WO2010008125A1 - 미세 산화세륨 분말 그 제조 방법 및 이를 포함하는 씨엠피슬러리 - Google Patents

미세 산화세륨 분말 그 제조 방법 및 이를 포함하는 씨엠피슬러리 Download PDF

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이승주
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(주) 뉴웰
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Definitions

  • the present invention relates to a method of preparing cerium oxide by forming an intermediate cerium nitrate hydrate by controlling the acidity of a cerium precursor. Specifically, cerium nitrite having an initial grain size finely crystallized by controlling the acidity of a cerium precursor.
  • the present invention relates to a fine cerium oxide powder, a method for preparing the same, and a CMP slurry containing the same, because the hydrate is prepared using the intermediate hydrate as an intermediate, and thus the particle size is fine and uniform.
  • Cerium oxide powder is a high-performance ceramic powder used as a raw material for abrasives, catalysts, phosphors, and the like, and has recently been widely used as a chemical mechanical abrasive for selective planarization of semiconductor substrates.
  • such cerium oxide powder is produced by a gas phase method, a solid phase method and a liquid phase method.
  • the gas phase method for preparing cerium oxide powder is a method of directly producing cerium oxide by vaporizing a cerium metal salt precursor and combining it with oxygen, and the like is classified into flame combustion decomposition, gas condensation decomposition, plasma decomposition, and laser vaporization.
  • flame combustion decomposition gas condensation decomposition
  • plasma decomposition plasma decomposition
  • laser vaporization a gas phase method having a problem in that the mass production of cerium oxide is difficult because of the high unit cost and device cost of the cerium metal salt precursor.
  • the solid phase method for preparing cerium oxide powder is a method of producing cerium oxide through a calcination process using carbonate, sulfate, oxalate, or the like as a raw material.
  • cerium carbonate powder having a large particle size is calcined in an oxygen atmosphere to produce cerium oxide powder having a particle size of 30 to 100 ⁇ m
  • the cerium oxide powder Disclosed is a cerium oxide abrasive prepared by dry or wet grinding to control particle size.
  • the cerium oxide powder having a large particle size remains, so that it is difficult to control the particle size. Therefore, there is a problem that a long filtration process using a filter must be performed even after the final CMP slurry is prepared.
  • the liquid phase method for preparing cerium oxide powder is a method for directly preparing cerium oxide powder by adding a pH adjusting agent such as ammonia from a trivalent or tetravalent cerium salt starting material, which is classified into precipitation method and hydrothermal synthesis method in detail.
  • a pH adjusting agent such as ammonia from a trivalent or tetravalent cerium salt starting material
  • the unit price and device cost are low, and research and development on this is being actively conducted.
  • This liquid phase method is capable of synthesizing relatively fine particles of cerium oxide compared to the solid phase method because particle growth occurs at a small nucleation step, but it is difficult to synthesize particles having high crystallinity, and thus needle-like cerium oxide is synthesized. Therefore, there is a problem that scratches on the surface of the polishing object.
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 2007-32907 name of the invention: cerium carbonate powder and its preparation method, cerium oxide powder and its preparation method, and CMP slurry comprising the same
  • a cerium precursor solution and carbonic acid Disclosed is a cerium carbonate powder, cerium oxide powder prepared therefrom, and a CMP slurry comprising the same, by mixing and precipitating a precursor solution to produce a cerium carbonate powder.
  • the cerium oxide produced by using the liquid phase method is composed of relatively fine particles having a particle diameter of about 5 to 10 nm, but it is difficult to improve the crystallinity of the cerium precursor of the cerium precursor solution as an intermediate material, and thus acicular cerium oxide Therefore, the particle size distribution of the cerium oxide powder formed by pulverizing such cerium oxide is not uniform, which adversely affects physical properties, and in the case of producing a CMP slurry using the cerium oxide powder as an abrasive, The scratches are polished on the object to be polished (for example, 15 to 30 scratches are generated on the 30-inch wafer, which is the object to be polished), which leads to deterioration of the quality of electronic products manufactured using the wafer. Has the problem
  • an object of the present invention is prepared by using the cerium nitrate hydrate in which the initial particle size is finely crystallized by controlling the acidity of the cerium precursor as an intermediate material, so that the particle size is fine and uniform, so that various polishing functions are greatly improved. It is to provide a cerium oxide powder, a method of manufacturing the same and a CMP slurry containing the same.
  • the present invention provides a fine cerium oxide powder produced by the method for producing a fine cerium oxide powder.
  • the present invention provides a CMP slurry containing a high-purity cerium oxide powder prepared by the method for producing fine cerium oxide powder.
  • the fine cerium oxide powder according to the present invention is prepared by using a cerium nitrate hydrate having a fine initial particle size and homogenized by controlling the acidity of the cerium precursor as an intermediate to form a crystalline particle having a particle diameter of 1 to 2 nm. It has high effect and greatly improves various polishing functions.
  • the CMP slurry containing the fine cerium oxide powder of the present invention hardly scratches the surface of the wafer, which is the main polishing target, the CMP slurry has the effect of ensuring the quality of electronic products using such wafers.
  • the cerium chloride composition is titrated with sodium hydroxide so as to have a pH of 9 to 10, separated into a primary supernatant and a primary precipitate, and filtered to recover the cerium precursor as the primary precipitate. Steps are included.
  • Ceriumite a raw material mineral of cerium, is treated with chlorine gas to form a cerium chloride composition, and the cerium chloride composition is adjusted and purified using a pH adjuster to form cerium precursors, which are intermediates of cerium oxide.
  • the cerium chloride composition is titrated with sodium hydroxide as a pH adjuster to form a reaction system.
  • sodium hydroxide is titrated so that the acidity of the reaction system is alkalinized to pH 9 to 10
  • the cerium chloride composition of the reaction system is precipitated to form a reaction system with the primary supernatant. It is divided into primary sediment.
  • the reaction system is controlled with the primary supernatant and the primary by adjusting the exothermic reaction by supplying a small amount of sodium hydroxide to the cerium chloride composition. Separated by sediment.
  • the cerium chloride composition is precipitated in the reaction system in which the acidity is adjusted to alkaline by the titration of sodium hydroxide as described above, and is divided into a primary supernatant and a primary precipitate.
  • the reaction system in which sodium hydroxide is titrated to the cerium chloride composition is less than pH 9
  • the reaction system is not sufficiently classified into the primary supernatant and the primary precipitate, and the acidity of the reaction system in which sodium hydroxide is titrated to the cerium chloride composition is pH. If it exceeds 10, Nd and Sm contained in the cerium chloride composition may not be properly dispersed in the primary supernatant.
  • reaction system divided into the primary supernatant and the primary precipitate is filtered to form the cerium precursor by recovering the primary precipitate.
  • the method for producing fine cerium oxide powder of the present invention includes titrating nitric acid to the cerium precursor, but titrating nitric acid so that the acidity of the cerium precursor is pH 4 to 4.5 to form cerium nitrate hydrate.
  • Nitric acid is mixed with the cerium precursor formed in the formation of the cerium precursor to induce a substitution reaction of the reaction system to form a cerium nitrate hydrate, which is a cerium-derived material, since the cerium precursor is not crystallized properly during the substitution reaction of the reaction system.
  • Cerium nitrate hydrate is formed in the form of particles having an initial particle size of about 5 to 10 nm in the form of needles, and cerium oxide formed from the cerium nitrate hydrate is also in the form of needles having an average particle diameter of about 5 to 10 nm. There is a problem that the particle size distribution becomes uneven.
  • the present inventors have conducted a number of long-term studies and repeated experiments, and as a result, if the acidity of the reaction system formed by mixing nitric acid with cerium precursor is maintained within a very narrow critical acidity range, It was found that the cerium precursor crystallized properly during the substitution reaction to form cerium nitrate hydrate in the form of particles having an initial particle diameter of 1 to 2 nm.
  • cerium nitrate hydrate in the form of particles having an initial particle diameter of 1 to 2 nm is formed from the reaction system, but the acidity of the reaction system is pH 4 to 4.5.
  • the critical acidity is outside the critical acidity, cerium nitrate hydrate in the form of particles having an acicular shape with an initial particle diameter of about 5 to 10 nm is formed.
  • nitric acid is mixed with the cerium precursor formed in the formation of the cerium precursor to induce a substitution reaction of the reaction system, thereby forming cerium nitrate hydrate, which is a cerium-derived material. Since this occurs badly, a small amount of nitric acid is supplied to the cerium precursor to form a cerium nitrate hydrate which is a cerium-inducing substance while controlling the exothermic reaction.
  • the cerium oxide may be formed by applying the liquid phase method to the cerium nitrate hydrate constituted as described above.
  • the method of producing a fine cerium oxide powder of the present invention comprises the step of mixing the cerium nitrate hydrate and the aqueous solution of the carbonic acid precursor and precipitation reaction to separate the secondary supernatant and secondary precipitate and to recover the secondary precipitate by filtration. do.
  • a predetermined amount of a carbonic acid precursor solution such as an aqueous solution of urea is mixed with cerium nitrate hydrate, which is a cerium-derived substance, and left for a predetermined time to induce a precipitation reaction, which is divided into a secondary supernatant and a secondary precipitate.
  • the secondary precipitate is filtered to recover the secondary precipitate.
  • a substitution reaction occurs between the cerium nitrate hydrate and the carbonic acid precursor aqueous solution to form a tertiary precipitate which is cerium oxide.
  • the formed secondary precipitates have a characteristic of being expressed in the form of crystalline particles having a particle diameter of 1 to 2 nm.
  • the method for producing a fine cerium oxide powder of the present invention includes the step of firing and grinding the secondary precipitate at a constant temperature to form a cerium oxide powder.
  • Cerium oxide a secondary precipitate formed from cerium nitrate hydrate, is heat-treated at 900 to 1000 ° C. to solidify, and the solidified cerium oxide is pulverized to form cerium oxide powder.
  • the heat treatment temperature of the cerium oxide secondary precipitate is less than 900 °C the cerium oxide is not crystallized properly, if the heat treatment temperature of the cerium oxide secondary precipitate is more than 1000 °C the cerium oxide particles strongly bind to the cerium oxide Dispersibility falls.
  • the cerium oxide which is a secondary precipitate, has an average particle diameter of 1 to 2 nm, which is much smaller than that of conventional cerium oxide, and is composed of crystalline rather than needle-shaped particles, thereby grinding the cerium oxide powder formed by grinding solidified cerium oxide. Can improve.
  • the fine cerium oxide powder prepared by the above-described method for producing cerium oxide powder may not only be formed in the form of crystalline particles having a particle diameter of 1 to 2 nm, but also have a very uniform particle size distribution, thereby greatly improving polishing characteristics.
  • the high purity cerium oxide powder is mixed with an abrasive to form a CMP slurry.
  • the CMP slurry may also have a finer and more uniform particle size of the cerium oxide powder, which is an abrasive, thereby improving the polishing rate by 30% or more, and hardly scratches occur in the polishing object.

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Abstract

본 발명은 세륨 전구체의 산도를 조절하여 중간물질인 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)3·6H2O)을 형성하여 산화세륨(CeO2)을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세륨클로라이드 조성물에 수산화나트륨을 적정하여 상등액과 침전물로 구분하고 여과하여 상기 1차 침전물인 세륨 전구체를 회수하고, 상기 세륨 전구체의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 일정한 농도의 질산을 적정하여 초기 입자 크기가 미세하게 결정화된 세륨나이트레이트 수화물을 사용하여 산화세륨을 제조하며, 세륨 전구체의 산도 조절에 의해 초기 입자 크기가 미세화, 균일화된 세륨나이트레이트 수화물을 중간물질로 사용하여 제조되므로, 결정성이 높고 각종 연마 기능이 크게 향상되는 미세 산화세륨 분말, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 CMP 슬러리를 제공한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 13.04.2009]　미세 산화세륨 분말 그 제조 방법 및 이를 포함하는 씨엠피슬러리
본 발명은 세륨 전구체의 산도를 조절하여 중간물질인 세륨나이트레이트 수화물을 형성하여 산화세륨을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 세륨 전구체의 산도 조절에 의해 초기 입자 크기가 미세하게 결정화된 세륨나이트레이트 수화물을 중간물질로 사용하여 제조되므로, 입자 크기가 미세화, 균일화되어 각종 연마 기능이 크게 향상되는 미세 산화세륨 분말, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 CMP 슬러리에 관한 것이다.
산화세륨 분말은 연마재, 촉매, 형광체 등의 원료로 사용되는 고기능 세라믹 분말로서, 최근에는 반도체 기판의 선택적 평탄화를 위한 화학기계적 연마재로서 널리 사용되고 있다. 일반적으로 이러한 산화세륨 분말은 기상법, 고상법 및 액상법으로 제조되고 있다.
산화세륨 분말을 제조하기 위한 기상법은 세륨 금속염 전구체를 기화하고, 산소 등과 결합시켜서 직접 산화세륨을 제조하는 방법으로서, 세부적으로 화염연소 분해법, 기체응축 분해법, 플라즈마 분해법, 레이저 기화법 등으로 구분된다. 그러나, 이러한 기상법은 세륨 금속염 전구체의 단가 및 장치비용이 고가이므로 산화세륨의 대량생산이 곤란하다는 문제점이 있다.
산화세륨 분말을 제조하기 위한 고상법은 탄산염, 황산염, 옥살산염 등을 원료물질로 하여 소성 공정을 거쳐서 산화세륨을 제조하는 방법이다. 예를 들면, 국제공개특허 WO 1998-14987호 및 WO 1999-31195호에서는 입자 크기가 큰 탄산세륨 분말을 산소 분위기에서 소성하여 입경 30∼100 ㎛의 산화세륨 분말을 제조하고, 상기 산화세륨 분말을 건식 분쇄 또는 습식 분쇄하여 입도를 조절하여 이루어지는 산화세륨 연마재가 개시되어 있다. 그러나, 산화세륨 분말의 분쇄 공정 후에도 입경이 큰 산화세륨 분말이 잔존하여 입도 조절이 곤란하며, 이로 인하여 최종 CMP 슬러리를 제조한 후에도 필터를 이용한 장시간의 여과 공정을 실시해야 하는 문제점이 있다.
산화세륨 분말을 제조하기 위한 액상법은 3가 또는 4가의 세륨염 출발물질로부터 암모니아 등의 pH 조절제를 첨가하여 산화세륨 분말을 직접 제조하는 방법으로서, 세부적으로 침전법, 수열합성법 등으로 구분되며, 원료 단가와 장치비용이 저렴하여, 이에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 액상법은 작은 핵 생성 단계에서 입자 성장이 이루어지기 때문에 고상법에 비해서 상대적으로 미세한 입자의 산화세륨을 합성할 수는 있으나, 결정성이 높은 입자를 합성하는 것이 곤란하여 침상형의 산화세륨이 합성되므로 연마 대상물의 표면에 스크래치가 다발한다는 문제점이 있다.
예를 들면, 한국 공개특허공보 제2007-32907호(발명의 명칭 : 탄산세륨 분말 및 그 제조방법, 이로부터 제조된 산화세륨 분말 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 CMP 슬러리)에서는 세륨 전구체 용액과 탄산 전구체 용액을 혼합, 침전반응을 일으켜서 탄산세륨 분말을 제조할 때 적어도 1종의 유기용매를 사용하여 이루어지는 탄산세륨 분말, 이로부터 제조된 산화세륨 분말, 이를 포함하는 CMP 슬러리가 개시되어 있다.
그러나, 이러한 액상법을 사용하여 제조되는 산화세륨은 입경이 5∼10 ㎚ 정도의 비교적 미세한 입자로 이루어지나, 중간물질인 세륨 전구체 용액의 세륨 전구체의 결정성을 향상하는 것이 곤란하여 침상형의 산화세륨이 합성되므로, 이러한 산화세륨을 분쇄하여 형성된 산화세륨 분말의 입도 분포가 균일하지 못하여 물성에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 이러한 산화세륨 분말을 연마재로 사용하여 CMP 슬러리를 제조하는 경우에는, 상기 CMP 슬러리에 의해 연마되는 연마 대상물에서 스크래치가 다발(예를 들면, 연마 대상물인 30인치 웨이퍼에서 15∼30 개의 스크래치가 발생함)하게 되며, 이로 인하여 상기 웨이퍼를 사용하여 제조되는 전자제품의 품질 저하로까지 연결된다는 문제점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 세륨 전구체의 산도 조절에 의해 초기 입자 크기가 미세하게 결정화된 세륨나이트레이트 수화물을 중간물질로 사용하여 제조되므로, 입자 크기가 미세화, 균일화되어 각종 연마 기능이 크게 향상되는 미세 산화세륨 분말, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 CMP 슬러리를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 세륨클로라이드 조성물에 일정한 농도의 수산화나트륨을 적정하여 1차 상등액과 1차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 1차 침전물인 세륨 전구체를 회수하는 단계; 상기 세륨 전구체에 일정한 농도의 질산을 적정하되, 세륨 전구체의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 질산을 적정하여 세륨나이트레이트 수화물을 형성하는 단계; 상기 세륨 나이트레이트 수화물과 탄산 전구체 수용액을 혼합하고 침전반응하여 2차 상등액과 2차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 2차 침전물을 회수하는 단계; 및 상기 2차 침전물을 일정한 온도로 소성하고 분쇄하여 산화세륨 분말을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 산화세륨 분말의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 상기 미세 산화세륨 분말의 제조 방법에 의하여 제조되는 미세 산화세륨 분말이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 상기 미세 산화세륨 분말의 제조 방법에 의하여 제조되는 고순도 산화세륨 분말을 포함하는 CMP 슬러리가 제공된다.
본 발명에 의한 미세 산화세륨 분말은 세륨 전구체의 산도 조절에 의해 초기 입자 크기가 미세화, 균일화된 세륨나이트레이트 수화물을 중간물질로 사용하여 제조되어 입경 1∼2 ㎚의 결정형 입자 형태로 이루어므로, 결정성이 높고 각종 연마 기능이 크게 향상되는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 미세 산화세륨 분말을 포함하는 CMP 슬러리는 주 연마 대상물인 웨이퍼의 표면에 스크래치를 거의 발생시키지 않기 때문에, 이러한 웨이퍼를 사용하는 전자제품의 품질을 보장하는 효과를 지니고 있다.
본 발명에 의한 미세 산화세륨 분말의 제조 방법에 대하여 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 미세 산화세륨 분말의 제조 방법은 세륨클로라이드 조성물이 pH 9∼10이 되도록 수산화나트륨을 적정하여 1차 상등액과 1차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 1차 침전물인 세륨 전구체를 회수하는 단계가 포함된다.
세륨의 원료광물인 세라나이트를 염소가스로 처리하여 세륨클로라이드 조성물을 형성하고, 상기 세륨클로라이드 조성물을 pH 조절제를 사용하여 산도를 조절하고 정제하므로써, 산화세륨의 중간물질인 세륨 전구체를 형성한다.
구체적으로, 세륨클로라이드 조성물을 pH 조절제인 수산화나트륨으로 적정하여 반응계를 형성하되, 상기 반응계의 산도가 pH 9∼10로 알칼리화되도록 수산화나트륨을 적정하면 상기 반응계의 세륨클로라이드 조성물이 침전되어 1차 상등액과 1차 침전물로 구분된다. 그런데 세륨클로라이드 조성물에 수산화나트륨을 일시에 공급하게 되면 반응계에서 발열 반응이 심하게 발생하므로, 세륨클로라이드 조성물에 수산화나트륨을 소량씩 공급하는 적정을 실시하여 발열 반응을 조절하면서 반응계를 1차 상등액과 1차 침전물로 구분시킨다. 상기와 같은 수산화나트륨의 적정에 의해 산도가 알칼리성으로 조절된 반응계에서 세륨 클로라이드 조성물이 침전되어 1차 상등액과 1차 침전물로 구분된다.
반응계를 형성하기 위하여 세륨클로라이드 조성물에 적정되는 수산화나트륨의 농도 제한은 없으나, 미세 산화세륨 분말을 제공하는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 상기 반응계의 산도가 pH 9∼10이 되도록 세륨 클로라이드 조성물에 수산화나트륨을 적정하여 1차 상등액과 1차 침전물로 구분해야 한다.
세륨클로라이드 조성물에 수산화나트륨이 적정되어 이루어지는 반응계의 산도가 pH 9 미만이면 상기 반응계가 1차 상등액과 1차 침전물로 충분하게 구분되지 않으며, 세륨클로라이드 조성물에 수산화나트륨이 적정되어 이루어지는 반응계의 산도가 pH 10을 초과하면 상기 세륨클로라이드 조성물에 함유된 Nd, Sm이 1차 상등액에 제대로 분산되지 않는다.
상기와 같이 1차 상등액과 1차 침전물로 구분된 반응계를 여과하여, 상기 1차 침전물을 회수하므로써 세륨 전구체의 형성 단계가 실시된다.
또한, 본 발명의 미세 산화세륨 분말의 제조 방법은 상기 세륨 전구체에 질산을 적정하되, 세륨 전구체의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 질산을 적정하여 세륨나이트레이트 수화물을 형성하는 단계가 포함된다.
상기 세륨 전구체의 형성 단계에서 형성된 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 반응계의 치환 반응을 유도하여 세륨 유도물질인 세륨나이트레이트 수화물을 형성하는데, 상기 반응계의 치환 반응 과정에서 세륨 전구체가 제대로 결정화되지 못하기 때문에, 초기 입경이 5∼10 ㎚ 정도로 침상형을 이루는 입자 형태인 세륨 나이트레이트 수화물이 형성되며, 상기 세륨 나이트레이트 수화물로부터 형성되는 산화세륨 역시 입자가 평균입경 5∼10 ㎚ 정도인 침상형으로 이루어지며 입도분포가 불균일해진다는 문제점을 지니고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들이 장기간의 연구 및 반복적인 실험을 다수회 실시한 결과, 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 이루어지는 반응계의 산도를 매우 협소한 임계산도 범위 내로 유지한다면 상기 반응계의 치환 반응 과정에서 세륨 전구체가 제대로 결정화되어, 초기 입경이 1∼2 ㎚의 결정형을 이루는 입자 형태인 세륨 나이트레이트 수화물이 형성되는 것을 발견하였다.
즉, 수산화나트륨으로 적정되어 알칼리성을 띠는 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 이루어지는 반응계의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 질산을 적정하게 되면, 상기 pH 4∼4.5의 임계산도를 띠게 되는 세륨 전구체가 제대로 결정화되어, 초기 입경이 1∼2 ㎚의 결정형을 이루는 입자 형태인 세륨나이트레이트 수화물이 형성되는 것이다. 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 이루어지는 반응계의 산도가 pH 4 미만이면 상기 반응계의 세륨 전구체가 제대로 결정화되지 않으며, 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 이루어지는 반응계의 산도가 pH 4.5를 초과하면 상기 반응계에서 형성되는 세륨나이트레이트 수화물의 수율이 저하된다.
결론적으로, 반응계의 산도가 pH 4∼4.5의 임계산도인 경우에는 상기 반응계로부터 초기 입경이 1∼2 ㎚의 결정형을 이루는 입자 형태인 세륨나이트레이트 수화물이 형성되지만, 반응계의 산도가 pH 4∼4.5의 임계산도를 벗어날 경우에는 초기 입경이 5∼10 ㎚ 정도로 침상형을 이루는 입자 형태인 세륨나이트레이트 수화물이 형성되는 것이다.
상기와 같이 세륨 전구체의 형성 단계에서 형성된 세륨 전구체에 질산을 혼합하여 반응계의 치환 반응을 유도하므로써 세륨 유도물질인 세륨나이트레이트 수화물을 형성하되, 세륨 전구체에 질산을 일시에 공급하게 되면 반응계에서 발열 반응이 심하게 발생하므로, 세륨 전구체에 질산을 소량씩 공급하는 적정을 실시하여 발열 반응을 조절하면서 세륨 유도물질인 세륨나이트레이트 수화물을 형성하는 것이다.
반응계를 형성하기 위하여 세륨 전구체에 적정되는 질산의 농도 제한은 없으나, 미세 산화세륨 분말을 제공하는 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 상기 반응계의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 세륨 전구체에 질산을 적정하여 세륨나이트레이트 수화물을 형성해야 한다.
상기와 같이 구성되는 세륨나이트레이트 수화물에 액상법을 적용하여 산화세륨을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 미세 산화세륨 분말의 제조 방법은 상기 세륨나이트레이트 수화물과 탄산 전구체 수용액을 혼합하고 침전 반응하여 2차 상등액과 2차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 2차 침전물을 회수하는 단계가 포함된다.
세륨 유도물질인 세륨나이트레이트 수화물에 우레아 수용액 등과 같은 탄산 전구체 수용액을 일정 함량 혼합하고, 일정한 시간동안 방치하여 침전 반응을 유도하여 2차 상등액과 2차 침전물로 구분하고, 상기 구분된 2차 상등액과 2차 침전물을 여과하여 2차 침전물을 회수한다.
상기와 같이 세륨나이트레이트 수화물과 탄산 전구체 수용액을 혼합하고 침전 반응을 유도하는 단계에서 상기 세륨나이트레이트 수화물과 탄산 전구체 수용액 사이에서 치환 반응이 발생하여 산화세륨인 3차 침전물이 형성된다. 상기 형성된 2차 침전물은 입경이 1∼2 ㎚의 결정형 입자 형태로 발현되는 특성을 지니고 있다.
또한, 본 발명의 미세 산화세륨 분말의 제조 방법은 상기 2차 침전물을 일정한 온도로 소성하고 분쇄하여 산화세륨 분말을 형성하는 단계가 포함된다.
세륨나이트레이트 수화물로부터 형성되는 2차 침전물인 산화세륨을 900∼1000 ℃로 열처리하여 고화시키고, 상기 고화된 산화세륨을 분쇄하여 산화세륨 분말을 형성한다.
2차 침전물인 산화세륨의 열처리 온도가 900 ℃ 미만이면 상기 산화세륨이 제대로 결정화되지 않으며, 2차 침전물인 산화세륨의 열처리 온도가 1000 ℃를 초과하면 상기 산화세륨 입자가 강력하게 결착하여 산화세륨의 분산성이 저하된다.
2차 침전물인 산화세륨은 그 평균입경이 종래의 산화세륨보다 훨씬 작은 1∼2 ㎚이며, 입자 형태가 침상형이 아닌 결정형으로 이루어져서, 고화된 산화세륨을 분쇄하여 형성되는 산화세륨 분말의 연마 기능을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기에서 기술된 산화세륨 분말의 제조 방법에 의하여 제조된 미세 산화세륨 분말은 입경 1∼2 ㎚의 결정형입자 형태로 이루어질 뿐만 아니라, 입도 분포가 매우 균일하여 연마 특성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 고순도 산화세륨 분말을 연마재로 혼합하여 CMP 슬러리를 구성한다. 이러한 CMP 슬러리 역시 연마재인 산화세륨 분말의 입자 크기가 미세화, 균일화되어 연마 속도를 30% 이상 향상시킬 수 있으며, 연마 대상물에서 스크래치가 거의 발생하지 않는다.
종래의 CMP 슬러리에 의하여 연마된 30인치 웨이퍼에서 15∼30 개의 스크래치가 발생하는 반면, 본 발명에 의한 CMP 슬러리로 연마된 30인치 웨이퍼에서는 1∼5 개 정도의 스크래치가 발생할 뿐이므로, 상기 웨이퍼를 사용하여 제조되는 전자제품의 품질을 보장하는 효과를 지니고 있다.

Claims (3)

  1. 세륨클로라이드 조성물이 pH 9∼10이 되도록 수산화나트륨을 적정하여 1차 상등액과 1차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 1차 침전물인 세륨 전구체를 회수하는 단계; 상기 세륨 전구체에 질산을 적정하되, 세륨 전구체의 산도가 pH 4∼4.5가 되도록 질산을 적정하여 세륨나이트레이트 수화물(Ce(NO3)3·6H2O)을 형성하는 단계; 상기 세륨나이트레이트 수화물과 탄산 전구체 수용액을 혼합하고 침전 반응하여 2차 상등액과 2차 침전물로 구분하고 여과하여 상기 2차 침전물을 회수하는 단계; 및 상기 2차 침전물을 900∼1000 ℃로 소성하고 분쇄하여 입경 1∼2 ㎚의 결정형 입자 형태로 이루어지는 산화세륨 분말을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 산화세륨 분말의 제조 방법.
  2. 제 1 항의 방법에 의하여 제조되어 입경 1∼2 ㎚의 결정형 입자 형태로 이루어지는 미세 산화세륨 분말.
  3. 제 1 항의 방법에 의하여 제조되어 입경 1∼2 ㎚의 결정형 입자 형태로 이루어지는 고순도 산화세륨 분말을 포함하는 CMP 슬러리.
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