JP2020023408A - Ceria-based fine particle dispersion, method for producing the same and abrasive particle dispersion for polishing comprising ceria-based fine particle dispersion - Google Patents

Ceria-based fine particle dispersion, method for producing the same and abrasive particle dispersion for polishing comprising ceria-based fine particle dispersion Download PDF

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Abstract

To provide a ceria-based composite particle dispersion liquid capable of polishing even a silica film, an Si wafer or a difficult-to-process material at high speed and attaining high surface accuracy at the same time.SOLUTION: A ceria-based fine particle dispersion is provided which comprises ceria-based fine particles having the following characteristics and an average particle diameter of 5 to 500 nm. The ceria fine particles have raw material ceria fine particles and a layer containing easily soluble silica on the surface of the raw material ceria fine particles, and the raw material ceria fine particles mainly contain crystalline ceria. The ratio of a mass D1 of the easily soluble silica contained in the layer containing the easily soluble silica to a mass D2 of the ceria-based fine particles is from 0.005 to 10%. When the ceria-based fine particles are subjected to X-ray diffraction, only a crystalline phase of ceria is detected. The ceria fine particles have an average crystallite diameter of 3 to 300 nm of the crystalline ceria measured by X-ray diffraction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体デバイス製造等に使用される研磨剤として好適なセリア系微粒子分散液に関し、特に基板上に形成された被研磨膜を、化学機械的研磨(ケミカルメカニカルポリッシング:CMP)で平坦化するためのセリア系微粒子分散液、その製造方法及びセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液に関する。   The present invention relates to a ceria-based fine particle dispersion suitable as an abrasive used in semiconductor device manufacturing and the like, and in particular, planarizes a film to be polished formed on a substrate by chemical mechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing: CMP). The present invention relates to a ceria-based fine particle dispersion, a method for producing the same, and a polishing abrasive dispersion containing the ceria-based fine particle dispersion.

半導体基板、配線基板などの半導体デバイスなどは、高密度化・微細化することで高性能化を実現している。この半導体の製造工程においては、いわゆるケミカルメカニカルポリッシング(CMP)が適用されており、具体的にはシャロートレンチ素子分離、層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグやCuダマシン配線の形成などに必須の技術となっている。   2. Description of the Related Art Semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates achieve high performance by increasing the density and miniaturization. In the manufacturing process of this semiconductor, so-called chemical mechanical polishing (CMP) is applied, and specifically, a technique indispensable for shallow trench element isolation, flattening of an interlayer insulating film, formation of contact plugs and Cu damascene wiring, and the like. It has become.

一般にCMP用研磨剤は、砥粒とケミカル成分とからなり、ケミカル成分は対象被膜を酸化や腐食などさせることにより研磨を促進させる役割を担う。一方で砥粒は機械的作用により研磨する役割を持ち、コロイダルシリカやヒュームドシリカ、セリア粒子が砥粒として使われる。特にセリア粒子は酸化ケイ素膜に対して特異的に高い研磨速度を示すことから、シャロートレンチ素子分離工程での研磨に適用されている。
シャロートレンチ素子分離工程では、酸化ケイ素膜の研磨だけではなく、窒化ケイ素膜の研磨も行われる。素子分離を容易にするためには、酸化ケイ素膜の研磨速度が高く、窒化ケイ素膜の研磨速度が低い事が望ましく、この研磨速度比(選択比)も重要である。
Generally, the CMP polishing slurry is composed of abrasive grains and a chemical component, and the chemical component plays a role of promoting polishing by oxidizing or corroding a target film. On the other hand, abrasive grains have a role of polishing by mechanical action, and colloidal silica, fumed silica, and ceria particles are used as abrasive grains. In particular, since ceria particles exhibit a specifically high polishing rate for a silicon oxide film, they are applied to polishing in a shallow trench element isolation step.
In the shallow trench element isolation step, not only polishing of a silicon oxide film but also polishing of a silicon nitride film is performed. In order to facilitate element isolation, it is desirable that the polishing rate of the silicon oxide film is high and the polishing rate of the silicon nitride film is low. The polishing rate ratio (selectivity) is also important.

従来、このような部材の研磨方法として、比較的粗い1次研磨処理を行った後、精密な2次研磨処理を行うことにより、平滑な表面あるいはスクラッチなどの傷が少ない極めて高精度の表面を得る方法が行われている。
このような仕上げ研磨としての2次研磨に用いる研磨剤に関して、従来、例えば次のような方法等が提案されている。
Conventionally, as a method of polishing such a member, a relatively rough primary polishing process is performed, and then a precise secondary polishing process is performed, whereby a smooth surface or an extremely high-precision surface with few scratches or the like is obtained. The way to get is done.
Conventionally, for example, the following methods have been proposed for the polishing agent used for the secondary polishing as the finish polishing.

例えば、特許文献1には、硝酸第一セリウムの水溶液と塩基とを、pHが5〜10となる量比で攪拌混合し、続いて70〜100℃に急速加熱し、その温度で熟成することを特徴とする酸化セリウム単結晶からなる酸化セリウム超微粒子(平均粒子径10〜80nm)の製造方法が記載されており、更にこの製造方法によれば、粒子径の均一性が高く、かつ粒子形状の均一性も高い酸化セリウム超微粒子を提供できると記載されている。   For example, Patent Literature 1 discloses that an aqueous solution of cerous nitrate and a base are mixed under stirring at an amount ratio of pH 5 to 10, followed by rapid heating to 70 to 100 ° C and aging at that temperature. A method for producing ultrafine cerium oxide fine particles (average particle diameter: 10 to 80 nm) comprising a cerium oxide single crystal characterized by the following characteristics is further described. According to this production method, the particle diameter is high and the particle shape is high. It is described that cerium oxide ultrafine particles having high uniformity can be provided.

また、非特許文献1は、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子の製造方法と類似した製造工程を含むセリアコートシリカの製造方法を開示している。このセリアコートシリカの製造方法は、特許文献1に記載の製造方法に含まれるような焼成―分散の工程を有さないものである。   Non-Patent Document 1 discloses a method for producing ceria-coated silica including a production step similar to the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1. This method for producing ceria-coated silica does not include a firing-dispersion step as included in the production method described in Patent Document 1.

さらに、特許文献2には、酸化セリウム粒子を媒体に分散させたスラリーを含む研磨剤であり、前記酸化セリウム粒子は、セリウム化合物を焼成および粉砕して得られ、全酸化セリウム粒子のうち、新面の生成に有効な酸化セリウム粒子は、結晶子から構成され結晶粒界を有する多結晶であり、前記結晶粒界を有する酸化セリウム粒子は、前記スラリー中に含まれる全酸化セリウム粒子の5〜100体積%であり、前記結晶粒界を有する酸化セリウム粒子の粒子径の中央値が100〜1500nmである研磨剤が記載されている。そして、このような研磨剤を使用することで、SiO2絶縁膜等の被研磨面を傷なく高速に研磨することが可能であることが記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses an abrasive containing a slurry in which cerium oxide particles are dispersed in a medium. The cerium oxide particles are obtained by calcining and pulverizing a cerium compound. The cerium oxide particles effective for generating the plane are polycrystals composed of crystallites and having crystal grain boundaries, and the cerium oxide particles having the crystal grain boundaries are 5 to 5 of all cerium oxide particles contained in the slurry. An abrasive is described, which is 100% by volume and has a median particle diameter of 100 to 1500 nm of the cerium oxide particles having the crystal grain boundaries. It is described that by using such an abrasive, a surface to be polished such as an SiO 2 insulating film can be polished at high speed without any damage.

特許第2,746,861号公報Patent No. 2,746,861 特許第4,776,519号公報Patent No. 4,776,519

Seung−Ho Lee, Zhenyu Lu, S.V.Babu and Egon Matijevic、"Chemical mechanicalpolishing of thermal oxide films using silica particles coated with ceria"、Journal of Materials Research、Volume 17、Issue 10、2002、pp2744−2749See Seung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.M. V. Bab and Egon Matejevich, "Chemical mechanical polishing of thermal oxide films using silicone particles coated with cereal, 27th edition of the museum, 27th edition of the journal."

しかしながら、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子について、本発明者が実際に製造して検討したところ、研磨速度が低く、さらに、研磨基材の表面に欠陥(面精度の悪化、スクラッチ増加、研磨基材表面への研磨材の残留)を生じやすいことが判明した。
これは、焼成工程を含むセリア粒子の製造方法(焼成によりセリア粒子の結晶化度が高まる)に比べて、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子の製法は、焼成工程を含まず、液相(硝酸第一セリウムを含む水溶液)から酸化セリウム粒子を結晶化させるだけなので、生成する酸化セリウム粒子の結晶化度が相対的に低く、また、焼成処理を経ないため砥粒の密度が低いため研磨速度が低く、さらに酸化セリウムが母粒子と固着せず、酸化セリウムが研磨基材の表面に残留することが主要因であると、本発明者は推定している。
However, when the present inventor actually manufactured and examined the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1, the polishing rate was low, and the surface of the polishing substrate had defects (deterioration of surface accuracy, increase of scratches, (Residual polishing material on the surface of the polishing base material).
This is because the method for producing ultrafine cerium oxide particles described in Patent Document 1 does not include the sintering step, and is different from the method for producing ceria particles including the sintering step (the degree of crystallinity of the ceria particles is increased by sintering). Since only cerium oxide particles are crystallized from (aqueous solution containing cerous nitrate), the crystallinity of cerium oxide particles to be generated is relatively low, and the density of abrasive grains is low because no calcination treatment is performed. The present inventors presume that the main factors are that the polishing rate is low, cerium oxide does not adhere to the base particles, and cerium oxide remains on the surface of the polishing substrate.

また、特許文献2に記載の酸化セリウム粒子について、本発明者が実際に製造して検討したところ、焼成を行わない特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子と比較した場合、研磨速度は高いものの十分では無く、さらに研磨後の基材表面に欠陥が生じやすいことが判明した。特許文献2では、例えば炭酸セリウムを700℃で焼成し、ジェットミルにて乾式粉砕するプロセスで製造されているが、焼成工程で生じた粗大な凝集塊が、粉砕しきれずに残留したことが原因と推定される。また分散剤として、ポリアクリル酸アンモニウム塩などの有機物を使用していることから、基板表面への有機物汚染も懸念される。   In addition, when the present inventor actually manufactured and examined the cerium oxide particles described in Patent Literature 2, when compared with the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Literature 1 in which firing was not performed, the polishing rate was higher. It was not sufficient, and it was found that defects were likely to occur on the substrate surface after polishing. In Patent Document 2, for example, cerium carbonate is manufactured by a process of calcining at 700 ° C. and dry-pulverizing by a jet mill. However, coarse aggregates generated in the calcining step remain without being pulverized and remain. It is estimated to be. Further, since an organic material such as ammonium polyacrylate is used as the dispersant, there is a concern that the organic material is contaminated on the substrate surface.

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、シリカ膜、Siウェハや難加工材であっても高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、基板上の砥粒残が少ない、基板Ra値の良化等)を達成でき、さらに不純物を含まない場合、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができるセリア系微粒子分散液、その製造方法及びセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above problems. That is, the present invention is capable of polishing at high speed even with a silica film, a Si wafer, or a difficult-to-process material, and at the same time, achieves high surface accuracy (low scratches, little abrasive grains remaining on the substrate, improvement of the substrate Ra value). And the like, and further containing no impurities, a ceria-based fine particle dispersion that can be preferably used for polishing the surface of a semiconductor device such as a semiconductor substrate and a wiring substrate, a method for producing the same, and polishing containing the ceria-based fine particle dispersion. It is an object of the present invention to provide an abrasive dispersion liquid for use.

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)〜(10)である。
(1)下記[1]から[4]の特徴を備える平均粒子径5〜500nmのセリア系微粒子を含む、セリア系微粒子分散液。
[1]前記セリア系微粒子は、原料セリア微粒子と、前記原料セリア微粒子の表面上の易溶解性のシリカを含む層とを有し、前記原料セリア微粒子は結晶性のセリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系微粒子の質量D2に対する易溶解性のシリカを含む層に含まれる易溶解性シリカの質量D1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10%であること。
[3]前記セリア系微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[4]前記セリア系微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が3〜300nmであること。
(2)pH値を3〜8とした場合に流動電位がマイナスとなる、上記(1)に記載のセリア系微粒子分散液。
(3)カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、流動電位の微分値が最大になるときのカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が−3000〜−100となる流動電位曲線が得られる、上記(1)または(2)に記載のセリア系微粒子分散液。
ΔPCD/V=(I−C)/V・・・式(1)
C:前記流動電位の微分値が最大になるときの流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記流動電位の微分値が最大になるときの前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
(4)0.51μm以上の粗大粒子となっている前記セリア系微粒子の数が、3000百万個/cc以下である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液。
(5)前記セリア系微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液。
(a)Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
(7)前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする上記(6)に記載の研磨用砥粒分散液。
(8)下記の工程1および工程2aを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2a:前記焼成体にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、解砕もしくは粉砕することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
(9)下記の工程1および工程2bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2b:前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、得られた原料セリア微粒子分散液にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
(10)下記の工程Aおよび工程Bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程A:セリウム化合物を溶解したセリウム溶液を、温度を3〜98℃、pHを5.0〜10.0に維持した溶媒中に、連続的または断続的に添加し、コロイダルセリアを得る工程。
工程B:前記コロイダルセリアにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and have completed the present invention.
The present invention includes the following (1) to (10).
(1) A ceria-based fine particle dispersion comprising ceria-based fine particles having the following features [1] to [4] and having an average particle diameter of 5 to 500 nm.
[1] The ceria-based fine particles include raw ceria fine particles and a layer containing easily soluble silica on the surface of the raw ceria fine particles, and the raw ceria fine particles mainly include crystalline ceria. .
[2] The ratio D (D = D1 / D2 × 100) of the mass D1 of the easily soluble silica contained in the layer containing the easily soluble silica to the mass D2 of the ceria-based fine particles is 0.005 to 10%. thing.
[3] When the ceria-based fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the ceria crystal phase is detected.
[4] The ceria-based fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 3 to 300 nm, as measured by X-ray diffraction.
(2) The dispersion liquid of ceria-based fine particles according to (1), wherein the streaming potential becomes negative when the pH value is 3 to 8.
(3) When the cationic colloid titration is performed, the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) and the addition amount (V) of the cationic colloid titrant when the differential value of the flow potential is maximized The ceria-based fine particle dispersion according to the above (1) or (2), wherein a streaming potential curve having a ratio (ΔPCD / V) of −3000 to −100 is obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V Equation (1)
C: streaming potential (mV) when the differential value of the streaming potential is maximized
I: streaming potential (mV) at the starting point of the streaming potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titrant when the differential value of the streaming potential is maximized
(4) The dispersion of ceria-based fine particles according to any one of (1) to (3) above, wherein the number of the ceria-based fine particles in the form of coarse particles of 0.51 μm or more is 3000 million / cc or less. liquid.
(5) The ceria-based material according to any one of (1) to (4), wherein the content ratio of impurities contained in the ceria-based fine particles is as shown in the following (a) and (b). Fine particle dispersion.
(A) The content of each of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn is 100 ppm or less.
(B) The content of each of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F is 5 ppm or less.
(6) A polishing abrasive dispersion containing the ceria-based fine particle dispersion according to any one of the above (1) to (5).
(7) The abrasive dispersion according to (6), wherein the abrasive dispersion is for planarizing a semiconductor substrate on which a silica film is formed.
(8) A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2a.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2a: a step of adding an additive containing silica to the fired body, heating and aging at 10 to 98 ° C., and then crushing or pulverizing to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
(9) A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2b.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2b: a step of crushing or pulverizing the fired body, adding an additive containing silica to the obtained raw material ceria fine particle dispersion, and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria based fine particle dispersion.
(10) A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following steps A and B:
Step A: a step of continuously or intermittently adding a cerium solution having a cerium compound dissolved therein to a solvent maintained at a temperature of 3 to 98 ° C. and a pH of 5.0 to 10.0 to obtain colloidal ceria.
Step B: a step of adding an additive containing silica to the colloidal ceria and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

本発明のセリア系微粒子分散液を、例えば、研磨用砥粒分散液として研磨用途に使用した場合、対象がシリカ膜、Siウェハなどを含む難加工材であっても、高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成することができる。本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法は、このような優れた性能を示すセリア系微粒子分散液を効率的に製造する方法を提供するものである。
本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法の好適態様においては、セリア系微粒子に含まれる不純物を著しく低減させ、高純度化させることも可能である。本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法の好適態様によって得られる、高純度化されたセリア系微粒子分散液は、不純物を含まないため、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。
また、本発明のセリア系微粒子分散液は、研磨用砥粒分散液として使用した場合、半導体デバイス表面の平坦化に有効であり、特にはシリカ絶縁膜が形成された基板の研磨に好適である。
When the ceria-based fine particle dispersion of the present invention is used for polishing purposes as, for example, a polishing abrasive dispersion, even if the target is a difficult-to-process material including a silica film, a Si wafer, etc., it can be polished at a high speed. At the same time, high surface accuracy (low scratch, low surface roughness (Ra) of the substrate to be polished, etc.) can be achieved. The method for producing a ceria-based fine particle dispersion of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based fine particle dispersion exhibiting such excellent performance.
In a preferred embodiment of the method for producing a ceria-based fine particle dispersion liquid of the present invention, impurities contained in the ceria-based fine particles can be significantly reduced and the ceria-based fine particles can be highly purified. The highly purified ceria-based fine particle dispersion obtained by the preferred embodiment of the method for producing a ceria-based fine particle dispersion of the present invention contains no impurities, and thus is used for polishing the surface of a semiconductor device such as a semiconductor substrate and a wiring substrate. It can be preferably used.
Further, the ceria-based fine particle dispersion of the present invention, when used as an abrasive dispersion for polishing, is effective for flattening the surface of a semiconductor device, and is particularly suitable for polishing a substrate on which a silica insulating film is formed. .

実施例2のセリア系微粒子のSEM像およびTEM像である。6 shows an SEM image and a TEM image of the ceria-based fine particles of Example 2. 実施例2のセリア系微粒子のX線回折パターンである。6 is an X-ray diffraction pattern of the ceria-based fine particles of Example 2. 比較例1の原料セリア微粒子のSEM像およびTEM像である。5 shows an SEM image and a TEM image of the raw ceria fine particles of Comparative Example 1. 比較例3の原料セリア微粒子のSEM像である。9 is an SEM image of raw ceria fine particles of Comparative Example 3. 実施例3、実施例5および比較例2の流動電位測定結果を示すグラフである。9 is a graph showing streaming potential measurement results of Example 3, Example 5, and Comparative Example 2. 図5に示した流動電位測定データから算出した流動電位の変化割合(微分値)のグラフである。6 is a graph of a change rate (differential value) of a streaming potential calculated from the streaming potential measurement data shown in FIG. 5.

本発明について説明する。
本発明は、下記[1]から[4]の特徴を備える平均粒子径5〜500nmのセリア系微粒子を含む、セリア系微粒子分散液である。
[1]前記セリア系微粒子は、原料セリア微粒子と、前記原料セリア微粒子の表面上の易溶解性のシリカを含む層とを有し、前記原料セリア微粒子は結晶性のセリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系微粒子の質量D2に対する易溶解性のシリカを含む層に含まれる易溶解性シリカの質量D1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10%であること。
[3]前記セリア系微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[4]前記セリア系微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が3〜300nmであること。
上記[1]から[4]の特徴を備えるセリア系微粒子を、以下では「本発明の複合微粒子」ともいう。
また、このようなセリア系微粒子分散液を、以下では「本発明の分散液」ともいう。
The present invention will be described.
The present invention is a ceria-based fine particle dispersion containing ceria-based fine particles having the following features [1] to [4] and having an average particle size of 5 to 500 nm.
[1] The ceria-based fine particles include raw ceria fine particles and a layer containing easily soluble silica on the surface of the raw ceria fine particles, and the raw ceria fine particles mainly include crystalline ceria. .
[2] The ratio D (D = D1 / D2 × 100) of the mass D1 of the easily soluble silica contained in the layer containing the easily soluble silica to the mass D2 of the ceria-based fine particles is 0.005 to 10%. thing.
[3] When the ceria-based fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the ceria crystal phase is detected.
[4] The ceria-based fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 3 to 300 nm, as measured by X-ray diffraction.
The ceria-based fine particles having the above features [1] to [4] are hereinafter also referred to as “composite fine particles of the present invention”.
Further, such a ceria-based fine particle dispersion is hereinafter also referred to as “dispersion of the present invention”.

なお、非特許文献1にはシリカ粒子の表面にセリア粒子が付いた構成を備えるものが記載されており、本発明とは構成が異なる。   In addition, Non-Patent Document 1 describes a device having a configuration in which ceria particles are attached to the surface of silica particles, which is different from the present invention.

また、本発明は、下記の工程1および工程2aを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法である。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2a:前記焼成体にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、解砕もしくは粉砕することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法[α]」ともいう。
Further, the present invention is a method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2a.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2a: a step of adding an additive containing silica to the fired body, heating and aging at 10 to 98 ° C., and then crushing or pulverizing to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
Hereinafter, such a production method is also referred to as “the production method of the present invention [α]”.

また、本発明は、下記の工程1および工程2bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法である。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2b:前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、得られた原料セリア微粒子分散液にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法[β]」ともいう。
Further, the present invention is a method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2b.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2b: a step of crushing or pulverizing the fired body, adding an additive containing silica to the obtained raw material ceria fine particle dispersion, and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria based fine particle dispersion.
Hereinafter, such a production method is also referred to as “the production method of the present invention [β]”.

また、本発明は、下記の工程Aおよび工程Bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法である。
工程A:セリウム化合物を溶解したセリウム溶液を、温度を3〜98℃、pHを5.0〜10.0に維持した溶媒中に、連続的または断続的に添加し、コロイダルセリアを得る工程。
工程B:前記コロイダルセリアにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法[X]」ともいう。
Further, the present invention is a method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following steps A and B.
Step A: a step of continuously or intermittently adding a cerium solution having a cerium compound dissolved therein to a solvent maintained at a temperature of 3 to 98 ° C. and a pH of 5.0 to 10.0 to obtain colloidal ceria.
Step B: a step of adding an additive containing silica to the colloidal ceria and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
Hereinafter, such a manufacturing method is also referred to as “the manufacturing method [X] of the present invention”.

以下において、単に「本発明の製造方法」と記した場合、「本発明の製造方法[α]」、「本発明の製造方法[β]」および「本発明の製造方法[X]」のいずれをも意味するものとする。   In the following, when simply referred to as “the production method of the present invention”, any of “the production method of the present invention [α]”, “the production method of the present invention [β]”, and “the production method of the present invention [X]” is used. Is also meant.

また、以下において、単に「本発明」と記した場合、本発明の分散液、本発明の複合微粒子および本発明の製造方法のいずれをも意味するものとする。   In the following, when simply described as "the present invention", it means any of the dispersion of the present invention, the composite fine particles of the present invention, and the production method of the present invention.

本発明の分散液は、本発明の製造方法によって製造することが好ましい。   The dispersion of the present invention is preferably produced by the production method of the present invention.

<本発明の分散液>
本発明の分散液について説明する。
<Dispersion of the present invention>
The dispersion of the present invention will be described.

<原料セリア微粒子>
原料セリア微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子の平均粒子径は5〜500nmの範囲にあるので、原料セリア微粒子の平均粒子径の上限は必然的に500nmと同じか、より小さい値となる。なお、本願において原料セリア微粒子の平均粒子径は、後述する本発明の製造方法が含む工程1で使用する原料セリア微粒子分散液に含まれる原料セリア微粒子の平均粒子径とほぼ同じになると考えられる。
平均結晶子径が3〜300nmの範囲で、平均粒子径が5〜500nmの範囲である原料セリア微粒子が好適に使用される。
平均粒子径が5〜500nmの範囲にある原料セリア微粒子を原料として用いて得られる本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨に伴うスクラッチの発生が少なくなる。
原料セリア微粒子の平均粒子径が5nm未満の場合、その様な原料セリア微粒子を用いて得られた分散液を研磨剤として用いると、研磨レートが実用的な水準に達さない傾向がある。
また、原料セリア微粒子の平均粒子径が500nmを超える場合も同じく研磨レートが実用的な水準に達さない傾向があり、研磨対象の基板の面精度低下を招く傾向もある。なお、原料セリア微粒子は、単分散性を示すものがより好ましい。
<Raw material ceria particles>
The raw ceria particles will be described.
Since the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is in the range of 5 to 500 nm, the upper limit of the average particle diameter of the raw ceria fine particles is necessarily equal to or smaller than 500 nm. In the present application, the average particle diameter of the raw ceria fine particles is considered to be substantially the same as the average particle diameter of the raw ceria fine particles contained in the raw ceria fine particle dispersion used in Step 1 included in the production method of the present invention described below.
Raw material ceria fine particles having an average crystallite size in the range of 3 to 300 nm and an average particle size in the range of 5 to 500 nm are preferably used.
When the dispersion of the present invention obtained by using raw ceria fine particles having an average particle diameter in the range of 5 to 500 nm as a raw material is used as an abrasive, scratches due to polishing are reduced.
When the average particle diameter of the raw material ceria fine particles is less than 5 nm, when a dispersion obtained using such raw material ceria fine particles is used as an abrasive, the polishing rate tends not to reach a practical level.
Also, when the average particle diameter of the raw material ceria fine particles exceeds 500 nm, the polishing rate also tends to not reach a practical level, and the surface precision of the substrate to be polished tends to be reduced. It is more preferable that the raw ceria fine particles have monodispersity.

原料セリア微粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
STEM−EDS分析によって80万倍で観察し、各測定点におけるCeO2質量%を測定する。そして、CeO2質量%が90%超となる領域を特定することで原料セリア微粒子を特定する。次に、その原料セリア微粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその原料セリア微粒子の粒子径とする。
このようにして50個の原料セリア微粒子について幾何平均粒子径を測定し、これを単純平均して得た値を平均粒子径とする。なお、易溶解性のシリカを含む層が粒子膜(粒子が積み重なって膜状となったもの)の場合であっても同様に測定することができる。
またSTEM分析などで結晶性のセリアによる格子縞やコントラストから、原料セリア微粒子の領域が明らかに特定できる場合は、これらの方法で代用しても構わない。
The average particle size of the raw ceria fine particles is measured as follows.
Observe at 800,000 times by STEM-EDS analysis, and measure 2 % by mass of CeO at each measurement point. Then, the material ceria fine particles are specified by specifying a region where CeO 2 mass% exceeds 90%. Next, the maximum diameter of the raw material ceria fine particles is taken as the long axis, the length is measured, and the value is taken as the long diameter (DL). Further, a point on the long axis that bisects the long axis is determined, two points where a straight line perpendicular to the long axis intersects the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain the short diameter (DS). Then, a geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is determined, and this is defined as the particle diameter of the raw material ceria fine particles.
In this way, the geometric mean particle diameter of the 50 raw material ceria fine particles is measured, and a value obtained by simply averaging the measured values is defined as the mean particle diameter. The same measurement can be performed even when the layer containing easily soluble silica is a particle film (particles formed by stacking particles).
If the region of the raw material ceria fine particles can be clearly identified from the lattice fringes and contrast of crystalline ceria by STEM analysis or the like, these methods may be used instead.

原料セリア微粒子は、結晶性セリアであれば特に制限されず、単結晶であっても、単結晶の凝集体であっても、多結晶体(多結晶体とは、結晶粒界を有する粒子を指す)であっても、あるいはこれらの混合体であっても良い。   The raw material ceria fine particles are not particularly limited as long as they are crystalline ceria. Even if they are single crystals or single crystal aggregates, polycrystals (polycrystals are particles having crystal grain boundaries). Or a mixture thereof.

本発明において、原料セリア微粒子は結晶性セリアを主成分とする。
前記原料セリア微粒子が結晶性セリアを主成分とすることは、例えば、本発明の分散液を乾燥させた後、得られた固形物を乳鉢を用いて粉砕し、例えば従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気株式会社製、RINT1400)を用いてX線分析し、得られたX線回折パターンにおいて、セリアの結晶相のみが検出されることから確認できる。このような場合に、前記原料セリア微粒子が結晶性セリアを主成分とするものとする。なお、セリアの結晶相としては、特に限定されないが、例えばCerianite等が挙げられる。
In the present invention, the raw material ceria fine particles contain crystalline ceria as a main component.
That the raw material ceria fine particles are mainly composed of crystalline ceria, for example, after drying the dispersion of the present invention, pulverize the obtained solid using a mortar, for example, a conventionally known X-ray diffractometer X-ray analysis is performed using (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), and it can be confirmed that only the ceria crystal phase is detected in the obtained X-ray diffraction pattern. In such a case, the raw material ceria fine particles are mainly composed of crystalline ceria. Note that the ceria crystal phase is not particularly limited, and examples thereof include Cerianite.

本願における「原料セリア微粒子」の用語は、結晶性セリア(結晶性Ce酸化物)の粒子、即ちセリア微粒子を意味する。
なお、原料セリア微粒子は結晶性セリア(結晶性Ce酸化物)を主成分とし、その他のもの、例えば酸化セリウム以外の成分を10質量%以下ならば含んでもよい。さらに結晶性セリアにSiやLa、Zr、Alなどが固溶していることが望ましい。また、研磨の助触媒的に含水セリウム化合物を含んでもよい。
ただし、上記のように、本発明の複合微粒子をX線回折に供するとセリアの結晶相のみが検出される。すなわち、セリア以外の結晶相を含んでいたとしても、その含有率は少ない、あるいはセリア結晶中に固溶しているため、X線回折による検出範囲外となる。
The term “raw material ceria fine particles” in the present application means particles of crystalline ceria (crystalline Ce oxide), that is, ceria fine particles.
The raw ceria fine particles may contain crystalline ceria (crystalline Ce oxide) as a main component, and may contain other components, for example, components other than cerium oxide as long as the content is 10% by mass or less. Further, it is desirable that Si, La, Zr, Al and the like are dissolved in crystalline ceria. Further, a hydrated cerium compound may be included as a polishing promoter.
However, as described above, when the composite fine particles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, only the ceria crystal phase is detected. That is, even if a crystal phase other than ceria is included, its content is small, or the solid phase is dissolved in the ceria crystal, so that it is out of the detection range by X-ray diffraction.

原料セリア微粒子の平均結晶子径は、本発明の複合微粒子をX線回折に供して得られるチャートに現れる最大ピークの半値全幅を用いて算出される。そして、例えば(111)面の平均結晶子径は3〜300nm(半値全幅は2.850〜0.02856°)であり、10〜250nm(半値全幅は0.860〜0.03427°)であることが好ましく、30〜200nm(半値全幅は0.290〜0.04284)であることがより好ましい。なお、多くの場合は(111)面のピークの強度が最大になるが、他の結晶面、例えば(100)面のピークの強度が最大であってもよい。その場合も同様に算出でき、その場合の平均結晶子径の大きさは、上記の(111)面の平均結晶子径と同じであってよい。   The average crystallite diameter of the raw material ceria fine particles is calculated using the full width at half maximum of the maximum peak appearing in a chart obtained by subjecting the composite fine particles of the present invention to X-ray diffraction. For example, the average crystallite diameter of the (111) plane is 3 to 300 nm (full width at half maximum is 2.850 to 0.02856 °) and 10 to 250 nm (full width at half maximum is 0.860 to 0.03427 °). It is more preferably 30 to 200 nm (the full width at half maximum is 0.290 to 0.04284). In many cases, the peak intensity of the (111) plane is maximum, but the peak intensity of another crystal plane, for example, the (100) plane may be maximum. In such a case, the calculation can be performed in the same manner. In this case, the size of the average crystallite diameter may be the same as the above-mentioned average crystallite diameter of the (111) plane.

原料セリア微粒子の平均結晶子径の測定方法を、(111)面(2θ=28度近傍)の場合を例として以下に示す。
初めに、本発明の複合微粒子を、乳鉢を用いて粉砕し、例えば従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気(株)製、RINT1400)によってX線回折パターンを得る。そして、得られたX線回折パターンにおける2θ=28度近傍の(111)面のピークの半値全幅を測定し、下記のScherrerの式により、平均結晶子径を求めることができる。
D=Kλ/βcosθ
D:平均結晶子径(オングストローム)
K:Scherrer定数(本発明ではK=0.94とする)
λ:X線波長(1.5419オングストローム、Cuランプ)
β:半値全幅(rad)
θ:反射角
The method of measuring the average crystallite diameter of the raw material ceria fine particles will be described below, taking the case of the (111) plane (around 2θ = 28 degrees) as an example.
First, the composite fine particles of the present invention are pulverized using a mortar, and an X-ray diffraction pattern is obtained using, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400, manufactured by Rigaku Denki KK). Then, the full width at half maximum of the peak of the (111) plane near 2θ = 28 degrees in the obtained X-ray diffraction pattern is measured, and the average crystallite diameter can be obtained by the following Scherrer equation.
D = Kλ / βcosθ
D: average crystallite diameter (angstrom)
K: Scherrer constant (K = 0.94 in the present invention)
λ: X-ray wavelength (1.5419 angstroms, Cu lamp)
β: full width at half maximum (rad)
θ: reflection angle

原料セリア微粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、俵状、短繊維状、繭型、四面体状(三角錐型)、六面体状、八面体状、板状、不定形、多孔質状、オコシ状、金平糖状、ラズベリー状(球状粒子又は略球状粒子の表面に突起部ないしは粒状の部位が点在している状態)のものであってよい。   The shape of the raw material ceria fine particles is not particularly limited, and may be, for example, spherical, bale, short fiber, cocoon, tetrahedral (triangular pyramid), hexahedral, octahedral, plate-like, amorphous, or porous. , Squamous, confetti-like, raspberry-like (state in which projections or granular parts are scattered on the surface of spherical particles or substantially spherical particles).

前述のように、原料セリア微粒子は結晶性セリアを主成分とするが、不純物元素を含んでもよい。
例えば、前記原料セリア微粒子において、Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの各元素(以下、「特定不純物群1」と称する場合がある)の含有率が、それぞれ100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることがさらに好ましい。
また、前記原料セリア微粒子におけるU、Th、Cl、NO3、SO4及びFの各元素(以下、「特定不純物群2」と称する場合がある)の含有率は、それぞれ5ppm以下であることが好ましい。
As described above, the raw material ceria fine particles mainly include crystalline ceria, but may include an impurity element.
For example, in the raw material ceria fine particles, the content of each element of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, and Zn (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 1”) Is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, more preferably 25 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less.
Further, the content of each element of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F (hereinafter sometimes referred to as “specific impurity group 2”) in the raw material ceria fine particles may be 5 ppm or less, respectively. preferable.

ここで、原料セリア微粒子および後述する本発明の複合微粒子における特定不純物群1または特定不純物群2の含有率は、dry量に対する含有率を意味するものとする。
dry量に対する含有率とは、対象物(原料セリア微粒子または本発明の複合微粒子)に含まれる固形分の質量に対する測定対象物(特定不純物群1または特定不純物群2)の重量の比の値を意味するものとする。
固形分の質量は、対象物(原料セリア微粒子または本発明の複合微粒子)に1000℃灼熱減量を施して求める。
Here, the content of the specific impurity group 1 or the specific impurity group 2 in the raw ceria fine particles and the composite fine particles of the present invention described later means the content relative to the dry amount.
The content ratio with respect to the dry amount refers to the value of the ratio of the weight of the measurement target (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) to the mass of the solid content contained in the target object (raw ceria fine particles or composite fine particles of the present invention). Shall mean.
The mass of the solid content is determined by subjecting an object (raw material ceria fine particles or composite fine particles of the present invention) to a burning loss at 1000 ° C.

一般にセリウム塩などのセリウム化合物を原料として調製した原料セリア微粒子は、原料に由来する前記特定不純物群1と前記特定不純物群2を合計で数十から数百ppm程度含有する。
このような原料セリア微粒子が溶媒に分散してなる原料セリア微粒子分散液の場合、イオン交換処理を行って前記特定不純物群1と前記特定不純物群2の含有率を下げることは可能であるが、その場合でも前記特定不純物群1と前記特定不純物群2が合計で数ppmから数百ppm残留する。そのため、セリウム塩を一度溶解して再結晶化させることを繰り返して純度を向上させることや、溶解後にキレート型イオン交換樹脂等で不純分を除去した後に再結晶化することも行われている。
Generally, raw material ceria fine particles prepared using a cerium compound such as a cerium salt as a raw material contain the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 derived from the raw material in a total of about several tens to several hundreds ppm.
In the case of such a raw material ceria fine particle dispersion in which the raw material ceria fine particles are dispersed in a solvent, it is possible to reduce the content of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 by performing ion exchange treatment, Even in that case, the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 remain in a few ppm to a few hundred ppm in total. Therefore, the cerium salt is repeatedly dissolved and recrystallized once to improve the purity, and after the dissolution, impurities are removed with a chelate type ion exchange resin or the like, and then recrystallization is performed.

なお、本発明において、原料セリア微粒子におけるNa、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの各々の含有率は、それぞれ次の方法を用いて測定して求めた値とする。
・Na及びK:原子吸光分光分析
・Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Ti、Zn、U及びTh:ICP−MS(誘導結合プラズマ発光分光質量分析)
・Cl:電位差滴定法
・NO3、SO4及びF:イオンクロマトグラフ
In the present invention, each content of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F in the raw material ceria fine particles. Is a value obtained by measurement using the following method.
-Na and K: Atomic absorption spectroscopy-Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Ti, Zn, U and Th: ICP-MS (inductively coupled plasma emission spectroscopy mass spectrometry)
· Cl: potentiometric titration · NO 3, SO 4 and F: ion chromatograph

<易溶解性のシリカを含む層>
本発明の複合微粒子における易溶解性のシリカを含む層(以下では「易溶解層」ともいう)は、例えば本発明の製造方法において焼成体を得た後、または焼成体をさらに解砕もしくは粉砕した後にシリカを含む添加材(例えば酸性珪酸液など)を添加し10〜98℃に保ちながら加熱熟成することで、前記原料セリア微粒子の表面上に形成することができる。
<Layer containing easily soluble silica>
The layer containing silica which is easily soluble in the composite fine particles of the present invention (hereinafter also referred to as “easily soluble layer”) may be obtained, for example, after obtaining a fired body in the production method of the present invention, or further crushing or pulverizing the fired body. Thereafter, an additive containing silica (for example, an acidic silicic acid solution) is added, and the mixture is heated and aged while maintaining the temperature at 10 to 98 ° C., whereby it can be formed on the surface of the raw material ceria fine particles.

易溶解性のシリカを含む層は、シリカを10質量%以上含んでいればよく、Ce、La、Zr、Alなどその他の成分を含んでいても良い。
易溶解性のシリカを含む層におけるシリカの含有率は10〜100質量%であることが好ましく、12〜95質量%であることがより好ましく、15〜90質量%であることがさらに好ましい。
The layer containing easily soluble silica only needs to contain 10% by mass or more of silica, and may contain other components such as Ce, La, Zr, and Al.
The silica content in the layer containing easily soluble silica is preferably from 10 to 100% by mass, more preferably from 12 to 95% by mass, and still more preferably from 15 to 90% by mass.

易溶解性のシリカを含む層に含まれるシリカの質量は、次の方法によって求めるものとする。
初めに、本発明の複合微粒子をイオン交換水にて3.0質量%に希釈し、希釈水酸化ナトリウム水溶液または硝酸でpHを9.0に調整し、15分間撹拌する。しかるのちに限外膜付きの遠心管(分画分子量5000)に投入し1820Gで30分間処理を行う。処理後に限外膜を透過した分離液を回収し、SiO2濃度の測定を行う。
このとき易溶解性のシリカを含む層を備えた本発明の複合微粒子は、本発明の複合微粒子の質量をD2とし、溶解したシリカの質量D1とした場合、D2に対するD1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10%となる。
The mass of silica contained in the layer containing easily soluble silica is determined by the following method.
First, the composite fine particles of the present invention are diluted to 3.0% by mass with ion-exchanged water, the pH is adjusted to 9.0 with a dilute aqueous sodium hydroxide solution or nitric acid, and the mixture is stirred for 15 minutes. Thereafter, the mixture is put into a centrifuge tube with an ultramembrane (fraction molecular weight: 5000), and treated at 1820 G for 30 minutes. After the treatment, the separated liquid that has passed through the ultramembrane is collected, and the SiO 2 concentration is measured.
Composite particles at this time the present invention having a layer containing an easily soluble silica, if the mass of the composite particles of the present invention and D 2, and the mass D 1 of the dissolved silica, the ratio of D 1 with respect to D 2 D (D = D 1 / D 2 × 100) is 0.005 to 10%.

前述のように形成され、前述のようにpHを9.0等に調整して撹拌等する処理を行うことで溶解する易溶解性のシリカを含む層は溶解性シリカであることから、密度が低い軟質なシリカ層と考えている。さらに膜厚も非常に薄い(概ね0.1nm〜10nm程度と考えられる)ため、測定上、本発明の複合微粒子の平均粒子径もほとんど変化しないことから、本発明の複合微粒子の粒度分布も変化していないと考えられる。そのため本発明の複合微粒子を砥粒として用いて基板を研磨する場合、易溶解性のシリカを含む層は基板に対する化学的な研磨効果や、基板に対する砥粒の押し込み深さを増加させるような効果は無く、むしろ押し込み深さを軽減させると考えられる。
しかし、密度が低く軟質なシリカを含む層であるため、砥粒としての本発明の複合微粒子と基板との接触面積を増加させる効果を有すると同時に、軟質であるため基板と砥粒間の付着力(凝着作用)を高める効果や、あるいは基板との凝着により砥粒の転がりを抑制する効果があると考えられる。その結果、基板と砥粒間の摩擦力が増加し、研磨速度を高める効果があると考えられる。また砥粒表面に形成された易溶解性のシリカを含む層は軟質であるため、原料セリア微粒子の矩形部による基板への局部的な応力集中を緩和させ、スクラッチを抑制する効果もある。そのため、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨速度が高く、面精度の悪化やスクラッチの発生が少ないと考えられる。
また、易溶解性のシリカを含む層は、粒子全体を覆っていても良く、その一部が被覆されておらず、一部の原料セリア微粒子が露出していても構わない。セリア系微粒子の質量D2に対する易溶解性のシリカを含む層に含まれる易溶解性シリカの質量D1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10質量%の範囲内であれば、基板と粒子間の凝着作用がより発現し、研磨速度がより高くなるからである。
ここで、原料セリア微粒子が母粒子であって、その表面にセリア子粒子が結合した粒子表面に易溶解性のシリカを含む層が被覆されたものでもよい。
Since the layer containing easily soluble silica which is formed as described above and which is dissolved by performing a process such as adjusting the pH to 9.0 or the like and stirring as described above is a soluble silica, the density is low. Think of it as a low soft silica layer. Further, since the film thickness is also very thin (approximately about 0.1 nm to 10 nm), the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention hardly changes from the measurement, so that the particle size distribution of the composite fine particles of the present invention also changes. I don't think they did. Therefore, when a substrate is polished using the composite fine particles of the present invention as abrasive grains, the layer containing easily soluble silica has a chemical polishing effect on the substrate and an effect of increasing the depth of the abrasive grains pressed into the substrate. However, it is considered that the indentation depth is rather reduced.
However, since it is a layer containing low-density soft silica, it has the effect of increasing the contact area between the composite fine particles of the present invention as abrasive grains and the substrate, and at the same time, because of the softness, the adhesion between the substrate and the abrasive grains. It is considered that there is an effect of increasing the adhesion (adhesion action) or an effect of suppressing the rolling of the abrasive grains by adhesion to the substrate. As a result, it is considered that the frictional force between the substrate and the abrasive grains increases, and there is an effect of increasing the polishing rate. Further, since the layer containing easily soluble silica formed on the surface of the abrasive grains is soft, it has an effect of alleviating local stress concentration on the substrate due to the rectangular portion of the raw material ceria fine particles, thereby suppressing scratches. Therefore, when the dispersion of the present invention is used as an abrasive, it is considered that the polishing rate is high, and the deterioration of surface accuracy and the occurrence of scratches are small.
In addition, the layer containing the easily soluble silica may cover the whole of the particles, may not be partially covered, and may have some of the raw material ceria fine particles exposed. The ratio D (D = D1 / D2 × 100) of the mass D1 of the soluble silica contained in the layer containing the soluble silica to the mass D2 of the ceria-based fine particles is in the range of 0.005 to 10% by mass. If, for example, the cohesive action between the substrate and the particles is developed, the polishing rate becomes higher.
Here, the raw material ceria fine particles may be base particles, and the surfaces of the ceria child particles bonded to the surface of the particles may be coated with a layer containing easily soluble silica.

また易溶解性のシリカを含む層は、その表面はマイナスの電位を持つため、本発明の分散液の安定性を向上させる効果があると考えられる。さらに、易溶解性のシリカを含む層は研磨時の圧力で容易に剥離し、研磨中に原料セリア微粒子が破壊あるいは崩壊することによって生じたプラスの電位を持つ原料セリア微粒子の表面に付着し、セリアを覆うと考えられる。そのため崩壊して生じた原料セリア微粒子はマイナスの電位を持つこととなり、基板上への砥粒残りを抑制する役割も有している。さらに崩壊して生じた原料セリア微粒子に起因した複合微粒子の凝集も抑制させるため、研磨前後での粒度分布の変化が少ないため、研磨性能が安定する効果も有している。
本発明の複合微粒子は、原料セリア微粒子上に易溶解性のシリカを含む層を有するものであるが、原料セリア微粒子上に易溶解性のシリカを含む層が形成されていれば、粒子膜であっても被膜であっても、粒子膜の上に被膜が形成されていても、被膜の上に粒子膜が形成されていても構わない。しかし公知の方法で製造されたシリカゾル、例えば水硝子を原料としたシリカゾルやアルコキシシランを原料としたシリカゾルを、原料セリア微粒子上に凝着させただけでは、軟質で低密度な易溶解性のシリカを含む層とはならない。粒子膜の場合は、粒子の安定性向上には効果があるが、易溶解性のシリカではないため研磨速度向上には寄与せず、むしろ研磨速度は低下する。そのため、粒子膜の場合はアルカリ処理などで粒子表面を低密度な易溶解性シリカ層とさせる処理が必要となる。
Further, since the surface of the layer containing easily soluble silica has a negative potential, it is considered that the layer has an effect of improving the stability of the dispersion of the present invention. Further, the layer containing easily soluble silica is easily peeled off by the pressure at the time of polishing, and adheres to the surface of the raw material ceria fine particles having a positive potential generated by breaking or collapsing the raw ceria particles during polishing, It is thought to cover ceria. Therefore, the raw material ceria fine particles generated by collapsing have a negative potential, and also have a role of suppressing remaining abrasive grains on the substrate. Further, the aggregation of the composite fine particles caused by the raw material ceria particles generated by the collapse is suppressed, and the change in the particle size distribution before and after polishing is small, so that the polishing performance is also stabilized.
The composite fine particles of the present invention have a layer containing easily soluble silica on the raw ceria fine particles, but if a layer containing easily soluble silica is formed on the raw ceria fine particles, a particle film may be formed. It may be a film, a film, a film formed on a particle film, or a particle film formed on a film. However, a silica sol produced by a known method, for example, a silica sol made of water glass or a silica sol made of alkoxysilane as a raw material, is merely deposited on ceria fine particles of the raw material to form a soft, low-density, easily soluble silica. Does not result in a layer containing In the case of a particle film, it is effective for improving the stability of the particles, but does not contribute to the improvement of the polishing rate because it is not easily soluble silica, but rather lowers the polishing rate. Therefore, in the case of a particle film, a treatment for converting the particle surface into a low-density easily soluble silica layer by an alkali treatment or the like is required.

また、本発明の複合微粒子では、原料セリア微粒子の表面の少なくとも一部が易溶解性のシリカを含む層によって被覆されており、本発明の複合微粒子のゼータ電位はマイナスの電位を有しているので、本発明の複合微粒子の最表面(最外殻)にはシリカの−OH基が存在することになる。このため研磨剤として利用した場合に、本発明の複合微粒子は研磨基板表面の−OH基による電荷で反発しあい、その結果、負の電位を持つ研磨基板表面への付着が少なくなると考えられる。   In the composite fine particles of the present invention, at least a part of the surface of the raw ceria fine particles is coated with a layer containing easily soluble silica, and the zeta potential of the composite fine particles of the present invention has a negative potential. Therefore, -OH groups of silica exist on the outermost surface (outermost shell) of the composite fine particles of the present invention. For this reason, when used as an abrasive, the composite fine particles of the present invention are repelled by the electric charge due to the -OH group on the surface of the polishing substrate, and as a result, it is considered that adhesion to the surface of the polishing substrate having a negative potential is reduced.

また、一般的にセリアは、シリカや研磨基板、研磨パッドとは電位が異なり、pHがアルカリ性から中性付近に向かうにつれてマイナスのゼータ電位が減少して行き、弱酸性領域では逆のプラスの電位を持つ。そのため研磨時の酸性pHでは電位の大きさの違いや極性の違いなどによって、セリアは研磨基材や研磨パッドに付着し、研磨基材や研磨パッドに残り易い。一方、本発明の複合微粒子は上記のように最外殻にシリカを含む層が存在しているため、その電位がシリカに起因した負電荷となるため、pHがアルカリ性から酸性までマイナスの電位を維持し、その結果、研磨基材や研磨パッドへの砥粒残りが起こりにくい。例えば本発明の製造方法[β]工程2bの解砕処理時にpH>9を保ちながらシリカを含む添加材を添加しながら解砕すると、解砕によって分散したセリアの表面は易溶解性のシリカによって覆われる。その一方で、pH>9の場合は易溶解性のシリカを含む層のその一部は溶媒中に溶解している。このような本発明の分散液を、研磨用途に適用する時にpH<7に調整すれば、溶解したシリカが本発明の複合微粒子(砥粒)に沈着し、さらに易溶解のシリカを含む層を形成するので、本発明の複合微粒子の表面は負の電位を持つことになる。電位が低い場合には、ポリアクリル酸等の高分子有機物による電位調節も可能であるが基板への有機物の残留が懸念される。本発明では表面にソフトに付着したシリカが電位を調節するので、有機物の使用が低減され、基盤における有機物起因のディフェクト(有機物の残留等)が生じにくい。   In general, ceria has a different potential from silica, a polishing substrate, and a polishing pad. The negative zeta potential decreases as the pH moves from alkaline to near neutral, and the opposite positive potential decreases in a weakly acidic region. have. Therefore, at acidic pH during polishing, ceria adheres to the polishing substrate or polishing pad and tends to remain on the polishing substrate or polishing pad due to a difference in the magnitude of the potential or a difference in polarity at the time of polishing. On the other hand, in the composite fine particles of the present invention, since the layer containing silica is present in the outermost shell as described above, the potential becomes a negative charge due to silica. As a result, abrasive grains are less likely to remain on the polishing substrate and the polishing pad. For example, when crushing while adding an additive containing silica while maintaining pH> 9 during the crushing treatment in the production method [β] step 2b of the present invention, the surface of the ceria dispersed by the crushing becomes easily soluble silica. Covered. On the other hand, when the pH is> 9, a part of the layer containing the silica which is easily soluble is dissolved in the solvent. When such a dispersion of the present invention is adjusted to pH <7 when applied to a polishing application, dissolved silica is deposited on the composite fine particles (abrasive grains) of the present invention, and a layer containing easily soluble silica is further formed. As a result, the surface of the composite fine particles of the present invention has a negative potential. When the electric potential is low, the electric potential can be adjusted by a high molecular organic substance such as polyacrylic acid, but there is a concern that the organic substance remains on the substrate. In the present invention, since the silica softly adhering to the surface adjusts the potential, the use of organic substances is reduced, and defects due to organic substances (such as residual organic substances) on the substrate are less likely to occur.

なお、本発明の分散液において、シリカの存在態様は多様であり、一部は本発明の複合微粒子を構成しておらず、溶媒中に分散又は溶解したり、本発明の複合微粒子の表面上に付着した状態で存在している場合もある。溶媒中に分散または溶解したシリカは、明確な粒子形態が認められず、固液分離した溶液中では可溶性シリカとして珪モリブデン法などで測定される。   In addition, in the dispersion of the present invention, the existence mode of silica is various, and some do not constitute the composite fine particles of the present invention. In some cases, it may be present in a state of being adhered to. Silica dispersed or dissolved in a solvent does not have a clear particle morphology, and is measured as a soluble silica by a molybdenum silicate method or the like in a solution subjected to solid-liquid separation.

前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM−EDS分析によって80万倍で観察し、本発明の複合微粒子の断面におけるSiの元素濃度を測定し、SiO2濃度に換算した場合に、易溶解性のシリカを含む層は、SiO2質量%が10%以上となる部分である。 As described above, when observed with 800,000-fold by STEM-EDS analysis of the composite fine particles of the present invention, the element concentration of Si in the cross section of the composite fine particles of the present invention was measured and converted into SiO 2 concentration, easily soluble The layer containing silica is a portion where SiO 2 mass% is 10% or more.

本発明の複合微粒子について透過型電子顕微鏡を用いて観察して得られる像(TEM像)では、原料セリア微粒子の像が濃く現れるが、その原料セリア微粒子の周囲および外側、すなわち、本発明の複合微粒子の表面側に、相対的に薄い像として、易溶解性のシリカを含む層の一部が現れる。この部分についてSTEM−EDS分析を行い、当該部分のSiO2質量%を求めると10質量%以上であることを確認することができる。 In an image (TEM image) obtained by observing the composite fine particles of the present invention using a transmission electron microscope, an image of the raw ceria fine particles appears dark, but around and outside the raw ceria fine particles, that is, the composite fine particles of the present invention. A part of the layer containing easily soluble silica appears as a relatively thin image on the surface side of the fine particles. STEM-EDS analysis is performed on this portion, and when the SiO 2 mass% of the portion is determined, it can be confirmed that it is 10 mass% or more.

本発明の複合微粒子の質量D2に対する易溶解性のシリカを含む層に含まれる易溶解性シリカ質量D1の割合D(D=D1/D2×100)は0.005〜10%であることが好ましく、0.01〜8%であることがより好ましい。0.05〜6%であることが最も好ましい。
割合Dが0.005%未満の場合、本発明の複合微粒子の表面における易溶解性のシリカを含む層がごく僅かに部分的にしか被覆していないため研磨速度が向上せず、分散安定性も向上しないからである。また10%超の場合は、これ以上多く被覆しても分散安定性はそれ以上向上せず、その一方で易溶解性のシリカを含む層の厚みが厚すぎて、研磨時に原料セリア微粒子が基板と接触しなくなり、研磨速度が低下する傾向があるからである。
The ratio D (D = D1 / D2 × 100) of the mass D1 of the easily soluble silica contained in the layer containing the easily soluble silica to the mass D2 of the composite fine particles of the present invention is preferably 0.005 to 10%. , 0.01 to 8%. Most preferably, it is 0.05 to 6%.
When the proportion D is less than 0.005%, the layer containing the easily soluble silica on the surface of the composite fine particles of the present invention covers only a very small part of the layer, so that the polishing rate is not improved and the dispersion stability is not improved. Is also not improved. On the other hand, if it exceeds 10%, the dispersion stability is not further improved even if more coating is applied, but the thickness of the layer containing easily soluble silica is too large, so that the raw material ceria fine particles may be removed during polishing. This is because there is a tendency for the polishing rate to decrease due to the loss of contact.

<本発明の複合微粒子>
本発明の複合微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子は前述の[1]〜[4]の特徴を備える。
<Composite fine particles of the present invention>
The composite fine particles of the present invention will be described.
The composite fine particles of the present invention have the aforementioned features [1] to [4].

平均粒子径が5〜500nmの範囲にある本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨に伴うスクラッチの発生が少なくなる。平均粒子径が5nm未満の場合、研磨剤として用いると、研磨レートが実用的な水準に達さない傾向がある。また、平均粒子径が500nmを超える場合も同じく研磨レートが実用的な水準に達しない傾向があり、研磨対象の基板の面精度低下を招く傾向もある。なお、本発明の複合微粒子の平均粒子径の算出方法は、原料セリア微粒子の平均粒子径(幾何平均粒子径)と同じとする。   When the dispersion of the present invention containing the composite fine particles of the present invention having an average particle diameter in the range of 5 to 500 nm is used as an abrasive, scratches associated with polishing are reduced. When the average particle diameter is less than 5 nm, when used as an abrasive, the polishing rate tends not to reach a practical level. Also, when the average particle diameter exceeds 500 nm, the polishing rate also tends to not reach a practical level, and the surface accuracy of the substrate to be polished tends to be reduced. The method for calculating the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is the same as the average particle diameter (geometric average particle diameter) of the raw material ceria fine particles.

易溶解性のシリカを含む層はシリカを含んでおり、本発明の微粒子をアルカリ水溶液中で撹拌保持し、溶液中の溶解したSi濃度を測定することによって易溶解性のシリカを含む層を確認することができる。
すなわち、本発明の複合微粒子が水に分散してなる分散液に硝酸または水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH9に調整し、イオン交換水を添加して3.0質量%に調整した後、15分間撹拌することで溶解する部分が易溶解性のシリカを含む層である。しかるのちに限外膜付き遠心管(分画分子量5000)に投入し、1820Gで30分処理すると、易溶解シリカ層を構成していたものは限外膜を透過すると考えられる。そこで、限外膜を透過した分離液を回収しSi濃度の測定を行い、上澄み液中に溶解したシリカの質量をD1、セリア系微粒子の質量をD2とすると、易溶解シリカ層を備えた複合微粒子の場合は、D2に対するD1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10%となるので、易溶解シリカ層を有していない原料セリア微粒子またはセリア系微粒子と区別することができる。
The layer containing easily soluble silica contains silica, and the fine particles of the present invention are stirred and held in an aqueous alkaline solution, and the concentration of dissolved Si in the solution is measured to confirm the layer containing easily soluble silica. can do.
That is, nitric acid or an aqueous solution of sodium hydroxide is added to a dispersion obtained by dispersing the composite fine particles of the present invention in water to adjust the pH to 9, and ion-exchanged water is added to adjust to 3.0% by mass, and then 15 minutes. The portion that is dissolved by stirring is a layer containing easily soluble silica. After that, when the solution is put into a centrifuge tube with an ultramembrane (fraction molecular weight: 5000) and treated at 1820 G for 30 minutes, it is thought that the one that constituted the easily soluble silica layer permeates through the ultramembrane. Then, the separated solution that has passed through the ultramembrane is recovered, the Si concentration is measured, and the mass of the silica dissolved in the supernatant is D1, and the mass of the ceria-based fine particles is D2. In the case of fine particles, since the ratio D of D1 to D2 (D = D1 / D2 × 100) is 0.005 to 10%, it is distinguished from raw ceria fine particles or ceria-based fine particles having no easily-dissolved silica layer. be able to.

易溶解性のシリカを含む層を確認する別の方法として、走査透過型電子顕微鏡(STEM)によって特定した箇所に電子ビームを選択的に照射するEDS分析を行い、本発明の複合微粒子の断面の測定点におけるCeとSiとの元素濃度を測定し酸化物に換算した場合、SiO2質量%が10%以上となる箇所が易溶解性のシリカを含む層である。
また、本発明の複合微粒子の断面の測定点におけるCeの元素濃度を測定し酸化物に換算した場合、CeO2質量%が90%超となる箇所が原料セリア微粒子である。
また、本発明の複合微粒子のTEM像を観察すると複合微粒子の再外層にコントラストの低い皮膜が確認される場合、この皮膜が易溶解性のシリカを含む層である。
As another method for confirming the layer containing silica which is easily soluble, EDS analysis in which an electron beam is selectively irradiated to a location specified by a scanning transmission electron microscope (STEM) is performed, and the cross section of the composite fine particles of the present invention is obtained. When the element concentrations of Ce and Si at the measurement points are measured and converted into oxides, the portion where the SiO 2 mass% is 10% or more is the layer containing easily soluble silica.
Further, when the elemental concentration of Ce at the measurement point on the cross section of the composite fine particles of the present invention is measured and converted into oxides, the portion where the CeO 2 mass% exceeds 90% is the raw material ceria fine particles.
In addition, when a TEM image of the composite fine particles of the present invention is observed, when a low-contrast film is confirmed in the outer layer of the composite fine particles, this film is a layer containing silica which is easily soluble.

本発明のセリア系微粒子をX線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出される。本発明の複合微粒子が結晶性のセリアを主成分とすることは、例えば、次の方法で確認することができる。
本発明の分散液を乾燥させた後、乳鉢を用いて粉砕し、例えば、従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気株式会社製、RINT1400)によってX線回折パターンを得ると、セリアの結晶相のみが検出されることから確認できる。このような場合に、本発明の複合微粒子が結晶性セリアを主成分とするものとする。なお、セリアの結晶相としては、特に限定されないが、例えばCerianite等が挙げられる。
When the ceria-based fine particles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, only the ceria crystal phase is detected. The fact that the composite fine particles of the present invention contain crystalline ceria as a main component can be confirmed, for example, by the following method.
After the dispersion of the present invention is dried, the dispersion is pulverized using a mortar and, for example, an X-ray diffraction pattern is obtained by a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). This can be confirmed by detecting only the phase. In such a case, the composite fine particles of the present invention have crystalline ceria as a main component. Note that the ceria crystal phase is not particularly limited, and examples thereof include Cerianite.

また、本発明の分散液を乾燥させ、樹脂包埋した後にPtによるスパッタコーティングを施し、従来公知の収束イオンビーム(FIB)装置を用い断面試料を作成する。例えば作成した断面試料を従来公知のTEM装置を用い、高速フーリエ変換(FFT)解析を用いてFFTパターンを得ると、例えばCerianiteのような結晶性セリアの回折図が現れる。このことから、本発明の複合微粒子が結晶性セリアを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、結晶性セリアが主成分とするものとする。
また、別の方法として同様に作成した断面試料について、従来公知のTEM分析を用い、原料セリア微粒子の原子配列による格子縞の有無を観察する方法が挙げられる。結晶質であれば結晶構造に応じた格子縞が観察され、非晶質であれば格子縞は観察されない。このことから、本発明の複合微粒子が結晶性セリアを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、結晶性セリアが主成分とするものとする。
Further, the dispersion of the present invention is dried, embedded in a resin, and then subjected to sputter coating with Pt, and a cross-sectional sample is prepared using a conventionally known focused ion beam (FIB) apparatus. For example, when an FFT pattern is obtained from a prepared cross-sectional sample by using a fast known Fourier transform (FFT) analysis with a conventionally known TEM device, a diffraction diagram of crystalline ceria such as Cerianite appears. This confirms that the composite fine particles of the present invention contain crystalline ceria as a main component. In such a case, crystalline ceria is a main component.
As another method, a method of observing the presence or absence of lattice fringes due to the atomic arrangement of the raw material ceria fine particles using a conventionally known TEM analysis on a cross-sectional sample prepared in the same manner may be mentioned. If it is crystalline, lattice fringes according to the crystal structure are observed, and if it is amorphous, lattice fringes are not observed. This confirms that the composite fine particles of the present invention contain crystalline ceria as a main component. In such a case, crystalline ceria is a main component.

本発明の複合微粒子において、セリア(CeO2)とシリカ(SiO2)との質量比は100:0.0005〜11.1であり、100:0.005〜8.7であることが好ましい。シリカとセリアとの質量比は、概ね、原料セリア微粒子と易溶解性のシリカを含む層との質量比と同程度と考えられる。原料セリア微粒子に対する易溶解性のシリカの量が少なすぎると、複合微粒子の表面にセリアが多く露出するため複合微粒子の安定性が保たれず、保存時や研磨時に巨大な凝集塊が生じ、研磨基材の表面に欠陥が生じる可能性がある。また、セリアに対するシリカの量が多すぎても、セリアを厚く覆うため、研磨時に易溶解性のシリカを含む層が剥離せず、セリアの研磨効果が発現しなくなるため、研磨速度が遅くなる。
なお、上記のセリア(CeO2)とシリカ(SiO2)との質量比を算定する場合の対象となるシリカとセリアとは、本発明の複合微粒子に含まれる全てのシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)を意味する。従って、原料セリア微粒子に含まれるセリアやセリアに固溶するなどして含まれるシリカ成分、原料セリア微粒子の表面に配された易溶解性のシリカを含む層に含まれるシリカやセリア成分の総量を意味する。
In the composite fine particles of the present invention, the mass ratio of ceria (CeO 2 ) to silica (SiO 2 ) is from 100: 0.0005 to 11.1, preferably from 100: 0.005 to 8.7. It is considered that the mass ratio of silica to ceria is approximately the same as the mass ratio of the raw material ceria fine particles and the layer containing the easily soluble silica. If the amount of easily soluble silica in the raw material ceria particles is too small, a large amount of ceria will be exposed on the surface of the composite particles, so that the stability of the composite particles will not be maintained, and huge aggregates will be generated during storage and polishing, resulting in polishing. Defects may occur on the surface of the substrate. Further, even if the amount of silica relative to ceria is too large, the ceria is thickly covered, so that the layer containing easily soluble silica does not peel off during polishing, and the polishing effect of ceria does not appear, so that the polishing rate is reduced.
The silica and ceria to be used in calculating the mass ratio between ceria (CeO 2 ) and silica (SiO 2 ) are all silica (SiO 2 ) and ceria contained in the composite fine particles of the present invention. (CeO 2 ). Therefore, the total amount of silica and ceria components contained in the ceria contained in the raw material ceria fine particles and the silica component contained as a solid solution in ceria, and the silica and ceria components contained in the layer containing easily soluble silica disposed on the surface of the raw material ceria fine particles are determined. means.

本発明の複合微粒子におけるセリア(CeO2)とシリカ(SiO2)の含有率(質量%)は、まず本発明の分散液の固形分濃度を、1000℃灼熱減量を行って秤量により求める。
次に、所定量の本発明の複合微粒子に含まれるセリウム(Ce)の含有率(質量%)をICPプラズマ発光分析により求め、酸化物質量%(CeO2質量%等)に換算する。またセリウム以外の元素が含まれている場合も同様に含有率を求め、酸化物質量%に換算する。そして、本発明の複合微粒子を構成するCeO2およびその他の酸化物以外の成分はSiO2であるとして、SiO2質量%を算出することができる。
なお、本発明の製造方法においては、シリカとセリアの質量比は、本発明の分散液を調製する際に投入したシリカ源物質とセリア源物質との使用量から算定することもできる。これは、セリアやシリカが溶解し除去されるプロセスとなっていない場合に適用でき、そのような場合はセリアやシリカの使用量と分析値が良い一致を示す。
The content (% by mass) of ceria (CeO 2 ) and silica (SiO 2 ) in the composite fine particles of the present invention is determined by first weighing the solid content of the dispersion of the present invention by performing a burning loss at 1000 ° C.
Next, the content (% by mass) of cerium (Ce) contained in a predetermined amount of the composite fine particles of the present invention is determined by ICP plasma emission spectrometry, and is converted into an oxide% by mass (such as 2 % by mass of CeO). Also, when an element other than cerium is contained, the content is determined in the same manner and converted to oxide mass%. Then, assuming that the components other than CeO 2 and other oxides constituting the composite fine particles of the present invention are SiO 2 , the SiO 2 mass% can be calculated.
In the production method of the present invention, the mass ratio of silica to ceria can also be calculated from the amounts of the silica source substance and the ceria source substance used when preparing the dispersion of the present invention. This can be applied when the process is not such that ceria or silica is dissolved and removed, and in such a case, the used amount of ceria and silica and the analysis value show good agreement.

本発明の複合微粒子においては、単結晶の原料セリア微粒子が「粒子連結型」であっても「単分散型」であっても良いが、基板との接触面積を高く保つことができ、研磨速度が速いことから、粒子連結型が望ましい。粒子連結型とは、2以上の原料セリア微粒子同士が各々一部において結合しているもので、連結は3以下が好ましい。原料セリア微粒子どうしの結合は異相を介した単結晶体の連結体(凝集体)でもよく、結晶粒界を有した多結晶体型の連結型でもよく、さらに多結晶体が異相を介した凝集体でもよく、これらの混合物であっても良い。
連結型であると基板との接触面積を多くとることができるため、研磨エネルギーを効率良く基板へ伝えることができる。そのため、研磨速度が高い。
In the composite fine particles of the present invention, the single crystal raw ceria fine particles may be either “particle connected type” or “monodispersed type”, but the contact area with the substrate can be kept high, and the polishing rate can be reduced. Therefore, a particle-coupled type is desirable. The particle connection type is one in which two or more raw ceria particles are partially bonded to each other, and the connection is preferably 3 or less. The bonding between the raw material ceria fine particles may be a single crystal connected body (aggregate) via a heterophase, or a polycrystalline type connected type having a crystal grain boundary, and further an aggregate where the polycrystal is via a different phase. Or a mixture thereof.
The connection type allows a large contact area with the substrate, so that the polishing energy can be efficiently transmitted to the substrate. Therefore, the polishing rate is high.

本発明の複合微粒子は、粒子連結型であって、かつ、画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満(好ましくは0.67以下)である粒子の個数割合は45%以上であることが好ましい。
ここで、画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満である粒子は、粒子結合型のものと考えられる。
本発明の複合微粒子の形状は、格別に制限されるものではなく、粒子連結型粒子であっても、単粒子(非連結粒子)であってもよく、通常は両者の混合物である。
In the composite fine particles of the present invention, the number ratio of particles whose particle diameter is less than 0.80 (preferably 0.67 or less), which is of a particle-coupled type and whose minor axis / major axis ratio is measured by an image analysis method, is 45%. It is preferable that it is above.
Here, particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 measured by an image analysis method are considered to be of a particle-bound type.
The shape of the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, and may be particle-connected particles or single particles (unconnected particles), and usually a mixture of both.

ここで、本発明の分散液を研磨用途に使用する場合であって、被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合は、本発明の複合微粒子の画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満(好ましくは0.67以下)である粒子の個数割合は45%以上(より好ましくは51%以上)であることが好ましい。   Here, when the dispersion of the present invention is used for polishing, and when the improvement of the polishing rate for the substrate to be polished is emphasized, the ratio of the minor axis to the major axis measured by the image analysis method of the composite fine particles of the present invention is used. Is less than 0.80 (preferably 0.67 or less), and the number ratio of particles is preferably 45% or more (more preferably 51% or more).

また、同じく被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合は、本発明の複合微粒子の画像解析法で測定された短径/長径比が0.80以上(好ましくは0.9以上)である粒子の個数割合は40%以上であることが好ましく、51%以上がより好ましい。   When it is also important to emphasize that the surface roughness on the substrate to be polished is at a low level, the ratio of the minor axis / major axis measured by the image analysis method of the composite fine particles of the present invention is 0.80 or more (preferably 0%). (0.9 or more) is preferably 40% or more, more preferably 51% or more.

前記の被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様1を挙げることができる。
[態様1]本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径/長径比が0.8未満である粒子の個数割合が45%以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
The following aspect 1 can be cited as an example of the composite fine particle dispersion of the present invention in the case where the improvement of the polishing rate for the substrate to be polished is emphasized.
[Aspect 1] The present invention is characterized in that the composite fine particles of the present invention are characterized in that the ratio of the number of particles whose minor axis / major axis ratio measured by an image analysis method is less than 0.8 is 45% or more. Dispersion.

また、前記被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様2を挙げることができる。
[態様2]本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径/長径比が0.8以上である粒子の個数割合が40%以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
In the case where importance is attached to the fact that the surface roughness on the substrate to be polished is at a low level, the composite fine particle dispersion of the present invention may include the following aspect 2.
[Aspect 2] The present invention is characterized in that the composite fine particles of the present invention are characterized in that the ratio of the number of particles having a minor axis / major axis ratio of 0.8 or more measured by an image analysis method is 40% or more. Dispersion.

画像解析法による短径/長径比の測定方法を説明する。透過型電子顕微鏡により、本発明の複合微粒子を倍率30万倍(ないしは50万倍)で写真撮影して得られる写真投影図において、粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。これより、短径/長径比(DS/DL)を求める。そして、写真投影図で観察される任意の50個の粒子において、短径/長径比が0.80未満および0.80以下である粒子の個数割合(%)を求める。
本発明の複合微粒子では、短径/長径比が0.80未満(好ましくは0.67以下)である粒子の個数割合が45%以上であることが好ましく、51%以上であることがより好ましい。この範囲の本発明の複合微粒子は、研磨材として使用した際に、研磨速度が高くなり好ましい。
A method of measuring the ratio of minor axis / major axis by image analysis will be described. In a photographic projection obtained by photographing the composite fine particles of the present invention at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times) with a transmission electron microscope, the maximum diameter of the particles is taken as the major axis, and the length is measured. , And its value is defined as the major axis (DL). Further, a point on the long axis that bisects the long axis is determined, two points where a straight line perpendicular to the long axis intersects the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain the short diameter (DS). From this, the ratio of minor axis / major axis (DS / DL) is determined. Then, the number ratio (%) of particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 and 0.80 or less among arbitrary 50 particles observed in the photograph projection view is obtained.
In the composite fine particles of the present invention, the number ratio of particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 (preferably 0.67 or less) is preferably 45% or more, and more preferably 51% or more. . The composite fine particles of the present invention in this range have a high polishing rate when used as an abrasive, and are therefore preferable.

本発明の分散液中に含まれ得る0.51μm以上の粗大粒子数は、3000百万個/cc以下であることが好ましい。粗大粒子数は、3000百万個/cc以下が好ましく、2000百万個/cc以下がより好ましい。0.51μm以上の粗大粒子は研磨傷の原因となり、さらに研磨基板の表面粗さを悪化させる原因となり得る。通常研磨速度が高い場合、研磨速度が高い反面、研磨傷が多発し基板の表面粗さが悪化する傾向にある。しかし、本発明の複合微粒子が粒子連結型である場合、高い研磨速度が得られ、その一方で0.51μm以上の粗大粒子数が3000百万個/cc以下であると研磨傷が少なく、表面粗さを低く抑えることができる。   The number of coarse particles of 0.51 μm or more that can be contained in the dispersion of the present invention is preferably 3000 million / cc or less. The number of coarse particles is preferably 3000 million / cc or less, more preferably 2000 million / cc or less. Coarse particles of 0.51 μm or more may cause polishing scratches and may further deteriorate the surface roughness of the polished substrate. Usually, when the polishing rate is high, the polishing rate is high, but polishing scratches occur frequently and the surface roughness of the substrate tends to deteriorate. However, when the composite fine particles of the present invention are of the particle-coupled type, a high polishing rate can be obtained. On the other hand, when the number of coarse particles of 0.51 μm or more is 3000 million / cc or less, polishing scratches are small, and The roughness can be kept low.

なお、本発明の分散液中に含まれ得る粗大粒子数の測定法は、以下の通りである。
試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、5mlを採取し、これを従来公知の粗大粒子数測定装置に注入する。そして、0.51μm以上の粗大粒子の個数を求める。この測定を3回行い、単純平均値を求め、その値を1000倍して、0.51μm以上の粗大粒子数の値とする。
The method for measuring the number of coarse particles that can be contained in the dispersion of the present invention is as follows.
After diluting the sample to 0.1% by mass with pure water, 5 ml of the sample is collected and injected into a conventionally known coarse particle counting apparatus. Then, the number of coarse particles of 0.51 μm or more is determined. This measurement is performed three times, a simple average value is obtained, and the value is multiplied by 1000 to obtain a value of the number of coarse particles of 0.51 μm or more.

本発明の複合微粒子は、比表面積が3〜100m2/gであることが好ましく、6〜80m2/gであることがより好ましい。 The composite fine particles of the present invention preferably have a specific surface area of 3 to 100 m 2 / g, more preferably 6 to 80 m 2 / g.

ここで、比表面積(BET比表面積)の測定方法について説明する。
まず、乾燥させた試料(0.2g)を測定セルに入れ、窒素ガス気流中、250℃で40分間脱ガス処理を行い、その上で試料を窒素30体積%とヘリウム70体積%の混合ガス気流中で液体窒素温度に保ち、窒素を試料に平衡吸着させる。次に、上記混合ガスを流しながら試料の温度を徐々に室温まで上昇させ、その間に脱離した窒素の量を検出し、予め作成した検量線により、試料の比表面積を測定する。
このようなBET比表面積測定法(窒素吸着法)は、例えば従来公知の表面積測定装置を用いて行うことができる。
本発明において比表面積は、特に断りがない限り、このような方法で測定して得た値を意味するものとする。
Here, a method for measuring the specific surface area (BET specific surface area) will be described.
First, a dried sample (0.2 g) is put into a measurement cell, degassed at 250 ° C. for 40 minutes in a nitrogen gas stream, and then the sample is mixed with 30% by volume of nitrogen and 70% by volume of helium. The liquid nitrogen temperature is maintained in an air stream, and nitrogen is equilibrium-adsorbed to the sample. Next, the temperature of the sample is gradually raised to room temperature while flowing the above-mentioned mixed gas, the amount of nitrogen desorbed during that time is detected, and the specific surface area of the sample is measured by a previously prepared calibration curve.
Such a BET specific surface area measurement method (nitrogen adsorption method) can be performed using, for example, a conventionally known surface area measurement device.
In the present invention, the specific surface area means a value measured by such a method unless otherwise specified.

本発明の複合微粒子の平均粒子径は5〜500nmであることが好ましく30〜300nmであることがより好ましい。本発明の複合微粒子の平均粒子径が5〜500nmの範囲にある場合、研磨材として適用した際に研磨速度が高くなり好ましい。
本発明の複合微粒子の平均粒子径は、画像解析法で測定された平均粒子径の個数平均値を意味する。
画像解析法による平均粒子径の測定方法を説明する。透過型電子顕微鏡により、本発明の複合微粒子を倍率30万倍(ないしは50万倍)で写真撮影して得られる写真投影図において、粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これを複合微粒子の平均粒子径とする。
このようにして50個以上の複合粒子について幾何平均粒子径を測定し、それらの個数平均値を算出する。
The average particle size of the composite fine particles of the present invention is preferably from 5 to 500 nm, more preferably from 30 to 300 nm. When the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is in the range of 5 to 500 nm, the polishing rate is high when applied as an abrasive, which is preferable.
The average particle diameter of the composite fine particles of the present invention means the number average value of the average particle diameter measured by the image analysis method.
A method for measuring the average particle size by the image analysis method will be described. In a photographic projection obtained by photographing the composite fine particles of the present invention at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times) with a transmission electron microscope, the maximum diameter of the particles is taken as the major axis, and the length is measured. , And its value is defined as the major axis (DL). Further, a point on the long axis that bisects the long axis is determined, two points where a straight line perpendicular to the long axis intersects the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain the short diameter (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is determined, and this is defined as the average particle diameter of the composite fine particles.
In this way, the geometric average particle diameter of 50 or more composite particles is measured, and their number average value is calculated.

本発明の複合微粒子において、前記特定不純物群1の各元素の含有率は、それぞれ100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の複合微粒子における前記特定不純物群2の各元素の含有率は、それぞれ5ppm以下であることが好ましい。本発明の複合微粒子における特定不純物群1及び前記特定不純物群2それぞれの元素の含有率を低減させる方法は、前述の通りである。
なお、本発明の複合微粒子における前記特定不純物群1および前記特定不純物群2の各々の元素の含有率は、前述の原料セリア微粒子に含まれる前記特定不純物群1および前記特定不純物群2を測定する場合と同じ方法によって測定することができる。
In the composite fine particles of the present invention, the content of each element of the specific impurity group 1 is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, more preferably 25 ppm or less, and more preferably 5 ppm or less. More preferably, it is still more preferably 1 ppm or less.
The content of each element of the specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention is preferably 5 ppm or less. The method of reducing the content of each element of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention is as described above.
The content rates of the respective elements of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention are determined by measuring the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 contained in the raw material ceria fine particles described above. It can be measured by the same method as in the case.

<本発明の分散液>
本発明の分散液について説明する。
本発明の分散液は、上記のような本発明の複合微粒子が分散溶媒に分散しているものである。
<Dispersion of the present invention>
The dispersion of the present invention will be described.
The dispersion of the present invention is one in which the composite fine particles of the present invention as described above are dispersed in a dispersion solvent.

本発明の分散液は分散溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この分散溶媒として、例えば純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。さらに、本発明の分散液は、研磨性能を制御するための添加剤として、研磨促進剤、界面活性剤、pH調整剤及びpH緩衝剤からなる群より選ばれる1種以上を添加することで研磨スラリーとして好適に用いられる。   The dispersion of the present invention contains water and / or an organic solvent as a dispersion solvent. As the dispersion solvent, for example, water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water is preferably used. Further, the dispersion of the present invention is polished by adding at least one selected from the group consisting of a polishing accelerator, a surfactant, a pH adjuster and a pH buffer as an additive for controlling polishing performance. It is suitably used as a slurry.

また、本発明の分散液を備える分散溶媒として、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類;アセトン、2−ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどのエーテル類;2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;塩化メチレン、1,2−ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;N−メチル−2−ピロリドン、N−オクチル−2−ピロリドンなどのピロリドン類などの有機溶媒を用いることができる。これらを水と混合して用いてもよい。   Examples of the dispersion solvent including the dispersion of the present invention include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and methyl isocarbinol; acetone, 2-butanone, ethyl amyl ketone, diacetone alcohol, isophorone, and cyclohexanone. Ketones such as N; N-dimethylformamide, amides such as N, N-dimethylacetamide; ethers such as diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane and 3,4-dihydro-2H-pyran Glycol ethers such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol and ethylene glycol dimethyl ether; 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoki Glycol ether acetates such as ethyl acetate; methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, esters such as ethylene carbonate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene; hexane, heptane, isooctane; Aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, and chlorobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; N-methyl-2-pyrrolidone, N-octyl- Organic solvents such as pyrrolidones such as 2-pyrrolidone can be used. These may be used by mixing with water.

本発明の分散液に含まれる固形分濃度は0.3〜50質量%の範囲にあることが好ましい。   The solid concentration contained in the dispersion of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 50% by mass.

本発明の分散液は、カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、流動電位の微分値が最大になるときのカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が−3000〜−100となる流動電位曲線が得られるものであることが好ましい。
ΔPCD/V=(I−C)/V・・・式(1)
C:前記流動電位の微分値が最大になるときの流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記流動電位の微分値が最大になるときの前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
When the cationic colloid titration is carried out, the dispersion of the present invention has a streaming potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) and a cationic colloid titration solution when the differential value of the streaming potential is maximized. It is preferable that a streaming potential curve with a ratio (ΔPCD / V) to the addition amount (V) of −3000 to −100 is obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V Equation (1)
C: streaming potential (mV) when the differential value of the streaming potential is maximized
I: streaming potential (mV) at the starting point of the streaming potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titrant when the differential value of the streaming potential is maximized

ここで、カチオンコロイド滴定は、固形分濃度を1質量%に調整した本発明の分散液80gにカチオンコロイド滴定液を添加することで行う。カチオンコロイド滴定液として、0.001Nポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム溶液を用いる。   Here, the cationic colloid titration is performed by adding the cationic colloid titrant to 80 g of the dispersion of the present invention in which the solid content concentration is adjusted to 1% by mass. A 0.001N polydiallyldimethylammonium chloride solution is used as a cationic colloid titrant.

このカチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線とは、後述する実施例において示す図5のように、カチオン滴定液の添加量(ml)をX軸、本発明の分散液の流動電位(mV)をY軸に取ったグラフである。
そして、このグラフの流動電位曲線を滴定量(X)で微分し、得られた微分値を新たにY軸、滴定量をX軸としたグラフを得る。このグラフは、例えば後述する実施例において示す図6のようなグラフである。このグラフにおける微分値(Y軸の流動電位の微分値)が最大となる点における流動電位をC(mV)とし、その点におけるカチオンコロイド滴定液の添加量(X軸)をV(ml)とする。
流動電位曲線の開始点とは、滴定前の本発明の分散液における流動電位である。具体的にはカチオンコロイド滴定液の添加量が0である点を開始点とする。この開始点における流動電位をI(mV)とする。
The streaming potential curve obtained by the cationic colloid titration is, as shown in FIG. 5 shown in Examples described later, the addition amount (ml) of the cation titrant on the X axis and the streaming potential (mV) of the dispersion of the present invention on the X axis. It is a graph taken on the Y axis.
Then, the streaming potential curve of this graph is differentiated by the titer (X), and a graph is obtained in which the obtained differential value is newly set on the Y axis and the titer is set on the X axis. This graph is, for example, a graph as shown in FIG. The streaming potential at the point where the differential value (the differential value of the streaming potential on the Y-axis) in this graph is maximum is C (mV), and the addition amount of the cationic colloid titrant at that point (X-axis) is V (ml). I do.
The starting point of the streaming potential curve is the streaming potential of the dispersion of the present invention before titration. Specifically, the point at which the amount of the cationic colloid titrant added is 0 is defined as the starting point. The streaming potential at this start point is defined as I (mV).

上記のΔPCD/Vの値が−3000〜−100であると、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨剤の研磨速度がより向上する。このΔPCD/Vは、本発明の複合微粒子表面における易溶解性のシリカを含む層による原料セリア微粒子の被覆具合及び/又は複合微粒子の表面における原料セリア微粒子の露出具合を反映していると考えられる。ΔPCD/Vの値が上記範囲内であると研磨速度が高く、さらに複合微粒子の分散安定性が向上するため安定した研磨が行われると本発明者は推定している。
逆にΔPCD/Vの値が−100よりも大きい場合は、複合微粒子表面が易溶解性のシリカを含む層で全面が厚く覆われているため、研磨時に原料セリア微粒子が十分に露出しないため、研磨速度が低くなる。一方、−3000よりも小さい場合は易溶解性のシリカを含む層の被覆が十分でないため、基板との凝着による摩擦力向上効果低くなるため研磨速度が低くなり、さらに分散安定性が保たれず凝集が生じて、ディフェクトなどの原因になると本発明者は推定している。ΔPCD/Vは、−2800〜−150であることがより好ましく、−2500〜−200であることがさらに好ましい。
When the value of ΔPCD / V is −3000 to −100, the polishing rate of the abrasive is further improved when the dispersion of the present invention is used as the abrasive. This ΔPCD / V is considered to reflect the degree of coating of the raw ceria fine particles with the layer containing easily soluble silica on the surface of the composite fine particles of the present invention and / or the degree of exposure of the raw ceria fine particles on the surface of the composite fine particles. . The inventor estimates that when the value of ΔPCD / V is within the above range, the polishing rate is high, and the dispersion stability of the composite fine particles is improved, so that stable polishing is performed.
Conversely, when the value of ΔPCD / V is larger than −100, the raw material ceria fine particles are not sufficiently exposed at the time of polishing because the surface of the composite fine particles is thickly covered with a layer containing easily soluble silica. The polishing rate is reduced. On the other hand, if it is smaller than -3000, the layer containing the easily soluble silica is insufficiently coated, so that the effect of improving the frictional force due to adhesion to the substrate is reduced, so that the polishing rate is reduced and the dispersion stability is maintained. The present inventors presume that aggregation occurs and causes defects and the like. ΔPCD / V is more preferably −2800 to −150, and still more preferably −2500 to −200.

本発明の分散液は、そのpH値を3〜8の範囲とした場合に、カチオンコロイド滴定を始める前、すなわち、滴定量がゼロである場合の流動電位がマイナスの電位となるものであることが好ましい。これは、この流動電位がマイナスの電位を維持する場合、同じくマイナスの表面電位を示す研磨基材への砥粒(セリア系微粒子)の残留が生じ難いからである。さらにゼータ電位の測定においてもpH値が3〜8の範囲とした場合に、マイナスの電位となることが好ましい。   When the pH value of the dispersion of the present invention is in the range of 3 to 8, before the start of cationic colloid titration, that is, when the titer is zero, the streaming potential becomes a negative potential. Is preferred. This is because when the streaming potential is maintained at a negative potential, abrasive grains (ceria-based fine particles) are unlikely to remain on the polishing substrate, which also exhibits a negative surface potential. Further, in the measurement of the zeta potential, when the pH value is in the range of 3 to 8, it is preferable that the potential becomes a negative potential.

本発明において、原料セリア微粒子は結晶性であれば製法は限定されるものではなく、原料セリア微粒子の最外層が易溶解性シリカを有するものであれば良い。
本発明の製造方法における原料セリア微粒子は、例えば焼成型セリア(液相で合成したセリアやコロイダルセリアを焼成したものを含む)や、液相で合成したセリア(コロイダルセリアを含む)などが挙げられる。具体的には、本発明の製造方法[α]および本発明の製造方法[β]における工程1、2では焼成型セリアを原料セリア微粒子として用いた製造プロセスである。また、本発明の製造方法[X]における工程A、Bはコロイダルセリアを原料セリア微粒子として用いた製造プロセスである。
また、易溶解性のシリカは、結晶性セリアを3〜300nmの範囲に結晶成長させた後に、形成させることができるが、具体的には、解砕工程の前や解砕工程の後に形成させることができる。液相で合成したセリアに易溶解性のシリカを形成させる製造方法は本発明の製造方法[X]であり、焼成型セリアに易溶解性のシリカを形成させる製造方法は本発明の製造方法[α]および本発明の製造方法[β]である。
以下に製造の詳細を説明する。
In the present invention, the production method is not limited as long as the raw ceria fine particles are crystalline, as long as the outermost layer of the raw ceria fine particles has easily soluble silica.
Examples of the raw ceria fine particles in the production method of the present invention include fired ceria (including ceria synthesized in a liquid phase and fired colloidal ceria) and ceria synthesized in a liquid phase (including colloidal ceria). . Specifically, Steps 1 and 2 in the production method [α] of the present invention and the production method [β] of the present invention are production processes using calcined ceria as raw material ceria fine particles. Steps A and B in the production method [X] of the present invention are production processes using colloidal ceria as raw material ceria fine particles.
In addition, easily soluble silica can be formed after crystal growth of crystalline ceria in the range of 3 to 300 nm, and specifically, is formed before or after the crushing step. be able to. The production method for forming easily soluble silica in ceria synthesized in the liquid phase is the production method [X] of the present invention, and the production method for forming readily soluble silica in calcined ceria is the production method of the present invention [X]. α] and the production method [β] of the present invention.
The details of the production will be described below.

<本発明の製造方法[α]、[β]>
本発明の製造方法[α]および本発明の製造方法[β]について説明する。本発明の製造方法[α]、[β]は焼成型セリアを原料セリア微粒子として用いるものである。これらは全て工程1を備え、次の工程として工程2aまたは工程2bを備える。
なお、説明の都合上、以下では、工程2aおよび工程2bの上位概念に相当する工程2についても説明する。
以下に詳細に説明する。
<Production method [α], [β] of the present invention>
The production method [α] of the present invention and the production method [β] of the present invention will be described. The production methods [α] and [β] of the present invention use calcined ceria as raw material ceria fine particles. These all have a step 1 and a step 2a or a step 2b as the next step.
For convenience of explanation, step 2 corresponding to a higher concept of step 2a and step 2b will be described below.
This will be described in detail below.

<工程1>
工程1では、初めにセリウム化合物を用意する。
本発明の製造方法により、半導体デバイスなどの研磨に適用する本発明の分散液を調製しようとする場合は、原料としてのセリウム化合物として、Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が低いセリウムの金属塩が好ましい。具体的には、dry換算のNa、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下で、さらにU、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下であることが望ましい。セリウムの金属塩の純度を向上させるために、セリウムの金属塩を溶解させて再結晶化させたり、キレートイオン交換などの処理を行うことが好ましい。
セリウムの金属塩の種類は限定されるものではないが、セリウムの塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩、金属アルコキシドなどを用いることができる。具体的には、硝酸第一セリウム、炭酸セリウム、硫酸第一セリウム、塩化第一セリウムなどを挙げることができる。
これらの中でも、炭酸セリウムが好ましい。硝酸塩や硫酸塩あるいは塩酸塩などを工程1に適用した場合、SOXやNOXあるいは腐食性のガスなどの有毒性、有害性の高いガスが発生するのに対して、炭酸塩の場合は有害性の低いCO2しか発生しないからである。
<Step 1>
In step 1, a cerium compound is first prepared.
When the dispersion of the present invention applied to polishing of a semiconductor device or the like is to be prepared by the manufacturing method of the present invention, Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg , Ni, Ti, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and a metal salt of cerium having a low content of F are preferred. Specifically, the content of each of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, and Zn in terms of dry is 100 ppm or less, and further, U, Th, Cl, NO 3 , SO 3 It is desirable that the contents of 4 and F are each 5 ppm or less. In order to improve the purity of the cerium metal salt, it is preferable to dissolve the cerium metal salt for recrystallization or to perform a treatment such as chelate ion exchange.
The kind of the metal salt of cerium is not limited, but chloride, nitrate, sulfate, acetate, carbonate, metal alkoxide and the like of cerium can be used. Specific examples include cerous nitrate, cerium carbonate, cerous sulfate, cerous chloride and the like.
Among these, cerium carbonate is preferred. When nitrate, sulfate, or hydrochloride is applied to step 1, highly toxic and harmful gases such as SO X , NO X, and corrosive gas are generated, whereas carbonates are harmful. This is because only low-emission CO 2 is generated.

セリウムの金属塩はあらかじめ篩などにより粗大な凝集塊を除去し、さらに湿式または乾式分級を行うなどしてセリウムの金属塩の粒子径分布を均一にすることが望ましい。セリウム金属塩の粒子径分布が不均一であると、焼成時に粗大なあるいは極めて小さなセリウム結晶が生じるからである。粗大なセリウム結晶は、解砕あるいは粉砕が困難となり、解砕あるいは粉砕しきれずに残存した場合は、研磨時にスクラッチの原因となるからである。また極めて小さなセリウム結晶は、研磨基板上に残留しやすく、砥粒残りが生じやすいからである。   It is desirable that the cerium metal salt be removed in advance by using a sieve or the like to remove coarse agglomerates, and that the particle size distribution of the cerium metal salt be made uniform by performing wet or dry classification. If the particle size distribution of the cerium metal salt is not uniform, coarse or extremely small cerium crystals are generated during firing. This is because coarse cerium crystals are difficult to crush or crush, and if they remain without being crushed or crushed completely, they may cause scratches during polishing. In addition, extremely small cerium crystals are likely to remain on the polishing substrate, and abrasive grains are likely to remain.

工程1では、このようなセリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る。
セリウムの金属塩等のセリウム化合物を焼成する方法は特に限定されないが、ロータリーキルン、バッチ炉、流動焼成炉、ローラーハースキルンなどが挙げられるが、ロータリーキルンは、焼成ムラなく均一に焼成できること、設備の掃除性から、ロータリーキルンで焼成することが望ましい。
また焼成時の温度は300〜1200℃であるが、400〜950℃であることが好ましく、500〜900℃であることがより好ましい。このような温度範囲において焼成すると、セリアの結晶化が十分に進行するからである。1200℃超で焼成した場合、セリア結晶が異常成長したり、粒子どうしが融着し粗大な凝集塊が生じ、スクラッチが多発するからである。また300℃未満で焼成した場合は、セリアの結晶化が十分に進行しないため、研磨速度が著しく低くなる。このような温度範囲で30分〜10時間焼成することが望ましく、好ましくは30分〜5時間、さらに好ましくは30分〜3時間温度を保持することが望ましい。
焼成時の昇温速度は、10〜300℃/分とすることが好ましく、30〜200℃/分とすることがより好ましい。
In step 1, such a cerium compound is fired at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
A method for firing a cerium compound such as a cerium metal salt is not particularly limited, and examples thereof include a rotary kiln, a batch furnace, a fluidized-bed firing furnace, and a roller hearth kiln.The rotary kiln can be fired uniformly without uneven firing, and equipment cleaning. It is desirable to bake in a rotary kiln from the viewpoint of properties.
The firing temperature is 300 to 1200 ° C., preferably 400 to 950 ° C., and more preferably 500 to 900 ° C. This is because sintering in such a temperature range sufficiently promotes crystallization of ceria. If the firing is performed at a temperature higher than 1200 ° C., the ceria crystal grows abnormally or the particles are fused to each other to form a coarse agglomerate, and scratches occur frequently. If the firing is performed at a temperature lower than 300 ° C., the crystallization of ceria does not proceed sufficiently, so that the polishing rate becomes extremely low. It is desirable to bake in such a temperature range for 30 minutes to 10 hours, preferably 30 minutes to 5 hours, more preferably 30 minutes to 3 hours.
The rate of temperature rise during firing is preferably 10 to 300 ° C / min, more preferably 30 to 200 ° C / min.

<工程2>
工程2では、前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、原料セリア微粒子分散液を得る。
ここで焼成体の解砕もしくは粉砕は、湿式または乾式にて行う。
なお、本発明において「解砕」とは、焼成体が単結晶の凝集体である場合に凝集構造を解きほぐして単結晶体に分散する操作や、焼成体が多結晶である場合に、凝集構造が解きほぐされて粒界を維持したまま元の多結晶体よりも小さな多結晶体に解されたり、粒界が破断されて一部が単結晶に解する操作をいう。また、「粉砕」とは、焼成体に含まれる単結晶を更に小さな単結晶にする操作のことをいう。
工程2では、焼成体について解砕もしくは粉砕またはそれら両方の操作を施す。
<Step 2>
In step 2, the fired body is crushed or pulverized to obtain a raw material ceria fine particle dispersion.
Here, the crushing or pulverization of the fired body is performed by a wet method or a dry method.
In the present invention, “crushing” refers to an operation of disintegrating and dispersing an aggregated structure into a single crystal when the fired body is a single crystal aggregate, or an aggregate structure when the fired body is a polycrystal. Refers to an operation in which a crystal is disintegrated to be broken into a polycrystal smaller than the original polycrystal while maintaining the grain boundary, or the grain boundary is broken and a part is broken into a single crystal. “Pulverization” refers to an operation of turning a single crystal contained in a fired body into a smaller single crystal.
In step 2, the fired body is subjected to crushing, pulverization, or both operations.

湿式で解砕または粉砕する装置として、従来公知の装置を使用することができる。例えば、バスケットミル等のバッチ式ビーズミル、横型・縦型・アニュラー型の連続式のビーズミル、サンドグラインダーミル、ボールミル等、ロータ・ステータ式ホモジナイザー、超音波分散式ホモジナイザー、分散液中の微粒子同士をぶつける衝撃粉砕機等の湿式媒体攪拌式ミル(湿式解砕機)が挙げられる。湿式媒体攪拌ミルに用いるビーズとしては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコニア、スチール、フリント石、有機樹脂等を原料としたビーズを挙げることができる。   A conventionally known device can be used as a device for crushing or pulverizing in a wet system. For example, a batch type bead mill such as a basket mill, a horizontal / vertical type / annular type continuous bead mill, a sand grinder mill, a ball mill, etc., a rotor / stator type homogenizer, an ultrasonic dispersion type homogenizer, and crushing particles in a dispersion liquid. Examples include a wet medium stirring type mill (wet pulverizer) such as an impact pulverizer. Examples of the beads used in the wet medium stirring mill include beads made of glass, alumina, zirconia, steel, flint stone, an organic resin, or the like.

湿式で解砕処理または粉砕処理する場合の溶媒としては、水及び/又は有機溶媒が使用される。例えば、純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。
また、湿式で解砕する際の固形分濃度は、格別に制限されるものではないが、例えば、0.3〜50質量%の範囲にあることが好ましい。
Water and / or an organic solvent is used as a solvent in the case of performing the crushing treatment or the crushing treatment in a wet system. For example, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, and ion-exchanged water.
In addition, the solid content concentration when wet crushing is not particularly limited, but is preferably, for example, in the range of 0.3 to 50% by mass.

なお、湿式による解砕を行う場合は、溶媒のpHを5〜11に維持しながら湿式による解砕を行うことが好ましい。pHをこの範囲に維持すると、セリアが単分散を保ちながら解砕が進むからである。pH値が11越えた条件で解砕しても解砕効率は向上し難く、解砕中に再凝集が進むからである。またpHが5未満では、セリアが溶解する可能性があるからである。解砕中のpHが5〜11が好ましく、6〜10.5がより好ましい。なお、解砕時にメジアから混入した不純分は必要に応じて遠心分離あるいはイオン交換、限外膜による洗浄などで除去することもできる。   In the case of performing wet disintegration, it is preferable to perform wet disintegration while maintaining the pH of the solvent at 5 to 11. This is because if the pH is maintained in this range, crushing proceeds while maintaining monodispersion of ceria. This is because crushing efficiency is hardly improved even if crushing is performed under conditions where the pH value exceeds 11, and reaggregation proceeds during crushing. If the pH is less than 5, ceria may be dissolved. The pH during crushing is preferably 5 to 11, more preferably 6 to 10.5. In addition, the impurities mixed from the media at the time of crushing can be removed by centrifugation, ion exchange, washing with an ultramembrane, or the like, if necessary.

焼成して得られた焼成体を乾式にて解砕あるいは粉砕する装置としては従来公知の装置を使用することができるが、例えば、アトライター、ボールミル、振動ミル、振動ボールミルジェットミル等を挙げることができる。   As a device for pulverizing or pulverizing the fired body obtained by firing in a dry manner, a conventionally known device can be used. Examples thereof include an attritor, a ball mill, a vibration mill, a vibration ball mill, a jet mill, and the like. Can be.

また、焼成して得られた焼成体を乾式で解砕処理した後に、溶媒を加えて、pH5〜11の範囲にて、湿式で解砕処理してもよい。   Further, after the fired body obtained by firing is subjected to dry crushing treatment, a solvent may be added and wet crushing treatment may be performed at pH 5 to 11 in a range of pH 5 to 11.

<工程2a、工程2b>
上記のように、工程2は、前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、原料セリア微粒子分散液を得る工程であるが、工程2aでは、前記焼成体にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、工程2の場合と同様に解砕もしくは粉砕を行う。そして、得られたものをセリア系微粒子分散液とする。
<Step 2a, Step 2b>
As described above, Step 2 is a step of crushing or pulverizing the fired body to obtain a raw material ceria fine particle dispersion, and in Step 2a, adding an additive containing silica to the fired body, Heat aging at 98 ° C., and then pulverize or pulverize in the same manner as in step 2. Then, the resultant is used as a ceria-based fine particle dispersion.

また、上記のように、工程2は、前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、原料セリア微粒子分散液を得る工程であるが、工程2bでは、工程2の場合と同様にして前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、得られた原料セリア微粒子分散液にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する。そして、得られたものをセリア系微粒子分散液とする。   As described above, Step 2 is a step of crushing or pulverizing the fired body to obtain a raw material ceria fine particle dispersion, but in Step 2b, the fired body is crushed in the same manner as in Step 2. Crushed or crushed, an additive containing silica is added to the obtained raw material ceria fine particle dispersion, and the mixture is heated and aged at 10 to 98 ° C. Then, the resultant is used as a ceria-based fine particle dispersion.

<シリカを含む添加材>
工程2aおよび工程2bにおいて用いるシリカを含む添加材について説明する。
<Additives containing silica>
The additive containing silica used in Step 2a and Step 2b will be described.

シリカを含む添加材はシリカをdryベースで10質量%以上含むものであり、その他のものとして、例えばCe、Zr、La、Alなどを含んでも構わない。   The additive containing silica contains 10% by mass or more of silica on a dry basis, and may further contain, for example, Ce, Zr, La, or Al.

シリカを含む添加材の添加量は、焼成体の質量(dryベース)に対する比(シリカを含む添加剤の質量/焼成体の質量)で50ppm〜43%であることが好ましく、100ppm〜25%であることがより好ましく、500ppm〜11%であることがさらに好ましい。
添加量がこの範囲よりも少ない場合、易溶解性のシリカを含む層が十分に形成されない可能性がある。またこの範囲よりも多い場合は、易溶解性のシリカを含む層が過剰に厚膜化したり、本発明の複合微粒子に沈着しない成分が生じる場合がある。
The amount of the additive containing silica is preferably 50 ppm to 43% in terms of a ratio (mass of the additive containing silica / mass of the fired body) to the mass (dry base) of the fired body, and more preferably 100 ppm to 25%. More preferably, it is more preferably 500 ppm to 11%.
If the amount is less than this range, a layer containing easily soluble silica may not be formed sufficiently. If the amount is more than this range, the layer containing the easily soluble silica may be excessively thick, or a component which does not deposit on the composite fine particles of the present invention may be generated.

前述のように、前記焼成体にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、解砕もしくは粉砕を行うと、シリカを含む添加剤の原料セリア微粒子の表面への沈着が促進される。加熱熟成の温度は10〜98℃であり、20〜80℃が好ましい。この範囲よりも低い場合は、粒子の表面に沈着しない場合がある。またこの範囲よりも高い場合は本発明の複合微粒子が凝集する場合がある。このような工程を経ることで原料セリア微粒子の表面に易溶解性のシリカを含む層が、相対的に均一に形成される。   As described above, an additive containing silica is added to the fired body, and the mixture is aged by heating at 10 to 98 ° C., and then is crushed or pulverized. Deposition is promoted. The temperature for heat aging is 10 to 98 ° C, preferably 20 to 80 ° C. If it is lower than this range, it may not be deposited on the surface of the particles. If it is higher than this range, the composite fine particles of the present invention may aggregate. Through such a process, a layer containing easily soluble silica is relatively uniformly formed on the surface of the raw material ceria fine particles.

なお、このように処理したシリカを含む添加材は、全量が原料セリア微粒子の表面に沈着していても良いが、一部は溶媒中に存在していても構わない。研磨時にpHを3〜8に調整した際に、本発明の複合微粒子表面に沈着するからである。また一部の沈着しない成分が溶媒中に残存したままであったとしても、シリカを含む添加材が、研磨中に発生する研磨屑や、複合微粒子が崩壊するなどして生じた原料セリア微粒子を被覆し、スクラッチを防止するからである。   The silica-containing additive thus treated may be entirely deposited on the surface of the raw material ceria fine particles, but may be partially present in the solvent. This is because when the pH is adjusted to 3 to 8 during polishing, the particles deposit on the surface of the composite fine particles of the present invention. Also, even if some non-deposited components remain in the solvent, the additive containing silica removes the polishing debris generated during polishing and the raw ceria fine particles generated by the collapse of the composite fine particles. This is because coating is performed to prevent scratching.

<工程3>
工程2において得られた原料セリア微粒子分散液、または工程2aもしくは工程2bにおいて得られたセリア系微粒子分散液について、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することが好ましい。
このような工程、すなわち、工程2において得られた原料セリア微粒子分散液、または工程2aもしくは工程2bにおいて得られたセリア系微粒子分散液について、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去する工程を、工程3とする。
相対遠心加速度が300G以上とすると、セリア系微粒子分散液中に粗大粒子が残存し難いため、セリア系微粒子分散液を用いた研磨材などの研磨用途に使用した際に、スクラッチが発生し難くなる。
ここで相対遠心加速度の上限は格別に制限されるものではないが、実用上は10,000G以下で使用される。
<Step 3>
The raw ceria fine particle dispersion obtained in the step 2 or the ceria based fine particle dispersion obtained in the step 2a or 2b is subjected to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently, sedimentation components are removed. Is preferred.
In such a step, that is, the raw ceria fine particle dispersion obtained in the step 2 or the ceria-based fine particle dispersion obtained in the step 2a or the step 2b is subjected to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more. The step of removing the sedimentation component is referred to as step 3.
When the relative centrifugal acceleration is 300 G or more, since coarse particles are unlikely to remain in the ceria-based fine particle dispersion, scratches are less likely to occur when the ceria-based fine particle dispersion is used for polishing such as an abrasive. .
Here, the upper limit of the relative centrifugal acceleration is not particularly limited, but is practically used at 10,000 G or less.

<工程3a>
上記のように、工程3は、セリア系微粒子分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心処理を行い、続いて沈降成分を除去する工程であるが、工程3aは工程2に続く工程であり、工程2において得られた前記原料セリア微粒子分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心処理を行い、続いて沈降成分を除去した後、シリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成して、セリア系微粒子分散液を得る。
ここで、シリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作等については、前述の工程2aおよび工程2bの場合と同様であってよい。
<Step 3a>
As described above, the step 3 is a step of subjecting the ceria-based fine particle dispersion to centrifugal treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more and subsequently removing the sedimentation component, and the step 3a is a step following the step 2. The raw material ceria fine particle dispersion obtained in the step 2 is subjected to a centrifugal treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently, a sediment component is removed, and then an additive containing silica is added. Heat aging to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
Here, the operation of adding the additive containing silica and heating and aging at 10 to 98 ° C. may be the same as in the case of the above-mentioned Step 2a and Step 2b.

なお、工程2aまたは工程2bのようにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作を行い、その後、遠心処理して沈降成分を除去した後に、さらに、工程3aのように、シリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作を行ってセリア系微粒子分散液を得てもよい。このようなケースは、工程1、工程2および工程3aを含む製造方法に該当し、かつ、本発明の製造方法[α]または本発明の製造方法[β]にも該当する。   An operation of adding an additive containing silica as in Step 2a or Step 2b and performing heat aging at 10 to 98 ° C., and then performing centrifugal treatment to remove settled components, is further performed as in Step 3a. Then, an operation of adding an additive containing silica to the mixture and heating and aging at 10 to 98 ° C. may be performed to obtain a ceria-based fine particle dispersion. Such a case corresponds to the manufacturing method including step 1, step 2 and step 3a, and also corresponds to the manufacturing method [α] of the present invention or the manufacturing method [β] of the present invention.

<本発明の製造方法[X]>
本発明の製造方法[X]について説明する。本発明の製造方法[X]は液相で合成したセリアを原料セリア微粒子として用いるものである。本発明の製造方法[X]は工程Aを備え、次の工程として工程Bを備える。
以下に詳細に説明する。
<Production method [X] of the present invention>
The production method [X] of the present invention will be described. The production method [X] of the present invention uses ceria synthesized in a liquid phase as raw ceria fine particles. The manufacturing method [X] of the present invention includes a step A, and includes a step B as a next step.
This will be described in detail below.

<工程A>
工程Aでは、前述の工程1において説明したセリウム化合物を溶媒に添加して溶解し、セリウム溶液を得る。この際、セリウム化合物を溶解させる目的で、酸を添加しても構わない。酸の種類は特に制限はないが、塩酸、硝酸、硫酸などの無機酸が好ましい。
<Step A>
In step A, the cerium compound described in step 1 is added to a solvent and dissolved to obtain a cerium solution. At this time, an acid may be added for the purpose of dissolving the cerium compound. The type of acid is not particularly limited, but inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid are preferable.

次にアルカリ水溶液、あるいはイオン交換水を撹拌し、温度を3〜98℃、pH範囲を5.0〜9.0に維持しながら、ここへセリウム溶液を連続的又は断続的に添加し、セリウム溶液を中和することで、結晶性のセリアが生成する。
ここで、前記アルカリ水溶液、あるいは前記イオン交換水を撹拌し、温度を3〜98℃、pH範囲を5.0〜9.0、酸化還元電位を10〜500mVに維持しながら、ここへセリウム溶液を連続的又は断続的に添加することが好ましい。
セリウム溶液を添加した後は、反応を完結させることを目的として熟成することが望ましい。
このような工程により、コロイダルセリアを得る。
Next, the cerium solution is continuously or intermittently added thereto while stirring the alkaline aqueous solution or ion-exchanged water while maintaining the temperature at 3 to 98 ° C. and the pH range at 5.0 to 9.0. Neutralizing the solution produces crystalline ceria.
Here, while stirring the alkaline aqueous solution or the ion-exchanged water, maintaining the temperature at 3 to 98 ° C., the pH range at 5.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 10 to 500 mV, the cerium solution was added thereto. Is preferably added continuously or intermittently.
After adding the cerium solution, it is desirable to ripen for the purpose of completing the reaction.
By such a process, colloidal ceria is obtained.

セリウム溶液を溶媒へ添加する際の固形分濃度は、CeO2換算基準で1〜40質量%であることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると、製造工程でのセリアの濃度が低くなり生産性が悪くなり得る。 Solids concentration when adding cerium solution to solvent is preferably from 1 to 40% by mass in terms of CeO 2 reference. If this solid content is too low, the concentration of ceria in the production process will be low, and the productivity may be poor.

セリウム溶液をアルカリで中和することで、平均結晶子径が3〜300nmの結晶性のセリアが得られる。結晶性のセリアは、単結晶であっても単結晶の凝集体であっても多結晶であっても、これらの混合体であっても良い。また中和反応中は、セリウム化合物を溶解する際に使用した酸やセリウム化合物から持ち込まれる酸がアルカリと反応して塩が生成する。生成する塩によってイオン強度が高くなるため、単結晶の凝集体となりやすい。   By neutralizing the cerium solution with an alkali, crystalline ceria having an average crystallite diameter of 3 to 300 nm can be obtained. The crystalline ceria may be a single crystal, a single crystal aggregate, a polycrystal, or a mixture thereof. In addition, during the neutralization reaction, the acid used when dissolving the cerium compound or the acid introduced from the cerium compound reacts with the alkali to form a salt. Since the ionic strength is increased by the generated salt, it tends to form a single crystal aggregate.

アルカリ水溶液またはイオン交換水を撹拌しながらセリウム溶液を添加する際の反応溶液の温度は3〜98℃であり、10〜90℃であることが好ましい。この温度が低すぎるとセリウム溶解液とアルカリの反応性が低下し、結果としてセリアの結晶成長が妨げられ、水酸化セリウムなどが生じる可能性がある。仮に、結晶成長したとしても結晶子径が5nm未満の小さなセリア結晶が生じる可能性がある。逆に、この温度が高すぎるとセリアが異常成長したり、単結晶の凝集が進み、粗大な凝集塊が生じ、解砕あるいは粉砕しにくくなる傾向がある。   The temperature of the reaction solution when adding the cerium solution while stirring the alkaline aqueous solution or ion-exchanged water is from 3 to 98 ° C, preferably from 10 to 90 ° C. If the temperature is too low, the reactivity between the cerium solution and the alkali decreases, and as a result, ceria crystal growth is hindered, and cerium hydroxide and the like may be generated. Even if the crystal grows, a small ceria crystal having a crystallite diameter of less than 5 nm may be generated. Conversely, if the temperature is too high, ceria grows abnormally or single crystals agglomerate, coarse aggregates are formed, and there is a tendency that crushing or crushing becomes difficult.

また、セリウム溶解液を添加する際の反応溶液の時間は0.5〜24時間であることが好ましく、0.5〜18時間であることがより好ましい。この時間が短すぎると結晶性の酸化セリウムが凝集して、解砕されにくくなる傾向がある点で好ましくない。逆に、この時間が長すぎても結晶性の酸化セリウムの形成はそれ以上反応が進まず不経済となる。なお、前記セリウム金属塩の添加後に、所望により3〜98℃にて熟成しても構わない。熟成により、セリアの結晶化の反応を促進させる効果があるからである。   The time of the reaction solution when adding the cerium solution is preferably 0.5 to 24 hours, and more preferably 0.5 to 18 hours. If the time is too short, the crystalline cerium oxide tends to aggregate and be difficult to be crushed, which is not preferable. Conversely, if this time is too long, the formation of crystalline cerium oxide will not proceed further and will be uneconomical. After the addition of the cerium metal salt, aging may be performed at a temperature of 3 to 98 ° C. if desired. This is because aging has the effect of promoting the reaction of crystallization of ceria.

また、セリウム溶液を添加する際の反応溶液のpH範囲7〜10とするが、6〜10とすることが好ましい。この際、アルカリ等を添加しpH調整を行うことが好ましい。このようなアルカリの例としては、公知のアルカリを使用することができる。具体的には、アンモニア水溶液、水酸化アルカリ、アルカリ土類金属、アミン類の水溶液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Further, the pH range of the reaction solution when adding the cerium solution is set to 7 to 10, preferably 6 to 10. At this time, it is preferable to adjust the pH by adding an alkali or the like. As an example of such an alkali, a known alkali can be used. Specific examples include, but are not limited to, aqueous ammonia solutions, aqueous alkali hydroxides, alkaline earth metals, and aqueous solutions of amines.

また、セリウム溶液を添加する反応溶液の酸化還元電位は10〜500mVに調整することが好ましい。酸化還元電位は100〜300mVとすることよりが好ましい。酸化還元電位が負となった場合、セリウム化合物が結晶性セリアとならずに板状・棒状などの複合セリウム化合物が生成する場合がある。酸化還元電位を上記の範囲内に保つ方法として過酸化水素などの酸化剤を添加したり、エアー及びオゾンを吹き込む方法が挙げられる。   The oxidation-reduction potential of the reaction solution to which the cerium solution is added is preferably adjusted to 10 to 500 mV. The oxidation-reduction potential is more preferably set to 100 to 300 mV. When the oxidation-reduction potential becomes negative, a composite cerium compound such as a plate-like or rod-like compound may be generated without the cerium compound becoming crystalline ceria. Examples of a method for keeping the oxidation-reduction potential within the above range include a method of adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide and a method of blowing air and ozone.

セリウム溶液を添加し、熟成させた反応溶液中に残存する塩を除去する目的で、陽イオン交換樹脂や陰イオン交換樹脂、キレート型イオン交換樹脂によるイオン交換、あるいは限外ろ過洗浄、ろ過洗浄など、必要に応じて脱イオン処理を行うことができる。脱イオン処理によりセリア系微粒子を高純度化でき、さらに研磨材として使用する際に、設備腐食が防げるため脱イオン処理をすることが望ましい。なお、脱イオン処理はこれらに限定されるものではない。   Cation exchange resin, anion exchange resin, ion exchange with chelate type ion exchange resin, or ultrafiltration washing, filtration washing, etc. for the purpose of removing salts remaining in the aged reaction solution by adding a cerium solution A deionization treatment can be performed if necessary. Ceria-based fine particles can be highly purified by the deionization treatment, and when used as an abrasive, equipment corrosion can be prevented. The deionization treatment is not limited to these.

工程Aで得られたコロイダルセリアを、次の工程に供する前に、純水やイオン交換水などを用いて、さらに希釈あるいは濃縮してもよい。   Before the colloidal ceria obtained in the step A is subjected to the next step, the colloidal ceria may be further diluted or concentrated using pure water or ion-exchanged water.

なお、コロイダルセリアにおける固形分濃度は1〜30質量%であることが好ましい。   The solid content concentration in colloidal ceria is preferably 1 to 30% by mass.

<工程B>
工程Bでは、前記コロイダルセリアにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る。
ここで、前記コロイダルセリアにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作については、前述の工程2a、工程2bの場合と同様であってよい。
<Step B>
In step B, an additive containing silica is added to the colloidal ceria, and the mixture is heated and aged at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
Here, the operation of adding an additive containing silica to the colloidal ceria and heating and aging at 10 to 98 ° C. may be the same as in the above-described steps 2a and 2b.

工程Bでは、前記コロイダルセリアを解砕もしくは粉砕した後に前記添加剤を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得ることが好ましい。
工程Bでは、前記コロイダルセリアに前記添加剤を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、解砕もしくは粉砕して前記セリア系微粒子分散液を得ることが好ましい。
ここで解砕もしくは粉砕する方法は、前述の工程2において前記焼成体を解砕もしくは粉砕する方法と同様であってよい。
In the step B, it is preferable to obtain the ceria-based fine particle dispersion by crushing or pulverizing the colloidal ceria, adding the additive, and heat-aging at 10 to 98 ° C.
In the step B, it is preferable that the additive is added to the colloidal ceria, the mixture is aged by heating at 10 to 98 ° C., and then crushed or pulverized to obtain the ceria-based fine particle dispersion.
Here, the method of pulverizing or pulverizing may be the same as the method of pulverizing or pulverizing the fired body in step 2 described above.

上記のような工程Bによって得られたセリア系微粒子分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心処理を行い、続いて沈降成分を除去することが好ましい。このような処理は、前述の工程3と同様であってよい。   It is preferable that the ceria-based fine particle dispersion obtained in the above step B is subjected to centrifugal treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently, sediment components are removed. Such a process may be similar to the above-described step 3.

なお、前述の工程Aによって、得たコロイダルセリアを好ましくは解砕もしくは粉砕した後、相対遠心加速度300G以上にて遠心処理を行って沈降成分を除去し、その後、シリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成して、セリア系微粒子分散液を得ることもできる。   In addition, the colloidal ceria obtained by the above-mentioned step A is preferably crushed or crushed, and then subjected to centrifugal treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more to remove sedimentation components. Thereafter, an additive containing silica is added. At 10 to 98 ° C to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

なお、工程Bのようにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作を行い、その後、遠心処理して沈降成分を除去した後に、さらに、シリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成する操作を行ってセリア系微粒子分散液を得てもよい。このようなケースは、本発明の製造方法[X]に該当する。   In addition, the additive containing silica is added as in the step B, and an operation of heating and aging at 10 to 98 ° C. is performed. After that, the precipitated component is removed by centrifugation, and then the additive containing silica is further added. Then, an operation of heating and aging at 10 to 98 ° C. may be performed to obtain a ceria-based fine particle dispersion. Such a case corresponds to the manufacturing method [X] of the present invention.

本発明では、上記の製造方法によって得られるセリア系微粒子分散液を、更に乾燥させて、セリア系微粒子を得ることができる。乾燥方法は特に限定されず、例えば、従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。   In the present invention, the ceria-based fine particle dispersion obtained by the above production method can be further dried to obtain ceria-based fine particles. The drying method is not particularly limited, and for example, drying can be performed using a conventionally known dryer.

このような本発明の製造方法によって、本発明の分散液を得ることができる。   The dispersion of the present invention can be obtained by such a production method of the present invention.

<研磨用砥粒分散液>
本発明の分散液を含む液体は、研磨用砥粒分散液(以下では「本発明の研磨用砥粒分散液」ともいう)として好ましく用いることができる。特にはSiO2絶縁膜が形成された半導体基板の平坦化用の研磨用砥粒分散液として好適に使用することができる。また研磨性能を制御するためにケミカル成分を添加し、研磨スラリーとしても好適に用いることができる。また研磨用砥粒分散液をそのまま研磨スラリーとして好適に用いることもできる。
<Abrasive dispersion liquid for polishing>
The liquid containing the dispersion of the present invention can be preferably used as a polishing abrasive dispersion (hereinafter also referred to as “polishing abrasive dispersion of the present invention”). In particular, it can be suitably used as a polishing abrasive dispersion for polishing a semiconductor substrate on which an SiO 2 insulating film is formed. In addition, a chemical component can be added to control the polishing performance, and can be suitably used as a polishing slurry. Further, the abrasive grain dispersion for polishing can be suitably used as it is as a polishing slurry.

本発明の研磨用砥粒分散液は半導体基板などを研磨する際の研磨速度が高く、また研磨時に研磨面のキズ(スクラッチ)が少ない、基板への砥粒の残留が少ないなどの効果に優れている。   The abrasive dispersion liquid for polishing according to the present invention has excellent effects such as a high polishing rate when polishing a semiconductor substrate and the like, little scratches (scratch) on the polished surface during polishing, and little residual abrasive grains on the substrate. ing.

本発明の研磨用砥粒分散液は分散溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この分散溶媒として、例えば純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。またpH調整材として酸やアルカリ、緩衝溶液を添加しても良い。さらに、本発明の研磨用砥粒分散液に、研磨性能を制御するための添加剤として、研磨促進剤、界面活性剤、複素環化合物、pH調整剤及びpH緩衝剤からなる群より選ばれる1種以上を添加することで研磨スラリーとして好適に用いられる。   The abrasive dispersion liquid for polishing of the present invention contains water and / or an organic solvent as a dispersion solvent. As the dispersion solvent, for example, water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water is preferably used. Further, an acid, an alkali or a buffer solution may be added as a pH adjuster. Further, as an additive for controlling the polishing performance, the polishing abrasive dispersion of the present invention may further include, as an additive for controlling the polishing performance, a polishing accelerator, a surfactant, a heterocyclic compound, a pH adjuster, and a pH buffer. By adding more than one kind, it is suitably used as a polishing slurry.

<研磨促進剤>
本発明の研磨用砥粒分散液に、被研磨材の種類によっても異なるが、必要に応じて従来公知の研磨促進剤を添加することで研磨スラリーとして、使用することができる。この様な例としては、過酸化水素、過酢酸、過酸化尿素など及びこれらの混合物を挙げることができる。このような過酸化水素等の研磨促進剤を含む研磨剤組成物を用いると、被研磨材が金属の場合には効果的に研磨速度を向上させることができる。
<Polishing accelerator>
The polishing slurry dispersion of the present invention varies depending on the type of the material to be polished, but can be used as a polishing slurry by adding a conventionally known polishing accelerator as needed. Such examples include hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide, and the like, and mixtures thereof. When a polishing composition containing such a polishing accelerator such as hydrogen peroxide is used, the polishing rate can be effectively improved when the material to be polished is a metal.

研磨促進剤の別の例としては、硫酸、硝酸、リン酸、シュウ酸、フッ酸等の無機酸、酢酸等の有機酸、あるいはこれら酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アミン塩及びこれらの混合物などを挙げることができる。これらの研磨促進剤を含む研磨用組成物の場合、複合成分からなる被研磨材を研磨する際に、被研磨材の特定の成分についての研磨速度を促進することにより、最終的に平坦な研磨面を得ることができる。   Other examples of the polishing accelerator include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, oxalic acid, and hydrofluoric acid, organic acids such as acetic acid, and sodium, potassium, ammonium, and amine salts of these acids. And the like. In the case of a polishing composition containing these polishing accelerators, when polishing a material to be polished made of a composite component, the polishing rate for a specific component of the material to be polished is promoted so that a flat polishing is finally achieved. You can get a surface.

本発明の研磨用砥粒分散液が研磨促進剤を含有する場合、その含有量としては、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜5質量%であることがより好ましい。   When the abrasive dispersion for polishing of the present invention contains a polishing accelerator, the content is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass. .

<界面活性剤及び/又は親水性化合物>
本発明の研磨用砥粒分散液の分散性や安定性を向上させるためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性系の界面活性剤又は親水性化合物を添加することができる。界面活性剤と親水性化合物は、いずれも被研磨面への接触角を低下させる作用を有し、均一な研磨を促す作用を有する。界面活性剤及び/又は親水性化合物としては、例えば、以下の群から選ばれるものを使用することができる。
<Surfactant and / or hydrophilic compound>
A cationic, anionic, nonionic, amphoteric surfactant or a hydrophilic compound can be added to improve the dispersibility and stability of the abrasive dispersion liquid for polishing of the present invention. Both the surfactant and the hydrophilic compound have a function of reducing the contact angle to the surface to be polished, and a function of promoting uniform polishing. As the surfactant and / or the hydrophilic compound, for example, those selected from the following group can be used.

陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、カルボン酸塩として、石鹸、N−アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド;スルホン酸塩として、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼン及びアルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、N−アシルスルホン酸塩;硫酸エステル塩として、硫酸化油、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩;リン酸エステル塩として、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテルリン酸塩を挙げることができる。   Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate, and phosphate. As the carboxylate, soap, N-acyl amino acid salt, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxylate Acid sulfonate, acylated peptide; alkyl sulfonate, alkylbenzene and alkyl naphthalene sulfonate, naphthalene sulfonate, sulfosuccinate, α-olefin sulfonate, N-acyl sulfonate; sulfate Salts include sulfated oils, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl allyl ether sulfates, alkyl amide sulfates; and phosphate salts such as alkyl phosphates, polyoxyethylene or polyoxyphosphates. Can pyrene alkyl allyl ether phosphates.

陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩;両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができる。   As cationic surfactants, aliphatic amine salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium chloride salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, imidazolinium salts; carboxybetaine type, sulfobetaine type as amphoteric surfactants, Amino carboxylate, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxide can be mentioned.

非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、エーテル型として、ポリオキシエチレンアルキル及びアルキルフェニルエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルが挙げられ、エーテルエステル型として、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、エステル型として、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ポリグリセリンエステル、ソルビタンエステル、プロピレングリコールエステル、ショ糖エステル、含窒素型として、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が例示される。その他に、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include an ether type, an ether ester type, an ester type, and a nitrogen-containing type. Examples of the ether type include polyoxyethylene alkyl and alkyl phenyl ether, alkyl allyl formaldehyde condensed polyoxyethylene ether, and polyoxyethylene poly. Oxypropylene block polymer, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ethers, and as the ether ester type, glycerin ester polyoxyethylene ether, sorbitan ester polyoxyethylene ether, sorbitol ester polyoxyethylene ether, as an ester type Polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, polyglycerin ester, sorbitan ester, propylene glycol ester , Sucrose esters, nitrogen-containing type, fatty acid alkanolamides, polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylene alkyl amide, and the like. Other examples include a fluorine-based surfactant.

界面活性剤としては陰イオン界面活性剤もしくは非イオン系界面活性剤が好ましく、また、塩としては、アンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩等が挙げられ、特にアンモニウム塩及びカリウム塩が好ましい。   As the surfactant, an anionic surfactant or a nonionic surfactant is preferable, and as the salt, an ammonium salt, a potassium salt, a sodium salt and the like can be mentioned, and an ammonium salt and a potassium salt are particularly preferable.

さらに、その他の界面活性剤、親水性化合物等としては、グリセリンエステル、ソルビタンエステル及びアラニンエチルエステル等のエステル;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール等のエーテル;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;メチルタウリン酸アンモニウム塩、メチルタウリン酸ナトリウム塩、硫酸メチルナトリウム塩、硫酸エチルアンモニウム塩、硫酸ブチルアンモニウム塩、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、1−アリルスルホン酸ナトリウム塩、2−アリルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3−エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド、アクリルアミド、メチル尿素、ニコチンアミド、コハク酸アミド及びスルファニルアミド等のアミド等を挙げることができる。   Further, as other surfactants and hydrophilic compounds, esters such as glycerin ester, sorbitan ester and alanine ethyl ester; polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether, alkyl Polyethylene glycol, alkyl polyethylene glycol alkyl ether, alkyl polyethylene glycol alkenyl ether, alkenyl polyethylene glycol, alkenyl polyethylene glycol alkyl ether, alkenyl polyethylene glycol alkenyl ether, polypropylene glycol alkyl ether, polypropylene glycol alkenyl ether, alkyl polypropylene Ethers such as recall, alkyl polypropylene glycol alkyl ether, alkyl polypropylene glycol alkenyl ether and alkenyl polypropylene glycol; polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethyl cellulose, curdlan and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; Polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), poly Acrylic acid, polyacrylamide, amino polyacrylamide, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, Polycarboxylic acids and salts thereof such as rimidic acid, ammonium polyamic acid salt, polyamic acid sodium salt and polyglyoxylic acid; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyacrolein; ammonium methyltaurate and sodium methyltaurate Sodium methyl sulfate, ethyl ammonium sulfate, butyl ammonium sulfate, sodium vinyl sulfonate, sodium 1-allyl sulfonate, sodium 2-allyl sulfonate, sodium methoxymethyl sulfonate, ammonium ethoxymethyl sulfonate Salts, sulfonic acids such as 3-ethoxypropylsulfonic acid sodium salt, and salts thereof; propionamide, acrylamide, methylurea, nicotinamide, succinamide, and sulf And amides such as phenylamide.

なお、適用する被研磨基材がガラス基板等である場合は、何れの界面活性剤であっても好適に使用できるが、半導体集積回路用シリコン基板などの場合であって、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はハロゲン化物等による汚染の影響を嫌う場合にあっては、酸もしくはそのアンモニウム塩系の界面活性剤を使用することが望ましい。   When the substrate to be polished is a glass substrate or the like, any of the surfactants can be suitably used. However, in the case of a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, an alkali metal or an alkaline earth is used. In the case where the influence of contamination by a class of metal or halide is disliked, it is desirable to use an acid or its ammonium salt-based surfactant.

本発明に係る研磨用砥粒分散液が界面活性剤及び/又は親水性化合物を含有する場合、その含有量は、総量として、研磨用砥粒分散液の1L中、0.001〜10gとすることが好ましく、0.01〜5gとすることがより好ましく0.1〜3gとすることが特に好ましい。   When the abrasive dispersion for polishing according to the present invention contains a surfactant and / or a hydrophilic compound, the content thereof is 0.001 to 10 g in 1 L of the abrasive dispersion for polishing as a total amount. It is more preferably 0.01 to 5 g, particularly preferably 0.1 to 3 g.

界面活性剤及び/又は親水性化合物の含有量は、充分な効果を得る上で、研磨用砥粒分散液の1L中、0.001g以上が好ましく、研磨速度低下防止の点から10g以下が好ましい。   In order to obtain a sufficient effect, the content of the surfactant and / or the hydrophilic compound is preferably 0.001 g or more in 1 L of the polishing slurry dispersion liquid, and is preferably 10 g or less from the viewpoint of preventing a reduction in polishing rate. .

界面活性剤又は親水性化合物は1種のみでもよいし、2種以上を使用してもよく、異なる種類のものを併用することもできる。   One or more surfactants or hydrophilic compounds may be used, or two or more surfactants or hydrophilic compounds may be used in combination.

<複素環化合物>
本発明の研磨用砥粒分散液については、被研磨基材に金属が含まれる場合に、金属に不動態層又は溶解抑制層を形成させて、被研磨基材の侵食を抑制する目的で、複素環化合物を含有させても構わない。ここで、「複素環化合物」とはヘテロ原子を1個以上含んだ複素環を有する化合物である。ヘテロ原子とは、炭素原子、又は水素原子以外の原子を意味する。複素環とはヘテロ原子を少なくとも一つ持つ環状化合物を意味する。ヘテロ原子は複素環の環系の構成部分を形成する原子のみを意味し、環系に対して外部に位置していたり、少なくとも一つの非共役単結合により環系から分離していたり、環系のさらなる置換基の一部分であるような原子は意味しない。ヘテロ原子として好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、リン原子、ケイ素原子、及びホウ素原子などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。複素環化合物の例として、イミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、テトラゾールなどを用いることができる。より具体的には、1,2,3,4−テトラゾール、5−アミノ−1,2,3,4−テトラゾール、5−メチル−1,2,3,4−テトラゾール、1,2,3−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジアミノ−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾールなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
<Heterocyclic compound>
For the polishing abrasive dispersion of the present invention, when a metal to be polished contains a metal, by forming a passivation layer or a dissolution inhibiting layer on the metal, for the purpose of suppressing the erosion of the substrate to be polished, A heterocyclic compound may be contained. Here, the “heterocyclic compound” is a compound having a heterocyclic ring containing one or more hetero atoms. A hetero atom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. Heterocycle means a cyclic compound having at least one heteroatom. Heteroatom means only those atoms that form a part of a heterocyclic ring system, which is located external to the ring system, separated from the ring system by at least one non-conjugated single bond, An atom which is part of a further substituent of is not meant. Preferred examples of the hetero atom include, but are not limited to, a nitrogen atom, a sulfur atom, an oxygen atom, a selenium atom, a tellurium atom, a phosphorus atom, a silicon atom, and a boron atom. As examples of the heterocyclic compound, imidazole, benzotriazole, benzothiazole, tetrazole, and the like can be used. More specifically, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3- Triazole, 4-amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino1,2,4-triazole, 3,5 -Diamino-1,2,4-triazole and the like, but are not limited thereto.

本発明に係る研磨用砥粒分散液に複素環化合物を配合する場合の含有量については、0.001〜1.0質量%であることが好ましく、0.001〜0.7質量%であることがより好ましく、0.002〜0.4質量%であることがさらに好ましい。   The content of the heterocyclic compound in the abrasive dispersion liquid for polishing according to the present invention is preferably 0.001 to 1.0% by mass, and more preferably 0.001 to 0.7% by mass. More preferably, it is still more preferably 0.002 to 0.4% by mass.

<pH調整剤>
上記各添加剤の効果を高めるためなどに必要に応じて酸又は塩基およびそれらの塩類化合物を添加して研磨用組成物のpHを調節することができる。
<PH adjuster>
The pH of the polishing composition can be adjusted by adding an acid or a base and a salt compound thereof as necessary, for example, to enhance the effect of each of the above additives.

研磨用砥粒分散液をpH7以上に調整するときは、pH調整剤として、アルカリ性のものを使用する。望ましくは、水酸化ナトリウム、アンモニア水、炭酸アンモニウム、エチルアミン、メチルアミン、トリエチルアミン、テトラメチルアミンなどのアミンが使用される。   When adjusting the abrasive grain dispersion to a pH of 7 or more, an alkaline one is used as a pH adjuster. Desirably, amines such as sodium hydroxide, aqueous ammonia, ammonium carbonate, ethylamine, methylamine, triethylamine, and tetramethylamine are used.

研磨用砥粒分散液をpH7未満に調整するときは、pH調整剤として、酸性のものが使用される。例えば、酢酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリセリン酸などのヒドロキシ酸類の様な、塩酸、硝酸などの鉱酸が使用される。   When adjusting the abrasive grain dispersion to a pH of less than 7, an acidic pH adjuster is used. For example, mineral acids such as hydrochloric acid and nitric acid such as hydroxy acids such as acetic acid, lactic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid and glyceric acid are used.

<pH緩衝剤>
研磨用砥粒分散液のpH値を一定に保持するために、pH緩衝剤を使用しても構わない。pH緩衝剤としては、例えば、リン酸2水素アンモニウム、リン酸水素2アンモニウム、4ホウ酸アンモ四水和水などのリン酸塩及びホウ酸塩又は有機酸塩などを使用することができる。
<PH buffer>
A pH buffer may be used in order to keep the pH value of the polishing slurry dispersion constant. As the pH buffer, for example, phosphates such as ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, and ammonium tetraborate tetrahydrate, borate, or organic acid salts can be used.

また、本発明の研磨用砥粒分散液の分散溶媒として、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類;アセトン、2−ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどのエーテル類;2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;2−メトキシエチルアセテート、2−エトキシエチルアセテート、2−ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;塩化メチレン、1,2−ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;N−メチル−2−ピロリドン、N−オクチル−2−ピロリドンなどのピロリドン類などの有機溶媒を用いることができる。これらを水と混合して用いてもよい。   Further, as a dispersion solvent of the abrasive grain dispersion of the present invention, for example, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, methyl isocarbinol; acetone, 2-butanone, ethyl amyl ketone, diacetone alcohol; Ketones such as isophorone and cyclohexanone; amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 3,4-dihydro-2H-pyran Ethers; glycol ethers such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol and ethylene glycol dimethyl ether; 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butane Glycol ether acetates such as xyl ethyl acetate; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate and ethylene carbonate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; hexane, heptane, isooctane Hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, and chlorobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; N-methyl-2-pyrrolidone; N-octyl Organic solvents such as pyrrolidones such as -2-pyrrolidone can be used. These may be used by mixing with water.

本発明の研磨用砥粒分散液に含まれる固形分濃度は0.3〜50質量%の範囲にあることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると研磨速度が低下する可能性がある。逆に固形分濃度が高すぎても研磨速度はそれ以上向上する場合は少ないので、不経済となり得る。   It is preferable that the solid content concentration contained in the abrasive grain dispersion liquid of the present invention is in the range of 0.3 to 50% by mass. If the solid content is too low, the polishing rate may decrease. Conversely, even if the solid content concentration is too high, the polishing rate is rarely further improved, which may be uneconomical.

以下、本発明について実施例に基づき説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples. The present invention is not limited to these examples.

<実験1>
初めに、実施例及び比較例における各測定方法及び試験方法の詳細について説明する。各実施例及び比較例について、以下の各測定結果及び試験結果を第1表〜第2表に記す。
<Experiment 1>
First, details of each measurement method and test method in Examples and Comparative Examples will be described. Tables 1 and 2 show the following measurement results and test results for each example and comparative example.

[成分の分析]
[CeO2含有量およびSiO2含有量の測定]
実施例及び比較例におけるセリア系微粒子におけるCeO2含有量およびSiO2含有量の測定方法について説明する。
初めに、セリア系微粒子分散液に1000℃灼熱減量を行い、固形分の質量を求めた後、後述するAg〜Th等の場合と同様に、ICPプラズマ発光分析装置(例えば、SII製、SPS5520)を用いて標準添加法によってSi、La、Zr、Al含有率を測定してそれぞれSiO2、La23、ZrO2、Al23質量%を算出した。そして、SiO2、La23、ZrO2、Al23は、その全てが易溶解層(易溶解性のシリカを含む層)を形成しているものとした。
また、SiO2、La23、ZrO2、Al23以外の固形分の成分はCeO2であるとして、CeO2の含有量を求めた。
なお、ここでセリア系微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
以下に説明する特定不純物群1および特定不純物群2の含有率の測定では、このようにして求めた固形分の質量に基づいて、dry量に対する各成分の含有率を求めた。
[Analysis of components]
[Measurement of CeO 2 content and SiO 2 content]
A method for measuring the CeO 2 content and the SiO 2 content in the ceria-based fine particles in Examples and Comparative Examples will be described.
First, the ceria-based fine particle dispersion is subjected to a 1000 ° C. ignition loss, and the mass of the solid content is determined. Then, as in the case of Ag to Th described below, an ICP plasma emission spectrometer (for example, SII, SPS5520) is used. Was used to measure the contents of Si, La, Zr, and Al by the standard addition method, and SiO 2 , La 2 O 3 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 mass% were calculated, respectively. All of SiO 2 , La 2 O 3 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 form an easily soluble layer (a layer containing easily soluble silica).
The content of CeO 2 was determined assuming that the solid component other than SiO 2 , La 2 O 3 , ZrO 2 , and Al 2 O 3 was CeO 2 .
Here, the solid content concentration of the ceria-based fine particle dispersion can also be determined.
In the measurement of the content of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 described below, the content of each component with respect to the dry amount was obtained based on the mass of the solid content thus obtained.

[セリア系微粒子の成分分析]
各元素の含有率は、以下の方法によって測定するものとする。
初めに、セリア系微粒子またはセリア系微粒子分散液からなる試料約1g(固形分20質量%に調整したもの)を白金皿に採取する。リン酸3ml、硝酸5ml、弗化水素酸10mlを加えて、サンドバス上で加熱する。乾固したら、少量の水と硝酸50mlを加えて溶解させて100mlのメスフラスコにおさめ、水を加えて100mlとする。この溶液でNa、Kは原子吸光分光分析装置(例えば日立製作所社製、Z−2310)で測定する。次に、100mlにおさめた溶液から分液10mlを20mlメスフラスコに採取する操作を5回繰り返し、分液10mlを5個得る。そして、これを用いて、Al、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Ti、Zn、U及びThについてICPプラズマ発光分析装置(例えばSII製、SPS5520)にて標準添加法で測定を行う。ここで、同様の方法でブランクも測定して、ブランク分を差し引いて調整し、各元素における測定値とする。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、dry量に対する各成分の含有率を求めた。
[Component analysis of ceria-based fine particles]
The content of each element shall be measured by the following method.
First, about 1 g of a sample composed of ceria-based fine particles or a ceria-based fine particle dispersion (adjusted to a solid content of 20% by mass) is collected in a platinum dish. 3 ml of phosphoric acid, 5 ml of nitric acid and 10 ml of hydrofluoric acid are added and heated on a sand bath. After drying, a small amount of water and 50 ml of nitric acid are added and dissolved, put in a 100 ml measuring flask, and water is added to make 100 ml. In this solution, Na and K are measured with an atomic absorption spectrometer (for example, Z-2310 manufactured by Hitachi, Ltd.). Next, the operation of collecting 10 ml of the separated liquid from the solution contained in 100 ml into a 20 ml measuring flask is repeated five times to obtain five 10 ml of separated liquid. Using this, Al, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Ti, Zn, U and Th are measured by a standard addition method using an ICP plasma emission spectrometer (for example, SII, SPS5520). I do. Here, a blank is also measured by the same method, and the blank is subtracted for adjustment, to obtain a measured value for each element.
Then, based on the mass of the solid content obtained by the above-described method, the content of each component with respect to the dry amount was obtained.

各陰イオンの含有率は、以下の方法によって測定するものとする。
<Cl>
セリア系微粒子またはセリア系微粒子分散液からなる試料20g(固形分20質量%に調整したもの)にアセトンを加え100mlに調整し、この溶液に、酢酸5ml、0.001モル塩化ナトリウム溶液4mlを加えて0.002モル硝酸銀溶液で電位差滴定法(京都電子製:電位差滴定装置AT−610)で分析を行う。
別途ブランク測定として、アセトン100mlに酢酸5ml、0.001モル塩化ナトリウム溶液4mlを加えて0.002モル硝酸銀溶液で滴定を行った場合の滴定量を求めておき、試料を用いた場合の滴定量から差し引き、試料の滴定量とした。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、dry量に対する各成分の含有率を求めた。
The content of each anion shall be measured by the following method.
<Cl>
Acetone was added to 20 g of a sample composed of ceria-based fine particles or a dispersion of ceria-based fine particles (adjusted to a solid content of 20% by mass) to adjust to 100 ml. To this solution, 5 ml of acetic acid and 4 ml of a 0.001 mol sodium chloride solution were added. The analysis is performed by a potentiometric titration method (manufactured by Kyoto Electronics Co., Ltd., potentiometric titrator AT-610) with a 0.002 mol silver nitrate solution.
Separately, as a blank measurement, a titer was determined by adding 5 ml of acetic acid and 4 ml of a 0.001 mol sodium chloride solution to 100 ml of acetone and titrating with a 0.002 mol silver nitrate solution, and then titrating with a sample. To obtain the titer of the sample.
Then, based on the mass of the solid content obtained by the above-described method, the content of each component with respect to the dry amount was obtained.

<NO3、SO4、F>
セリア系微粒子またはセリア系微粒子分散液からなる試料5g(固形分20質量%に調整したもの)を水で希釈して100mlにおさめ、遠心分離機(日立製 HIMAC CT06E)にて4000rpmで20分遠心分離して、沈降成分を除去して得た液をイオンクロマトグラフ(DIONEX製 ICS−1100)にて分析した。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、dry量に対する各成分の含有率を求めた。
<NO 3 , SO 4 , F>
5 g of a sample composed of ceria-based particles or a dispersion of ceria-based particles (adjusted to a solid content of 20% by mass) was diluted with water to 100 ml, and centrifuged at 4000 rpm for 20 minutes in a centrifuge (HIMAC CT06E manufactured by Hitachi). The solution obtained by separating and removing the precipitated component was analyzed by ion chromatography (ICS-1100 manufactured by DIONEX).
Then, based on the mass of the solid content obtained by the above-described method, the content of each component with respect to the dry amount was obtained.

[X線回折法、平均結晶子径の測定]
実施例及び比較例で得られたセリア系微粒子分散液を従来公知の乾燥機を用いて乾燥し、得られた粉体を乳鉢にて10分粉砕し、X線回折装置(理学電気(株)製、RINT1400)によってX線回折パターンを得て、結晶型を特定した。
また、前述の方法によって、得られたX線回折パターンにおける2θ=28度近傍の(111)面(2θ=28度近傍)のピークの半価全幅を測定し、前述のScherrerの式により、平均結晶子径を求めた。
[X-ray diffraction method, measurement of average crystallite diameter]
The ceria-based fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were dried using a conventionally known dryer, and the obtained powder was pulverized in a mortar for 10 minutes, and an X-ray diffractometer (Rigaku Denki Co., Ltd.) , RINT1400) to obtain an X-ray diffraction pattern to identify the crystal type.
Further, the full width at half maximum of the peak of the (111) plane near 2θ = 28 degrees (near 2θ = 28 degrees) in the obtained X-ray diffraction pattern was measured by the above-described method, and the average was calculated by the above-mentioned Scherrer equation. The crystallite diameter was determined.

<平均粒子径>
実施例及び比較例で得られたセリア系微粒子分散液について、これに含まれる粒子の平均粒子径は、前述の画像解析法によって測定を行った。
<Average particle size>
With respect to the ceria-based fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples, the average particle diameter of the particles contained therein was measured by the above-described image analysis method.

<粗大粒子数>
研磨スラリーまたは研磨用砥粒分散液に含まれるセリア系微粒子の粗大粒子数は、Particle sizing system Inc.社製Accusizer 780APSを用いて測定を行った。また測定試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、測定装置に5mLを注入して、以下の条件にて測定を行い、3回測定した後、得られた測定データの0.51μm以上の粗大粒子数の値の平均値を算出した値をセリア系微粒子の粗大粒子数とした。なお測定条件は以下の通り。
<System Setup>
・Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
・Data Collection Time 60 Sec.
・Syringe Volume 2.5ml
・Sample Line Number :Sum Mode
・Initial 2nd-Stage Dilution Factor 350
・Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
・Sample Equilibration Time 30 Sec./ Sample Flow Time 30 Sec.
<Number of coarse particles>
The number of coarse particles of the ceria-based fine particles contained in the polishing slurry or the abrasive dispersion for polishing was measured using Accusizer 780APS manufactured by Particle sizing system Inc. Also, after adjusting the measurement sample to 0.1% by mass with pure water, 5 mL was injected into the measurement device, measured under the following conditions, and measured three times. The value obtained by calculating the average value of the number of coarse particles of 51 μm or more was defined as the number of coarse particles of the ceria-based fine particles. The measurement conditions are as follows.
<System Setup>
・ Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
・ Data Collection Time 60 Sec.
・ Syringe Volume 2.5ml
・ Sample Line Number : Sum Mode
· Initial 2 nd -Stage Dilution Factor 350
・ Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・ System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
・ Sample Equilibration Time 30 Sec./ Sample Flow Time 30 Sec.

[研磨試験方法]
<SiO2膜の研磨>
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。また、一部の実施例又は比較例については研磨用砥粒分散液に添加材(硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等)を加え、研磨スラリーを調整した。ここで研磨用砥粒分散液および研磨スラリーのいずれの場合も、固形分濃度は0.6質量%とし、また、硝酸を添加してpHは5.0とした。
次に、被研磨基板として、熱酸化法により作製したSiO2絶縁膜(厚み1μm)基板を準備した。
次に、この被研磨基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「IC-1000/SUBA400同心円タイプ」)を使用し、基板荷重0.5MPa、テーブル回転速度90rpmで研磨用砥粒分散液または研磨スラリーを50ml/分の速度で1分間供給して研磨を行った。
そして、研磨前後の被研磨基材の重量変化を求めて研磨速度を計算した。
また、研磨基材の表面の平滑性(表面粗さRa)を原子間力顕微鏡(AFM、株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用いて測定した。平滑性と表面粗さは概ね比例関係にあるため、第2表には表面粗さを記載した。
なお研磨傷の観察は、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察することで行った。
[Polishing test method]
<Polishing of SiO 2 film>
Polishing abrasive particle dispersions containing the ceria-based fine particle dispersions obtained in each of the examples and comparative examples were prepared. For some examples or comparative examples, additives (ammonium nitrate, ammonium acetate, etc.) were added to the polishing slurry dispersion to prepare a polishing slurry. Here, in each case of the polishing abrasive dispersion liquid and the polishing slurry, the solid content concentration was set to 0.6% by mass, and the pH was adjusted to 5.0 by adding nitric acid.
Next, as a substrate to be polished, an SiO 2 insulating film (thickness: 1 μm) substrate prepared by a thermal oxidation method was prepared.
Next, the substrate to be polished is set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), and a polishing pad ("IC-1000 / SUBA400 concentric type", manufactured by Nitta Haas) is used. Polishing was performed by supplying a polishing slurry dispersion liquid or a polishing slurry at a rotation speed of 90 rpm at a rate of 50 ml / min for 1 minute.
Then, the change in weight of the substrate to be polished before and after polishing was obtained, and the polishing rate was calculated.
The surface smoothness (surface roughness Ra) of the polishing substrate was measured using an atomic force microscope (AFM, manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation). Since the smoothness and the surface roughness are generally in a proportional relationship, Table 2 shows the surface roughness.
Note that the polishing scratches were observed by observing the insulating film surface using an optical microscope.

<アルミハードディスクの研磨>
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。また、一部の実施例又は比較例については研磨用砥粒分散液に添加材(硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等)を加え、研磨スラリーを調整した。ここで研磨用砥粒分散液および研磨スラリーのいずれの場合も、固形分濃度は9質量%とし、また、硝酸を添加してpHは2.0に調整した。
アルミハードディスク用基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「ポリテックスφ12」)を使用し、基板負荷0.05MPa、テーブル回転速度30rpmで研磨用砥粒分散液または研磨スラリーを20ml/分の速度で5分間供給して研磨を行い、超微細欠陥・可視化マクロ装置(VISION PSYTEC社製、製品名:Maicro―Max)を使用し、Zoom15にて全面観察し、65.97cm2に相当する研磨処理された基板表面に存在するスクラッチ(線状痕)の個数を数えて合計し、次の基準に従って評価した。
線状痕の個数 評価
50個未満 「非常に少ない」
50個から80個未満 「少ない」
80個以上 「多い」
少なくとも80個以上で総数をカウントできないほど多い 「※」
<Polishing of aluminum hard disk>
Polishing abrasive particle dispersions containing the ceria-based fine particle dispersions obtained in each of the examples and comparative examples were prepared. For some examples or comparative examples, additives (ammonium nitrate, ammonium acetate, etc.) were added to the polishing slurry dispersion to prepare a polishing slurry. Here, in each case of the polishing slurry dispersion liquid and the polishing slurry, the solid content concentration was 9% by mass, and the pH was adjusted to 2.0 by adding nitric acid.
The substrate for the aluminum hard disk was set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), and a polishing pad was used at a substrate load of 0.05 MPa and a table rotation speed of 30 rpm using a polishing pad (“Polytex φ12” manufactured by Nitta Haas). Polishing is performed by supplying a particle dispersion or a polishing slurry at a rate of 20 ml / min for 5 minutes, and using an ultra-fine defect / visualization macro device (manufactured by Vision PSYTEC, product name: Macro-Max), and zooming over at Zoom 15 The number of scratches (linear marks) existing on the polished substrate surface corresponding to 65.97 cm 2 was observed and counted, and the total was evaluated according to the following criteria.
Number of linear marks Evaluation Less than 50 "Very little"
50 to less than 80 "less"
80 or more "many"
At least 80 or more such that the total number cannot be counted.

以下に実施例を記す。なお、単に「固形分濃度」とある場合は、化学種を問わず溶媒に分散した微粒子の濃度を意味する。   Examples will be described below. The term “solid content concentration” simply refers to the concentration of fine particles dispersed in a solvent regardless of chemical species.

[準備工程1]
炭酸セリウムを710℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉状の焼成体を得た。次いで、粉状の焼成体100gをイオン交換水300gと共に1Lの柄付ビーカーへ入れ、撹拌しながら超音波浴槽中で10分間超音波を照射した。
次にφ0.25mmの石英ビーズ(大研化学工業株式会社製)にて湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を30分行った。
そして解砕後に44メッシュの金網を通して、イオン交換水で押水をしながらビーズを分離し、さらに遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、相対遠心加速度1700Gで102秒間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、除去後の溶液をロータリーエバポレーターで1.6質量%に濃縮して原料セリア微粒子分散液を得た。
[Preparation process 1]
Cerium carbonate was fired in a muffle furnace at 710 ° C. for 2 hours to obtain a powdered fired body. Next, 100 g of the powdery fired body was put into a 1 L beaker with a handle together with 300 g of ion-exchanged water, and irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes in an ultrasonic bath with stirring.
Next, wet disintegration (batch type desktop sand mill manufactured by Campe Co., Ltd.) was performed for 30 minutes using quartz beads of φ0.25 mm (manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd.).
After crushing, the beads are separated through a 44 mesh wire mesh while being pressed with ion-exchanged water, and further centrifuged at a relative centrifugal acceleration of 1700 G for 102 seconds using a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number “CR21G”). The precipitate was removed by centrifugation, and the solution after removal was concentrated to 1.6% by mass with a rotary evaporator to obtain a raw material ceria fine particle dispersion.

[準備工程2]
<高純度珪酸液の調製>
珪酸ナトリウム水溶液(シリカ濃度24.06質量%、Na2O濃度7.97質量%)に純水を加えて、珪酸ナトリウム水溶液(シリカ濃度5質量%)を得た。
得られた珪酸ナトリウム水溶液18kgを、6Lの強酸性陽イオン交換樹脂(SK1BH、三菱化学社製)に、空間速度3.0h-1で通液させ、酸性珪酸液18kg(シリカ濃度4.6質量%、pH2.7)を得た。次いで、得られた酸性珪酸液18kgを6Lのキレート型イオン交換樹脂(三菱化学社製CR−11)に、空間速度3.0h-1で通液させ、高純度珪酸液18kg(シリカ濃度4.5質量%、pH2.7)を得た。
[Preparation process 2]
<Preparation of high purity silica solution>
Pure water was added to an aqueous sodium silicate solution (silica concentration: 24.06% by mass, Na 2 O concentration: 7.97% by mass) to obtain an aqueous sodium silicate solution (silica concentration: 5% by mass).
18 kg of the obtained sodium silicate aqueous solution was passed through a 6 L strongly acidic cation exchange resin (SK1BH, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at a space velocity of 3.0 h -1 to obtain 18 kg of an acidic silicate solution (silica concentration of 4.6 mass). %, PH 2.7). Next, 18 kg of the obtained acidic silicate solution was passed through a 6 L chelate-type ion exchange resin (CR-11 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at a space velocity of 3.0 h -1 to obtain 18 kg of a high-purity silicate solution (silica concentration of 4. 5% by mass, pH 2.7).

<実施例1>
29質量%濃度のアンモニア水(関東化学社製鹿一級)をイオン交換水で希釈し、1質量%のアンモニア水を準備した。また準備工程2で得られた高純度珪酸液をイオン交換水で希釈し、0.2質量%の希釈高純度珪酸液を得た。
次に、準備工程1で得られた固形分濃度1.6質量%の原料セリア微粒子分散液にイオン交換水を加え、0.5質量%の希釈液(以下、A液ともいう)を得た。A液10,000g(dry50g)を室温で撹拌しながら、上記の0.2質量%の希釈高純度珪酸液2.5g(dry0.005g)を添加し、添加終了後も10分間撹拌を継続した。その後、1質量%のアンモニア水を添加して、pHを9.5に調整し、50℃に昇温して撹拌を続けながら24時間温度を保った。その後室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターで3.0質量%に濃縮した。
次いで、得られた微粒子分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、相対遠心加速度675Gで1分間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、セリア系微粒子分散液を得た。
<Example 1>
A 29% by mass aqueous ammonia (Kanato Chemical Co., Ltd., deer grade 1) was diluted with ion-exchanged water to prepare 1% by mass aqueous ammonia. Further, the high-purity silicate liquid obtained in the preparation step 2 was diluted with ion-exchanged water to obtain a diluted high-purity silicate liquid of 0.2% by mass.
Next, ion-exchanged water was added to the raw material ceria fine particle dispersion having a solid content concentration of 1.6% by mass obtained in the preparation step 1 to obtain a 0.5% by mass diluent (hereinafter also referred to as solution A). . While stirring 10,000 g (dry 50 g) of the solution A at room temperature, 2.5 g (0.005 g) of the above-mentioned 0.2 mass% diluted high-purity silicate solution was added, and stirring was continued for 10 minutes after the addition was completed. . Thereafter, the pH was adjusted to 9.5 by adding 1% by mass of aqueous ammonia, and the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 24 hours while stirring was continued. Then, it cooled to room temperature and concentrated to 3.0 mass% with a rotary evaporator.
Next, the obtained fine particle dispersion liquid was subjected to centrifugal separation at a relative centrifugal acceleration of 675 G for 1 minute using a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") to remove sedimentation components and to disperse ceria-based fine particles. A liquid was obtained.

<実施例2>
実施例1ではA液10,000gに0.2質量%の希釈高純度珪酸液2.5gを添加したが、実施例2ではA液10,000gに0.2質量%の希釈高純度珪酸液を25g(dry0.05g)を添加した。それ以外は、実施例1と同様に行った。
実施例2において得られたセリア系微粒子のSEM像およびTEM像を図1に示す。図1のTEM像から、セリア系微粒子の最外層に薄く易溶解性のシリカを含む層が形成されている様子が観察された。
また、セリア系微粒子のX線回折パターンを図2に示す。
<Example 2>
In Example 1, 2.5 g of a 0.2 mass% diluted high-purity silicate liquid was added to 10,000 g of the liquid A, but in Example 2, a 0.2 mass% of a diluted high-purity silicate liquid of 10,000 g of the A liquid was added. Was added in an amount of 25 g (dry 0.05 g). Other than that, it carried out similarly to Example 1.
FIG. 1 shows an SEM image and a TEM image of the ceria-based fine particles obtained in Example 2. From the TEM image of FIG. 1, it was observed that a thin layer containing easily soluble silica was formed in the outermost layer of the ceria-based fine particles.
FIG. 2 shows an X-ray diffraction pattern of the ceria-based fine particles.

<実施例3>
実施例1ではA液10,000gに0.2質量%の希釈高純度珪酸液2.5gを添加したが、実施例2ではA液10,000gに0.2質量%の希釈高純度珪酸液を250g(dry0.5g)を添加した。それ以外は、実施例1と同様に行った。
<Example 3>
In Example 1, 2.5 g of a 0.2 mass% diluted high-purity silicate liquid was added to 10,000 g of the liquid A, but in Example 2, a 0.2 mass% of a diluted high-purity silicate liquid of 10,000 g of the A liquid was added. Was added in an amount of 250 g (dry 0.5 g). Other than that, it carried out similarly to Example 1.

<実施例4>
硝酸第一セリウム六水和物(チカモチ純薬社製)にイオン交換水を添加してCeO2濃度0.2質量%の溶液70gを調整し、ついで0.2質量%の高純度珪酸液30gを添加することでCeO2とSiO2の混合液(B液)100gを得た。
そしてA液10,000g(dry50g)を室温で撹拌しながら0.2質量%のB液100g(dry0.2g)を添加して、添加終了後も10分間撹拌を継続した。その後1質量%のアンモニア水を添加して、pHを9.5に調整し、50℃に昇温して撹拌を続けながら24時間温度を保った。その後室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターで3.0質量%に濃縮してセリア系微粒子分散液を得た。
<Example 4>
Ion-exchanged water was added to cerous nitrate hexahydrate (manufactured by Chikamochi Junyaku Co., Ltd.) to prepare a 70 g solution having a CeO 2 concentration of 0.2% by mass, and then 30 g of a 0.2% by mass high-purity silicate solution. Was added to obtain 100 g of a liquid mixture (solution B) of CeO 2 and SiO 2 .
Then, 100 g (dry 0.2 g) of a 0.2 mass% solution B was added while stirring 10,000 g (dry 50 g) of the solution A at room temperature, and stirring was continued for 10 minutes after the addition was completed. Thereafter, 1% by mass of aqueous ammonia was added to adjust the pH to 9.5, the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 24 hours while stirring was continued. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and concentrated to 3.0% by mass with a rotary evaporator to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

<実施例5>
和光純薬製試薬用の塩化ランタン七水和物(97%)にイオン交換水を添加して0.2質量%のLa23溶液70gを調整し、ついで0.2質量%の高純度珪酸液30gを添加することでLa23とSiO2の混合液(C液)100gを得た。
そしてA液10,000g(dry50g)を室温で撹拌しながら0.2質量%のC液100g(dry0.2g)を添加して、添加終了後も10分間撹拌を継続した。その後1質量%のアンモニア水を添加して、pHを9.5に調整し、50℃に昇温して撹拌を続けながら24時間温度を保った。その後室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターで3.0質量%に濃縮してセリア系微粒子分散液を得た。
<Example 5>
Ion-exchanged water was added to lanthanum chloride heptahydrate (97%) for a reagent manufactured by Wako Pure Chemical Industries to prepare 70 g of a 0.2% by mass La 2 O 3 solution, and then a high purity of 0.2% by mass was obtained. By adding 30 g of a silicic acid solution, 100 g of a mixed solution (solution C) of La 2 O 3 and SiO 2 was obtained.
Then, while stirring 10,000 g (dry 50 g) of the liquid A at room temperature, 100 g (0.2 g dry) of a 0.2 mass% liquid C was added, and stirring was continued for 10 minutes after the addition was completed. Thereafter, 1% by mass of aqueous ammonia was added to adjust the pH to 9.5, the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 24 hours while stirring was continued. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and concentrated to 3.0% by mass with a rotary evaporator to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

<実施例6>
オキシ塩化ジルコニウム八水和物(太陽鉱工株式会社製工業用ZrO2 36%)にイオン交換水を添加して、0.2質量%の希釈ZrO2溶液70gを調整し、ついで0.2質量%の高純度珪酸液30gを添加することでZrO2とSiO2の混合液(D液)100gを得た。
そしてA液10,000g(dry50g)を室温で撹拌しながら0.2質量%のD液100g(dry0.2g)を添加して、添加終了後も10分間撹拌を継続した。その後1質量%のアンモニア水を添加して、pHを9.5に調整し、50℃に昇温して撹拌を続けながら24時間温度を保った。その後室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターで3.0質量%に濃縮してセリア系微粒子分散液を得た。
<Example 6>
Ion-exchange water was added to zirconium oxychloride octahydrate (36% industrial ZrO 2 manufactured by Taiyo Mining Co., Ltd.) to prepare 70 g of a 0.2% by mass diluted ZrO 2 solution, and then 0.2% by mass. % Of a high-purity silicate solution was added to obtain 100 g of a mixed solution (solution D) of ZrO 2 and SiO 2 .
Then, while stirring 10,000 g (dry 50 g) of the solution A at room temperature, 100 g (0.2 g of dry) of 0.2 mass% solution D was added, and stirring was continued for 10 minutes after the addition was completed. Thereafter, 1% by mass of aqueous ammonia was added to adjust the pH to 9.5, the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 24 hours while stirring was continued. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and concentrated to 3.0% by mass with a rotary evaporator to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

<実施例7>
実施例2で得られたセリア系微粒子(固形分濃度3.0質量%)に、硝酸アンモニウムとイオン交換水を添加して、固形分濃度1.0質量%で、硝酸アンモニウム濃度1000ppmの研磨スラリーを調製し、それ以外は実施例2と同様に行った。
<Example 7>
Ammonium nitrate and ion-exchanged water were added to the ceria-based fine particles (solid content: 3.0% by mass) obtained in Example 2 to prepare a polishing slurry having a solid content concentration of 1.0% by mass and an ammonium nitrate concentration of 1,000 ppm. Otherwise, the procedure was the same as in Example 2.

<実施例8>
実施例7では硝酸アンモニウムを用いたが、実施例8では酢酸アンモニウムを用いた。それ以外は実施例7と同様に行った。
<Example 8>
In Example 7, ammonium nitrate was used, but in Example 8, ammonium acetate was used. Otherwise, the procedure was the same as in Example 7.

<比較例1>
準備工程1で得られた原料セリア微粒子分散液について、実施例と同様に評価を行った。
この原料セリア微粒子分散液に含まれる微粒子のSEM像およびTEM像を図3に示す。図3のTEM像において、原料セリア微粒子の最外層には図1で観察されたような易溶解性のシリカを含む層は観察されなかった。
<Comparative Example 1>
The raw material ceria fine particle dispersion obtained in the preparation step 1 was evaluated in the same manner as in the example.
FIG. 3 shows an SEM image and a TEM image of the fine particles contained in the raw material ceria fine particle dispersion. In the TEM image of FIG. 3, the layer containing readily soluble silica as observed in FIG. 1 was not observed in the outermost layer of the raw material ceria fine particles.

<比較例2>
準備工程1で得られた原料セリア微粒子の分散液に、ポリアクリル酸重合体(東亜合成社製アロンSD-10)及びイオン交換水を添加して、固形分濃度1.0質量%でポリアクリル酸濃度800ppmとなるように調整し、添加後に超音波で分散させた。得られた研磨スラリーを用いて実施例1と同様に行った。
<Comparative Example 2>
A polyacrylic acid polymer (Alon SD-10 manufactured by Toagosei Co., Ltd.) and ion-exchanged water are added to the dispersion of the raw material ceria fine particles obtained in the preparation step 1, and polyacrylic acid is added at a solid concentration of 1.0% by mass. The acid concentration was adjusted to 800 ppm, and the mixture was dispersed by ultrasonic waves after the addition. The same procedure as in Example 1 was performed using the obtained polishing slurry.

<比較例3>
準備工程1で得られた原料セリア微粒子の分散液156.25gを撹拌しながらイオン交換水837.58gを添加した。さらに18nmのシリカゾル(日揮触媒化成社製カタロイドSI-40 SiO2濃度40.5質量%)を6.17gをゆっくり添加し、添加終了後も30分間撹拌を継続することで、固形分濃度0.5質量%のセリア系微粒子分散液を得た。
このセリア系微粒子分散液に含まれる微粒子のSEM像を図4に示す。
<Comparative Example 3>
837.58 g of ion-exchanged water was added to 156.25 g of the dispersion of raw ceria particles obtained in the preparation step 1 while stirring. Further added silica sol (JGC Catalysts and Chemicals Ltd. Cataloid SI-40 SiO 2 concentration of 40.5 wt%) of 18nm slowly 6.17 g, after completion of the addition by continuing stirring for 30 minutes, the solid concentration 0. A 5% by mass ceria-based fine particle dispersion was obtained.
FIG. 4 shows an SEM image of the fine particles contained in the ceria-based fine particle dispersion.

<実験2>
[易溶解性のシリカを含む層の定量]
各実施例及び比較例で得られたセリア系微粒子にイオン交換水を添加して3.3質量%に調整した溶液を81.8g(dry2.7g)準備し、撹拌しながら0.1質量%の希釈水酸化ナトリウム水溶液または6%硝酸を用いて、pHを9.0に調整し、さらにイオン交換水を添加して合計90g(dry2.7g)とした。
15分撹拌を継続した後、限外膜付きの遠心管sartorius社製の型番VIVASPIN20(分画分子量5000)に溶液20gを投入し、遠心分離装置(KOKUSAN社製H−38F)にて1820Gで30分処理した。処理後に限外膜を透過した分離液を回収し、分離液中のSiO2濃度を測定した。易溶解層割合(複合微粒子dry当りの溶解割合)の算出は以下の計算式で求めた。
易溶解層割合(%)=SiO2濃度(ppm)÷1,000,000×87.3g÷2.7g×100
結果を第2表に示す。
<Experiment 2>
[Quantitative determination of a layer containing easily soluble silica]
81.8 g (dry 2.7 g) of a solution prepared by adding ion-exchanged water to 3.3% by mass to the ceria-based fine particles obtained in each of Examples and Comparative Examples was prepared, and 0.1% by mass was stirred. The pH was adjusted to 9.0 using a diluted aqueous sodium hydroxide solution or 6% nitric acid, and ion-exchanged water was added to a total of 90 g (dry 2.7 g).
After stirring was continued for 15 minutes, 20 g of the solution was put into a centrifuge tube with an ultramembrane, model number VIVASPIN20 (fraction molecular weight: 5000) manufactured by Sartorius, and the mixture was centrifuged at 1820 G by a centrifugal separator (K-KANAN H-38F). Minutes. After the treatment, the separated liquid that passed through the ultramembrane was collected, and the SiO 2 concentration in the separated liquid was measured. The calculation of the easy dissolving layer ratio (dissolving ratio per composite fine particle dry) was obtained by the following formula.
Easily soluble layer ratio (%) = SiO 2 concentration (ppm) ÷ 1,000,000 × 87.3 g ÷ 2.7 g × 100
The results are shown in Table 2.

<実験3>
実施例3、実施例5、比較例1および比較例2で得られた各セリア系微粒子分散液について、流動電位の測定及びカチオンコロイド滴定を行った。滴定装置として、流動電位滴定ユニット(PCD−500)を搭載した自動滴定装置AT−510(京都電子工業製)を用いた。
まず、固形分濃度を0.005質量%に調整したセリア系微粒子分散液へ0.05%の硝酸水溶液を添加してpH6に調整した。次に、その液の固形分として0.01gに相当する量を200mlのトールビーカーに入れ、マグネチックスターラーで撹拌しながら、カチオンコロイド滴定液(0.001Nポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム溶液)を1回の注入量0.005ml、注入速度を0.005mL/秒とし、注入後の時間(間欠時間)は5秒として滴定を行った。なおピストンスピードは目盛り7でマグネッチスターラーの回転目盛り3で行った。そして、カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)をX軸、流動電位のカチオンコロイド添加量の微分値をY軸(mV/ml)にプロットし、微分値の最大値における流動電位C(mV)およびカチオンコロイド滴定液の添加量V(ml)を求め、ΔPCD/V=(I−C)/Vを算出した。結果を第3表に示す。
また、ここで得られた流動電位曲線を図5に、その微分曲線を図6に示す。
<Experiment 3>
For each of the ceria-based fine particle dispersions obtained in Example 3, Example 5, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the flow potential was measured and the cationic colloid titration was performed. As the titrator, an automatic titrator AT-510 (manufactured by Kyoto Electronics Industry) equipped with a streaming potential titrator (PCD-500) was used.
First, a 0.05% aqueous nitric acid solution was added to the ceria-based fine particle dispersion having a solid content adjusted to 0.005% by mass to adjust the pH to 6. Next, an amount equivalent to 0.01 g as a solid content of the liquid was put into a 200 ml tall beaker, and a cationic colloid titration solution (0.001N polydiallyldimethylammonium chloride solution) was added once while stirring with a magnetic stirrer. The titration was performed with an injection volume of 0.005 ml, an injection speed of 0.005 mL / sec, and a post-injection time (intermittent time) of 5 seconds. Note that the piston speed was set at a scale 7 and the rotation scale 3 of a magnetic stirrer. Then, the addition amount (ml) of the cationic colloid titrant is plotted on the X axis, and the differential value of the cationic colloid addition amount of the streaming potential is plotted on the Y axis (mV / ml), and the streaming potential C (mV) at the maximum differential value is plotted. And the addition amount V (ml) of the cationic colloid titrant was determined, and ΔPCD / V = (IC) / V was calculated. The results are shown in Table 3.
The streaming potential curve obtained here is shown in FIG. 5, and its differential curve is shown in FIG.

本発明の分散液に含まれるセリア系微粒子は、粗大粒子を含まないため低スクラッチで、かつ高研磨速度である。よって、本発明の分散液を含む研磨用砥粒分散液は、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。具体的には、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用として好ましく用いることができる。   Since the ceria-based fine particles contained in the dispersion of the present invention do not contain coarse particles, they have a low scratch and a high polishing rate. Therefore, the abrasive grain dispersion containing the dispersion of the present invention can be preferably used for polishing the surface of a semiconductor device such as a semiconductor substrate and a wiring substrate. Specifically, it can be preferably used for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed.

Claims (10)

下記[1]から[4]の特徴を備える平均粒子径5〜500nmのセリア系微粒子を含む、セリア系微粒子分散液。
[1]前記セリア系微粒子は、原料セリア微粒子と、前記原料セリア微粒子の表面上の易溶解性のシリカを含む層とを有し、前記原料セリア微粒子は結晶性のセリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系微粒子の質量D2に対する易溶解性のシリカを含む層に含まれる易溶解性シリカの質量D1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005〜10%であること。
[3]前記セリア系微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[4]前記セリア系微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が3〜300nmであること。
A ceria-based fine particle dispersion comprising ceria-based fine particles having an average particle diameter of 5 to 500 nm and having the following features [1] to [4].
[1] The ceria-based fine particles include raw ceria fine particles and a layer containing easily soluble silica on the surface of the raw ceria fine particles, and the raw ceria fine particles mainly include crystalline ceria. .
[2] The ratio D (D = D1 / D2 × 100) of the mass D1 of the easily soluble silica contained in the layer containing the easily soluble silica to the mass D2 of the ceria-based fine particles is 0.005 to 10%. thing.
[3] When the ceria-based fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the ceria crystal phase is detected.
[4] The ceria-based fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 3 to 300 nm, as measured by X-ray diffraction.
pH値を3〜8とした場合に流動電位がマイナスとなる、請求項1に記載のセリア系微粒子分散液。   The ceria-based fine particle dispersion according to claim 1, wherein the streaming potential becomes negative when the pH value is 3 to 8. カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、流動電位の微分値が最大になるときのカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が−3000〜−100となる流動電位曲線が得られる、請求項1または2に記載のセリア系微粒子分散液。
ΔPCD/V=(I−C)/V・・・式(1)
C:前記流動電位の微分値が最大になるときの流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記流動電位の微分値が最大になるときの前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
When the cationic colloid titration is performed, the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) and the addition amount (V) of the cationic colloid titrant at the time when the differential value of the streaming potential is maximized. The ceria-based fine particle dispersion according to claim 1, wherein a streaming potential curve having a ratio (ΔPCD / V) of −3000 to −100 is obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V Equation (1)
C: streaming potential (mV) when the differential value of the streaming potential is maximized
I: streaming potential (mV) at the starting point of the streaming potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titrant when the differential value of the streaming potential is maximized
0.51μm以上の粗大粒子となっている前記セリア系微粒子の数が、3000百万個/cc以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液。   The ceria-based fine particle dispersion according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of the ceria-based fine particles having a coarse particle size of 0.51 µm or more is 3000 million / cc or less. 前記セリア系微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液。
(a)Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
The ceria-based fine particle dispersion according to any one of claims 1 to 4, wherein the content ratio of impurities contained in the ceria-based fine particles is as follows (a) and (b).
(A) The content of each of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn is 100 ppm or less.
(B) The content of each of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F is 5 ppm or less.
請求項1〜5のいずれかに記載のセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。   A polishing abrasive dispersion containing the ceria-based fine particle dispersion according to claim 1. 前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする請求項6に記載の研磨用砥粒分散液。   The abrasive grain dispersion according to claim 6, wherein the abrasive grain dispersion is for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed. 下記の工程1および工程2aを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2a:前記焼成体にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成し、その後、解砕もしくは粉砕することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2a.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2a: a step of adding an additive containing silica to the fired body, heating and aging at 10 to 98 ° C., and then crushing or pulverizing to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
下記の工程1および工程2bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程1:セリウム化合物を300〜1200℃で焼成して焼成体を得る工程。
工程2b:前記焼成体を解砕もしくは粉砕し、得られた原料セリア微粒子分散液にシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following step 1 and step 2b.
Step 1: a step of firing a cerium compound at 300 to 1200 ° C. to obtain a fired body.
Step 2b: a step of crushing or pulverizing the fired body, adding an additive containing silica to the obtained raw material ceria fine particle dispersion, and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria based fine particle dispersion.
下記の工程Aおよび工程Bを含むことを特徴とするセリア系微粒子分散液の製造方法。
工程A:セリウム化合物を溶解したセリウム溶液を、温度を3〜98℃、pHを5.0〜10.0に維持した溶媒中に、連続的または断続的に添加し、コロイダルセリアを得る工程。
工程B:前記コロイダルセリアにシリカを含む添加材を添加し、10〜98℃で加熱熟成することによりセリア系微粒子分散液を得る工程。
A method for producing a ceria-based fine particle dispersion, comprising the following steps A and B:
Step A: a step of continuously or intermittently adding a cerium solution having a cerium compound dissolved therein to a solvent maintained at a temperature of 3 to 98 ° C. and a pH of 5.0 to 10.0 to obtain colloidal ceria.
Step B: a step of adding an additive containing silica to the colloidal ceria and heating and aging at 10 to 98 ° C. to obtain a ceria-based fine particle dispersion.
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