TW201905125A - 含有奈米泡之無機氧化物微粒子及含有該微粒子之研磨劑 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題係提供一種含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液,其在作為研磨劑使用之工序中,濃縮穩定性優異。上述課題係可藉由含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液解決,該含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液包含:平均粒徑為1至500nm之含有含Ce之微粒子的無機氧化物微粒子,以及平均氣泡徑為50至500nm之選自N2及H2所成組群中之至少1者的非氧化性氣體的奈米泡。
Description
本發明係有關一種含有奈米泡之無機氧化物微粒子及含有該微粒子之研磨劑。
在半導體基板、配線基板等半導體裝置等中,由於表面狀態會影響半導體特性,因此要求以極高精度研磨該等零件之表面及端面。
歷來,作為如此構件之研磨方法,係施行:在實施相對粗糙的1次研磨處理之後,藉由進行精密的2次研磨處理,得到平滑的表面或刮痕等損傷少的高精度表面之方法。
歷來,已提出例如以下方法等作為用於如此完工研磨之2次研磨中的研磨劑。
專利文獻1中,提出一種研磨用矽溶膠,係氧化矽微粒子分散於分散媒中而成的矽溶膠,其特徵係滿足下述條件:該氧化矽微粒子之粒徑分佈中的模式粒徑在5至100nm之範圍,更且,1)相對於全部氧化矽微粒子, 超出模式粒徑之氧化矽微粒子的比率在0.1至30體積%之範圍、2)模式粒徑以下之粒徑分佈中的粒徑變化係數在8至70%之範圍。而且,根據如此之研磨用矽溶膠,係記載施用於研磨用途,抑制線性痕及劃痕等之發生,持續顯示優異的研磨速度。
[專利文獻1]日本特開2013-177617號公報
一般氧化矽微粒子等無機氧化物微粒子分散於分散媒中而成的無機氧化物微粒子分散液,如無特別問題,則以固形分濃度較高者適合在搬運作業及各種工序中的處理。而且,該無機氧化物微粒子分散液施用在研磨用途時,研磨處理大多在開放系中進行,在調製研磨液時,由於周邊環境的變化(溫度、濕度等)及因槽內之攪拌引起研磨液之液面變動、飛散液等,大多會有乾燥物及經部分濃縮之微凝膠等異物的產生,因此,通常係在所需的工序或最後工序中進行精密過濾。而且,對於需要時間進行研磨的研磨基板(例如:鉭酸鋰、鉭酸鈮、藍寶石等),如有必要,將研磨液進行再度循環使用,由於周邊的環境變化、隨著研磨液消耗之循環罐的液面變化、因循環液返回管線造成研磨液落下等引起的液面變動等,通常會有在循環罐 壁面產生之水垢、經由研磨液的濃縮而產生微凝膠及凝聚物的生成等。如此異物經由精密過濾,在某種程度上可去除又硬又大的異物,然要完全去除特別柔軟且細小的微凝膠實有困難。已知藉由如此包含微凝膠異物之無機氧化物微粒子分散液的研磨處理會導致被研磨面的刮痕(線痕)產生及研磨作業的作業性降低之情形。
而且,無機氧化物微粒子分散液經濃縮而導致被研磨面的刮痕(線痕)產生及研磨作業的作業性降低之原因,係認為是例如:如為氧化矽微粒子分散液時,氧化矽微粒子分散液中所含的微凝膠(低分子氧化矽之凝聚物等)經濃縮使微凝膠之間進一步凝聚、或藉由微凝膠與氧化矽微粒子之凝聚的產生而使可成為刮痕產生及作業性降低之原因的大凝聚物生成所影響。
而且,如此現象並不僅限於矽溶膠,在氧化鈰溶膠、氧化鋁溶膠、氧化鈦溶膠等一般研磨中使用之研磨劑及該等複合微粒子亦會發生同樣問題。
而且,不僅限於氧化矽微粒子分散液,無機氧化物微粒子分散液,即使在其調製工序及研磨工序中,由於周邊的環境變化(溫度、濕度等)、罐內經攪拌之研磨液的液面變動及飛散液等,經常產生非沉降性的微粒子或微凝膠。無機氧化物微粒子分散液施用在研磨用途時,上述非沉降性的微粒子或微凝膠進一步凝聚成為粗大粒子,無機氧化物微粒子分散液使用在研磨用途之前進行的過濾處理中,容易導致過濾性的降低。
本發明係為了解決如上述之課題而專心致志進行檢討之結果,發現在包含氧化鈰溶膠、燒成氧化鈰、氧化矽氧化鈰複合溶膠、氧化鈰氧化鋁複合溶膠、氧化鈰氧化鈦複合溶膠等含有含Ce的微粒子之無機氧化物微粒子分散液中,在特定條件下加入奈米泡,以奈米泡可發揮其功能之特定條件下進行混合,即可得到可解決上述課題之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,或含有該微粒子分散液的研磨劑。
亦即,本發明之目的係提供含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液及含有該微粒子分散液之研磨劑,該微粒子分散液係在作為研磨劑使用之工序中,濃縮穩定性優異。
本發明係由於奈米泡之破裂效果,藉由將包含氧化鈰微粒子分散液、含燒成氧化鈰粉末之分散液、氧化矽氧化鈰複合微粒子分散液、氧化鈰氧化鋁複合微粒子分散液、氧化鈰氧化鈦複合微粒子分散液等含有含鈰(Ce)的微粒子之無機氧化物微粒子分散液中存在之微凝膠進行崩解/分散,使微凝膠減少,且抑制粗大粒子的產生,藉此而實現濃縮穩定性與過濾性的提高者。
本案發明者為了解決上述課題而專心致志進行檢討,遂而完成本發明。
本發明係以下之(1)至(8)。
(1)一種含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其包含:平均粒徑為1至500nm之含有含Ce之微粒子的無機 氧化物微粒子,以及平均氣泡徑為50至500nm之選自N2及H2所成組群中之至少1者的非氧化性氣體的奈米泡。
(2)如(1)所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其包含105個/mL以上之奈米泡。
(3)如(1)或(2)所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,當固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5時之流動電位設為V2[mV];除去上述奈米泡,固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5時之流動電位設為V1[mV]時,流動電位差△V=V1-V2為10mV以上。
(4)如(1)至(3)中任一者所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,上述無機氧化物微粒子為氧化矽氧化鈰複合微粒子。
(5)如(4)所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,上述氧化矽氧化鈰複合微粒子中之氧化鈰含有率為10質量%以上。
(6)如(1)至(5)中任一者所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,相對於從上述奈米泡之平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合計表面積(4πr2N),一價陰離子之含量未達8.8×10-6莫耳/m2。
(7)如(1)至(6)中任一者所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,相對於從上述奈米泡之平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合 計表面積(4πr2N),二價陰離子之含量係未達4.4×10-6莫耳/m2。
(8)一種研磨劑,其包含(1)至(7)中任一者所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液。
依據本發明,即可提供一種含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液及含有該微粒子分散液之研磨劑,該含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液在作為研磨劑使用之工序中,即使因濃縮等而發生固形分上昇的情形,濃縮穩定性與過濾性亦為優異,可抑制作業性的降低。
第1圖係呈示實施例與比較例中之濃縮穩定性的圖表。
第2圖係呈示實施例與比較例中之濃縮穩定性的另一圖表。
第3圖係呈示實施例與比較例中之濃縮穩定性的又另一圖表。
對於本發明進行說明。
本發明之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其包含:平均粒徑為1至500nm之含有含Ce的微粒子之無機氧化物微粒子、與平均氣泡徑為50至500nm之選自N2與H2所成組群中之至少一者的非氧化性氣體之奈米泡。
以下中,如此含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液亦稱為「本發明之分散液」。
本發明之分散液中,首先預備無機氧化物微粒子與奈米泡。
無機氧化物微粒子之平均粒徑為1至500nm,其通常分散在溶媒中。
而且,本發明之分散液中,無機氧化物微粒子之平均粒徑係指在後述實施例中詳加說明之藉由使用透射型電子顯微鏡的圖像分析法從測定結果計算而得之值。
在此。無機氧化物微粒子可為以氧化鈰微粒子作為主成分者,或者,以Ce作為必要成分,以例如包含選自Si、Al、B、Mg、Ca、Ba、Mo、Zr、Ga、Be、Sr、Y、La、Ce、Sn、Fe、Zn、Mn、C、H及Ti所成組群中之至少1個元素的複合氧化物作為主成分者為佳。
無機氧化物微粒子可含有以氧化鈰微粒子與上述複合氧化物兩者作為主成分,而且,實質上由該等之至少一者所成者為佳。而且,該無機氧化物微粒子係包含無機複合氧化物微粒子之概念。
在此,「主成分」係以含有率為50質量%以上(亦即,無機氧化物微粒子所包含之Si、Al、B、Mg、Ca、Ba、Mo、Zr、Ga、Be、Sr、Y、La、Ce、Sn、Fe、Zn、Mn、C、H及Ti之氧化物的合計含有率為50質量%以上)者為佳,以60質量%以上者更佳,以80質量%以上者又更佳,以90質量%以上者為特佳,以95質量%以上者為 最佳。而且,「實質上」係指可包含從原料或製造工序中混入之不純物者。以下中,「主成分」與「實質上」之詞語,如無特別說明,則以如此之涵義使用。
無機氧化物微粒子係包含Ce。例如:無機氧化物微粒子在包含氧化鈰微粒子(以作為主要成分為佳)時,由於容易減少氧缺失,為了避免此種情況,以使用N2或H2之非氧化性氣體作為奈米泡者更佳。
含Ce之無機氧化物微粒子係以氧化鈰微粒子或氧化矽氧化鈰複合微粒子為理想。已知相對於氧化矽,氧化鈰微粒子或氧化矽氧化鈰複合微粒子具有特異的研磨效果,呈現高的研磨速度。該研磨機制通說係4價的氧化鈰粒子表面之Ce3+與氧化矽進行特異性反應。然而,Ce3+因無機氧化物微粒子分散液中所含的氧化性氣體等而容易減少氧缺失。為了避免此種情況,以使用N2或H2等非氧化性氣體作為奈米泡者更佳。
含Ce之無機氧化物微粒子係以氧化矽氧化鈰複合微粒子為佳。Si對氧化鈰容易形成侵入型固溶體,惟形成有侵入型固溶體之結果,將會使氧化鈰之結晶構造發生變形而導致氧缺失,從而促進Ce3+的生成。
而且,藉由於無機氧化物微粒子有雜元素 的存在,即使形成侵入型固溶體而增加氧缺失之情形,亦以使用非氧化性氣體作為奈米泡者為佳。如此之例係可列舉:無機氧化物微粒子包含Ce、進而包含Si、C、N、La、Zr、Al等雜元素的情形。
當無機氧化物微粒子為氧化矽氧化鈰複合微粒子時,該氧化矽氧化鈰複合微粒子中之氧化鈰的含有率(質量%),亦即,氧化鈰/(氧化矽+氧化鈰)×100係以10質量%以上為佳,以20質量%以上更佳,以30質量%以上為最佳。氧化鈰質量%低於10質量%時,由於氧化鈰之含量過低因而可能無法發揮對氧化矽的充分研磨效果。
無機氧化物微粒子之平均粒徑為500nm以下,以300nm以下為佳,以200nm以下更佳,以100nm以下又更佳。而且,平均粒徑為1nm以上,以5nm以上為佳。
將含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液以蒸餾水及硝酸溶液稀釋作成固形分濃度0.005質量%、pH4.5時,期望將該含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液的流動電位取為負值。由於流動電位取為負值時,含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液之分散穩定性會提高。
從本發明之分散液去除奈米泡,得到含有含Ce之無機氧化物微粒子的分散液之後,以蒸餾水及硝酸溶液稀釋,當將固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5之分散液的流動電位設為V1,且將含有含Ce之無機氧化物微粒子及奈米泡之分散液(亦即,本發明之分散液)進行相同操作,將固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5質量%之分散液的流動電位設為V2時,期望電位差△V(△V=V1-V2)為10mV以上。
在此,流動電位差△V為10mV以上,係指微粒子分散液之流動電位朝負值增大。通常,奈米泡係藉具有負的電位來維持穩定性,尤其在低pH範圍內,將氧化鈰等具有正的流動電位之無機氧化物微粒子與奈米泡分散液進行混合時,部分奈米泡被吸附在無機氧化物微粒子表面,推斷因其表面係被奈米泡所包覆,因而負的流動電位增大。即使無機氧化物微粒子為具有負的電位者,其電位較小時,△V會增大,但推斷部分奈米泡係經由物理吸附等而包覆無機氧化物微粒子表面,因而負的電位增大。
由於部分奈米泡包覆含Ce之無機氧化物微粒子表面時,會提高無機氧化物微粒子之分散穩定性,因而為佳。而且,由於奈米泡為非氧化性氣體,因此認為亦具有抑制Ce3+氧化之效果。
可分散如此之無機氧化物微粒子之溶媒並無特別限定,以水(包含離子交換水、純水)為佳。
奈米泡係氣泡徑為500nm以下之微細氣泡。該氣泡徑係以400nm以下為佳,以350nm以下更佳。而且,該氣泡徑為50nm以上,以70nm以上為佳。
奈米泡之平均氣泡徑及氣泡個數,係藉由奈米粒子追蹤分析法測定液中之氣泡的布朗運動移動速度而求取。
對於奈米泡中所含的氣體種類,係可發揮藉由奈米泡之破裂而使微凝膠崩解之效果者,且為選自N2及H2所成組群中之至少一者。在此,奈米泡實質上可為選自N2及H2所成組群中之至少一者,允許以被認為是從原料及製造工序中混入的不純物程度之量包含例如O2等其它氣體。
本發明之分散液係以包含1.0×105個/mL以上之奈米泡者為佳,以包含1.1×105個/mL以上之奈米泡者更佳,以包含1.0×108個/mL以上之奈米泡者又更佳,以包含1.1×108個/mL以上之奈米泡者為最佳。該奈米泡之個數係以1000×108個/mL以下者為佳,以500×108個/mL以下者更佳,以100×108個/mL以下者又更佳。
微氣泡之產生方法並無特別限制,可使用歷來之習知方法。可列舉例如:旋流式、靜態混合式、噴射式、文丘里式、加壓溶解式、孔式、旋轉式、超音波式、氣相凝聚式、電解式等。
本發明之分散液係可藉由將包含如上述之無機氧化物微粒子的分散液(亦稱「無機氧化物微粒子分散 液」)、與包含奈米泡之水溶液混合而得。而且,亦可在無機氧化物微粒子分散液之內部產生奈米泡而得。
在無機氧化物微粒子分散液之內部產生奈米泡的方法並無特別限定,可利用上述之歷來的習知方法。
一面得到包含無機氧化物微粒子分散液與奈米泡水溶液之溶液,並在得到後將包含無機氧化物微粒子分散液與奈米泡水溶液之溶液,保持在例如5至80℃下進行混合(以0.5小時以上為佳)時,在作為研磨劑使用之工序中,可得到濃縮穩定性優異之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液。
包含無機氧化物微粒子分散液與奈米泡水溶液之溶液的保持溫度係以5至80℃為佳,以50℃以下更佳,以30℃以下又更佳。
而且,由於包含無機氧化物微粒子分散液與奈米泡水溶液之溶液在共存時之奈米泡帶負電,與無機粒子之表面相互作用使負電荷增大。
而且,與具有負電荷之奈米泡表面相互作用,奈米泡因氣體成分之溶解而變小同時壓力增高,即加快溶解速度。然而,相較於陰離子,當陽離子大量存在時,隨著奈米泡變小,表面的陽離子密度增加,形成由陽離子所成之屏障(barrier),氣體成分的溶解速度降低,奈米泡的氣體溶解速率降低而消滅速率變緩,其結果被認為濃縮穩定性在持續中。
反之,陰離子變多時,與奈米泡表面之陽離子反應, 使奈米泡之壽命變短,且濃縮穩定性變差。
最佳之陰離子量亦與陽離子量有關。
所需的一價陰離子量,相對於從含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液(本發明之分散液)中所含的平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合計表面積(4πr2N),期望一價陰離子之含量未達8.8×10-6莫耳/m2。
而且,所需的二價陰離子量係,相對於從含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液(本發明之分散液)中所含的平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合計表面積,期望二價陰離子之含量未達4.4×10-6莫耳/m2。
在無機氧化物微粒子分散液中添加奈米泡水溶液加以混合。混合手段並無特別限定,以藉由攪拌之混合等為佳。混合時間並無特別限制,以例如混合0.5小時以上者為佳。
如此操作而得的含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液,可適用作為在半導體基板、配線基板等半導體裝置等之製造過程之一的完工研磨(2次研磨)中使用的研磨劑。
亦可將含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液直接作為研磨劑使用,亦可含有作為添加劑之例如選自歷來習知的研磨促進劑、界面活性劑、雜環化合物、pH調整劑以及pH緩衝劑所成群組中之1種以上。而且,從含有奈米 泡之無機氧化物微粒子分散液調製研磨用漿體時等,如有必要稀釋含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液時,則希望添加含有奈米泡之水進行稀釋。
而且,將半導體裝置等以研磨劑進行研磨時,如微凝膠少則可在短時間完成研磨劑的過濾,由於可提高生產效率,因而為佳。將本發明之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液作為研磨劑使用時,不僅過濾速度極快,濃縮穩定性亦優異。
如此之過濾速度快且濃縮穩定性變佳之理由,本案發明者等推測係因奈米泡在消失時所產生的衝擊波使微凝膠分散之故。如微凝膠因被分散而消失,則粗大粒子將進一步減少,因而認為關係到被研磨面之表面精度的提高(刮痕等的減少)。進而亦證實研磨速度的提高。
本發明係包含如上所述的本發明之分散液的研磨劑。
本案發明之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液係因在該分散液中存在奈米泡,故可抑制/消滅該分散液中的黴菌類、菌類及藻類等之萌芽、發育及幼蟲以及幼體的生長。該等數微米(μ)以下的生物亦稱為奈米生物,因此以一般的過濾等之機械性去除較為困難,亦容易從空氣中飛來。因此,雖以藥劑使該等消滅,但因該等本身為有機物,殘留後成為污染源之情況無法避免。
相對於此,一般存在於液中之數微米的奈米泡,已知對在液中生長、繁殖的黴菌類、菌類及藻類等具有殺黴、 殺菌或殺藻之效果,惟該等微生物在繁殖後始將數微米的奈米泡在液中添加時,雖可停止繁殖,但微生物的殘骸卻大量殘存,即使將該等殘骸進行過濾,亦會在殘留於濾器表面的殘骸上進行繁殖。而且,由於數微米的奈米泡之壽命僅有幾天,對於無持續性之經過濾後之物,於穿過濾器之孢子等或從空氣中飛來的奈米生物之效果薄弱。因此,例如在半導體之研磨用途等中,為了使奈米生物死亡而添加的藥劑或作為異物而殘存的微生物的殘骸恐會對半導體之性能帶來影響。
另一方面,在該分散液中黴類、菌類或藻類之生長充分進行之前,在無機微粒子分散液中添加數微米以下之奈米泡時,由於奈米泡存在數個月以上,故該等微生物可在生長前於孢子或幼蟲及幼體的階段被破壞。因此,由於該等不會在濾器面繁殖,因此孢子、幼蟲及幼體等不僅不會穿過濾器等,且即使從空氣中飛來並混入亦可抑制其生長,可抑制黴類、菌類及藻類的大量產生,可降低源自上述藥劑之有機物及源自生物體的有機異物的殘存所帶來的影響。因此,例如:將本發明之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液施用在半導體的精密電路之研磨用途時,可抑制缺陷的發生。因此,本發明之含有奈米泡的無機氧化物微粒子的製造方法中,作為含有含Ce之微粒子的無機氧化物微粒子分散液,以包含之黴類、菌類及藻類係在孢子或幼蟲及幼體階段或之前的階段者的該分散液作為原料使用為佳。
另外,關於藉由數微米以下之奈米泡的孢子或幼蟲等的破裂機制,由於經時間推移因自加壓效果使氣泡收縮產生崩解現象(熱點現象)而導致水分子的破壞,該等所產生之自由基破壞構成孢子或幼蟲及幼體等的外表面之分子鍵而被視為使該等的生理活動受到抑制者。
在此,所使用之「幼蟲」及「幼體」並非作為嚴格術語使用,而係作為前者為動物性、後者為植物性的生物中進行可發揮增殖機能之成長的前階段生理活動的生物總稱使用。
Ce對氧化矽的特異性研磨效果,在學術團體的研究人員之間,通說是四價氧化鈰粒子表面的Ce3+與氧化矽進行特異性反應。該說法如為正確,則在氧化鈰系磨粒之分散媒中以不含氧化性者為佳。亦即,本發明藉由抑制氧化鈰的氧化且抑制奈米尺寸大小之生物的生理活性,並抑制磨粒分散液及研磨漿體中之基板殘留性有機物,可防止半導體等之基板的污染。
對於實施例及比較例中使用的分析方法或測定方法記述如下。
無機氧化物微粒子之平均粒徑係藉由圖像分析法測定。具體而言,藉由透射型電子顯微鏡(日立製作所(股)製造:H-800),在以25萬倍的倍率拍攝試料的無機氧化物微 粒子分散液而得的相片投影圖中,以無機氧化物微粒子之最大徑為長軸,測定其長度,並將該值設為長徑(DL)。而且,在長軸上定出將長軸分成兩等份之點,並求出與其正交的直線與微粒子之外邊緣相交的2個點,測定2個點間之距離作為短徑(DS)。然後將短徑(DS)與長徑(DL)之單純平均值作為該微粒子之粒徑。進行如此操作,對於任意的500個微粒子求得粒徑,並將該等之平均值作為無機氧化物微粒子之平均粒徑。
奈米泡水溶液中之奈米泡的平均氣泡徑與奈米泡之氣泡個數,係將液中之氣泡的布朗運動移動速度使用奈米粒子4追蹤分析法測定。具體而言,係抽吸約20mL之測定試料(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)注入測定機器(Malvern公司製造之「NanoSite NS300」),以奈米粒子追蹤分析法測定奈米泡之平均氣泡徑與奈米泡之氣泡個數。
將實施例或比較例所得之無機氧化物微粒子分散液饋入1L之茄型燒瓶中,設置在旋轉蒸發器中,將浴溫設定為60℃後,在-740mmHg的真空度下進行濃縮。當茄型燒瓶內壁面觀察到凝膠狀物時即停止濃縮並回收無機氧化物溶膠,測定固形分濃度。
如此操作在實施例或比較例中得到無機氧化物微粒子分散液之後立即進行,並將所得的固形分濃度之值作為呈示初期濃縮穩定性之指標。而且,如此操作在實施例或比較例中得到無機氧化物微粒子分散液之後經過30天後進行所得的固形分濃度之值,作為呈示經過30天後之濃縮穩定性之指標。
以包含過濾助劑之過濾器將測定試料在過濾處理之前(或之後)之膠態氧化矽漿體,以6mL的注射器注入下述測定機器中,測定粗大粒子量。
測定機器與測定條件係如下述。
測定機器:PSS公司製造之「AccuSizer 780 APS」
注射環體積(Injection Loop Volume):1mL
流速(Flow Rate):60mL/分鐘
數據收集時間(Data Collection Time):60秒
通道數(Number Channels):128
準備將實施例或比較例所得的無機氧化物微粒子分散液中之無機氧化物微粒子濃度調整為0.005質量%者200g(固形分質量0.01g),一面攪拌同時以0.5%硝酸溶液調整為pH4.5之後,以京都電子工業公司製造的流動電位計(AT-610)測定電位。並將該值設為V2。
準備將原料的無機氧化物微粒子分散液在蒸餾水中作成無機氧化物微粒子濃度0.005質量%者200g(固形分質量0.01g),一面攪拌同時以0.5%硝酸溶液調整為pH4.5之後,同樣以流動電位計測定電位。並將該值設為V1。
以如此方式求得之V1與V2的流動電位差之值設為△V(△V=V1-V2)。
無機氧化物微粒子分散液或含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液中之分散液所含的氯離子、硝酸離子、硫酸離子之濃度,均以離子層析法測定。
將含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液以超濾膜(旭化成公司製造,SIP-1013,分劃分子量6000)濾除無機氧化物微粒子,將濾液中之氣泡的布朗運動移動速度使用奈米粒子4追蹤分析法測定,求出奈米泡之平均氣泡徑及氣泡個數。具體而言,係抽吸約20mL之測定試料(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)注入測定機器(Malvern公司製造之「NanoSite NS300」),以奈米粒子追蹤分析法測定。
奈米泡水溶液中之奈米泡的平均氣泡徑與奈米泡之氣泡個數以上述方法測定,將所得之奈米泡的氣泡個數設為「原料奈米泡水溶液中之奈米泡個數」。其次,將預定量之該奈米泡水溶液與預定量之無機氧化物微粒子分散液混合調製得到含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液。將由該含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液所構成之測定試料2L在25℃下保存30天後,由此抽吸約20mL,與上述同樣濾除無機氧化物微粒子之後,求出奈米泡之平均氣泡徑與奈米泡之氣泡個數,並將該氣泡個數作為「30天後之奈米泡個數」。
而且,將[30天後之奈米泡個數]/[原料奈米泡水溶液中之奈米泡個數]×100作為「30天後之奈米泡殘存率」。
預備平均粒徑3nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度5質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為200nm之1.1×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌1小時,得到含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液。將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮後,評定濃縮穩定性。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
而且,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液在過濾器(濾器直徑:0.5μm)中以濾壓1mPa過濾時之過 濾速度為35g/分鐘。對於通過過濾器之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,使用PSS公司製造之Accusizer 780 APS,測定粒徑0.51μm以上之粗大粒子的個數為20萬個/ml。
預備平均粒徑80nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度40質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為180nm之1.1×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌2小時後,將所得之無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑12nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度30質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為150nm之2.2×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌2小時後,將所得之無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑5nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為293nm之2.0×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌2小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑250nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度48質量%)500g,將溫度保持在5℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為80nm之5.0×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌1.5小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。將處理條件等及結果呈示於表1。
將平均粒徑20nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度5質量%)維持在pH9,一面將溫度保持在80℃,同時經5小時添加硝酸鈰水溶液(氧化鈰換算濃度:5質量%)。而且,氧化矽微粒子分散液與硝酸鈰水溶液係以SiO2/CeO2質量比=50/50之方式投入,調製氧化矽氧化鈰複合氧化物微粒子分散液(SiO2/CeO2質 量比=50/50)。
然後,以超濾膜水洗後,進行濃縮。預備500g之由如此之SiO2/CeO2所構成之無機氧化物微粒子分散液(固形分濃度:20質量%、平均粒徑25nm)。然後,使在該水溶液內產生平均氣泡徑300nm之1.0×108個/ml之含有O2的奈米泡。使產生奈米泡後之溶液成為1000g。
而且,將溶液溫度保持在20℃並攪拌24小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。將處理條件等及結果呈示於表1。
將平均粒徑17nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度5質量%)維持在pH9,一面將溫度保持在80℃,同時經5小時添加碳酸鋯銨水溶液(氧化鋯換算濃度:5質量%)。而且,氧化矽微粒子分散液與碳酸鋯銨水溶液係以SiO2/ZrO2質量比=75/25之方式投入,調製氧化矽/氧化鋯複合微粒子分散液(SiO2/ZrO2質量比=75/25)。
然後,以超濾膜水洗後,進行濃縮。預備500g之由如此之SiO2/ZrO2所構成之無機氧化物微粒子分散液(固形分濃度:20質量%、平均粒徑20nm),將溫度保持在10℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為70nm之2.0×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持在同溫度下並攪拌2小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述 濃縮穩定性之測定方法之濃縮。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑20nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為290nm之15×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌6小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
而且,將根據上述「流動電位差(△V)之測定法」測得之上述氧化鈰微粒子分散液的流動電位(V1)[-50mV]、含有奈米泡之氧化鈰微粒子分散液的流動電位(V2)[-110mV]、以及由V1與V2求得之流動電位差(△V)[60mV]呈示於表1。
而且,根據上述「不純物之定量」中記載之方法,測定所得含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液中含有的不純物之濃度。而且,將無機氧化物微粒子(氧化鈰微粒子)與奈米泡共存的實施例1之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液以超濾膜(旭化成公司製造;SIP-1013,分劃分子量6000)濾除無機氧化物微粒子(氧化鈰微粒子),測定濾液中之奈米泡的平均氣泡徑與氣泡個數,為290nm、13.8億 個/mL。30天後之奈米泡殘存率為92%。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
而且,對於該等測定對實施例2以後之相同數據。將該測定結果呈示於表1。
另外,對於已測定流動電位(V2)之含有奈米泡的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將該容積保持固定,同時使用超濾膜(分劃分子量5,000之孔徑),添加5,000g之蒸餾水置換溶媒,藉此去除奈米泡,得到500g之不含奈米泡的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)。對於該氧化鈰微粒子分散液,以流動電位計再次測定流動電位(V1),在pH 4.5時為-50mV。
此係意味著可求得由任意的含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液僅去除奈米泡者之流動電位(V1),並可求取該V1、與含有奈米泡之氧化鈰微粒子分散液之流動電位(V2)、以及由V1與V2所求得之流動電位差(△V)。
預備平均粒徑10nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為90nm之15×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌40小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,與實施例1同樣亦進行 殘存的奈米泡比率及不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑5nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度10質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為90nm之10×108個/ml之含有H2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌30小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑250nm之高結晶氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為100nm之12×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌50小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑80nm之氧化矽氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為250nm之12×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌60小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,與實施例1同樣亦進行殘存的奈米泡比率及不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑150nm之氧化矽氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為300nm之10×108個/ml之含有H2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌30小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑20nm之氧化矽氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在30℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為 290nm之15×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在30℃並攪拌60小時後,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮,評定濃縮穩定性。並且,與實施例1同樣亦進行殘存的奈米泡比率及不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
預備平均粒徑12nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度30質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為150nm之2.2×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在95℃並攪拌0.1小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及各測定結果呈示於表1。
而且,將所得之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,進行與參考例1同樣在過濾器(濾器直徑:0.5μm)中以濾壓1mPa過濾時之過濾速度為10g/分鐘。對於通過過濾器之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,使用PSS公司製造之Accusizer 780 APS,測定粒徑0.51μm以上之粗大粒子的個數為60萬個/ml。
預備平均粒徑12nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度30質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為1000nm之2×104個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,保持相同溫度並攪拌2小時後,對所得之溶液進行與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑80nm之氧化矽微粒子分散於水中而成的氧化矽微粒子分散液(固形分濃度40質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑25nm之氧化矽氧化鈰微粒子(SiO2/CeO2質量比=50/50、固形分濃度20質量%)分散於水中而成的氧化矽氧化鈰微粒子分散液500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑20nm之氧化矽氧化鋯微粒子(SiO2/ZrO2質量比=75/25、固形分濃度20質量%)分散於水中而成的氧化矽氧化鋯微粒子分散液500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與參考例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑20nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑10nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑5nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度10質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑250nm之高結晶氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑80nm之氧化矽氧化鈰微粒子(SiO2/CeO2質量比=50/50、固形分濃度20質量%)分散於水中而成的氧化矽氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑150nm之氧化矽氧化鈰微粒子(SiO2/CeO2質量比=50/50、固形分濃度20質量%)分散於水中而成的氧化矽氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃。然後在不添加奈米泡水溶液的情況下,與實施例1同樣依照上述濃縮穩定性之測定方法進行濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
預備平均粒徑20nm之氧化鈰微粒子分散於水中而成的氧化鈰微粒子分散液(固形分濃度20質量%)500g,將溫度保持在20℃,向其中加入500g之平均氣泡徑為1000nm之0.0002×108個/ml之含有N2的奈米泡之水溶液。而且,將溫度保持在95℃並攪拌2小時後,對所得之溶液進行與參考例1相樣依照上述濃縮穩定性之測定方法之濃縮。並且,亦進行不純物之定量等。將處理條件等及結果呈示於表1。
作為在實施例1至實施例7之各無機氧化物微粒子分散液中使用的分散媒(水)係使用離子交換水。而且,對於 各實施例中使用之奈米泡水溶液,係將自來水作為分散媒(水)使用。而且,將上述處理而得的溶液(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)中所含的氯離子、硝酸離子、及硫酸離子濃度以上述方法測定之結果呈示於表1。
對於實施例1、實施例2、實施例5及實施例7,係將溶液(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)在室溫中儲存30天,並將進行濃縮穩定性試驗之結果呈示於表1。
作為比較例2至比較例10中使用的分散媒(水)係使用離子交換水。而且,對於各實施例中使用的奈米泡水溶液,係將自來水作為分散媒(水)使用。
對於比較例2至8及比較例10,係在上述處理而得之溶液(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)中添加微量的硝酸水溶液(濃度10質量%),然後以上述方法測定氯離子、硝酸離子、及硫酸離子濃度。將該結果呈示於表1。
而且,對於比較例10,係將溶液(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)在室溫中儲存30天,並將進行濃縮穩定性試驗之結果呈示於表1。
對於比較例9,係在相同的溶液(含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液)中添加微量的硝酸水溶液(濃度10質量%),然後以上述方法測定氯離子、硝酸離子、及硫酸離子濃度。將該結果呈示於表1。
由於在同種類之無機氧化物的情形下,濃縮穩定性係與無機氧化物微粒子之粒徑(平均粒徑)相關,故平均粒徑與濃縮穩定性之關係以圖表(第1圖)呈示。
由第1圖之圖形可知,例如在參考例3之情況下,相 較於氧化矽微粒子之平均粒徑為同等之參考例7或參考例8,濃縮穩定性優異。而且,可知同樣相較於氧化矽微粒子之平均粒徑為同等之參考例9,參考例2之濃縮穩定性優異。
另一方面,可知無機氧化物微粒子分散液與奈米泡水溶液之攪拌時間如參考例7一樣短、或攪拌時之溶液溫度如參考例8一樣高時,濃縮穩定性低劣。而且,可知如參考例9般不使用奈米泡水溶液時的濃縮穩定性低劣。而且,儘管根據本發明之該等效果在程度上有些差異,然即使為氧化矽微粒子以外之無機氧化物微粒子分散液,比較例1與比較例2、參考例4與參考例10、實施例1與比較例3亦呈示相同的表現。
此申請案係主張以2017年6月1日提出申請的日本申請特願2017-109447為基礎之優先權,其揭示內容以其整體併入本文。
Claims (8)
- 一種含有奈米泡之無機氧化物微粒子分散液,其包含:平均粒徑為1至500nm之含有含Ce之微粒子的無機氧化物微粒子,以及平均氣泡徑為50至500nm之選自N 2及H 2所成組群中之至少1者的非氧化性氣體的奈米泡。
- 如申請專利範圍第1項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其包含10 5個/mL以上之奈米泡。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,當固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5時之流動電位為V2[mV];除去上述奈米泡、固形分濃度調整為0.005質量%、pH調整為4.5時之流動電位為V1[mV]時,流動電位差△V=V1-V2為10mV以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,上述無機氧化物微粒子為氧化矽氧化鈰複合微粒子。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,上述氧化矽氧化鈰複合微粒子中之氧化鈰含有率為10質量%以上。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,相對於從上述奈米泡之平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合計表面積(4πr 2N),一價陰離子之含量未 達8.8×10 -6莫耳/m 2。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液,其中,相對於從上述奈米泡之平均氣泡徑(r)與平均氣泡個數(N)且假設上述奈米泡為球形所求得之合計表面積(4πr 2N),二價陰離子之含量未達4.4×10 -6莫耳/m 2。
- 一種研磨劑,其包含如申請專利範圍第1或2項所述之含有奈米泡的無機氧化物微粒子分散液。
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