JP2022116977A - Particle-linked ceria-based composite particulate dispersion, method for producing the same, and abrasive dispersion containing particle-linked ceria-based composite particulate dispersion - Google Patents

Particle-linked ceria-based composite particulate dispersion, method for producing the same, and abrasive dispersion containing particle-linked ceria-based composite particulate dispersion Download PDF

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和洋 中山
Kazuhiro Nakayama
真也 碓田
Masaya Usuda
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Abstract

To provide ceria-based composite particulates, which can polish silica films, Si wafers and even difficult-to-process materials at high-speed, can achieve high surface accuracy at the same time, and can be particularly suitable in a dispersion for high-speed polishing.SOLUTION: A ceria-based composite particulate, which is characterized in that (i) it includes a plurality of specific silica primary fine particles connected via a cerium-containing silica layer, (ii) it has mother particles having on their surfaces a cerium-containing silica layer, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and (iii) it has the following characteristics (1) to (3): (1) The ratio of short diameter/long diameter is in the range of 0.1 to 0.9. (2) The ratio of the projected area (T) of the stereoscopic portion of the particulate and the projected area (S) of the entire particulate, determined from scanning electron micrograph, satisfy a specific relationship. (3) Neither of the two sites α nor β on the outer edge and on the long axis of the particulate, identified from the scanning electron micrograph, has a sharp-edged projection structure.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 a polishing agent for use in the manufacture of semiconductor devices, etc., and in particular, a film to be polished formed on a substrate is flattened by chemical mechanical polishing (CMP). The present invention relates to a ceria-based composite fine particle dispersion for polishing, a method for producing the same, and an abrasive dispersion for polishing 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。 Semiconductor devices, such as semiconductor substrates and wiring substrates, have achieved high performance through high density and miniaturization. So-called chemical mechanical polishing (CMP) is applied in the manufacturing process of these semiconductors. Specifically, it is an essential technology for shallow trench isolation, flattening of interlayer insulating films, formation of contact plugs and Cu damascene wiring, etc. 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, CMP polishing agents are composed of abrasive grains and chemical components, and the chemical components play a role in promoting polishing by oxidizing or corroding the target film. On the other hand, abrasive grains have the 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 high polishing rate specifically for silicon oxide films, they are applied to polishing in the shallow trench isolation process.
In the shallow trench isolation process, not only the silicon oxide film is polished, but also the silicon nitride film is polished. In order to facilitate device isolation, it is desirable that the silicon oxide film is polished at a high polishing speed and the silicon nitride film is polished at a low speed, and the polishing speed ratio (selection ratio) 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 members, a relatively rough primary polishing process is performed, and then a precise secondary polishing process is performed. There is a way to get
Conventionally, the following methods, for example, have been proposed with respect to the abrasive used for secondary polishing as such final 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, in Patent Document 1, an aqueous solution of cerous nitrate and a base are stirred and mixed in a quantity ratio that gives a pH of 5 to 10, followed by rapid heating to 70 to 100° C., and aging at that temperature. A method for producing cerium oxide ultrafine particles (average particle size 10 to 80 nm) composed of cerium oxide single crystals characterized by 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。 In addition, Non-Patent Document 1 discloses a method for producing ceria-coated silica, which includes a production process similar to the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1. This method for producing ceria-coated silica does not have the firing-dispersion step included in the production method described in Patent Document 1.

また、特許文献2には、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、ジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。また、好ましい態様として、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、アルミニウム等の元素を含む非晶質の酸化物層であって、非晶質のシリカ層とは異なる非晶質の酸化物層Cを有し、さらに、その上にジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。そして、このようなシリカ系複合粒子は、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、結晶質の酸化物層Bを有するために、研磨速度を向上させることができ、かつ、シリカ粒子に前処理をすることにより、焼成時に粒子同士の焼結が抑制され研磨スラリー中での分散性を向上させることができ、さらに、酸化セリウムを含まない、あるいは酸化セリウムの使用量を大幅に低減することができるので、安価であって研磨性能の高い研磨材を提供することができると記載されている。また、シリカ系粒子Aと酸化物層Bの間にさらに非晶質の酸化物層Cを有するものは、粒子の焼結抑制効果と研磨速度を向上させる効果に特に優れると記載されている。 Further, in Patent Document 2, one or more selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, yttrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanum, and strontium is added to the surface of amorphous silica particles A. Silica-based composite particles are described which are characterized by having a crystalline oxide layer B containing elements. Further, as a preferred embodiment, an amorphous oxide layer containing an element such as aluminum is formed on the surface of the amorphous silica particles A, and the amorphous oxide layer is different from the amorphous silica layer. A crystalline oxide layer having C and containing thereon at least one element selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, yttrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanum and strontium Silica-based composite particles characterized by having B are described. Since such silica-based composite particles have the crystalline oxide layer B on the surface of the amorphous silica particles A, the polishing rate can be improved, and the silica particles are pretreated By doing so, it is possible to suppress sintering of particles during firing, improve dispersibility in the polishing slurry, and furthermore, do not contain cerium oxide, or significantly reduce the amount of cerium oxide used Therefore, it is possible to provide an inexpensive abrasive with high polishing performance. In addition, it is described that those having an amorphous oxide layer C between the silica-based particles A and the oxide layer B are particularly excellent in the effect of suppressing sintering of particles and the effect of improving the polishing rate.

さらに、特許文献3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、シリカ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、セリアの結晶相のみが検出されること。[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, in Patent Document 3, child particles containing crystalline ceria as a main component are provided on the surfaces of mother particles containing amorphous silica as a main component, and the surfaces of the child particles are coated with silica. , a silica-based composite fine particle dispersion liquid containing silica-based composite fine particles having an average particle diameter of 50 to 350 nm having the following characteristics [1] to [3]. [1] The silica-based composite fine particles have a mass ratio of silica to ceria of 100:11 to 316. [2] When the silica-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the crystalline phase of ceria is detected. [3] In the silica-based composite fine particles, the crystallite diameter of the (111) plane of the crystalline ceria measured by X-ray diffraction is 10 to 25 nm. And, according to such silica-based composite fine particles, even silica films, Si wafers, and difficult-to-process materials can be polished at high speed, and at the same time, high surface accuracy (low scratches, surface roughness of the substrate to be polished ( Ra) is low, etc.), and since it does not contain impurities, it is possible to provide a silica-based composite fine particle dispersion that can be preferably used for polishing the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates. Have been described.

特許第2,746,861号公報Patent No. 2,746,861 特開2013-119131号公報JP 2013-119131 A 国際公開第2016/159167号パンフレットInternational Publication No. 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、pp2744-2749Seung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.P. V. Babu and Egon Matijevic, "Chemical mechanical polishing of thermal oxide films using silica particles coated with ceria", Journal of Materials Research, Vol.

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 inventors of the present invention actually produced and examined the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1, the polishing rate was low, and defects on the surface of the polishing substrate (deterioration of surface precision, increase in scratches, residual abrasive on the surface of the polishing substrate).
This is because the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1 does not include a sintering step, and the liquid phase is Since the cerium oxide particles are only crystallized from (aqueous solution containing cerous nitrate), the degree of crystallinity of the cerium oxide particles produced is relatively low. The present inventor presumes that the main reason is that the cerium oxide remains on the surface of the polishing base material.

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 fired, it is considered that the actual polishing rate is low, and since it is not fixed and integrated with the silica particles, it easily falls off, reducing the polishing rate. Also, the stability of polishing is lacking, and there is concern that particles may remain on the surface of the polishing base material.

さらに、特許文献2に記載の酸化物層Cを有する態様のシリカ系複合粒子を用いて研磨すると、アルミニウム等の不純物が半導体デバイスの表面に残留し、半導体デバイスへ悪影響を及ぼすこともあることを、本発明者は見出した。
また、これら文献に記載されているセリア粒子は母粒子上に付着されたものであり、強く固着されていないので母粒子から脱落しやすい。
さらに、特許文献2の記載の真球状のシリカ母粒子上に結晶性セリア粒子を形成した砥粒を用いて研磨すると、セリア粒子の研摩時の機械的作用と同時に起こる化学的な反応によりシリカ膜の研磨速度は高いものの、高い圧力条件下では、セリア結晶が脱落や磨減、崩壊により、基板とセリアの接触面積が低下し、研磨速度が低くなる恐れがある。
Furthermore, it has been found that when the silica-based composite particles having the oxide layer C described in Patent Document 2 are used for polishing, impurities such as aluminum remain on the surface of the semiconductor device, which may adversely affect the semiconductor device. , the inventors have found.
In addition, the ceria particles described in these documents are adhered to the mother particles and are not strongly fixed, so they tend to fall off from the mother particles.
Furthermore, when polishing is performed using abrasive grains in which crystalline ceria particles are formed on spherical silica base particles described in Patent Document 2, a silica film is formed by a chemical reaction that occurs simultaneously with the mechanical action of the ceria particles during polishing. Although the polishing rate is high under high pressure conditions, the ceria crystals may come off, wear away, or collapse, reducing the contact area between the substrate and the ceria, resulting in a lower polishing rate.

また、特許文献3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、とりわけ研磨速度が更に改善された砥粒分散液が求められている。 In addition, the silica-based composite fine particle dispersion described in Patent Document 3 is capable of exhibiting excellent polishing performance (polishing speed, high surface accuracy, etc.) in polishing applications. - Along with the high integration, there is a demand for an abrasive dispersion with further improved polishing performance, especially polishing speed, 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、特に高速研磨に好適な粒子連結型セリア系複合微粒子、それを含む分散液、その製造方法及び粒子連結型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, according to the present invention, even silica films, Si wafers, and difficult-to-process materials can be polished at high speed, and at the same time, high surface accuracy (low scratches, few residual abrasive grains on the substrate, improvement of the substrate Ra value) can be achieved. etc.), and if it does not contain impurities, it can be preferably used for polishing the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates, and is particularly suitable for high-speed polishing. An object of the present invention is to provide a dispersion, a method for producing the same, and an abrasive dispersion for polishing containing a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion.

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]~[12]である。
[1]STEM-EDS分析法により測定される粒子径が50~600nmの範囲にあるシリカ一次微粒子が、複数、セリウム含有シリカ層を介して連結してなり、その表面上にも前記セリウム含有シリカ層を有する母粒子と、
前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子と、
を有し、次の(1)~(3)の特徴を有する粒子連結型セリア系複合微粒子。
(1)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(2)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)が、次の一般式(I)の関係を満たすこと。
T/S×100=0 : 一般式(I)
(3)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から特定される粒子の外縁上であって、かつ長軸上である2つの部位αおよび部位βが、何れも尖突部構造を取らないこと。
[2]前記粒子連結型セリア系複合微粒子の非尖突度が0.85~1.0の範囲にある、上記[1]に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子。
[3]4~10個の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結している前記母粒子を有する、上記[1]または[2]に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子。
[4]上記[1]~[3]の何れかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子が溶媒に分散してなる粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
[5]上記[1]~[3]の何れかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子を含み、次の(4)~(7)に記載の特徴を有する連結型粒子群が溶媒に分散している、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
(4)前記連結型粒子群の動的光散乱法によって測定される平均粒子径が100~600nmであること。
(5)前記連結型粒子群における前記シリカ一次微粒子のSTEM-EDS分析法により測定される平均粒子径が50~600nmの範囲にあること。
(6)前記連結型粒子群の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(7)前記連結型粒子群の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積の総和(T')および粒子全体の投影面積の総和(S')が、次の一般式(II)の関係を満たすこと。
T'/S'×100≦30 : 一般式(II)
[6]前記連結型粒子群の非尖突度が0.85~1.0の範囲にある、上記[5]に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
[7]前記連結型粒子群を構成する粒子の母粒子が、4~10個の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結したものである、上記[5]または[6]に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
[8]前記連結型粒子群において4個以上の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結している前記母粒子を有する粒子のうち、前記シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している前記母粒子を有するものの個数割合が60%以上であることを特徴とする、上記[5]~[7]のいずれかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
[9]前記連結型粒子群を構成する粒子の連結個数分布において複数のピークを有することを特徴とする、上記[5]~[8]のいずれかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
[10]上記[6]~[9]のいずれかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
[11]シリカ一次微粒子と、前記シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nmであるセリア系複合微粒子が溶媒に分散している、固形分濃度が1~20質量%である分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度50~180℃の範囲にて保持する工程を含む、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の製造方法。
[12]前記固形分濃度が1~20質量%である前記分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度50~180℃の範囲にて保持した後、pH10.0以上の範囲、温度50~98℃の範囲にて保持し、その後、ここへ、珪酸液を連続的または断続的に添加することにより、粒子成長した前記粒子連結型シリカ系微粒子分散液を調製する工程である、上記[11]に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の製造方法。
The present inventor has made intensive studies to solve the above problems and completed the present invention.
The present invention is the following [1] to [12].
[1] A plurality of silica primary fine particles having a particle diameter in the range of 50 to 600 nm as measured by STEM-EDS analysis are connected via a cerium-containing silica layer, and the cerium-containing silica is also formed on the surface thereof. a base particle having a layer;
Child particles dispersed within the cerium-containing silica layer;
Particle-linked ceria-based composite fine particles having the following characteristics (1) to (3).
(1) The ratio of minor axis to major axis of the particle-linked ceria-based composite fine particles is in the range of 0.1 to 0.9.
(2) The projected area (T) of the three-dimensional portion of the particle and the projected area (S) of the entire particle obtained from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles are related by the following general formula (I): to meet
T / S × 100 = 0: general formula (I)
(3) Two sites α and β located on the outer edge of the particle and on the long axis, which are specified from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles, both have a pointed structure. do not take
[2] The particle-linked ceria-based composite fine particles according to [1] above, wherein the particle-linked ceria-based composite fine particles have a non-kurtosis in the range of 0.85 to 1.0.
[3] The particle-linked ceria-based composite fine particles according to [1] or [2] above, which have the base particles in which 4 to 10 silica primary fine particles are linked via the cerium-containing silica layer.
[4] A particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion obtained by dispersing the particle-linked ceria-based composite fine particles according to any one of [1] to [3] above in a solvent.
[5] A group of linked particles containing the particle-linked ceria-based composite fine particles according to any one of the above [1] to [3] and having the characteristics described in the following (4) to (7) dispersed in a solvent A particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid.
(4) The average particle size of the linked particle group measured by a dynamic light scattering method is 100 to 600 nm.
(5) The average particle diameter of the silica primary fine particles in the linked particle group as measured by STEM-EDS analysis is in the range of 50 to 600 nm.
(6) The short axis/long axis ratio of the linked particle group is in the range of 0.1 to 0.9.
(7) The total projected area (T') of the three-dimensional portions of the particles and the total projected area (S') of the entire particles obtained from the scanning electron micrograph of the linked particle group are represented by the following general formula (II ) relationship.
T'/S'×100≦30: general formula (II)
[6] The particle-linked ceria-based composite microparticle dispersion liquid according to [5] above, wherein the non-kurtosis of the linked-type particle group is in the range of 0.85 to 1.0.
[7] The above [5] or [6], wherein the base particles of the particles constituting the linked particle group are 4 to 10 silica primary fine particles linked via the cerium-containing silica layer. The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion described above.
[8] Among the particles having the mother particles in which the four or more silica primary fine particles are linked via the cerium-containing silica layer in the linked particle group, the silica primary fine particles extend in a planar manner The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of [5] to [7] above, wherein the number ratio of those having the linked mother particles is 60% or more.
[9] The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of the above [5] to [8], characterized in that the linked particle number distribution of the particles constituting the linked-type particle group has a plurality of peaks. liquid.
[10] A polishing abrasive dispersion containing the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of [6] to [9] above.
[11] Silica primary fine particles, a cerium-containing silica layer on the surface of the silica primary fine particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, wherein the silica primary fine particles are amorphous silica is a main component, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria, and ceria-based composite fine particles having an average particle diameter of 50 to 350 nm as measured by a dynamic light scattering method are dispersed in a solvent, solid content concentration A method for producing a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion, comprising a step of maintaining a dispersion having a pH of 2.0 to 6.0 and a temperature of 50 to 180°C.
[12] After holding the dispersion having a solid content concentration of 1 to 20% by mass in the range of pH 2.0 to 6.0 and the temperature in the range of 50 to 180°C, the pH range of 10.0 or more, A step of maintaining the temperature in the range of 50 to 98 ° C., and then continuously or intermittently adding a silicic acid solution to prepare the particle-linked silica-based fine particle dispersion in which particles have grown. The method for producing the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion according to [11] above.

本発明の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液は、主成分として平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子を含むものである。平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子を砥粒として用いた場合、連結構造をとっていない球状のセリア系複合微粒子あるいは立体状分岐構造を有する粒子連結型セリア系複合微粒子に比べて、研磨基板との複数の接触点において応力が分散し易いため、研磨傷の発生を抑制することができる。さらに、連結構造を有することで砥粒の回転運動による動的な接触面積を効果的に得ることができるので、優れた研磨特性を達成できる。このため、本発明の粒子連結型セリア系微粒子を含む粒子連結型セリア系微粒子分散液は、例えば砥粒分散液および研磨用組成物の原料として有用であり、特に高研磨速度の効果において優れるものである。 The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid of the present invention contains planarly elongated particle-linked ceria-based composite fine particles as a main component. When planarly elongated particle-linked ceria-based composite fine particles are used as abrasive grains, compared to spherical ceria-based composite fine particles that do not have a linked structure or particle-linked ceria-based composite fine particles that have a three-dimensional branched structure, Since the stress is easily dispersed at a plurality of contact points with the polishing substrate, the occurrence of polishing scratches can be suppressed. In addition, by having the connecting structure, it is possible to effectively obtain a dynamic contact area due to the rotational movement of the abrasive grains, thereby achieving excellent polishing characteristics. Therefore, the particle-linked ceria-based fine particle dispersion containing the particle-linked ceria-based fine particles of the present invention is useful, for example, as a raw material for an abrasive dispersion and a polishing composition, and is particularly excellent in the high polishing rate effect. is.

本発明の粒子連結型セリア系微粒子は、その内部にシリカ一次微粒子どうしが結合してなる粒子連結型シリカ系微粒子が母粒子として存在する。係る粒子連結型シリカ系微粒子については、シリカ一次微粒子どうしが後述するセリウム含有シリカ層を介して結合することが好ましい。
本発明の粒子連結型セリア系微粒子分散液は、砥粒分散液として、後述した様に優れた研磨性能を示すものである。なお、粒子連結型セリア系微粒子の成分中にシリカ及びセリア以外の成分を含まないタイプの粒子連結型セリア系複合微粒子の場合は、電子部品関係の研磨用途に砥粒として適用しても、半導体基板等の汚染の問題を生じることが無く、いっそう有用性が高いものといえる。
In the particle-linked ceria-based fine particles of the present invention, particle-linked silica-based fine particles in which silica primary fine particles are bound together exist as mother particles. With regard to such particle-linked silica-based fine particles, it is preferable that the primary silica fine particles are bonded to each other through a cerium-containing silica layer described below.
The particle-linked ceria-based fine particle dispersion of the present invention exhibits excellent polishing performance as an abrasive dispersion, as described later. In addition, in the case of particle-linked ceria-based composite fine particles of a type that does not contain components other than silica and ceria in the component of particle-linked ceria-based fine particles, even if it is applied as abrasive grains for polishing applications related to electronic parts, semiconductors There is no problem of contamination of the substrate, etc., and it can be said that the usefulness is much higher.

本発明の粒子連結型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、対象がシリカ膜あるいは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。
本発明の粒子連結型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粒子連結型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。
When the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention is used for polishing purposes, for example, as an abrasive dispersion for polishing, even if the object is a difficult-to-process material such as a silica film or a Si wafer, it can be processed at high speed. It can be polished, and at the same time, high surface precision (low scratches, low surface roughness (Ra) of the substrate to be polished, etc.) can be achieved.
The method for producing a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention provides a method for efficiently producing a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion exhibiting such excellent performance.

本発明の複合微粒子の断面の模式図である。1 is a schematic diagram of a cross section of composite fine particles of the present invention. FIG. ネック部深さについて説明するための図(概略図)である。FIG. 4 is a diagram (schematic diagram) for explaining the neck depth; 本発明の複合微粒子の断面の別の模式図である。FIG. 3 is another schematic diagram of the cross section of the composite fine particle of the present invention. 非尖突度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating non-kurtosis.

本発明について説明する。
本発明は、STEM-EDS分析法により測定される粒子径が50~600nmの範囲にあるシリカ一次微粒子が、複数、セリウム含有シリカ層を介して連結してなり、その表面上にも前記セリウム含有シリカ層を有する母粒子と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子と、を有し、次の(1)~(3)の特徴を有する粒子連結型セリア系複合微粒子である。
(1)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(2)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)が、次の一般式(I)の関係を満たすこと。
T/S×100=0 : 一般式(I)
(3)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から特定される粒子の外縁上であって、かつ長軸上である2つの部位αおよび部位βが、何れも尖突部構造を取らないこと。
このような粒子連結型セリア系複合微粒子を、以下では「本発明の複合微粒子」ないし「本発明のセリア系複合微粒子」ともいう。
The present invention will be described.
In the present invention, a plurality of primary silica fine particles having a particle diameter in the range of 50 to 600 nm as measured by STEM-EDS analysis are connected via a cerium-containing silica layer, and the surface of the silica primary fine particles also contains the cerium. Particle-linked ceria-based composite fine particles having mother particles having a silica layer and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and having the following features (1) to (3): .
(1) The ratio of minor axis to major axis of the particle-linked ceria-based composite fine particles is in the range of 0.1 to 0.9.
(2) The projected area (T) of the three-dimensional portion of the particle and the projected area (S) of the entire particle obtained from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles are related by the following general formula (I): to meet
T / S × 100 = 0: general formula (I)
(3) Two sites α and β located on the outer edge of the particle and on the long axis, which are specified from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles, both have a pointed structure. do not take
Such particle-linked ceria-based composite fine particles are hereinafter also referred to as "composite fine particles of the present invention" or "ceria-based composite fine particles of the present invention".

また、本発明は、本発明の複合微粒子を含み、次の(4)~(7)に記載の特徴を有する連結型粒子群が溶媒に分散している、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液である。
(4)前記連結型粒子群の動的光散乱法によって測定される平均粒子径が100~600nmであること。
(5)前記連結型粒子群における前記シリカ一次微粒子のSTEM-EDS分析法により測定される平均粒子径が50~600nmの範囲にあること。
(6)前記連結型粒子群の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(7)前記連結型粒子群の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積の総和(T')および粒子全体の投影面積の総和(S')が、次の一般式(II)の関係を満たすこと。
T'/S'×100≦30 : 一般式(II)
このような粒子連結型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。
また、本発明の分散液が含む粒子を、以下では「本発明の連結型粒子群」ともいう。
The present invention also provides a dispersion of particle-linked ceria-based composite fine particles, which contains the composite fine particles of the present invention and in which linked particle groups having the characteristics described in the following (4) to (7) are dispersed in a solvent. is.
(4) The average particle size of the linked particle group measured by a dynamic light scattering method is 100 to 600 nm.
(5) The average particle diameter of the silica primary fine particles in the linked particle group as measured by STEM-EDS analysis is in the range of 50 to 600 nm.
(6) The short axis/long axis ratio of the linked particle group is in the range of 0.1 to 0.9.
(7) The total projected area (T') of the three-dimensional portions of the particles and the total projected area (S') of the entire particles obtained from the scanning electron micrograph of the linked particle group are represented by the following general formula (II ) relationship.
T'/S'×100≦30: general formula (II)
Such a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion is hereinafter also referred to as "the dispersion of the present invention".
Further, the particles contained in the dispersion of the present invention are hereinafter also referred to as "connected particle group of the present invention".

本発明の連結型粒子群は本発明の複合微粒子を含むが、本発明の連結型粒子群は本発明の複合微粒子に該当しない他の粒子を含んでもよい。 The linked particle group of the present invention includes the composite fine particle of the present invention, but the linked particle group of the present invention may include other particles that do not correspond to the composite fine particle of the present invention.

また、本発明は、シリカ一次微粒子と、前記シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nmであるセリア系複合微粒子が溶媒に分散している、固形分濃度が1~20質量%である分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃の範囲にて保持する工程を含む、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の製造方法である。
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 has silica primary fine particles, a cerium-containing silica layer on the surface of the silica primary fine particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and the silica primary fine particles are non- Ceria-based composite fine particles containing crystalline silica as a main component, the child particles containing crystalline ceria as a main component, and having an average particle diameter of 50 to 350 nm as measured by a dynamic light scattering method are dispersed in a solvent. A particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid comprising a step of maintaining a dispersion liquid having a solid content concentration of 1 to 20% by mass at a pH range of 2.0 to 6.0 and a temperature range of 30 to 180 ° C. manufacturing method.
Such a manufacturing method is hereinafter also referred to as "the manufacturing method of the present invention".

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

以下において、単に「本発明」と記した場合、本発明の複合微粒子、本発明の分散液、本発明の連結型粒子群、本発明の製造方法のいずれをも意味するものとする。 In the following description, simply referring to the "present invention" means any of the fine composite particles of the present invention, the dispersion liquid of the present invention, the linked particle group of the present invention, and the production method of the present invention.

本願明細書において、特に断りの無い限り、単に「セリア系複合微粒子」と記した場合は、単粒子状のセリア系複合微粒子を意味する。係る単粒子状のセリア系複合微粒子は、複数のセリア系複合微粒子の連結構造を有さないものである。このような単粒子状のセリア系複合微粒子は、本願所定の製造方法を経て、「粒子連結型セリア系複合微粒子」となることができる。
この単粒子状のセリア系複合微粒子は、その動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nmであり、シリカ一次微粒子と、該シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、該セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、該シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、該子粒子は結晶性セリアを主成分としてなる粒子を意味する。
また、同様に特に断りの無い限り単に「セリア系複合微粒子分散液」と記した場合は、前記単粒子状のセリア系複合微粒子が溶媒に分散してなる分散液を意味する。
In the present specification, unless otherwise specified, the term "ceria-based composite fine particles" simply means single-particle ceria-based composite fine particles. Such single-particle ceria-based composite fine particles do not have a connecting structure of a plurality of ceria-based composite fine particles. Such single-particulate ceria-based composite fine particles can be turned into "particle-linked ceria-based composite fine particles" through the production method specified in the present application.
The single-particle ceria-based composite fine particles have an average particle diameter of 50 to 350 nm as measured by a dynamic light scattering method, and are composed of primary silica fine particles, a cerium-containing silica layer on the surface of the primary silica fine particles, child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, the silica primary fine particles are composed mainly of amorphous silica, and the child particles are particles composed mainly of crystalline ceria.
Likewise, unless otherwise specified, the term "ceria-based composite fine particle dispersion" simply means a dispersion in which the single-particle ceria-based composite fine particles are dispersed in a solvent.

本発明における粒子連結型セリア系複合微粒子の母粒子は、前記のとおりSTEM-EDS分析法により測定される平均粒子径が50~600nmの範囲にあるシリカ一次微粒子が、複数、セリウム含有シリカ層を介して連結してなるシリカ一次微粒子の連結体(粒子連結型シリカ微粒子)であり、該母粒子はその表面上にも前記セリウム含有シリカ層を有してなる。なお、本願において、前記母粒子を「粒子連結型シリカ微粒子」と呼ぶ場合がある。 The base particles of the particle-linked ceria-based composite fine particles in the present invention are composed of a plurality of silica primary fine particles having an average particle diameter in the range of 50 to 600 nm measured by the STEM-EDS analysis method as described above, and a cerium-containing silica layer. It is a linked body of silica primary fine particles (particle-linked silica fine particles) formed by linking via vias, and the mother particles also have the cerium-containing silica layer on the surface thereof. In addition, in this application, the said base particle may be called "particle connection type silica microparticles|fine-particles."

<本発明の複合微粒子および本発明の連結型粒子群>
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、平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子である。平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子を含む分散液またはスラリーを砥粒として用いた場合、球状粒子あるいは立体状分岐構造を有する粒子連結型セリア系複合微粒子を砥粒として適用した場合に較べて、より速い研磨速度を得られることを本発明者が見出した。
<Composite Fine Particles of the Present Invention and Linked Particle Group of the Present Invention>
The composite microparticles of the present invention will be described.
The composite fine particles of the present invention are particle-linked ceria-based composite fine particles elongated in a plane. When a dispersion or slurry containing planarly elongated particle-linked ceria-based composite fine particles is used as abrasive grains, when spherical particles or particle-linked ceria-based composite fine particles having a three-dimensional branched structure are used as abrasive grains In comparison, the inventors have found that a higher polishing rate can be obtained.

本願において、立体状分岐構造を有する粒子連結型セリア系複合微粒子とは、前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真(走査透過型電子顕微鏡写真を含む)から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)が、次の関係式を満たす粒子を意味する。
T/S×100>0
このような粒子では、粒子連結型セリア系複合微粒子が、有意な立体構造を有するものといえる。具体的には、粒子連結型セリア系複合微粒子が複数の分岐構造を有し、分岐構造どうしが捻じれた位置関係にある場合、あるいは唯一の分岐構造と屈曲構造とを有し、該屈曲構造が該分岐構造に対し、立体方向に屈曲した場合などを挙げることができる。
In the present application, the particle-linked ceria-based composite fine particles having a three-dimensional branched structure refers to the three-dimensional portion of the particles obtained from scanning electron micrographs (including scanning transmission electron micrographs) of the particle-linked ceria-based composite fine particles. and the projected area (S) of the entire grain satisfy the following relational expression.
T/S×100>0
In such particles, the particle-linked ceria-based composite fine particles can be said to have a significant three-dimensional structure. Specifically, when the particle-linked ceria-based composite fine particles have a plurality of branched structures, and the branched structures are in a twisted positional relationship, or when they have only one branched structure and a bent structure, and the bent structure is bent in a three-dimensional direction with respect to the branched structure.

これに対して、本願における平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子は、立体状分岐構造を有さない粒子連結型セリア系複合微粒子である。係る粒子連結型セリア系複合微粒子の例としては、屈曲構造を一箇所のみ有する粒子連結型セリア系複合微粒子、立体状分岐に当たらない分岐構造を有する粒子連結型セリア系複合微粒子などを挙げることができる。
立体状分岐の有無については、粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡(走査透過型電子顕微鏡を含む)写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)が、次の一般式(I)の関係を満たす場合、係る粒子連結型セリア系複合微粒子は、立体状分岐構造を有さず、平面状に伸長したものと見做すことができる。
T/S×100=0 : 一般式(I)
平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子を含む分散液またはスラリーを砥粒として用いた場合、平面状に伸長した粒子連結型セリア系複合微粒子が被研磨基板に対し、接触面をより大きくとれるので、研磨速度の向上等の性能を発揮すると推察される。
In contrast, the planarly elongated particle-linked ceria-based composite fine particles in the present application are particle-linked ceria-based composite fine particles that do not have a three-dimensional branched structure. Examples of such particle-linked ceria-based composite fine particles include particle-linked ceria-based composite fine particles having only one curved structure, and particle-linked ceria-based composite fine particles having a branched structure that does not correspond to three-dimensional branching. can.
Regarding the presence or absence of three-dimensional branching, the projected area (T) of the three-dimensional part of the particle and the projected area of the whole particle ( When S) satisfies the relationship of the following general formula (I), the particle-linked ceria-based composite fine particles can be regarded as extending in a plane without having a three-dimensional branched structure.
T / S × 100 = 0: general formula (I)
When a dispersion or slurry containing planarly elongated particle-linked ceria-based composite fine particles is used as abrasive grains, the planarly-extended particle-linked ceria-based composite fine particles have a larger contact surface with the substrate to be polished. Therefore, it is presumed that performance such as improvement of the polishing rate is exhibited.

本発明の複合微粒子の構造を図1に例示する。図1は母粒子(粒子連結型シリカ微粒子)を構成するシリカ一次微粒子がセリウム含有シリカ層を介して結合している態様である。 FIG. 1 illustrates the structure of the composite fine particles of the present invention. FIG. 1 shows an embodiment in which the primary silica fine particles constituting the base particles (particle-linked fine silica particles) are bonded via a cerium-containing silica layer.

母粒子を構成するシリカ一次微粒子は平面状に連結している。つまり、三次元立体構造を構成していない。そして、その程度は式(I)または式(II)が表している。式(II)の詳細については後に説明する。 The silica primary fine particles forming the base particles are connected in a plane. In other words, it does not constitute a three-dimensional structure. The degree is represented by formula (I) or formula (II). The details of formula (II) will be described later.

また、図1に示す態様は、子粒子の一部が外部に露出しているタイプであるが、本発明の複合微粒子において子粒子は全てが外部に露出していてもよいし、全てが外部に露出していなくてもよい。 In addition, the embodiment shown in FIG. 1 is a type in which a part of the child particles is exposed to the outside, but in the composite fine particles of the present invention, all the child particles may be exposed to the outside, or all of the child particles may be exposed to the outside. may not be exposed to

図1に示すように、本発明の複合微粒子20は、複数のシリカ一次微粒子1がセリウム含有シリカ層12を介して連結してなる母粒子10を有する。また、その母粒子10の表面上にもセリウム含有シリカ層12を有する。さらに本発明の複合微粒子20はセリウム含有シリカ層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。 As shown in FIG. 1, composite fine particles 20 of the present invention have base particles 10 in which a plurality of silica primary fine particles 1 are connected via cerium-containing silica layers 12 . Moreover, the cerium-containing silica layer 12 is also provided on the surface of the mother particle 10 . Further, the composite fine particle 20 of the present invention has child particles 14 dispersed inside the cerium-containing silica layer 12 . In FIG. 1, .tangle-solidup.

図1の模式図では、理解が容易になるように、母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14を明確に区別して記したが、実際のところ、本発明の複合微粒子において母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14は一体となって存在しており、STEM-EDS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、セリウム含有シリカ層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とSi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 mother particles 10, the cerium-containing silica layer 12, and the child particles 14 are clearly distinguished for ease of understanding. , the cerium-containing silica layer 12 and the child particles 14 are present together, and the mother particles 10, the cerium-containing silica layer 12 and the child particles 14 can be clearly distinguished except for contrast in STEM-EDS or EDS analysis. is difficult.
However, when the STEM-EDS analysis is performed on the cross section of the composite fine particles of the present invention to measure the elemental concentrations of Ce and Si, it can be confirmed that the structure is shown in FIG.

本願におけるSTEM-EDS分析について以下に記す。
[STEM-EDS分析]
本発明の複合微粒子を含む試料について走査透過型電子顕微鏡(STEM)によって特定した箇所に電子ビームを選択的に照射するEDS分析を行い、本発明の複合微粒子の断面の測定点XにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる。
また、測定点ZにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる。
そして、測定点YにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が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を構成するシリカ一次微粒子1とセリウム含有シリカ層12とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)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シリカ層12と子粒子14とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインによって、区別することができる。
The STEM-EDS analysis in this application is described below.
[STEM-EDS analysis]
A sample containing the composite fine particles of the present invention was subjected to EDS analysis by selectively irradiating an electron beam at a specified location with a scanning transmission electron microscope (STEM). When the element concentrations of and are measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (percentage) (Ce/(Ce+Si)×100) is less than 3%.
In addition, when the elemental concentrations of Ce and Si at the measurement point Z are measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) exceeds 50%. Become.
Then, when the element concentrations of Ce and Si at the measurement point Y are measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3 to 50% becomes.
Therefore, in the elemental map obtained by STEM-EDS analysis, the silica primary fine particles 1 and the cerium-containing silica layer 12 constituting the base particles 10 in the composite fine particles of the present invention are the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration A distinction can be made by the line where the ratio (percentage) of Ce molar concentration to (Ce/(Ce+Si)×100) is 3%. In addition, in the elemental map obtained by STEM-EDS analysis, the cerium-containing silica layer 12 and the child particles 14 in the composite fine particles of the present invention have a ratio of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration ( Percentage) (Ce/(Ce+Si)×100) can be distinguished by the line where 50%.

このようにSTEM-EDS分析を行って元素マップを得て、本発明の連結型粒子群を構成する粒子または本発明の複合微粒子における母粒子、子粒子およびセリウム含有シリカ層の各々についての形状、大きさ等を把握することを、以下では「元素マッピング法」ともいう。
なお、本発明においてSTEM-EDS分析は、特に断りの無い限り20万倍で観察して行うものとする。
STEM-EDS analysis is performed in this way to obtain an elemental map, and the shape of each of the mother particles, child particles and cerium-containing silica layer in the particles constituting the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention, Understanding the size and the like is hereinafter also referred to as "elemental mapping method".
In the present invention, the STEM-EDS analysis is performed by observing at a magnification of 200,000 unless otherwise specified.

<母粒子>
本発明の連結型粒子群を構成する粒子における母粒子および本発明の複合微粒子における母粒子について説明する。
本発明の連結型粒子群を構成する粒子における母粒子に含まれるシリカ一次微粒子および本発明の複合微粒子において母粒子を構成するシリカ一次微粒子は、元素マッピング法によって得た元素マップにおいて、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる部分である。
<Mother particle>
The base particles in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the base particles in the composite fine particles of the present invention will be described.
The silica primary fine particles contained in the base particles in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the silica primary fine particles constituting the base particles in the composite fine particles of the present invention have a Ce molar concentration of and Si molar concentration (percentage) (Ce/(Ce+Si)×100) is less than 3%.

元素マップを得れば、母粒子の形状(輪郭)から、本発明の複合微粒子が有する母粒子が複数のシリカ一次微粒子が連結した態様であることが理解できる。また、本発明の連結型粒子群を構成する粒子における母粒子または本発明の複合微粒子の母粒子を構成するシリカ一次微粒子の輪郭を把握することができるので、その母粒子を構成するシリカ一次微粒子の個数や、各シリカ一次微粒子の粒子径等を測定することもできる。 If an elemental map is obtained, it can be understood from the shape (contour) of the base particles that the base particles of the composite fine particles of the present invention are formed by connecting a plurality of silica primary fine particles. In addition, since it is possible to grasp the outline of the primary silica fine particles that constitute the base particles in the particles that constitute the linked particle group of the present invention or the base particles of the composite fine particles of the present invention, it is possible to grasp the primary silica fine particles that constitute the base particles. , the particle diameter of each silica primary fine particle, and the like can also be measured.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子における母粒子に含まれるシリカ一次微粒子および本発明の複合微粒子が有する母粒子を構成するシリカ一次微粒子の個数(連結数)は特に限定されないが、1つの母粒子あたり4~10個であることが好ましく、4~8個であることがより好ましい。このような本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を用いて研磨すると、研磨速度がより高くなるからである。 The number (connection number) of the primary silica fine particles contained in the base particles of the particles constituting the linked particle group of the present invention and the primary silica fine particles constituting the base particles of the composite fine particles of the present invention (the number of connections) is not particularly limited. It is preferably 4 to 10, more preferably 4 to 8, per mother particle. This is because polishing with the dispersion of the present invention containing such fine composite particles of the present invention results in a higher polishing rate.

本発明の連結型粒子群において、4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を有する粒子のうち、シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している母粒子を有するものの個数割合(シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している母粒子を有する粒子の個数/4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を有する粒子の個数×100)が60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、80%以上であることがさらに好ましい。理由は前述した応力分散による研磨傷低減や、動的な接触による研磨速度を得やすいためである。 In the linked particle group of the present invention, among the particles having mother particles in which four or more silica primary fine particles are linked, the number ratio of particles having mother particles in which silica primary fine particles are extended and linked in a plane (Number of particles having base particles in which silica primary fine particles are connected while extending in a plane/Number of particles having base particles in which four or more silica primary fine particles are connected × 100) is 60% or more. It is preferably 70% or more, more preferably 80% or more. The reason for this is that it is easy to reduce polishing scratches due to stress dispersion and to obtain a polishing speed due to dynamic contact.

この比の測定方法について説明する。
初めに、本発明の連結型粒子群について、前述のSTEM-EDS法によって母粒子を構成するシリカ一次微粒子を特定し、さらにその形状から、母粒子を特定して、1つの母粒子を構成する連結個数を測定する。そして、4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を含む粒子を50個特定する。次に、特定された4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を有する粒子のうち、シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している母粒子を有する粒子の個数割合(百分率)を求める。
なお、シリカ一次微粒子が平面上に伸長していないケース、すなわち、立体状分岐構造を有する粒子連結型セリア系複合微粒子に含まれる母粒子として、複数の分岐構造を有し、分岐構造どうしが捻じれた位置関係にある粒子、唯一の分岐構造と屈曲構造とを有し、該屈曲構造が該分岐構造に対し、立体方向に屈曲してなる粒子が挙げられ、その他、凝集粒子(ピラミッド状ないし不定形状)、単粒子(一切の連結構造を有さない)が挙げられる。なお、係る測定方法の詳細を後記「物性試験7」に記した。
A method for measuring this ratio will be described.
First, with respect to the linked particle group of the present invention, the silica primary fine particles constituting the base particles are specified by the above-mentioned STEM-EDS method, and further the base particles are specified from the shape thereof to form one base particle. Measure the number of connections. Then, 50 particles including base particles in which four or more silica primary fine particles are connected are specified. Next, among the particles having mother particles in which four or more silica primary fine particles are connected, the number ratio (percentage) of the particles having mother particles in which the silica primary fine particles are connected while extending in a plane ).
In addition, in the case where the silica primary fine particles are not elongated on the plane, that is, as the base particles contained in the particle-linked ceria-based composite fine particles having a three-dimensional branched structure, the base particles have a plurality of branched structures, and the branched structures are twisted. Particles in a closed positional relationship, particles having a unique branched structure and a bent structure, the bent structure being bent in a three-dimensional direction with respect to the branched structure, and aggregated particles (pyramidal or irregular shape), and single particles (having no connected structure). The details of the measuring method are described in "Physical Property Test 7" below.

本発明の複合微粒子が有する母粒子を構成するシリカ一次微粒子の粒子径は50~600nmであり、60~400nmであることが好ましい。シリカ一次微粒子の粒子径は、STEM-EDSを用いて前述のように元素マッピング法によって得た本発明の複合微粒子についての元素マップにおいて母粒子(Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる部分)を特定し、さらにその形状から母粒子を構成するシリカ一次微粒子を特定し、該シリカ一次微粒子の長径および短径を測定し、その平均値をシリカ一次微粒子の粒子径とする(図1参照)。
また、本発明の連結型粒子群を構成する50個の粒子について、同様の方法で粒子径を測定し、それらを単純平均して得た値を本発明の連結型粒子群におけるシリカ一次微粒子の平均粒子径とした。なお、係る測定方法の詳細を後記「物性試験1」に記した。
The particle size of the silica primary fine particles constituting the base particles of the composite fine particles of the present invention is 50 to 600 nm, preferably 60 to 400 nm. The particle diameter of the silica primary fine particles is determined by the elemental map of the composite fine particles of the present invention obtained by the elemental mapping method using STEM-EDS as described above. The concentration ratio (percentage) (the portion where Ce/(Ce+Si)×100) is less than 3% is specified, and the silica primary fine particles constituting the base particles are specified from the shape thereof, and the length and length of the silica primary fine particles are specified. The short diameter is measured, and the average value is defined as the particle diameter of the silica primary fine particles (see FIG. 1).
In addition, the particle diameters of 50 particles constituting the linked particle group of the present invention were measured by the same method, and the value obtained by simple averaging was calculated as the primary silica fine particle in the linked particle group of the present invention. It was taken as the average particle size. The details of the measuring method are described in "Physical Property Test 1" below.

なお、元素マッピング法によって得た元素マップまたは走査型電子顕微鏡(SEM)もしくは透過型電子顕微鏡(TEM)によって得られる拡大像(写真や画像を含む)において、粒子の最大径を示す直線を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とし、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)とすることで、その粒子の長径(DL)および短径(DS)を求める方法を、以下では「長径短径測定法」ともいう。 In addition, in an elemental map obtained by an elemental mapping method or an enlarged image (including photographs and images) obtained by a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), the straight line indicating the maximum diameter of the particle is the long axis. Measure its length, set the value as the major axis (DL), set a point on the major axis that bisects the major axis, and set two points where a straight line orthogonal to that bisects the outer edge of the particle The method of determining the major diameter (DL) and minor diameter (DS) of the particle by measuring the distance between the two points and making it the minor diameter (DS) is hereinafter also referred to as the "major and minor diameter measurement method". .

母粒子を構成するシリカ一次微粒子が非晶質シリカを主成分とすることは、例えば、次の方法で確認することができる。本発明の分散液を乾燥させた後、乳鉢を用いて粉砕し、例えば、従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気株式会社製、RINT1400)によってX線回折パターンを得ると、Cristobaliteのような結晶性シリカのピークは現れない。このことから、母粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子を構成するシリカ一次微粒子が非晶質シリカ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、Cristobaliteのような結晶性シリカの回折図は現れない。このことから、母粒子を構成するシリカ一次微粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
また、別の方法として同様に作成し断面試料について、従来公知のTEM装置を用い、母粒子の原子配列による格子縞の有無を観察する方法が挙げられる。結晶質であれば結晶構造に応じた格子縞が観察され、非晶質であれば格子縞は観察されない。このことから、母粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子を構成するシリカ一次微粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
It can be confirmed, for example, by the following method that the silica primary fine particles constituting the base particles are mainly composed of amorphous silica. After drying the dispersion of the present invention, it is pulverized using a mortar and, for example, an X-ray diffraction pattern is obtained with a conventionally known X-ray diffraction device (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), and Cristobalite is obtained. No crystalline silica peak appears. From this, it can be confirmed that the silica contained in the base particles is amorphous. In such a case, the silica primary fine particles forming the base particles are mainly composed of amorphous silica.
After drying the dispersion of the present invention and embedding it in resin, it is sputter-coated with Pt, and a cross-sectional sample is prepared using a conventionally known focused ion beam (FIB) apparatus. For example, when an FFT pattern is obtained by fast Fourier transform (FFT) analysis of a prepared cross-sectional sample using a conventionally known TEM apparatus, a diffractogram of crystalline silica such as Cristobalite does not appear. From this, it can be confirmed that the silica contained in the silica primary fine particles forming the base particles is amorphous. In such a case, the main component of the mother particles is amorphous silica.
As another method, there is a method of observing the presence or absence of lattice fringes due to the atomic arrangement of the mother particles using a conventionally known TEM apparatus on a cross-sectional sample prepared in the same manner. If it is crystalline, lattice fringes corresponding to the crystal structure will be observed, and if it is amorphous, no lattice fringes will be observed. From this, it can be confirmed that the silica contained in the base particles is amorphous. In such a case, the silica primary fine particles forming the base particles are mainly composed of amorphous silica.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子または本発明の複合微粒子はネックを有していても良く、より太い方が好ましい。理由は研磨時の応力による粒子崩壊を防ぎ、研磨特性の低下を抑制することができるためである。
なお、ネックとは本発明の複合微粒子において、その母粒子における隣接するシリカ一次微粒子どうしの結合部分に相当する外周部分を指す。
The particles constituting the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention may have necks, and thicker ones are preferable. The reason for this is that it is possible to prevent the particles from collapsing due to the stress during polishing and to suppress the deterioration of the polishing properties.
In addition, in the composite microparticles of the present invention, the neck refers to the peripheral portion corresponding to the bonding portion between the adjacent primary silica microparticles in the base particle.

また、平均ネック深さ(Lm)は5~200(単位:nm)であることが好ましく、5~100(単位:nm)であることがより好ましい。 Also, the average neck depth (Lm) is preferably 5 to 200 (unit: nm), more preferably 5 to 100 (unit: nm).

なお、平均ネック深さは、次のように測定して求める値を意味するものとする。
[平均ネック深さの測定方法]
本発明の分散液に含まれる本発明の複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真(倍率5万倍)にて任意の箇所において、図2に示したように隣接する二つのシリカ一次微粒子(PおよびQ)に相当する部分のそれぞれの最外層部の両方に外接する直線Rを求め、該二つのシリカ一次微粒子に相当する部分の接合部外層点Dから前記直線Rに直交する線分γを求め(直交点をEとする)、DE間の長さをネック深さ(L)とする。なお、直線Rが複数求められる場合は、ネック深さ(L)の値が最大となるように直線Rを定めることとする。
同一の本発明の複合微粒子の任意の3箇所で、上記ネック深さ(L)[nm]を求め、それらの平均値(Ls)[nm]を算定する。
Lsの算定を50個の粒子について行い、その平均値を本発明の連結型粒子群を構成する粒子における平均ネック深さ(Lm)[nm]とする。
The average neck depth shall mean a value obtained by measuring as follows.
[Measuring method of average neck depth]
As shown in FIG. 2, two adjacent silica primary fine particles (P and Q ) is obtained, and a line segment γ perpendicular to the straight line R is obtained from the junction outer layer point D of the portion corresponding to the two silica primary fine particles ( The perpendicular point is E), and the length between DE is neck depth (L). When a plurality of straight lines R are obtained, the straight line R is determined so that the value of the neck depth (L) is maximized.
The neck depth (L) [nm] is determined at three arbitrary locations on the same composite fine particle of the present invention, and the average value (Ls) [nm] thereof is calculated.
Calculation of Ls is performed for 50 particles, and the average value is taken as the average neck depth (Lm) [nm] of the particles constituting the linked particle group of the present invention.

<子粒子>
本発明の連結型粒子群を構成する粒子における子粒子および本発明の複合微粒子における子粒子について説明する。
本発明の連結型粒子群を構成する粒子における子粒子および本発明の複合微粒子において子粒子は、元素マッピング法によって得た元素マップにおいて、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる部分である。
<child particles>
The child particles in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the child particles in the composite fine particles of the present invention will be described.
In the elemental map obtained by the elemental mapping method, the child particles in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the child particles in the composite fine particles of the present invention show the Ce molar concentration with respect to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration. This is the portion where the ratio (percentage) (Ce/(Ce+Si)×100) exceeds 50%.

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、母粒子上に配されたセリウム含有シリカ層に分散している。 In the composite fine particles of the present invention, the child particles containing crystalline ceria as a main component (hereinafter also referred to as "ceria child particles") are dispersed in the cerium-containing silica layer arranged on the mother particles.

また、本発明の複合微粒子では、母粒子がその表面に凹部および凸部を備えることが好ましく、その母粒子に対して子粒子が次の(a)、(b)または(c)の形態で存在していることが好ましい。
(a)母粒子の凸部に子粒子が、セリウム含有シリカ層の一部を介して、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、セリウム含有シリカ層の一部を介して、結合した形態。
(c)母粒子の凹部に子粒子が、セリウム含有シリカ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。
Further, in the composite fine particles of the present invention, it is preferable that the mother particles have recesses and protrusions on the surface thereof, and the child particles of the mother particles are in the form of the following (a), (b) or (c). preferably present.
(a) A form in which child particles are bonded to convex portions of mother particles via a part of the cerium-containing silica layer.
(b) A form in which child particles are bonded to both the convex and concave portions of the mother particle via a part of the cerium-containing silica layer.
(c) A form in which the child particles are bound to the recesses of the mother particles via a part of the cerium-containing silica layer.
It is desirable that these forms (a), (b) or (c) exist simultaneously. This is because when the dispersion of the present invention is used as an abrasive dispersion for polishing, the base particles have steps, so that the child particles of the form (a) are first deposited on the substrate to be polished during polishing. Polishing takes place in contact with the Even if the child particles in the form of (a) are dislodged, worn out, or destroyed by the polishing pressure, the ceria child particles in the form of (b) and (c) are brought into contact with the substrate to be polished, and the contact area is increased. This is because the polishing can be efficiently performed with a stable polishing rate because it can be kept high.
According to the production method of the present invention, which will be described later, it is easy to obtain the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention in which child particles of the form (a), (b) or (c) are present at the same time.

また、セリウム含有シリカ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、前記セリウム含有シリカ層中に埋没するものもあれば、セリウム含有シリカ層から部分的に露出するものもある。
In addition, the ceria particles may be stacked in the cerium-containing silica layer, and the shape thereof is not particularly limited, such as spherical, elliptical, or rectangular, and the particle size distribution may be uniform or sharp. Alternatively, the ceria child particles may have steps due to mother particles having projections or uneven shapes.
Some of the ceria child particles are embedded in the cerium-containing silica layer, while others are partially exposed from the cerium-containing silica layer.

子粒子の平均粒子径は、10~25nmが好ましく、12~23nm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、本発明の製造方法において、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。このような本発明の分散液は、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 size of the child particles is preferably 10 to 25 nm, more preferably 12 to 23 nm.
When the average particle diameter of the child particles exceeds 25 nm, in the production method of the present invention, the precursor particles having such ceria child particles tend to be sintered or aggregated after firing, making it difficult to crush them. . Such a dispersion of the present invention is not preferable because it causes scratches on the object to be polished even when used for polishing purposes. When the average particle size of the child particles is less than 10 nm, it tends to be difficult to obtain a practically sufficient polishing rate when used for polishing.

子粒子の平均粒子径は、元素マッピング法によって得た元素マップに基づいて子粒子を特定した後、長径短径測定法によって子粒子の長径(DL)および短径(DS)を求め、それらの幾何平均値を算出して得た値をその子粒子の粒子径とし、このようにして50個の子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とする。 The average particle size of the child particles is obtained by specifying the child particles based on the elemental map obtained by the elemental mapping method, then obtaining the major diameter (DL) and the minor diameter (DS) of the child particles by the major diameter and minor diameter measurement method. The value obtained by calculating the geometric mean value is defined as the particle diameter of the child particles, and the particle diameters of 50 child particles are measured in this way, and the measured values are simply averaged to obtain the value.

子粒子は積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有シリカ層の内部における、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シリカ層中に埋没していてよいし、セリウム含有シリカ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シリカ層に埋没した場合は、セリア系複合微粒子の表面はよりシリカ表面に近くなるため、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シリカ層に埋没している方が望ましい。
Child particles may be stacked. That is, they may be present in plurality on radial lines from the center of the base particle inside the cerium-containing silica layer.
Further, the child particles may be embedded in the cerium-containing silica layer, or may be partially exposed to the outside of the cerium-containing silica layer. Since the surface of the system composite fine particles is closer to the silica surface, storage stability and polishing stability are improved, and since less abrasive grains remain on the substrate after polishing, the child particles are buried in the cerium-containing silica layer. It is desirable to have

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, it may be 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, more preferably rectangular.

セリウム含有シリカ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、セリウム含有シリカ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 silica layer may be in a monodispersed state, or in a state in which the child particles are stacked (that is, a plurality of child particles are stacked in the thickness direction of the cerium-containing silica layer. state), 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ことが好ましい。
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、セリアの結晶相のみが検出されることから確認できる。このような場合に、前記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 preferably contain crystalline ceria as a main component.
The reason why the child particles contain crystalline ceria as a main component is that the composite fine particles of the present invention are obtained by, for example, drying the dispersion liquid of the present invention and pulverizing the obtained solid matter using a mortar. After that, for example, X-ray analysis is performed using a conventionally known X-ray diffraction apparatus (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), and only the ceria crystal phase is detected in the obtained X-ray diffraction pattern. You can check from In such a case, the child particles are mainly composed of crystalline ceria. The crystal phase of ceria is not particularly limited, but includes, for example, Cerianite.

子粒子は結晶性セリア(結晶性Ce酸化物)を主成分とすることが好ましく、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のみが検出されることが好ましい。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 preferably contain crystalline ceria (crystalline Ce oxide) as a main component, and may contain other elements such as elements other than cerium. A hydrous cerium compound may also be included as a co-catalyst for polishing.
However, as described above, when the fine composite particles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, it is preferable that only the crystalline phase of ceria is detected. That is, even if a crystal phase other than ceria is contained, the content is small, or it is dissolved in the ceria crystal, so 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、本発明の連結型粒子群が含む粒子また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°)であることが好ましく、12~23nm(半値全幅は0.72~0.37°)であることがより好ましく、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 the ceria particles is calculated using the full width at half maximum of the maximum peak appearing in the chart obtained by subjecting the particles contained in the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention to X-ray diffraction. For example, the average crystallite diameter of the (111) plane is preferably 10 to 25 nm (full width at half maximum is 0.86 to 0.34°), and 12 to 23 nm (full width at half maximum is 0.72 to 0.37° ), more preferably 15 to 22 nm (full width at half maximum of 0.58 to 0.38°). In many cases, the intensity of the peak of the (111) plane is the maximum, but the intensity of the peak of another crystal plane, for example, the (100) plane, may be the maximum. In that case, it can be similarly calculated, and the average crystallite size in that case may be the same as the average crystallite size of the (111) plane described above.

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、本発明の連結型粒子群が含む粒子または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
なお、測定方法を後記物性試験12に記した。
A method for measuring the average crystallite diameter of the child particles will be described below using the case of the (111) plane (2θ=around 28 degrees) as an example.
First, the particles contained in the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention are pulverized using a mortar, for example, by a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). A line diffraction pattern is obtained. Then, the full width at half maximum of the peak of the (111) plane in the vicinity of 2θ=28 degrees in the obtained X-ray diffraction pattern is measured, and the average crystallite diameter can be obtained from the following Scherrer's formula.
D=Kλ/β cos θ
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: angle of reflection The measuring method is described in physical property test 12 below.

<セリウム含有シリカ層>
本発明の連結型粒子群を構成する粒子におけるセリウム含有シリカ層および本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層について説明する。
<Cerium-containing silica layer>
The cerium-containing silica layer in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the cerium-containing silica layer in the composite fine particles of the present invention will be described.

本発明の複合微粒子は、複数のシリカ一次微粒子の間と、前記母粒子の表面上とにセリウム含有シリカ層を有する。そして、セリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散している。
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シリカ層中に存在するので、研磨機能を低下させることがない。
The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing silica layer between a plurality of silica primary fine particles and on the surface of the base particles. Child particles are dispersed inside the cerium-containing silica layer.
By adopting such a structure, it is difficult for the child particles to fall off due to the crushing treatment during manufacturing or the pressure during polishing, and even if some child particles are lost, many child particles will not fall off. Since it is present in the cerium-containing silica layer without deteriorating the polishing function.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子におけるセリウム含有シリカ層および本発明の複合微粒子においてセリウム含有シリカ層は、元素マッピング法によって得た元素マップにおいて、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる部分である。 The cerium-containing silica layer in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the cerium-containing silica layer in the composite fine particles of the present invention are shown in the elemental map obtained by the elemental mapping method with respect to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration. This is the portion where the Ce molar concentration ratio (percentage) (Ce/(Ce+Si)×100) is 3 to 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、セリウム含有シリカ層の一部が現れる。この部分についてSTEM-EDS分析を行い、当該部分のSiモル濃度及びCeモル濃度を求めると、Siモル濃度が非常に高いことを確認することができる。具体的には、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる。 In the image (TEM image) obtained by observing the composite fine particles of the present invention using a transmission electron microscope, the image of the child particles appears densely on the surface of the mother particle, but the surrounding and outside of the child particles, that is, the present invention Part of the cerium-containing silica layer also appears as a relatively thin image on the surface side of the composite fine particles. When STEM-EDS analysis is performed on this portion to determine the Si molar concentration and Ce molar concentration of the portion, it can be confirmed that the Si molar concentration is very high. Specifically, the ratio (percentage) of Ce molar concentration to the sum of Ce molar concentration and Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3 to 50%.

セリウム含有シリカ層の平均の厚さは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、セリウム含有シリカ層の平均の厚さは、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モル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)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 silica layer is preferably 10-40 nm, more preferably 12-30 nm.
The average thickness of the cerium-containing silica layer can be obtained by drawing a straight line at any 12 points from the center of the base particle of the composite fine particle of the present invention to the outermost shell, and performing STEM-EDS analysis as described above. A line where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration specified from the element map (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3%, and the maximum of the composite fine particles of the present invention. The distance to the outer shell (distance on a line passing through the center of the base particle) is measured, and a simple average is obtained. Note that the center of the base particle means the intersection of the above-described long axis and short axis.

本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層は、焼成過程でセリウム含有シリカ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、本発明の製造方法において、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、セリウム含有シリカ層により、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シリカ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 believed that the cerium-containing silica layer in the composite fine particles of the present invention promotes the bonding force between the child particles (ceria fine particles containing crystalline ceria as a main component) dispersed and grown in the cerium-containing silica layer during the firing process and the mother particles. . Therefore, for example, in the production method of the present invention, if necessary, the fired body pulverized dispersion obtained by sintering is pre-pulverized by a dry method, then wet pulverized, and then centrifuged. A ceria-based composite fine particle dispersion can be obtained by performing the above, and it is considered that the cerium-containing silica layer has the effect of preventing child particles from coming off from the mother particles. In this case, there is no problem with the child particles falling off locally, and the entire surface of the child particles may not be partially covered with the cerium-containing silica layer. It suffices if the child particles are strong enough not to separate from the mother particles during the pulverization step.
Due to such a structure, when the dispersion of the present invention is used as a polishing agent, it is believed that the polishing rate is high and deterioration of surface precision and scratches is small.

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シリカ層によって被覆されているので、本発明の複合微粒子の最表面(最外殻)にはシリカの―OH基が存在することになる。このため研磨剤として利用した場合に、本発明の複合微粒子は研磨基板表面の-OH基による電荷で反発しあい、その結果、研磨基板表面への付着が少なくなると考えられる。 In addition, in the composite fine particles of the present invention, since at least a part of the surface of the child particles is coated with a cerium-containing silica layer, the outermost surface (outermost shell) of the composite fine particles of the present invention has —OH groups of silica. will exist. For this reason, when used as a polishing agent, the fine composite particles of the present invention are thought to repel each other due to the charges of the —OH groups on the surface of the polishing substrate, resulting in less adhesion to the surface of the polishing substrate.

また、一般的にセリアは、シリカや研磨基板、研磨パッドとは電位が異なり、pHがアルカリ性から中性付近に向かうにつれてマイナスのゼータ電位が減少して行き、弱酸性領域では逆のプラスの電位を持つ。そのため研磨時の酸性pHでは電位の大きさの違いや極性の違いなどによって、セリアは研磨基材や研磨パッドに付着し、研磨基材や研磨パッドに残り易い。一方、本発明の複合微粒子は上記のように最外殻にシリカ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解砕処理時にpH8.6~10.8を保ちながら解砕すると、本発明の複合微粒子の表面のシリカ(セリウム含有シリカ層のシリカ)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シリカ層を補強しても構わない。 In addition, ceria generally has a different potential than silica, a polishing substrate, or a polishing pad. have. Therefore, at acidic pH during polishing, ceria adheres to the polishing base material or polishing pad due to the difference in potential magnitude or polarity, and tends to remain on the polishing base material or polishing pad. On the other hand, since silica is present in the outermost shell of the composite fine particles of the present invention as described above, the potential thereof becomes a negative charge due to silica, so that the negative potential is maintained from alkaline to acidic pH, As a result, abrasive grains hardly remain on the polishing substrate or polishing pad. If the pH is maintained at 8.6 to 10.8 during the crushing treatment in the production method of the present invention, part of the silica on the surface of the composite fine particles of the present invention (silica of the cerium-containing silica layer) dissolves. If the dispersion liquid of the present invention produced under such conditions is adjusted to a pH of <7 when applied to polishing, the dissolved silica will deposit on the fine composite particles (abrasive grains) of the present invention. The surface will have a negative potential. If the potential is low, silicic acid may be added to moderately reinforce the cerium-containing silica 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、本発明では表面にソフトに付着したシリカが電位を調節するので、有機物の使用が低減され、基盤における有機物起因のディフェクト(有機物の残留等)が生じにくい。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、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 child particles, it is possible to adjust the potential with a polymer organic substance such as polyacrylic acid, but in the present invention, silica softly attached to the surface adjusts the potential, so the use of organic substances is reduced. , Defects (residual organic matter, etc.) caused by organic substances in the substrate are less likely to occur. In addition, since this softly adhered silica has not undergone a firing process, it is a low-density, soft, and easily soluble silica layer. This readily soluble silica layer has an adhesive action with the substrate, and is recognized to have the effect of improving the polishing rate. This easily soluble silica layer can be confirmed by keeping the dispersion liquid of the present invention at pH 9 and measuring the silica concentration in the solid-liquid separated solution.
In the dispersion liquid of the present invention, silica exists in various forms, does not constitute the composite fine particles of the present invention, is dispersed or dissolved in a solvent, or adheres to the surface of the composite fine particles of the present invention. It may exist in a state where

本発明の複合微粒子は、上記のような母粒子と、セリウム含有シリカ層と、子粒子とを有する。また、本発明の連結型粒子群を構成する粒子は本発明の複合微粒子を含む。
本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子においてシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比は100:11~316であることが好ましく、100:30~230であることがより好ましく、100:30~150であることがより好ましく、100:60~120であることがさらに好ましい。
シリカ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、シリカ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、上記のシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比を算定する場合の対象となるシリカとは、本発明の連結型粒子群を構成する粒子また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シリカ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。
The fine composite particles of the present invention have the base particles, the cerium-containing silica layer, and the child particles as described above. Moreover, the particles constituting the linked particle group of the present invention include the composite fine particles of the present invention.
The mass ratio of silica (SiO 2 ) to ceria (CeO 2 ) in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the composite fine particles of the present invention is preferably 100:11 to 316, more preferably 100:30 to 230. is more preferably 100:30 to 150, and even more preferably 100:60 to 120.
The mass ratio of silica and ceria is considered to be approximately the same as the mass ratio of mother particles and child particles. If the amount of child particles relative to the mother particles is too small, the mother particles or composite fine particles may bond together to form coarse particles. In this case, the polishing agent (polishing slurry) containing the dispersion of the present invention may cause defects (decrease in surface precision such as increase in scratches) on the surface of the polishing substrate. Also, if the amount of ceria relative to silica is too large, not only will the cost be high, but resource risk will increase. Further, fusion between particles proceeds. As a result, the roughness of the substrate surface increases (the surface roughness Ra deteriorates), the number of scratches increases, and free ceria remains on the substrate, causing problems such as adhesion to the waste liquid piping of the polishing apparatus. Easy to get along with.
The silica to be used for calculating the mass ratio between silica (SiO 2 ) and ceria (CeO 2 ) is the particles constituting the linked particle group of the present invention or included in the composite fine particles of the present invention. means all silica (SiO 2 ) Therefore, it means the total amount of the silica component that constitutes the mother particle, the silica component contained in the cerium-containing silica layer arranged on the surface of the mother particle, and the silica component that can be contained in the child particles.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子におけるシリカ(SiO2)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、所定量の本発明の連結型粒子群を構成する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、本発明の連結型粒子群を構成する粒子を構成するCeO2以外の成分はSiO2であるとして、SiO2質量%を算出することができる。
なお、本発明の製造方法においては、シリカとセリアの質量比は、本発明の分散液を調製する際に投入したシリカ源物質とセリア源物質との使用量から算定することもできる。これは、セリアやシリカが溶解し除去されるプロセスとなっていない場合に適用でき、そのような場合はセリアやシリカの使用量と分析値が良い一致を示す。
なお、測定方法を後記物性試験11に記した。
The content (% by mass) of silica (SiO 2 ) and ceria (CeO 2 ) in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the composite fine particles of the present invention is determined by first calculating the solid content concentration of the dispersion of the present invention, 1000° C. ignition loss is performed and weighed.
Next, the content (mass%) of cerium (Ce) contained in a predetermined amount of particles constituting the linked particle group of the present invention is determined by ICP plasma emission spectrometry, and the oxide mass% (CeO 2 mass%, etc.) Convert to Then, SiO 2 mass % can be calculated assuming that the component other than CeO 2 that constitutes the particles that constitute the linked particle group of the present invention is SiO 2 .
In the production method of the present invention, the mass ratio of silica and ceria can also be calculated from the amounts of the silica source material and the ceria source material used when preparing the dispersion of the present invention. This can be applied when ceria or silica is not dissolved and removed by the process, and in such cases, the amount of ceria or silica used and the analytical value show good agreement.
The measuring method is described in physical property test 11 below.

[本発明の複合微粒子および本発明の連結型粒子群]
本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子の短径/長径比は0.1~0.9であり、0.1~0.7であることが好ましく、0.1~0.65であることがより好ましい。
このような短径/長径比であると、本発明の複合微粒子を含む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。
[Composite Fine Particles of the Present Invention and Linked Particle Group of the Present Invention]
The minor axis/longer axis ratio of the particles constituting the linked particle group of the present invention and the composite fine particles of the present invention is 0.1 to 0.9, preferably 0.1 to 0.7, and 0.1. ~0.65 is more preferred.
With such a short diameter/long diameter ratio, when the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention is used for polishing, the polishing rate for the substrate to be polished can be improved, and at the same time, the substrate to be polished can be improved. The upper surface roughness can be reduced.

ここで短径/長径比は、透過型電子顕微鏡によって本発明の連結型粒子群を構成する粒子または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、長径短径測定法によって長径(DL)および短径(DS)を求め、短径/長径比(DS/DL)を算出し、これを任意の50個の粒子において求め、それらを平均して得た値とする。 Here, the minor axis/longer axis ratio is a photograph obtained by photographing the particles constituting the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times) with a transmission electron microscope. In the projection view, the major axis (DL) and the minor axis (DS) are determined by the major axis and minor axis measurement method, the minor axis/longer axis ratio (DS/DL) is calculated, and this is determined for arbitrary 50 particles, and they are shall be the value obtained by averaging.

本発明の複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)は、次の一般式(I)の関係を満たす。
T/S×100=0 : 一般式(I)
つまり、粒子の立体部分が存在せず、本発明の複合微粒子が平面状に構成されていることを意味している。
The projected area (T) of the three-dimensional portion of the particle and the projected area (S) of the entire particle obtained from the scanning electron micrograph of the composite fine particle of the present invention satisfy the following general formula (I).
T / S × 100 = 0: general formula (I)
In other words, it means that the fine composite particles of the present invention have a planar structure without a three-dimensional portion of the particles.

ここで粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)の測定方法は、後記の「物性試験5:式(II)の計算」と同様である。 Here, the method for measuring the projected area (T) of the three-dimensional portion of the grain and the projected area (S) of the entire grain is the same as in "Physical Property Test 5: Calculation of Formula (II)" below.

本発明の複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から特定される粒子の外縁上であって、かつ長軸上である2つの部位αおよび部位βは、何れも尖突部構造を取らない。 Neither of the two sites α and β located on the outer edge of the particle and on the long axis specified from the scanning electron micrograph of the composite fine particle of the present invention has a pointed structure.

部位αおよび部位βの構造について、図3を用いて説明する。
図3は本発明の複合微粒子の断面の模式図であり、走査型電子顕微鏡写真から特定される粒子を表している。図3において本発明の複合微粒子20は、複数のシリカ一次微粒子1が連結してなる母粒子10と、シリカ一次微粒子1間および母粒子10の表面上のセリウム含有シリカ層12と、セリウム含有シリカ層12の内部に分散している子粒子14とを有している。
また、図3において点線で表されるDLは、長軸を表している。
図3に示す本発明の複合微粒子20は、粒子の外縁上であって、かつ長軸DL上である2つの部位αおよび部位βにおいて、尖突部構造を取らない。
ここで尖突部構造について説明する。
初めに、走査型電子顕微鏡写真から長軸DLを決定する。
次に、長軸DLと本発明の複合微粒子の外縁との交点を求め、それぞれα、βとする。交点αを含む部分を部分α、交点βを含む部分を部分βとする。
次に、交点αを通過し、本発明の複合微粒子の外縁(即ち、セリウム含有シリカ層または子粒子の外縁)に外接する接線を2本引く(これを接線D1と、接線D2とする)。
ここで、2本の接線は、2つの接線がなす角度(長軸DLを含む側の角度。[この角度をFαとする])が最大の値をとるように外接する前記外縁の位置を選択する。
次に、交点βについて同様にして、2つの接線がなす角度であるFβを測定する。
そして、FαとFβの何れもが120度以上である場合に、本発明の複合微粒子は、尖突部構造を取らないものとする。
The structures of site α and site β will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fine composite particles of the present invention, showing particles identified from scanning electron micrographs. In FIG. 3, the composite fine particles 20 of the present invention include a base particle 10 formed by connecting a plurality of silica primary fine particles 1, a cerium-containing silica layer 12 between the silica primary fine particles 1 and on the surface of the base particle 10, and a cerium-containing silica and child particles 14 dispersed within the layer 12 .
DL represented by a dotted line in FIG. 3 represents the long axis.
The composite fine particle 20 of the present invention shown in FIG. 3 does not have a peak structure at two sites α and β on the outer edge of the particle and on the long axis DL.
Now, the cusp structure will be described.
First, the long axis DL is determined from scanning electron micrographs.
Next, the intersections of the long axis DL and the outer edge of the composite fine particles of the present invention are determined and designated as α and β, respectively. A portion containing the intersection point α is defined as a portion α, and a portion containing the intersection point β is defined as a portion β.
Next, draw two tangent lines that pass through the intersection α and circumscribe the outer edge of the composite fine particles of the present invention (ie, the outer edge of the cerium-containing silica layer or child particles) (the tangent lines D1 and D2).
Here, for the two tangent lines, the position of the circumscribed outer edge is selected so that the angle formed by the two tangent lines (the angle on the side including the long axis DL. [This angle is assumed to be Fα]) takes the maximum value. do.
Next, similarly for the intersection point β, the angle Fβ formed by the two tangent lines is measured.
When both Fα and Fβ are 120 degrees or more, the fine composite particles of the present invention do not have a peak structure.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の粒子連結型セリア系複合微粒子は、その粒子外形が尖っていないことを特徴としている。具体的には、本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の粒子連結型セリア系複合微粒子はその非尖突度が0.85~1.0の範囲にあることが好ましく、より好適には0.87~1.0の範囲が推奨される。 The particles constituting the linked particle group of the present invention and the particle-linked ceria-based composite fine particles of the present invention are characterized in that the outer shape of the particles is not sharp. Specifically, the particles constituting the linked particle group of the present invention and the particle-linked ceria-based composite fine particles of the present invention preferably have a non-kurtosis in the range of 0.85 to 1.0, and more A range of 0.87 to 1.0 is preferably recommended.

非尖突度について、図4を用いて説明する。図4は図3と同じ本発明の複合微粒子の断面の模式図である。部位αに最も近いシリカ一次微粒子の中心Pを求め、中心Pから接線D1に直交する線分Aを定める。同様に中心Pから接線D2に直交する線分Bを定める。また、中心Pと前記交点αを結ぶ線分Cを定める。そして、線分Aの長さa、線分Bの長さb及び線分Cの長さcを求め、下記式により非尖突値(Nsv)を求める。
(Nsv)=(a+b+c)/3
続いて、線分A、B及びCの内、最も長い線分の長さ(T)で(Nsv)を除した値を非尖突度(Nsd)とする.
(Nsd)=(Nsv)/T
具体的には、一つの粒子の部位α側と、部位β側の両方について非尖突度(Nsd)を求め、その平均値を該粒子の非尖突度とする。
なお、本発明の連結型粒子群を構成する粒子の非尖突度については、20個の粒子について非尖突度を求め、更にその平均値を求めて、本発明の連結型粒子群を構成する粒子における非尖突度とする。
Non-kurtosis will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the composite fine particle of the present invention, which is the same as FIG. A center P of the silica primary fine particles closest to the site α is determined, and a line segment A perpendicular to the tangent line D1 from the center P is determined. Similarly, a line segment B perpendicular to the tangent line D2 from the center P is defined. Also, a line segment C connecting the center P and the intersection point α is determined. Then, the length a of the line segment A, the length b of the line segment B, and the length c of the line segment C are obtained, and the non-spiky value (Nsv) is obtained from the following equation.
(Nsv)=(a+b+c)/3
Next, among the segments A, B and C, the value obtained by dividing (Nsv) by the length (T) of the longest segment is defined as non-custody (Nsd).
(Nsd) = (Nsv)/T
Specifically, the non-kurtosis (Nsd) is obtained for both the part α side and the part β side of one particle, and the average value thereof is taken as the non-custody of the particle.
Regarding the non-kurtosis of the particles constituting the linked particle group of the present invention, the non-kurtosis of 20 particles is determined, and the average value thereof is determined to form the linked particle group of the present invention. Let the non-kurtosis be the non-kurtosis of the particles

本発明の連結型粒子群を構成する粒子の平均粒子径または本発明の複合微粒子の粒子径は100~600nmであることが好ましく、100~500nmであることがより好ましい。本発明の連結型粒子群を構成する粒子の平均粒子径または本発明の複合微粒子の粒子径がこのような範囲にある場合、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、透過型電子顕微鏡によって本発明の複合微粒子を倍率30万倍(ないしは50万倍)で写真撮影して得た写真投影図において、長径短径測定法によって長径および短径を求め、それらの幾何平均値を算出した値を意味するものとする。
また、本発明の連結型粒子群を構成する粒子の平均粒子径は、動的光散乱法によって求める。例えば従来公知の粒子径測定装置(例えば大塚電子社製、ELSZ-1000)を用いてキュムラント法により平均粒子径を測定することができる。なお、測定方法を後記物性試験3に記した。
The average particle size of the particles constituting the linked particle group of the present invention or the particle size of the composite fine particles of the present invention is preferably 100 to 600 nm, more preferably 100 to 500 nm. When the average particle diameter of the particles constituting the linked particle group of the present invention or the particle diameter of the composite fine particles of the present invention is within such a range, the polishing rate is increased when applied as an abrasive, which is preferable.
The average particle diameter of the composite fine particles of the present invention is obtained by photographing the composite fine particles of the present invention with a transmission electron microscope at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times), and in a photographic projection obtained by the major axis and minor axis measurement method. It means a value obtained by obtaining the major axis and the minor axis and calculating the geometric mean value thereof.
Moreover, the average particle diameter of the particles constituting the linked particle group of the present invention is obtained by a dynamic light scattering method. For example, the average particle size can be measured by the cumulant method using a conventionally known particle size measuring device (eg, ELSZ-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The measuring method is described in physical property test 3 below.

本発明の分散液に含まれる本発明の連結型粒子群を構成する粒子は、その連結個数分布において、複数のピークを有することが好ましい。
通常、砥粒分散液による研磨処理は、研磨パッドを用いて行われる。研磨パッドの表面には様々な大きさの凹凸や細孔が存在し、その凹凸や細孔に砥粒が程良く保持されると研磨速度をより高くできることが知られている。例えば、本発明の連結型粒子群におけるセリア系複合微粒子が、その連結個数分布において、複数のピークを有する場合、係る凹凸や細孔に保持され易くなり、研磨速度をより高めるうえで望ましいといえる。なお、本願においては、シリカ一次微粒子の連結個数を測定し(具体的には測定方法を後記物性試験2に記した)、連結個数分布におけるピークの本数を計測した。この測定方法は後記物性試験8に記した。
また、本発明の分散液に含まれる本発明の連結型粒子群の粒子径分布を動的光散乱法によって求めると、その粒子径分布においても上記の連結個数分布の場合と同様な理由で、複数のピークを有することが好ましい。
It is preferable that the particles constituting the linked particle group of the present invention contained in the dispersion of the present invention have a plurality of peaks in the distribution of the number of linked particles.
Polishing with an abrasive dispersion is usually performed using a polishing pad. It is known that the surface of a polishing pad has irregularities and pores of various sizes, and if abrasive grains are appropriately retained in the irregularities and pores, the polishing rate can be increased. For example, when the ceria-based composite fine particles in the linked particle group of the present invention have a plurality of peaks in the number distribution of the linked particles, they are likely to be retained in the irregularities and pores, which is desirable for further increasing the polishing rate. . In the present application, the number of linked silica primary fine particles was measured (specifically, the measuring method is described in Physical Property Test 2 below), and the number of peaks in the distribution of the number of linked particles was measured. This measuring method is described in physical property test 8 below.
Further, when the particle size distribution of the linked particle group of the present invention contained in the dispersion of the present invention is determined by the dynamic light scattering method, the particle size distribution is also for the same reason as the above-described linked number distribution: It is preferred to have multiple peaks.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T')および粒子全体の投影面積(S')は、次の一般式(II)の関係を満たす。
T'/S'×100≦30 : 一般式(II)
つまり、粒子の立体部分が少なく、本発明の連結型粒子群を構成する粒子が主に平面状に構成されていることを意味している。
The projected area (T′) of the three-dimensional portion of the particle and the projected area (S′) of the entire particle obtained from the scanning electron micrograph of the particles constituting the linked particle group of the present invention are expressed by the following general formula (II): satisfy the relationship
T'/S'×100≦30: general formula (II)
In other words, it means that the particles have few three-dimensional parts and the particles constituting the linked particle group of the present invention are mainly planar.

一般式(II)においてT'/S'×100は0~30であり、(即ち、0≦T'/S'×100≦30)、0.1~25(即ち、0.1≦T'/S'×100≦25)であることが好ましく、3~20(即ち、0.1≦T'/S'×100≦20)であることがより好ましい。この場合、本発明の連結型粒子群を含む本発明の分散液を研磨材として適用した際に、研磨速度がより高くなるからである。 In the general formula (II), T'/S'×100 is 0 to 30 (that is, 0≦T'/S'×100≦30), 0.1 to 25 (that is, 0.1≦T' /S'×100≦25), more preferably 3 to 20 (that is, 0.1≦T′/S′×100≦20). This is because, in this case, when the dispersion of the present invention containing the linked particle group of the present invention is applied as an abrasive, the polishing rate is further increased.

ここで粒子の立体部分の投影面積(T')および粒子全体の投影面積(S')は、50個の粒子について、各々、前述の方法によって粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)を求め、各々、幾何平均値を算出して得られた値とする。 Here, the projected area (T') of the three-dimensional portion of the grain and the projected area (S') of the entire grain were obtained by the method described above for 50 grains. The projected area (S) of is determined, and the value obtained by calculating the geometric mean value is used.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子または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、5~70m2/gであることがより好ましい。 The particles constituting the linked particle group of the present invention or the composite fine particles of the present invention preferably have a specific surface area of 4 to 100 m 2 /g, more preferably 5 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) was placed in a measurement cell and subjected to degassing treatment at 250° C. for 40 minutes in a nitrogen gas stream. The temperature of liquid nitrogen is maintained in an air stream, and nitrogen is allowed to equilibrate to the sample. Next, the temperature of the sample is gradually raised to room temperature while the mixed gas is flowed, the amount of nitrogen desorbed during this time is detected, and the specific surface area of the sample is measured using a calibration curve prepared in advance.
Such a BET specific surface area measuring method (nitrogen adsorption method) can be performed using, for example, a conventionally known surface area measuring device.
In the present invention, the specific surface area means the value obtained by measuring by such a method unless otherwise specified.

本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子におけるNa、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn及びZr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以下であることが好ましく、1000ppm以下であることがより好ましく、100ppm以下であることがより好ましく、50ppm以下であることがより好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子におけるU、Th、Cl、NO3、SO4及びFの各元素(以下、「特定不純物群2」と称する場合がある)の含有率は、それぞれ5ppm以下であることが好ましい。
Each element of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn and Zr in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the composite fine particles of the present invention (hereinafter referred to as " The content of specific impurity group 1" is preferably 5000 ppm or less, more preferably 1000 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less. It is preferably 25 ppm or less, more preferably 5 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less.
In addition, each element of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F in the particles constituting the linked particle group of the present invention and the composite fine particles of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "specific impurity group 2" ) is preferably 5 ppm or less.

ここで、本発明の連結型粒子群を構成する粒子および本発明の複合微粒子ならびに後述するシリカ系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、シリカ系微粒子の不純分と概ね一致する。
Here, the content of the specific impurity group 1 or specific impurity group 2 in the particles constituting the linked particle group of the present invention, the composite fine particles of the present invention, and the silica-based fine particles described later means the content with respect to the dry amount. do.
The content ratio with respect to the dry amount means the ratio (percentage) of the weight of the measurement object (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) to the mass of the solid content contained in the object. The impurities of the base particles are generally the same as those of the silica-based 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シリカ系微粒子は、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。
このようなシリカ系微粒子を含む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シリカ系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シリカ系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。
In general, silica-based fine particles prepared using water glass as a raw material contain about several thousand ppm in total of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 derived from the raw material water glass.
In the case of a dispersion liquid in which particles containing such silica-based 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 an ion exchange treatment. Even in that case, the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 remain in total from several ppm to several hundred ppm. Therefore, when silica-based fine particles made from water glass are used, the impurities are reduced by acid treatment or the like.
On the other hand, in the case of a dispersion in which silica-based fine particles synthesized using alkoxysilane as a raw material are dispersed in a solvent, the content of each element in the specific impurity group 1 is preferably 100 ppm or less. It is more preferably 20 ppm or less, and 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、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr、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、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr、U及びTh:ICP-MS(誘導結合プラズマ発光分光質量分析)
・Cl:電位差滴定法
・NO3、SO4及びF:イオンクロマトグラフ
In the present invention, each of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U, Th, Cl, NO3 , SO4 and F in the base particles The content of is a value obtained by measuring using the following method.
· Na and K: Atomic absorption spectroscopy · Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U and Th: ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Emission Spectroscopy Mass Spectrometry)
・Cl: potentiometric titration method ・NO 3 , SO 4 and F: ion chromatograph

<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連結型粒子群が溶媒に分散しているものである。
<Dispersion liquid of the present invention>
The dispersion liquid of the present invention will be explained.
The dispersion liquid of the present invention is obtained by dispersing the above-described linked particle group of the present invention in a solvent.

本発明の分散液は溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この溶媒として、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 invention contains water and/or an organic solvent as solvent. As the solvent, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water. Furthermore, the dispersion of the present invention contains at least one selected from the group consisting of polishing accelerators, surfactants, pH adjusters and pH buffers as additives for controlling polishing performance. It is preferably used as a slurry.

また、本発明の分散液を備える溶媒として、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。 In addition, as a solvent provided with the 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, isophorone, cyclohexanone, etc. ketones; amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; ethers such as diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 3,4-dihydro-2H-pyran; 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, glycol ethers such as ethylene glycol dimethyl ether; 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, glycol ether acetates such as 2-butoxyethyl acetate; methyl acetate , Esters such as ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate and ethylene carbonate; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; Aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, isooctane and cyclohexane; Methylene chloride , 1,2-dichloroethane, dichloropropane, halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene; sulfoxides such as dimethylsulfoxide; organic solvents such as pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone and N-octyl-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 content concentration contained in the dispersion liquid 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-110.0~-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)
When cationic colloid titration is performed on the dispersion of the present invention, the ratio of the amount of change in streaming potential (ΔPCD) represented by the following formula (1) to the amount (V) of the cationic colloid titrant added to the knick ( It is preferable to obtain a streaming potential curve in which ΔPCD/V) is -110.0 to -5.0.
ΔPCD/V=(IC)/V Expression (1)
C: Streaming potential (mV) in the knick
I: streaming potential (mV) at the starting point of the streaming potential curve
V: Amount (ml) of the cationic colloid titrant added to the knick

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, cationic colloidal titration is performed by adding a cationic colloidal titrant to 80 g of the dispersion liquid of the present invention adjusted to a solid content concentration of 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 this cationic colloid titration is a graph in which the added 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) at which the streaming potential changes abruptly in a streaming potential curve obtained by cationic colloid titration. Let C (mV) be the streaming potential at the point of inflection, and V (ml) be the amount of cation colloid titrant added at the point of inflection.
The starting point of the streaming potential curve is the streaming potential in the dispersion of the invention before titration. Specifically, the starting point is the point at which the amount of the cationic colloid titrant added is zero. Let the streaming potential at this starting point be I (mV).

上記のΔPCD/Vの値が-110.0~-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シリカ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シリカ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-110.0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シリカ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シリカ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、-100.0~-5.0であることがより好ましく、-100.0~-10.0であることがさらに好ましい。 When the value of .DELTA.PCD/V is -110.0 to -5.0, the polishing rate of the polishing agent is further improved when the dispersion of the present invention is used as the polishing agent. This ΔPCD/V is considered to reflect the degree of coverage of the child particles by the cerium-containing silica 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 silica that is easily detached. be done. The present inventor presumes that when the value of ΔPCD/V is within the above range, the child particles are less likely to be detached during wet pulverization, and the polishing rate is high. Conversely, when the absolute value of ΔPCD/V is greater than −110.0, the surface of the composite fine particles is entirely covered with the cerium-containing silica layer, so child particles are unlikely to fall off in the crushing process, but polishing In some cases, silica is difficult to detach and the polishing rate decreases. On the other hand, if the absolute value is smaller than -5.0, dropout is likely to occur. The present inventor presumes that within the above range, the surfaces of the child particles are appropriately exposed during polishing, less dropout of the child particles occurs, and the polishing rate is further improved. ΔPCD/V is more preferably −100.0 to −5.0, and even more preferably −100.0 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。 The dispersion of the present invention should have a negative streaming potential before the cationic colloid titration is started, that is, when the titer is zero, when the pH value is in the range of 3 to 8. is preferred. This is because when the streaming potential is maintained at a negative potential, abrasive grains (ceria-based composite fine particles) are less likely 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。
本発明の製造方法では、例えば、原料として単粒子状のセリア系複合微粒子が溶媒に分散してなるセリア系複合微粒子分散液を用いる。本出願におけるセリア系複合微粒子分散液は、例えばシリカ一次微粒子(1粒のシリカ系微粒子からなることが好ましい)と、前記シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分としたセリア系複合微粒子(動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nm)が溶媒に分散してなる分散液(固形分濃度が1~20質量%)を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃(好ましくは50~180℃)の範囲にて保持して得られるものである。
<Manufacturing method of the present invention>
A manufacturing method of the present invention will be described.
In the production method of the present invention, for example, a ceria-based composite fine particle dispersion liquid in which single-particle ceria-based composite fine particles are dispersed in a solvent is used as a raw material. The ceria-based composite fine particle dispersion in the present application includes, for example, primary silica fine particles (preferably composed of one silica-based fine particle), a cerium-containing silica layer on the surface of the silica primary fine particles, and the cerium-containing silica layer. child particles dispersed inside, the silica primary fine particles are mainly composed of amorphous silica, and the child particles are ceria-based composite fine particles mainly composed of crystalline ceria (by dynamic light scattering method A dispersion liquid (with a solid content concentration of 1 to 20% by mass) in which the measured average particle diameter is 50 to 350 nm) is dispersed in a solvent in a pH range of 2.0 to 6.0 at a temperature of 30 to 180 ° C. (preferably is obtained by holding in the range of 50 to 180°C).

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。
本発明の製造方法では、初めにシリカ系微粒子分散液を用意する。
The dispersion of the invention is preferably produced by the production method of the invention.
In the production method of the present invention, first, a silica-based fine particle dispersion is prepared.

シリカ系微粒子の態様は特に限定されない。シリカ系微粒子は、前述のシリカ一次微粒子と同様に非晶質シリカを主成分とするものである。ここで主成分の定義もシリカ一次微粒子の場合と同様である。 The form of the silica-based fine particles is not particularly limited. The silica-based fine particles are mainly composed of amorphous silica, like the silica primary fine particles described above. Here, the definition of the main component is also the same as in the case of the silica primary fine particles.

ここで原料として使用されるシリカ系微粒子分散液におけるシリカ系微粒子の平均粒子径は、本発明の製造方法で得られる粒子連結型セリア系複合微粒子分散液における粒子連結型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、50~600nmの範囲のシリカ系微粒子が使用される。
このシリカ系微粒子分散液におけるシリカ系微粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図に基づき、長径短径測定法によって長径および短径を求め、それらの平均値をその粒子の粒径とし、50個の粒子について粒径を測定した後、それらから算出される単純平均値を意味するものとする。
Here, the average particle diameter of the silica-based fine particles in the silica-based fine particle dispersion used as a raw material is the average particle size of the particle-linked ceria-based composite fine particles in the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the production method of the present invention. A smaller diameter is used. Preferably, silica-based microparticles with a range of 50 to 600 nm are used.
The average particle diameter of the silica-based fine particles in this silica-based fine particle dispersion is obtained by determining the major and minor diameters by measuring the major and minor diameters based on a photographic projection obtained by photographing using a scanning electron microscope. The average value is the particle diameter of the particles, and after measuring the particle diameters of 50 particles, it means a simple average value calculated from them.

なお、原料として使用される前記シリカ系微粒子は、粒子径の均一性が高い程、最終的に得られる粒子連結型セリア系複合微粒子の耐久性が向上し、研磨性能にも良い影響を与える傾向にある。粒子連結型セリア系複合微粒子を構成する、シリカ一次微粒子の粒子径のばらつきが大きい場合、例えば、該粒子連結型セリア系複合微粒子を研磨砥粒として用いた際に、粒子連結型セリア系複合微粒子が壊れる場合があり、さらには研磨基板への応力集中により研磨傷が多発する場合がある。 In addition, the silica-based fine particles used as a raw material tend to have a higher degree of uniformity in particle size, the durability of the finally obtained particle-linked ceria-based composite fine particles is improved, and this tends to have a good effect on polishing performance. It is in. When the particle diameter of the primary silica fine particles constituting the particle-linked ceria-based composite fine particles varies greatly, for example, when the particle-linked ceria-based composite fine particles are used as abrasive grains, the particle-linked ceria-based composite fine particles In addition, stress concentration on the polishing substrate may cause many polishing scratches.

前記シリカ系微粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)としては、30%以下が好ましく、20%以下が更に好ましい。この範囲の粒子径分布の変動係数を有するシリカ系微粒子を原料として使用した場合、最終的に得られる粒子連結型セリア系複合微粒子におけるシリカ一次微粒子の粒子径分布の変動係数も原料と同程度となり、より良好な研磨性能を得るうえで好ましい。粒子連結型セリア系複合微粒子におけるシリカ一次微粒子の粒子径分布の変動係数は、30%以下が好ましく、20%以下が更に好ましい。
また、原料として使用されるシリカ系微粒子の平均粒子径の均一性が高い場合は、最終的に得られる粒子連結型セリア系複合微粒子の粒子径分布を複数ピーク様に収束させ易くなる。
The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the silica-based fine particles is preferably 30% or less, more preferably 20% or less. When silica-based fine particles having a variation coefficient of particle size distribution within this range are used as a raw material, the coefficient of variation of the particle size distribution of the silica primary fine particles in the finally obtained particle-linked ceria-based composite fine particles is about the same as that of the raw material. , is preferable for obtaining better polishing performance. The variation coefficient of the particle size distribution of the silica primary fine particles in the particle-linked ceria-based composite fine particles is preferably 30% or less, more preferably 20% or less.
In addition, when the average particle size of the silica-based fine particles used as the raw material is highly uniform, the particle size distribution of the finally obtained particle-linked ceria-based composite fine particles can be easily converged into multiple peaks.

原料として使用されるシリカ系微粒子分散液におけるシリカ系微粒子の短径/長径比は0.1以上、1.0未満であることが好ましく、0.1以上、0.7以下であることがより好ましい。
このシリカ系微粒子分散液におけるシリカ系微粒子の短径/長径比は、走査型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図に基づき、長径短径測定法によって長径および短径を求め、50個の粒子について長径および短径を測定した後、それらから算出される各々の単純平均値を意味するものとする。
The short diameter/long diameter ratio of the silica-based fine particles in the silica-based fine particle dispersion liquid used as a raw material is preferably 0.1 or more and less than 1.0, and more preferably 0.1 or more and 0.7 or less. preferable.
The minor axis/longer axis ratio of the silica-based fine particles in this silica-based fine particle dispersion is obtained by determining the major and minor diameters by the major axis and minor axis measurement method based on a photographic projection obtained by photographing using a scanning electron microscope, After measuring the long diameter and short diameter of 50 particles, each simple average value calculated therefrom shall be meant.

本発明の製造方法によって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、シリカ系微粒子分散液として、アルコキシシランの加水分解により製造したシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を用いることが好ましい。なお、上記以外の従来公知のシリカ系微粒子分散液(水硝子を原料として調製したシリカ系微粒子分散液等)を原料とする場合は、原料水硝子や水硝子から得られる酸性珪酸液を公知の方法で精製して使用したり、得られたシリカ系微粒子分散液を酸処理し、更に脱イオン処理して使用することが好ましい。この場合、シリカ系微粒子に含まれるNa、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が少なくなり、具体的には、100ppm以下となり得るからである。
具体的には、原料であるシリカ系微粒子分散液中のシリカ系微粒子として、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、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
When preparing the dispersion liquid of the present invention that is applied to the polishing of semiconductor devices or the like by the production method of the present invention, silica-based fine particles produced by hydrolysis of alkoxysilane are dispersed in a solvent as the silica-based fine particle dispersion liquid. It is preferable to use a silica-based fine particle dispersion liquid consisting of When a conventionally known silica-based fine particle dispersion other than the above (silica-based fine particle dispersion prepared using water glass as a raw material, etc.) is used as a raw material, the raw material water glass or an acidic silicic acid liquid obtained from water glass is used. It is preferable to use it after purifying it by a method, or to use it after acid-treating the resulting silica-based fine particle dispersion and further deionizing it. In this case, the content of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F contained in the silica-based fine particles is This is because it can be reduced, specifically, to 100 ppm or less.
Specifically, as the silica-based fine particles in the raw material silica-based fine particle dispersion, those satisfying the following conditions (a) and (b) are preferably used.
(a) Contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are each 100 ppm or less.
(b) Contents of U, Th, Cl, NO3 , SO4 and F are each 5 ppm or less.

また、シリカ系微粒子はセリウムとの反応性(セリア重量あたりのシリカ系微粒子の溶解重量)が適度なものが好適に用いられる。シリカ系微粒子はセリウム塩水溶液を添加することで、シリカの一部がセリウム塩(水酸化セリウム等)によって溶解し、シリカ系微粒子のサイズが小さくなり、溶解したシリカ系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シリカ層の前駆体が形成される。この際、シリカ系微粒子がセリウムとの反応性が高い非晶質シリカからなる場合、セリウム含有シリカ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シリカ層が厚膜化したり、その層のシリカ割合が過剰に高くなり、解砕工程で解砕が困難になる。また、シリカ系微粒子がセリウムとの反応性が極度に低い非晶質シリカからなる場合は、セリウム含有シリカ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、過剰なシリカの溶解が抑制され、セリウム含有シリカ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。 In addition, silica-based fine particles having moderate reactivity with cerium (weight of dissolved silica-based fine particles per weight of ceria) are preferably used. By adding a cerium salt aqueous solution to the silica-based fine particles, part of the silica is dissolved by the cerium salt (cerium hydroxide, etc.), the size of the silica-based fine particles is reduced, and cerium fine particles are formed on the surface of the dissolved silica-based fine particles. A precursor of a cerium-containing silica layer containing crystals is formed. At this time, when the silica-based fine particles consist of amorphous silica that is highly reactive with cerium, the precursor of the cerium-containing silica layer becomes thick, and the cerium-containing silica layer formed by firing becomes thick, and the silica in that layer increases. The ratio becomes excessively high, and crushing becomes difficult in the crushing process. Further, when the silica-based fine particles are composed of amorphous silica having extremely low reactivity with cerium, the cerium-containing silica layer is not sufficiently formed, and the ceria particles tend to fall off. When the reactivity with cerium is appropriate, excessive dissolution of silica is suppressed, the cerium-containing silica layer has an appropriate thickness and prevents child particles from falling off, and its strength becomes greater than the strength between composite fine particles. It is desirable because it can be easily crushed.

次に、このシリカ系微粒子分散液へ、セリウム塩水溶液およびアルカリ水溶液を添加する。ここでシリカ系微粒子分散液のpHを7.0~9.0の範囲に維持しながら、ここへセリウム塩水溶液およびアルカリ水溶液を連続的または断続的に添加し、前駆体粒子分散液を調製する。 Next, a cerium salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution are added to this silica-based fine particle dispersion. Here, while maintaining the pH of the silica-based fine particle dispersion in the range of 7.0 to 9.0, a cerium salt aqueous solution and an alkaline aqueous solution are added continuously or intermittently to prepare a precursor particle dispersion. .

ここでセリウム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、それらは速やかにシリカ系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シリカ系微粒子と適度に反応し、セリウム含有シリカ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。 Here, the type of cerium salt is not limited, but cerium chlorides, nitrates, sulfates, acetates, carbonates, metal alkoxides, and the like can be used. Specific examples include cerous nitrate, cerium carbonate, cerous sulfate, and cerous chloride. Among them, trivalent cerium salts such as cerous nitrate, cerous chloride, and cerium carbonate are preferred. Crystalline cerium oxide, cerium hydroxide, etc. are formed from the solution that becomes supersaturated at the same time as the neutralization, and they quickly aggregate and deposit on the silica - based fine particles, finally forming monodisperse ultrafine CeO2 particles. This is because that. Furthermore, the trivalent cerium salt moderately reacts with the silica-based fine particles to easily form a cerium-containing silica layer. Moreover, trivalent cerium, which is highly reactive with the silica film formed on the polished substrate, is easily formed in the ceria crystal, which is preferable. However, sulfate ions, chloride ions, nitrate ions, etc. contained in these metal salts are corrosive. Therefore, if desired, it is necessary to wash in a post-process after preparation to remove it to 5 ppm or less. On the other hand, carbonates are released as carbon dioxide gas during preparation, and alkoxides are decomposed into alcohols, so they can be preferably used.

セリウム塩水溶液と共に添加するアルカリ水溶液として、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。 A known alkali can be used as the alkaline aqueous solution added together with the cerium salt aqueous solution. Specific examples include aqueous ammonia solutions, alkali hydroxides, alkaline earth metals, aqueous solutions of amines, and the like.

シリカ系微粒子分散液に対するセリウムの金属塩の添加量は、得られるセリア系複合微粒子におけるシリカ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ことが好ましい。 The amount of the cerium metal salt added to the silica-based fine particle dispersion is such that the mass ratio of silica and ceria in the obtained ceria-based composite fine particles is 100:11 to 316, as in the case of the composite fine particles of the present invention. It is preferable to set the amount within the range.

アルカリ水溶液の添加量は、pHが7.0~9.0に維持される量とする。 The amount of the alkaline aqueous solution to be added is such that the pH is maintained at 7.0 to 9.0.

また、シリカ系微粒子分散液へのセリウム塩水溶液およびアルカリ水溶液を添加する時間は0.5~24hであることが好ましい。この時間が短すぎるとCeO2超微粒子が凝集して、シリカ系微粒子の表面上でシリカと反応し難くなり、焼成後の解砕工程において、解砕されにくい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、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、シリカ系微粒子に付着せず遊離したCeO2超微粒子をシリカ系微粒子上に付着させる効果があるからである。
Moreover, the time for adding the cerium salt aqueous solution and the alkaline aqueous solution to the silica-based fine particle dispersion is preferably 0.5 to 24 hours. If this time is too short, the CeO2 ultrafine particles agglomerate and become difficult to react with silica on the surface of the silica-based fine particles, and in the crushing process after firing, there is a tendency to form particles that are difficult to crush. I don't like it. Conversely, if this time is too long, the formation of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer will not proceed any further, making it uneconomical.
After addition of the cerium metal salt, aging at 0 to 80° C. may be performed if desired. This is because the aging promotes the reaction of the cerium compound and at the same time has the effect of causing free CeO 2 ultrafine particles that do not adhere to the silica-based fine particles to adhere to the silica-based fine particles.

このような処理によって、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。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。 Through such treatment, a dispersion (precursor particle dispersion) containing particles (precursor particles) that are precursors of the fine composite particles of the present invention is obtained. It is possible to obtain particles having an average crystallite diameter of 2.5 nm or more and less than 10 nm of the CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles.

得られた前駆体粒子分散液を、次の処理に供する前に、純水やイオン交換水などを用いて希釈したり、濃縮したりしてもよい。
また、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。
The obtained precursor particle dispersion may be diluted with pure water, ion-exchanged water, or the like, or concentrated before being subjected to the next treatment.
Further, 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.

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 1 to 27% by mass.

次に、得られた前駆体粒子分散液について乾燥させた後、800~1200℃で焼成する。 Next, the obtained precursor particle dispersion is dried and then fired at 800 to 1200.degree.

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。 The drying method is not particularly limited. It can be dried using a conventionally known dryer. Specifically, a box dryer, a band dryer, a spray dryer, or the like can be used.

乾燥時間は特に限定されないが、1~64hとすることが好ましく、3~24hとすることがより好ましい。 Although the drying time is not particularly limited, it is preferably 1 to 64 hours, more preferably 3 to 24 hours.

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。 Further, it is recommended that the pH of the precursor particle dispersion before drying is preferably 6.0 to 7.0. This is because the 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800~1200℃であるが、1000~1100℃であることが好ましく、1010~1090℃であることがより好ましく、1030~1090℃であることがさらに好ましい。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シリカ層が適度な膜厚となり、セリウム含有シリカ層がシリカ一次微粒子へ強固に結合し、セリウム含有シリカ層に分散した子粒子の脱落が生じ難くなるからである。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、セリウム含有シリカ層が厚くなりすぎたり、シリカ一次微粒子を構成する非晶質シリカが結晶化したり、粒子同士の融着が進む可能性もある。 After drying, the baking temperature is 800 to 1200°C, preferably 1000 to 1100°C, more preferably 1010 to 1090°C, even more preferably 1030 to 1090°C. When fired in such a temperature range, the crystallization of ceria sufficiently progresses, and the cerium-containing silica layer in which the ceria child particles are dispersed has an appropriate thickness, and the cerium-containing silica layer is firmly formed into primary silica fine particles. This is because it is difficult for the child particles dispersed in the cerium-containing silica layer to fall off. Furthermore, sintering in such a temperature range makes it difficult for cerium hydroxide or the like to remain. If this temperature is too high, the ceria crystals will grow abnormally, the cerium-containing silica layer will become too thick, the amorphous silica that constitutes the primary silica fine particles will crystallize, and the fusion between particles will progress. be.

焼成時間は特に限定されないが、1~20hとすることが好ましく、2~10hとすることがより好ましい。 Although the firing time is not particularly limited, it is preferably 1 to 20 hours, more preferably 2 to 10 hours.

このようにして概ね粉状の焼成体を得た後、この焼成体に溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理を施し、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。
After obtaining a roughly powdery sintered body in this way, a solvent is added to the sintered body, and a wet pulverization treatment is performed in the pH range of 8.6 to 10.8 to obtain a pulverized dispersion of the sintered body. get
Here, the sintered body may be dry crushed before being subjected to the wet crushing treatment, and then subjected to the wet crushing treatment.

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。
A conventionally known device can be used as the dry crushing device, and examples thereof include an attritor, a ball mill, a vibrating mill, and a vibrating ball mill.
A conventionally known device can be used as a wet crushing device. - Stator homogenizers, ultrasonic dispersion homogenizers, and wet medium stirring mills (wet pulverizers) such as impact pulverizers in which fine particles in a dispersion collide with each other. Beads used in the wet medium agitating mill include, for example, beads made from glass, alumina, zirconia, steel, flint stone, organic resin, and the like.

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。 Water and/or an organic solvent is used as a solvent for wet pulverization of the sintered body. For example, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water.

湿式解砕ではpHが8.6~10.8の範囲となるように、アンモニア水溶液等のアルカリ水溶液を適宜添加する。
湿式解砕中において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本発明の分散液を、最終的により容易に得ることができる。このような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。これについて本発明者は、本発明の複合微粒子の表面におけるセリウム含有シリカ層が適度に薄くなることや、本発明の複合微粒子の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ためと推定している。さらに解砕中に、セリウム含有シリカ層中のシリカが溶解し再び沈着することで、軟質で易溶解なシリカ層が最外層に形成され、この易溶解性のシリカ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、セリウム含有シリカ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。
In the wet pulverization, an alkaline aqueous solution such as an aqueous ammonia solution is appropriately added so that the pH is in the range of 8.6 to 10.8.
If the pH is maintained in this range during wet disintegration, the amount of change in streaming potential (ΔPCD) represented by the above formula (1) and the amount of cation colloid titrant added in the knick will be reduced when cation colloid titration is performed. Finally, the dispersion of the present invention, which gives a streaming potential curve in which the ratio (ΔPCD/V) to (V) is from −110.0 to −15.0, can be obtained more easily. When such a dispersion of the present invention is used as a polishing agent, the polishing rate is further improved. With respect to this, the present inventor believes that the cerium-containing silica layer on the surface of the composite fine particles of the present invention is moderately thin, and the child particles are appropriately exposed on a part of the surface of the composite fine particles of the present invention, so that the polishing rate is It is presumed that this is because the separation of the ceria particles can be controlled. Furthermore, during pulverization, the silica in the cerium-containing silica layer dissolves and deposits again, forming a soft and easily soluble silica layer as the outermost layer, and this easily soluble silica layer has an adhesive effect with the substrate. It is presumed that the frictional force is improved in In addition, it is presumed that the cerium-containing silica layer is thin or peeled off, so that the child particles are likely to detach to some extent during polishing. ΔPCD/V is more preferably −100.0 to −15.0, and even more preferably −100.0 to −20.0.

なお、湿式解砕工程を経ずに、焼成粉をほぐす程度であったり、溶媒に分散させた後に攪拌や超音波分散、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-110~-5(好ましくは-100.0~-15)の範囲となりにくく、さらに軟質で易溶解性のシリカ層が形成され難い。またセリア子粒子が露出せず研磨速度が低くなる傾向にある。 In addition, without going through the wet pulverization process, even if the baked powder is loosened, or after being dispersed in a solvent, it can be stirred or ultrasonically dispersed, dry pulverization / pulverization, or wet pulverization. If it is outside the range, ΔPCD/V is unlikely to be in the range of -110 to -5 (preferably -100.0 to -15), and it is difficult to form a soft and easily soluble silica layer. Also, the ceria particles are not exposed and the polishing rate tends to be low.

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。 The solid content concentration of the fired body pulverization dispersion liquid is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.3 to 50% by mass, for example.

次に、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することが好ましい。 Next, it is preferable to perform a centrifugal separation process at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more for the fired body pulverized dispersion liquid, and then remove the sediment component.

具体的には、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ことが好ましい。遠心分離処理における相対遠心加速度は300G以上とすることが好ましい。遠心分離処理後、沈降成分を除去することが好ましい。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以下で使用されることが好ましい。 Specifically, it is preferable to classify the fired body pulverized dispersion liquid by centrifugal separation. The relative centrifugal acceleration in the centrifugation process is preferably 300G or more. After the centrifugation treatment, it is preferable to remove the precipitated components. Although the upper limit of the relative centrifugal acceleration is not particularly limited, it is preferably used at 10,000 G or less in practice.

このような処理によって、シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、子粒子は結晶性セリアを主成分とし、動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nmであるセリア系複合微粒子が溶媒に分散しているセリア系複合微粒子が溶媒に分散している分散液を得ることができる。 By such treatment, the silica primary fine particles are mainly composed of amorphous silica, the child particles are mainly composed of crystalline ceria, and the average particle diameter measured by the dynamic light scattering method is 50 to 350 nm. A dispersion liquid in which fine composite particles are dispersed in a solvent and ceria-based fine composite particles are dispersed in a solvent can be obtained.

本発明の製造方法では、このようなセリア系複合微粒子が溶媒に分散している、固形分濃度が1~20質量%である分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃(好ましくは50~180℃)の範囲にて保持する工程を含む処理を経て、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液を得ることができる。 In the production method of the present invention, a dispersion liquid having a solid content concentration of 1 to 20% by mass in which such ceria-based composite fine particles are dispersed in a solvent is prepared at a pH range of 2.0 to 6.0 at a temperature of 30 to 30%. A particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion can be obtained through a treatment including a step of holding at 180° C. (preferably 50 to 180° C.).

ここで固形分濃度、pH、温度等の条件を調整する方法は、前述と同様であってよい。 The method for adjusting the conditions such as solid content concentration, pH and temperature may be the same as described above.

このように固形分濃度が1~20質量%である分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃(好ましくは50~180℃)の範囲にて保持した後、更にpH範囲を10.0以上、温度を50~98℃に保持し、ここへ、珪酸液を連続的または断続的に添加することが好ましい。この場合、得られる粒子連結型セリア系複合微粒子の結合部(ネック部)が成長し、粒子連結型セリア系複合微粒子を構成するセリア系複合微粒子間の結合がより強固になるからである。なお、前記のとおり、前記pH範囲を維持する目的で前記アルカリ水溶液を添加しても構わない。 After holding the dispersion having a solid content concentration of 1 to 20% by mass in this way at a pH range of 2.0 to 6.0 and a temperature range of 30 to 180 ° C. (preferably 50 to 180 ° C.), It is preferred that the pH range is maintained at 10.0 or higher and the temperature is maintained at 50-98° C., and the silicic acid solution is added continuously or intermittently. In this case, the bonding portion (neck portion) of the obtained particle-linked ceria-based composite fine particles grows, and the bonding between the ceria-based composite fine particles constituting the particle-linked ceria-based composite fine particles becomes stronger. In addition, as described above, the alkaline aqueous solution may be added for the purpose of maintaining the pH range.

このような本発明の製造方法によって、本発明の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液を得ることができる。 By such a production method of the present invention, the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention can be obtained.

<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 Grain Dispersion for Polishing>
A liquid containing the dispersion of the present invention can be preferably used as an abrasive dispersion for polishing (hereinafter also referred to as "abrasive dispersion for polishing of the present invention"). In particular, it can be suitably used as a polishing abrasive dispersion for flattening a semiconductor substrate having an SiO 2 insulating film formed thereon. Further, it can be suitably used as a polishing slurry by adding a chemical component to control the polishing performance.

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 grain dispersion for polishing of the present invention has excellent effects such as a high polishing rate when polishing semiconductor substrates, etc., less scratches on the polished surface during polishing, and less residual abrasive grains on the substrate. ing.

本発明の研磨用砥粒分散液は溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この溶媒として、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 for polishing of the present invention contains water and/or an organic solvent as a solvent. As the solvent, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water. Further, in the abrasive dispersion for polishing of the present invention, an additive for controlling polishing performance is selected from the group consisting of polishing accelerators, surfactants, heterocyclic compounds, pH adjusters and pH buffers. By adding more than seeds, it can be 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。
<Grinding accelerator>
The abrasive grain dispersion for polishing of the present invention can be used as a polishing slurry by adding a conventionally known polishing accelerator as necessary, although it varies depending on the type of material to be polished. Examples of such include hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide, and the like, and mixtures thereof. By using a polishing agent composition containing such a polishing accelerator such as hydrogen peroxide, it is possible to effectively improve the polishing rate 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 polishing accelerators include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, oxalic acid and hydrofluoric acid, organic acids such as acetic acid, sodium salts, potassium salts, ammonium salts and amine salts of these acids, and and the like. In the case of a polishing composition containing these polishing accelerators, when a material to be polished consisting of multiple components is polished, the polishing rate of specific components of the material to be polished is accelerated, resulting in a flat polishing. 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 polishing abrasive dispersion of the present invention contains a polishing accelerator, the content thereof 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>
Cationic, anionic, nonionic or amphoteric surfactants or hydrophilic compounds can be added to improve the dispersibility and stability of the abrasive grain dispersion of the present invention. Surfactants and hydrophilic compounds both have the effect of reducing the contact angle with the surface to be polished, and have the effect of promoting uniform polishing. As surfactants and/or hydrophilic compounds, 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 anionic surfactants include carboxylates, sulfonates, sulfate ester salts, and phosphate ester salts. Examples of carboxylates include soaps, N-acylamino acid salts, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether acid salts, acylated peptides; sulfonates such as alkylsulfonates, alkylbenzene and alkylnaphthalenesulfonates, naphthalenesulfonates, sulfosuccinates, α-olefinsulfonates, N-acylsulfonates; sulfate esters As salts, sulfated oils, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkylallyl ether sulfates, alkylamide sulfates; Oxypropylene alkyl allyl ether phosphates may be mentioned.

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; Mention may be made of aminocarboxylates, imidazolinium betaines, lecithins, alkylamine oxides.

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、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、含窒素型として、脂肪酸アルカノー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。 Nonionic surfactants include ether types, ether ester types, ester types, and nitrogen-containing surfactants. Ether types include polyoxyethylene alkyl and alkylphenyl ethers, and ether ester types include glycerin ester polyoxy Examples of ethylene ether and ester type include polyethylene glycol fatty acid ester, and nitrogen-containing type include fatty acid alkanolamide. In addition, fluorine-based surfactants and the like are included.

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。 The surfactant is preferably an anionic surfactant or nonionic surfactant, and the salt includes ammonium salt, potassium salt, sodium salt and the like, with ammonium salt and potassium salt being particularly preferred.

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等のエステル;ポリエチレングリコール等のエーテル;アルギン酸等の多糖類;グリシンアンモニウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン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等のビニル系ポリマ;メチルタウリン酸アンモニウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド等のアミド等を挙げることができる。 Further, other surfactants, hydrophilic compounds, etc. include esters such as glycerin ester; ethers such as polyethylene glycol; polysaccharides such as alginic acid; amino acid salts such as glycine ammonium salts; salts thereof; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol; sulfonic acids such as ammonium methyltaurate and salts thereof; amides such as propionamide.

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 surfactant can be suitably used. If the influence of contamination by metals or halides is to be avoided, it is desirable to use an acid or its ammonium salt 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 for polishing of the present invention contains a surfactant and/or a hydrophilic compound, the total content thereof should be 0.001 to 10 g per 1 L of the abrasive grain dispersion for polishing. is preferred, 0.01 to 5 g is more preferred, and 0.1 to 3 g is particularly preferred.

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。 The content of the surfactant and/or hydrophilic compound is preferably 0.001 g or more in 1 L of the polishing abrasive dispersion in order to obtain a sufficient effect, and preferably 10 g or less in terms of preventing a decrease in polishing speed. .

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。 Surfactants or hydrophilic compounds may be used alone, or two or more may be used, or different types 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>
Regarding the abrasive grain dispersion for polishing of the present invention, in the case where the substrate to be polished contains metal, for the purpose of suppressing erosion of the substrate to be polished by forming a passivation layer or a dissolution inhibiting layer on the metal, A heterocyclic compound may be contained. Here, the "heterocyclic compound" is a compound having a heterocyclic ring containing one or more heteroatoms. Heteroatom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. Heterocycle means a cyclic compound containing at least one heteroatom. heteroatom means only those atoms which form a constituent part of a heterocyclic ring system and which may be external to the ring system, separated from the ring system by at least one non-conjugated single bond, or Atoms that are part of a further substituent of are not meant. Preferred heteroatoms include, but are not limited to, nitrogen, sulfur, oxygen, selenium, tellurium, phosphorus, silicon, and boron atoms. Examples of heterocyclic compounds that can be used include imidazole, benzotriazole, benzothiazole, tetrazole, and the like. More specific examples include 1,2,3,4-tetrazole and the like, but are not limited to these.

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 when blended in the abrasive grain dispersion of the present invention is preferably 0.001 to 1.0% by mass, more preferably 0.001 to 0.7% by mass. is more preferable, and 0.002 to 0.4% by mass is even more preferable.

<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>
Acids or bases and salt compounds thereof can be added as necessary to adjust the pH of the polishing composition in order 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 pH 7 or more, an alkaline pH adjuster is used. Amines such as sodium hydroxide, aqueous ammonia, ammonium carbonate, ethylamine, methylamine, triethylamine and tetramethylamine are preferably 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 are used, such as hydroxy acids such as acetic acid, lactic acid, citric acid, malic acid, tartaric acid and glyceric acid.

<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>
A pH buffer may be used to keep the pH value of the abrasive dispersion of the present invention constant. Phosphates such as ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, ammonium tetraborate tetrahydrate, and borates or organic acid salts can be used as pH buffers.

また、本発明の研磨用砥粒分散液の溶媒として、例えばメタノール、エタノールなどのアルコール類;アセトンなどのケトン類;N,N-ジメチルホルムアミドなどのアミド類;ジエチルエーテルなどのエーテル類;2-メトキシエタノー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 solvents for the abrasive grain dispersion of the present invention include alcohols such as methanol and ethanol; ketones such as acetone; amides such as N,N-dimethylformamide; ethers such as diethyl ether; Glycol ethers such as methoxyethanol; Glycol ether acetates such as 2-methoxyethyl acetate; Esters such as methyl acetate and ethyl acetate; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; Hexane, heptane, isooctane, cyclohexane Halogenated hydrocarbons such as methylene chloride; Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; N-methyl-2-pyrrolidone, N-octyl-2-pyrrolidone and other pyrrolidones using organic solvents such as be able to. 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。 The concentration of solids contained in the abrasive grain dispersion for polishing of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 50 mass %. If this solid content concentration is too low, the required polishing rate may not be achieved. Conversely, even if the solid content concentration is too high, there are few cases where the polishing rate is further improved.

後述する実施例にて得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液および比較例にて得られた分散液に含まれる粒子について、次に説明する物性試験および研磨性試験を行った。 Particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples described later and particles contained in dispersions obtained in Comparative Examples were subjected to physical property tests and abrasiveness tests described below.

<物性試験1:連結型粒子群におけるシリカ一次微粒子の平均粒子径>
初めに、各実施例および各比較例によって得られた分散液について、STEM-EDSを用いて前述のような元素マッピング法によって元素マップを得た。
次に、その元素マップにおいて母粒子(Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる部分)を特定し、その形状から、元素マップにおける母粒子を構成するシリカ一次微粒子を特定した。
次に、長径短径測定法によって、そのシリカ一次微粒子の長径と短径とを測定し、その単純平均値を、そのシリカ一次微粒子の粒子径とした(図1参照)。
このようにして分散液に含まれる50個の粒子におけるシリカ一次微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、その分散液に含まれる粒子(本発明の連結型粒子群)におけるシリカ一次微粒子の平均粒子径とした。
なお、実施例および比較例においては、STEM-EDSとして、日本電子(株)社製、商品番号:JEM2100を用いた。
(比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。)
<Physical Property Test 1: Average Particle Size of Silica Primary Fine Particles in Linked Particle Group>
First, element maps were obtained by the above-described elemental mapping method using STEM-EDS for the dispersion liquids obtained in each example and each comparative example.
Next, in the elemental map, the mother particles (parts where the ratio (percentage) of Ce molar concentration to the sum of Ce molar concentration and Si molar concentration (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) is less than 3%) are specified, Based on the shape, the primary silica fine particles forming the base particles in the elemental map were identified.
Next, the major diameter and minor diameter of the silica primary fine particles were measured by the major diameter and minor diameter measuring method, and the simple average value was taken as the particle diameter of the silica primary fine particles (see FIG. 1).
The particle diameters of the silica primary fine particles in 50 particles contained in the dispersion are measured in this way, and the value obtained by simple averaging is calculated as the particles contained in the dispersion (connected particle group of the present invention). ) was the average particle size of the silica primary fine particles.
In the examples and comparative examples, a STEM-EDS manufactured by JEOL Ltd., product number: JEM2100 was used.
(In Comparative Example 1, single-particle ceria-based composite fine particles were similarly measured.)

<物性試験2:本発明の連結型粒子群におけるシリカ一次微粒子の連結個数>
各実施例および各比較例によって得られた分散液について、元素マッピング法によって母粒子を特定し、さらにその形状から、母粒子を構成するシリカ一次微粒子を特定して、1つの母粒子を構成するシリカ一次微粒子の連結個数を測定した。
そして、50個の母粒子について、シリカ一次微粒子の連結個数を測定し、幾何平均値を求め、得られた値を、その分散液における連結個数とした。
<Physical Property Test 2: Number of Linked Primary Silica Fine Particles in Linked Particle Group of the Present Invention>
For the dispersion obtained in each example and each comparative example, the base particles are specified by the elemental mapping method, and the silica primary fine particles constituting the base particles are specified from the shape thereof to form one base particle. The number of connected silica primary fine particles was measured.
Then, the number of connected silica primary fine particles was measured for 50 mother particles, the geometric mean value was obtained, and the obtained value was used as the number of connected silica particles in the dispersion.

<物性試験3:本発明の連結型粒子群についての平均粒子径測定>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液について、動的光散乱法によって平均粒子径を求めた。具体的には粒子径測定装置である大塚電子社製、ELSZ-1000を用いて、キュムラント法により粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる粒子連結型セリア系複合微粒子の平均粒子径を測定した。
なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 3: Average Particle Size Measurement of Linked Particle Group of the Present Invention>
The average particle size of the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in each of the examples and comparative examples was determined by a dynamic light scattering method. Specifically, using a particle size measuring device, ELSZ-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., the average particle size of the particle-linked ceria-based composite fine particles contained in the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid is measured by the cumulant method. did.
In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験4:粒子連結型セリア系複合微粒子の短径/長径比>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる連結型粒子群を構成する粒子について、透過型電子顕微鏡(TEM)によって倍率30万倍(ないしは50万倍)で写真撮影し、得られた写真投影図において、長径短径測定法によって50個以上の粒子について長径(DL)および短径(DS)を測定し、各々、幾何平均値を求め、得られた値を、その粒子連結型セリア系複合微粒子の長径(DL)および短径(DS)とした。そして、短径/長径比を求めた。
なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 4: Short Diameter/Long Diameter Ratio of Particle-Linked Ceria-Based Composite Fine Particles>
Particles constituting linked particle groups contained in particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were observed with a transmission electron microscope (TEM) at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times). In the resulting photographic projection view, the major diameter (DL) and minor diameter (DS) are measured for 50 or more particles by the major diameter and minor diameter measurement method, and the geometric mean value is obtained. The values were defined as the long diameter (DL) and short diameter (DS) of the particle-linked ceria-based composite fine particles. Then, the minor axis/longer axis ratio was determined.
In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験5:式(II)の計算>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる連結型粒子群を構成する粒子を走査型電子顕微鏡を用いて5万倍にて得られる画像または写真を用意し、SEM像を画像解析ソフト(例えば、Visualization Sciences Group製Avizo ver.6.0)にて、一つの粒子全体の投影面積(S)を求め、更に同粒子上の立体部分を目視で判定し、該立体部分のみを指定して同ソフトにより立体部分の投影面積(T)を求めた。
次に、ランダムに選択した50個の粒子について、同様にしてそれぞれ立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)を求め、幾何平均値を算出して得られた値を、その連結型粒子群を構成する粒子の立体部分の投影面積(T')および粒子全体の投影面積(S')とした。
そして、T'/S'×100の値を算出した。
なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に算定した。
<Physical Property Test 5: Calculation of Formula (II)>
Prepare an image or photograph of the particles constituting the linked particle group contained in the particle linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid obtained in each example and comparative example, obtained by using a scanning electron microscope at a magnification of 50,000. Then, the SEM image is analyzed using image analysis software (for example, Avizo ver. 6.0 manufactured by Visualization Sciences Group) to determine the projected area (S) of the entire particle, and the three-dimensional portion on the particle is visually determined. , the projected area (T) of the three-dimensional portion was determined by the same software by designating only the three-dimensional portion.
Next, for 50 randomly selected particles, the projected area (T) of the three-dimensional portion and the projected area (S) of the entire particle are obtained in the same manner, and the value obtained by calculating the geometric mean value is The projected area (T') of the three-dimensional portion of the particles constituting the connected type particle group and the projected area (S') of the entire particle were used.
Then, the value of T'/S'×100 was calculated.
In Comparative Example 1, the same calculation was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験6:非尖突度の測定>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる連結型粒子群を構成する粒子の非尖突値および非尖突度については、各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる連結型粒子群を構成する粒子を走査型電子顕微鏡を用いて5万倍にて得られる画像または写真を用意し、前述の方法によって測定した。なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 6: Measurement of Non-Kuspiciousness>
The non-cuspidity value and the non-cuspidity of the particles constituting the linked particle group contained in the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion obtained in each example and comparative example are described in each example and comparative example. Using a scanning electron microscope, prepare an image or photograph of the particles constituting the linked particle group contained in the resulting particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion at a magnification of 50,000, and measure by the method described above. did. In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験7:平面状に伸長している連結粒子の割合>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる連結型粒子群を構成する粒子について、平面状に伸長している連結粒子の割合の測定方法について説明する。この連結型粒子群を構成する粒子について、前記物性試験1と同様にSTEM-EDS法によって母粒子を特定し、さらにその形状から、母粒子を構成するシリカ一次微粒子を特定して、1つの母粒子を構成する連結個数を測定する。そして、4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を含む粒子を50個特定する。次に、特定された4個以上のシリカ一次微粒子が連結している母粒子を有する粒子のうち、シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している母粒子を有する粒子の個数割合(百分率)を求める。
なお、シリカ一次微粒子が平面状に伸長しているか否かは、前述の基準によって判断した。
<Physical Property Test 7: Proportion of Connected Particles Stretching Planar>
A method for measuring the ratio of planarly elongated connected particles of the particles constituting the connected particle groups contained in the particle-connected ceria-based composite fine particle dispersions obtained in each of Examples and Comparative Examples will be described. Regarding the particles constituting this connected type particle group, the base particles are specified by the STEM-EDS method in the same manner as in the physical property test 1, and the silica primary fine particles constituting the base particles are specified from their shapes, and one base is obtained. The number of connected particles that constitute the particle is measured. Then, 50 particles including base particles in which four or more silica primary fine particles are connected are specified. Next, among the particles having mother particles in which four or more silica primary fine particles are connected, the number ratio (percentage) of the particles having mother particles in which the silica primary fine particles are connected while extending in a plane ).
Whether or not the silica primary fine particles are elongated in a plane was determined according to the aforementioned criteria.

<物性試験8:連結個数分布におけるピークの本数>
各実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液について、物性試験2に記載の方法と同様に50個の母粒子について、シリカ一次微粒子の連結個数を測定し、連結個数分布(X軸:連結個数、Y軸:各連結個数を有する粒子の個数)におけるピークの本数を計測した。なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 8: Number of Peaks in Linked Number Distribution>
Regarding the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid obtained in each of the examples and comparative examples, the number of linked silica primary fine particles was measured for 50 mother particles in the same manner as described in physical property test 2. The number of peaks in the distribution (X axis: number of connections, Y axis: number of particles having each number of connections) was measured. In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験9:シリカ系微粒子の粒子径分布の変動係数の測定>
原料として使用したシリカ系微粒子分散液(シリカ濃度0.05質量%)について、走査型電子顕微鏡(SEM)によって倍率5万倍で写真撮影し、シリカ系微粒子50個について平均粒子径を測定し、それらの標準偏差を算定し、更に該標準偏差を該平均値で除すことにより、シリカ系微粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)[%]を算定した。走査型電子顕微鏡としては、前記の日本電子(株)社製、商品番号:JEM2100を使用した。なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 9: Measurement of Variation Coefficient of Particle Size Distribution of Silica-based Fine Particles>
The silica-based fine particle dispersion liquid (silica concentration: 0.05% by mass) used as a raw material was photographed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 50,000 times, and the average particle diameter of 50 silica-based fine particles was measured. The standard deviation was calculated, and the standard deviation was divided by the average value to calculate the coefficient of variation (CV value) [%] in the particle size distribution of the silica-based fine particles. As the scanning electron microscope, the product number JEM2100 manufactured by JEOL Ltd. was used. In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験10:平均ネック深さ(Lm)の測定>
各実施例および比較例において得られた本発明の連結型粒子群の平均ネック深さについて、前述の方法によって測定した。
<Physical Property Test 10: Measurement of Average Neck Depth (Lm)>
The average neck depth of the linked particle group of the present invention obtained in each example and comparative example was measured by the method described above.

<物性試験11:SiO2含有量とCeO2含有量との比(質量部)の測定>
実施例および比較例において得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液に含まれる粒子におけるCeO2含有量およびSiO2含有量の測定方法について説明する。
初めに、粒子連結型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た後、ICPプラズマ発光分析装置(例えば、SII製、SPS5520)を用いて標準添加法によってSi含有率を測定し、SiO2質量%を算出した。次に、SiO2以外の固形分の成分はCeO2であるとして、CeO2の含有率(質量%)を求めた。そして、SiO2含有量とCeO2含有量との比(質量部)を求めた。なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical Property Test 11: Measurement of Ratio (Parts by Mass) of SiO 2 Content to CeO 2 Content>
A method for measuring the CeO 2 content and the SiO 2 content in the particles contained in the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples will be described.
First, the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion is subjected to ignition loss at 1000° C., and the mass of the solid content is determined. The content was measured and the SiO2 mass % was calculated. Next, the CeO 2 content (% by mass) was obtained assuming that the solid component other than SiO 2 was CeO 2 . Then, the ratio (mass part) between the SiO 2 content and the CeO 2 content was obtained. In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<物性試験12:結晶型の測定および平均結晶子径の測定>
実施例および比較例で得られた粒子連結型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、結晶型を特定した。
また、得られたX線回折パターンにおける2θ=28度近傍の(111)面(2θ=28度近傍)のピークの半価全幅を測定し、前述のScherrerの式により、平均結晶子径を求めた。なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Physical property test 12: Measurement of crystal type and measurement of average crystallite size>
The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were dried using a conventionally known dryer, and the resulting powder was pulverized in a mortar for 10 minutes and subjected to X-ray diffraction analysis (Rigaku). An X-ray diffraction pattern was obtained using RINT1400 (manufactured by Denki Co., Ltd.) to identify the crystal type.
In addition, the full width at half maximum of the peak of the (111) plane (near 2θ = 28 degrees) near 2θ = 28 degrees in the obtained X-ray diffraction pattern is measured, and the average crystallite diameter is obtained by the aforementioned Scherrer equation. rice field. In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<研磨性能試験1:研磨速度の測定>
実施例および比較例の各々において得られた粒子連結型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。ここで研磨用砥粒分散液の固形分濃度は0.6質量%とし、また、硝酸を添加してpHは5.0とした。
次に、被研磨基板として、熱酸化法により作製したSiO2絶縁膜(厚み1μm)基板を準備した。
次に、この被研磨基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「IC-1000/SUBA400同心円タイプ」)を使用し、基板荷重0.5MPa、テーブル回転速度90rpmで研磨用砥粒分散液を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。
なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Polishing Performance Test 1: Measurement of Polishing Rate>
Polishing abrasive dispersions containing the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersions obtained in each of Examples and Comparative Examples were prepared. Here, the solid content concentration of the abrasive grain dispersion for polishing was set to 0.6% by mass, and nitric acid was added to set the pH to 5.0.
Next, as a substrate to be polished, a SiO 2 insulating film (thickness 1 μm) substrate prepared by a thermal oxidation method was prepared.
Next, this substrate to be polished is set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nanofactor Co., Ltd.), and a polishing pad ("IC-1000/SUBA400 concentric type" manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) is used to apply a substrate load of 0.5 MPa and a table. Polishing was performed by supplying the polishing abrasive dispersion at a rate of 50 ml/min for 1 minute at a rotating speed of 90 rpm.
Then, the change in weight of the substrate to be polished before and after polishing was obtained to calculate the polishing rate.
In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

<研磨性能試験2:スクラッチの個数>
実施例および比較例の各々において得られた粒子連結型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。ここで研磨用砥粒分散液の固形分濃度は9質量%とし、また、硝酸を添加してpHは2.0に調整した。
次に、アルミハードディスク用基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「ポリテックスφ12」)を使用し、基板負荷0.05MPa、テーブル回転速度30rpmで研磨用砥粒分散液を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 「※」
なお、比較例1においては単粒子状のセリア系複合微粒子について同様に測定した。
<Polishing Performance Test 2: Number of Scratches>
A polishing abrasive dispersion containing the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion obtained in each of the examples and comparative examples was prepared. Here, the solid content concentration of the abrasive grain dispersion for polishing was set to 9% by mass, and nitric acid was added to adjust the pH to 2.0.
Next, the aluminum hard disk substrate was set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nanofactor Co., Ltd.), and a polishing pad ("Polytex φ12" manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.) was used. Polishing is performed by supplying a polishing abrasive dispersion for 5 minutes at a rate of 20 ml / minute, and using an ultrafine defect / visualization macro device (manufactured by VISION PSYTEC, product name: Micro-Max), the entire surface is zoomed 15. The number of scratches (linear scratches) present on the surface of the polished substrate corresponding to 65.97 cm 2 was counted and totaled, and evaluated according to the following criteria.
Number of linear scratches Evaluation Less than 50 "very few"
From 50 to less than 80 "Few"
80 or more "many"
At least 80 or more, so many that the total number cannot be counted "*"
In Comparative Example 1, the same measurement was performed for single-particle ceria-based composite fine particles.

[実施例1]
《シリカ系微粒子分散液(シリカ系微粒子の平均粒子径43nm)》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および混合液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%、走査型電子顕微鏡写真を用いた長径短径測定法により測定された平均粒子径43nmのシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を9,646.3g得た。
[Example 1]
Preparation of <<silica-based fine particle dispersion (silica-based fine particles have an average particle diameter of 43 nm)>> 12,090 g of ethanol and 6,363.9 g of normal ethyl silicate were mixed to obtain a mixed solution a1. Next, 6,120 g of ultrapure water and 444.9 g of 29% aqueous ammonia were mixed to obtain a mixture b 1 .
Next, 192.9 g of ultrapure water and 444.9 g of ethanol were mixed to prepare a bed water.
Then, the bed water was adjusted to 75° C. with stirring, and mixed solution a 1 and mixed solution b 1 were simultaneously added thereto so that the addition was completed in 10 hours. After the addition was completed, the liquid temperature was kept at 75° C. for 3 hours for aging, and then the solid content concentration was adjusted to 19% by mass of SiO 2 solid content. 9,646.3 g of a silica-based fine particle dispersion was obtained in which silica-based fine particles having an average particle diameter of 43 nm measured by the method were dispersed in a solvent.

《シリカ系微粒子分散液(シリカ系微粒子の平均粒子径:80nm)》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のシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液922.1gを加えた。
そして、シリカ系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および混合液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の高純度シリカ系微粒子分散液を得た。
この高純度シリカ系微粒子分散液に含まれるシリカ系微粒子は、走査型電子顕微鏡写真を用いた長径短径測定法により測定した平均粒子径が80nmであった。
Preparation of <<silica-based fine particle dispersion (average particle size of silica-based fine particles: 80 nm)>> 2,733.3 g of methanol and 1,822.2 g of normal ethyl silicate were mixed to obtain a mixed solution a2 .
Next, 1,860.7 g of ultrapure water and 40.6 g of 29% aqueous ammonia were mixed to obtain a mixed solution b2.
Next, 59 g of ultrapure water and 1,208.9 g of methanol were mixed to obtain a silica-based fine particle dispersion liquid 922.922.1, which was prepared by dispersing silica-based fine particles having an average particle diameter of 60 nm obtained in the previous step in a solvent. 1 g was added.
Then, the bed water containing the silica-based fine particle dispersion is adjusted to 65° C. while stirring, and mixed solution a 2 and mixed solution b 2 are added simultaneously so that the addition is completed in 18 hours. gone. After the addition was completed, the liquid temperature was kept at 65° C. for 3 hours for aging, and then the solid content concentration (SiO 2 solid content concentration) was adjusted to 19% by mass, and 3,600 g of high-purity silica-based fine particles were dispersed. I got the liquid.
The silica-based fine particles contained in this high-purity silica-based fine particle dispersion liquid had an average particle diameter of 80 nm as measured by a major axis and minor axis measurement method using a scanning electron micrograph.

次に、この高純度シリカ系微粒子分散液(シリカ系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。
得られたシリカ系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-1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-based fine particle dispersion (average particle diameter of silica-based fine particles: 108 nm) and stirred for 30 minutes. The resin was separated. The pH at this time was 5.1.
Ultrapure water was added to the obtained silica-based fine particle dispersion to obtain 6,000 g of A-1 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-1液を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium (III) nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Kagaku Co., Ltd., 4N high-purity reagent) to obtain liquid B-1 with a content of 2.5% by mass in terms of CeO 2 .

次に、A-1液(6,000g)を50℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへB-1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、pH7.9~8.7維持するようにした。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、酸化還元電位は正の値を保った。
そして、B-1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 solution A-1 (6,000 g) was raised to 50° C., and while stirring, solution B-1 (8,453 g, 117 parts of CeO 2 was added to 100 parts by mass of SiO 2 ). .4 parts by weight) was added over 18 hours. During this time, the liquid temperature was maintained at 50° C., and 3% aqueous ammonia was added as necessary to maintain the pH at 7.9 to 8.7. During addition of solution B-1 and during aging, preparation was carried out while blowing air into the prepared solution, and the oxidation-reduction potential was maintained at a positive value.
After the addition of solution B-1 was completed, the temperature of the solution was raised to 93° C. and aging was carried out for 4 hours. After the aging was completed, the product was allowed to stand indoors for cooling, and after cooling to room temperature, the product was washed with an ultramembrane while replenishing ion-exchanged water. The precursor particle dispersion obtained after washing had a solid content concentration of 7% by mass, a pH of 9.1 (at 25°C), and an electrical 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、1088℃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 acetic acid aqueous solution was added to the obtained precursor particle dispersion to adjust the pH to 6.5, dried in a dryer at 100°C for 16 hours, and then dried in a muffle furnace at 1088°C. Firing was performed 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10.1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%のセリア系複合微粒子分散液を得た。
310 g of the powder obtained after firing and 430 g of ion-exchanged water are placed in a 1 L beaker with a handle, a 3% aqueous ammonia solution is added thereto, and the mixture is irradiated with ultrasonic waves for 10 minutes in an ultrasonic bath while stirring. A suspension of pH 10 (temperature 25° C.) was obtained.
Next, 595 g of quartz beads with a diameter of 0.25 mm were put into a crusher (LMZ06, manufactured by Ashizawa Fine Tech Co., Ltd.) that had been cleaned and water-operated in advance, and the above suspension was added to the charge tank of the crusher. Filled (85% fill factor). Considering the residual ion-exchanged water in the pulverizing chamber and pipes of the pulverizer, the concentration at the time of pulverization was 25% by mass. Then, wet pulverization and pulverization were performed under the conditions of a disk peripheral speed of 12 m/sec, a number of passes of 25, and a residence time of 0.43 minutes per pass. In addition, a 3% aqueous ammonia solution was added in each pass so as to maintain the pH of the suspension at 10.1 during pulverization and pulverization. Thus, a ceria-based composite fine particle dispersion having a solid concentration of 22% by mass was obtained.

このようにして得た固形分濃度22質量%のセリア系複合微粒子分散液を、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1700Gで1分間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液(平均粒子径(動的光散乱法による)134nm、固形分濃度20.5質量%)を得た。
このセリア系複合微粒子分散液(固形分濃度20.5質量%)390gに純水1178gを加え、固形分濃度5.1質量%に希釈した。
このセリア系複合微粒子分散液1568gに、陽イオン交換樹脂SK1BHを40gを投入し、60分間撹拌し、陽イオン交換を行った。陽イオン交換後メッシュを用いて樹脂分離を行い、セリア系複合微粒子分散液(陽イオン交換品)を得た。
このセリア系複合微粒子分散液(陽イオン交換品、固形分濃度5.1質量%)から784gを小分けし、そこにpH緩衝剤として酢酸アンモニウム水溶液(酢酸濃度7質量%)24g添加し、pHを4.5に調整し、加熱処理(90℃、5時間)を行い、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液を得た。この粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の動的光散乱法により測定された平均粒子径は303nmであった。
続いて、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液(加熱処理品)から500gを小分けし、そこに陰イオン交換樹脂(SANUP B)25gを投入し、60分間撹拌し、陰イオン交換を行い、続いてメッシュを用いて樹脂分離を行い、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液(陰イオン交換品)を得た。
The thus-obtained ceria-based composite fine particle dispersion having a solid concentration of 22% by mass is centrifuged for 1 minute at a relative centrifugal acceleration of 1700 G using a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G"). Then, the precipitated components were removed to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion (average particle diameter (by dynamic light scattering method): 134 nm, solid content: 20.5% by mass).
1178 g of pure water was added to 390 g of this ceria-based composite fine particle dispersion (solid concentration: 20.5% by mass) to dilute to a solid content concentration of 5.1% by mass.
40 g of cation exchange resin SK1BH was added to 1568 g of this ceria-based composite fine particle dispersion, and the mixture was stirred for 60 minutes to carry out cation exchange. After cation exchange, the resin was separated using a mesh to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion (cation-exchanged product).
784 g of this ceria-based composite fine particle dispersion (cation exchange product, solid content concentration 5.1% by mass) was subdivided, and 24 g of an ammonium acetate aqueous solution (acetic acid concentration 7% by mass) was added as a pH buffer to adjust the pH. The temperature was adjusted to 4.5 and heat treatment (90° C., 5 hours) was performed to obtain a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion. The average particle size of this particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion measured by a dynamic light scattering method was 303 nm.
Subsequently, 500 g of the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion (heat-treated product) was subdivided, 25 g of an anion exchange resin (SANUP B) was added, stirred for 60 minutes, and anion exchange was performed. The resin was separated using a mesh to obtain a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion (anion-exchanged product).

このようにして得られた粒子連結型セリア系複合微粒子分散液(陰イオン交換品)に含まれる粒子連結型セリア系複合微粒子について、前記[STEM-EDS分析]に記した方法で、STEM-EDS分析(20万倍)の元素マップを得た。そして、この元素マップから本実施例に係る粒子連結型セリア系複合微粒子が、複数のシリカ一次微粒子が連結している母粒子と、母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有していることを確認した。
また、このようにして得られた粒子連結型セリア系微粒子分散液について、物性試験1~12と、研磨性能試験1及び2を行った。その結果を第1表に記す。
The particle-linked ceria-based composite fine particles contained in the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion (anion exchange product) thus obtained were subjected to STEM-EDS by the method described in [STEM-EDS analysis] above. An elemental map of the analysis (×200,000) was obtained. Then, from this elemental map, the particle-linked ceria-based composite fine particles according to the present example are composed of a mother particle in which a plurality of silica primary fine particles are linked, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and a cerium-containing silica layer It was confirmed that it has child particles dispersed inside.
Further, physical property tests 1 to 12 and polishing performance tests 1 and 2 were performed on the particle-linked ceria-based fine particle dispersion thus obtained. The results are shown in Table 1.

なお、実施例1において得られた分散液について、物性試験1と同様の方法によって元素マップを得た後、長径短径測定法によって得たシリカ一次微粒子の長径と短径とを単純平均して求めた粒子径が101nmであり、物性試験4と同様の方法によって得られた写真投影図において長径短径測定法によって測定した長径(DL)および短径(DS)とから求められた短径/長径比が0.8であり、物性試験5と同様に走査型電子顕微鏡を用いて5万倍にて得られる画像または写真におけるSEM像を画像解析ソフトにて一つの粒子全体の投影面積(S)を求め、更に同粒子上の立体部分を目視で判定し、該立体部分のみを指定して同ソフトにより立体部分の投影面積(T)を求め、それより求めたT/Sが0であり、部位αおよび部位βが何れも尖突部構造を取らない粒子(FαとFβの何れもが120°以上)が存在することを確認した。 For the dispersion liquid obtained in Example 1, after obtaining an elemental map by the same method as in physical property test 1, the length and breadth of the silica primary fine particles obtained by the length and breadth measuring method were simply averaged. The obtained particle diameter is 101 nm, and the short diameter/short diameter obtained from the long diameter (DL) and short diameter (DS) measured by the long diameter and short diameter measurement method in the photographic projection obtained by the same method as in physical property test 4. The length ratio is 0.8, and the projected area (S ), then visually determine the three-dimensional portion on the same particle, specify only the three-dimensional portion, and obtain the projected area (T) of the three-dimensional portion using the same software. , the presence of particles in which neither site α nor site β has a pointed structure (both Fα and Fβ are 120° or more).

[実施例2]
実施例1と同様の方法でセリア系複合微粒子分散液(平均粒子径(動的光散乱法による)134nm、固形分濃度20.5質量%)を得た。
このセリア系複合微粒子分散液(固形分濃度20.5質量%)390gに純水402gを加え、固形分濃度10.1質量%に希釈した。
このセリア系複合微粒子分散液792gに、陽イオン交換樹脂SK1BHを40gを投入し、60分間撹拌し、陽イオン交換を行った。陽イオン交換後メッシュを用いて樹脂分離を行い、セリア系複合微粒子分散液(陽イオン交換品)を得た。
このセリア系複合微粒子分散液(陽イオン交換品、固形分濃度10.1質量%)から700gを小分けし、そこにpH緩衝剤として酢酸アンモニウム水溶液(酢酸濃度7質量%)43gを添加し、pHを4.5に調整し、加熱処理(90℃、16時間)を行い、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液を得た。この粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の動的光散乱法により測定された平均粒子径は406nmであった。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, a ceria-based composite fine particle dispersion (average particle size (according to dynamic light scattering method) of 134 nm, solid content concentration of 20.5% by mass) was obtained.
402 g of pure water was added to 390 g of this ceria-based composite fine particle dispersion (solid content concentration: 20.5 mass %) to dilute the solid content concentration to 10.1 mass %.
40 g of cation exchange resin SK1BH was added to 792 g of this ceria-based composite fine particle dispersion, and the mixture was stirred for 60 minutes to carry out cation exchange. After cation exchange, the resin was separated using a mesh to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion (cation-exchanged product).
700 g of this ceria-based composite fine particle dispersion (cation exchange product, solid content concentration 10.1% by mass) was subdivided, and 43 g of an ammonium acetate aqueous solution (acetic acid concentration 7% by mass) was added as a pH buffer. was adjusted to 4.5, heat treatment (90° C., 16 hours) was performed, and a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion was obtained. The average particle diameter of this particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid measured by a dynamic light scattering method was 406 nm.

なお、実施例2において得られた分散液について、物性試験1と同様の方法によって元素マップを得た後、長径短径測定法によって得たシリカ一次微粒子の長径と短径とを単純平均して求めた粒子径が101nmであり、物性試験4と同様の方法によって得られた写真投影図において長径短径測定法によって測定した長径(DL)および短径(DS)とから求められた短径/長径比が0.5であり、物性試験5と同様に走査型電子顕微鏡を用いて5万倍にて得られる画像または写真におけるSEM像を画像解析ソフトにて一つの粒子全体の投影面積(S)を求め、更に同粒子上の立体部分を目視で判定し、該立体部分のみを指定して同ソフトにより立体部分の投影面積(T)を求め、それより求めたT/Sが0であり、部位αおよび部位βが何れも尖突部構造を取らない粒子(FαとFβの何れもが120°以上)が存在することを確認した。 For the dispersion liquid obtained in Example 2, after obtaining an elemental map by the same method as in physical property test 1, the major diameter and minor diameter of the primary silica fine particles obtained by the major diameter and minor diameter measurement method were simply averaged. The obtained particle diameter is 101 nm, and the short diameter/short diameter obtained from the long diameter (DL) and short diameter (DS) measured by the long diameter and short diameter measurement method in the photographic projection obtained by the same method as in physical property test 4. The major axis ratio is 0.5, and the projected area (S ), then visually determine the three-dimensional portion on the same particle, specify only the three-dimensional portion, and obtain the projected area (T) of the three-dimensional portion using the same software. , the presence of particles in which neither site α nor site β has a pointed structure (both Fα and Fβ are 120° or more).

[比較例1]
[シリカ系微粒子分散液の調製]
ヒュームドシリカ(日本アエロジル社製、AEROSIL50)300gにイオン交換水3986gを加え、φ0.25mmの高純度シリカビーズ(大研化学工業株式会社製、アシザワファインテック社製ビーズミルLMZ06)を用い、湿式解砕、粉砕を行い、固形分濃度7質量%のシリカ系微粒子分散液4286gを得た。
上記得られたシリカ系微粒子分散液2571gに超純水3387.7gと3%アンモニア29.7gを加えて混合し、SiO2固形分濃度3質量%の分散液6000g(以下、A-2液ともいう)を得た。このA-2液(シリカ系微粒子分散液)に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径(測定法:走査型電子顕微鏡写真を用いた長径短径測定法)は、32nmであった。
[Comparative Example 1]
[Preparation of silica-based fine particle dispersion]
Add 3986 g of ion-exchanged water to 300 g of fumed silica (AEROSIL50, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), and perform wet decomposition using high-purity silica beads of φ0.25 mm (bead mill LMZ06, manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd., manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd.). Crushing and pulverization were carried out to obtain 4286 g of a silica-based fine particle dispersion having a solid content concentration of 7% by mass.
3387.7 g of ultrapure water and 29.7 g of 3% ammonia were added to 2571 g of the silica-based fine particle dispersion obtained above and mixed, and 6000 g of a dispersion having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass (hereinafter, also referred to as liquid A-2) ) was obtained. The average particle size of the silica-based fine particles contained in this liquid A-2 (silica-based fine particle dispersion) was 32 nm.

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-2液ともいう)を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium (III) nitrate hexahydrate (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., 4N high-purity reagent), and an aqueous cerium nitrate solution of 3.0 mass% in terms of CeO 2 (hereinafter, liquid B-2) was obtained. ) was obtained.

次に、A-2液(6000g)を10℃に保ち、撹拌しながら、ここへB-2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-2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, liquid B-2 (7,186 g, CeO 2 dry 215.6 g) was added to liquid A-2 (6,000 g) over 18 hours while the mixture was kept at 10° C. and stirred. During this time, the liquid temperature was maintained at 10° C., and 3% aqueous ammonia was added as necessary 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 solution B-2, the preparation was carried out while blowing air into the prepared solution, and the oxidation-reduction potential was kept at 100 to 300 mV.
After that, washing was performed while replenishing ion-exchanged water with an ultramembrane. The precursor particle dispersion obtained after washing had a solid content concentration of 4.7% by mass, a pH of 8.2 (at 25°C), and an electrical 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、1075℃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 drier at 120° C. for 16 hours, and then calcined in a muffle furnace at 1075° C. for 2 hours to obtain a powder (calcined 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。得られた焼成体解砕分散液の固形分濃度は5.9質量%で重量は1148g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 using a 3% aqueous ammonia solution. (manufactured by Kanpe Co., Ltd.) for 120 minutes.
After crushing, the beads were separated through a 44-mesh wire mesh. The obtained fired body pulverized dispersion liquid had a solid content concentration of 5.9% by mass and a weight of 1148 g. During the pulverization, an aqueous ammonia solution was added to keep 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、1700Gで102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 crushed dispersion liquid was treated with a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at 1700 G for 102 seconds, and a light liquid was recovered to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion liquid.

このようにして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について、実施例1と同様にSTEM-EDS分析(20万倍)の元素マップを得た。そして、この元素マップから、比較例1に係るセリア系複合微粒子分散液が、シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有してなる単粒子状のセリア系複合微粒子が溶媒に分散してなるセリア系複合微粒子分散液であることを確認した。
また、このようにして得られた単粒子状のセリア系微粒子分散液について、物性試験1~12と、研磨性能試験1及び2を行った。その結果を第1表に記す。
For the ceria-based composite fine particles contained in the thus-obtained ceria-based composite fine-particle dispersion, an elemental map was obtained by STEM-EDS analysis (200,000 times) in the same manner as in Example 1. From this elemental map, the ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to Comparative Example 1 has a cerium-containing silica layer on the surface of the silica primary fine particles and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer. It was confirmed that the ceria-based composite fine particle dispersion liquid was obtained by dispersing single-particle-like ceria-based composite fine particles in a solvent.
Further, physical property tests 1 to 12 and polishing performance tests 1 and 2 were performed on the single-particle ceria-based fine particle dispersion thus obtained. The results are shown in Table 1.

Figure 2022116977000002
Figure 2022116977000002

Claims (12)

STEM-EDS分析法により測定される粒子径が50~600nmの範囲にあるシリカ一次微粒子が、複数、セリウム含有シリカ層を介して連結してなり、その表面上にも前記セリウム含有シリカ層を有する母粒子と、
前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子と、
を有し、次の(1)~(3)の特徴を有する粒子連結型セリア系複合微粒子。
(1)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(2)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積(T)および粒子全体の投影面積(S)が、次の一般式(I)の関係を満たすこと。
T/S×100=0 : 一般式(I)
(3)前記粒子連結型セリア系複合微粒子の走査型電子顕微鏡写真から特定される粒子の外縁上であって、かつ長軸上である2つの部位αおよび部位βが、何れも尖突部構造を取らないこと。
A plurality of primary silica fine particles having a particle diameter in the range of 50 to 600 nm as measured by STEM-EDS analysis are connected via a cerium-containing silica layer, and the cerium-containing silica layer is also formed on the surface thereof. base particles;
child particles dispersed within the cerium-containing silica layer;
Particle-linked ceria-based composite fine particles having the following characteristics (1) to (3).
(1) The ratio of minor axis to major axis of the particle-linked ceria-based composite fine particles is in the range of 0.1 to 0.9.
(2) The projected area (T) of the three-dimensional portion of the particle and the projected area (S) of the entire particle obtained from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles are related by the following general formula (I): to meet
T / S × 100 = 0: general formula (I)
(3) Two sites α and β located on the outer edge of the particle and on the long axis, which are specified from the scanning electron micrograph of the particle-linked ceria-based composite fine particles, both have a pointed structure. do not take
前記粒子連結型セリア系複合微粒子の非尖突度が0.85~1.0の範囲にある、請求項1に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子。 The particle-linked ceria-based composite fine particles according to claim 1, wherein the particle-linked ceria-based composite fine particles have a non-kurtosis in the range of 0.85 to 1.0. 4~10個の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結している前記母粒子を有する、請求項1または2に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子。 3. The particle-linked ceria-based composite fine particles according to claim 1 or 2, wherein said mother particles are linked to said 4 to 10 primary silica fine particles via said cerium-containing silica layer. 請求項1~3の何れかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子が溶媒に分散してなる粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。 A particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid in which the particle-linked ceria-based composite fine particles according to any one of claims 1 to 3 are dispersed in a solvent. 請求項1~3の何れかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子を含み、次の(4)~(7)に記載の特徴を有する連結型粒子群が溶媒に分散している、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。
(4)前記連結型粒子群の動的光散乱法によって測定される平均粒子径が100~600nmであること。
(5)前記連結型粒子群における前記シリカ一次微粒子のSTEM-EDS分析法により測定される平均粒子径が50~600nmの範囲にあること。
(6)前記連結型粒子群の短径/長径比が0.1~0.9の範囲にあること。
(7)前記連結型粒子群の走査型電子顕微鏡写真から求められる粒子の立体部分の投影面積の総和(T')および粒子全体の投影面積の総和(S')が、次の一般式(II)の関係を満たすこと。
T'/S'×100≦30 : 一般式(II)
Particle-linked, comprising the particle-linked ceria-based composite fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein linked particle groups having the characteristics of the following (4) to (7) are dispersed in a solvent type ceria-based composite fine particle dispersion.
(4) The average particle size of the linked particle group measured by a dynamic light scattering method is 100 to 600 nm.
(5) The average particle diameter of the silica primary fine particles in the linked particle group as measured by STEM-EDS analysis is in the range of 50 to 600 nm.
(6) The short axis/long axis ratio of the linked particle group is in the range of 0.1 to 0.9.
(7) The total projected area (T') of the three-dimensional portions of the particles and the total projected area (S') of the entire particles obtained from the scanning electron micrograph of the linked particle group are represented by the following general formula (II ) relationship.
T'/S'×100≦30: general formula (II)
前記連結型粒子群の非尖突度が0.85~1.0の範囲にある、請求項5に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。 6. The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to claim 5, wherein the non-kurtosis of the linked-type particle group is in the range of 0.85 to 1.0. 前記連結型粒子群を構成する粒子の母粒子が、4~10個の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結したものである、請求項5または6に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。 7. The particle-linked ceria according to claim 5, wherein the mother particles of the particles constituting the linked-type particle group are 4 to 10 silica primary fine particles linked via the cerium-containing silica layer. system composite fine particle dispersion. 前記連結型粒子群において4個以上の前記シリカ一次微粒子が前記セリウム含有シリカ層を介して連結している前記母粒子を有する粒子のうち、前記シリカ一次微粒子が平面状に伸長しつつ連結している前記母粒子を有するものの個数割合が60%以上であることを特徴とする、請求項5~7のいずれかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。 Among the particles having the base particles in which the four or more silica primary fine particles are linked via the cerium-containing silica layer in the linked particle group, the silica primary fine particles are linked while extending in a plane. 8. The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 5 to 7, wherein the number ratio of those having the base particles is 60% or more. 前記連結型粒子群を構成する粒子の連結個数分布において複数のピークを有することを特徴とする、請求項5~8のいずれかに記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液。 9. The particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 5 to 8, wherein the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion has a plurality of peaks in the linked number distribution of the particles constituting the linked-type particle group. 請求項6~9のいずれかに記載の粒子連結型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 particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of claims 6 to 9. シリカ一次微粒子と、前記シリカ一次微粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記シリカ一次微粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、動的光散乱法により測定される平均粒子径が50~350nmであるセリア系複合微粒子が溶媒に分散している、固形分濃度が1~20質量%である分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃の範囲にて保持する工程を含む、粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の製造方法。 It has silica primary fine particles, a cerium-containing silica layer on the surface of the silica primary fine particles, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and the silica primary fine particles are mainly composed of amorphous silica. The child particles are mainly composed of crystalline ceria, and ceria-based composite fine particles having an average particle diameter of 50 to 350 nm as measured by a dynamic light scattering method are dispersed in a solvent, and the solid content concentration is 1 to A method for producing a particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion, comprising a step of maintaining a 20% by mass dispersion at a pH range of 2.0 to 6.0 and a temperature range of 30 to 180°C. 前記固形分濃度が1~20質量%である前記分散液を、pH2.0~6.0の範囲、温度30~180℃の範囲にて保持した後、pH10.0以上の範囲、温度50~98℃の範囲にて保持し、その後、ここへ、珪酸液を連続的または断続的に添加することにより、粒子成長した前記粒子連結型シリカ系微粒子分散液を調製する工程である、請求項11に記載の粒子連結型セリア系複合微粒子分散液の製造方法。 After holding the dispersion having a solid content concentration of 1 to 20% by mass in a pH range of 2.0 to 6.0 and a temperature range of 30 to 180 ° C., a pH range of 10.0 or more and a temperature of 50 to (11) The step of maintaining the temperature in the range of 98°C and then continuously or intermittently adding a silicic acid solution thereto to prepare the particle-linked silica-based fine particle dispersion in which particles have grown. 3. The method for producing the particle-linked ceria-based composite fine particle dispersion according to 1.
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