KR100597057B1

KR100597057B1 - 산화규소 입자

Info

Publication number: KR100597057B1
Application number: KR1020007013321A
Authority: KR
Inventors: 쿠마르수지트; 비샹신; 캠브노부유키
Original assignee: 나노그램 코포레이션
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2006-07-06
Also published as: EP1082405B1; CA2333259A1; EP1082405A1; EP1082405A4; WO1999061244A8; WO1999061244A1; JP2002516351A; ATE478132T1; CN1305411A; DE69942687D1; KR20010043853A; CN1155469C; US6726990B1

Abstract

본 발명은 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 100 nm인 산화규소 나노입자 집합체에 관한 것이다. 산화규소 나노입자 집합체는 평균 직경의 약 4배 이상 큰 직경을 갖는 입자를 사실상 포함하지 않는다. 입자는 일반적으로 구형태를 갖는다. 나노 입자 제조 방법은 레이저 열분해를 포함한다. 산화규소 나노입자는 화학-기계적 연마에 유용한 조성물을 비롯한 개선된 연마용 조성물 제조에 효과적이다.

Description

산화규소 입자{SILICON OXIDE PARTICLES}

본 발명은 입경이 작은 산화규소 입자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 레이저 열분해를 기초로 한 산화규소 입자의 제조 방법 및 산화규소 입자를 포함하는 연마용 조성물에 관한 것이다.

기술적 진보가 가공처리 파라미터에 대해 엄격한 허용오차를 갖는 개선된 물질 가공처리에 대한 요구를 증가시켜 왔다. 특히, 전자, 도구 제작 및 많은 다른 산업의 다양한 응용 분야에서 매끄러운 표면이 요구된다. 연마를 요하는 기재는 세라믹, 유리 및 금속과 같은 경질 물질을 포함할 수 있다. 소형화가 더 한층 진행됨에 따라, 훨씬 더 정교한 연마가 요구될 것이다. 현재 초미립 기술은 나노미터 단위의 연마 정밀성을 요한다. 정교한 연마 기술은 물질 표면의 기계적 연마에 효과적인 연마재뿐만 아니라 기재와 연마제의 화학적 상호작용에 의해 작용하는 연마용 조성물을 포함하는 기계-화학적 연마를 사용할 수 있다.

도 1은 레이저 방사능 경로 중간에 걸쳐 설치된 레이저 열분해 장치 구체예의 개략적인 단면도이다. 상부 삽화는 주입 노즐의 바닥면이며, 하부 삽화는 집합체 노즐의 상부면이다.

도 2는 레이저 열분해 장치의 대안적 구체예의 반응 챔버의 개략적인 투시도로서, 장치 내부를 보여주기 위해 챔버 물질을 투명하게 나타내었다.

도 3은 라인 3-3을 따라 절단한 도 2의 반응 챔버 단면도이다.

도 4는 나노입자를 가열하는 오븐의 개략적인 단면도로서, 석영 튜브 중심을 절단한 단면이 도시된다..

도 5는 실시예 1의 산화규소 나노입자의 x-레이 회절 사진이다.

도 6은 도 5에 도시된 x-레이 회절 사진의 나노입자의 TEM 사진이다.

도 7은 도 6의 TEM 사진에 나타난 나노입자의 주 입경 분포도이다.

도 8은 오븐에서 가열 후 산화규소의 나노입자 x-레이 회절 사진이다.

도 9는 오븐에서 가열 처리한 후의 산화규소 나노입자 TEM 사진이다.

발명의 개요

본 발명은 주 입자의 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 100 nm인 무정형 산화규소를 포함하는 입자들의 집합체에 관한 것이다. 이 산화규소 입자 집합체는 평균 직경의 약 4배 이상 큰 직경을 갖는 입자를 사실상 포함하지 않는다. 또 다른 특징에서, 본 발명은 주 입자의 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 100 nm인 산화규소 입자의 분산물을 포함하는 연마용 조성물에 관한 것이다. 분산물내 산화규소 입자 집합체는 평균 직경의 약 4배 이상 큰 직경을 갖는 주 입자를 사실상 포함하지 않는다.

또 다른 특징에서, 본 발명은 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 1000 nm인 산화 규소 입자 집합체의 가공 방법을 제공한다. 본 방법은 약 400℃ 내지 약 800℃ 온도에서 산화규소로 이루어진 입자 집합체을 가열하는 것을 포함한다. 또 다른 특징에서, 본 발명은 평균 입경이 약 5 nm 내지 약 1000 nm이고, 레이저 열분해에 의해 산화규소로 이루어지는 입자를 형성하여, 입자를 탈색시키기에 충분한 시간 동안 약 400℃ 내지 약 800℃ 온도, 산화 분위기하에서 상기 레이저 열분해에 의해 생성된 입자를 가열함으로써 제조되는 산화규소로 이루어진 입자 집합체에 관한 것이다.

바람직한 실시 형태의 상세한 설명

평균 직경이 매우 작고 입자 크기 분포가 매우 좁은 주 입자를 갖는 무정형 산화규소 입자가 제조되었다. 또한, 그 입자 크기 분포는 사실상 꼬리 부분을 갖지 않으므로 평균보다 상당히 큰 직경을 갖는 주 입자는 존재하지 않는다. 그 입자는 다른 가공법에서 생겨날 수 있는 날카로운 모서리 또는 부가물이 일반적으로 없는 구형태를 갖는다.

크기 및 형태가 매우 균일하기 때문에, 이 나노단위의 산화규소 입자는 개선된 연마재 조성물 형성에 사용될 수 있다. 이 입자를 혼합한 연마재 조성물은 매끄러움에 대해 제한적인 허용오차를 요하는 표면 연마에 유용하다. 입자의 높은 균일도와 작은 입경은 기계-화학적 연마용 연마재 또는 연마용 조성물을 제형화하는 데 특히 바람직하다.

목적하는 나노입자를 생성하기 위해, 레이저 열분해는 단독으로 또는 다른 가공처리법과 병용해서 사용된다. 구체적으로는, 레이저 열분해는 좁은 분포의 평 균 입경을 갖는 적절한 무정형 산화규소 입자를 효과적으로 제조하는 우수한 방법이다. 또한, 레이저 열분해에 의해 제조된 나노단위의 산화규소 입자는 산소 분위기 또는 비활성 분위기에서 가열되어 입자의 성질을 변화 및/또는 개선시키기 쉽다.

산화규소 나노입자 제조에 레이저 열분해 방법을 성공적으로 적용하는 것의 기본 특징은 실리콘 전구체 화합물, 방사능 흡수체 및 산소원으로 작용하는 반응물을 포함하는 분자 흐름의 생성이다. 분자 흐름은 강한 레이저빔에 의해 열분해된다. 분자 흐름이 레이저 빔을 이탈함에 따라 입자는 급속히 냉각된다.

산화규소 입자는 SiO_x(1≤x ≤2) 화학식량을 갖는다. 산화규소 입자는 x-레이 회절 연구에 의해 측정된 바와 같이 무정형이다.

A. 입자 제조

레이저 열분해는 나노단위의 산화규소 입자 제조를 위한 중요한 수단임이 밝혀졌다. 또한, 레이저 열분해에 의해 제조된 입자는 바람직한 산화규소 입자의 제조 경로를 확대하는 추가 공정에서 편리한 물질이다. 따라서, 레이저 열분해를 단독으로 또는 추가적인 가공처리법과 병용해서 사용하면 광범위한 산화규소 입자가 제조될 수 있다.

반응 조건은 레이저 열분해에 의해 제조되는 입자의 양을 결정한다. 레이저 열분해에 대한 반응 조건은 비교적 정교하게 제어될 수 있어서 목적하는 성질을 갖는 입자가 제조될 수 있다. 특정 형태의 입자를 제조하는 적절한 반응 조건은 일반적으로 특정 장치 설계에 좌우된다. 특정 장치에서 산화규소 입자를 제조하는 데 사용되는 특이 조건은 하기 실시예에 기재하였다. 또한, 반응 조건과 제조된 입자간의 관계에 대한 몇 가지 일반적인 관찰을 할 수 있다.

레이저 출력을 증가시키면 급냉 속도가 빨라질뿐만 아니라 반응 구역내의 반응 온도도 증가하게 된다. 빠른 급냉 속도는 열적 평형 상태 근처에서의 방법으로는 얻어질 수 없는 고에너지상의 생성을 돕는 경향이 있다. 유사하게도, 챔버 압력을 증가시키면 고에너지 구조의 생성을 돕는 경향도 있다. 또한, 반응물 흐름내에서 산소원으로 작용하는 반응물의 농도를 증가시키면 산소 양이 증가된 입자가 제조되기 쉽다.

반응물 개스 흐름의 반응물 개스 유속 및 속도는 입자 크기에 반비례하므로, 반응물 개스 유속 또는 속도를 증가시키면 입자 크기가 더 작아진다. 또한, 입자의 성장 역학은 제조된 입자 크기에 상당한 영향을 미친다. 달리 말하면, 생성 화합물의 상이한 형태는 비교적 유사한 조건하에서 다른상의 크기가 다른 입자를 형성하는 경향이 있다. 레이저 출력 또한 입자 크기에 영향을 미치는데, 레이저 출력 증가는 용융점이 낮은 물질의 경우 더 큰 입자를 형성시키고, 용융점이 높은 물질의 경우 더 작은 입자를 형성시킨다.

적절한 실리콘 전구체 화합물은 일반적으로 적당한 증기압, 예컨대 반응물 흐름내 목적하는 분량의 전구체 증기를 얻기에 충분한 증기압을 갖는 실리콘 화합물을 포함한다. 필요에 따라, 전구체 화합물을 담은 용기를 가열하여, 실리콘 화합물 전구체의 증기압을 증가시킬 수 있다. 바람직한 실리콘 전구체로는, 예를 들면 사염화실리콘(SiCl₄), 트리클로로실란(Cl₃HSi), 트리클로로메틸실란(CH₃SiCl ₃) 및 테트라에톡시실란(Si(OC₂H₅)₄, 에틸실란 및 테트라에틸실란으로도 공지됨)을 들 수 있다.

산소원으로 작용하는 바람직한 반응물로는, 예를 들면 O₂, CO, CO₂, O₃ 및 그 혼합물을 들 수 있다. 산소원의 반응 화합물은 반응 구역에 들어가기 전에 실리콘 전구체와 많이 반응해서는 안되는데, 이것은 일반적으로 큰 입자가 형성될 수 있기 때문이다.

다양한 광학 레이저 진동수로 레이저 열분해를 실시할 수 있다. 바람직한 레이저는 전자기 스펙트럼의 적외선 부분에서 작동된다. CO₂ 레이저는 레이저 광원으로 특히 바람직하다. 분자 흐름내 함유되는 적외선 흡수체로는, 예를 들면 C₂H₄, NH₃, SF₆, SiH₄ 및 O₃이다. O₃는 적외선 흡수재와 산소원 둘 다로 작용할 수 있다. 적외선 흡수체와 같은 방사능 흡수재는 방사능 빔의 에너지를 흡수하여서 그 에너지를 다른 반응물에 분배시켜서 열분해를 하게 한다.

방사능 빔에서 흡수된 에너지는 엄청난 속도, 심지어는 제어 조건하에서 강한 발열 반응에 의해 일반적으로 에너지를 생성할 수 있는 속도의 수배로 온도를 증가시킨다. 그 방법은 일반적으로 비평형 상태 조건을 포함하지만, 온도는 대략 흡수 영역의 에너지를 근거하는 것으로 기술될 수 있다. 레이저 열분해 방법은 에너지원이 반응을 개시하는 연소 반응기의 방법과는 질적으로 다르지만, 그 반응은 발열 반응에 의해 방출되는 에너지에 의해 작동된다.

비활성 차단 개스는 반응물 챔버 성분과 접촉하는 반응물과 생성물 분자의 양을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 적절한 차단 개스로는, 예를 들면 Ar, He 및 N₂를 들 수 있다.

적절한 레이저 열분해 장치는 일반적으로 상온 분위기에서 격리된 반응 챔버를 포함한다. 반응물 공급계에 연결된 반응물 주입구는 반응 챔버를 통과하는 분자 흐름을 생성한다. 레이저 빔 경로는 반응 구역에서 분자 흐름을 가로지른다. 분자 흐름은 반응 구역을 지나 출구까지 지속되며, 출구에서 분자 흐름은 반응 챔버에서 나와 수집계로 들어간다. 일반적으로, 레이저는 반응 챔버 외부에 위치하며, 레이저 빔은 적절한 윈도우를 통해 반응 챔버로 들어간다.

도 1에 관해 설명하면, 열분해 장치의 특정 실시 형태(100)는 반응물 공급계(102), 반응 챔버(104), 수집계(106) 및 레이저(108)를 포함한다. 반응물 공급계(102)는 전구체 화합물 공급원(120)을 포함한다. 액상 전구체의 경우, 캐리어 개스 공급원(122)의 캐리어 개스는 전구체의 운반을 용이하게 하는 액상 전구체를 포함하는 전구체 공급원(120)으로 도입될 수 있다. 공급원(122)의 캐리어 개스는 적외선 흡착체 또는 비활성 개스인 것이 바람직하며, 액상 전구체 화합물을 기포화시키는 것이 바람직하다. 반응 구역내 전구체 증기량은 캐리어 개스의 유속에 대략 비례한다.

대안적으로, 캐리어 개스는 적외선 흡착재 공급원(124) 또는 비활성 개스 공급원(126)으로부터 직접 공급될 수 있다. 산소를 제공하는 반응물은 개스 실린더 또는 다른 적당한 용기 형태인 반응물 공급원(128)으로부터 제공된다. 전구체 공급원(120)의 개스는 반응물 공급원(128), 적외선 흡수재 공급원(124) 및 비활성 개 스 공급원(126)의 개스들과 튜브(130)의 한 지점에서 개스들이 합쳐짐으로써 혼합된다. 개스들은 반응 챔버(104)에서 충분히 떨어진 곳에서 합쳐지므로 개스들이 반응 챔버(104)로 들어가기 전에 잘 혼합된다. 튜브(130)내의 혼합 개스는 덕트(duct; 132)를 통해 직사각형 채널(134)로 들어가는데, 이 채널은 반응물을 반응 챔버로 향하게 하는 주입 노즐부를 형성한다.

공급원(122, 124, 126 및 128)에서 나온 흐름은 질량 흐름 조절계(136)에 의해 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다. 질량 흐름 조절계(136)는 각 공급원에서 나오는 유속을 제어하는 것이 바람직하다. 적합한 질량 흐름 조절계로는, 예를 들면 에드워드 질량 흐름 조절계(Model 825 시리즈, 미국 마이애미주 윌밍톤 소재의 에드워드 하이 배큠 인터내셔날(Edwards High Vacuum International) 제품)를 들 수 있다.

비활성 개스 공급원(138)은 비활성 개스 덕트(140)에 연결된 후 환상형 채널(142)로 통한다. 질량 흐름 조절계(144)는 비활성 개스 유량을 조절하여 비활성 개스 덕트(140)로 보낸다. 비활성 개스 공급원(126)은, 필요에 따라 덕트(140)용 비활성 개스 공급원으로도 작용할 수 있다.

반응 챔버(104)는 주챔버(200)를 포함한다. 반응물 공급계(102)는 주입 노즐(202)에서 주챔버에 연결된다. 주입 노즐(202) 단부는 비활성 차단 개스 통과용 환상형 개구(204)와, 반응 챔버내 분자 흐름을 형성하는 반응물 개스 통과용 직사각형 슬릿(206)을 구비한다. 환상형 개구(204)는, 예를 들면 약 1.5 in.의 직경과 방사 방향을 따라 약 1/8 in. 내지 1/16 in.의 너비를 갖는다. 환상형 개구(204) 를 통과하는 차단 개스 흐름은 반응물 개스 또는 생성물 입자들이 반응 챔버(104) 도처에 퍼지는 것을 막아준다.

관 부분(208, 210)은 주입 노즐(202)의 어느 한 쪽에 위치한다. 관 부분(208, 210)은 ZnSe 윈도우(212, 214)를 각각 포함한다. 윈도우(212, 214)는 약 1 in의 직경을 갖는다. 윈도우(212, 214)는 노즐 개구의 중심부 바로 아래 지점에 빔 초점을 맞추기 위해 챔버 중심에서 렌즈 표면 사이의 거리에 해당하는 초점 길이를 갖는 원통형 렌즈인 것이 바람직하다. 윈도우(212, 214)는 무반사광 코팅을 하는 것이 바람직하다. 적절한 ZnSe 렌즈는 미국 버몬트주 타운쉔드 소재의 자노스 테크날러지(Janos Technology)에서 입수 가능하다. 관 부분(208, 210)은 윈도우(212, 214)를 주챔버(200)에서 이격시켜서, 윈도우(212, 214)가 반응물 또는 생성물에 의해 오염이 적게 되도록 하기 위해 제공된다. 윈도우(212, 214)는, 예를 들면 주챔버(200)의 가장자리에서 약 3 cm 떨어진 지점에 배치한다.

윈도우(212, 214)는 고무 O-링으로 관 부분(208, 210)에 밀착시켜 대기 공기가 반응 챔버(104)에 들어 오지 못하게 한다. 관 주입구(216, 218)는 차단 개스를 관 부분(208, 210)으로 흐르게 하여 윈도우(212, 214)의 오염을 줄이기 위해 제공된다. 관 주입구(216, 218)는 비활성 개스 공급원(138) 또는 또 다른 비활성 개스 공급원에 연결된다. 어느 경우이든, 주입구(216, 218)로의 흐름은 질량 흐름 조절계(220)에 의해 제어된다.

레이저(108)는 윈도우(212)로 들어가서 윈도우(214)로 나오는 레이저 빔(222)을 생성하도록 배열된다. 윈도우(212, 214)는 반응 구역(224)에서 반응물 흐름을 가로질러 주챔버(200)를 통과하는 레이저광 경로를 정한다. 윈도우(214)를 나온 후, 레이저 빔(222)은 빔 집적소 역할을 하는 동력계(226)를 때린다. 적당한 동력계는 미국 캘리포니아주 산타클라라 소재의 코히어런트(주)(Coherent Inc.)에서 입수 가능하다. 레이저(108)는 아크 램프와 같은 강한 종래 광원으로 대체될 수 있다. 레이저(108)는 적외선 레이저이며, 특히 미국 뉴저지주 랜딩 소재의 RRC 코포레이션에서 구입한 1800 W 최대 출력 레이저와 같은 CW CO₂ 레이저가 바람직하다.

주입 노즐(202)내 슬릿(206)을 통과하는 반응물은 분자 흐름을 개시한다. 분자 흐름은 반응 구역(224)을 통과하는데, 이 반응 구역에서 실리콘 전구체 화합물을 수반하는 반응이 일어난다. 반응 구역(224)에서 개스 가열은 매우 빠른데, 구체적인 조건에 따라서 대략 10⁵ ℃/sec와 유사하다. 반응은 반응 구역(224)을 떠나자 마자 급냉되어 분자 흐름물내에 입자(228)가 형성된다. 본 방법의 비평형 성질 때문에 매우 균일한 입도 분포와 구조 균일성을 갖는 나노입자 제조가 가능하다.

분자 스트림의 경로는 수집 노즐(230)까지 계속된다. 수집 노즐(230)은 주입 노즐(202)에서 약 2 cm 떨어져 있다. 주입 노즐(202)과 수집 노즐(230) 사이의 작은 공간은 반응물과 생성물에 의한 반응 챔버(104)의 오염을 줄인다. 수집 노즐(230)은 순환형 개구(232)를 갖는다. 순환형 개구(232)는 수집계(106)에 공급된다.

챔버 압력은 주챔버에 부착된 압력 게이지로 모니터된다. 목적하는 산화물 제조를 위한 바람직한 챔버 압력은 일반적으로 약 80 Torr 내지 약 500 Torr 범위이다.

반응 챔버(104)는 도시되지 않은 2개의 관 부분을 더 갖는다. 추가 관 부분들 중 하나는 도 1 단면도 수평면 안으로 투시되고 나머지 추가 관 부분은 도 1 단면도의 수평면 밖으로 투시된다. 위에서 보면, 4개의 관 부분은 챔버 중심 주위에 대칭적으로 분포한다. 이 추가 관 부분들은 챔버 내부를 관찰하는 창을 갖는다. 이러한 장치 배열에서, 2개의 추가 관 부분은 입자 제조를 용이하게 하는 데는 사용되지 않는다.

수집계(106)는 수집 노즐(230)로부터 곡선형 채널(250)까지를 포함한다. 입자 크기가 작기 때문에 생성물 입자들은 곡선 주위의 개스 흐름을 따른다. 수집계(106)는 개스 흐름 내 생성물 입자를 모으는 필터(252)를 포함한다. 테플론, 유리 섬유 등과 같은 여러 물질들은 비활성이고 입자들을 포집하기에 충분히 미세한 메쉬를 갖는 한, 필터에 사용될 수 있다. 바람직한 필터용 물질로는, 예를 들면 미국 뉴저지주 바인랜드 소재의 에이스 글래스(주)(ACE Glass Inc.)의 제품인 유리 섬유 필터 및 미국 일리노이주 버논 소재의 콜-파머 인스트루먼트 컴퍼니(Cole-Parmer Instrument Co.)의 제품인 실린더형 폴리프로필렌 필터를 들 수 있다.

펌프(25)는 선택 압력으로 수집계(106)를 유지하는 데 사용된다. 다양한 펌프들이 사용될 수 있다. 펌프(254)로 사용하기 적당한 펌프로는, 예를 들면 약 25 ft³/min.(cfm)의 펌프 용량을 갖는 부스케(Busch) 모델 B0024 펌프(미국 버지니아주 버지니아 비치 소재의 부스케(주)(Busch Inc.) 제품) 및 약 195 cfm을 갖는 레이볼드(Leybold) 모델 SV300 펌프(펜실베니아주 엑스포트 소재의 레이볼드 배큠 프로덕츠(Leybold Vacuum Products) 제품)를 들 수 있다. 펌프 배출물을 개스세정기(256)를 통과하여 흐르게 해서 대기로 배출시키기 전에 어떠한 반응성 잔류 화합물도 제거하는 것이 바람직하다. 전체 장치(100)는 환기와 안전을 고려해서 흄 후드에 둘 수 있다. 일반적으로, 레이저는 크기가 크기 때문에 흄 후드 외부에 둔다.

장치는 컴퓨터로 제어된다. 일반적으로, 컴퓨터는 레이저를 제어하고 반응 챔버내 압력을 체크한다. 컴퓨터는 반응물 및/또는 차단 개스의 흐름을 제어하는데 사용될 수 있다. 펌프 속도는 펌프(254)와 필터(252) 사이에 있는 수동 니들 밸브 또는 자동 트로틀 밸브에 의해 제어된다. 필터(252)에 입자가 축적되어 챔버 압력이 증가하기 때문에, 수동 니들 밸브 또는 트로틀 밸브를 조절하여 펌프 속도와 그에 따른 챔버 압력을 유지할 수 있다.

충분한 크기의 입자들이 필터(252)에 모여 펌프가 필터(252)의 저항에 대해 반응 챔버내 목적하는 압력을 유지할 수 없을 때까지 반응을 계속할 수 있다. 반응 챔버(104)내 압력을 목적하는 수치로 더 이상 유지할 수 없으면, 반응을 멈추고 필터(252)를 제거한다. 이 실시 형태로, 챔버 압력을 더 이상 유지할 수 없게 될 때까지 약 1∼90 g의 입자가 일회 작동에서 수집될 수 있다. 일회 작동은 일반적으로 제조되는 입자 형태 및 사용되는 필터 형태에 따라 약 6시간까지 지속될 수 있다. 그러므로, 육안으로 보이는 입자의 양, 예컨대 맨눈으로 볼 수 있는 양을 제조하기란 간단하다.

반응 조건은 비교적 정교하게 제어될 수 있다. 질량 흐름 조절계는 아주 정밀하다. 레이저는 일반적으로 약 0.5 % 출력 안정성을 갖는다. 수동 제어이든 또는 트로틀 밸브이든 간에 챔버 압력은 약 1 %내까지 제어될 수 있다.

반응물의 공급계(102) 및 수집계(106)는 역으로 배열할 수 있다. 이러한 대안의 배열에서, 반응물은 반응 챔버의 바닥에서 공급되고, 생성물 입자는 챔버의 상단부에서 수집된다. 산화규소 입자는 주위 개스에서 부력이 있기 때문에 이 대안의 배열은 약간 더 많은 생성물을 수집할 수 있다. 이러한 배열에서는, 수집 필터가 반응 챔버 위에 직접 설치되지 않도록 수집계내 곡선 부분을 포함하는 것이 바람직하다.

레이저 열분해 장치의 대안적 설계가 본 명세서에 참고 인용한 문헌(참조: 계류중인 미국 특허 출원 제08/808,850호, "Efficient Production of Particles by Chemical Reaction")에 기재되어 있다. 이 대안적 설계는 레이저 열분해에 의해 대량의 입자 제조를 용이하게 하고자 한다. 반응물 물질을 반응 챔버로 주입하는 다양한 배열들이 기재되어 있다.

대안적 장치는 입자에 의한 챔버 벽 오염을 최소화시켜 생산량을 증가시키고 자원을 효율적으로 사용하도록 설계된 반응 챔버를 포함한다. 이와 같은 목적을 이루기 위해, 반응 챔버는 길게 늘인 반응물 주입구 형태를 일반적으로 지니므로, 분자 흐름물 밖의 사(死)부피를 감소시킨다. 개스가 사부피에 축적되어 분자를 반 응시키지 않음으로써 분산 또는 흡착을 통해 허비된 방사능의 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 사부피 내 개스 유량 감소로 인해 입자가 사부피에 축적되어 챔버를 오염시킬 수 있다.

개선된 반응 챔버(300)의 설계는 도 2와 도 3에 개략적으로 도시되었다. 반응물 개스 채널(302)은 블럭(304)내에 위치한다. 블록(304)의 한 면(306)이 도관(308)의 일부가 된다. 도관(308)의 또 다른 부분이 주챔버(312)의 내부면과 모서리(310)에서 만난다. 도관(308)은 차단 개스 주입구(314)에서 끝난다. 블록(304)은 반응 및 소정의 조건에 따라 재배치되거나 또는 대체되어 길게 늘인 반응물 주입구(316)와 차단 개스 주입구(314) 사이의 관계를 바꾼다. 차단 개스 주입구(314)의 차단 개스는 반응물 주입구(316)에서 생겨난 분자 흐름 주위를 덮는다.

길게 늘인 반응물 주입구(316)의 길이는 고효율로 입자를 제조하도록 설계된다. 산화규소 입자 제조를 위한 반응물 주입구의 적당한 길이는, 1800 W CO₂ 레이저를 사용할 때 약 5 mm 내지 약 1 m이다.

주챔버(312)는 길게 늘인 반응물 주입구(316) 형태를 따르는 것이 일반적이다. 주챔버(312)는 미립자의 생성물, 임의의 미반응 개스 및 비활성 개스를 제거하기 위한 분자 스트림을 따른 출구(318)를 포함한다. 관 부분(320, 322)은 주챔버(312)로부터 연장된다. 관 부분(320, 322)은 반응 챔버(300)를 통한 레이저 빔 경로(328)를 규정하는 윈도우(324, 326)를 지탱한다. 관 부분(320, 322)은 차단 개스를 관 부분(320, 322)에 도입하는 차단 개구 주입구(330, 332)를 포함한다.

개선된 장치는 분자 스트림 중의 입자를 제거하는 수집계를 포함한다. 수집계는 반응을 종료시키지 않고 다량의 입자를 수집하거나 또는, 바람직하게는 수집계내 여러 입자 수집기들을 교환시킴으로써 연속 생산으로 가동할 수 있도록 설계될 수 있다. 수집계는 도 1에 도시된 수집계의 곡선 부분과 유사한 흐름 경로내의 곡선 부분을 포함할 수 있다. 반응물 주입 성분들과 수집계는 역으로 배열될 수 있어서 입자가 장치의 상단부에서 수집될 수 있다.

전술한 바와 같이, 생성물 입자의 특성은 또 다른 가공처리에 의해 변화될 수 있다. 특히, 산화규소 나노단위의 입자는 산화 분위기 또는 비활성 분위기의 오븐에서 가열되어 산소 함량을 바꾸거나 또는 가능하게는 입자상의 흡착 화합물을 제거하여 입자의 양을 증가시킨다.

충분히 마일드한 조건(예컨대, 입자의 용융점보다 상당히 낮은 온도)을 사용하면, 입자를 더 큰 입자로 상당히 소결(燒結)시키지 않고 산화규소 입자를 변성시킨다. 금속 산화물 나노단위의 입자를 오븐에서 가공처리 하는 것은 본 명세서에서 참고 인용한 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 제08/897,903호(1997년 7월 21일에 출원, "Processing of Vanadium Oxide Particles with Heat")에서 논의하였다.

다양한 장치들이 열처리를 수행하는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 가공 처리를 수행하기 위한 장치(400)의 예가 도 4에 나타나 있다. 장치(400)는 입자가 놓이는 튜브(402)를 포함한다. 튜브(402)는 반응물 개스 공급원(404)과 비활성 개스 공급원(406)에 연결된다. 반응물 개스, 비활성 개스 또는 그 조합물을 목적하 는 분위기를 생성하는 튜브(402)에 둔다.

목적하는 개스는 튜브(402)를 통해 흐르는 것이 바람직하다. 산화 분위기를 형성하는 적절한 반응물 개스는, 예를 들면 O₂, O₃, CO, CO₂ 및 그 조합물을 들 수 있다. 반응물 개스는 Ar, He 및 N₂와 같은 비활성 개스로 희석될 수 있다. 비활성 분위기를 원하면 튜브(402)내 개스는 오로지 비활성 개스만으로 할 수도 있다. 반응물 개스는 가열되는 입자의 화학식량에 변화를 주지 않는다.

튜브(402)는 오븐 또는 용광로(408)내에 위치한다. 필요에 따라, 온도를 가공처리 단계를 통해 조직적으로 바꿀 수 있지만, 오븐(408)은 튜브의 관련 부분들을 비교적 일정한 온도로 유지한다. 오븐(408)의 온도는 열전대(410)로 측정된다. 산화규소 입자는 튜브(402)내 바이알(412)에 둘 수 있다. 바이알(412)은 개스 흐름으로 인한 입자의 손실을 막아준다. 바이알(412)은 일반적으로 개스 흐름 공급원 방향을 향하는 개방 말단부와 함께 배향된다.

산화 개스 형태(만약 있다면), 산화 개스 농도, 개스의 압력 또는 유속, 온도 및 가공 시간을 포함하여 정밀한 조건들이 목적하는 생성물 형태를 생성하도록 선택될 수 있다. 온도는 일반적으로 마일드한데, 예컨대 그 물질의 용융점보다 상당히 낮다. 마일드한 조건을 사용하면 크기가 더 큰 입자를 생성하는 입자간 소결을 피할 수 있다. 약간 제어된 입자 소결이 오븐(408)내 다소 더 높은 온도에서 실시되어 평균 입경보다 약간 더 큰 입경을 생성할 수 있다.

예를 들면, 산화규소의 가공하는 경우 온도는 약 50℃∼800℃ 범위인 것이 바람직하다. 입자는 약 1시간 내지 약 100시간 동안 가열되는 것이 바람직하다. 목적하는 물질을 얻기에 적당한 조건을 생성하도록 약간의 실험적 조절이 요구될 수 있다.

산화규소 입자의 한 가지 특별한 변형으로서, 레이저 열분해에 의해 제조된 산화규소를 탈색시키는 데 가열을 사용할 수 있음이 밝혀졌다. 탈색하자마자, 입자는 어두운 색에서 백색으로 변화된다. 탈색은 회합된 탄소 제거 또는 입자내 산소량의 변화와 관련되어 있는 것으로 보인다. 탈색 과정에서 온도는 약 400℃ 내지 약 800℃ 범위인 것이 바람직하다. 탈색을 위한 가열 시간은 실험적으로 조절 가능하며 통상적으로 약 1시간 이상이다.

B. 입자 특성

본 발명의 입자 집합체는 주 입자의 평균 직경이 1 ㎛ 이하, 바람직하게는 약 5 nm 내지 약 100 nm, 보다 바람직하게는 약 5 nm 내지 약 25 nm이다. 주 입자는 대개 날카로운 부속물이 거의 없는 대략적 구형이다. 일반적으로, 주 입자의 95%, 바람직하게는 99%가 장축 길이 대 단축 길이의 비가 약 2 이하이다. 비대칭적 입자의 직경 측정은 입자의 중심축의 평균 측정 길이에 근거한다.

주 입자의 크기가 작기 때문에, 주 입자는 주변 입자들 간의 반데르발스 힘과 다른 전자기력에 기인하여 엉성한 응집 덩어리를 형성하는 경향이 있다. 그럼에도 불구하고, 나노미터 단위의 주 입자는 입자의 투과 전자 현미경(TEM) 사진에서 확실히 관찰할 수 있다. 입자는 일반적으로 사진에서 관찰되는 바와 같이 나노미터 단위의 입자에 해당하는 표면적을 갖는다. 또한, 입자는 단위 물질 중량 당 작은 크기와 큰 표면적에 기인하는 독특한 성질을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 참고 인용한 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 제08/962,515호("Ultraviolet Light Block and Photocatalystic Materials")에 기재된 바와 같이, TiO₂ 나노입자들은 일반적으로 작은 입자 크기에 근거하여 흡착성의 변화를 나타낸다.

주 입자는 크기 균일도가 높은 것이 바람직하다. 투과 전자 현미경 사진의 고찰에서 산정된 바와 같이, 주 입자의 약 95% 이상, 바람직하게는 99% 이상이 평균 직경의 약 40% 이상 내지 약 160% 이하의 직경을 갖게 하는 크기 분포를 일반적으로 갖는다. 주 입자의 약 95% 이상이 평균 직경의 약 60% 이상 내지 약 140% 이하의 직경을 갖게 하는 직경 분포를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 어떠한 주 입자도 평균 직경의 약 4배, 바람직하게는 평균 입자의 약 3배, 보다 바람직하게는 평균 입자의 약 2배 이상 큰 평균 입자를 갖지 않는다. 달리 말하면, 입자 크기 분포는 상당히 크기가 큰 입자가 소량으로 존재하는 것을 나타내는 꼬리 부분을 사실상 갖지 않는다. 이것은 입자의 작은 반응 구역 및 그에 상응하는 급냉의 결과이다. 사실상, 꼬리 부분의 배제는 10⁶개의 입자 중 약 1개 미만의 입자만이 평균 직경 이상의 특정 한계값보다 더 큰 직경을 갖는 것을 의미한다. 분포도의 꼬리 부분이 짧은, 좁은 크기 분포와 구형태는 하기에 기술되는 바와 같이 여러 분야에 이용될 수 있다.

본 명세서에 기술한 산화규소 입자는 무정형이지만, 조성물, 크기 및 형태가 일정하다. 높은 균일도는 일반적으로 레이저 열분해의 특징이다. 적당한 열처리 후 입자는 산화규소 약 99.9 중량% 이상, 보다 바람직하게는 약 99.99 중량% 이상의 순도를 가질 수 있다.

C. 연마용 조성물

기계-화학적 연마를 수행하기 위한 조성물을 비롯한 다양한 연마용 조성물들은 나노단위의 산화규소 입자를 포함하는 것이 유리하다. 산화규소 입자는 연마재 입자로, 또는 다양한 기재들에 대한 화학적 및/또는 기계적 영향을 모두 미칠 수 있는 콜로이드 실리카 형성에 작용할 수 있다. 가장 간단한 형태로, 연마용 조성물은 전술한 바와 같이 제조된 연마재인, 산화규소 입자만을 포함할 수 있다. 연마재 입자는 수성 용액 또는 비수성 용액에서 분산되는 것이 더 바람직하다. 용액은 일반적으로 물, 알콜 또는 아세톤 등과 같은 용매를 포함한다. 필요에 따라, 분산 상태에서는 계면활성제를 첨가할 수 있다. 연마재 입자는 용매에 상당한 용해성을 가져서는 안된다. 연마용 조성물은 일반적으로 약 0.05 중량% 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 1.0 중량% 내지 약 20 중량%의 산화규소 입자를 포함한다.

콜로이드성 실리카 형성은 수화된 산화규소의 수용액 형성을 수반한다. 경질 기재의 연마에 콜로이드성 실리카를 사용하는 것은 본 명세서에 참고한 미국 특허 제5,228,886호("Mechanochemical Polishing Abrasive") 및 미국 특허 제4,011,099호("Preparation of Damage-Free Surface on Alpha-Alumina")에 기재되어 있다. 콜로이드성 실리카는 특정 표면과 화학적으로 반응한다는 것이 제기되었다. 더 가열을 하든 또는 하지 않든 간에 레이저 열분해에 의해 제조된 실리카 입 자는 전술한 모든 성질로 인해 콜로이드성 실리카 제조에 이상적으로 적합하다.

연마용 조성물 형성에 사용한 용매는 오염 정도가 낮은 것이 바람직하다. 특히, 용매로 사용한 물은 탈이온화 및/또는 증류되어야 한다. 연마용 조성물은 임의의 오염물이 없는 것, 예컨대 연마에 사용되지 않은 임의 조성물이 바람직하다. 특히, 연마용 조성물은 칼륨 및 나트륨과 같은 금속 오염물이 없어야 한다. 조성물은 금속을 약 0.001 중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하며, 0.0001 중량% 이하로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 연마용 조성물은 용매에 용해되지 않는 미립자 오염물이 없어야 한다.

연마용 조성물은 연마 과정을 돕는 다른 성분들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 연마용 조성물은 추가 (비산화규소) 연마재 입자와 화합된 콜로이드성 실리카 슬러리를 포함할 수 있다. 적당한 연마재 입자는, 예를 들면 본 명세서에 참고한 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 제08/961,735호("Abrasive Particles for Surface Polishing") 및 전술한 미국 특허 제5,228,886호에 기재되어 있다. 콜로이드성 실리카와 함께 추가 (비산화규소) 연마재 입자를 사용하는 경우, 연마용 조성물은 연마재 입자를 약 0.05% 내지 약 5% 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 연마재 입자로는 평균 직경이 약 100 nm 이하이고, 보다 바람직하게는 약 5 nm 내지 약 50 nm인 실리콘 탄화물, 금속 산화물, 금속 황화물 및 금속 탄화물을 들 수 있다. 바람직한 연마재 입자로는 SiC, Al₂O₃, TiO₂, Fe ₂O₃, Fe₃O₄, Fe₃C, Fe₇C₃, MoS₂, MoO₂, WC, WO₃ 및 WS₂와 같은 화합물을 들 수 있다. 또한, 바람 직한 연마재 입자는 비교적 좁은 직경 분포와 평균 입자 크기보다 사실상 수배 큰 입자 직경은 배제한다. 연마재 입자의 조성은 입자가 연마될 표면에 대해 적당한 경도를 가질뿐만 아니라 목적하는 매끄러움을 효과적으로 얻기에 적절한 직경 분포를 갖도록 선택되어야 한다. 너무 경질인 연마재 입자는 표면에 원하지 않는 흠집을 만들 수 있지만, 너무 연질인 입자는 적당한 연마재가 될 수 없다.

연마용 조성물은 연마성을 개선하기 위해 산성 또는 염기성일 수 있다. 금속을 연마하는 경우, 산성 pH, 예를 들면 약 3.0 내지 약 3.5 범위가 일반적으로 가 바람직하다. 빙초산과 같은 다양한 산을 사용할 수 있다. 산화물 표면을 연마하는 경우, 염기성 연마용 조성물이 사용될 수 있는데, 예를 들면 pH가 약 10.5 내지 약 11이다. 염기성 연마용 조성물을 형성하기 위해, KOH 또는 다른 염기들이 첨가될 수 있다. 또한, H₂O₂와 같은 산화제가, 특히 금속을 연마하는 데 첨가될 수 있다.

또한, 연마재 입자의 조성은 연마를 끝낸 후 연마용 조성물을 제거하기 위해 제공되어야 한다. 연마된 표면을 세정하는 한 가지 방법은 연마된 표면에 해를 주지 않는 세정 용액으로 연마재 입자를 용해시키는 것을 포함한다.

연마용 조성물은 수동 연마 또는 동력 연마 기계를 사용해서 실시되는 기계적 또는 기계-화학적 연마에 사용될 수 있다. 어느 경우든, 연마용 조성물은 일반적으로 연마 패드 또는 연마 천에 적용되어 연마를 수행한다. 다양한 기계 연마기 중 어떠한 것도, 예를 들면 진동 연마기 또는 회전 연마기를 사용할 수 있다.

연마용 조성물은 집적 회로 제조를 위한 기재 표면을 연마하는 데 특히 유용 하다. 단일 표면상에 집적 회로의 밀도가 증가함에 따라 이에 상응하는 기재의 매끄러움에 대한 허용 오차는 보다 엄격해진다. 그러므로, 연마 과정을 통해, 회로 패턴을 기재에 적용하기 전에 작은 표면 불연속성을 제거할 수 있는 것이 중요하다. 본 명세서에 개시된 연마재 입자의 작은 크기와 균일성은 이러한 용도의 연마용 조성물로 특히 적합하다. SiO₂ 입자는 실리콘계 반도체 기재 연마에 적합하다. 유사하게도, 본 명세서 참고한 미국 특허 제4,956,313호에 기재된 바와 같이 절연층과 전도층의 패턴화된 부분을 포함하는 적층 구조는 동시에 평탄화될 수 있다.

실시예 1. 무정형 SiO _x 형성을 위한 레이저 열분해

본 실시예에 기술된 산화규소 입자 제조를 레이저 열분해에 의해 실시하였다. 전술한 도 1의 레이저 열분해 장치를 사용하여 입자를 제조하였다.

사염화실리콘(미국 마이애미주 뉴버리포트 소재의 스트렘 케미칼(주)(Strem Chemical, Inc.) 제품) 전구체 증기를 실온에서 용기내 SiCl₄ 액체를 통해 Ar 개스를 기포화시킴으로써 반응 챔버로 운반하였다. C₂H₄ 개스를 레이저 흡수 개스로 사용하고, 아르곤을 비활성 개스로 사용하였다. SiCl₄, Ar, O₂ 및 C₂H₄를 함유하는 반응 개스 혼합물을 반응 챔버로의 주입을 위한 반응물 개스 노즐내로 도입하였다. 반dmd물 개스 노즐은 표 1의 마지막 행에 명시한 면적의 개구를 가졌다. 실시예 1의 입자와 연관된 레이저 열분해 제조의 추가 파라미터들을 표 1에 명기한다.

시료	1	2	3	4
결정구조	무정형	무정형	무정형	무정형
압력(Torr)	210	180	360	240
아르곤-Win. (sccm)	700	700	700	700
아르곤-Sld. (slm)	5.6	7.0	2.0	5.6
아르곤-Dil. (sccm)	1120	0.0	0.0	0.0
에틸렌(sccm)	1340	980	670	603
캐리어 개스 (sccm)	162(Ar)	196(Ar)	224(Ar)	224(Ar)
산소(sccm)	840	636	308	412
레이저 출력(W)	830	620	520	236
노즐 크기	5/8 in X 1/8 in	5/8 in X 1/8 in	5/8 in X 1/8 in	5/8 in X 1/8 in

sccm = 분당 표준 입방 센티미터

slm = 분당 표준 리터

아르곤-Win. = 주입구(216, 218)를 통한 아르곤 흐름

아르곤-Sld. = 환상형 채널(142)을 통한 아르곤 흐름

아르곤-Dil. = 아르곤 캐리어 개스 외에 반응 스트림에 더 첨가되는 아르곤

반응 스트림을 희석시키기 위해 아르곤 개스를 더 사용하여 덜 엉겨 붙는 입자를 제조하였다.

산화규소 입자의 생성 속도는 전형적으로 시간당 약 30 g이었다. 표 1에 명시된 4개의 조건하에서, 무정형 산화규소 입자를 제조하였다. 원자 배열을 조사하기 위해, 시료를 시멘스(Siemens) D500 x-레이 회절계상에 Cu(Kα) 방사선 라인을 사용하는 x-레이 회절법으로 조사하였다. 표 1의 첫 번째 칼럼에 명기된 조건하에서 제조된 시료에 대한 x-레이 회절도를 도 5에 나타내었다. 도 5의 폭이 넓은 피크는 무정형 시료를 표시한다. 다른 시료들은 필적할 만한 x-레이 회절 피크를 보여주었다.

투과 전자 현미경(TEM)을 입자 크기와 형태를 측정하는 데 사용하였다. 표 1의 첫번째 칼럼의 조건하에서 제조된 입자의 TEM 사진을 도 6에 나타내었다. 일부 TEM 사진을 고찰한 결과, 약 7 nm의 평균 입자 크기를 얻었다. 그에 해당하는 입자 크기 분포를 도 7에서 나타내었다. 대략적인 크기 분포는 도 6의 사진에서 분명히 볼 수 있는 입자의 직경을 손으로 측정함으로써 확인하였다. 사진이 일그러지거나 또는 촛점이 맞지 않은 구역을 피하기 위해 확실한 입자 경계를 갖는 입자들만을 측정하였다. 일회 관찰로 모든 입자를 확실히 관찰할 수 없기 때문에 그렇게 한 측정들이 더 정확하며 편파적이지 않다. 입자들의 크기 범위가 다소 좁다는 것이 중요하다.

표 1의 4번째 칼럼에 명기된 조건하에서 제조된 입자의 경우, BET 표면적은 N₂ 개스 피흡착체로 1 g당 264 m²로 측정되었다. 미국 일리노이주 다우너스 그로브 소재의 파티클 테크날러지 랩스., 리미티드(Particle Technology Labs., Ltd.) 제품으로 BET 표면적을 측정하였다.

입자의 화학식량은 직접 측정되지 않았다. 입자들은 육안 검사시 어두운 색이었다. 어두운 색은 이산화규소 또는 반응물 스트림내 에틸렌의 원소 탄소 입자상의 침착물에 대한 산소 결핍의 결과일 수 있다. 어두운 색상은 다음 실시예에 기재된 바와 같이 오븐내 산소 분위기에서 가열하자마자 제거되었다.

실시예 2. 오븐 처리공정

표 1의 4번째 칼럼에 명기된 조건에 따른 레이저 열분해에 의해 제조된 산화 규소 나노입자 시료를 산화 조건하의 오븐에서 가열하였다. 오븐은 본래 도 4에 관해 전술한 바와 같았다. 시료를 약 500℃ 오븐에서 약 2시간 가열하였다. 산소 개스를 1.0 in 직경의 석영관을 통해 약 150 scm 유속으로 흐르게 한다. 약 100 mg 내지 약 300 mg의 나노입자들을 오븐을 통해 투시되는 석영관내 뚜껑이 열린 1 cc 바이알 내에 두었다. 이렇게 하여 얻은 입자는 백색 입자였다. x-레이 회절도를 도 8에 나타낸다. 약 45°와 65°의 뾰족한 피크는 알루미늄 시료 용기로 인한 것이다. 약 7°의 피크는 기기의 구조산물이다. 약 12°의 또 다른 피크는 산화규소의 제2 무정형상을 표시하는 것으로 보인다. 상기 가열된 입자의 색깔을 기초로 하여, 가열 방법은 입자들과 회합된 원소 탄소를 제거하거나 또는 입자에 산소를 첨가하여 SiO₂로 화학 식량을 변화시키는 것이 입증되었다.

그 입자에 대한 TEM 사진을 도 9에 나타낸다. TEM 사진을 분석한 결과, 평균 입경이 약 10 nm이다. 입경이 열처리에 의해 변화되는 것으로 결정되지는 못했지만, 변화하더라도 열처리한 입자가 평균 직경이 작기 때문에 상당한 입자 성장은 일어나지 않는 것으로 보인다.

전술한 실시 형태는 본 발명을 예시하지만 이것으로 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시 형태는 청구 범위에 속한다. 본 발명은 바람직한 실시 형태에 대해 기술하고 있지만, 당업자라면 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않는 한 형태와 세부 사항에 변화가 있을 수 있음을 인지할 것이다.

Claims

산화규소를 포함하는 입자들의 집합체로서, 평균 직경이 5 nm 내지 50 nm이고, 10⁶ 개의 입자중 1 개 미만은 평균 직경보다 약 4 배 이상 큰 직경을 갖는 것인 입자 집합체.
제1항에 있어서, 평균 직경이 약 5 nm 내지 약 25 nm인 것인 입자 집합체.
제1항에 있어서, 산화규소는 무정형인 것인 입자 집합체.
제1항에 있어서, 입자는 10⁶ 개의 입자중 1 개 미만은 평균 직경보다 약 2 배 이상 큰 직경을 갖는 것인 입자 집합체.
제1항에 있어서, 입자의 약 95% 이상이 평균 직경의 약 40% 초과 약 160% 미만의 직경을 갖도록 하는 입자 크기 분포를 갖는 것인 입자 집합체.
산화규소 입자들의 분산물을 포함하는 연마용 조성물로서, 평균 직경이 5 nm 내지 50 nm이고, 10⁶ 개의 입자중 1 개 미만은 평균 직경보다 약 4 배 이상 큰 직경을 갖는 것인 연마용 조성물.
제6항에 있어서, 약 0.05 중량% 내지 약 20 중량%의 산화규소 입자를 포함하는 것인 연마용 조성물.
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