DE102007008232A1

DE102007008232A1 - Dispersion enthaltend Ceroxid und kolloidales Siliciumdioxid

Info

Publication number: DE102007008232A1
Application number: DE102007008232A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Kröll; Stefan Heberer; Katharina Dauth
Original assignee: Evonik Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-08-21
Also published as: JP2010519157A; US20100102268A1; EP2121860A1; KR101097506B1; CN101611110A; JP5119272B2; ATE542867T1; TW200848482A; WO2008101553A1; EP2121860B1; KR20090122932A

Abstract

Dispersion, enthaltend Ceroxidpartikel und kolloidale Siliciumdioxidpartikel, wobei - das Zetapotential der Siliciumdioxidpartikel negativ und das der Ceroxidpartikel positiv oder gleich Null und das Zetapotential der Dispersion insgesamt negativ ist und - der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel maximal 200 nm und der der Siliciumdioxidpartikel maximal 100 nm ist, wobei der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel größer ist als der der Siliciumdioxidpartikel, - das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid 1,1 : 1 bis 100 : 1 ist und - der pH-Wert der Dispersion 7,5 bis 10,5 ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dispersion, welche Partikel von Ceroxid und von Siliciumdioxid enthält, deren Herstellung und deren Verwendung.
Aus US 5891205 ist eine alkalische Dispersion bekannt, die Siliciumdioxid und Ceroxid enthält. Dabei ist die Partikelgröße der Ceroxidpartikel kleiner oder gleich der Größe der Siliciumdioxidpartikel. Die in der Dispersion vorliegenden Ceroxidpartikel stammen aus einem Gasphasenprozess, sind nicht aggregiert weisen eine Partikelgröße auf, die kleiner oder gleich 100 nm ist. Durch die Gegenwart von Ceroxidpartikeln und Siliciumdioxidpartikeln läßt sich laut US 5891205 die Abtragsrate drastisch steigern. Um dies zu erreichen, soll das Gewichtsverhältnis Siliciumdioxid/Ceroxid 7,5:1 bis 1:1 betragen. Das Siliciumdioxid weist bevorzugt eine Partikelgröße weniger als 50 nm und das Ceroxid eine von weniger als 40 nm auf. Zusammenfassend gilt, dass a) der Anteil an Siliciumdioxid größer ist als der Anteil an Ceroxid und b) die Siliciumdioxidpartikel größer sind als die Ceroxidpartikel.
Die in US 5891205 offenbarte Dispersion ermöglicht einen wesentlich höheren Abtrag als eine nur auf Ceroxidpartikeln basierende Dispersion. Eine solche Dispersion ermöglicht einen wesentlich höheren Abtrag als eine nur auf Ceroxidpartikeln basierende Dispersion. Jedoch verursacht eine solche Dispersion eine hohe Defektrate.
Gewünscht sind Dispersionen, die eine hohe Abtragsrate bei geringer Defektrate und hoher Selektivität liefern. Nach dem Polieren und Reinigen der Wafer sollen nur geringe oder keine Ablagerungen mehr auf der Oberfläche zu finden sein.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Aufgabe durch eine Dispersion gelöst wird, die Ceroxidpartikel und kolloidale Siliciumdioxidpartikel enthält, wobei

– das Zetapotential der Siliciumdioxidpartikel negativ und das der Ceroxidpartikel positiv oder gleich Null und das Zetapotential der Dispersion insgesamt negativ ist,
– der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel maximal 200 nm und der der Siliciumdioxidpartikel maximal 100 nm ist, wobei der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel größer ist als der der Siliciumdioxidpartikel,
– das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid 1,1:1 bis 100:1 ist und
– der pH-Wert der Dispersion 7,5 bis 10,5 ist.

Unter kolloidalen Siliciumdioxidpartikeln sind solche zu verstehen, die in Form von untereinander unvernetzten, kugelförmigen oder weitestgehend kugelförmigen Einzelpartikeln vorliegen und die an der Oberfläche hydroxyliert sind.
Ein Maß für die Oberflächenladung der Partikel ist das Zetapotential. Unter Zetapotential ist das Potential an der Scherebene innerhalb der elektrochemischen Doppelschicht Partikel/Elektrolyt in der Dispersion zu verstehen. Eine wichtige Größe im Zusammenhang mit dem Zetapotential ist der isoelektrische Punkt (IEP) für einen Partikel. Der IEP gibt den pH-Wert an, bei dem das Zetapotential Null ist. Je größer das Zetapotential desto stabiler ist die Dispersion.
Die Ladungsdichte an der Oberfläche kann beeinflusst werden durch Veränderung der Konzentration der potentialbestimmenden Ionen im umgebenden Elektrolyten.
Partikel aus dem gleichen Material werden das gleiche Vorzeichen der Oberflächenladungen besitzen und sich somit abstoßen. Wenn das Zetapotential zu klein ist, kann die abstoßende Kraft jedoch nicht die van der Waals-Anziehung der Partikel kompensieren und es kommt zu Flockung und gegebenenfalls Sedimentation der Partikel.
Das Zetapotential kann beispielsweise bestimmt werden durch Messung des kolloidalen Vibrationsstroms (CVI) der Dispersion oder durch Bestimmung der elektrophoretischen Mobilität.
Weiterhin kann das Zetapotentials mittels der Elektrokinetischen Schallamplitude (ESA) bestimmt werden.
Die erfindungsgemäße Dispersion weist bevorzugt ein Zetapotential von –20 bis –100 mV und besonders bevorzugt eines von –25 bis –50 mV auf.
Der pH-Wert der erfindungsgemäßen Dispersion ist vorzugsweise 9 bis 10.
Der Anteil an Ceroxid in der erfindungsgemäßen Dispersion kann über einen weiten Bereich variiert werden. Vorzugsweise kann der Gehalt an Ceroxid 0,01 bis 50, Gew.-%, bezogen auf die Dispersion, betragen. Hohe Anteile werden angestrebt, wenn es beispielsweise darum geht Transportkosten niedrig zu halten. Bei Einsatz als Poliermittel beträgt der Anteil an Ceroxid bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion.
Der Anteil an kolloidalem Siliciumdioxid beträgt bevorzugt 0,01 bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion.
Das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid in der erfindungsgemäßen Dispersion beträgt 1,1:1 bis 100:1. Es hat sich als vorteilhaft bei Polierprozessen erwiesen, wenn das das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid 1,25:1 bis 5:1 ist.
Weiterhin kann eine erfindungsgemäße Dispersion bevorzugt sein, in der außer Ceroxidpartikeln und kolloidalen Siliciumdioxidpartikeln keine weiteren Partikel vorliegen.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel in der erfindungsgemäßen Dispersion beträgt maximal 200 nm. Bevorzugt ist ein Bereich von 40 bis 90 nm. In diesem Bereich ergeben sich bei Polierprozessen bezüglich Abtrag, Selektivität und Defektrate die besten Ergebnisse.
Die Ceroxidpartikel können dabei als isolierte Einzelpartikel wie auch in Form aggregierter Primärpartikel vorliegen. Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Dispersion aggregierte Ceroxidpartikel beziehungsweise die Ceroxidpartikel liegen überwiegend oder vollständig in aggregierter Form vor.
Als besonders geeignet haben sich dabei Ceroxidpartikel erwiesen, die auf ihrer Oberfläche und in oberflächennahen Schichten Carbonatgruppen enthalten. Insbesondere solche wie sie in DE-A-102005038136 offenbart sind. Dabei handelt es sich um Ceroxidpartikel die

– eine BET-Oberfläche von 25 bis 150 m²/g besitzen,
– die Primärpartikel einen mittleren Durchmesser von 5 bis 50 nm aufweisen,
– die oberflächennahe Schicht der Primärpartikel eine Tiefe von ca. 5 nm aufweist,
– in der oberflächennahen Schicht die Carbonatkonzentration ausgehend von der Oberfläche, auf der die Carbonatkonzentration am höchsten ist, nach innen abnimmt,
– der von den Carbonatgruppen herrührende Kohlenstoffgehalt auf der Oberfläche 5 bis 50 Flächenprozent beträgt und in der oberflächennahen Schicht in einer Tiefe von ca. 5 nm 0 bis 30 Flächenprozent beträgt
– der Gehalt an Ceroxid, gerechnet als CeO₂ und bezogen auf das Pulver, mindestens 99,5 Gew.-% beträgt und
– der Gehalt an Kohlenstoff, umfassend organischen und anorganischen Kohlenstoff, 0,01 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Pulver, beträgt.

Die Carbonatgruppen im können sowohl an der Oberfläche als auch in einer Tiefe bis ca. 5 nm der Ceroxidpartikel nachgewiesen werden. Die Carbonatgruppen sind dabei chemisch gebunden und können beispielsweise wie in den Strukturen a–c angeordnet sein.
Die Carbonatgruppen können beispielsweise durch XPS/ESCA-Analyse nachgewiesen werden. Zum Nachweis der Carbonatgruppen in der oberflächennahen Schicht kann ein Teil der Oberfläche mittels Argonionenbeschuss abgetragen werden und die sich ergebende neue Oberfläche ebenfalls mittels XPS/ESCA (XPS = Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie; ESCA = Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) analysiert werden.
Der Anteil an Natrium beträgt in der Regel nicht mehr als 5 ppm und an Chlor nicht mehr als 20 ppm. Die genannten Elemente sind in der Regel beim chemisch-mechanischen Polieren nur in geringen Mengen tolerierbar.
Die eingesetzten Ceroxidpartikel weisen bevorzugt eine BET-Oberfläche von 30 bis 100 m²/g und besonders bevorzugt von 40–80 m²/g auf.
Die kolloidalen Siliciumdioxidpartikel der erfindungsgemäßen Dispersion weisen einen mittleren Partikeldurchmesser von weniger als 100 nm auf. Dabei ist der Bereich von 3 bis 50 nm bevorzugt und der Bereich von 10 bis 35 nm besonders bevorzugt.
Die flüssige Phase der erfindungsgemäßen Dispersion umfasst Wasser, organische Lösungsmittel und Mischungen von Wasser mit organischen Lösungsmitteln. In der Regel ist der Hauptbestandteil mit einem Anteil von > 90 Gew.-% der flüssigen Phase Wasser.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Dispersion noch Säuren, Basen, Salze enthalten. Die Einstellung des pH-Wertes kann durch Säuren oder Basen erfolgen. Als Säuren können anorganische Säuren, organische Säuren oder Mischungen der vorgenannten Verwendung finden. Als anorganische Säuren können insbesondere Phosphorsäure, Phosphorige Säure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Mischungen daraus, und ihre sauer reagierenden Salze Verwendung finden. Als organische Säuren finden bevorzugt Carbonsäuren der allgemeinen Formel C_nH_2n+1CO₂H, mit n = 0 – 6 oder n = 8, 10, 12, 14, 16, oder Dicarbonsäuren der allgemeinen Formel HO₂C(CH₂)_nCO₂H, mit n = 0 – 4, oder Hydroxycarbonsäuren der allgemeinen Formel R₁R₂C(OH)CO₂H, mit R₁ = H, R₂ = CH₃, CH₂CO₂H, CH(OH)CO₂H, oder Phthalsäure oder Salicylsäure, oder sauer reagierende Salze der vorgenannten Säuren oder Mischungen der vorgenannten Säuren und ihrer Salze. Eine Erhöhung des pH-Wertes kann durch Addition von Ammoniak, Alkalihydroxiden oder Aminen erfolgen.
Bei bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, wenn die erfindungsgemäße Dispersion 0,3–20 Gew.-% eines Oxidationsmittels enthält. Hierfür kann Wasserstoffperoxid, ein Wasserstoffperoxid-Addukt, wie zum Beispiel das Harnstoff-Addukt, eine organische Persäure, eine anorganische Persäure, eine Iminopersäure, ein Persulfat, Perborat, Percarbonat, oxidierende Metallsalze und/oder Mischungen der vorgenannten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt kann Wasserstoffperoxid eingesetzt werden. Aufgrund der verringerten Stabilität einiger Oxidationsmittel gegenüber anderen Bestandteilen der erfindungsgemäßen Dispersion kann es sinnvoll sein, dieses erst unmittelbar vor der Benutzung der Dispersion hinzuzufügen.
Die erfindungsgemäße Dispersion kann weiterhin Oxidationsaktivatoren beinhalten. Geeignete Oxidationsaktivatoren können die Metallsalze von Ag, Co, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti, V und Mischungen daraus sein. Weiterhin sind Carbonsäuren, Nitrile, Harnstoffe, Amide und Ester geeignet. Besonders bevorzugt kann Eisen-II-nitrat sein. Die Konzentration des Oxidationskatalysators kann abhängig vom Oxidationsmittel und der Polieraufgabe in einem Bereich zwischen 0,001 und 2 Gew.-% variiert werden. Besonders bevorzugt kann der Bereich zwischen 0,01 und 0,05 Gew.-% sein.
Die Korrosionsinhibitoren, die in der Regel mit einem Anteil von 0,001 bis 2 Gew.-% in der erfindungsgemäßen Dispersion vorhanden sind, können Stickstoff enthaltende Heterocyclen wie Benzotriazol, substituierte Benzimidazole, substituierte Pyrazine, substituierte Pyrazole und deren Mischungen sein.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren bei dem man

a) in eine kolloidale Siliciumdioxidpartikel enthaltende Vordispersion Ceroxidpartikel in Pulverform einbringt und nachfolgend dispergiert oder
b) eine Ceroxidpartikel enthaltende Vordispersion und eine kolloidale Siliciumdioxidpartikel enthaltende Vordispersion zusammengibt und nachfolgend dispergiert und
c) gegebenenfalls nachfolgend dem Dispergierschritt der Varianten a) oder b) Oxidationsmittel, Oxidationskatalysator und/oder Korrosionsinhibitor hinzufügt.

Als Dispergieraggregate eignen sich insbesondere solche, die einen Energieeintrag von mindestens 200 KJ/m³ bewirken. Hierzu zählen Systeme nach dem Rotor-Stator-Prinzip, zum Beispiel Ultra-Turrax-Maschinen, oder Rührwerkskugelmühlen. Höhere Energieeinträge sind mit einem Planetenkneter/-mixer möglich. Die Wirksamkeit dieses Systems ist jedoch mit einer ausreichend hohen Viskosität der bearbeiteten Mischung verbunden, um die benötigten hohen Scherenergien zum Zerteilen der Teilchen einzubringen.
Mit Hochdruckhomogenisierern werden zwei unter hohem Druck stehende vordispergierte Suspensionsströme über eine Düse entspannt. Beide Dispersionsstrahlen treffen exakt aufeinander und die Teilchen mahlen sich selbst. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Vordispersion ebenfalls unter hohen Druck gesetzt, jedoch erfolgt die Kollision der Teilchen gegen gepanzerte Wandbereiche. Die Operation kann beliebig oft wiederholt werden um kleinere Teilchengrößen zu erhalten.
Weiterhin kann der Energieeintrag auch mittels Ultraschall erfolgen.
Die Dispergier- und Mahlvorrichtungen können auch kombiniert eingesetzt werden. Oxidationsmittel und Additive können zu verschiedenen Zeitpunkten der Dispergierung zugeführt werden. Es kann auch von Vorteil sein, beispielsweise Oxidationsmittel und Oxidationsaktivatoren erst am Ende der Dispergierung, gegebenenfalls bei geringerem Energieeintrag einzuarbeiten.
Das Zetapotential der eingesetzten kolloidalen Siliciumdioxidpartikel beträgt vorzugsweise –20 bis –100 mV, bei einem pH-Wert von 7,5 bis 10,5.
Das Zetapotential der eingesetzten Ceroxidpartikel beträgt vorzugsweise 0 bis 40 mV, bei einem pH-Wert von 7,5 bis 10,5.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Dispersion zum Polieren.
Beispiele
Analytik
Die spezifische Oberfläche wird bestimmt nach DIN 66131.
Die Oberflächeneigenschaften werden durch großflächige (1 cm²) XPS/ESCA-Analyse (XPS = Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie; ESCA = Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) ermittelt. Die Auswertung beruht auf den allgemeinen Empfehlungen gemäß DIN-Fachbericht No. 39, DMA(A)97 des National Physics Laboratory, Teddington, U. K, und den bisherigen Erkenntnissen zur entwicklungsbegleitenden Normung des Arbeitsauschusses „Oberflächen- und Mikrobereichsanalysen" NMP816(DIN). Zudem werden die jeweils vorliegenden Vergleichsspektren aus der Fachliteratur berücksichtigt. Die Werte werden durch Untergrundsubtraktion, unter Berücksichtigung der relativen Empfindlichkeitsfaktoren der jeweils angegebenen Elektronenniveaus errechnet. Die Angabe erfolgt in Flächenprozent. Die Genauigkeit ist mit +/– 5% relativ zu veranschlagen.
Das Zetapotentials wird im pH-Bereich 3–12 mittels der Elektrokinetischen Schallamplitude (ESA) bestimmt. Dazu wird eine Suspension mit 1% Ceroxid hergestellt. Die Dispergierung erfolgt mit einem Ultraschall-Stab (400 W). Die Suspension wird mit einem Magnetrührer gerührt und über eine Schlauchpumpe durch den PPL-80 Sensor des ESA-8000 Geräts der Firma Matec gepumpt. Vom Ausgangs-pH-Wert startet die potentiometrische Titration mit 5 m NaOH auf pH 12. Die Rücktitration auf pH 4 wird mit 5 m HNO₃ vorgenommen. Die Auswertung erfolgt mittels der Gerätesoftware Version pcava 5.94.
mit

ζ: Zetapotential
ϕ: Volumenfraktion
Δρ: Dichtedifferenz zwischen Partikel und Flüssigkeit
c: Schallgeschwindigkeit in der Suspension
η: Viskosität der Flüssigkeit
ε: Dielektrizitätskonstante der Suspension
|G(α)|: Trägheitskorrektur

Die mittleren Aggregatdurchmesser werden mit einem Partikelgrößen-Analysator LB-500, Fa. Horiba bestimmt.
Einsatzstoffe
Als Einsatzstoffe zur Herstellung von Dispersionen dienen ein pyrogen hergestelltes Ceroxid wie in DE-A-102005038136 , Beispiel 2 beschrieben, sowie als kolloidales Siliciumdioxid zwei Levasil^®-Typen der Firma H. C. Starck. Tabelle 1: Einsatzstoffe

BET Zetapotential Partikeldurchmesser^a)

m²/g mV nm

Ceroxid 60 5 (9,5) 65

Levasil^® 300 300 –31 (9,5) 13

Levasil^® 500 500 –35 (9,5) 23

a) bestimmt Partikelgrößen-Analysator LB-500, Fa. Horiba

Das Ceroxid weist zudem noch folgende Werte auf: 99,79 Gew.-% CeO₂, 0,14 Gew.-% C, Zetapotential 48 mV bei pH = 5, IEP bei pH = 9,8, C1s synthetisiert/gesputtert 19,0/11,2 Fl.-% (gesputtert: nach Abtragen der Oberfläche durch Beschuß mit Argonionen, 5 keV, ca. 10 min; Carbonat-C: Bindungsenergie ca. 289 eV)
Wafer/Pad:
Siliciumdioxid (200 mm, Schichtdicke 1000 nm. thermisches Oxid, Fa. SiMat) und Siliciumnitrid (200 mm, Schichtdicke 160 nm, LPCVD, Fa. SiMat).

Pad Rodel IC 1000-A3.

Herstellung von Dispersionen
D1: Die Dispersion wird erhalten indem man zu Wasser Ceroxidpulver gibt und durch Ultraschallbehandlung mit einem Ultraschallfinger (Fa. Bandelin UW2200/DH13G), Stufe 8, 100%; 5 Minuten) dispergiert. Anschließend wird der pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 7,5 eingestellt.

D2–D5: Die Dispersionen werden erhalten indem man eine Vordispersion bestehend aus Ceroxid und Wasser und eine Vordispersion bestehend aus kolloidalem Siliciumdioxid und Wasser mischt, durch Ultraschallbehandlung mit einem Ultraschallfinger (Fa. Bandelin UW2200/DH13G), Stufe 8, 100%; 5 Minuten) dispergiert und nachfolgend den pH-Wert mit Ammoniakwasser auf 9,5 einstellt. Tabelle 2 zeigt wichtige Parameter der erhaltenen Dispersionen. Tabelle 2: Dispersionen

Dispersion		D1	D2	D3	D4	D5
Ceroxid	Gew.-%	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Kolloidales SiO₂			Levasil^®	Levasil^®	Levasil^®	Levasil^®
		-	300	300	500	500
	Gew.-%	0	0,18	0,325	0,125	0,175
pH-Wert		7,5	9,5	9,5	9,5	9,5
Zetapotential	mV	27	–33	–22	–35	–22
Partikeldurchmesser* 0d	nm	65	75	266	87	114
Partikeldurchmesser* 7d	nm	-	95	-	87	-
Partikeldurchmesser* 44d	nm	-	81		101	-

* partikelzahlgewichtet;

Dispersion			D1	D2	D4
RR SiO₂	nm/min	nach	295	195	220
RR Si₃N₄	nm/min	Ansetzen	88	84	92
SiO₂/Si₃N₄			3,4	2,3	2,4

RR SiO₂	nm/min		-	169	138
RR Si₃N₄	nm/min	nach 14d	-	80	101
SiO₂/Si₃N₄			-	2,1	1,4

RR SiO₂	nm/min		-	220	245
RR Si₃N₄	nm/min	nach 44d	-	92	92
SiO₂/Si₃N₄			-	2,4	2,7

Tabelle 3 zeigt die Polierabträge und Selektivitäten nach Ansetzen der Dispersionen, nach 14 und nach 44 Tagen.
Tabelle 3 zeigt die Polierabträge und Selektivitäten nach Ansetzen der Dispersionen, nach 14 und nach 44 Tagen.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Dispersionen führt zwar im Vergleich mit einer keine Siliciumdioxidpartikel enthaltenden Dispersion (D1) zu einer Verringerung der Abtragsrate. Diese ist aber im Vergleich mit bekannten, organische Additive enthaltenden Dispersionen aus dem Stand der Technik immer noch als zufriedenstellend zu bezeichnen.
Beurteilung von Polierrückständen auf Wafern und Pads
Die Polierrückstände werden visuell (auch per Auflichtmikroskop im Bereich bis zu 64facher Vergrößerung) beurteilt.
Hierzu werden die Partikelgrößen der Dispersionen D1 (Vergleich) und D2, D4 (erfindungsgemäß) direkt nach dem Polieren vermessen:

– D1 ist instabil und sedimentiert bereits nach wenigen Minuten. Die gemessene Teilchengröße liegt deutlich oberhalb von einem Mikrometer.
– D2, D4 sind hingegen auch nach dem Polieren noch stabil. Dies bedeutet, dass es bei der erfindungsgemäßen Dispersion nicht zur Bildung großer Agglomerate kommt. Auch zeigen die mit D2, D4 polierten Wafer erheblich weniger Rückstände.

Der Zusatz von negativ geladenen kolloidalen Siliciumdioxidpartikeln beeinflusst die Poliergüte einer Ceroxid enthaltenden Dispersion positiv, in dem der Anteil an Polierrückständen vermindert wird.
Ein möglicher Mechanismus umfasst, dass negativ geladene kolloidale Siliciumdioxidpartikel positiv geladene Ceroxidpartikel nach außen hin abschirmen und für eine effektive Umladung der Ceroxidpartikel sorgen. Durch diese Umladung, bietet die erfindungsgemäße Dispersion unter anderem die Möglichkeit bei pH-Werten nahe des IEP des reinen Ceroxids zu polieren. Da es sich um elektrostatische Wechselwirkungen handelt, können die kolloidalen Siliciumdioxidpartikel während des Poliervorgangs abgeschert werden, so dass die Polierwirkung des Ceroxids erhalten bleibt. Dadurch, dass während des gesamten Poliervorganges alle Partikel nach außen hin immer negativ geladen sind, wird die Agglomeratbildung deutlich reduziert. Langzeituntersuchungen zeigen, dass die Stabilität und die Poliereigenschaften auch über längere Zeiträume erhalten bleiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5891205 [0002, 0002, 0003]
- DE 102005038136 A [0020, 0043]

Claims

Dispersion enthaltend Ceroxidpartikel und kolloidale Siliciumdioxidpartikel, wobei – das Zetapotential der Siliciumdioxidpartikel negativ und das der Ceroxidpartikel positiv oder gleich Null und das Zetapotential der Dispersion insgesamt negativ ist, und – der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel maximal 200 nm und der der Siliciumdioxidpartikel maximal 100 nm ist, wobei der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel größer ist als der der Siliciumdioxidpartikel, – das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid 1,1:1 bis 100:1 ist und – der pH-Wert der Dispersion 7,5 bis 10,5 ist.
Dispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zetapotential der Dispersion –20 bis –100 mV ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert 9 bis 10 ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ceroxid 0,01 bis 50, Gew.-%, bezogen auf die Dispersion, ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Ceroxid 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion, ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an kolloidalem Siliciumdioxid 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis Ceroxid/Siliciumdioxid 1,25:1 bis 5:1 ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Ceroxidpartikel und Siliciumdioxidpartikel die einzigen Partikel in der Dispersion sind.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Partikeldurchmesser der Ceroxidpartikel 40 bis 90 nm ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ceroxidpartikel in Form aggregierter Primärpartikel vorliegen.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ceroxidpartikel auf ihrer Oberfläche und in oberflächennahen Schichten Carbonatgruppen enthalten.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass die kolloidalen Siliciumdioxidpartikel einen mittleren Partikeldurchmesser von 3 bis 50 nm aufweisen.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser der Hauptbestandteil der flüssigen Phase der Dispersion ist.
Dispersion nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Säuren, Basen, Salze, Oxidationsmittel, Oxidationskatalysatoren und/oder Korrosionsinhibitoren enthält.
Verfahren zur Herstellung der Dispersion gemäß der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man a) in eine kolloidale Siliciumdioxidpartikel enthaltende Vordispersion Ceroxidpartikel in Pulverform einbringt und nachfolgend dispergiert oder b) eine Ceroxidpartikel enthaltende Vordispersion und eine kolloidale Siliciumdioxidpartikel enthaltende Vordispersion zusammengibt und nachfolgend dispergiert und c) gegebenenfalls nachfolgend dem Dispergierschritt der Varianten a) oder b) Oxidationsmittel, Oxidationskatalysator und/oder Korrosionsinhibitor hinzufügt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zetapotential der kolloidalen Siliciumdioxidpartikel –20 bis –100 mV bei einem pH-Wert von 7,5 bis 10,5 ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Zetapotential der Ceroxidpartikel 0 bis 40 mV bei einem pH-Wert von 7,5 bis 10,5 ist.
Verwendung der Dispersion gemäß der Ansprüche 1 bis 14 zum Polieren.