JP2006282755A - Aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles and polishing slurry obtained from same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles, which is stable in dispersion and whose particle size is uniform, and polishing slurry excellent in polishing performance. <P>SOLUTION: The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles comprises a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alcoxide wherein pH is adjusted within the range equal to or greater than 2.0 and less than 8.0. Excellent dispersibility and polishing performance when used as a polishing slurry can be obtained by performing the pH adjustment with an acid compound having an acetic acid group bonded directly to a nitrogen atom. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、均一粒子径で分散の安定な有機無機ハイブリッド粒子水性分散体及びそれから得られる研磨性能に優れた研磨スラリーに関する。   The present invention relates to an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion having a uniform particle size and stable dispersion, and a polishing slurry excellent in polishing performance obtained therefrom.

従来、セラミック等の無機粒子は増量、紫外線吸収、耐摩耗、光学・電磁気特性の付与等様々な用途で単独もしくは有機高分子等と複合して利用されている。一方、有機高分子粒子はポリマーが持つ特性である柔軟性・密着性・加工性を利用して電子写真用トナーや艶消し、着色剤その他で利用されているが、無機粒子の前記特性や耐熱性、高弾性率、耐候性、耐溶剤性等の特性は得ることは難しい。そこで有機高分子と無機材料の優れた特性を有する材料得るために両者のコンパウンドが利用されるが、一般に無機化合物と有機高分子の相溶性は十分でなく、多価金属アルコキシドを用いて種々の試みが成されているが、そもそも均一な複合材料である有機無機ハイブリッド材料を形成することが容易ではなく、ましてそのような材料からなる粒子を実用化するのは困難であった。   Conventionally, inorganic particles such as ceramics are used alone or in combination with organic polymers for various purposes such as increasing the amount, absorbing ultraviolet light, wear resistance, and imparting optical / electromagnetic properties. Organic polymer particles, on the other hand, are used in toners for electrophotography, matting, colorants, etc. using the flexibility, adhesion, and processability that are properties of polymers. It is difficult to obtain properties such as properties, high elastic modulus, weather resistance, and solvent resistance. Therefore, in order to obtain materials having excellent properties of organic polymers and inorganic materials, compounds of both are used, but in general, the compatibility of inorganic compounds and organic polymers is not sufficient, and various compounds using polyvalent metal alkoxides are used. Although attempts have been made, it is not easy to form an organic-inorganic hybrid material that is a uniform composite material, and it has been difficult to put particles made of such a material into practical use.

近年、半導体の高集積化、高性能化のために、多層配線形成工程における層間絶縁膜、金属プラグ形成、埋め込み金属配線形成において平坦化技術が必須の技術となっている。この中で、研磨剤と被研磨体の間の化学的作用と、研磨粒子の機械的作用を複合させた化学的機械研磨方法(ケミカルメカニカルポリッシング、以下CMPと省略する)が極めて有効な研磨方法である。更には、ハードディスク用のディスクや、光学部品等の精密部品における分野においても精密研磨の必要性が増大しており、CMPが極めて重要となっている。   In recent years, in order to achieve high integration and high performance of semiconductors, planarization technology has become an essential technology in the formation of interlayer insulating films, metal plugs, and buried metal wirings in a multilayer wiring forming process. Among these, a chemical mechanical polishing method (chemical mechanical polishing, hereinafter abbreviated as CMP) in which a chemical action between an abrasive and an object to be polished and a mechanical action of abrasive particles is combined is extremely effective. It is. Furthermore, the need for precision polishing is also increasing in the fields of hard disk disks and precision parts such as optical parts, and CMP is extremely important.

一般に金属膜のCMPでは、アルミナやシリカ等の無機化合物粒子と硝酸第二鉄や過酸化水素水などの酸化剤との混合物からなるCMPスラリーが利用されているが、硬度の高い無機化合物粒子で研磨すると金属表面の傷の発生による表面の荒れや金属膜への研磨粒子の埋め込みの問題がある。また、無機化合物粒子性のスラリーは凝集・沈殿しやすく、凝集した大粒径の無機化合物粒子によるスクラッチの発生が大きな問題となっている。また、半導体に形成された配線の溝や開口部に埋め込まれた配線用金属膜の幅が広い領域では、中心部が薄くなるディッシングが発生しやすいという問題を有していた。   In general, in CMP of a metal film, a CMP slurry made of a mixture of inorganic compound particles such as alumina and silica and an oxidizing agent such as ferric nitrate or hydrogen peroxide is used. When polished, there are problems of surface roughness due to the occurrence of scratches on the metal surface and embedding of abrasive particles in the metal film. In addition, inorganic compound particulate slurry easily aggregates and precipitates, and the generation of scratches due to the aggregated inorganic compound particles having a large particle size is a serious problem. In addition, in a region where the width of the wiring metal film embedded in the groove or opening of the wiring formed in the semiconductor is wide, there is a problem that dishing with a thin central portion is likely to occur.

上記無機粒子からなるCMPスラリーの欠点を改善するために、有機高分子化合物からなる粒子または少なくとも炭素を主成分とする粒子を研磨粒子として用いた研磨剤やCMPスラリーが提案されており(特許文献1参照)、具体的に有機高分子化合物としては、PMMA等のメタクリル樹脂、これと同等の硬度を有するフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂等が例示されている。しかし本方法では分散安定性が必ずしも十分ではなく分散安定剤の併用が必要で、樹脂粒子の硬度も低く、化学的な活性も乏しいことから研磨速度が著しく小さいという問題があった。   In order to improve the disadvantages of the CMP slurry composed of inorganic particles, there have been proposed abrasives and CMP slurries using particles composed of organic polymer compounds or particles containing at least carbon as a main component as abrasive particles (Patent Literature). 1), and specific examples of organic polymer compounds include methacrylic resins such as PMMA, phenol resins having the same hardness, urea resins, melamine resins, polystyrene resins, polyacetal resins, polycarbonate resins, and the like. . However, this method has a problem that the dispersion stability is not always sufficient, and it is necessary to use a dispersion stabilizer in combination, and the hardness of the resin particles is low and the chemical activity is poor, so that the polishing rate is extremely low.

このような問題を改善するために乳化重合により得られるビニル化合物重合体樹脂粒子を含有し、かつアンモニアあるいは水溶性の金属錯体を形成する錯化剤を含有する水性エマルジョンからなる研磨剤が提案されている(特許文献2、特許文献3参照)。しかしながら本方法では、乳化剤を使用するため必ずしも分散安定性が良好ではなく、硬度の点でも必ずしも十分ではない。また、樹脂粒子表面の化学的な活性は大きくなく、研磨の主効果は必須成分として加えているアンモニアや任意で添加する酸化剤に依存している。そのため前述のディッシングの改善は必ずしも十分ではなかった。
また、金属と反応し水溶性の金属錯体を形成する錯化剤と、乳化剤によらない乳化重合により得られるビニル化合物重合体樹脂粒子からなる水性エマルジョンを含有する研磨剤が提案されている(特許文献4参照)。本方法では乳化剤を使用しないで乳化重合を行うため、得られる樹脂粒子の粒径分布が広くなる傾向があり、大粒径粒子によるスクラッチの発生等の可能性があった。
In order to solve such problems, an abrasive comprising an aqueous emulsion containing vinyl compound polymer resin particles obtained by emulsion polymerization and containing a complexing agent that forms ammonia or a water-soluble metal complex has been proposed. (See Patent Document 2 and Patent Document 3). However, in this method, since an emulsifier is used, the dispersion stability is not always good, and the hardness is not always sufficient. Further, the chemical activity on the surface of the resin particles is not great, and the main effect of polishing depends on ammonia added as an essential component and an optional oxidizing agent. Therefore, the above-mentioned dishing improvement has not always been sufficient.
Also, an abrasive containing an aqueous emulsion composed of a complexing agent that reacts with a metal to form a water-soluble metal complex and vinyl compound polymer resin particles obtained by emulsion polymerization without using an emulsifier has been proposed (patent) Reference 4). In this method, since the emulsion polymerization is performed without using an emulsifier, the particle size distribution of the obtained resin particles tends to be wide, and there is a possibility of generation of scratches due to large particle size particles.

また、架橋構造を有する平均粒径0.13〜0.8μmの重合体粒子を含み、界面活性剤の含有量が0.15重量%以下である水系分散体及びそれを主成分とする研磨剤が提案されている(特許文献5参照)。本発明では架橋構造を形成するために架橋性単量体とその他の単量体を共重合させるため、架橋率が低いと十分な硬度を得ることが出来ず、逆に架橋率を大きくすると脆くなるという欠陥に加えて、得られる架橋粒子の粒径を小さくすることが困難であった。
有機無機ハイブリッド粒子の具体的な製造方法としては、例えば多価金属アルコキシドを含む膨潤溶媒でシード粒子を膨潤させた後、該多価金属アルコキシド中の不飽和二重結合により重合させ、次いで多価金属アルコキシドのアルコキシ基を加水分解及び縮合させる製造方法が用いられている(特許文献6参照)。しかし該製造方法において形成される粒子は、中心部分にシード粒子が配置されることになり、均一な内部構造を有するものではない。また膨潤処理やその後の重合等の操作、更には界面活性剤や分散剤の使用等製造工程が複雑で粒子径の制御は困難である。このため粒子は必ずしも球形とはならず、形状的にも物性的にも粒子に充分な均一性を持たせることは困難であった。
特開平07−086216号公報 特開平11−176774号公報 特開平11−162910号公報 特開平11−156702号公報 特開2000−204275号公報 特開平07−265686号公報
An aqueous dispersion containing polymer particles having a cross-linked structure and an average particle size of 0.13 to 0.8 μm, and having a surfactant content of 0.15% by weight or less, and an abrasive comprising the same as a main component Has been proposed (see Patent Document 5). In the present invention, since a crosslinkable monomer and other monomers are copolymerized to form a crosslinked structure, a sufficient hardness cannot be obtained if the crosslinking rate is low, and on the contrary, if the crosslinking rate is increased, the brittleness becomes brittle. In addition to this defect, it was difficult to reduce the particle size of the resulting crosslinked particles.
As a specific method for producing organic-inorganic hybrid particles, for example, seed particles are swollen with a swelling solvent containing a polyvalent metal alkoxide, and then polymerized by an unsaturated double bond in the polyvalent metal alkoxide, and then the polyvalent metal alkoxide is polymerized. A production method in which an alkoxy group of a metal alkoxide is hydrolyzed and condensed is used (see Patent Document 6). However, the particles formed in the manufacturing method have seed particles arranged in the central portion and do not have a uniform internal structure. In addition, the production process such as swelling treatment and subsequent polymerization, and the use of a surfactant and a dispersant is complicated, and it is difficult to control the particle size. For this reason, the particles are not necessarily spherical, and it has been difficult to give the particles sufficient uniformity in terms of shape and physical properties.
Japanese Patent Laid-Open No. 07-086216 Japanese Patent Laid-Open No. 11-176774 JP 11-162910 A JP-A-11-156702 JP 2000-204275 A Japanese Patent Laid-Open No. 07-265686

本発明は、前記の有機無機ハイブリッド粒子を含有する水性分散体及びそれから得られる研磨スラリーに関する課題を解決するものである。
即ち本発明の目的は、分散が安定で粒子径の揃った有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体と研磨性能に優れた研磨スラリーを提供することである。
The present invention solves the problems related to the aqueous dispersion containing the organic-inorganic hybrid particles and the polishing slurry obtained therefrom.
That is, an object of the present invention is to provide an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a stable dispersion and uniform particle diameter, and a polishing slurry having excellent polishing performance.

上記目的は、以下の本発明によって達成される。
即ち本発明は、アニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルからなる有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体であって、pHを2.0以上、8.0未満の範囲に調整したことを特徴とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体を提供する。
さらに本発明は前記水性分散体を主成分として含有する研磨スラリーを提供する。
さらに本発明は、アニオン性基を有する樹脂と、多価金属アルコキシドの反応ゲルを含有する有機無機ハイブリッド粒子の製造方法であって
(1)少なくとも一部が塩基性化合物で中和されたアニオン性基を有する樹脂の樹脂水溶液中に、多価金属アルコキシドを溶解または懸濁させた混合物を製造する混合工程と、
(2)前記混合物中の多価金属アルコキシドを、該混合物のpHを塩基触媒下で8.0以上に保ちつつ、加水分解、または加水分解し縮合させる加水分解工程と、
(3)前記混合物中のpHを2.0以上8.0未満にまで低下させ、前記樹脂の溶解度を低下させて前記混合物を乳化または粒子化させる粒子化工程
を有する有機無機ハイブリッド粒子の製造方法であって、前記粒子化工程では、酸化合物が添加されることを特徴とした有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法
を提供する。
The above object is achieved by the present invention described below.
That is, the present invention is an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles comprising a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide, wherein the pH is adjusted to a range of 2.0 or more and less than 8.0. An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles is provided.
Furthermore, the present invention provides a polishing slurry containing the aqueous dispersion as a main component.
The present invention further relates to a method for producing organic-inorganic hybrid particles comprising a resin having an anionic group and a reaction gel of a polyvalent metal alkoxide, wherein (1) at least a part of which is neutralized with a basic compound A mixing step of producing a mixture in which a polyvalent metal alkoxide is dissolved or suspended in a resin aqueous solution of a resin having a group;
(2) a hydrolysis step in which the polyvalent metal alkoxide in the mixture is hydrolyzed or hydrolyzed and condensed while maintaining the pH of the mixture at 8.0 or higher under a base catalyst;
(3) A method for producing organic-inorganic hybrid particles, comprising a granulating step of lowering the pH in the mixture to 2.0 or more and less than 8.0 and reducing the solubility of the resin to emulsify or granulate the mixture. And the manufacturing method of the aqueous dispersion of the organic-inorganic hybrid particle | grains characterized by adding an acid compound in the said granulation process.

本発明のアニオン性基を有する樹脂と、金属アルコキシドの反応ゲルを含有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体で、pHが2.0以上8.0未満の範囲に調整された水性分散体は、有機成分と無機成分が均一に混在し、均一な粒子径を有し、かつ分散安定性に優れた水性分散体を形成する。さらに製造時の造粒性に優れ、粒子化が極めて容易である。本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法から得られる有機無機ハイブリッド粒子は、有機成分と無機成分が微細構造を有するドメインを形成し、研磨用粒子としても使用しうる硬度の他に、耐摩耗性、耐熱性、高弾性率、耐候性、耐溶剤等従来の無機粒子の特徴と、柔軟性・密着性・加工性・造粒性等従来の有機粒子の特徴とを合わせ持っている。
本発明の有機無機ハイブリッド粒子水性分散体から得られる研磨スラリーは、スラリーの分散安定性に加えて、優れた研磨性能、特にメタルに対する研磨性能に優れている。
An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles containing a resin having an anionic group of the present invention and a reaction gel of a metal alkoxide, the pH of which is adjusted to a range of 2.0 or more and less than 8.0, An organic component and an inorganic component are uniformly mixed to form an aqueous dispersion having a uniform particle size and excellent dispersion stability. Furthermore, it has excellent granulation properties during production and is extremely easy to form. The organic-inorganic hybrid particles obtained from the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention form a domain in which the organic component and the inorganic component have a fine structure, in addition to the hardness that can be used as polishing particles. Combines the characteristics of conventional inorganic particles such as wear resistance, heat resistance, high elastic modulus, weather resistance, and solvent resistance with the characteristics of conventional organic particles such as flexibility, adhesion, workability, and granulation. Yes.
The polishing slurry obtained from the organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion of the present invention has excellent polishing performance, particularly polishing performance for metal, in addition to the dispersion stability of the slurry.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体は、アニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルをからなり、水性分散体のpHが2.0以上で8.0未満のpH範囲に調整されている水性分散体である。本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体は、アニオン性基の少なくとも一部が塩基によって中和され、水分散性、溶解性が向上した樹脂の水溶液中で、金属アルコキシドの加水分解縮合反応を進行させて作製されるため、製造の初期プロセスでは、塩基の存在下pH8.0以上で工程が進行する。しかしこのようにして形成される有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体は、pH8.0以上では安定性に欠け、ゲル化を起こす可能性もある。このため水性分散体または研磨スラリーを最終的に製造する前の任意の段階で、それらのpHが2.0以上8.0未満のpH範囲となるように調整することによって、分散安定性の極めて良好な水性分散体、研磨スラリーを製造することができる。   The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention comprises a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide, and the pH of the aqueous dispersion is adjusted to a pH range of 2.0 or more and less than 8.0. Aqueous dispersion. The aqueous dispersion of the organic-inorganic hybrid particles of the present invention performs a hydrolytic condensation reaction of a metal alkoxide in an aqueous solution of a resin in which at least part of an anionic group is neutralized with a base and water dispersibility and solubility are improved. Since it is produced by proceeding, the process proceeds at pH 8.0 or more in the presence of a base in the initial process of production. However, the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles formed in this manner is not stable at pH 8.0 or higher and may cause gelation. Therefore, at any stage before the final production of the aqueous dispersion or polishing slurry, by adjusting the pH to be in the pH range of 2.0 or more and less than 8.0, the dispersion stability is extremely high. A good aqueous dispersion and polishing slurry can be produced.

pHの調整は金属アルコキシドの樹脂溶液中での加水分解後、任意の段階で、また種々の方法で行うことができ、酸化合物の添加によって、あるいは塩基が揮発性の場合には塩基の揮発により、pHが2.0以上、8.0未満のpH範囲への調整を行えばよい。
前記酸化合物としては任意の有機酸、無機酸を用いることができるが、研磨用スラリーに添加剤として使用でき、金属研磨機能を有する酸を用いることによって、水性分散体に良好な分散安定性を付与するのみならず、そのまま研磨用スラリーとして使用可能な良好な研磨性を付与できる。
The pH can be adjusted at any stage after hydrolysis of the metal alkoxide in the resin solution and by various methods. By adding an acid compound or, if the base is volatile, by volatilization of the base. The pH may be adjusted to a pH range of 2.0 or more and less than 8.0.
As the acid compound, any organic acid or inorganic acid can be used, but it can be used as an additive in the slurry for polishing, and by using an acid having a metal polishing function, the aqueous dispersion has good dispersion stability. In addition to imparting, it is possible to impart good abrasiveness that can be used as it is as a slurry for polishing.

前記酸化合物としては、窒素原子に直結した酢酸基を有する化合物が好ましく、ニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸等がある。
更に好ましい酸化合物として、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物があり、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン四酢酸、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸、ジヒドロキシエチルグリシンがある。
更に酸化合物の酢酸基の少なくとも一部が、塩基性化合物で最適pHに調整されることにより分散安定性に優れた有機無機ハイブリッド粒子水性分散体が得られ。
酸化合物が、窒素原子に直結した酢酸基を有する化合物、酸化合物が、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物、酸化合物の酢酸基の少なくとも一部が、多価金属と錯塩を形成する塩基性化合物で最適pHに調整されることにより、分散安定性に加えてメタル研磨性能に優れた研磨スラリーが得られる。
The acid compound is preferably a compound having an acetic acid group directly connected to a nitrogen atom, such as nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid, etc. There is.
More preferable acid compounds include compounds having a hydroxyalkyl group directly connected to a nitrogen atom and an acetic acid group, such as hydroxyethyliminodiacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid, dihydroxyethyl. There is glycine.
Furthermore, an aqueous organic / inorganic hybrid particle dispersion excellent in dispersion stability can be obtained by adjusting at least a part of the acetic acid group of the acid compound to an optimum pH with a basic compound.
A compound in which the acid compound has an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom, a compound in which the acid compound has a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly bonded to the nitrogen atom, and at least a part of the acetic acid group of the acid compound is a complex salt with a polyvalent metal By adjusting to an optimum pH with a basic compound that forms, a polishing slurry excellent in metal polishing performance in addition to dispersion stability can be obtained.

本発明における有機無機ハイブリッド粒子とは、有機高分子と無機高分子とが同一粒子内に均一に分布した複合体粒子であって、耐摩耗性、耐熱性等、無機高分子としての特性と、柔軟性等の有機高分子としての特性を併せ持つ粒子である。本発明のアニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルを含有した複合粒子は、その一例である。
また、本発明において金属アルコキシドの反応ゲルとは、金属アルコキシドの加水分解と重合によって生成するゾルに、さらにその反応を進行させて形成される金属酸化物を含む湿潤ゲルまたは乾燥ゲルのことである。
The organic-inorganic hybrid particle in the present invention is a composite particle in which an organic polymer and an inorganic polymer are uniformly distributed in the same particle, and the properties as an inorganic polymer, such as wear resistance and heat resistance, It is a particle that also has characteristics as an organic polymer such as flexibility. The composite particles containing a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide according to the present invention are an example.
In the present invention, the metal alkoxide reaction gel is a wet gel or a dry gel containing a metal oxide formed by further proceeding with the sol formed by hydrolysis and polymerization of the metal alkoxide. .

本発明のアニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルからなる有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体のpHが2.0以上8.0未満、好ましくはpHが2.5〜7.5以下においては、樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルの密着性が高まり、優れた分散安定性が得られる。特にアニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルが塩基の存在下pH8.0以上で形成され、その後に酸化合物の添加、あるいは塩基が揮発性の場合は塩基の揮発によりpHが2.0以上、8.0未満、好ましくはpH2.5〜7.5に調整された水性分散体は、更に分散安定性に極めて優れた有機無機ハイブリッド粒子水性分散体となる。
本発明の製造方法に使用する樹脂のアニオン性基は、カルボキシル基、スルホン酸基、スルフィン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基等であって特に限定されるものではないが、このうちカルボキシル基を含有する樹脂は一般的なものが使用可能であり、後述する製造方法による有機無機ハイブリッド粒子化が容易となるため好ましい。
The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles comprising a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide according to the present invention has a pH of 2.0 or more and less than 8.0, preferably 2.5 to 7.5 or less. Increases the adhesion between the reaction gel of the resin and the metal alkoxide, and provides excellent dispersion stability. In particular, a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide is formed at a pH of 8.0 or more in the presence of a base, and then the pH is 2.0 due to the addition of an acid compound or the volatilization of the base if the base is volatile. As described above, the aqueous dispersion adjusted to less than 8.0, preferably pH 2.5 to 7.5, is an organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion that is further excellent in dispersion stability.
The anionic group of the resin used in the production method of the present invention is not particularly limited and includes a carboxyl group, a sulfonic acid group, a sulfinic acid group, a phosphoric acid group, and a phenolic hydroxyl group. A general resin can be used, which is preferable because it makes it easy to form organic-inorganic hybrid particles by the production method described later.

アニオン性基を有する樹脂としては天然樹脂、合成樹脂等特に制限はないが、後述の製造方法に対して好適な樹脂として、塩基性化合物が存在しない状態で有機溶剤可溶の樹脂が好ましく、具体的にはアクリル酸樹脂、マレイン酸樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられ、これらは複合粒子形成後に、必要に応じて公知の方法で三次元架橋を行う事が可能である。アクリル酸樹脂としては、例えばスチレン、置換スチレン、(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも一つのモノマーと、(メタ)アクリル酸との共重合体は、樹脂の粒子化と多価金属イオンによる架橋の点で好適である。
具体的にはスチレン;α−メチルスチレン等の置換スチレン;アクリル酸メチルエステル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸ブチルエステル、アクリル酸2−エチルヘキシルエステル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸メチルエステル、メタクリル酸エチルエステル、メタクリル酸ブチルエステル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル酸エステル;及びメタクリル酸2−ヒドロキシエチル等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリル酸エステルから選ばれる少なくとも一つ以上のモノマーと、アクリル酸、メタクリル酸から選ばれる少なくとも一つ以上のモノマーを含む(メタ)アクリル酸系共重合体が好ましい。
The resin having an anionic group is not particularly limited, such as a natural resin and a synthetic resin, but a resin suitable for the production method described below is preferably a resin soluble in an organic solvent in the absence of a basic compound. Specifically, acrylic acid resin, maleic acid resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin and the like can be mentioned, and these can be subjected to three-dimensional crosslinking by a known method as necessary after formation of the composite particles. As the acrylic resin, for example, a copolymer of (meth) acrylic acid with at least one monomer selected from the group consisting of styrene, substituted styrene, (meth) acrylic acid ester, and hydroxyalkyl (meth) acrylic acid ester is It is preferable in terms of resin particle formation and crosslinking with polyvalent metal ions.
Specifically, styrene; substituted styrene such as α-methylstyrene; acrylic acid methyl ester, acrylic acid ethyl ester, acrylic acid butyl ester, acrylic acid 2-ethylhexyl ester, and other acrylic acid esters; methacrylic acid methyl ester, ethyl methacrylate At least one monomer selected from esters, methacrylic acid esters such as butyl methacrylate and 2-ethylhexyl methacrylate; and hydroxyalkyl (meth) acrylates such as 2-hydroxyethyl methacrylate; and acrylic acid and methacrylic acid. A (meth) acrylic acid copolymer containing at least one monomer selected from acids is preferred.

アニオン性基を有する樹脂の酸価については特に限定されるものではないが、酸価が10未満では該樹脂の分散性が不足し易く、後述する製造方法における有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体形成が不十分となる傾向がある。酸価が200を越えると、同じく後述する製造方法において樹脂が水に膨潤や溶解しやすく、目的とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体が得にくくなる傾向がある。このためアニオン性基を有する樹脂の酸価は10〜200の範囲にあることが好ましい。特に50〜200の範囲にある自己水分散性樹脂の場合は、該樹脂のアニオン性基の一部が塩基により中和されることにより、水に対して良好な分散性あるいは溶解性を示すためより好ましい。
また樹脂の分子量範囲についても特に制限はないが、1000以上10万以下の分子量のものがより好ましい。樹脂と金属アルコキシドの比率は特に制限はないが、質量比で0.01:10〜10:1の範囲が好ましい。研磨用スラリーとして使用する場合には樹脂の比率が小さいほうが研磨レートの点でより好ましい。
樹脂比率が高い有機無機ハイブリッド粒子の硬度を高くする場合には、上記モノマーの組み合わせにおいて(メタ)アクリル酸エステルのようなガラス転移温度の低いモノマーを多量に使用することは好ましくなく、本発明の樹脂のガラス転移温度は室温以上、できれば50℃以上が好適である。
The acid value of the resin having an anionic group is not particularly limited. However, when the acid value is less than 10, the resin tends to be insufficient in dispersibility, and an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles in the production method described later is formed. Tends to be insufficient. When the acid value exceeds 200, the resin tends to swell or dissolve in water in the production method described later, and it tends to be difficult to obtain a desired aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles. For this reason, it is preferable that the acid value of resin which has anionic group exists in the range of 10-200. In particular, in the case of a self-water dispersible resin in the range of 50 to 200, since a part of the anionic group of the resin is neutralized with a base, it exhibits good dispersibility or solubility in water. More preferred.
The molecular weight range of the resin is not particularly limited, but a resin having a molecular weight of 1000 or more and 100,000 or less is more preferable. The ratio of the resin to the metal alkoxide is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01: 10 to 10: 1 by mass ratio. When used as a polishing slurry, a smaller resin ratio is more preferable in terms of polishing rate.
When increasing the hardness of organic-inorganic hybrid particles having a high resin ratio, it is not preferable to use a large amount of a monomer having a low glass transition temperature, such as (meth) acrylic acid ester, in the combination of the above monomers. The glass transition temperature of the resin is preferably room temperature or higher, preferably 50 ° C. or higher.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法に用いる前記樹脂は、有機無機のハイブリッド化によって強度の大きい粒子が得られるが、あらかじめ架橋性モノマーと開始剤又は触媒を有機無機ハイブリッド粒子に取り込み、粒子化後に架橋するか、好ましくは、有機無機ハイブリッド粒子化時に多価金属イオンを取り込んで、アニオン性基を有する樹脂のアニオン性基の一部を架橋させたいわゆるアイオノマー樹脂化をさせることによって、より強靱な有機無機ハイブリッド粒子とする事が出来る。   The resin used in the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention can obtain particles having high strength by organic-inorganic hybridization. However, a crosslinkable monomer and an initiator or a catalyst are previously used as organic-inorganic hybrid particles. Incorporating and cross-linking after particle formation, or preferably taking polyvalent metal ions when forming organic-inorganic hybrid particles to form a so-called ionomer resin in which a part of the anionic group of the resin having an anionic group is cross-linked Thus, it can be made tougher organic-inorganic hybrid particles.

本発明の製造方法で使用する多価金属アルコキシドの金属としては2価以上の多価金属で、ケイ素、チタニウム、ジルコニウム、セリウム、カルシウム、バリウム、マンガン、亜鉛、ニッケル、スズ、銅、鉄、コバルト、ホウ素、アルミニウム、タングステン、ビスマス、モリブデン、ニオブ、イットリウム、ストロンチウム、ガリウム、ゲルマニウムなどがあるがこれらに限定されるものではなく、少なくとも1種類以上含むことができる。
前記の金属と組み合わせるアルコキシドとしては、金属に対して少なくとも一つ以上のアルコキシ基(OR)が結合し、アルコキシ基(OR)のRはアルキル基・アルキレン基・アリル基・ビニル基・ビニルベンジル基、(メタ)アクリレート基等任意に選択すればよいが、炭素数1〜4のアルキル基が一般的で利用しやすい。また金属には、直接他の官能基が結合してもよく、一例として水酸基、アルキル基、アルキレン基・アリル基・ビニル基・ビニルベンジル基、(メタ)アクリレート基、カルボキシル基、アセチルアセトン基・アセト酢酸エステル基等の配位子等がある。金属に結合する官能基が全てアルコキシ基の場合は、金属アルコキシドの加水分解重縮合によってシロキサン結合のみからなる無機高分子鎖を形成することが可能であり、無機化合物としての特性をより高く発現させることができるため好ましい。具体的な化合物例としては以下があるがこれらに限られたものではない。
The metal of the polyvalent metal alkoxide used in the production method of the present invention is a divalent or higher polyvalent metal, silicon, titanium, zirconium, cerium, calcium, barium, manganese, zinc, nickel, tin, copper, iron, cobalt , Boron, aluminum, tungsten, bismuth, molybdenum, niobium, yttrium, strontium, gallium, germanium, and the like, but are not limited thereto, and at least one kind can be included.
As the alkoxide combined with the metal, at least one alkoxy group (OR) is bonded to the metal, and R of the alkoxy group (OR) is an alkyl group, an alkylene group, an allyl group, a vinyl group, or a vinylbenzyl group. , A (meth) acrylate group or the like may be selected arbitrarily, but an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is common and easy to use. In addition, other functional groups may be directly bonded to the metal. For example, a hydroxyl group, an alkyl group, an alkylene group, an allyl group, a vinyl group, a vinylbenzyl group, a (meth) acrylate group, a carboxyl group, an acetylacetone group, an acetoacetate group. There are ligands such as acetate groups. When all the functional groups bonded to the metal are alkoxy groups, it is possible to form an inorganic polymer chain consisting only of siloxane bonds by hydrolytic polycondensation of the metal alkoxide, and to exhibit higher properties as an inorganic compound. This is preferable. Specific examples of the compound include, but are not limited to, the following.

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本発明では、塩基はアニオン性基を有する樹脂の溶解性、分散性を向上させ、かつ金属アルコキシドの加水分解と縮合を進行させるのに用いられる。アニオン性基を有する樹脂中の該アニオン性基の少なくとも一部が中和されて、塩基と対イオンを形成し樹脂の親水性が増加する。使用される塩基性化合物は一価の塩基であって、例えばリチウム・カリウム・ナトリウム等のアルカリ金属、アンモニア、有機アミン・アルコールアミン・モルホリン・ピリジン等の有機塩基等がある。またこれらは金属アルコキシドに対する加水分解触媒として作用するが、触媒としては加水分解触媒でありながら金属アルコキシドの急激な加水分解を抑制する効果を有するモノエタノールアミン・ジエタノールアミン・トリエタノールアミン等のアルコールアミンを用いる方が、乳化時に樹脂と金属オキシドがより均一に混じるようになるため好ましい。なかでも、本発明において有用な揮発性塩基としては前記のアンモニアあるいは有機のアミン類がある。これら
本発明の有機無機ハイブリッド粒子を、例えば研磨剤として特に半導体等に使用する場合には、アルカリ金属イオン成分はなるべく少なくし、アルコールアミン等を用いた方が、金属イオンの残留による半導体特性への悪影響を排除できるので好ましい。
In the present invention, the base is used to improve the solubility and dispersibility of the resin having an anionic group and to proceed with the hydrolysis and condensation of the metal alkoxide. At least a part of the anionic group in the resin having an anionic group is neutralized to form a counter ion with the base, thereby increasing the hydrophilicity of the resin. The basic compound used is a monovalent base, and examples thereof include alkali metals such as lithium, potassium and sodium, ammonia, and organic bases such as organic amine, alcohol amine, morpholine and pyridine. These act as hydrolysis catalysts for metal alkoxides, but as catalysts, alcohol amines such as monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, etc. that have the effect of suppressing rapid hydrolysis of metal alkoxides. It is preferable to use it because the resin and the metal oxide are more uniformly mixed during emulsification. Among them, the volatile base useful in the present invention includes the above-mentioned ammonia or organic amines. When these organic-inorganic hybrid particles of the present invention are used, for example, as a polishing agent, particularly in semiconductors, the alkali metal ion component is reduced as much as possible, and the use of alcohol amine or the like leads to semiconductor characteristics due to residual metal ions. It is preferable because the adverse effect of can be eliminated.

一価の塩基の使用量は、樹脂のアニオン性基の10%以上好ましくは50モル%以上に相当する量を用いるのがよく、使用目的によって必要であれば100モル%以上に相当する量の塩基を添加しておいても、遊離塩基量が増加し微粒径で安定した有機無機ハイブリッド粒子の水分散体が得られる。
一方、一価塩基の加える量を少なくすると、有機無機ハイブリッド粒子の粒子径をより大きくすることができる。このように一価塩基量の調節により粒子径が均一で、任意の粒子径の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体が得られる。
The amount of the monovalent base used should be an amount corresponding to 10% or more, preferably 50 mol% or more of the anionic group of the resin, and an amount corresponding to 100 mol% or more if necessary depending on the purpose of use. Even when a base is added, an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles that are stable in a fine particle size with an increased free base amount can be obtained.
On the other hand, when the amount of the monovalent base added is reduced, the particle diameter of the organic-inorganic hybrid particles can be increased. Thus, by adjusting the amount of monovalent base, an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a uniform particle size and an arbitrary particle size can be obtained.

前記の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体は、特にアルカリの存在で場合によりゲル化を生じる場合がある。したがって、水性分散体のpHは2.0以上8.0未満に調整する必要がある。pH調整は、上記の金属アルコキシドの加水分解工程で揮発性の塩基が用いられているときは、これを揮散させることによっても行うことができるが、酸化合物を水性媒体中へ添加することで行うこともできる。使用することのできる酸化合物としては、一般的な塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸、酢酸、ホスホン酸、スルホン酸、同一分子内にヒドロキシアルキル基とカルボキシル基を有するシュウ酸、グリコール酸、ジグリコール酸等があるが、メタル研磨効果のある酸化合物を用いると研磨用スラリーとしての研磨性と分散安定性を同時に付与できるため好ましい。メタル研磨効果のある酸化合物としては、窒素原子に直結した酢酸基を有する化合物、具体的にはニトリロ三酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸等がある。   The aqueous dispersion of the organic-inorganic hybrid particles may sometimes cause gelation, particularly in the presence of alkali. Therefore, the pH of the aqueous dispersion needs to be adjusted to 2.0 or more and less than 8.0. When a volatile base is used in the hydrolysis step of the metal alkoxide, the pH can be adjusted by volatilizing the base, but by adding an acid compound into the aqueous medium. You can also. Examples of acid compounds that can be used include general hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, carbonic acid, acetic acid, phosphonic acid, sulfonic acid, oxalic acid having a hydroxyalkyl group and a carboxyl group in the same molecule, glycolic acid, Although there are diglycolic acid and the like, it is preferable to use an acid compound having a metal polishing effect because polishing properties and dispersion stability as a polishing slurry can be simultaneously provided. As an acid compound having a metal polishing effect, a compound having an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom, specifically, nitrilotriacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, 1,3-diamino-2 -Hydroxypropanetetraacetic acid and the like.

更に好ましい酸化合物としては、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物が好ましく、具体的にはヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン四酢酸、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸、ジヒドロキシエチルグリシンから選ばれた化合物が好ましい。   More preferable acid compounds are compounds having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly connected to a nitrogen atom, and compounds having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly connected to a nitrogen atom. Specifically, hydroxyethyliminodiacetic acid, hydroxy A compound selected from ethylethylenediaminetetraacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid, and dihydroxyethylglycine is preferred.

本発明の水性分散体のpHは2.0以上、8.0未満に調整することが必要であるが、特にpH2.5以上7.5以下の範囲に調整することによって有機無機ハイブリッド粒子の分散安定性をより良好に保つことができ好ましい。前記窒素原子に直結した酢酸基、あるいはヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物を含む水性分散体から得られる研磨スラリーはスラリーの安定性に加えて、研磨性能、特にメタルの研磨性能に優れる。これは有機無機ハイブリッド粒子表面にキレート構造が付与され、キレート性能が発現したためと考えられる。   Although it is necessary to adjust the pH of the aqueous dispersion of the present invention to 2.0 or more and less than 8.0, the dispersion of the organic-inorganic hybrid particles is particularly adjusted by adjusting the pH to a range of 2.5 to 7.5. The stability can be kept better, which is preferable. A polishing slurry obtained from an aqueous dispersion containing an acetic acid group directly connected to the nitrogen atom or a compound having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group is excellent in polishing performance, particularly metal polishing performance, in addition to the stability of the slurry. This is presumably because the chelate structure was imparted to the surface of the organic-inorganic hybrid particles and the chelate performance was expressed.

また、前記酸化合物は、酸基が全て遊離している必要はなく、酸基の一部がNa、Li等のアルカリ金属、アンモニア、有機アミン、アルコールアミン、ピリジン・モルホリン・等のその他塩基性化合物で中和されていてもよい。但し電子部品等の用途には一般にアルカリ金属は好ましくない。   In addition, the acid compound does not need to be completely free of acid groups, and some of the acid groups are alkali metals such as Na and Li, ammonia, organic amines, alcohol amines, and other basic groups such as pyridine, morpholine, etc. It may be neutralized with a compound. However, alkali metals are generally not preferred for applications such as electronic parts.

また、塩基性化合物自体が多価金属と錯塩を形成する場合、メタル研磨に優れた研磨効果を示す。多価金属と錯塩を形成する塩基性化合物としては、前述のアンモニア、アルコールアミンの他、ベンゾトリアゾール・トリルトリアゾール・1−ヒドロキシベンゾトリアゾール等のトリアゾール化合物、ベンズイミダゾール化合物、o−フェナントロリン、2,2’−ビピリジル、3−メチル−1−フェニル−5−ピラゾロン等があるがこれらに限定されるものではない。これらの多価金属と錯塩を形成する塩基性化合物と、例えばヒドロキシアルキルイミノカルボン酸等の酸化合物を用いることにより、その相乗効果により優れたメタル研磨性能が発現する。   Moreover, when a basic compound itself forms a complex salt with a polyvalent metal, it exhibits a polishing effect excellent in metal polishing. Examples of basic compounds that form complex salts with polyvalent metals include the above-mentioned ammonia and alcohol amines, triazole compounds such as benzotriazole, tolyltriazole, and 1-hydroxybenzotriazole, benzimidazole compounds, o-phenanthroline, 2, 2 Examples include, but are not limited to, '-bipyridyl, 3-methyl-1-phenyl-5-pyrazolone. By using a basic compound that forms a complex salt with these polyvalent metals and an acid compound such as hydroxyalkyliminocarboxylic acid, an excellent metal polishing performance is exhibited due to its synergistic effect.

本発明の水性分散体を金属用研磨スラリーとして使用するには、公知のエッチング剤としては、前記の化合物の他、水溶性キレート化合物、グリシン等のアミノ酢酸、アミド硫酸、もしくはこれらの混合酸と、過酸化水素、硝酸、次亜塩素酸、オゾン水等の酸化剤を含有するエッチング剤がある。
金属材料と反応することにより保護膜を形成する化学試薬としては、前記の多価金属と錯塩を形成する塩基性化合物以外に、チオ尿素、サリチルアルドキシム、クペロン、エチレンジアミン、イオウを含むアミノ酸、特にシスティン、p−アミノベンズアルデヒド、ハロ酢酸、チオール類、例えばドデシルメルカプタン、オクタンホスホン酸等のホスホン酸類、グルコースやフルクトース等の単糖類、およびこれらの物質の誘導体またはそれらの混合物、N−ベンゾイル−N−フェニルヒドロキシルアミンまたはそのBPA誘導体等を用いることができる。
また、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸等の水溶液を用いることもできる。
その他、金属用研磨スラリーには、防腐剤、界面活性剤等を併用することが出来る。
In order to use the aqueous dispersion of the present invention as a metal polishing slurry, known etchants include, in addition to the above compounds, water-soluble chelate compounds, aminoacetic acids such as glycine, amidosulfuric acid, or mixed acids thereof. Etching agents containing oxidizing agents such as hydrogen peroxide, nitric acid, hypochlorous acid, and ozone water.
As a chemical reagent that forms a protective film by reacting with a metal material, in addition to the basic compound that forms a complex salt with the polyvalent metal, amino acids including thiourea, salicylaldoxime, cuperone, ethylenediamine, and sulfur, particularly Cysteine, p-aminobenzaldehyde, haloacetic acid, thiols such as phosphonic acids such as dodecyl mercaptan and octane phosphonic acid, monosaccharides such as glucose and fructose, and derivatives of these substances or mixtures thereof, N-benzoyl-N- Phenylhydroxylamine or a BPA derivative thereof can be used.
Further, aqueous solutions of nitric acid, ammonia, ammonium salts such as ammonium persulfate, ammonium nitrate, ammonium chloride, and chromic acid can also be used.
In addition, preservatives, surfactants, and the like can be used in combination with the metal polishing slurry.

本発明の、アニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルからなる有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体であって、pHを2.0以上8.0未満に調整した有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法としては、具体的には以下の工程を有する製造方法によって製造することができる。
(1)少なくとも一部が塩基性化合物で中和されたアニオン性基を有する樹脂のpH8.0以上の水溶液中に、多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物を溶解または懸濁させた混合物を製造する混合工程と、
(2)前記混合物のpHを8.0以上に保ちつつ、該混合物中の多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物を加水分解し、または加水分解し縮合させる加水分解工程と、
(3)前記混合物のpHが2.0以上、8.0未満、好ましくはpH2.5以上7.5以下となるようにpH調整を行い、混合物中の樹脂の溶解度を低下させ、混合物を乳化または懸濁液化させ、樹脂及び多価帰属アルコキシドの加水分解縮合生成物を析出させる粒子化工程と、
(4)必要に応じて水酸基を有する酸化合物を添加した前記混合物をさらに加水分解重縮合させ、粒子内でゲル化させる工程
を有する有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法である。
An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles comprising a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide according to the present invention, the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles having a pH adjusted to 2.0 or more and less than 8.0 Specifically as a manufacturing method of a body, it can manufacture with the manufacturing method which has the following processes.
(1) A polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis-condensation product of a polyvalent metal alkoxide is dissolved or suspended in an aqueous solution having an anionic group neutralized with a basic compound and having an anionic group at pH 8.0 or higher. A mixing step for producing a turbid mixture;
(2) a hydrolysis step of hydrolyzing or hydrolyzing and condensing the polyhydric metal alkoxide or the polyhydric metal alkoxide hydrolysis condensation product in the mixture while maintaining the pH of the mixture at 8.0 or higher; ,
(3) pH adjustment is performed so that the pH of the mixture is 2.0 or more and less than 8.0, preferably pH 2.5 or more and 7.5 or less, and the solubility of the resin in the mixture is lowered to emulsify the mixture. Alternatively, a granulation step of suspending and precipitating a hydrolysis condensation product of a resin and a polyvalent alkoxide,
(4) A method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles, comprising a step of hydrolyzing and polycondensing the mixture, to which an acid compound having a hydroxyl group is added as necessary, and gelling within the particles.

すなわち、本発明の水性分散体の製造方法においては、多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物を含有する樹脂溶液中に酸化合物を加えて、樹脂の溶解度を低下させて樹脂と多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物からなる混合物を乳化または粒子化させると同時に粒子表面のシラノール基を封鎖する。またさらに好ましくは、前記混合物粒子中の多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解重縮合をさらに進行させて粒子内でゲル化を行い、有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体を製造する。   That is, in the method for producing an aqueous dispersion of the present invention, an acid compound is added to a resin solution containing a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide to reduce the solubility of the resin. And a polyhydric metal alkoxide or a polyhydric metal alkoxide hydrolyzed condensation product are emulsified or granulated and simultaneously silanol groups on the particle surface are blocked. More preferably, the polyhydric metal alkoxide or polyvalent metal alkoxide in the mixture particles is further subjected to hydrolysis and polycondensation to perform gelation in the particles to produce an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles.

以下、本発明に有効な製造方法の各工程毎に詳細な説明を行う。
(1)アニオン性基を有する樹脂の樹脂水溶液中に多価金属アルコキシドを溶解または懸濁させた混合物を作製する混合工程
混合工程においては、アニオン性基を有する樹脂と、多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物と、塩基性化合物とを加え、多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物を含有する樹脂水溶液を製造する。
多価金属アルコキシドが樹脂に取り込まれる前に水と接触すると、加水分解が過度に進行して凝集物を生じやすくなるので、均一な有機無機ハイブリッド粒子を作製するためには前述のアルコール系溶剤のような加水分解抑制剤を使用しても良い。アルコールを併用することにより、脱アルコール反応である多価金属アルコキシドの加水分解が抑制されるが、一方で樹脂水溶液中への多価金属アルコキシドの溶解度が高まり、樹脂と多価金属アルコキシドが均一に混じり易くなるため好ましい。加水分解抑制剤としては、塩基としても作用するアルコールアミンや樹脂を溶解する溶剤としても作用するアルコールの他に、例えば、アセチルアセトン・アセト酢酸エステル・ジアセト酢酸アルキルエステルの如きキレート化剤、アセトイン、ジエチレングリコール・ポリエチレングリコール等のポリオール等を好適に用いることができる。
Hereinafter, a detailed description will be given for each step of the production method effective for the present invention.
(1) Mixing step for preparing a mixture in which a polyvalent metal alkoxide is dissolved or suspended in an aqueous resin solution of a resin having an anionic group In the mixing step, a resin having an anionic group and a polyvalent metal alkoxide or a polyvalent metal alkoxide A hydrolysis condensation product of a valent metal alkoxide and a basic compound are added to produce an aqueous resin solution containing a polyvalent metal alkoxide or a hydrolysis condensation product of a polyvalent metal alkoxide.
If the polyvalent metal alkoxide is brought into contact with water before it is incorporated into the resin, hydrolysis proceeds excessively and agglomerates are likely to be formed. Therefore, in order to produce uniform organic-inorganic hybrid particles, the alcohol-based solvent described above is used. Such a hydrolysis inhibitor may be used. By using alcohol together, hydrolysis of the polyhydric metal alkoxide, which is a dealcoholization reaction, is suppressed. On the other hand, the solubility of the polyvalent metal alkoxide in the aqueous resin solution is increased, and the resin and the polyvalent metal alkoxide are uniformly distributed. It is preferable because it is easy to mix. Examples of hydrolysis inhibitors include alcohol amines that also act as bases and alcohols that also act as solvents for dissolving resins, as well as chelating agents such as acetylacetone, acetoacetate, alkyl acetoacetate, acetoin, and diethylene glycol. -Polyols such as polyethylene glycol can be suitably used.

混合工程においては、アニオン性基を有する樹脂を溶解するための水混和性有機溶剤を併用することも出来る。水混和性有機溶剤としては、例えばアセトン、ジメチルケトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶剤、酢酸エチルエステル等のエステル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤、アミド類等、樹脂を溶解して、単独あるいは他の有機溶剤との組合せで水混和性があるものであれば使用可能である。   In the mixing step, a water-miscible organic solvent for dissolving the resin having an anionic group can be used in combination. Examples of water-miscible organic solvents include ketone solvents such as acetone, dimethyl ketone, and methyl ethyl ketone, alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol, ester solvents such as ethyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether, and ethylene glycol dimethyl ether. Any solvent can be used as long as it dissolves the resin and is water-miscible either alone or in combination with other organic solvents, such as glycol ether solvents such as amides.

なお、必要に応じて無機または有機の不溶性の粒子を混合物中に添加してもよい。これら粒子の添加にあたっては、添加後に前記混合物中に分散させるか、予め混合物中の自己水分散性樹脂、溶剤と相溶する樹脂、溶剤中に分散させたものを前記混合物に添加して用いることができる。このように別途用意された無機または有機粒子を用いることにより、これら粒子をコアにして表面を本発明のハイブリッド体で被覆して粒子化をより容易に行わせたり、製造コストを下げたりすることができる。   If necessary, inorganic or organic insoluble particles may be added to the mixture. In the addition of these particles, it is necessary to disperse in the mixture after the addition, or to add a self-water-dispersible resin in the mixture, a resin compatible with the solvent, or a material dispersed in the solvent to the mixture. Can do. By using inorganic or organic particles prepared separately in this way, these particles can be used as a core and the surface can be coated with the hybrid of the present invention to facilitate particle formation or reduce manufacturing costs. Can do.

(2)加水分解縮合工程
加水分解縮合工程においては、アニオン性基を含有する樹脂溶液中のpHを8.0以上にするために、塩基触媒を使用して多価金属アルコキシド加水分解、及び縮合、または多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物のさらなる加水分解縮合を行わせる。また塩基触媒としては公知のものが使用されるが、アニオン性基を有する樹脂を水性分散体とするための乳化用塩基の一部を塩基触媒としてもよい。具体的には、アンモニア、アルキルアミン・アルコールアミン等の有機アミン、ピリジン、ピペラジンその他の塩基性化合物がある。
(2) Hydrolysis condensation step In the hydrolysis condensation step, polyvalent metal alkoxide hydrolysis and condensation using a base catalyst in order to make the pH of the resin solution containing an anionic group 8.0 or higher. Or subjecting the hydrolysis condensation product of the polyvalent metal alkoxide to further hydrolysis condensation. A known base catalyst is used, but a part of the emulsifying base for making an aqueous dispersion of a resin having an anionic group may be used as the base catalyst. Specific examples include ammonia, organic amines such as alkylamine / alcoholamine, pyridine, piperazine and other basic compounds.

加水分解縮合工程においては、時間、温度条件は混合物の配合に応じて適宜設定できるが、乳化粒子化工程前に充分な加水分解、縮合を行わせるためには室温以上で、3〜48時間が好ましい。多価金属アルコキシドの加水分解、および縮合は、次工程である(乳化)粒子化工程と同時に行っても良いが、乳化(粒子化)工程前に混合物中で加水分解縮合工程を充分進行させることにより、無機材料と有機高分子がより均一に混合した粒子を形成することができる。また水性分散体の保存安定性も良好となる。   In the hydrolysis-condensation step, the time and temperature conditions can be appropriately set according to the blending of the mixture, but in order to perform sufficient hydrolysis and condensation before the emulsification granulation step, it is at room temperature or more and 3 to 48 hours. preferable. The polyhydric metal alkoxide may be hydrolyzed and condensed at the same time as the next step (emulsification), but the hydrolysis and condensation step should proceed sufficiently in the mixture before the emulsification (particle formation) step. Thus, particles in which the inorganic material and the organic polymer are more uniformly mixed can be formed. Also, the storage stability of the aqueous dispersion is improved.

加水分解縮合工程の結果、多価金属アルコキシドからその加水分解生成物、縮合生成物として金属酸化物ゾルが形成される、加水分解縮合工程においては金属酸化物ゾルの縮重合が進みすぎて金属酸化物ゲルが形成されることは、以後の乳化工程の障害となりやすいため好ましくない。   As a result of the hydrolysis-condensation step, the metal oxide sol is formed as a hydrolysis product or condensation product from the polyvalent metal alkoxide. Formation of a product gel is not preferable because it easily becomes an obstacle to the subsequent emulsification process.

(3)混合物の乳化工程または粒子化工程
乳化粒子化工程においては、加水分解縮合工程で形成された、樹脂と多価金属アルコキシドの加水分解縮合物である金属酸化物ゾルとの、均一混合物を水中に乳化または粒子化する。
混合物を乳化または粒子化する方法としては、混合物中の樹脂の溶解度を下げることによって行うことが出来る。具体的な方法としては溶媒である水の一部を揮散させる方法、低温にして樹脂の溶解度を低下させる方法等があるが、本発明の製造方法においては、混合物のpHを下げることにより樹脂の溶解度を低下させる方法を用いる。この方法は樹脂の溶解度の制御を行いやすい点で好ましい。
(3) Emulsification step or granulation step of mixture In the emulsification granulation step, a uniform mixture of resin and metal oxide sol which is a hydrolysis condensate of polyvalent metal alkoxide formed in the hydrolysis condensation step is used. Emulsify or granulate in water.
The method of emulsifying or granulating the mixture can be performed by lowering the solubility of the resin in the mixture. Specific methods include volatilizing a part of water as a solvent and reducing the solubility of the resin by lowering the temperature. However, in the production method of the present invention, the resin is prepared by lowering the pH of the mixture. A method of reducing solubility is used. This method is preferable because the solubility of the resin can be easily controlled.

酸を混合物に撹拌下で少しずつ加えて、樹脂の固まりが生じない程度、すなわち2.0以上8.0未満にpHを低下させる、また予め塩基性化合物として揮発性の塩基性化合物を使用しておき、該塩基性化合物を揮散させる方法をもちいることができる。この場合は金属アルコキシドの加水分解・重縮合によって生じたアルコールも併せて留去されるという利点もある。該樹脂の溶解度を低下させると徐々に樹脂の疎水性基が内側に向き、親水性基が外側に向いたエマルジョンを形成し、該樹脂を含む混合物が乳化するようになる。   The acid is added little by little to the mixture with stirring to lower the pH to such an extent that the resin does not harden, that is, 2.0 or more and less than 8.0, and a volatile basic compound is used as the basic compound in advance. In addition, a method of volatilizing the basic compound can be used. In this case, there is an advantage that alcohol generated by hydrolysis and polycondensation of the metal alkoxide is also distilled off. When the solubility of the resin is lowered, an emulsion is formed in which the hydrophobic group of the resin gradually faces inward and the hydrophilic group faces outward, and the mixture containing the resin becomes emulsified.

(4)粒子内ゲル化工程
必要であれば、上記のように形成され乳化または粒子化された混合物の液滴中、粒子中で、含有される多価金属アルコキシドまたは多価金属アルコキシドの加水分解縮合生成物のさらなる縮合を進めて、粒子内ゲル化を進行させる。本工程においては、加熱し、加水分解縮合によって生成するアルコールを留去することによって一層粒子内ゲル化が進行し、金属酸化物ゲルと樹脂が均一に混合した有機無機ハイブリッド粒子が形成される。
(4) Intraparticle gelation step If necessary, the polyvalent metal alkoxide or polyvalent metal alkoxide contained in the droplets of the mixture formed and emulsified or granulated as described above is hydrolyzed. Further condensation of the condensation product proceeds to promote intraparticle gelation. In this step, by heating and distilling off the alcohol produced by hydrolysis condensation, intra-particle gelation proceeds further, and organic-inorganic hybrid particles in which the metal oxide gel and the resin are uniformly mixed are formed.

本発明の製造方法においては、アニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドを少なくとも含むプロセスの好適な段階において、室温以上の温度、好ましくは30℃以上100℃以下でエージングを行うことが金属アルコキシドの反応ゲルからなる乳化粒子の分散体を作製する上で有用である。   In the production method of the present invention, in a suitable stage of the process including at least a resin having an anionic group and a metal alkoxide, aging is performed at a temperature of room temperature or higher, preferably 30 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. This is useful in preparing a dispersion of emulsified particles made of gel.

前記した製造方法に準じて得た有機無機ハイブリッド粒子からなる研磨用粒子を含む水性分散体は、これをそのまま水性の研磨剤スラリーとして用いる場合は出来るだけ乳化後に水より低い沸点を有する有機溶剤を除去する工程を導入して調製しておくことが望ましく、これによって研磨用粒子の溶解・膨潤がなくなり、優れた研磨能力と安定した水性分散体が得られる。   An aqueous dispersion containing abrasive particles made of organic-inorganic hybrid particles obtained according to the above-described production method is used as an aqueous abrasive slurry as it is, and an organic solvent having a boiling point lower than that of water as much as possible after emulsification is used. It is desirable to prepare by introducing a step of removing, whereby the dissolution and swelling of the abrasive particles are eliminated, and an excellent polishing ability and a stable aqueous dispersion can be obtained.

次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、以下の実施例中における「部」は『質量部』を表わす。
(実施例1)
アクリル酸樹脂(アクリル酸/スチレン/アクリル酸2エチルへキシル=55/20/25;酸価160;分子量2万7千)のアンモニア水溶液(樹脂分20質量%、28%アンモニア水4.5%)0.5部、4%アンモニア水0.2部、水88.6部の混合溶液を撹拌しながら、Si(O−C10部を加え、80℃で3時間撹拌してpH8.5の分散液を得た。
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. In the following examples, “part” represents “part by mass”.
Example 1
Ammonia aqueous solution of acrylic resin (acrylic acid / styrene / 2-ethylhexyl acrylate = 55/20/25; acid value 160; molecular weight 27,000) (resin content 20 mass%, 28% ammonia water 4.5% ) While stirring a mixed solution of 0.5 parts, 0.2 parts of 4% aqueous ammonia and 88.6 parts of water, 10 parts of Si (O—C 2 H 5 ) 4 was added and stirred at 80 ° C. for 3 hours. Thus, a dispersion having a pH of 8.5 was obtained.

得られた分散液をロータリーエバポレーターを用いてSi(O−Cから生じたエタノールとアンモニアと水の一部および残留Si(O−Cを留去してpH6.9、固形分5%の水分散体を得た。遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子脂粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は20nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体100部にニトリロ三酢酸二アンモニウム3部と30%過酸化水素水3部を加えて、pH3.5の研磨スラリーを得た。
得られた研磨スラリーを用いて卓上小型ラッピングマシンFACT200S(株式会社ナノファクター製)を用いて100g/cmの加重、回転数80回転30分、スラリー供給量20ml、研磨パッドsurfin−ssw−1(フジミインコーポレーテッド製)で銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢を有し、平均粗さRa値は15nmであった。研磨レートは、厚さ2000Å/分であった。
A part of the obtained dispersion liquid was distilled off ethanol, ammonia, a part of water and residual Si (O—C 2 H 5 ) 4 generated from Si (O—C 2 H 5 ) 4 using a rotary evaporator to obtain a pH of 6 .9, an aqueous dispersion having a solid content of 5% was obtained. Coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle fat particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had a volume average particle size of 20 nm, good particle size uniformity, no sediment, and stable dispersion.
3 parts of nitrilotriacetic acid diammonium salt and 3 parts of 30% hydrogen peroxide solution were added to 100 parts of the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles to obtain a polishing slurry having a pH of 3.5.
Using the obtained polishing slurry, using a desktop small lapping machine FACT200S (manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), a load of 100 g / cm 2 , a rotation speed of 80 rotations 30 minutes, a slurry supply amount 20 ml, a polishing pad surfin-ssw-1 ( Copper was polished with Fujimi Incorporated. The surface of the obtained copper had a metallic luster and the average roughness Ra value was 15 nm. The polishing rate was 2000 mm / min in thickness.

(比較例1)
実施例1のニトリロ三酢酸二アンモニウムを除いたスラリー組成で同様にして銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢が無く、ほとんど研磨されていなかった。
(Comparative Example 1)
Copper was polished in the same manner with the slurry composition excluding nitrilotriacetic acid diammonium salt of Example 1. The obtained copper surface had no metallic luster and was hardly polished.

(実施例2)
アクリル酸樹脂(アクリル酸/スチレン/アクリル酸2エチルへキシル=55/20/25;酸価160;分子量2万7千)のアンモニア水溶液(樹脂分20質量%、28%アンモニア水4.5%)0.5部、4%アンモニア水0.2部、水88.6部の混合溶液を撹拌しながら、Si(O−C10部を加え、80℃で3時間撹拌してpH8.5の分散液を得た。
(Example 2)
Ammonia aqueous solution of acrylic resin (acrylic acid / styrene / 2-ethylhexyl acrylate = 55/20/25; acid value 160; molecular weight 27,000) (resin content 20 mass%, 28% ammonia water 4.5% ) While stirring a mixed solution of 0.5 parts, 0.2 parts of 4% aqueous ammonia and 88.6 parts of water, 10 parts of Si (O—C 2 H 5 ) 4 was added and stirred at 80 ° C. for 3 hours. Thus, a dispersion having a pH of 8.5 was obtained.

得られた分散液にエチレンジアミン四酢酸0.1部を加え80℃で1時間撹拌し、その後ロータリーエバポレーターを用いてSi(O−Cから生じたエタノールとアンモニアと水の一部および残留Si(O−Cを留去してpH2.8、固形分5%の水分散体を得た。遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子脂粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は30nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体100部にニトリロ三酢酸二アンモニウム3部と30%過酸化水素水3部を加えて、pH3.5の研磨スラリーを得た。
得られた研磨スラリーを用いて卓上小型ラッピングマシンFACT200S(株式会社ナノファクター製)を用いて100g/cmの加重、回転数80回転30分、スラリー供給量20ml、研磨パッドsurfin−ssw−1(フジミインコーポレーテッド製)で銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢を有し、平均粗さRa値は20nmであった。研磨レートは、厚さ1800Å/分であった。
Ethylenediaminetetraacetic acid (0.1 part) was added to the obtained dispersion and stirred at 80 ° C. for 1 hour, and then a part of ethanol, ammonia and water produced from Si (O—C 2 H 5 ) 4 using a rotary evaporator. And residual Si (O—C 2 H 5 ) 4 was distilled off to obtain an aqueous dispersion having a pH of 2.8 and a solid content of 5%. Coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle fat particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had a volume average particle size of 30 nm, good uniformity in particle size, no sediment, and stable dispersion.
3 parts of nitrilotriacetic acid diammonium salt and 3 parts of 30% hydrogen peroxide solution were added to 100 parts of the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles to obtain a polishing slurry having a pH of 3.5.
Using the obtained polishing slurry, using a desktop small lapping machine FACT200S (manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), a load of 100 g / cm 2 , a rotation speed of 80 rotations 30 minutes, a slurry supply amount 20 ml, a polishing pad surfin-ssw-1 ( Copper was polished with Fujimi Incorporated. The obtained copper surface had a metallic luster and the average roughness Ra value was 20 nm. The polishing rate was 1800 mm / min in thickness.

(比較例2)
実施例2のエチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸二アンモニウムを除いた組成で同様にして銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢が無く、ほとんど研磨されていなかった。
(Comparative Example 2)
Copper was polished in the same manner as in Example 2 except for the composition of ethylenediaminetetraacetic acid and nitrilotriacetic acid diammonium. The obtained copper surface had no metallic luster and was hardly polished.

(実施例3)
アクリル酸樹脂(アクリル酸/スチレン/アクリル酸2エチルへキシル=55/20/25;酸価160;分子量2万7千)のアンモニア水溶液(樹脂分20質量%、28%アンモニア水4.5%)0.5部、4%アンモニア水0.2部、水88.6部の混合溶液を撹拌しながら、Si(O−C10部を加え、80℃で3時間撹拌してpH8.5の分散液を得た。
(Example 3)
Ammonia aqueous solution of acrylic resin (acrylic acid / styrene / 2-ethylhexyl acrylate = 55/20/25; acid value 160; molecular weight 27,000) (resin content 20 mass%, 28% ammonia water 4.5% ) While stirring a mixed solution of 0.5 parts, 0.2 parts of 4% aqueous ammonia and 88.6 parts of water, 10 parts of Si (O—C 2 H 5 ) 4 was added and stirred at 80 ° C. for 3 hours. Thus, a dispersion having a pH of 8.5 was obtained.

得られた分散液にヒドロキシエチルイミノ二酢酸0.2部を加え80℃で1時間撹拌し、その後ロータリーエバポレーターを用いてSi(O−Cから生じたエタノールとアンモニアと水の一部および残留Si(O−Cを留去してpH2.8、固形分5%の水分散体を得た。遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子脂粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は25nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体100部にニトリロ三酢酸二アンモニウム3部と30%過酸化水素水3部を加えて、pH3.5の研磨スラリーを得た。
得られた研磨スラリーを用いて卓上小型ラッピングマシンFACT200S(株式会社ナノファクター製)を用いて100g/cmの加重、回転数80回転30分、スラリー供給量20ml、研磨パッドsurfin−ssw−1(フジミインコーポレーテッド製)で銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢を有し、平均粗さRa値は15nmであった。研磨レートは、厚さ2000Å/分であった。
0.2 parts of hydroxyethyliminodiacetic acid was added to the obtained dispersion and stirred at 80 ° C. for 1 hour, and then ethanol, ammonia and water generated from Si (O—C 2 H 5 ) 4 using a rotary evaporator. Part and residual Si (O—C 2 H 5 ) 4 were distilled off to obtain an aqueous dispersion having a pH of 2.8 and a solid content of 5%. Coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle fat particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had a volume average particle size of 25 nm, good particle size uniformity, no sediment, and stable dispersion.
3 parts of nitrilotriacetic acid diammonium salt and 3 parts of 30% hydrogen peroxide solution were added to 100 parts of the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles to obtain a polishing slurry having a pH of 3.5.
Using the obtained polishing slurry, using a desktop small lapping machine FACT200S (manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), a load of 100 g / cm 2 , a rotation speed of 80 rotations 30 minutes, a slurry supply amount 20 ml, a polishing pad surfin-ssw-1 ( Copper was polished with Fujimi Incorporated. The surface of the obtained copper had a metallic luster and the average roughness Ra value was 15 nm. The polishing rate was 2000 mm / min in thickness.

(比較例3)
実施例3のヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸二アンモニウムを除いた組成で同様にして銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢が無く、ほとんど研磨されていなかった。
(Comparative Example 3)
Copper was polished in the same manner with the same composition as Example 3 except for hydroxyethyliminodiacetic acid and nitrilotriacetic acid diammonium. The obtained copper surface had no metallic luster and was hardly polished.

(実施例4)
アクリル酸樹脂(アクリル酸/スチレン/アクリル酸2エチルへキシル=55/20/25;酸価160;分子量2万7千)のアンモニア水溶液(樹脂分20質量%、28%アンモニア水4.5%)0.5部、4%アンモニア水0.2部、水88.6部の混合溶液を撹拌しながら、Si(O−C10部を加え、80℃で3時間撹拌してpH8.5の分散液を得た。
得られた分散液にジヒドロキシエチルグリシン2部、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール0.5部を加え80℃で1時間撹拌し、その後ロータリーエバポレーターを用いてSi(O−Cから生じたエタノールとアンモニアと水の一部および残留Si(O−Cを留去してpH6.8、固形分5%の水分散体を得た。遠心分離で粗大粒子を除去して有機無機ハイブリッド粒子脂粒子水性分散体とした。得られた有機無機ハイブリッド粒子の体積平均粒径は20nmで粒径の均一性が良く、沈降物も無く分散は安定であった。
Example 4
Ammonia aqueous solution of acrylic resin (acrylic acid / styrene / 2-ethylhexyl acrylate = 55/20/25; acid value 160; molecular weight 27,000) (resin content 20 mass%, 28% ammonia water 4.5% ) While stirring a mixed solution of 0.5 parts, 0.2 parts of 4% aqueous ammonia and 88.6 parts of water, 10 parts of Si (O—C 2 H 5 ) 4 was added and stirred at 80 ° C. for 3 hours. Thus, a dispersion having a pH of 8.5 was obtained.
To the obtained dispersion, 2 parts of dihydroxyethylglycine and 0.5 part of 1-hydroxybenzotriazole were added, stirred at 80 ° C. for 1 hour, and then generated from Si (O—C 2 H 5 ) 4 using a rotary evaporator. A part of ethanol, ammonia, water and residual Si (O—C 2 H 5 ) 4 were distilled off to obtain an aqueous dispersion having a pH of 6.8 and a solid content of 5%. Coarse particles were removed by centrifugation to obtain an organic-inorganic hybrid particle fat particle aqueous dispersion. The obtained organic-inorganic hybrid particles had a volume average particle size of 20 nm, good particle size uniformity, no sediment, and stable dispersion.

得られた有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体100部に30%過酸化水素水3部を加えて、pH6.5の研磨スラリーを得た。
得られた研磨スラリーを用いて卓上小型ラッピングマシンFACT200S(株式会社ナノファクター製)を用いて100g/cmの加重、回転数80回転30分、スラリー供給量20ml、研磨パッドsurfin−ssw−1(フジミインコーポレーテッド製)で銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢を有し、平均粗さRa値は10nmであった。研磨レートは、厚さ1800Å/分であった。
3 parts of 30% aqueous hydrogen peroxide was added to 100 parts of the obtained aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles to obtain a polishing slurry having a pH of 6.5.
Using the obtained polishing slurry, using a desktop small lapping machine FACT200S (manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), a load of 100 g / cm 2 , a rotation speed of 80 rotations 30 minutes, a slurry supply amount 20 ml, a polishing pad surfin-ssw-1 ( Copper was polished with Fujimi Incorporated. The surface of the obtained copper had a metallic luster and the average roughness Ra value was 10 nm. The polishing rate was 1800 mm / min in thickness.

(比較例4)
実施例4のジヒドロキシエチルグリシン、1−ヒドロキシベンゾトリアゾールを除いた組成で同様にして銅の研磨を行った。得られた銅の表面は金属光沢が無く、ほとんど研磨されていなかった。
(Comparative Example 4)
Copper was polished in the same manner as in the composition of Example 4 except for dihydroxyethylglycine and 1-hydroxybenzotriazole. The obtained copper surface had no metallic luster and was hardly polished.

本発明の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法から得られる有機無機ハイブリッド粒子水性分散体およびハイブリッド粒子は、その機械強度を利用する研磨剤・耐摩耗コーティング材あるいは成型物・接着剤、その光学的な性質を利用する各種光学フィルム・光通信材料、その電気特性や耐熱性を利用する半導体封止材等の電子材料やその他複合材料等、粒子単独あるいは塗料として様々な産業上の利用が可能である。
The organic-inorganic hybrid particle aqueous dispersion and hybrid particles obtained from the method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles of the present invention include an abrasive, an anti-wear coating material or a molded product / adhesive, which uses its mechanical strength, Various industrial uses as particles alone or paints, such as various optical films and optical communication materials that utilize optical properties, electronic materials such as semiconductor encapsulants that utilize their electrical properties and heat resistance, and other composite materials Is possible.

Claims (14)

アニオン性基を有する樹脂と金属アルコキシドの反応ゲルからなる有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体であって、pHを2.0以上、8.0未満の範囲に調整したことを特徴とする有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 An aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles comprising a reaction gel of a resin having an anionic group and a metal alkoxide, wherein the pH is adjusted to a range of 2.0 or more and less than 8.0, and the organic-inorganic hybrid is characterized in that An aqueous dispersion of particles. 前記有機無機ハイブリッド粒子は、該粒子中の反応ゲルがpH8.0以上の前記アニオン性基を有する樹脂溶液中で、前記金属アルコキシドの加水分解によって形成されたものである請求項1に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The organic-inorganic hybrid particle according to claim 1, wherein the organic-inorganic hybrid particle is formed by hydrolysis of the metal alkoxide in a resin solution in which the reaction gel in the particle has the anionic group having a pH of 8.0 or more. An aqueous dispersion of inorganic hybrid particles. 前記pH範囲の調整は酸化合物の添加によって行われたものである請求項2に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 2, wherein the pH range is adjusted by adding an acid compound. 前記酸化合物の添加は金属アルコキシドの加水分解生成物を含有する樹脂溶液を粒子化する過程で添加されたものである請求項3に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 3, wherein the acid compound is added in the process of forming a resin solution containing a hydrolysis product of a metal alkoxide into particles. 酸化合物が、窒素原子に直結した酢酸基を有する化合物である請求項3または4に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 3 or 4, wherein the acid compound is a compound having an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom. 酸化合物が、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物である請求項5に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 5, wherein the acid compound is a compound having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom. 窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物が、少なくともヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン四酢酸、1,3−ジアミノ−2−ヒドロキシプロパン四酢酸、及びジヒドロキシエチルグリシンからなる群から選ばれる少なくとも一つの化合物である請求項6に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The compound having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom is at least from the group consisting of hydroxyethyliminodiacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid, 1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid, and dihydroxyethylglycine. The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 6, which is at least one compound selected. 酸化合物の酢酸基の少なくとも一部が、塩基性化合物で中和された請求項3〜7に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 3, wherein at least a part of the acetic acid group of the acid compound is neutralized with a basic compound. 塩基性化合物が、多価金属と錯塩を形成する塩基性化合物である請求項8に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体。 The aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 8, wherein the basic compound is a basic compound that forms a complex salt with a polyvalent metal. 請求項3〜9に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体を主成分とする研磨スラリー。 A polishing slurry comprising the aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 3 as a main component. アニオン性基を有する樹脂と、多価金属アルコキシドの反応ゲルを含有する有機無機ハイブリッド粒子の製造方法であって
(1)少なくとも一部が塩基性化合物で中和されたアニオン性基を有する樹脂の樹脂水溶液中に、多価金属アルコキシドを溶解または懸濁させた混合物を製造する混合工程と、
(2)前記混合物中の多価金属アルコキシドを、該混合物のpHを塩基触媒下で8.0以上に保ちつつ、加水分解、または加水分解し縮合させる加水分解工程と、
(3)前記混合物中のpHを2.0以上8.0未満にまで低下させ、前記樹脂の溶解度を低下させて前記混合物を乳化または粒子化させる粒子化工程を有し、かつ前記粒子化工程では、酸化合物が添加されることを特徴とした有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。
A method for producing organic-inorganic hybrid particles comprising a resin having an anionic group and a reaction gel of a polyvalent metal alkoxide, wherein (1) a resin having an anionic group at least partially neutralized with a basic compound A mixing step for producing a mixture in which a polyvalent metal alkoxide is dissolved or suspended in an aqueous resin solution;
(2) a hydrolysis step in which the polyvalent metal alkoxide in the mixture is hydrolyzed or hydrolyzed and condensed while maintaining the pH of the mixture at 8.0 or higher under a base catalyst;
(3) A particle forming step of lowering the pH in the mixture to 2.0 or more and less than 8.0, lowering the solubility of the resin, and emulsifying or granulating the mixture, and the particle forming step Then, the manufacturing method of the aqueous dispersion of the organic-inorganic hybrid particle | grains characterized by adding an acid compound.
前記酸化合物は窒素原子に直結した酢酸基を有する酸化合物である請求項11に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 11, wherein the acid compound is an acid compound having an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom. 前記窒素原子に直結した酢酸基を有する酸化合物が、窒素原子に直結したヒドロキシアルキル基と酢酸基を有する化合物である請求項12に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。 The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 12, wherein the acid compound having an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom is a compound having a hydroxyalkyl group and an acetic acid group directly bonded to a nitrogen atom. 酸化合物の酢酸基の少なくとも一部が、塩基性化合物で中和された請求項12または13に記載の有機無機ハイブリッド粒子の水性分散体の製造方法。

The method for producing an aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles according to claim 12 or 13, wherein at least a part of the acetic acid group of the acid compound is neutralized with a basic compound.

JP2005102072A 2005-03-31 2005-03-31 Aqueous dispersion of organic-inorganic hybrid particles and polishing slurry obtained from same Withdrawn JP2006282755A (en)

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