에서와 같이 열처리를 수행함으로써, 돌출되지 않은 모 입자를 함유하는 용액이 수득될 것으로 추측되었다.

스테이지 2: 이후에, 이 용액을 30℃의 온도까지 냉각시키고, 세리아 입자 혼합물 용액 및 암모니아를 반응 용기 내에 넣고, 6:1의 혼합비(54 kg의 세리아 입자 혼합물 용액과 7 kg의 암모니아)로 혼합하고, 불활성 분위기에서 6분 동안 교반하였다. 이어서, 2.5 kg의 세륨(III) 염, 2.5 kg의 세륨(IV) 염, 5 kg의 탈이온수 및 2.55 kg의 질산을 혼합한 첨가한 2차 세륨 혼합물 용액을, 암모니아가 첨가된 세리아 혼합물 용액에 첨가하고, 교반하고, 2.5시간 동안 80℃까지 가열하여 열처리를 수행하였다. 상기에서와 같이 열처리를 완료함으로써, 돌출 형상을 갖는 1차 보조 입자를 함유하는 용액이 스테이지 1에서 수득될 것으로 추측된 모 입자의 표면 상에 형성될 것으로 추측되었다.

스테이지 3: 스테이지 2의 종료 시점에서 수득된 용액으로부터 출발하여 스테이지 2를 반복하였다. 돌출 형상을 갖는 2차 보조 입자를 함유하는 용액이 스테이지 1 및 스테이지 2에서 제조될 것으로 추측된 모 입자의 표면 상에 형성될 것으로 추측되었다.

스테이지 4: 이 용액을 실온까지 냉각시켜 용액의 pH를 4 이하의 산성 pH로 조정하고, 그럼으로써 반응을 완료하였다. 반응이 완료된 용액을 실온에 그대로 두어서 세리아 입자를 침착시키고, 이어서 침착 및 탈이온수를 사용한 세척을 2회 반복하고, 이어서 용액의 원심분리를 수행하여 마지막으로 도 12에 나타낸 입자를 수득하였다.

이 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 모 입자 및 보조 입자는 실제로 서로 따로따로 형성되고 성장하였다. 그러한 입자는 기판을 심각하게 손상시킬 것이기 때문에 화학기계적 폴리싱 과정에서 유용하지 않다.

폴리싱에 사용되는 조건

물 중 세륨계 입자의 분산물을 하기 조건 하에서 시험하였다. 사용되는 폴리싱 기계는 Struers Tegramin이다. 폴리싱하려는 표면은 비정질 실리카로 제조된다. 패드를 탈이온수로 세정하고, 이어서 샘플을 시험한다. 분산물을 제어된 유량 하에서 폴리싱하려는 표면 상에 도입한다.

· 헤드 상에 인가되는 압력: 50 N;

· 회전 속도: 150 rpm;

· 패드: 네오프렌(MD-Chem) - 시험되는 분산물마다 새로운 패드;

· 분산물의 유량: 15 mL/분;

· 분산물: 세륨계 입자의 양은 1 중량%임;

· 분산물의 pH는 6 내지 6.1임(묽은 NH₄OH의 첨가에 의해 얻어짐);

· 폴리싱 시간: 10분.

기판의 중량 손실을 기록한다. 이어서, nm/분으로 표현된 제거율(RR)을 다음과 같이 계산한다:

(상기 식에서,

· △m은 기판의 중량 손실이고;

· R은 기판의 반지름이고;

· ρ는 기판의 밀도이고;

· △t는 폴리싱 시간임.

결과는 표 I에 상세히 설명되어 있다. 최신 기술의 매끄러운 입자와 대비하여 본 발명의 입자를 사용할 때, 제거율/SEM 크기 비는 증가된다는 것을 알 수 있다.

폴리싱 시험의 종료 시점에서, 폴리싱된 기판 및 입자를 시각적으로 조사한다: 본 발명의 세륨계 입자의 돌출부는 폴리싱 동안 세륨계 입자로부터 제거되지 않는 것으로 확인된다.

Claims (23)

1. 상부에 돌출부를 갖는 하나 이상의 면(face)을 갖는 실질적으로 다면체의 형상을 갖는 세륨계 입자로서,
   상기 돌출부는 상기 세륨계 입자와 일체로 형성되는 것인, 세륨계 입자.
2. 제1항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 면의 표면의 적어도 60%, 구체적으로 적어도 70%, 구체적으로 적어도 80%, 구체적으로 적어도 90%에 걸쳐 연장되는 것인, 세륨계 입자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부는 뭉툭한(blunt) 것인, 세륨계 입자.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 돌출부가 실질적으로 없는 적어도 하나의 에지 부분 및/또는 코너를 갖는, 세륨계 입자.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다면체는 정육면체, 절두형 팔면체 또는 이들의 조합인, 세륨계 입자.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자는 산화세륨으로 또는 세륨 및 적어도 하나의 금속(M)의 혼합 산화물로 제조되며, 금속(M)은 바람직하게는 란탄, 프라세오디뮴 및 네오디뮴 중에서 선택되며, 더 바람직하게는 란탄인, 세륨계 입자.
7. 제6항에 있어서, 상기 세륨 및 적어도 하나의 금속(M)의 혼합 산화물로 제조된 입자는 몰비 M/(M+Ce)가 0.01 내지 0.15, 더 구체적으로 0.01 내지 0.12, 훨씬 더 구체적으로 0.01 내지 0.04, 특별히 0.02 내지 0.03에 포함되는 것인, 세륨계 입자.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 비표면적(BET)이 16 내지 55 m²/g, 더 구체적으로 17 내지 50 m²/g, 훨씬 더 구체적으로 18 내지 45 m²/g, 특별히 19 내지 42 m²/g에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 동적 광산란에 의해 결정된 수력학적 평균 직경 Dh가 75 nm 내지 1000 nm, 더 구체적으로 80 nm 내지 500 nm, 훨씬 더 구체적으로 85 nm 내지 300 nm, 특별히 90 nm 내지 240 nm에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 회절에 의해 결정된 중앙 직경 D50이 70 nm 내지 200 nm, 더 구체적으로 75 nm 내지 170 nm, 훨씬 더 구체적으로 79 nm 내지 150 nm에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 회절에 의해 결정된 직경 D10이 55 nm 내지 200 nm, 더 구체적으로 60 nm 내지 150 nm, 훨씬 더 구체적으로 65 nm 내지 110 nm에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 회절에 의해 결정된 직경 D90이 80 nm 내지 300 nm, 더 구체적으로 90 nm 내지 260 nm, 훨씬 더 구체적으로 94 nm 내지 230 nm에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 레이저 회절에 의해 결정된 직경 D99가 90 nm 내지 400 nm, 더 구체적으로 100 nm 내지 385 nm, 훨씬 더 구체적으로 107 nm 내지 370 nm에 포함되는 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 분산 지수 σ/m이 0.60 미만, 구체적으로 0.42 미만이고, 여기서 σ/m = (D90-D10)/2D50이며, D10, D50 및 D90은 레이저 회절에 의해 결정된 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 비 D90/D50이 1.10 내지 1.60에 포함되며, D50 및 D90은 레이저 회절에 의해 결정된 것을 특징으로 하는, 세륨계 입자.
16. 액체 매질 중 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 세륨계 입자의 분산물.
17. 제16항에 있어서, 300 μS/cm 미만, 더 구체적으로 150 μS/cm 미만, 훨씬 더 구체적으로 100 μS/cm 미만, 특별히 50 μS/cm 미만의 전도도를 나타내는, 분산물.
18. 폴리싱 조성물, 더 구체적으로 화학기계적 폴리싱 조성물의 제조를 위한 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 세륨계 입자 또는 제16항 또는 제17항에 따른 분산물의 용도.
19. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 세륨계 입자 또는 제16항 또는 제17항에 따른 분산물을 포함하는 폴리싱 조성물.
20. 제19항에 있어서, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 세륨계 입자 이외의 연마 입자; 및/또는 pH 조절제; 및/또는 계면활성제; 및/또는 레올로지 제어제(점도 향상제 및 응집제를 포함함); 및/또는 카르복실산 단량체, 설폰화 단량체, 또는 포스포네이트화 단량체와, 아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 또는 폴리비닐알코올의 음이온성 공중합체(예를 들어, 2-하이드록시에틸메타크릴산과 메타크릴산의 공중합체); 비이온성 중합체(여기서, 비이온성 중합체는 폴리비닐피롤리돈 또는 폴리에틸렌 글리콜임); 실란(여기서, 실란은 아미노 실란, 우레이도 실란, 또는 글리시딜 실란임); 작용화된 피리딘의 N-옥사이드(예를 들어, 피콜린산 N-옥사이드); 전분; 사이클로덱스트린(예를 들어, 알파-사이클로덱스트린 또는 베타-사이클로덱스트린), 및 이들의 조합으로부터 선택되는 첨가제로부터 선택되는 첨가제 중 하나 이상을 추가로 포함하는, 폴리싱 조성물.
21. 기판(substrate)의 일부분을 제거하는 방법으로서, 제19항 또는 제20항에 따른 폴리싱 조성물을 사용하여 기판을 폴리싱하는 단계를 포함하는, 방법.
22. 제21항에 따른 방법에 의해 폴리싱된 기판을 포함하는 반도체.
23. (a) 불활성 분위기 하에서 염기의 수용액과 NO₃ ^-, Ce^III, 선택적으로 Ce^IV, 선택적으로 Mⁿ⁺(여기서, M은 원자가 n의 금속임)를 포함하는 수용액을 접촉시키는 단계로서, 염기/총(Ce+선택적인 M) 몰비와 NO₃ ^-/Ce^III 몰비 사이의 차이가 2 미만인, 단계;
    (b) 단계 (a)에서 수득된 혼합물을 열처리하는 단계로서, 온도는 55 내지 75℃에 포함되는 것인, 단계;
    (c) 선택적으로, 단계 (b)에서 수득된 혼합물을 산성화하는 단계;
    (d) 선택적으로, 단계 (b) 또는 단계 (c)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 물로 세척하는 단계;
    (e) 선택적으로, 단계 (d)의 종료 시점에서 수득된 고체 물질을 기계적으로 처리하여 입자를 탈집괴화(deagglomerate)하는 단계
    를 포함하는, 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 세륨계 입자를 생성하기 위한 공정.

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