JP2020050571A - Ceria-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and abrasive grain dispersion for polishing containing the same - Google Patents

Ceria-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and abrasive grain dispersion for polishing containing the same Download PDF

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Abstract

To provide a ceria-based composite fine particle dispersion capable of: even polishing a silica film, an Si wafer and a hardly-processing material rapidly; and simultaneously achieving high face accuracy.SOLUTION: A ceria-based composite fine particle dispersion has the following characteristics, wherein a minor diameter/major diameter ratio and an average particle diameter are within a specific range: a ceria-based composite fine particle 20 has a mother particle 10, a cerium-containing coating layer 12 on a surface thereof, and a child particle 14 dispersed in the cerium-containing coating layer, wherein the mother particle mainly comprises a crystalline inorganic oxide, and the child particle mainly comprises a crystalline ceria; variation coefficient in a particle size distribution of the child particle is within a specific range; and in the ceria-based composite fine particle, a mass ratio of ceria and compositions other than the ceria is within a specific range, an average crystallite diameter of the crystalline ceria, measured by using X-ray diffraction, is 10-25 nm, and a crystal phase of ceria and a crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected when using the 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複合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複合微粒子分散液、その製造方法及びセリア系複合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 composite fine particle dispersion suitable as an abrasive used in the manufacture of semiconductor devices and the like, and more particularly, to flatten 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 composite fine particle dispersion, a method for producing the same, and a polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite 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. Specifically, a technique essential 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、非晶質シリカを主成分とする母粒子の表面上に結晶性セリアを主成分とする子粒子を有し、さらにその子粒子の表面にシリカ被膜を有している、下記[1]から[3]の特徴を備える平均粒子径50〜350nmのシリカ系複合微粒子を含む、シリカ系複合微粒子分散液が記載されている。[1]前記シリカ系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11〜316であること。[2]前記シリカ系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。[3]前記シリカ系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの(111)面の結晶子径が10〜25nmであること。そして、このようなシリカ系複合微粒子によれば、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、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成でき、さらに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シリカ系複合微粒子分散液を提供することができると記載されている。   Further, Patent Document 2 has child particles mainly composed of crystalline ceria on the surface of mother particles mainly composed of amorphous silica, and further has a silica coating on the surface of the child particles. A silica-based composite fine particle dispersion containing silica-based composite fine particles having an average particle diameter of 50 to 350 nm and having the following features [1] to [3] is described. [1] The silica-based composite fine particles have a mass ratio of ceria to a component other than ceria of 100: 11 to 316. [2] When the silica-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a ceria crystal phase and a crystalline inorganic oxide crystal phase are detected. [3] The silica-based composite fine particles have a crystallite diameter of (111) plane of the crystalline ceria of 10 to 25 nm, as measured by X-ray diffraction. According to such silica-based composite fine particles, even a silica film, a Si wafer, or a difficult-to-process material can be polished at high speed, and at the same time, high surface accuracy (low scratch, low surface roughness of the substrate to be polished ( Ra) is low, and a silica-based composite fine particle dispersion liquid that can be preferably used for polishing a surface of a semiconductor device such as a semiconductor substrate or a wiring substrate because it does not contain impurities can be provided. Are listed.

特許第2,746,861号公報Patent No. 2,746,861 国際公開第2016/159167号パンフレットWO 2016/159167 pamphlet

Seung−Ho Lee, Zhenyu Lu, S.V.Babu and Egon Matijevic、"Chemical mechanical polishing 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. Babu and Egon Matijevik, "Chemical mechanical polishing of thermal oxide films using silicone particles coated with each cereal, 27th edition of 200th memorial, and 27th edition of Journal of the United States.

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 inventors 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 in 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 Literature 1 does not include the sintering step, and the liquid phase Since the cerium oxide particles are only crystallized from the (aqueous solution containing cerous nitrate), the cerium oxide particles to be produced have relatively low crystallinity, and the cerium oxide solidifies with the base particles because it does not undergo a calcination treatment. The present inventors presume that the main factor is that cerium oxide does not adhere and remains on the surface of the polishing substrate.

また、非特許文献1に記載のセリアコートシリカは焼成していないため、現実の研磨速度は低いと考えられ、また、シリカ粒子と固着一体化していないため、容易に脱落し、研磨速度の低下や、研摩の安定性を欠き、研磨基材の表面への粒子の残留も懸念される。   In addition, since the ceria-coated silica described in Non-Patent Document 1 is not calcined, it is considered that the actual polishing rate is low. In addition, since the silica is not fixed and integrated with the silica particles, it easily falls off and the polishing rate decreases. In addition, there is a concern that particles may not remain on the surface of the polishing substrate due to lack of polishing stability.

また、特許文献2に記載のシリカ系複合微粒子分散液は、研磨用途において、優れた研磨性能(研磨速度、高面精度など)を発揮可能なものであるが、半導体装置の更なる高密度化・高集積化に伴い、半導体基板に対し、より優れた研磨性能を示す砥粒分散液が求められている。   Further, the silica-based composite fine particle dispersion described in Patent Document 2 can exhibit excellent polishing performance (polishing speed, high surface accuracy, etc.) in polishing applications, but further increases the density of semiconductor devices. -With the increase in the degree of integration, there has been a demand for an abrasive dispersion liquid that exhibits better polishing performance for semiconductor substrates.

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複合微粒子分散液、その製造方法及びセリア系複合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 composite fine particle dispersion that can be preferably used for polishing the surface of a semiconductor device such as a semiconductor substrate or a wiring substrate, a method for producing the same, and a ceria-based composite fine particle dispersion. It is an object of the present invention to provide an abrasive dispersion liquid for polishing.

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)〜(9)である。
(1)下記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2〜1.0の範囲にあり、平均粒子径が50〜1000nmであるセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14〜60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11〜316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、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10〜25nmであること。
(2)前記結晶性無機酸化物が、アルミナ、チタニアおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、上記(1)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(3)前記セリウム含有被覆層が前記母粒子と同じ元素およびセリウムを含むことを特徴とする、上記(1)または(2)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(4)前記セリウム含有被覆層がシリカを含むことを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(5)前記母粒子の圧縮破壊強度が1.0〜3.0MPa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複合微粒子分散液。
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
(7)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〜工程3を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程1:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、700〜1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6〜10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、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によりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
(9)前記工程1が、前記結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩とケイ素を含む成分とを連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、上記(8)に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
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 (9).
(1) including ceria-based composite fine particles having the following features [1] to [5], having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0, and having an average particle diameter of 50 to 1000 nm; Ceria-based composite fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles include base particles, a cerium-containing coating layer on the surface of the base particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer. A crystalline inorganic oxide is a main component, and the child particles are a crystalline ceria as a main component.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria to ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a ceria crystal phase and a crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 10 to 25 nm measured by X-ray diffraction.
(2) The ceria-based composite fine particle dispersion according to (1), wherein the crystalline inorganic oxide is at least one selected from the group consisting of alumina, titania, and zirconia.
(3) The ceria-based composite fine particle dispersion according to (1) or (2), wherein the cerium-containing coating layer contains the same element and cerium as the base particles.
(4) The ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of (1) to (3), wherein the cerium-containing coating layer contains silica.
(5) The ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of (1) to (4), wherein the base particles have a compressive breaking strength of 1.0 to 3.0 MPa.
(6) A polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of (1) to (5).
(7) The polishing abrasive dispersion according to the above (6), which is for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed.
(8) A method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, comprising the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion in which a crystalline inorganic oxide fine particle having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 is dispersed in a solvent, and adjust the temperature to 0 to 20. While maintaining the pH at 7.0 to 9.0 and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, a metal salt of cerium is continuously or intermittently added thereto, and a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles is added. The step of obtaining
Step 2: The precursor particle dispersion is dried and fired at 700 to 1,200 ° C., and a solvent is added to the fired body, and the mixture is wet-crushed in a pH range of 8.6 to 10.8. A step of performing a treatment to obtain a fired body disintegrated dispersion.
Step 3: a step of subjecting the crushed dispersion of the fired body to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing a settling component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
(9) In the step 1, the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is stirred, the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion according to the above (8), wherein the step of adding the metal salt of cerium and a component containing silicon to the mixture continuously or intermittently to obtain the precursor particle dispersion. .

本発明のセリア系複合微粒子分散液を、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。本発明のセリア系複合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複合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。
本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法においては、セリア系複合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。本発明のセリア系複合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複合微粒子分散液は、不純物を含まないかあるいは殆ど含まないため、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、本発明のセリア系複合微粒子分散液は、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 composite fine particle dispersion of the present invention is used for polishing purposes, for example, as a polishing abrasive dispersion, polishing is performed at a high speed even if the target is a difficult-to-process material including a silica film, a Si wafer, or the like. 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 composite fine particle dispersion of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based composite fine particle dispersion exhibiting such excellent performance.
In the method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention, impurities contained in the ceria-based composite fine particles can be significantly reduced and the ceria-based composite fine particles can be highly purified. The highly purified ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the preferred embodiment of the method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention contains no or almost no impurities. It can be preferably used for polishing the surface of a semiconductor device.
Further, the ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention, when used as a polishing abrasive dispersion, 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. is there.

本発明の複合微粒子の断面の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the composite fine particles of the present invention.

本発明について説明する。
本発明は、下記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2〜1.0の範囲にあり、平均粒子径が50〜1000nmであるセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液である。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14〜60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11〜316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、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10〜25nmであること。
The present invention will be described.
The present invention includes the ceria-based composite fine particles having the following features [1] to [5], having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0, and having an average particle diameter of 50 to 1000 nm. And a ceria-based composite fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles include base particles, a cerium-containing coating layer on the surface of the base particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer. A crystalline inorganic oxide is a main component, and the child particles are a crystalline ceria as a main component.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria to ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a ceria crystal phase and a crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 10 to 25 nm measured by X-ray diffraction.

上記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2〜1.0の範囲にある平均粒子径50〜1000nmのセリア系複合微粒子を、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複合微粒子分散液を、以下では「本発明の分散液」ともいう。
The ceria-based composite fine particles having the characteristics of [1] to [5] and having an average particle diameter of 50 to 1000 nm having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0 are hereinafter referred to as “composite of the present invention”. Also referred to as "fine particles".
Further, such a ceria-based composite fine particle dispersion is hereinafter also referred to as “dispersion of the present invention”.

また、本発明は、下記の工程1〜工程3を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法である。
工程1:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、700〜1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6〜10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、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によりセリア系複合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」ともいう。
Further, the present invention is a method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, comprising the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion in which a crystalline inorganic oxide fine particle having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 is dispersed in a solvent, and adjust the temperature to 0 to 20. While maintaining the pH at 7.0 to 9.0 and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, a metal salt of cerium is continuously or intermittently added thereto, and a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles is added. The step of obtaining
Step 2: The precursor particle dispersion is dried and fired at 700 to 1,200 ° C., and a solvent is added to the fired body, and the mixture is wet-crushed in a pH range of 8.6 to 10.8. A step of performing a treatment to obtain a fired body disintegrated dispersion.
Step 3: a step of subjecting the crushed dispersion of the fired body to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing a settling component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
Hereinafter, such a production method is also referred to as a “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.

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。   Hereinafter, the term “the present invention” simply 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図1に例示する構造を備えている。図1(a)および図1(b)は共に本発明の複合微粒子の断面の模式図である。図1(a)は、子粒子の一部が外部に露出しているタイプであり、図1(b)は、全ての子粒子が外部に露出していない、埋没タイプである。
図1に示すように、本発明の複合微粒子20は、母粒子10と、母粒子10の表面上のセリウム含有被覆層12と、セリウム含有被覆層12の内部に分散している子粒子14とを有する。なお、図1中の▲は、後述するSTEM−EDS分析を行う測定点X〜Zの例示である。
<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 structure illustrated in FIG. 1 (a) and 1 (b) are each a schematic diagram of a cross section of the composite fine particles of the present invention. FIG. 1A is a type in which a part of the child particles are exposed to the outside, and FIG. 1B is a buried type in which all the child particles are not exposed to the outside.
As shown in FIG. 1, the composite fine particles 20 of the present invention include a base particle 10, a cerium-containing coating layer 12 on the surface of the base particle 10, Having. It should be noted that ▲ in FIG. 1 is an example of measurement points X to Z at which STEM-EDS analysis described later is performed.

本発明の複合微粒子においてセリウム含有被覆層が形成される機構およびそのセリウム含有被覆層の内部に子粒子が分散して存在することになる機構について、本発明者は以下のように推定している。
後述するように、結晶性無機酸化物微粒子を構成する結晶性無機酸化物の代表例として、アルミナ、チタニア、ジルコニアが挙げられ、さらにシリカが含まれる場合が挙げられるが、以下では結晶性無機酸化物がアルミナである場合について説明する。
例えば、アルミニウムイソプロポキシドにアンモニアを添加し、加水分解・縮重合の操作を行い、さらに乾燥、焼成を行うことで得た結晶性無機酸化物微粒子を溶媒に分散させることで得た結晶性無機酸化物部粒子分散液に、セリウム塩の溶解液を添加しながら、並行してアルカリを添加すると、セリウム塩の溶解液が中和される。そうすると、結晶性無機酸化物微粒子の表面の水酸基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物(水酸化セリウム等)とが反応し、一例として、Ce(OH)・Al(OH)様の化合物を経由して、結晶性無機酸化物微粒子の表面にCeO2・Al23・Al(OH)およびCeO2超微粒子(粒径が2.5nm以上、10nm未満の範囲)を含む層(以下「CeO2超微粒子含有層」ともいい、CeO2超微粒子とセリウムアルミネートからなる層を意味する)が形成される。焼成工程においてセリウムアルミネートから分相したセリウム原子がCeO2超微粒子に沈着するため、結晶性無機酸化物微粒子の表面に形成されるCeO2超微粒子は粒子成長する。必要とする研磨速度を達成するためのセリア子粒子の結晶の大きさ(10〜25nm)とするためには、調合で得た結晶子径が2.5nm未満である場合、より高温焼成が必要とされる。しかし、高温で処理されると分相で生じたアルミナが接着剤となって、当該発明の単結晶性セリア系複合微粒子を、後工程における解砕によって得ることができない。
なお、ここでは結晶性無機酸化物がアルミナである場合であるため、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムアルミネートからなる層であるが、結晶性無機酸化物としてアルミナではなくチタニアであれば、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムチタネートからなる層であり、結晶性無機酸化物としてアルミナではなくジルコニアであれば、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムジルコネートからなる層である。
The present inventors presume as follows about the mechanism in which the cerium-containing coating layer is formed in the composite fine particles of the present invention and the mechanism in which the child particles are dispersed inside the cerium-containing coating layer. .
As described later, typical examples of the crystalline inorganic oxide constituting the crystalline inorganic oxide fine particles include alumina, titania, and zirconia, and further include a case where silica is included. The case where the material is alumina will be described.
For example, a crystalline inorganic oxide obtained by adding ammonia to aluminum isopropoxide, performing an operation of hydrolysis and polycondensation, and further drying and calcining the crystalline inorganic oxide fine particles obtained in a solvent. When an alkali is added in parallel with the cerium salt solution to the oxide particle dispersion, the cerium salt solution is neutralized. Then, the hydroxyl group on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles reacts with a product (cerium hydroxide or the like) obtained by neutralizing the solution of the cerium salt, for example, such as Ce (OH) .Al (OH) -like. A layer containing CeO 2 .Al 2 O 3 .Al (OH) and CeO 2 ultrafine particles (particle size of 2.5 nm or more and less than 10 nm) on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles via the compound ( Hereinafter, it is also referred to as a “CeO 2 ultrafine particle-containing layer”, which means a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium aluminate). In the firing step, cerium atoms phase-separated from cerium aluminate are deposited on the CeO 2 ultrafine particles, so that the CeO 2 ultrafine particles formed on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles grow. In order to achieve the required ceria particle crystal size (10 to 25 nm) to achieve the required polishing rate, if the crystallite diameter obtained by the preparation is less than 2.5 nm, higher temperature firing is required. It is said. However, when the treatment is carried out at a high temperature, the alumina produced by the phase separation becomes an adhesive, and the single-crystal ceria-based composite fine particles of the present invention cannot be obtained by crushing in a later step.
In this case, since the crystalline inorganic oxide is alumina, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium aluminate. If it is titania, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium titanate, and if the crystalline inorganic oxide is zirconia instead of alumina, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is , A layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium zirconate.

調合工程(工程1)で平均粒子径2.5nm以上のCeO2超微粒子を得るためには、セリウム塩と、アルミナとの反応を抑制するため、セリウム塩を添加する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液の温度は20℃以下であることが好ましい。この際、一部のCeO2超微粒子は調合中の酸化還元電位を所定範囲に保つことにより、加熱・熟成がなくとも既に結晶化している。一方、20℃超の温度で調合した後、液相において加熱処理・熟成しても、CeO2超微粒子は2.5nm以上に成長せず、また結晶化も生じ難い傾向にある。 In order to obtain CeO 2 ultrafine particles having an average particle diameter of 2.5 nm or more in the compounding step (step 1), a crystalline inorganic oxide is added when the cerium salt is added to suppress the reaction between the cerium salt and alumina. The temperature of the fine particle dispersion is preferably 20 ° C. or lower. At this time, some CeO 2 ultrafine particles have already been crystallized without heating and aging by keeping the oxidation-reduction potential during preparation in a predetermined range. On the other hand, even if the mixture is prepared at a temperature of more than 20 ° C., and then heat-treated and matured in the liquid phase, the CeO 2 ultrafine particles do not grow to 2.5 nm or more, and crystallization does not easily occur.

前記CeO2超微粒子含有層は、結晶性無機酸化物微粒子の表面水酸基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物(水酸化セリウム等)との反応により結晶性無機酸化物微粒子の表面が溶出し、これに(吹き込んだエアー等に由来する)酸素等が影響して、固化して形成されたものと推定される。
そして、その後、乾燥し、700〜1200℃程度で焼成すると、前記CeO2超微粒子含有層の内部に存在している、粒径が2.5nm以上、10nm未満のCeO2超微粒子が、セリウムアルミネートに含まれているセリウム原子を取り込んで粒径を成長させ、最終的には平均結晶子径が10〜25nm程度にまで成長した結晶性セリア粒子(セリア子粒子)となる。またセリウムアルミネートは、熱分解や熱拡散等によりセリウム含有被覆層となる。そのため、結晶性セリア粒子はセリウム含有被覆層内で分散した状態で存在することとなる。また、このような機構によって形成された結晶性セリア粒子(子粒子)は粒子どうしの合着が生じ難い。なお、セリウムシリケート層に含まれるセリウムの一部は結晶性セリア粒子になりきれず残存するため、セリウム含有被覆層が形成される。
The CeO 2 ultrafine particle-containing layer reacts with the surface hydroxyl groups of the crystalline inorganic oxide fine particles and a product (cerium hydroxide or the like) obtained by neutralizing the solution of the cerium salt to form a surface of the crystalline inorganic oxide fine particles. It is presumed that it was eluted and was formed by solidification due to the influence of oxygen and the like (derived from the blown air and the like).
Thereafter, dried, and baked at about 700 to 1200 ° C., the CeO 2 is present inside the ultrafine particle-containing layer, the particle diameter is 2.5nm or more, CeO 2 ultrafine particles of less than 10 nm, cerium aluminum Crystalline ceria particles (ceria particles) are grown by taking in cerium atoms contained in the silicate and growing the particle size, and finally growing to an average crystallite diameter of about 10 to 25 nm. Cerium aluminate becomes a cerium-containing coating layer by thermal decomposition or thermal diffusion. Therefore, the crystalline ceria particles exist in a dispersed state in the cerium-containing coating layer. Further, in the crystalline ceria particles (child particles) formed by such a mechanism, coalescence of the particles hardly occurs. Note that a part of the cerium contained in the cerium silicate layer cannot remain as crystalline ceria particles and remains, so that a cerium-containing coating layer is formed.

なお、調合温度が20℃超でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合は、水酸化セリウム等と結晶性無機酸化物微粒子との反応性が増し、結晶性無機酸化物微粒子の溶出量が著しく増し、調合後の結晶性無機酸化物微粒子は、例えば粒子径は1/2程度、体積は80〜90%減少する。そして溶解したアルミナはCeO2超微粒子含有層に含まれ、前述の例の場合、CeO2超微粒子含有層の組成はアルミナ濃度が約4割、セリア濃度が約6割となり、CeO2超微粒子含有層のアルミナの割合が増える。そして焼成によりセリア子粒子を10〜25nmに結晶成長させた際に、セリウムアルミネート層から分相したセリウム原子がセリア子粒子に沈着・成長し、セリウム原子の分相(拡散)により結果的に生成したアルミナがセリア粒子を被覆することになり、母粒子アルミナに固着して、セリア子粒子がアルミナ被膜で覆われた形態となる。この時に、焼成温度が高いとセリアで被覆された母粒子を被覆したアルミナが接着剤となって、粒子の合着を促進するため、後工程の解砕で単分散状態に解砕することができない。焼成温度が低いと解砕は容易になるが、セリア粒子が成長しないので研磨速度が得られない。 When the compounding temperature is higher than 20 ° C. and the oxidation-reduction potential is kept within a predetermined range, the reactivity between cerium hydroxide or the like and the crystalline inorganic oxide fine particles increases, and the elution amount of the crystalline inorganic oxide fine particles increases. The particle size of the crystalline inorganic oxide fine particles after blending is remarkably increased, for example, the particle diameter is reduced to about 1/2 and the volume is reduced by 80 to 90%. The dissolved alumina contained in the CeO 2 ultrafine particles-containing layer, the preceding example, CeO 2 the composition of ultrafine particles-containing layer is an alumina concentration of about 40%, the ceria concentration is about 60%, CeO 2 containing ultrafine particles The proportion of alumina in the layer increases. When the ceria particles are grown to a thickness of 10 to 25 nm by calcination, cerium atoms separated from the cerium aluminate layer are deposited and grown on the ceria particles, resulting in phase separation (diffusion) of the cerium atoms. The generated alumina covers the ceria particles, and is fixed to the mother particle alumina, so that the ceria child particles are covered with the alumina coating. At this time, if the sintering temperature is high, the alumina coated on the ceria-coated base particles becomes an adhesive, and promotes coalescence of the particles. Can not. If the firing temperature is low, the pulverization becomes easy, but the polishing rate cannot be obtained because the ceria particles do not grow.

さらに、調合温度が20℃超でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合、調合後のセリア子粒子の結晶子径は2.5nm以下と小さくなり、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためには、セリウムアルミネートからより多くのセリウム原子の拡散が必要となり、結果的にセリウムアルミネート中のアルミナ濃度が高まり、子粒子を覆うアルミナ被膜が増大する傾向が強まる。   Further, when the preparation temperature is higher than 20 ° C. and the oxidation-reduction potential is kept in a predetermined range, the crystallite diameter of the ceria particles after preparation becomes as small as 2.5 nm or less, and the ceria particles are crystallized to a predetermined size by firing. For the growth, diffusion of more cerium atoms from cerium aluminate is required, and as a result, the alumina concentration in cerium aluminate increases, and the alumina coating covering the child particles tends to increase.

結晶性無機酸化物微粒子分散液とセリウムの金属塩の反応時の調合温度が0〜20℃でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合は、水酸化セリウム等と結晶性無機酸化物微粒子との反応性が抑制され、結晶性無機酸化物微粒子があまり溶解せず、調合後の結晶性無機酸化物微粒子は、例えば粒子径は1〜5%程度、体積は3〜15%程度の減少に抑えられる。そのため前述の例の場合、CeO2超微粒子含有層の組成はアルミナ濃度が約1割、セリア濃度が約9割になり、CeO2超微粒子含有層のセリアの割合が増加し、焼成後にセリウム含有被覆層が形成される。また調合後のセリアの結晶サイズは2.5nm以上、10nm未満(一例として6〜8nm)程度となるため、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためのセリウム原子の拡散量が少なくてよく、結果的にセリウムアルミネート中に多くセリウムが残存し、低温焼成で結晶成長がおきて、平均粒子径10〜25nmのセリア粒子が得られる。従って、0〜20℃で調合した場合は、母粒子表面上にセリウム含有被覆層が形成され、この層内にセリア子粒子が分散した形態となる。 When the compounding temperature during the reaction between the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion and the cerium metal salt is 0 to 20 ° C. and the oxidation-reduction potential is kept within a predetermined range, cerium hydroxide or the like and the crystalline inorganic oxide fine particles are mixed. Is suppressed, the crystalline inorganic oxide fine particles do not dissolve much, and the prepared crystalline inorganic oxide fine particles have a particle diameter of about 1 to 5% and a volume of about 3 to 15%. Can be suppressed. Therefore, in the case of the above-described example, the composition of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer has an alumina concentration of about 10% and a ceria concentration of about 90%, and the ratio of ceria in the CeO 2 ultrafine particle-containing layer increases. A coating layer is formed. In addition, since the crystal size of ceria after blending is about 2.5 nm or more and less than 10 nm (for example, 6 to 8 nm), the amount of diffusion of cerium atoms for growing ceria particles to a predetermined size by firing is small. As a result, a large amount of cerium remains in the cerium aluminate, crystal growth occurs at low temperature firing, and ceria particles having an average particle diameter of 10 to 25 nm are obtained. Therefore, when prepared at 0 to 20 ° C., a cerium-containing coating layer is formed on the surface of the base particle, and the ceria particles are dispersed in this layer.

また調合段階で、セリア粒子が平均粒子径10nm以上となるとセリア粒子どうしの合着がおきて、母粒子表面に均一なセリア粒子が単分散配列しないので、優れた研磨特性が得られない傾向がある。   In addition, when the ceria particles have an average particle diameter of 10 nm or more at the compounding stage, coalescence of the ceria particles occurs, and uniform ceria particles are not monodispersely arranged on the surface of the base particles, so that excellent polishing characteristics tend not to be obtained. is there.

図1の模式図では理解が容易になるように、母粒子10、セリウム含有被覆層12および子粒子14を明確に区別して記したが、本発明の複合微粒子は上記のような機構によって形成されると推測されるため、実際のところは、これらは一体となって存在しており、STEM/SEM像におけるコントラストあるいはEDS分析以外では、母粒子10、セリウム含有被覆層12および子粒子14を明確に区別することは難しい。
ただし、本発明の複合微粒子の断面についてSTEM−EDS分析を行い、Ceの元素濃度を測定すると、図1に示した構造であることを確認することができる。
In the schematic diagram of FIG. 1, the base particles 10, the cerium-containing coating layer 12, and the child particles 14 are clearly distinguished for easy understanding. However, the composite fine particles of the present invention are formed by the above-described mechanism. Therefore, in reality, they exist integrally, and the base particles 10, the cerium-containing coating layer 12, and the child particles 14 are clearly defined except for the contrast in the STEM / SEM image or the EDS analysis. Difficult to distinguish.
However, when the cross section of the composite fine particles of the present invention is subjected to STEM-EDS analysis to measure the element concentration of Ce, it can be confirmed that the structure has the structure shown in FIG.

すなわち、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、図1に示す本発明の複合微粒子の断面の測定点XにおけるCeの元素濃度を測定すると3%未満となる。また、測定点ZにおけるCeの元素濃度を測定すると50%超となる。そして、測定点YにおけるCeの元素濃度を測定すると3〜50%となる。
したがって、STEM−EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子における母粒子10とセリウム含有被覆層12とは、Ceモル濃度が3%となるラインによって区別することができる。また、STEM−EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子におけるセリウム含有被覆層12と子粒子14とはCeモル濃度が50%となるラインによって、区別することができる。
That is, an EDS analysis in which a spot specified by a scanning transmission electron microscope (STEM) is selectively irradiated with an electron beam is performed, and the element concentration of Ce at a measurement point X on the cross section of the composite fine particle of the present invention shown in FIG. 1 is measured. Then, it becomes less than 3%. Further, when the element concentration of Ce at the measurement point Z is measured, it is over 50%. Then, when the element concentration of Ce at the measurement point Y is measured, it becomes 3 to 50%.
Therefore, in the element map obtained by performing the STEM-EDS analysis, the base particles 10 and the cerium-containing coating layer 12 in the composite fine particles of the present invention can be distinguished from each other by a line having a Ce molar concentration of 3%. In the element map obtained by performing the STEM-EDS analysis, the cerium-containing coating layer 12 and the child particles 14 in the composite fine particles of the present invention can be distinguished from each other by the line where the Ce molar concentration becomes 50%.

本明細書においてSTEM−EDS分析は、80万倍で観察して行うものとする。   In this specification, STEM-EDS analysis is performed by observing at 800,000 times.

本発明の複合微粒子は図1に示したような態様であるので、その断面についてSTEM−EDS分析を行い、元素マッピングを行うと、その最外殻から中心の母粒子(結晶性無機酸化物を主成分とする)に至る途中に、少なくとも一つ以上のセリア濃度が相対的に高い層(セリア微粒子からなる)を有していることが多い。   Since the composite fine particles of the present invention are in the form as shown in FIG. 1, the cross section thereof is subjected to STEM-EDS analysis and element mapping. On the way to the main component), at least one layer having a relatively high ceria concentration (comprising ceria fine particles) is often provided.

<母粒子>
本発明の複合微粒子における母粒子について説明する。
前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM−EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCe元素濃度(モル濃度)を測定した場合に3%未満となる部分である。
<Base particles>
The base particles in the composite fine particles of the present invention will be described.
As described above, when the STEM-EDS analysis is performed on the composite fine particles of the present invention and the Ce element concentration (molar concentration) in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 is measured, the portion is less than 3%. .

母粒子を構成する物質は結晶性無機酸化物であれば特に限定されず、複数種類の元素を含むものであってもよい。
母粒子を構成する結晶性無機酸化物は、アルミナ、チタニアおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
The substance constituting the base particles is not particularly limited as long as it is a crystalline inorganic oxide, and may include a plurality of types of elements.
The crystalline inorganic oxide constituting the base particles is preferably at least one selected from the group consisting of alumina, titania and zirconia.

後述のとおり本発明の複合微粒子の平均粒子径は50〜1000nmの範囲にあるので、本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径は必然的に1000nmより小さい値となる。本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径が30〜700nmの範囲である本発明の複合微粒子が好適に使用される。
平均粒子径が30〜700nmの範囲にある母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。母粒子の平均粒子径が30nm未満の場合、その様な母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、母粒子の平均粒子径が700nm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、母粒子は、単分散性を示すものがより好ましい。
As described later, since the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is in the range of 50 to 1000 nm, the average particle diameter of the mother particles in the composite fine particles of the present invention is necessarily smaller than 1000 nm. The composite fine particles of the present invention in which the average particle size of the base particles in the composite fine particles of the present invention is in the range of 30 to 700 nm are preferably used.
When the dispersion of the present invention obtained by using base particles having an average particle diameter in the range of 30 to 700 nm as a raw material is used as an abrasive, scratches due to polishing are reduced. When the average particle diameter of the base particles is less than 30 nm, when a dispersion obtained using such base particles is used as an abrasive, the polishing rate tends not to reach a practical level. Also, when the average particle diameter of the base particles exceeds 700 nm, the polishing rate also tends not to reach a practical level, and the surface accuracy of the substrate to be polished tends to be reduced. Note that the base particles more preferably show monodispersity.

本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM−EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度が3%となるラインを特定することで母粒子を特定する。次に、その母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(短軸)が母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、これをその母粒子の粒子径とする。
このようにして50個の母粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値を平均粒子径とする。
The average particle diameter of the base particles in the composite fine particles of the present invention is measured as follows.
First, the sample is observed at a magnification of 800,000 by STEM-EDS analysis, and a line having a Ce molar concentration of 3% is specified to specify a mother particle. Next, the maximum diameter of the base particles is taken as the major axis, the length is measured, and the value is taken as the major axis (DL). In addition, a point on the long axis that bisects the long axis is determined, two points where a straight line (short axis) orthogonal to the long axis intersects the outer edge of the base particle are determined, the distance between the two points is measured, and 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 base particle.
In this way, the particle diameters of the 50 base particles are measured, and a value obtained by simply averaging the measured values is defined as the average particle diameter.

本発明の複合微粒子における母粒子の形状は格別に限定されるものではないが、具体的には、本発明の複合微粒子における母粒子の短径/長径比の範囲が0.2以上、1.0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母粒子の短径/長径比は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM−EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度が3%となるラインを特定することで母粒子を特定する。次に、その母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母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)との比(DS/DL)を求め、これをその母粒子の短径/長径比とする。短径/長径比の範囲は、0.25以上、1.0以下であることが好ましい。
Although the shape of the base particles in the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, specifically, the ratio of the minor axis / major axis of the mother particles in the composite fine particles of the present invention is 0.2 or more. It is preferably 0 or less.
The minor axis / major axis ratio of the base particles in the composite fine particles of the present invention is measured as follows.
First, the sample is observed at a magnification of 800,000 by STEM-EDS analysis, and a line having a Ce molar concentration of 3% is specified to specify a mother particle. Next, the maximum diameter of the base particles is taken as the major axis, the length is measured, and the value is taken as the major axis (DL). Further, a point on the major axis that bisects the major axis is determined, two points where a straight line perpendicular to the major axis intersects the outer edge of the base particle are determined, and a distance between the two points is measured to obtain a minor axis (DS). . Then, the ratio (DS / DL) between the major axis (DL) and the minor axis (DS) is determined, and this is defined as the minor axis / major axis ratio of the base particles. The ratio of the minor axis / major axis is preferably 0.25 or more and 1.0 or less.

母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とするものであり、通常は結晶性無機酸化物微粒子である。結晶性無機酸化物微粒子は非球状又は球状で粒子径が揃ったものを調製し易く、また、多様な粒子径のものを調製することができるので好ましく用いることができる。   The base particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide, and are usually fine particles of a crystalline inorganic oxide. The crystalline inorganic oxide fine particles are preferably used because they can be easily prepared as non-spherical or spherical particles having a uniform particle diameter, and various particle diameters can be prepared.

母粒子が結晶性無機酸化物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。本発明の複合微粒子を含む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、例えば、α―アルミナの結晶相、アナターゼ型チタニアの結晶相、立方晶のジルコニアの結晶相などのような結晶相を示すことから、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とすることを確認することができる。また、このような場合に、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とするものとする。
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、母粒子の結晶構造に応じた回折パターンが現れることでも母粒子が結晶性無機酸化物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、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とするものとする。
The fact that the base particles contain a crystalline inorganic oxide as a main component can be confirmed, for example, by the following method. After drying the dispersion containing the composite fine particles of the present invention, the mixture 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.). For example, since the crystalline phase of α-alumina, crystalline phase of anatase titania, crystalline phase of cubic zirconia, and the like, it is considered that the base particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide. You can check. In such a case, the base particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide.
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 a FFT pattern is obtained from a prepared cross-sectional sample using a conventional Fourier Transform (FFT) analysis using a conventionally known TEM device, the base particle is also made of a crystalline inorganic material because a diffraction pattern corresponding to the crystal structure of the base particle appears. It can be confirmed that an oxide is a main component. In such a case, the base particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide.

母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、その他のもの、例えば非晶質物質(非晶質シリカ等)や酸化物以外の化合物を含んでもよい。
例えば、前記母粒子において、Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni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5000ppm以下であることが望ましく、1000ppm以下であることが望ましく、100ppm以下であることが好ましい。さらに50ppm以下であることが好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがさらに好ましく、1ppm以下であることがよりいっそう好ましい。また、前記母粒子における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。
The base particles contain a crystalline inorganic oxide as a main component, and may contain other substances such as an amorphous substance (eg, amorphous silica) and a compound other than the oxide.
For example, in the base particles, the content of each element of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, and Zn (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 1”) is respectively It is desirably 5000 ppm or less, desirably 1000 ppm or less, and preferably 100 ppm or less. Further, it is preferably at most 50 ppm, more preferably at most 25 ppm, further preferably at most 5 ppm, still more preferably at most 1 ppm. Further, the content of each of the elements U, Th, Cl, NO 3 , SO 4, and F (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 2”) in the base particles is preferably 5 ppm or less. .

ここで、母粒子および後述する本発明の複合微粒子ならびに後述する結晶性無機酸化物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(母粒子、本発明の複合微粒子または後述する結晶性無機酸化物微粒子)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(百分率)の値を意味するものとする。なお、母粒子の不純分は、汚染等による混入が無ければ、結晶性無機酸化物微粒子の不純分と概ね一致する。
Here, the content of the specific impurity group 1 or the specific impurity group 2 in the base particles, the composite fine particles of the present invention described later, and the crystalline inorganic oxide fine particles described later means the content relative to the dry amount.
The content relative to the dry amount refers to the measurement target (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) with respect to the mass of the solid content contained in the target object (base particles, composite fine particles of the present invention, or crystalline inorganic oxide fine particles described later). ) Means the value of the weight ratio (percentage). In addition, the impurity content of the base particles substantially coincides with the impurity content of the crystalline inorganic oxide fine particles if there is no contamination due to contamination or the like.

一般に水硝子を原料として調製した結晶性無機酸化物微粒子は、原料水硝子に由来する前記特定不純物群1と前記特定不純物群2を合計で数千ppm程度含有する。
このような結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、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。そのため水硝子を原料とした結晶性無機酸化物微粒子を用いる場合は、酸処理等で不純物を低減させることも行われている。
これに対し、アルコキシシランを原料として合成した結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、通常、前記特定不純物群1における各元素の含有率は、それぞれ100ppm以下であることが好ましく、20ppm以下であることがより好ましく、前記特定不純物群2における各元素と各陰イオンの含有率は、それぞれ20ppm以下であることが好ましく、5ppm以下であることがより好ましい。
Generally, crystalline inorganic oxide fine particles prepared from water glass as a raw material contain the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 derived from the raw water glass in the order of several thousand ppm in total.
In the case of a dispersion liquid in which such crystalline inorganic oxide 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. For this reason, when using crystalline inorganic oxide fine particles made of water glass as a raw material, impurities are also reduced by acid treatment or the like.
In contrast, in the case of a dispersion obtained by dispersing crystalline inorganic oxide fine particles synthesized from alkoxysilane as a raw material in a solvent, the content of each element in the specific impurity group 1 is usually 100 ppm or less. The content of each element and each anion in the specific impurity group 2 is preferably 20 ppm or less, more preferably 5 ppm or less.

なお、本発明において、母粒子におけるNa、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、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、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, the respective contents of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F in the base particles are respectively The value shall be determined by measurement using the following method.
-Na and K: Atomic absorption spectroscopy-Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Zn, U and Th: ICP-MS (inductively coupled plasma emission mass spectrometry)
· Cl: potentiometric titration · NO 3, SO 4 and F: ion chromatograph

母粒子は、その圧縮破壊強度が1.0〜3.0MPaであることが好ましい。理由は圧縮破壊強度がこの範囲にあることで研磨時の複合微粒子の崩壊を防ぐことができ、更には複合微粒子の変形による応力緩和を抑制し、基板への圧力伝達を効果的に行うことができ、高い研磨速度が得られる。
ここで母粒子の圧縮破壊強度は次の方法で測定する。
本発明の分散液をサンドミルにて解砕し、遠心分離装置で分級分離することによりセリア子粒子を母粒子から脱落させた母粒子を得て、得られた母粒子について島津製作所製微小圧縮試験機(MCT−W500)を用い、圧縮破壊強度を測定した。
The base particles preferably have a compressive breaking strength of 1.0 to 3.0 MPa. The reason is that when the compressive fracture strength is within this range, it is possible to prevent the collapse of the composite fine particles during polishing, further suppress the stress relaxation due to the deformation of the composite fine particles, and effectively transmit the pressure to the substrate. And a high polishing rate can be obtained.
Here, the compressive breaking strength of the base particles is measured by the following method.
The dispersion of the present invention is crushed by a sand mill, and classified by a centrifugal separator to obtain base particles in which ceria particles are dropped from the base particles. The compression breaking strength was measured using a machine (MCT-W500).

<子粒子>
本発明の複合微粒子において結晶性セリアを主成分とする子粒子(以下、「セリア子粒子」ともいう)は、前記母粒子上に配されたセリウム含有被覆層に分散している。
また、本発明の複合微粒子における母粒子は短径/長径比が0.2〜0.7の範囲であり、その表面に凹凸を備えることが好ましい。すなわち、凹部と凸部を備えることが好ましい。そして、本発明の複合微粒子において子粒子は、次の(a)、(b)または(c)の形態が主として存在する。
(a)母粒子の凸部に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して、結合した形態。
(b)母粒子の凸部と凹部との両方に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して、結合した形態。
(c)母粒子の凹部に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して結合した形態
これら(a)、(b)または(c)の形態が同時に存在していることが望ましい。なぜならば、本発明の分散液を研磨用砥粒分散液として使用した場合、母粒子が段差を有しているため、研磨時は最初に(a)の形態の子粒子が、研磨対象の基板と接触して研磨が行われる。仮に(a)の形態の子粒子が研磨圧力により外れや磨滅、破壊が生じても次に(b)、そして(c)の形態のセリア子粒子が研磨対象の基板と接触し、接触面積を高く保つことができるため、効率よく研磨速度が安定した研磨が行われるからである。
後述する本発明の製造方法によると、これら(a)、(b)または(c)の形態の子粒子が同時に存在している本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすい。
<Child particle>
In the composite fine particles of the present invention, child particles containing crystalline ceria as a main component (hereinafter also referred to as “ceria child particles”) are dispersed in a cerium-containing coating layer disposed on the base particles.
The base particles in the composite fine particles of the present invention preferably have a ratio of minor axis / major axis in the range of 0.2 to 0.7, and preferably have irregularities on the surface. That is, it is preferable to provide a concave portion and a convex portion. In the composite fine particles of the present invention, the child particles mainly have the following forms (a), (b) and (c).
(A) A form in which child particles are bonded to the projections of the base particles via a part of the cerium-containing coating layer.
(B) A form in which child particles are bonded to both the projections and depressions of the base particles via a part of the cerium-containing coating layer.
(C) Form in which child particles are bonded to concave portions of base particles via a part of the cerium-containing coating layer It is desirable that these forms (a), (b) and (c) exist simultaneously. This is because, when the dispersion of the present invention is used as an abrasive dispersion for polishing, since the base particles have a step, the sub-particles in the form (a) are firstly polished during polishing. And polishing is performed. Even if the child particles in the form (a) come off, wear or break due to the polishing pressure, then the ceria child particles in the form (b) and (c) come into contact with the substrate to be polished to reduce the contact area. This is because the polishing rate can be kept high, so that polishing with a stable polishing rate is efficiently performed.
According to the production method of the present invention to be described later, it is easy to obtain the dispersion of the present invention containing the composite fine particles of the present invention in which the child particles of the form (a), (b) or (c) are simultaneously present.

また、セリウム含有被覆層内においてセリア子粒子は積層されていても良く、その形状は真球状、楕円形状、矩形形状など特に限定されず、さらに粒子径分布も均一であってもシャープであっても良く、突起あるいは平滑でない形状が形成された母粒子に起因したセリア子粒子の段差が生じていてもよい。
前記セリア子粒子は、前記セリウム含有被覆層中に埋没するものもあれば、セリウム含有被覆層から部分的に露出するものもある。
Further, the ceria particles may be laminated in the cerium-containing coating layer, and the shape thereof is not particularly limited to a true spherical shape, an elliptical shape, a rectangular shape, and the like. Alternatively, a step may occur in the ceria child particles due to the base particles having projections or non-smooth shapes.
The ceria particles may be buried in the cerium-containing coating layer, or may be partially exposed from the cerium-containing coating layer.

前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM−EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCe元素濃度を測定した場合に、子粒子はCeモル濃度が50%超となる部分である。   As described above, when the STEM-EDS analysis is performed on the composite fine particles of the present invention and the Ce element concentration in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 is measured, the child particles have a Ce molar concentration of more than 50%. Part.

本発明における結晶性セリアを主成分とする子粒子は、前記母粒子上に配されたセリウム含有被覆層に分散しており、当該子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14〜60%である。すなわち、子粒子の粒度分布の幅が大きい。このような粒度分布幅が大きなセリア子粒子を備えている本発明の分散液を研磨用砥粒分散液として使用すると、研磨の初期においては粒径の大きい子粒子が研磨対象の基板と接触して研磨が行われる。そして、その子粒子が研磨圧力により外れたり、磨滅や破壊が生じたりしても、次に、粒子径の小さい子粒子が研磨対象の基板と接触するので、接触面積を高く保つことができる。そのため、効率よく研磨速度が安定した研磨が行われる。   The child particles mainly composed of crystalline ceria in the present invention are dispersed in the cerium-containing coating layer disposed on the base particles, and the coefficient of variation (CV value) in the particle diameter distribution of the child particles is 14 to 60%. That is, the width of the particle size distribution of the child particles is large. When the dispersion of the present invention having such a ceria child particle having a large particle size distribution width is used as a polishing abrasive particle dispersion, the child particle having a large particle diameter comes into contact with the substrate to be polished in the initial stage of polishing. Polishing is performed. Then, even if the child particles come off due to the polishing pressure or are worn or broken, the child particles having the smaller particle diameter come into contact with the substrate to be polished, so that the contact area can be kept high. Therefore, polishing with a stable polishing rate is performed efficiently.

本発明において、セリウム含有被覆層に分散している子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は14〜60%であるが、17〜50%であることが好ましく、20〜40%であることがより好ましい。   In the present invention, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles dispersed in the cerium-containing coating layer is 14 to 60%, preferably 17 to 50%, and more preferably 20 to 40%. More preferably, there is.

本発明において、子粒子の粒子径分布は、次のように測定するものとする。
初めに本発明の複合微粒子をSTEM−EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度が50%となるラインを特定することで子粒子を特定する。次に、その子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子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、これをその子粒子の粒子径とする。
このようにして100個以上の子粒子について粒子径を測定し、粒子径分布を得ることができる。
In the present invention, the particle size distribution of the child particles is measured as follows.
First, the composite fine particles of the present invention are observed at a magnification of 800,000 by STEM-EDS analysis, and child particles are specified by specifying a line where the Ce molar concentration becomes 50%. Next, the maximum diameter of the child particles is taken as the major axis, the length is measured, and the value is taken as the major axis (DL). In addition, 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 child particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain a 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 child particle.
In this way, the particle size of 100 or more child particles can be measured to obtain a particle size distribution.

本発明において、子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は、上記のようにして得た粒子径分布を母集団として標準偏差と個数平均値を得た後、標準偏差を個数平均値で除し、100を乗じること(すなわち、標準偏差/個数平均値×100)により、算出する。   In the present invention, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is obtained by obtaining the standard deviation and the number average value using the particle size distribution obtained as described above as a population, and then calculating the standard deviation by the number average value. , And multiplying by 100 (that is, standard deviation / number average value × 100).

子粒子の平均粒子径は、10〜25nmが好ましく、14〜23nmであることがより好ましい。
子粒子の平均粒子径が25nmを超える場合、工程2において、そのようなセリア子粒子を有した前駆体粒子は、焼成後に焼結や凝結が生じ解砕も困難となる傾向がある。このようなセリア系複合微粒子分散液は、研磨用途に使用しても研磨対象でのスクラッチ発生を招き、好ましくない。子粒子の平均粒子径が10nm未満の場合、同じく研磨用途に使用すると、実用的に充分な研磨速度を得難い傾向がある。
The average particle diameter of the child particles is preferably from 10 to 25 nm, more preferably from 14 to 23 nm.
When the average particle diameter of the child particles exceeds 25 nm, in step 2, the precursor particles having such ceria child particles tend to undergo sintering or coagulation after firing and become difficult to disintegrate. Such a ceria-based composite fine particle dispersion is not preferable because it causes scratches on the object to be polished even when used for polishing. When the average particle diameter of the secondary particles is less than 10 nm, there is a tendency that it is difficult to obtain a practically sufficient polishing rate when the particles are used for polishing.

本発明において、子粒子の平均粒子径は、上記のようにして得た粒子径分布における個数平均径を意味するものとする。   In the present invention, the average particle diameter of the child particles means the number average diameter in the particle diameter distribution obtained as described above.

子粒子は積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有被覆層の内部における、母粒子の中心からの放射状の線上において複数存在していてもよい。
また、子粒子はセリウム含有被覆層中に埋没していてよいし、セリウム含有被覆層の外部へ部分的に露出していてもよいが、子粒子がセリウム含有被覆層に埋没した場合は、セリウム含有被覆層表面になるため、保存安定性及び研磨安定性が向上し、さらに研磨後の基板上に砥粒残りが少なくなることから、子粒子はセリウム含有被覆層に埋没している方が望ましい。
The child particles may be stacked. That is, a plurality of cerium-containing coating layers may exist on a radial line from the center of the base particle.
Further, the child particles may be buried in the cerium-containing coating layer or may be partially exposed to the outside of the cerium-containing coating layer. Since the surface becomes the containing coating layer, the storage stability and the polishing stability are improved, and the abrasive particles remaining on the substrate after polishing are reduced. Therefore, it is preferable that the child particles are buried in the cerium-containing coating layer. .

子粒子の形状は特に限定されない。例えば真球状、楕円形状、矩形状であってもよい。本発明の分散液を研磨用途に使用する場合であって、高研磨速度を得ようとする場合、子粒子は非球形が好ましく、矩形状がより好ましい。   The shape of the child particles is not particularly limited. For example, the shape may be true spherical, elliptical, or rectangular. When the dispersion of the present invention is used for polishing and a high polishing rate is to be obtained, the child particles are preferably non-spherical and more preferably rectangular.

母粒子の表面に配されたセリウム含有被覆層内に分散された子粒子は、単分散状態であってもよく、子粒子が積層された状態(すなわち、セリウム含有被覆層の厚さ方向に複数の子粒子が積み重なって存在する状態)であってもよく、複数の子粒子が連結した状態であっても構わない。   The child particles dispersed in the cerium-containing coating layer disposed on the surface of the base particles may be in a monodispersed state, or in a state in which the child particles are stacked (that is, a plurality of the child particles are arranged in the thickness direction of the cerium-containing coating layer). (A state in which child particles are stacked and present) or a state in which a plurality of child particles are connected.

本発明において、子粒子は結晶性セリアを主成分とする。
前記子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する等して本発明の複合微粒子を得た後、これを例えば従来公知の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、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相が検出されることから確認できる。このような場合に、前記子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 child particles contain crystalline ceria as a main component.
That the child particles are mainly composed of crystalline ceria, for example, after drying the dispersion of the present invention, the obtained solid is crushed using a mortar or the like to obtain the composite fine particles of the present invention After that, this was subjected to X-ray analysis using, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). In the obtained X-ray diffraction pattern, the ceria crystal phase and the crystalline inorganic oxidation This can be confirmed by detecting the crystalline phase of the product. In such a case, it is assumed that the child particles have crystalline ceria as a main component. Note that the ceria crystal phase is not particularly limited, and examples thereof include Cerianite.

子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、例えばセリウム以外の元素を含んでもよい。また、研磨の助触媒として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および結晶性無機酸化物の結晶相が検出される。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 child particles contain crystalline ceria (crystalline Ce oxide) as a main component, and may contain other elements, for example, elements other than cerium. Further, a hydrated cerium compound may be contained as a polishing promoter.
However, as described above, when the composite fine particles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, the ceria crystal phase and the crystalline inorganic oxide crystal phase are detected. That is, even if a crystal phase other than ceria is contained, 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.

セリア子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10〜25nm(半値全幅は0.86〜0.34°)であり、14〜23nm(半値全幅は0.62〜0.37°)であることが好ましく、15〜22nm(半値全幅は0.58〜0.38)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 ceria 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 10 to 25 nm (full width at half maximum is 0.86 to 0.34 °), and 14 to 23 nm (full width at half maximum is 0.62 to 0.37 °). It is more preferably 15 to 22 nm (full width at half maximum is 0.58 to 0.38). 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 that case, it can be calculated in the same manner, and the size of the average crystallite diameter in that case may be the same as the above-mentioned average crystallite diameter of the (111) plane.

子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 child particles will be described below by taking, as an example, the case of the (111) plane (around 2θ = 28 °).
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 Co., Ltd.). 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

本発明の複合微粒子は、前記子粒子の主成分である結晶性セリアに前記結晶性無機酸化物に含まれる原子(アルミニウム、チタン、ジルコニウム等)が固溶していることが好ましい。一般に固溶とは、2種類以上の元素(金属の場合も非金属の場合もある)が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっているものを意味し、固溶して得られる固溶体は、置換型固溶体と侵入型固溶体とに分類される。置換型固溶体は、原子半径が近い原子において容易に起こり得ることが知られており、例えばZrはCerianiteの結晶構造を維持した状態で固溶することが知られており、AlはCeAlO3組成のペロブスカイト構造が知られている。また、侵入型固溶体であっても構わない。
従来、砥粒としてセリア粒子を用いてシリカ膜付基板やガラス基材を研磨すると、他の無機酸化物粒子を用いた場合に比べて、特異的に高い研磨速度を示すことが知られている。セリア粒子がシリカ膜付基板に対して、特に高い研磨速度を示す理由の一つとして、セリア粒子中に含まれる三価のセリウムが被研磨基板上のシリカ被膜に対して、高い化学反応性を持つことが指摘されている。酸化セリウム中のセリウムは三価と四価の価数となりうるが、半導体用の研磨材として用いられる純度の高い酸化セリウム粒子は、炭酸セリウムなどの高純度なセリウム塩を約700℃の高温で焼成するプロセスを経ている。そのため、焼成型セリア粒子中のセリウムの価数は四価を主としており、例え三価のセリウムを含んでいたとしてもその含有量は十分でない。
本発明の複合微粒子の好適態様は、その外表面側に存在する子粒子(セリア微粒子)において、Al等の原子がCeO2結晶に侵入型の固溶をしていると見られる。Al等の原子の固溶により、CeO2結晶の結晶歪みが生じることで、高温で焼成しても酸素欠陥が多くなりSiO2に対して化学的に活性な三価のセリウムが多く生じ、CeO2の化学反応性を助長する結果、上記の高い研磨速度を示すものと推察される。また三価のセリウム含有量を増加させるために、LaやZrなどをドープさせても構わない。
In the composite fine particles of the present invention, it is preferable that atoms (aluminum, titanium, zirconium, etc.) contained in the crystalline inorganic oxide are dissolved in crystalline ceria which is a main component of the child particles. Generally, solid solution means that two or more types of elements (in some cases, metal or non-metal) are dissolved with each other to form a uniform solid phase as a whole. , And are classified into substitutional solid solutions and interstitial solid solutions. It is known that a substitutional solid solution can easily occur at an atom having a close atomic radius. For example, Zr is known to form a solid solution while maintaining a Cerianite crystal structure, and Al is a CeAlO 3 composition. Perovskite structures are known. Further, it may be an interstitial solid solution.
Conventionally, it is known that when a silica film-coated substrate or a glass substrate is polished using ceria particles as abrasive grains, it exhibits a specifically high polishing rate as compared with the case where other inorganic oxide particles are used. . One of the reasons that ceria particles exhibit a particularly high polishing rate with respect to a substrate with a silica film is that trivalent cerium contained in the ceria particles has a high chemical reactivity with respect to a silica film on a substrate to be polished. It is pointed out that it has. Cerium in cerium oxide can have trivalent and tetravalent valences, but high-purity cerium oxide particles used as abrasives for semiconductors can be obtained by converting high-purity cerium salts such as cerium carbonate at a high temperature of about 700 ° C. It has undergone a firing process. Therefore, the valence of cerium in the fired ceria particles is mainly tetravalent, and even if trivalent cerium is contained, its content is not sufficient.
In a preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, in the child particles (ceria fine particles) existing on the outer surface side, it is considered that atoms such as Al are in an interstitial solid solution in the CeO 2 crystal. The solid solution of atoms such as Al causes crystal distortion of the CeO 2 crystal, so that even when fired at a high temperature, oxygen vacancies increase and a large amount of trivalent cerium chemically active with respect to SiO 2 is generated. As a result of promoting the chemical reactivity of No. 2 , it is supposed that the above high polishing rate is exhibited. In order to increase the trivalent cerium content, La or Zr may be doped.

本発明のセリア系複合微粒子は、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とすることで以下の特徴を備える。
1)セリア系複合微粒子の概形も母粒子の晶癖を反映して、例えば、立方体、柱状、板状又は針状等の形状をとることができる。このような形状を備えることにより、砥粒として使用した場合、研磨対象の半導体基板等が砥粒の頂点に相当する部位と接触した場合は接触面積が小さくなり、その結果応力集中が生じ、より深い切削研磨が進行し、高い研磨速度を得ることができる。また、砥粒の面又は辺に相当する部位で接触した場合は接触面積が増加し、その結果より大きな摩擦が生じ、より高い研磨速度を得ることができる。
2)母粒子が高い物理的安定性、化学的安定性を持つことにより母粒子成分、及び母粒子に含まれる不純分の溶出等による研磨基板の汚染が防ぐことができる。
3)高い剛性をもつことにより、研磨時の砥粒変形による応力緩和が生じにくくなり、基板への応力集中が進み、より高い研磨速度を得ることができる。また、粒子崩壊を生じにくいためにより高い研磨速度を得ることができる。
The ceria-based composite fine particles of the present invention have the following features because the base particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide.
1) The general shape of the ceria-based composite fine particles can also take a shape such as a cube, a column, a plate, or a needle, reflecting the crystal habit of the base particles. By having such a shape, when used as abrasive grains, when the semiconductor substrate or the like to be polished comes into contact with a portion corresponding to the apex of the abrasive grains, the contact area becomes smaller, resulting in stress concentration, Deep cutting and polishing proceeds, and a high polishing rate can be obtained. Further, when the contact is made at a portion corresponding to the surface or the side of the abrasive grain, the contact area increases, and as a result, greater friction occurs, and a higher polishing rate can be obtained.
2) Since the base particles have high physical stability and chemical stability, contamination of the polished substrate due to elution of the base particle components and impurities contained in the base particles can be prevented.
3) By having high rigidity, stress relaxation due to deformation of abrasive grains during polishing hardly occurs, stress concentration on the substrate proceeds, and a higher polishing rate can be obtained. In addition, a higher polishing rate can be obtained because the particles are less likely to collapse.

<セリウム含有被覆層>
本発明の複合微粒子は、前記母粒子の表面上にセリウム含有被覆層を有する。そして、セリウム含有被覆層の内部に子粒子が分散している。
<Cerium-containing coating layer>
The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing coating layer on the surface of the base particles. Then, the child particles are dispersed inside the cerium-containing coating layer.

このような構造をとることにより、製造時の解砕処理や研磨時の圧力による子粒子の脱落が生じ難く、また、たとえ一部の子粒子が欠落したとしても、多くの子粒子は脱落せずにセリウム含有被覆層中に存在するので、研磨機能を低下させることがない。   By adopting such a structure, it is difficult for the child particles to fall off due to the crushing process during production or the pressure during polishing, and even if some of the child particles are missing, many child particles cannot fall off. In the cerium-containing coating layer, the polishing function does not deteriorate.

また、前記セリウム含有被覆層がシリカを含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
Preferably, the cerium-containing coating layer contains silica.
For example, when the base particles contain crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.
Further, for example, when the mother particles are mainly composed of crystalline titania, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.
Further, for example, when the base particles are mainly composed of crystalline zirconia, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.

セリウム含有被覆層は母粒子と同じ元素を含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はAlおよびCeを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はTiおよびCeを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はZrおよびCeを含むことが好ましい。
The cerium-containing coating layer preferably contains the same element as the base particles.
For example, when the base particles contain crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Al and Ce.
Further, for example, when the base particles are mainly composed of crystalline titania, the cerium-containing coating layer preferably contains Ti and Ce.
Further, for example, when the base particles are mainly composed of crystalline zirconia, the cerium-containing coating layer preferably contains Zr and Ce.

また、前記セリウム含有被覆層が、さらにシリカを含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,AlおよびSiを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,TiおよびSiを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,ZrおよびSiを含むことが好ましい。
It is preferable that the cerium-containing coating layer further contains silica.
For example, when the base particles contain crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Al, and Si.
Further, for example, when the mother particles are mainly composed of crystalline titania, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Ti and Si.
Further, for example, when the base particles contain crystalline zirconia as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Zr and Si.

前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM−EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeの元素濃度を測定した場合に、セリウム含有被覆層はCeモル濃度が3〜50%となる部分である。   As described above, when the STEM-EDS analysis was performed on the composite fine particles of the present invention and the elemental concentration of Ce in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 was measured, the Ce molar concentration of the cerium-containing coating layer was 3%.部分 50%.

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、母粒子の表面に子粒子の像が濃く現れるが、その子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も、相対的に薄い像として、セリウム含有被覆層の一部が現れる。この部分についてSTEM−EDS分析を行い、当該部分の結晶性無機酸化物に含まれるAl、Ti,Zr等のモル濃度及びCeモル濃度を求めると、Al等のモル濃度が非常に高いことを確認することができる。   In the image (TEM image) obtained by observing the composite fine particles of the present invention using a transmission electron microscope, the images of the child particles appear densely on the surface of the base particles. A part of the cerium-containing coating layer also appears as a relatively thin image on the surface side of the composite fine particles. STEM-EDS analysis was performed on this portion, and when the molar concentration of Al, Ti, Zr, etc. and Ce molar concentration contained in the crystalline inorganic oxide of the portion were determined, it was confirmed that the molar concentration of Al, etc. was very high. can do.

セリウム含有被覆層の平均の厚さは、格別に制限されるものではないが、例えば、10〜40nmであることが好ましく、12〜30nmであることがより好ましい。
なお、セリウム含有被覆層の平均の厚さは、本発明の複合微粒子の母粒子の中心から最外殻まで、任意の12箇所に直線を引き、前述のようにSTEM−EDS分析を行って得た元素マップから特定されるCeモル濃度が3%となるラインと、本発明の複合微粒子の最外殻との距離(母粒子の中心を通る線上の距離)を測定し、それらを単純平均して求めるものとする。なお、母粒子の中心は、前述の長軸と短軸との交点を意味するものとする。
The average thickness of the cerium-containing coating layer is not particularly limited, but is preferably, for example, 10 to 40 nm, and more preferably 12 to 30 nm.
The average thickness of the cerium-containing coating layer was obtained by performing a STEM-EDS analysis as described above by drawing a straight line at any 12 points from the center of the mother particles of the composite fine particles of the present invention to the outermost shell. The distance (the distance on the line passing through the center of the base particle) between the line where the Ce molar concentration specified by the element map becomes 3% and the outermost shell of the composite fine particles of the present invention is measured, and these are simply averaged. Shall be sought. Note that the center of the base particle means the intersection of the aforementioned major axis and minor axis.

本発明の複合微粒子におけるセリウム含有被覆層は、焼成過程でセリウム含有被覆層に分散し成長した子粒子(結晶性セリアを主成分とするセリア微粒子)と母粒子との結合力を助長すると考えられる。よって、例えば、本発明の分散液を得る工程で、焼成して得られた焼成体解砕分散液について必要な場合は乾式にて予備解砕を行った後、湿式による解砕を行い、さらに遠心分離処理を行うことでセリア系複合微粒子分散液が得られるが、セリウム含有被覆層により、子粒子が母粒子から外れる事を防ぐ効果があるものと考えられる。この場合、局部的な子粒子の脱落は問題なく、また、子粒子の表面の全てがセリウム含有被覆層の一部で覆われていなくてもよい。子粒子が解砕工程で母粒子から外れない程度の強固さがあればよい。
このような構造により、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、面精度やスクラッチの悪化が少ないと考えられる。
It is considered that the cerium-containing coating layer in the composite fine particles of the present invention promotes the bonding force between the parent particles (ceria fine particles mainly composed of crystalline ceria) dispersed and grown in the cerium-containing coating layer during the firing process. . Thus, for example, in the step of obtaining the dispersion of the present invention, if necessary for the fired body disintegrated dispersion obtained by firing, after performing preliminary disintegration in a dry method, then performing wet disintegration, Although the ceria-based composite fine particle dispersion is obtained by performing the centrifugation treatment, it is considered that the cerium-containing coating layer has an effect of preventing the child particles from coming off from the base particles. In this case, there is no problem of local falling off of the child particles, and the entire surface of the child particles does not have to be covered with a part of the cerium-containing coating layer. It suffices that the secondary particles have such a rigidity that they do not separate from the mother particles in the crushing step.
With such a structure, when the dispersion liquid of the present invention is used as an abrasive, it is considered that the polishing rate is high and the surface accuracy and scratches are hardly deteriorated.

また、本発明の複合微粒子では、子粒子の表面の少なくとも一部がセリウム含有被覆層によって被覆されているので、セリウム含有被覆層がSiを含む場合、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のセリウム含有被覆層がSiを含むと、研磨基板表面の−OH基による電荷で反発しあい、その結果、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 child particles is coated with the cerium-containing coating layer. Therefore, when the cerium-containing coating layer contains Si, the outermost surface of the composite fine particles of the present invention (the outermost surface) The (shell) will have the -OH groups of the silica. For this reason, when used as an abrasive, when the cerium-containing coating layer of the composite fine particles of the present invention contains Si, they repel each other with charges due to -OH groups on the polishing substrate surface, and as a result, adhesion to the polishing substrate surface is reduced. It is considered to be.

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のセリウム含有被覆層がSiを含むと、上記のように最外殻にシリカ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。本発明の製造方法における工程2の解砕処理時にpH8.6〜10.8を保ちながら解砕すると、工程1においてシリカを原料の一部として用いた場合、本発明の複合微粒子の表面のシリカ(セリウム含有被覆層のシリカ)の一部が溶解する。係る条件で製造した本発明の分散液を、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、珪酸を添加し、適度にセリウム含有被覆層を補強しても構わない。   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 the difference in the magnitude of the potential or the difference in polarity at the time of polishing. On the other hand, when the cerium-containing coating layer of the composite fine particles of the present invention contains Si, since the silica is present in the outermost shell as described above, the potential becomes a negative charge due to the silica, and the pH becomes alkaline. A negative potential is maintained until the polishing base material and the polishing pad remain as a result. When crushing while maintaining the pH of 8.6 to 10.8 during the crushing treatment in Step 2 in the production method of the present invention, when silica is used as a part of the raw material in Step 1, the silica on the surface of the composite fine particles of the present invention is Part of the silica (cerium-containing coating layer) dissolves. If the pH of the dispersion of the present invention produced under such conditions is adjusted to pH <7 when applied to polishing applications, the dissolved silica is deposited on the composite fine particles (abrasive grains) of the present invention. The surface will have a negative potential. When the potential is low, silicic acid may be added to moderately reinforce the cerium-containing coating layer.

子粒子の電位を調節するために、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、セリウム含有被覆層がSiを含む本発明の複合微粒子の場合、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。またこのソフトに付着したシリカは、焼成工程を経ていないため、低密度で軟質な易溶解性のシリカ層である。この易溶解性のシリカ層は基板との凝着作用を有しており、研磨速度を向上させる効果が認められる。この易溶解性のシリカ層は、本発明の分散液をpH9に保ち、固液分離した溶液中のシリカ濃度を測定することで、確認することができる。
なお、セリウム含有被覆層がSiを含む本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液において、シリカの存在する態様は多様であり、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。
In order to adjust the potential of the particles, it is possible to adjust the potential with a high molecular organic material such as polyacrylic acid. Adjusts the electric potential, the use of organic substances is reduced, and defects due to organic substances (residual organic substances, etc.) on the substrate are less likely to occur. Further, the silica adhered to the soft is a low-density, soft and easily soluble silica layer because it has not been subjected to the firing step. This easily soluble silica layer has an adhesive action with the substrate, and is effective in improving the polishing rate. This easily soluble silica layer can be confirmed by keeping the dispersion of the present invention at pH 9 and measuring the concentration of silica in the solid-liquid separated solution.
In the dispersion of the present invention in which the cerium-containing coating layer contains the composite fine particles of the present invention containing Si, the mode in which silica is present is various, and the silica does not constitute the composite fine particles of the present invention and is dispersed in a solvent. Alternatively, it may be dissolved or present in a state of being attached to the surface of the composite fine particles of the present invention.

<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、前述のように、[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14〜60%であり、[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相が検出され、[5]前記セリア系複合微粒子は、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10〜25nmである。
そして、本発明の複合微粒子は、さらに、[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11〜316であるという特徴を備えている、短径/長径比が0.2以上、1.0以下の範囲にあり、平均粒子径50〜1000nmのセリア系複合微粒子である。
<Composite fine particles of the present invention>
The composite fine particles of the present invention will be described.
As described above, the composite fine particles of the present invention [1] are obtained by dispersing the ceria-based composite fine particles inside the base particles, the cerium-containing coating layer on the surface of the base particles, and the cerium-containing coating layer. [2] a coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles, wherein the mother particles are mainly composed of a crystalline inorganic oxide, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria. ) Is 14 to 60%, and [4] when the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a ceria crystal phase and a crystalline inorganic oxide crystal phase are detected; The fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 10 to 25 nm measured by X-ray diffraction.
The composite fine particles of the present invention further include [3] the ceria-based composite fine particles, wherein the mass ratio of the component other than ceria to ceria is 100: 11 to 316. The ceria-based composite fine particles have a ratio in the range of 0.2 or more and 1.0 or less and have an average particle diameter of 50 to 1000 nm.

本発明の複合微粒子において、セリア以外の成分とセリア(CeO2)との質量比は100:11〜316であり、100:30〜230であることが好ましく、100:30〜150であることがより好ましく、100:60〜100:120であることがさらに好ましい。セリア以外の成分とセリアとの質量比は、概ね、母粒子と子粒子との質量比と同程度と考えられる。母粒子に対する子粒子の量が少なすぎると、母粒子または複合微粒子同士が結合し、粗大粒子が発生する場合がある。この場合に本発明の分散液を含む研磨剤(研磨スラリー)は、研磨基材の表面に欠陥(スクラッチの増加などの面精度の低下)を発生させる可能性がある。また、セリア以外の成分に対するセリアの量が多すぎても、コスト的に高価になるばかりでなく、資源リスクが増大する。さらに、粒子同士の融着が進む。その結果、基板表面の粗度が上昇(表面粗さRaの悪化)したり、スクラッチが増加する、更に遊離したセリアが基板に残留する、研磨装置の廃液配管等への付着といったトラブルを起こす原因ともなりやすい。
なお、上記のセリア以外の成分とセリア(CeO2)との質量比を算定する際にセリア以外の成分にシリカが含まれる場合、シリカは、本発明の複合微粒子に含まれる全てのシリカ(SiO2)を意味する。従って、母粒子を構成するシリカ成分、母粒子の表面に配されたセリウム含有被覆層に含まれるシリカ成分、および子粒子に含まれ得るシリカ成分の総量を意味する。
In the composite fine particles of the present invention, the mass ratio between the component other than ceria and ceria (CeO 2 ) is from 100: 11 to 316, preferably from 100: 30 to 230, and more preferably from 100: 30 to 150. More preferably, the ratio is more preferably from 100: 60 to 100: 120. It is considered that the mass ratio between the component other than ceria and ceria is approximately the same as the mass ratio between the base particles and the child particles. If the amount of the child particles is too small relative to the mother particles, the mother particles or the composite fine particles may be bonded to each other to generate coarse particles. In this case, the abrasive (polishing slurry) containing the dispersion of the present invention may cause defects (decrease in surface accuracy such as increase in scratches) on the surface of the polishing substrate. Further, if the amount of ceria relative to components other than ceria is too large, not only is cost increased, but also resource risk increases. Further, the fusion of the particles proceeds. As a result, the causes of troubles such as an increase in the roughness of the substrate surface (deterioration of the surface roughness Ra), an increase in scratches, the release of ceria remaining on the substrate, and adhesion to waste liquid piping of a polishing apparatus. It is easy to become.
When calculating the mass ratio between the component other than ceria and ceria (CeO 2 ), if the component other than ceria contains silica, the silica is used as all silica (SiO 2 ) contained in the composite fine particles of the present invention. 2 ) means. Therefore, it means the total amount of the silica component constituting the base particles, the silica component contained in the cerium-containing coating layer disposed on the surface of the base particles, and the silica component contained in the child particles.

本発明の複合微粒子におけるセリア以外の成分とセリア(CeO2)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。そして、本発明の複合微粒子を構成するCeO2以外の成分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、セリア以外の成分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母粒子を構成し得る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、セリアや母粒子を構成し得る物質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母粒子を構成し得る物質の使用量と分析値が良い一致を示す。
The content (% by mass) of the component other than ceria and ceria (CeO 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 mass% (CeO 2 mass% or the like). Then, components other than CeO 2 constituting the composite fine particles of the present invention can be calculated.
In the production method of the present invention, the mass ratio between the component other than ceria and ceria is calculated from the amounts of the ceria source material and the material that can constitute the base particles that were added when preparing the dispersion of the present invention. You can also. This can be applied when the process that dissolves and removes substances that can form ceria and mother particles is not performed, and in such cases, the usage amount and analysis value of the substances that can form ceria and mother particles are good. Indicates a match.

本発明の複合微粒子は母粒子の表面にセリウム含有被覆層が形成され、強固に結合し、そのセリウム含有被覆層内に粒子状の結晶性セリア(子粒子)が分散したものであるので、凹凸の表面形状を有している。   The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing coating layer formed on the surface of the base particles and are firmly bound, and the crystalline cerium (child particles) are dispersed in the cerium-containing coating layer. Surface shape.

本発明の複合微粒子の短径/長径比は0.2〜1.0である。
本発明の複合微粒子の短径/長径比は特定範囲であるため、本発明の分散液を研磨用途に使用する場合、被研磨基板に対する研磨レート向上を高めることができ、同時に、被研磨基板上の表面粗さを低くすることができる。
The ratio of minor axis / major axis of the composite fine particles of the present invention is 0.2 to 1.0.
Since the ratio of the minor axis to the major axis of the composite fine particles of the present invention is in a specific range, when the dispersion of the present invention is used for polishing, the polishing rate of the substrate to be polished can be improved, and at the same time, on the substrate to be polished, Can have a low surface roughness.

ここで短径/長径比は、次のような画像解析法によって測定するものとする。
まず、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、それぞれの複合微粒子の短径/長径比(DS/DL)を求め、その平均値を複合微粒子の短径/長径比の値とした。
Here, the minor axis / major axis ratio is measured by the following image analysis method.
First, in a photographic projection image obtained by photographing the composite fine particles of the present invention with a transmission electron microscope at a magnification of 300,000 (or 500,000), the maximum diameter of the particles is taken as the major axis, and the length is measured. Then, the value is defined as the major axis (DL). In addition, a point on the major axis that bisects the major axis is determined, two points at which a straight line perpendicular to the major axis intersects the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain the minor axis (DS). From this, the ratio of minor axis / major axis (DS / DL) is determined. Then, for any 50 particles observed in the photographic projection view, the minor / major ratio (DS / DL) of each composite fine particle is determined, and the average value is calculated as the minor / major ratio value of the composite fine particle. did.

本発明の複合微粒子の形状は、前記のとおり、その短径/長径比が0.2〜1.0の範囲にあることが必要である。この短径/長径比の範囲にある限り、本発明の複合微粒子は、複数の粒子が結合してなる「粒子連結型」であってもよく、独立した粒子からなる「単粒子型」であっても構わない。これらのうち、基板との接触面積を高く保つことができ、かつ、高研磨速度の発揮が可能であることから、粒子連結型がより望ましい。なお、粒子連結型は、より具体的には、2以上の母粒子同士が各々一部において結合しているもので、粒子の連結個数は3以下が好ましい。粒子連結型の複合微粒子において、母粒子同士は少なくとも一方(好ましくは双方)がそれらの接点において溶着し、あるいはセリアが介在することで固化した履歴を備えることで、強固に結合しているものと考えられる。ここで、母粒子同士が結合した後に、その表面にセリウム含有被覆層が形成された場合の他、母粒子の表面にセリウム含有被覆層が形成された後、他のものに結合した場合であっても、粒子連結型とする。
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。
なお、前記粒子連結型粒子とは、粒子間に再分散できない程度の化学結合が生じて粒子が連結してなるもの(凝結粒子)を意味する。また、単粒子とは、複数粒子が連結したものではなく、粒子のモルホロジーに関係なく凝集していないものを意味する。
As described above, the shape of the composite fine particles of the present invention needs to have a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0. As long as the ratio is in the range of the minor axis / major axis ratio, the composite fine particles of the present invention may be a “particle connected type” in which a plurality of particles are bonded, or a “single particle type” composed of independent particles. It does not matter. Among these, the particle-connected type is more preferable because the contact area with the substrate can be kept high and a high polishing rate can be exhibited. More specifically, the particle-connected type is one in which two or more base particles are partially bonded to each other, and the number of connected particles is preferably three or less. In the particle-coupled type composite fine particles, at least one (preferably both) of the base particles is strongly bonded by providing a history of being welded at their contact point or solidified by the interposition of ceria. Conceivable. Here, in addition to the case where the cerium-containing coating layer is formed on the surface after the mother particles are bonded to each other, the case where the cerium-containing coating layer is formed on the surface of the base particles and then bonded to another one. In this case, the particles are connected.
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.
In addition, the particle-connected particles mean particles formed by forming chemical bonds to such an extent that they cannot be re-dispersed (aggregated particles). In addition, a single particle means one in which a plurality of particles are not connected and is not aggregated regardless of the morphology of the particles.

本発明の複合微粒子は、例えば、研磨用途に適用する場合、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0.2〜1.0であることが好ましく、同じく0.65以下がより好ましい。
ここで粒子連結型のものは、通常、画像解析法で測定された短径/長径比は0.2〜1.0となる。
なお、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、単粒子型(非連結粒子)であってもよく、通常は両者の混合物である。
When the composite fine particles of the present invention are applied to, for example, polishing, they are preferably of a particle-connected type, and the ratio of minor axis / major axis measured by an image analysis method is preferably from 0.2 to 1.0. And 0.65 or less.
Here, the particle connection type usually has a minor axis / major axis ratio of 0.2 to 1.0 as measured by an image analysis method.
The shape of the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, and may be particle-connected particles or single-particle (unconnected particles), and usually a mixture of both. .

なお、本発明の分散液を研磨用途に適用する場合、本発明の分散液に含まれる全ての本発明の複合微粒子に占める、短径/長径比が0.2〜1.0の範囲の複合微粒子の個数割合が60%以上であることが好ましく、同じく70%以上であることがより好ましい。   When the dispersion of the present invention is applied to polishing, the composite having a minor axis / major axis ratio of 0.2 to 1.0 in all the composite fine particles of the present invention contained in the dispersion of the present invention. The number ratio of the fine particles is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more.

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、ドライ換算で100百万個/cc以下であることが好ましい。粗大粒子数は、100百万個/cc以下が好ましく、80百万個/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100百万個/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 having a size of 0.51 μm or more that can be contained in the dispersion of the present invention is preferably 100 million particles / cc or less on a dry basis. The number of coarse particles is preferably 100 million / cc or less, more preferably 80 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 100 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4〜100m2/gであることが好ましく、20〜70m2/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 4 to 100 m 2 / g, more preferably 20 to 70 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50〜1000nmであることが好ましく、100〜300nm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50〜1000nm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 diameter of the composite fine particles of the present invention is preferably from 50 to 1000 nm, more preferably from 100 to 300 nm. When the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is in the range of 50 to 1000 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 image obtained by photographing the composite fine particles of the present invention with a transmission electron microscope at a magnification of 300,000 (or 500,000), 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). In addition, a point on the major axis that bisects the major axis is determined, two points at which a straight line perpendicular to the major axis intersects the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured to obtain the minor axis (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 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い。さらに50ppm以下であることが好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがさらに好ましく、1ppm以下であることがよりいっそう好ましい。
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、前述の母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. Further, it is preferably at most 50 ppm, more preferably at most 25 ppm, further preferably at most 5 ppm, still more preferably at most 1 ppm.
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 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 determined by measuring the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 contained in the base particles. Can be measured by the same method as described above.

<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、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が−250.0〜−5.0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:前記クニックにおける流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
In the dispersion of the present invention, when cationic colloid titration is performed, the ratio of the flow potential change (ΔPCD) represented by the following formula (1) to the addition amount (V) of the cationic colloid titrant in a knick ( It is preferable that a streaming potential curve in which ΔPCD / V) is −250.0 to −5.0 is obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V Equation (1)
C: streaming potential (mV) in the knick
I: streaming potential (mV) at the starting point of the streaming potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titrant in the knicks

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、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。
また、クニックとは、カチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線において急激に流動電位が変化する点(変曲点)である。そして変曲点における流動電位をC(mV)とし、変曲点におけるカチオンコロイド滴定液の添加量を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 a graph in which the addition amount (ml) of the cationic titrant is plotted on the X-axis and the streaming potential (mV) of the dispersion of the present invention is plotted on the Y-axis.
A knick is a point (inflection point) where the streaming potential changes abruptly in the streaming potential curve obtained by cationic colloid titration. The streaming potential at the inflection point is C (mV), and the amount of the cationic colloid titrant at the inflection point is V (ml).
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−250.0〜−5.0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セリウム含有被覆層による子粒子の被覆具合及び/又は複合微粒子の表面における子粒子の露出具合あるいは脱離しやすい母粒子成分の存在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、湿式による解砕時において子粒子は脱離する事が少なく、研磨速度も高いと本発明者は推定している。逆にΔPCD/Vの値が−250.0よりもその絶対値が大きい場合は、複合微粒子表面がセリウム含有被覆層で全面覆われているため解砕工程にて子粒子脱落は起き難いが研磨時にセリウム含有被覆層が脱離しがたく研磨速度が低下する。一方、−5.0よりもその絶対値が小さい場合は脱落が起きやすいと考えられる。上記範囲内であると、研磨時において子粒子表面が適度に露出して子粒子の脱落が少なく、研磨速度がより向上すると本発明者は推定している。ΔPCD/Vは、−230.0〜−5.0であることがより好ましく、−230.0〜−10.0であることがさらに好ましい。   When the value of ΔPCD / V is −250.0 to −5.0, the polishing rate of the abrasive is further improved when the dispersion of the present invention is used as the abrasive. This ΔPCD / V reflects the degree of coating of the child particles by the cerium-containing coating layer on the surface of the composite fine particles of the present invention and / or the degree of exposure of the child particles on the surface of the composite fine particles or the presence of a base particle component that is easily desorbed. it is conceivable that. The present inventor estimates that when the value of ΔPCD / V is within the above range, the detachment of the child particles during wet pulverization is small and the polishing rate is high. On the other hand, when the value of ΔPCD / V is greater than −250.0, the surface of the composite fine particles is entirely covered with the cerium-containing coating layer. At times, the cerium-containing coating layer is hardly detached, and the polishing rate is reduced. On the other hand, if the absolute value is smaller than -5.0, it is considered that dropout is likely to occur. The present inventors presume that when the content is in the above range, the surface of the child particles is appropriately exposed during polishing, the falling of the child particles is small, and the polishing rate is further improved. ΔPCD / V is more preferably from −230.0 to −5.0, and still more preferably from −230.0 to −10.0.

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(セリア系複合微粒子)の残留が生じ難いからである。   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 if the streaming potential is maintained at a negative potential, abrasive grains (ceria-based composite fine particles) are unlikely to remain on the polishing substrate, which also exhibits a negative surface potential.

<本発明の製造方法>
本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は以下に説明する工程1〜工程3を備える。
<Production method of the present invention>
The manufacturing method of the present invention will be described.
The manufacturing method of the present invention includes Steps 1 to 3 described below.

<工程1>
工程1では結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物微粒子分散液を用意する。
なお、本明細書では「工程1」を「調合工程」という場合もある。
<Step 1>
In step 1, a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which crystalline inorganic oxide fine particles are dispersed in a solvent is prepared.
In the present specification, “step 1” may be referred to as “mixing step”.

工程1で使用される結晶性無機酸化物微粒子の態様は特に限定されないが、前述の母粒子と同様の平均粒子径や形状等であれば、より好ましい。また、結晶性無機酸化物微粒子は、前述の母粒子と同様に、結晶性無機酸化物を主成分とするものである。ここで主成分の定義も母粒子の場合と同様である。すなわち、結晶性無機酸化物微粒子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、結晶性無機酸化物のピークのみが現れる場合に、主成分であることを意味するものとする。   The mode of the crystalline inorganic oxide fine particles used in the step 1 is not particularly limited, but it is more preferable if the average particle diameter and the shape are the same as those of the above-mentioned base particles. Further, the crystalline inorganic oxide fine particles have a crystalline inorganic oxide as a main component, similarly to the above-described base particles. Here, the definition of the main component is the same as that of the base particle. That is, after the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is dried, it is pulverized using a mortar, and an X-ray diffraction pattern is obtained by, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). And when only the peak of the crystalline inorganic oxide appears, it means that it is the main component.

工程1で原料として使用される結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の平均粒子径は、本発明の製造方法で得られるセリア系複合微粒子分散液におけるセリア系複合微粒子の平均粒子径より小さいものが使用される。好適には、15nm以上、350nm未満の範囲の結晶性無機酸化物微粒子が使用される。
この結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって平均粒子径とすることができる。具体的な測定方法は、前述の本発明の複合微粒子における平均粒子径の測定方法と同様である。
The average particle diameter of the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion used as a raw material in step 1 is the average of the ceria-based composite fine particles in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the production method of the present invention. Those smaller than the particle size are used. Preferably, crystalline inorganic oxide fine particles in a range of 15 nm or more and less than 350 nm are used.
The average particle diameter of the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is an average particle diameter with a value calculated based on a photographic projection obtained by photographing using a transmission electron microscope. can do. A specific measuring method is the same as the above-described method for measuring the average particle diameter of the composite fine particles of the present invention.

工程1で原料として使用される結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の短径/長径比については、短径/長径比0.1以上、1.0未満であることが望ましい。また、より望ましい範囲として、短径/長径比0.2以上、0.7以下の範囲を挙げることができる。
この結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の短径/長径比は、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって短径/長径比とすることができる。具体的な測定方法は、前述の本発明の複合微粒子における短径/長径比の測定方法と同様である。
The ratio of the minor axis / major axis of the crystalline inorganic oxide microparticles in the crystalline inorganic oxide microparticle dispersion used as the raw material in step 1 may be a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0. desirable. Further, as a more desirable range, a range of a minor axis / major axis ratio of 0.2 or more and 0.7 or less can be mentioned.
The ratio of the minor axis / major axis of the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is determined by calculating the minor axis with a value calculated based on a photographic projection obtained by photographing using a transmission electron microscope. / Major axis ratio. A specific measuring method is the same as the above-described measuring method of the minor diameter / major diameter ratio in the composite fine particles of the present invention.

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、結晶性無機酸化物微粒子分散液として、金属アルコキシドの加水分解により製造した結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物微粒子分散液を用いることが好ましいが、それ以外の従来公知の結晶性無機酸化物微粒子分散液を原料として用いても構わない。
具体的には、例えば、原料である結晶性無機酸化物微粒子分散液中の結晶性無機酸化物微粒子として、次の(a)と(b)の条件を満たすものが好適に使用される。
(a)Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni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。
When the dispersion of the present invention to be applied to polishing of a semiconductor device or the like is to be prepared by the production method of the present invention, the dispersion of the crystalline inorganic oxide prepared by hydrolysis of the metal alkoxide is used as the dispersion of the crystalline inorganic oxide fine particles. It is preferable to use a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion obtained by dispersing fine particles of the substance in a solvent, but other conventionally known crystalline inorganic oxide fine particle dispersions may be used as a raw material.
Specifically, for example, those satisfying the following conditions (a) and (b) are suitably used as the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid as a raw material.
(A) The content of each of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni 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.

また、結晶性無機酸化物微粒子はセリウムとの反応性(セリア重量あたりの結晶性無機酸化物微粒子の溶解重量)が適度なものが好適に用いられる。結晶性無機酸化物微粒子は、本発明の製造方法における工程1の調合工程でセリウムの金属塩を添加することで、結晶性無機酸化物の一部が水酸化セリウム等によって溶解し、結晶性無機酸化物微粒子のサイズが小さくなり、溶解した結晶性無機酸化物微粒子の表面にセリウムの微結晶を含んだセリウム含有被覆層の前駆体が形成される。この際、結晶性無機酸化物微粒子がセリウムとの反応性が高い結晶性無機酸化物からなる場合、セリウム含有被覆層の前駆体が厚くなり、焼成によって生じるセリウム含有被覆層が厚膜化したり、その層の結晶性無機酸化物の割合が過剰に高くなり、解砕工程で解砕が困難になるからである。また、結晶性無機酸化物微粒子がセリウムとの反応性が極度に低い結晶性無機酸化物からなる場合はセリウム含有被覆層が十分に形成されず、セリア子粒子が脱落しやすくなる。セリウムとの反応性が適切な場合は、過剰な結晶性無機酸化物の溶解が抑制され、セリウム含有被覆層は適度な厚みとなり子粒子の脱落を防止し、その強度が複合微粒子間との強度よりも大きくなると考えられるので、易解砕となるため、望ましい。   Further, as the crystalline inorganic oxide fine particles, those having an appropriate reactivity with cerium (the dissolved weight of the crystalline inorganic oxide fine particles per weight of ceria) are suitably used. By adding a metal salt of cerium in the preparation step of Step 1 in the production method of the present invention, a part of the crystalline inorganic oxide is dissolved by cerium hydroxide or the like, The size of the oxide fine particles is reduced, and a precursor of the cerium-containing coating layer containing cerium microcrystals is formed on the surfaces of the dissolved crystalline inorganic oxide fine particles. At this time, when the crystalline inorganic oxide fine particles are made of a crystalline inorganic oxide having high reactivity with cerium, the precursor of the cerium-containing coating layer becomes thick, and the cerium-containing coating layer generated by firing becomes thicker, This is because the ratio of the crystalline inorganic oxide in the layer becomes excessively high, and it becomes difficult to crush in the crushing step. Further, when the crystalline inorganic oxide fine particles are made of a crystalline inorganic oxide having extremely low reactivity with cerium, the cerium-containing coating layer is not sufficiently formed, and the ceria particles are likely to fall off. When the reactivity with cerium is appropriate, the dissolution of excess crystalline inorganic oxide is suppressed, the cerium-containing coating layer has an appropriate thickness, prevents falling off of the child particles, and has a strength between the composite fine particles. It is preferable because it is easier to disintegrate.

工程1では、結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pH範囲を7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、セリウムの金属塩を中和することで、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る。   In step 1, the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles are dispersed in a solvent is stirred, the temperature is set to 0 to 20 ° C., the pH range is set to 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is set. Is maintained at 50 to 500 mV, a cerium metal salt is continuously or intermittently added thereto to neutralize the cerium metal salt, thereby obtaining a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.

ここでセリウムの金属塩に加え、ケイ素を含む成分も添加することが好ましい。
ケイ素を含む成分として、ケイ酸塩などのケイ素原子を含む化合物が典型例として挙げられる。その他、ケイ素を含む成分としてテトラエトキシシラン等のアルコキシシランが挙げられる。
前記結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩とケイ素を含む成分とを連続的又は断続的に添加すると、セリウム含有被覆層の少なくとも一部がシリカからなる本発明の複合微粒子が得られる。
Here, it is preferable to add a component containing silicon in addition to the metal salt of cerium.
A typical example of the component containing silicon is a compound containing a silicon atom such as a silicate. In addition, alkoxysilanes such as tetraethoxysilane may be mentioned as components containing silicon.
While stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, maintaining the temperature at 0 to 20 ° C, the pH at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, the metal salt of cerium and silicon were added thereto. Is added continuously or intermittently to obtain the composite fine particles of the present invention in which at least a part of the cerium-containing coating layer is made of silica.

結晶性無機酸化物微粒子が突起を有するものである場合、セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を添加する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液の温度は3〜20℃であることが好ましい。   When the crystalline inorganic oxide fine particles have protrusions, the temperature of the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion when adding a metal salt of cerium (preferably, a component further containing silicon) is 3 to 20 ° C. Is preferred.

結晶性無機酸化物微粒子分散液における分散媒は水を含むことが好ましく、水系の結晶性無機酸化物微粒子分散液(水ゾル)を使用することが好ましい。   The dispersion medium in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion preferably contains water, and it is preferable to use an aqueous crystalline inorganic oxide fine particle dispersion (water sol).

結晶性無機酸化物微粒子分散液における固形分濃度は、酸化物換算基準で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、製造工程での無機酸化物の濃度が低くなり生産性が悪くなり得る。   The solid content concentration in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is preferably 1 to 40% by mass in terms of oxide. If this solid content concentration is too low, the concentration of the inorganic oxide in the production process will be low, and the productivity may be poor.

本発明の製造方法において、例えば、工程1における結晶性無機酸化物微粒子とセリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)との反応温度を40〜50℃とした場合、セリアと無機酸化物の反応性が高まり、結晶性無機酸化物微粒子の溶解が進む。その結果、工程2の中間段階で乾燥して得られた前駆体粒子におけるCeO2超微粒子の粒子径は2.5nm未満となる。このことは係る高温域において無機酸化物がセリアと液相で反応すると、無機酸化物がセリアの粒子成長を阻害するため、乾燥後のセリアの平均粒子径が2.5nm未満と、小さくなることを示している。
なお、このような前駆体粒子であっても、焼成温度を1200℃以上とすることでセリア子粒子の平均結晶子径を10nm以上とすることは可能であるが、この場合は、セリウム含有被覆層は形成されずに無機酸化物の被膜が形成され、この無機酸化物の被膜がセリア子粒子を強固に被覆する傾向が強まるために、解砕が困難となる点で支障がある。そのため、反応温度を0〜20℃に保ち、液相での無機酸化物とセリアの反応を適度に抑えることで、乾燥後の前駆体粒子におけるCeO2超微粒子の平均結晶子径を2.5nm以上にでき、解砕しやすい粒子となる。さらに乾燥後の平均結晶子径が大きいため、セリア子粒子の平均結晶子径を10nm以上とするための焼成温度を低くすることができ、焼成により形成されるセリウム含有被覆層の厚みが過剰に厚膜化せず、解砕が容易となる。
In the production method of the present invention, for example, when the reaction temperature between the crystalline inorganic oxide fine particles and the metal salt of cerium (preferably a component containing silicon) in Step 1 is set to 40 to 50 ° C., ceria and inorganic oxide And the dissolution of the crystalline inorganic oxide fine particles proceeds. As a result, the particle diameter of the CeO 2 ultrafine particles in the precursor particles obtained by drying in the intermediate stage of Step 2 is less than 2.5 nm. This means that when the inorganic oxide reacts with ceria in the liquid phase in such a high temperature range, the inorganic oxide inhibits the ceria particle growth, so that the average particle size of the ceria after drying is reduced to less than 2.5 nm. Is shown.
In addition, even with such precursor particles, it is possible to make the average crystallite diameter of ceria particles 10 nm or more by setting the firing temperature to 1200 ° C. or more. In this case, however, the cerium-containing coating is used. A layer of an inorganic oxide is formed without forming a layer, and there is a problem in that crushing is difficult because the inorganic oxide film has a strong tendency to firmly cover the ceria particles. Therefore, by keeping the reaction temperature at 0 to 20 ° C. and appropriately suppressing the reaction between the inorganic oxide and ceria in the liquid phase, the average crystallite diameter of the ultrafine CeO 2 particles in the dried precursor particles is set to 2.5 nm. The particles can be formed as described above and are easily crushed. Further, since the average crystallite diameter after drying is large, the firing temperature for setting the average crystallite diameter of the ceria child particles to 10 nm or more can be lowered, and the thickness of the cerium-containing coating layer formed by firing becomes excessive. Disintegration is facilitated without thickening.

また、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂、あるいは鉱酸、有機酸等で不純物を抽出し、限外ろ過膜などを用いて、必要に応じて、結晶性無機酸化物微粒子分散液の脱イオン処理を行うことができる。脱イオン処理により不純物イオンなどを除去した結晶性無機酸化物微粒子分散液は表面に無機酸化物を含む水酸化物を形成させやすいのでより好ましい。なお、脱イオン処理はこれらに限定されるものではない。   In addition, impurities are extracted with a cation exchange resin or an anion exchange resin, or a mineral acid, an organic acid, or the like, and if necessary, deionization of the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is performed using an ultrafiltration membrane or the like. Processing can be performed. A crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid from which impurity ions and the like have been removed by deionization treatment is more preferable because a hydroxide containing an inorganic oxide is easily formed on the surface. The deionization treatment is not limited to these.

工程1では、上記のような結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pH範囲を7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を連続的又は断続的に添加する。酸化還元電位が低いと、棒状等の結晶が生成するために、結晶性無機酸化物微粒子には沈着し難い。
さらに、酸化還元電位を所定の範囲に調整しない場合は、調合工程で生成したCeO2超微粒子は結晶化しにくい傾向にあり、結晶化していないCeO2超微粒子は調合後の加熱、熟成によっても結晶化が促進されない。そのため工程2の焼成において所定サイズに結晶化させるためには、高温での焼成が必要となり、解砕が困難になる。
In step 1, while stirring the above-mentioned crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid, maintaining the temperature at 0 to 20 ° C, the pH range at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, Here, a metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is added continuously or intermittently. When the oxidation-reduction potential is low, rod-like crystals or the like are generated, and thus are not easily deposited on the crystalline inorganic oxide fine particles.
Further, when the oxidation-reduction potential is not adjusted to a predetermined range, the CeO 2 ultrafine particles generated in the blending step tend to hardly crystallize, and the non-crystallized CeO 2 ultrafine particles can be crystallized by heating and aging after the blending. Is not promoted. Therefore, in order to crystallize to a predetermined size in the baking in the step 2, baking at a high temperature is required, and crushing becomes difficult.

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。なかでも、硝酸第一セリウムや塩化第一セリウム、炭酸セリウムなどの三価のセリウム塩が好ましい。中和と同時に過飽和となった溶液から、結晶性セリウム酸化物や水酸化セリウム等が生成し、それらは速やかに結晶性無機酸化物微粒子に凝集沈着し、最終的にCeO2超微粒子が単分散で形成されるからである。さらに三価のセリウム塩は結晶性無機酸化物微粒子と適度に反応し、セリウム含有被覆層が形成されやすい。また研磨基板に形成されたシリカ膜と反応性の高い三価のセリウムがセリア結晶中に形成されやすいため、好ましい。しかしこれら金属塩に含まれる硫酸イオン、塩化物イオン、硝酸イオンなどは、腐食性を示す。そのため、所望により、調合後に後工程で洗浄し5ppm以下に除去する必要がある。一方、炭酸塩は炭酸ガスとして調合中に放出され、またアルコキシドは分解してアルコールとなるため、好ましく用いることができる。 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. Of these, trivalent cerium salts such as cerous nitrate, cerous chloride and cerium carbonate are preferred. Crystallized cerium oxide, cerium hydroxide, etc. are generated from the supersaturated solution at the same time as the neutralization, and these are quickly aggregated and deposited on the crystalline inorganic oxide fine particles, and finally the CeO 2 ultrafine particles are monodispersed. It is because it is formed by. Further, the trivalent cerium salt reacts moderately with the crystalline inorganic oxide fine particles, and a cerium-containing coating layer is easily formed. Further, trivalent cerium having high reactivity with the silica film formed on the polishing substrate is easily formed in the ceria crystal, which is preferable. However, sulfate ions, chloride ions, nitrate ions and the like contained in these metal salts show corrosiveness. Therefore, if necessary, it is necessary to wash it in a post-process after the preparation to remove it to 5 ppm or less. On the other hand, carbonates are released during the preparation as carbon dioxide gas, and alkoxides are decomposed into alcohols, and thus can be preferably used.

結晶性無機酸化物微粒子分散液に対するセリウムの金属塩の添加量は、得られるセリア系の複合微粒子におけるセリア以外の成分とセリアとの質量比が、前述の本発明の複合微粒子の場合と同様に、100:11〜316の範囲となる量とする。   The amount of the cerium metal salt added to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is the mass ratio of the component other than ceria and ceria in the obtained ceria-based composite fine particles, as in the case of the above-described composite fine particles of the present invention. , 100: 11 to 316.

結晶性無機酸化物微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加した後、撹拌する際の温度は0〜20℃であることが好ましく、3〜20℃であることがより好ましく、3〜18℃であることがさらに好ましい。この温度が低すぎるとセリアと無機酸化物との反応性が低下し、無機酸化物の溶解度が著しく低下するため、セリアの結晶化が制御されなくなる。その結果、粗大なセリアの結晶性酸化物が生成して、結晶性無機酸化物微粒子の表面におけるCeO2超微粒子の異常成長が起こり、焼成後に解砕されにくくなったり、セリウム化合物による無機酸化物の溶解量が減るため、セリウム含有被覆層に供給される無機酸化物が減少することになる。このため母粒子とセリア子粒子とのバインダーとなる無機酸化物が不足(母粒子に積層される無機酸化物が不足)し、セリア子粒子の無機酸化物の母粒子への固定化が起こり難くなる事が考えられる。逆に、この温度が高すぎると無機酸化物の溶解度が著しく増し、結晶性のセリア酸化物の生成が抑制される事が考えられるが、焼成時に高温を要し粒子間の結合が促進され、解砕できなくなる可能性があり、更に、反応器壁面にスケールなどが生じやすくなり好ましくない。また結晶性無機酸化物微粒子は、セリウム化合物(セリウム塩の中和物)に対して溶解されにくいものが好ましい。溶解されやすい結晶性無機酸化物微粒子の場合は、無機酸化物によってセリアの結晶成長が抑制され、調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満となる。
調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満であると、焼成後のセリア粒子径を10nm以上とするために、焼成温度を高くする必要があり、その場合、セリウム含有被覆層が母粒子を強固に被覆してしまい、解砕が困難となる可能性がある。溶解されやすい結晶性無機酸化物微粒子は、100℃以上で乾燥させた後に原料に供すると溶解性を抑制することができる。
After adding the metal salt of cerium to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, the temperature during stirring is preferably 0 to 20 ° C, more preferably 3 to 20 ° C, and more preferably 3 to 18 ° C. It is more preferred that there be. If the temperature is too low, the reactivity between ceria and the inorganic oxide is reduced, and the solubility of the inorganic oxide is significantly reduced, so that the crystallization of ceria is not controlled. As a result, coarse ceria crystalline oxide is generated, and abnormal growth of CeO 2 ultrafine particles occurs on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles, which makes it difficult to be crushed after firing, or that the inorganic oxide due to the cerium compound Decreases the amount of inorganic oxide supplied to the cerium-containing coating layer. For this reason, the amount of the inorganic oxide serving as a binder between the base particles and the ceria particles is insufficient (the amount of the inorganic oxide laminated on the base particles is insufficient), and the immobilization of the ceria child particles on the base particles is unlikely to occur. It can be considered. Conversely, if the temperature is too high, the solubility of the inorganic oxide is significantly increased, and it is conceivable that the generation of crystalline ceria oxide is suppressed. Crushing may not be possible, and furthermore, scale or the like is likely to be formed on the reactor wall surface, which is not preferable. In addition, the crystalline inorganic oxide fine particles are preferably those that are hardly dissolved in a cerium compound (neutralized cerium salt). In the case of the crystalline inorganic oxide fine particles that are easily dissolved, the ceria crystal growth is suppressed by the inorganic oxide, and the particle diameter of the CeO 2 ultrafine particles in the preparation stage becomes less than 2.5 nm.
If the particle size of the CeO 2 ultrafine particles at the blending stage is less than 2.5 nm, it is necessary to raise the firing temperature in order to make the ceria particle size after firing 10 nm or more, in which case the cerium-containing coating layer May firmly coat the base particles, making it difficult to disintegrate. When the crystalline inorganic oxide fine particles that are easily dissolved are dried at a temperature of 100 ° C. or higher and used as a raw material, the solubility can be suppressed.

また、結晶性無機酸化物微粒子分散液をセリウムの金属塩を添加した後に撹拌する際の時間は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CeO2超微粒子が凝集して、結晶性無機酸化物微粒子の表面上で無機酸化物と反応し難くなり、解砕されにくい複合微粒子が形成され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CeO2超微粒子含有層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0〜80℃にて熟成しても構わない。熟成により、セリウム化合物の反応を促進させると同時に、結晶性無機酸化物微粒子に付着せず遊離したCeO2超微粒子を結晶性無機酸化物微粒子上に付着させる効果があるからである。 Further, the time for stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion after adding the cerium metal salt is preferably 0.5 to 24 hours, and more preferably 0.5 to 18 hours. If the time is too short, the CeO 2 ultrafine particles are aggregated, and it is difficult to react with the inorganic oxide on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles. Absent. Conversely, even if this time is too long, the formation of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is uneconomic because the reaction does not proceed any further. After the addition of the cerium metal salt, aging may be performed at 0 to 80 ° C. if desired. This is because the aging has the effect of accelerating the reaction of the cerium compound and, at the same time, adhering the CeO 2 ultrafine particles released without adhering to the crystalline inorganic oxide fine particles onto the crystalline inorganic oxide fine particles.

また、結晶性無機酸化物微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加し、撹拌する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液のpH範囲は7.0〜9.0とするが、7.6〜8.6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。   The pH range of the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion at the time of adding a cerium metal salt to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion and stirring the mixture is set to 7.0 to 9.0, but 7.6 to 9.0. It is preferably set to 8.6. 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、結晶性無機酸化物微粒子分散液にセリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を添加し、撹拌する際の微粒子分散液の酸化還元電位を50〜500mVに調整する。酸化還元電位は100〜300mVとすることが好ましい。三価のセリウム金属塩を原料として用いた場合、調合中に微粒子分散液の酸還元電位が低下するからである。また酸化還元電位をこの範囲に保つことで、生成したCeO2超微粒子の結晶化が促進される。酸化還元電位が50mV以下または負となった場合、セリウム化合物が結晶性無機酸化物微粒子の表面に沈着せずに板状・棒状などのセリア単独粒子あるいは複合セリア粒子が生成する場合がある。さらに、結晶性無機酸化物微粒子に対する水酸化セリウム等の反応性が低下し、CeO2超微粒子含有層が形成されず、仮に形成したとしてもCeO2超微粒子層中の無機酸化物の割合が極めて低くなる。そのため焼成後にセリア子粒子を内在するセリウム含有被覆層は形成されず、セリア子粒子は無機酸化物の母粒子の表面に露出して配置された状態となる傾向にある。
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、酸素及びオゾンを吹き込む方法が挙げられる。これらの方法を行わない場合は、酸化還元電位は負であったり50mV以下になる傾向にある。
Further, a metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is added to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, and the oxidation-reduction potential of the fine particle dispersion at the time of stirring is adjusted to 50 to 500 mV. The oxidation-reduction potential is preferably set to 100 to 300 mV. This is because when a trivalent cerium metal salt is used as a raw material, the acid-reduction potential of the fine particle dispersion decreases during the preparation. By keeping the oxidation-reduction potential in this range, crystallization of the generated CeO 2 ultrafine particles is promoted. When the oxidation-reduction potential is 50 mV or less or becomes negative, the cerium compound may not be deposited on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles, and plate-like or rod-like ceria single particles or composite ceria particles may be generated. Further, the reactivity of cerium hydroxide or the like to the crystalline inorganic oxide fine particles is reduced, and the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is not formed. Even if it is formed, the ratio of the inorganic oxide in the CeO 2 ultrafine particle layer is extremely low. Lower. Therefore, the cerium-containing coating layer containing the ceria particles is not formed after firing, and the ceria particles tend to be exposed and arranged on the surface of the inorganic oxide base particles.
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, oxygen, and ozone. When these methods are not performed, the oxidation-reduction potential tends to be negative or 50 mV or less.

このような工程1によって、本発明の複合微粒子の前駆体である粒子(前駆体粒子)を含む分散液(前駆体粒子分散液)が得られる。本工程において、前駆体粒子に含まれるCeO2超微粒子の平均結晶子径が2.5nm以上、10nm未満の粒子を得ることが可能である。無機酸化物とセリアの反応性が高すぎると前駆体粒子に含まれるCeO2超微粒子の平均結晶子径が2.5nm未満となる傾向があるため、工程2でセリア粒子を10nm以上とするために過剰に高温での焼成が必要となる。その結果、粒子間の固着が強固となり、解砕が困難となる可能性がある。 By such a process 1, a dispersion liquid (precursor particle dispersion liquid) containing particles (precursor particles) which are precursors of the composite fine particles of the present invention is obtained. In this step, it is possible to obtain particles in which the average crystallite diameter of the CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles is 2.5 nm or more and less than 10 nm. If the reactivity between the inorganic oxide and ceria is too high, the average crystallite diameter of the CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles tends to be less than 2.5 nm. Requires firing at an excessively high temperature. As a result, the adhesion between the particles becomes strong, and there is a possibility that crushing becomes difficult.

上記のように工程1では、前記結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を連続的又は断続的に添加するが、その後、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
すなわち、工程1では、温度0〜20℃にて処理を行うが、その後に、温度20℃超98℃以下に変更して処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程1を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を20℃超98℃以下として処理する場合のpHおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度0〜20℃にて処理する場合と同様とする。
As described above, in Step 1, the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. The metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is continuously or intermittently added thereto. Thereafter, the temperature is increased from 20 ° C. to 98 ° C., the pH is 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction is performed. It is preferable to add the metal salt of cerium (preferably, a component containing silicon) continuously or intermittently to obtain the precursor particle dispersion while maintaining the potential at 50 to 500 mV.
That is, in the step 1, the treatment is performed at a temperature of 0 to 20 ° C., and then it is preferable to obtain the precursor particle dispersion by changing the temperature to a temperature higher than 20 ° C. and 98 ° C. or less.
This is because, when such a step 1 is performed, it is easy to obtain the dispersion of the present invention containing the composite fine particles of the present invention whose variation coefficient in the particle size distribution of the child particles is a suitable value.
In addition, when treating at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or less, suitable values of pH and oxidation-reduction potential, adjustment methods, and the like are the same as in the case of treating at a temperature of 0 to 20 ° C.

また、逆に、温度0〜20℃にて処理を行う前に、温度20℃超98℃以下にて処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。すなわち、前記結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程1を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を20℃超98℃以下として処理する場合のpHおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度0〜20℃にて処理する場合と同様とする。
このように調合中に温度を変化させて調合した場合であっても、温度が0〜20℃にて調合が行われる工程が含まれていれば、複合微粒子は前述と同様の生成機構となる。
Conversely, before performing the treatment at a temperature of 0 to 20 ° C., it is preferable to perform the treatment at a temperature higher than 20 ° C. and 98 ° C. or less to obtain the precursor particle dispersion. That is, while stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, the temperature is maintained at more than 20 ° C. to 98 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. Is added continuously or intermittently, and thereafter, the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. Here, it is preferable that the metal salt of cerium (preferably, a component containing silicon) is continuously or intermittently added to obtain the precursor particle dispersion.
This is because, when such a step 1 is performed, it is easy to obtain the dispersion of the present invention containing the composite fine particles of the present invention whose variation coefficient in the particle size distribution of the child particles is a suitable value.
In addition, when treating at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or less, suitable values of pH and oxidation-reduction potential, adjustment methods, and the like are the same as in the case of treating at a temperature of 0 to 20 ° C.
Even in the case of dispensing by changing the temperature during dispensing in this way, if the step of dispensing at a temperature of 0 to 20 ° C is included, the composite fine particles have the same generation mechanism as described above. .

0〜20℃の範囲で反応させると、無機酸化物に対するセリウムの反応性が抑制されるため、サイズの大きなCeO2超微粒子が生成するが、その後調合温度を20℃超98℃以下に保ちセリウムの金属塩を添加すると、無機酸化物に対するセリウムの反応性が高くなり、無機酸化物の溶解が促進されるため、無機酸化物がセリアの結晶成長を阻害し、サイズの小さなCeO2超微粒子が生成する。このように調合工程(工程1)中の反応温度を0〜20℃を必須として、反応温度を20℃超98℃以下に変えて、セリウムの金属塩を添加することにより、CeO2超微粒子およびセリア子粒子の粒子径分布を広くすることができる。なお、調合温度は0〜20℃の範囲でセリウムの金属塩を添加させる工程があれば、20℃超98℃以下の温度での反応は、0〜20℃での反応の前でも後でも構わず、3回以上温度を変えても構わない。
また、反応温度を2段階以上で行う場合の0〜20℃で反応させる工程でのセリウム金属塩の添加量は、セリウム金属塩の全添加量に対して10〜90質量%の範囲であることが好ましい。この範囲を超える場合は、サイズの大きい(または小さい)CeO2超微粒子およびセリア子粒子割合が少なくなるため、粒度分布があまり広くならないからである。
When the reaction is carried out in the range of 0 to 20 ° C., the reactivity of cerium with respect to the inorganic oxide is suppressed, so that large-sized CeO 2 ultrafine particles are generated. When the metal salt of (1) is added, the reactivity of cerium with respect to the inorganic oxide increases, and the dissolution of the inorganic oxide is promoted. Therefore, the inorganic oxide inhibits ceria crystal growth, and small-sized CeO 2 Generate. As described above, the reaction temperature during the preparation step (step 1) is essentially 0 to 20 ° C., the reaction temperature is changed from more than 20 ° C. to 98 ° C. or less, and the CeO 2 ultrafine particles and The particle size distribution of the ceria particles can be widened. In addition, if there is a step of adding a metal salt of cerium at a compounding temperature in the range of 0 to 20 ° C, the reaction at a temperature of more than 20 ° C and 98 ° C or less may be performed before or after the reaction at 0 to 20 ° C. Alternatively, the temperature may be changed three times or more.
In addition, the addition amount of the cerium metal salt in the step of reacting at 0 to 20 ° C. when the reaction temperature is performed in two or more stages is in the range of 10 to 90% by mass based on the total addition amount of the cerium metal salt. Is preferred. If the ratio exceeds this range, the ratio of CeO 2 ultrafine particles having a large size (or small size) and the ratio of ceria particles are reduced, and the particle size distribution is not so widened.

工程1で得られた前駆体粒子分散液を、工程2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、次の工程2に供してもよい。   Before the precursor particle dispersion obtained in the step 1 is subjected to the step 2, the precursor particle dispersion may be further diluted or concentrated using pure water or ion-exchanged water and then subjected to the next step 2.

なお、前駆体粒子分散液における固形分濃度は1〜27質量%であることが好ましい。   The solid content concentration in the precursor particle dispersion is preferably from 1 to 27% by mass.

また、所望により、前駆体粒子分散液を、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、限外ろ過膜、イオン交換膜、遠心分離などを用いて脱イオン処理してもよい。   If desired, the precursor particle dispersion may be deionized using a cation exchange resin, an anion exchange resin, an ultrafiltration membrane, an ion exchange membrane, centrifugation, or the like.

<工程2>
工程2では、前駆体粒子分散液を乾燥させた後、700〜1,200℃で焼成する。
<Step 2>
In the step 2, the precursor particle dispersion is dried and then fired at 700 to 1,200 ° C.

乾燥する方法は特に限定されない。従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。具体的には、箱型乾燥機、バンド乾燥機、スプレードライアー等を使用することができる。
なお、好適には、さらに乾燥前の前駆体粒子分散液のpHを6.0〜7.0とすることが推奨される。乾燥前の前駆体粒子分散液のpHを6.0〜7.0とした場合、表面活性を抑制できるからである。
The method of drying is not particularly limited. Drying can be performed using a conventionally known dryer. Specifically, a box dryer, a band dryer, a spray dryer, or the like can be used.
Preferably, it is further recommended that the pH of the precursor particle dispersion before drying is 6.0 to 7.0. This is because surface activity can be suppressed when the pH of the precursor particle dispersion before drying is 6.0 to 7.0.

乾燥後、焼成する温度は700〜1200℃であるが、710〜1100℃であることが好ましく、720〜1090℃であることがより好ましく、730〜1090℃であることがもっとも好ましい。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し、また、セリア子粒子が分散しているセリウム含有被覆層が適度な膜厚となり、セリウム含有被覆層が母粒子へ強固に結合し、セリウム含有被覆層に分散した子粒子の脱落が生じにくくなる。さらにこのような温度範囲で焼成することで、水酸化セリウム等は残存し難くなる。この温度が高すぎるとセリアの結晶が異常成長したり、セリウム含有被覆層が厚くなりすぎたり、母粒子を構成する結晶性無機酸化物が結晶化したり、粒子同士の融着が進む可能性もある。   After drying, the firing temperature is 700 to 1200 ° C, preferably 710 to 1100 ° C, more preferably 720 to 1090 ° C, and most preferably 730 to 1090 ° C. When calcined in such a temperature range, crystallization of ceria proceeds sufficiently, and the cerium-containing coating layer in which ceria particles are dispersed has an appropriate thickness, and the cerium-containing coating layer is firmly attached to the base particles. Bonding makes it difficult for the child particles dispersed in the cerium-containing coating layer to fall off. Further, by firing in such a temperature range, cerium hydroxide and the like hardly remain. If the temperature is too high, ceria crystals may grow abnormally, the cerium-containing coating layer may become too thick, the crystalline inorganic oxide constituting the base particles may be crystallized, and the fusion of the particles may proceed. is there.

焼成時にアルカリ金属、アルカリ土類金属、硫酸塩などをフラックス成分として添加してセリアの結晶成長を促進することもできるが、フラックス成分は、研磨基板への金属汚染や腐食の原因となり得る。そのため、焼成時のフラックス成分の含有量は、前駆体粒子(ドライ)あたり、100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがさらに好ましく、40ppm以下であることが最も好ましい。
またフラックス成分は、原料からの持込みを利用したり、調合時にセリウム金属塩の中和に使用するアルカリとして利用しても良いが、調合時にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が共存した場合、結晶性無機酸化物微粒子の重合が促進され緻密化するため、水酸化セリウム等と結晶性無機酸化物微粒子との反応性が低下する。さらに結晶性無機酸化物微粒子の表面がアルカリ金属またはアルカリ土類金属で保護されるため、水酸化セリウム等との反応性が抑制され、セリウム含有被覆層が形成されない傾向にある。さらに調合中に無機酸化物の溶解が抑制されるため、セリア子粒子中に無機酸化物の原子が固溶し難くなる。
At the time of firing, an alkali metal, an alkaline earth metal, a sulfate, or the like can be added as a flux component to promote the crystal growth of ceria, but the flux component can cause metal contamination and corrosion on the polished substrate. Therefore, the content of the flux component during firing is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and most preferably 40 ppm or less, based on the precursor particles (dry).
The flux component may be brought in from the raw material or used as an alkali to be used for neutralizing the cerium metal salt at the time of blending.However, when an alkali metal or an alkaline earth metal coexists at the time of blending, crystallinity may be reduced. Since polymerization of the inorganic oxide fine particles is promoted and densified, the reactivity between cerium hydroxide or the like and the crystalline inorganic oxide fine particles is reduced. Furthermore, since the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles is protected with an alkali metal or an alkaline earth metal, reactivity with cerium hydroxide or the like is suppressed, and a cerium-containing coating layer tends to be not formed. Further, since the dissolution of the inorganic oxide is suppressed during the preparation, the atoms of the inorganic oxide hardly dissolve in the ceria particles.

また、このような温度範囲において焼成すると、子粒子の主成分である結晶性セリアに無機酸化物の原子が固溶する。したがって、子粒子に含まれるセリウム原子および無機酸化物の原子について、セリウム−無機酸化物の原子間距離をR1とし、セリウム−セリウム原子間距離をR2としたときに、R1<R2の関係を満たすものとなり得る。 Further, when firing is performed in such a temperature range, atoms of the inorganic oxide are dissolved in crystalline ceria, which is a main component of the child particles. Therefore, regarding the cerium atom and the inorganic oxide atom contained in the child particles, when the interatomic distance between the cerium and the inorganic oxide is R 1 and the interatomic distance between the cerium and cerium is R 2 , R 1 <R 2 Can be satisfied.

工程2では、焼成して得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6〜10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして、焼成体解砕分散液を得る。
ここで、焼成体に湿式で解砕処理を施す前に焼成体を乾式で解砕し、その後、湿式で解砕処理を施してもよい。
In step 2, a solvent is added to the fired body obtained by firing, and the mixture is wet-crushed in a pH range of 8.6 to 10.8 to obtain a fired body crushed dispersion.
Here, the fired body may be subjected to a dry-type crushing before the wet-type crushing treatment is performed on the fired body, and then the wet-type crushing may be performed.

乾式の解砕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、振動ボールミル等を挙げることができる。
湿式の解砕装置としても従来公知の装置を使用することができるが、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。
焼成体を湿式で解砕するときに用いる溶媒としては、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、焼成体解砕分散液の固形分濃度は、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。
A conventionally known apparatus can be used as a dry crushing apparatus, and examples thereof include an attritor, a ball mill, a vibration mill, and a vibration ball mill.
Conventionally known devices can also be used as a wet-type crusher, for example, batch type bead mills such as basket mills, horizontal / vertical / annular type continuous bead mills, sand grinder mills, ball mills, etc. -Wet media stirring mills (wet disintegrators) such as a stator homogenizer, an ultrasonic dispersing homogenizer, and an impact crusher for hitting fine particles in a dispersion liquid. 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.
Water and / or an organic solvent is used as a solvent used when the fired body is wet-crushed. For example, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, and ion-exchanged water. The solid content concentration of the fired body disintegrated dispersion is not particularly limited, but is preferably, for example, in the range of 0.3 to 50% by mass.

なお、焼成体に湿式解砕を施す場合は、溶媒のpHを8.6〜10.8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、カチオンコロイド滴定を行った場合に、前記式(1)で表される、流動電位変化量(ΔPCD)と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が−110.0〜−15.0となる流動電位曲線が得られるセリア系複合微粒子分散液を、最終的により容易に得ることができる。
すなわち、前述の好ましい態様に該当する本発明の分散液が得られる程度に、解砕を行うことが好ましい。前述のように、好ましい態様に該当する本発明の分散液を研磨剤に用いた場合、研磨速度がより向上するからである。これについて本発明者は、本発明の複合微粒子表面におけるセリウム含有被覆層が適度に薄くなること、及び/又は複合微粒子表面の一部に子粒子が適度に露出することで、研磨速度がより向上し、且つセリア子粒子の脱落を制御できると推定している。さらに解砕中に、セリウム含有被覆層中の無機酸化物が溶解し再び沈着することで、軟質で易溶解な無機酸化物の層が最外層に形成され、この易溶解性の無機酸化物の層が基板との凝着作用で摩擦力を向上させ研磨速度が向上すると推定している。また、セリウム含有被覆層が薄いか剥げた状態であるため、子粒子が研磨時にある程度脱離しやすくなると推定している。ΔPCD/Vは、−100.0〜−15.0であることがより好ましく、−100.0〜−20.0であることがさらに好ましい。
なお、工程2のような湿式解砕工程を経ずに、焼成粉をほぐす程度であったり、乾式解砕・粉砕だけ、あるいは湿式解砕であっても所定のpH範囲外の場合は、ΔPCD/Vが−100.0〜−15の範囲となりにくく、さらに軟質で易溶解性のセリウム含有被覆層が形成され難い。
In the case where the fired body is subjected to wet crushing, it is preferable to perform wet crushing while maintaining the pH of the solvent at 8.6 to 10.8. When the pH is maintained in this range, when the cationic colloid titration is performed, the flow potential change (ΔPCD) represented by the above formula (1) and the addition amount (V) of the cationic colloid titrant in the knick are determined. Finally, a ceria-based composite fine particle dispersion having a streaming potential curve with a ratio (ΔPCD / V) of −110.0 to −15.0 can be obtained more easily.
That is, it is preferable to carry out crushing to such an extent that the dispersion liquid of the present invention corresponding to the above-mentioned preferred embodiment is obtained. This is because, as described above, when the dispersion of the present invention, which corresponds to a preferred embodiment, is used as an abrasive, the polishing rate is further improved. In this regard, the present inventor has found that the cerium-containing coating layer on the surface of the composite fine particles of the present invention is appropriately thinned and / or the child particles are appropriately exposed on a part of the surface of the composite fine particles, whereby the polishing rate is further improved. It is estimated that the falling of ceria particles can be controlled. Further, during the disintegration, the inorganic oxide in the cerium-containing coating layer dissolves and deposits again, forming a soft and easily soluble inorganic oxide layer on the outermost layer. It is presumed that the layer enhances the frictional force due to the adhesive action with the substrate, thereby increasing the polishing rate. Further, it is estimated that since the cerium-containing coating layer is thin or peeled, the child particles are likely to be detached to some extent during polishing. ΔPCD / V is more preferably -100.0 to -15.0, and further preferably -100.0 to -20.0.
In addition, if the crushed powder is loosened without passing through the wet disintegration step as in step 2, the dry disintegration / pulverization alone, or even if the wet disintegration is outside the predetermined pH range, ΔPCD / V is hardly in the range of −100.0 to −15, and a soft and easily soluble cerium-containing coating layer is hardly formed.

<工程3>
工程3では、工程2において得られた前記焼成体解砕分散液について、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し、セリア系複合微粒子散液を得る。
具体的には、前記焼成体解砕分散液について、遠心分離処理による分級を行う。遠心分離処理における相対遠心加速度は300G以上とする。遠心分離処理後、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液を得ることができる。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>
In step 3, the fired body disintegrated dispersion obtained in step 2 is subjected to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently, sediment components are removed to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
Specifically, the fired compacted dispersion is classified by centrifugation. The relative centrifugal acceleration in the centrifugation process is 300 G or more. After the centrifugation, the sediment components are removed to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion. Although the upper limit of the relative centrifugal acceleration is not particularly limited, it is practically used at 10,000 G or less.

工程3では、上記の条件を満たす遠心分離処理を備えることが必要である。遠心加速度が上記の条件に満たない場合は、セリア系複合微粒子分散液中に粗大粒子が残存するため、セリア系複合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、スクラッチが発生する原因となる。   In step 3, it is necessary to provide a centrifugal separation process that satisfies the above conditions. If the centrifugal acceleration is less than the above condition, coarse particles remain in the ceria-based composite fine particle dispersion, so that when used for polishing applications such as an abrasive using the ceria-based composite fine particle dispersion, scratches may occur. Cause it to occur.

本発明では、上記の製造方法によって得られるセリア系複合微粒子分散液を、更に乾燥させて、セリア系複合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 composite fine particle dispersion obtained by the above production method can be further dried to obtain ceria-based composite 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。
<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.

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。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, 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. Face can be obtained.

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, and alkyl amide sulfates; 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.

本発明の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 grain dispersion of the present invention contains a surfactant and / or a hydrophilic compound, the content thereof should be 0.001 to 10 g in 1 L of the abrasive grain dispersion in total. Is preferred, more preferably 0.01 to 5 g, and 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>
With respect to the abrasive grain dispersion for polishing 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 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.

本発明の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 of the present invention is preferably 0.001 to 1.0% by mass, and more preferably 0.001 to 0.7% by mass. Is more preferable, and further 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.

本発明の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 of the present invention to have 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.

本発明の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 of the present invention 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>
本発明の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>
In order to keep the pH value of the abrasive dispersion of the present invention constant, a pH buffer may be used. 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 xylethyl acetate; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, ethylene carbonate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, 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必要とする研磨速度に達しない場合がある。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。   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 required polishing rate may not be reached. Conversely, even if the solid content concentration is too high, the polishing rate is rarely further improved.

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表に記す。
<Experiment 1>
First, details of each measurement method and test method in Examples and Comparative Examples will be described. Table 1 shows the following measurement results and test results for each example and comparative example.

実施例及び比較例で原料として使用する結晶性無機酸化物微粒子分散液に含まれる結晶性無機酸化物微粒子の圧縮破壊強度を、次の方法で測定した。
複合微粒子分散液をサンドミルにて解砕し、遠心分離装置で分級分離することにより母粒子を得て、島津製作所製微小圧縮試験機(MCT−W500)を用い、圧縮破壊強度を測定した。
The compressive breaking strength of the crystalline inorganic oxide fine particles contained in the dispersion liquid of the crystalline inorganic oxide fine particles used as a raw material in Examples and Comparative Examples was measured by the following method.
The composite fine particle dispersion was crushed with a sand mill and classified and separated by a centrifugal separator to obtain mother particles, and the compressive fracture strength was measured using a micro compression tester (MCT-W500) manufactured by Shimadzu Corporation.

<平均粒子径及び短径/長径比>
実施例及び比較例で得られたセリア系複合微粒子分散液について、これに含まれるセリア系複合微粒子の平均粒子径と短径/長径比は、前述の画像解析法によって測定を行った。
即ち、セリア系複合微粒子分散液におけるセリア系複合微粒子の平均粒子径及び短径/長径比は、前述の通り、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって、平均粒子径又は短径/長径比とした。
<Average particle diameter and minor axis / major axis ratio>
With respect to the ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples, the average particle diameter and the minor axis / major axis ratio of the ceria-based composite fine particles contained therein were measured by the above-described image analysis method.
That is, the average particle diameter and the minor axis / major axis ratio of the ceria-based composite fine particles in the ceria-based composite fine particle dispersion are calculated based on the photographic projections obtained by photographing using a transmission electron microscope as described above. The obtained value was used as the average particle diameter or the ratio of the minor axis / major axis.

[CeO2含有量とその他含有量の測定]
セリア系複合微粒子分散液に1000℃灼熱減量を行い、固形分の質量を求める。
次に、セリア系複合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。
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、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、Ceの測定値とする。
そして、前述の固形分の質量に基づいてCeO2の含有量とCeO2以外の含有量とを求め、これらの質量比を計算する。
[Measurement of CeO 2 content and other contents]
The ceria-based composite fine particle dispersion is subjected to a burning loss at 1000 ° C. to determine the mass of the solid content.
Next, about 1 g of the ceria-based composite 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.
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.
Then, using this, measurement is performed by a standard addition method using an ICP plasma emission spectrometer (for example, SPS5520 manufactured by SII). Here, a blank is also measured by the same method, and the blank is subtracted to make an adjustment to obtain a Ce measurement value.
Then, a and the CeO 2 content and content of other than CeO 2 based on the solid content of the mass of the foregoing, calculating these weight ratios.

[変動係数(CV値)]
前述の方法で子粒子の粒子径分布を求め、その粒子径分布を母集団として標準偏差と個数平均値を得た後、標準偏差を個数平均値で除し、100を乗じること(すなわち、標準偏差/個数平均値×100)により、子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)を求めた。
[Variation coefficient (CV value)]
The particle size distribution of the child particles is obtained by the above-described method, the standard deviation and the number average value are obtained using the particle size distribution as a population, and then the standard deviation is divided by the number average value and multiplied by 100 (that is, the standard deviation). The deviation coefficient (CV value) in the particle size distribution of the child particles was determined from (deviation / number average value × 100).

[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複合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、セリアおよび結晶性無機酸化物の結晶型を特定した。
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、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 composite 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 the X-ray diffraction pattern to identify the crystal forms of ceria and the crystalline inorganic oxide.
Further, the full width at half maximum of the peak on the (111) plane near 2θ = 28 degrees (around 2θ = 28 degrees) in the obtained X-ray diffraction pattern was measured by the above-described method, and the average crystallite was calculated by Scherrer's equation. The diameter was determined.

[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複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は0.6質量%であり、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1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 dispersions containing the ceria-based composite fine particle dispersions obtained in each of the examples and comparative examples were prepared. Here, the solid content concentration was 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 an abrasive dispersion liquid for polishing 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 1 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複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は9質量%であり、硝酸を添加してpHを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 dispersions containing the ceria-based composite fine particle dispersions obtained in each of the examples and comparative examples were prepared. Here, the solid concentration was 9% by mass, and the pH was adjusted to 2.0 by adding nitric acid.
The substrate for an aluminum hard disk was set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nano Factor Co., Ltd.), and the polishing slurry was applied 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 was performed by supplying the solution at a rate of 20 ml / min for 5 minutes, and the entire surface was observed with a Zoom 15 using a superfine defect / visualization macro device (manufactured by Vision Psytec, product name: Micro-Max), and 65.97 cm 2. The number of scratches (linear marks) existing on the surface of the polished substrate corresponding to the above was counted and totaled, and 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.

<実施例1>α―Al23コア
[結晶性無機酸化物分散液の調製]
α−Al23(住友化学社製、アドバンストアルミナ AA−03)180gにイオン交換水5815.1gを加え、超音波処理を2時間行った。次に、3%アンモニア4.9gを加えて混合し、Al23固形分濃度3質量%の分散液6000g(以下、A−1液ともいう)を得た。
<Example 1> α-Al 2 O 3 core [Preparation of crystalline inorganic oxide dispersion]
To 180 g of α-Al 2 O 3 (Sumitomo Chemical Co., Ltd., Advanced Alumina AA-03), 5815.1 g of ion-exchanged water was added, and ultrasonic treatment was performed for 2 hours. Next, 4.9 g of 3% ammonia was added and mixed to obtain 6000 g of a dispersion having a solid content concentration of Al 2 O 3 of 3% by mass (hereinafter, also referred to as A-1 solution).

次に、硝酸セリウム(III)6水和物(関東化学社製、4N高純度試薬)にイオン交換水を加え、CeO2換算で3.0質量%の硝酸セリウム水溶液(以下、B−1液ともいう)を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium (III) nitrate hexahydrate (4N high-purity reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), and a 3.0 mass% cerium nitrate aqueous solution in terms of CeO 2 (hereinafter referred to as B-1 solution) ).

次に、A−1液(6000g)を10℃に保ち、撹拌しながら、ここへB−1液(7,186g、CeO2 dry215.6g)を18時間かけて添加した。この間、液温を10℃に維持しておき、また、必要に応じて3%アンモニア水を添加して、pH7.9から8.7を維持するようにした。そして、添加終了後に、液温10℃で4時間熟成を行った。なお、B−1液の添加中および熟成中は調合液にエアーを吹き込みながら調合を行い、酸化還元電位を100〜300mVに保った。
その後、限外膜にてイオン交換水を補給しながら洗浄を行った。洗浄を終了して得られた前駆体粒子分散液は、固形分濃度が4.7質量%、pHが8.2(25℃にて)、電導度が19μs/cm(25℃にて)であった
Next, while keeping the A-1 solution (6000 g) at 10 ° C. and stirring, the B-1 solution (7,186 g, CeO 2 dry 215.6 g) was added thereto over 18 hours. During this period, the liquid temperature was maintained at 10 ° C., and 3% aqueous ammonia was added as needed to maintain the pH at 7.9 to 8.7. After completion of the addition, aging was performed at a liquid temperature of 10 ° C. for 4 hours. During the addition and aging of the B-1 solution, the mixture was prepared while blowing air into the mixture, and the oxidation-reduction potential was maintained at 100 to 300 mV.
Thereafter, washing was performed while supplying ion-exchanged water with an ultramembrane. The precursor particle dispersion obtained after the completion of the washing has a solid content of 4.7% by mass, a pH of 8.2 (at 25 ° C.), and an electric conductivity of 19 μs / cm (at 25 ° C.). there were

次に得られた前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後、750℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉体(焼成体)を得た。   Next, the obtained precursor particle dispersion was dried in a dryer at 120 ° C. for 16 hours, and then fired in a muffle furnace at 750 ° C. for 2 hours to obtain a powder (fired body).

焼成後に得られた粉体(焼成体)100gにイオン交換水300gを加え、さらに3%アンモニア水溶液を用いてpHを10.1に調整した後、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ビーズを分離した。得られた焼成体解砕分散液の固形分濃度は7.1質量%で重量は1178gであった。なお、解砕中にはアンモニア水溶液を添加してpHを10.1に保った。
300 g of ion-exchanged water was added to 100 g of the powder (fired body) obtained after firing, and the pH was adjusted to 10.1 with a 3% aqueous ammonia solution. Wet pulverization (batch type desktop sand mill manufactured by Campe Co., Ltd.) for 30 minutes.
After crushing, the beads were separated through a 44 mesh wire mesh. The solid content concentration of the obtained fired body crushed dispersion was 7.1% by mass, and the weight was 1178 g. During the crushing, an aqueous ammonia solution was added to maintain the pH at 10.1.

さらに解砕した分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、509Gで60秒処理し、軽液を回収し、セリア系複合微粒子分散液を得た。   Further, the disintegrated dispersion was treated with a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at 509 G for 60 seconds, and the light liquid was recovered to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.

得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子の平均粒子径と短径/長径比を測定した。測定方法は前述の通りの透過型電子顕微鏡写真を基にした画像解析法である。
また、セリア系複合微粒子における母粒子の短径/長径比を前記のSTEM−EDS分析を用いて測定した。
また、前述の方法で子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)を求めた。
また、前述の方法でセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア以外の成分とセリアとの質量比を求めた。
また、前述の方法でセリア系複合微粒子のX線回折パターンを得て、セリアおよび結晶性無機酸化物の結晶型を特定した。さらに、セリア系複合微粒子の平均結晶子径を求めた。
結果を第1表に示す。
The average particle diameter and the ratio of minor axis / major axis of the ceria-based composite fine particles contained in the obtained ceria-based composite fine particle dispersion were measured. The measuring method is an image analysis method based on a transmission electron micrograph as described above.
In addition, the ratio of the minor axis to the major axis of the mother particles in the ceria-based composite fine particles was measured using the above-mentioned STEM-EDS analysis.
Further, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles was determined by the method described above.
Further, the mass ratio of ceria to components other than ceria contained in the ceria-based composite fine particle dispersion was determined by the method described above.
Further, the X-ray diffraction pattern of the ceria-based composite fine particles was obtained by the method described above, and the crystal forms of ceria and the crystalline inorganic oxide were identified. Further, the average crystallite diameter of the ceria-based composite fine particles was determined.
The results are shown in Table 1.

次に、得られたセリア系複合微粒子分散液を用いて研磨試験を行った。
結果を第1表に示す。
Next, a polishing test was performed using the obtained ceria-based composite fine particle dispersion.
The results are shown in Table 1.

<実施例2>α―Al23コア
実施例1で用いたα−Al23100gにイオン交換水400gを加え、さらに7%硝酸水溶液を用いてpHを3.8に調整した後、φ0.25mmの石英ビーズ(大研化学工業株式会社製)にて超音波処理の代わりに湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を120分行った。
そして、解砕後に44メッシュの金網を通してビーズを分離した。得られたα―Al23解砕分散液の固形分濃度は6.6質量%で重量は1401gであった。なお、解砕中には硝酸水溶液を添加してpHを4.4に保った。次に、このα―Al23解砕分散液1340gに陰イオン交換樹脂(三菱化学社製 SANUP B)13gを徐々に添加し、9分撹拌し、イオン交換水1200gを用いて樹脂を分離した。このときのpHは8.4であった。
次に、添加するA−1液を4000g、焼成温度を760℃とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 2> α-Al 2 O 3 core To 100 g of α-Al 2 O 3 used in Example 1, 400 g of ion-exchanged water was added, and the pH was adjusted to 3.8 with a 7% nitric acid aqueous solution. Instead of ultrasonic treatment, quartz beads (0.25 mm in diameter, manufactured by Daiken Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were subjected to wet pulverization (batch type desktop sand mill manufactured by Campe Co., Ltd.) for 120 minutes.
After crushing, the beads were separated through a 44 mesh wire mesh. The solid content concentration of the obtained α-Al 2 O 3 disintegrated dispersion was 6.6% by mass, and the weight was 1401 g. During the crushing, an aqueous nitric acid solution was added to keep the pH at 4.4. Next, 13 g of an anion exchange resin (SANUP B, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was gradually added to 1340 g of the α-Al 2 O 3 disintegrated dispersion, and the mixture was stirred for 9 minutes, and the resin was separated using 1200 g of ion exchange water. did. The pH at this time was 8.4.
Next, the same operation as in Example 1 was performed, except that the amount of the A-1 solution to be added was 4000 g and the firing temperature was 760 ° C., and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.

<実施例3>α―Al23コア
添加するA−1液を1100g、焼成温度を950℃とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 3> The same operation as in Example 1 was performed, except that 1100 g of the A-1 solution to which the α-Al 2 O 3 core was added and the firing temperature was 950 ° C, and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.

<実施例4>TiO2コア
実施例1で用いたα−Al23をアナタース型TiO2に変更し、更に前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後の焼成温度を950℃としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 4> TiO 2 core The α-Al 2 O 3 used in Example 1 was changed to an anatase type TiO 2 , and the precursor particle dispersion was dried in a dryer at 120 ° C. for 16 hours. Except for setting the firing temperature at 950 ° C., the same operation as in Example 1 was performed, and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.

<実施例5>ZrO2コア
実施例1で用いたα−Al23をZrO2に変更し、更に前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後の焼成温度を900℃としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
Example 5 ZrO 2 Core The α-Al 2 O 3 used in Example 1 was changed to ZrO 2, and the firing temperature after drying the precursor particle dispersion in a dryer at 120 ° C. for 16 hours. Was set to 900 ° C., and the same operation as in Example 1 was performed, and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.

<比較例1>
《シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径60nm)》の調製
エタノール12,090gと正珪酸エチル6,363.9gとを混合し、混合液a1とした。
次に、超純水6,120gと29%アンモニア水444.9gとを混合し、混合液b1とした。
次に、超純水192.9gとエタノール444.9gとを混合して敷き水とした。
そして、敷き水を撹拌しながら75℃に調整し、ここへ、混合液a1及び混合液b1を、各々10時間で添加が終了するように、同時添加を行った。添加が終了したら、液温を75℃のまま3時間保持して熟成させた後、固形分濃度を調整し、SiO2固形分濃度19質量%、動的光散乱法(大塚電子社製PAR−III)により測定された平均粒子径60nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を9,646.3g得た。
<Comparative Example 1>
"Silica fine particle dispersion (average particle diameter 60nm of the silica fine particles)" were mixed and prepared ethanol 12,090g and ethyl orthosilicate 6,363.9g of was a mixture a 1.
Then mixed with ultrapure water 6,120g and 29% aqueous ammonia 444.9G, was mixed solution b 1.
Next, 192.9 g of ultrapure water and 444.9 g of ethanol were mixed to form spread water.
Then, the spread water was adjusted to 75 ° C. while stirring, and the mixed solution a 1 and the mixed solution b 1 were simultaneously added so that the addition was completed in 10 hours each. When the addition is complete, after the liquid temperature was aged by holding 3 hours while the 75 ° C., to adjust the solid content concentration, SiO 2 solid content concentration of 19 wt%, a dynamic light scattering method (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. PAR- 9,646.3 g of a silica fine particle dispersion obtained by dispersing silica fine particles having an average particle diameter of 60 nm measured in III) in a solvent was obtained.

《シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:108nm)》の調製
メタノール2,733.3gと正珪酸エチル1,822.2gとを混合し、混合液a2とした。
次に、超純水1,860.7gと29%アンモニア水40.6gとを混合し、混合液b2とした。
次に、超純水59gとメタノール1,208.9gとを混合して敷き水として、前工程で得た平均粒子径60nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液922.1gを加えた。
そして、シリカ微粒子分散液を含んだ敷き水を撹拌しながら65℃に調整し、ここへ、混合液a2及び混合液b2を、各々18時間で添加が終了するように、同時添加を行った。添加が終了したら、液温を65℃のまま3時間保持して熟成させた後、固形分濃度(SiO2固形分濃度)を19質量%に調整し、3,600gの高純度シリカ微粒子分散液を得た。
この高純度シリカ微粒子分散液に含まれるシリカ微粒子は、動的光散乱法(大塚電子社製PAR−III)により測定した平均粒子径が108nmであった。なお、同じくシリカ微粒子の短径/長径比を透過型電子顕微鏡写真に基づいて測定したところ、短径/長径比=1.0であった。また、Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率をICP(誘導結合プラズマ発光分析)を用いて測定したところ、いずれも1ppm以下であった。
"Silica fine particle dispersion (average particle diameter of the silica fine particles: 108 nm)" were mixed and prepared methanol 2,733.3g and ethyl orthosilicate 1,822.2g of was a mixture a 2.
Then mixed with ultrapure water 1,860.7g and 29% aqueous ammonia 40.6 g, was mixed solution b 2.
Next, 592.1 g of ultrapure water and 1,208.9 g of methanol were mixed, and as spreading water, 922.1 g of a silica fine particle dispersion obtained by dispersing silica fine particles having an average particle diameter of 60 nm obtained in the previous step in a solvent was used. added.
Then, the spread water containing the silica fine particle dispersion was adjusted to 65 ° C. while stirring, and the mixed solution a 2 and the mixed solution b 2 were simultaneously added thereto such that the addition was completed in 18 hours, respectively. Was. After completion of the addition, the solution was kept at 65 ° C. for 3 hours for aging, and then the solid content (SiO 2 solid content) was adjusted to 19% by mass. I got
The silica fine particles contained in the high-purity silica fine particle dispersion had an average particle diameter of 108 nm as measured by a dynamic light scattering method (PAR-III manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). In addition, when the ratio of minor axis / major axis of the silica fine particles was measured based on a transmission electron microscope photograph, the minor axis / major axis ratio was 1.0. The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are determined by ICP (inductively coupled plasma). All were 1 ppm or less when measured using emission spectroscopy.

次に、この高純度シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:108nm)1,053gに陽イオン交換樹脂(三菱化学社製SK−1BH)114gを徐々に添加し、30分間攪拌し樹脂を分離した。この時のpHは5.1であった。
得られたシリカ微粒子分散液に超純水を加えて、SiO2固形分濃度3質量%のA−2液6,000gを得た。
Next, 114 g of a cation exchange resin (SK-1BH, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was gradually added to 1,053 g of this high-purity silica fine particle dispersion (average particle diameter of silica fine particles: 108 nm), and the mixture was stirred for 30 minutes to remove the resin. separated. At this time, the pH was 5.1.
Ultrapure water was added to the obtained silica fine particle dispersion to obtain 6,000 g of A-2 liquid having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass.

次に、硝酸セリウム(III)6水和物(関東化学社製、4N高純度試薬)にイオン交換水を加え、CeO2換算で2.5質量%のB−2液を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium (III) nitrate hexahydrate (4N high-purity reagent, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) to obtain a B-2 solution of 2.5 mass% in terms of CeO 2 .

次に、A−2液(6,000g)を50℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへB−2液(8,453g、SiO2の100質量部に対して、CeO2が117.4質量部に相当)を18時間かけて添加した。この間、液温を50℃に維持しておき、また、必要に応じて3%アンモニア水を添加して、pH7.85維持するようにした。なおB−2液の添加中及び熟成中は調合液にエアーを吹き込みながら調合を行い、酸化還元電位は正の値を保った。
そして、B−2液の添加が終了したら、液温を93℃へ上げて4時間熟成を行った。熟成終了後に室内に放置することで放冷し、室温まで冷却した後に、限外膜にてイオン交換水を補給しながら洗浄を行った。洗浄を終了して得られた前駆体粒子分散液は、固形分濃度が7質量%、pHが9.1(25℃にて)、電導度が67μs/cm(25℃にて)であった。
Next, the temperature of the solution A-2 (6,000 g) was raised to 50 ° C., and with stirring, CeO 2 was added to the solution B-2 (8,453 g, 100 parts by mass of SiO 2 ). (Corresponding to 0.4 parts by mass) over 18 hours. During this time, the liquid temperature was maintained at 50 ° C., and 3% aqueous ammonia was added as needed to maintain the pH at 7.85. During the addition of the solution B-2 and during the aging, the mixture was prepared while blowing air into the mixture, and the oxidation-reduction potential was maintained at a positive value.
When the addition of solution B-2 was completed, the temperature of the solution was raised to 93 ° C and aging was performed for 4 hours. After completion of the ripening, it was allowed to cool by leaving it in a room, and after cooling to room temperature, washing was performed while supplying ion-exchanged water with an ultramembrane. The precursor particle dispersion obtained after the completion of the washing had a solid content concentration of 7% by mass, a pH of 9.1 (at 25 ° C.), and an electric conductivity of 67 μs / cm (at 25 ° C.). .

次に得られた前駆体粒子分散液に5質量%酢酸水溶液を加えてpHを6.5に調整して、100℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後、1090℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉体を得た。   Next, a 5% by mass aqueous solution of acetic acid was added to the obtained precursor particle dispersion to adjust the pH to 6.5, followed by drying in a dryer at 100 ° C. for 16 hours, and then using a muffle furnace at 1090 ° C. For 2 hours to obtain a powder.

焼成後に得られた粉体310gと、イオン交換水430gとを、1Lの柄付きビーカーに入れ、そこへ3%アンモニア水溶液を加え、撹拌しながら超音波浴槽中で10分間超音波を照射し、pH10(温度は25℃)の懸濁液を得た。
次に、事前に設備洗浄と水運転を行った粉砕機(アシザワファインテック株式会社製、LMZ06)にφ0.25mmの石英ビーズ595gを投入し、さらに上記の懸濁液を粉砕機のチャージタンクに充填した(充填率85%)。なお、粉砕機の粉砕室及び配管中に残留したイオン交換水を考慮すると、粉砕時の濃度は25質量%である。そして、粉砕機におけるディスクの周速を12m/sec、パス回数を25回、及び1パス当たりの滞留時間を0.43分間とする条件で湿式解砕、粉砕を行った。また、解砕、粉砕時の懸濁液のpHを10に維持するように、パス毎に3%アンモニア水溶液を添加した。このようにして、固形分濃度22質量%のシリカ系複合微粒子分散液を得た。
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、シリカ系複合微粒子分散液を得た。
310 g of the powder obtained after the calcination and 430 g of ion-exchanged water are put into a 1 L beaker with a handle, a 3% aqueous ammonia solution is added thereto, and ultrasonic waves are irradiated for 10 minutes in an ultrasonic bath with stirring, A suspension with a pH of 10 (temperature 25 ° C.) was obtained.
Next, 595 g of quartz beads having a diameter of 0.25 mm were charged into a crusher (LMZ06, manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) which had been previously washed with equipment and operated with water, and the above suspension was charged into a charge tank of the crusher. Filled (filling rate 85%). In consideration of the ion-exchanged water remaining in the pulverizing chamber and the piping of the pulverizer, the concentration at the time of pulverization is 25% by mass. Then, wet pulverization and pulverization were performed under the conditions that the peripheral speed of the disk in the pulverizer was 12 m / sec, the number of passes was 25 times, and the residence time per pass was 0.43 minutes. A 3% aqueous ammonia solution was added to each pass so that the pH of the suspension during crushing and pulverization was maintained at 10. Thus, a silica-based composite fine particle dispersion having a solid content of 22% by mass was obtained.
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 silica-based composite fine particles. A liquid was obtained.

このようにして得たシリカ系複合微粒子分散液について、実施例1と同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
The same evaluation as in Example 1 was performed on the silica-based composite fine particle dispersion thus obtained.
The results are shown in Table 1.

本発明の分散液に含まれるセリア系複合微粒子は、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。   The ceria-based composite fine particles contained in the dispersion of the present invention 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 (9)

下記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2〜1.0の範囲にあり、平均粒子径が50〜1000nmであるセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14〜60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11〜316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、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10〜25nmであること。
A ceria-based composite having the following features [1] to [5], including a ceria-based composite fine particle having a minor axis / major axis ratio in a range of 0.2 to 1.0 and an average particle diameter of 50 to 1000 nm. Fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles include base particles, a cerium-containing coating layer on the surface of the base particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer. A crystalline inorganic oxide is a main component, and the child particles are a crystalline ceria as a main component.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria to ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a ceria crystal phase and a crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallite diameter of the crystalline ceria of 10 to 25 nm measured by X-ray diffraction.
前記結晶性無機酸化物が、アルミナ、チタニアおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載のセリア系複合微粒子分散液。   The ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 1, wherein the crystalline inorganic oxide is at least one selected from the group consisting of alumina, titania, and zirconia. 前記セリウム含有被覆層が前記母粒子と同じ元素およびセリウムを含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のセリア系複合微粒子分散液。   The ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 1, wherein the cerium-containing coating layer contains the same element as the base particles and cerium. 前記セリウム含有被覆層がシリカを含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。   The ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of claims 1 to 3, wherein the cerium-containing coating layer contains silica. 前記母粒子の圧縮破壊強度が1.0〜3.0MPa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複合微粒子分散液。   The ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of claims 1 to 4, wherein the base particles have a compressive breaking strength of 1.0 to 3.0 MPa. 請求項1〜5のいずれかに記載のセリア系複合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 composite fine particle dispersion according to claim 1. 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 polishing abrasive dispersion according to claim 6, which is used for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed. 下記の工程1〜工程3を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程1:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、700〜1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6〜10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、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によりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
A method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, comprising the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion in which a crystalline inorganic oxide fine particle having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 is dispersed in a solvent, and adjust the temperature to 0 to 20. While maintaining the pH at 7.0 to 9.0 and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, a metal salt of cerium is continuously or intermittently added thereto, and a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles is added. The step of obtaining
Step 2: The precursor particle dispersion is dried and fired at 700 to 1,200 ° C., and a solvent is added to the fired body, and the mixture is wet-crushed in a pH range of 8.6 to 10.8. A step of performing a treatment to obtain a fired body disintegrated dispersion.
Step 3: a step of subjecting the crushed dispersion of the fired body to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing a settling component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
前記工程1が、前記結晶性無機酸化物微粒子分散液を撹拌し、温度を0〜20℃、pHを7.0〜9.0、酸化還元電位を50〜500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩とケイ素を含む成分とを連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、請求項8に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。   In the step 1, the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is stirred, the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 8, wherein the step of adding the metal salt and the component containing silicon continuously or intermittently to obtain the precursor particle dispersion.
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