JP5188175B2 - Silica sol and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、粒子の表面粗度、真球度または粒子径の変動係数などで特定される表面に疣状突起を有する球状のシリカ微粒子が溶媒に分散したシリカゾルに関するものであり、特にナトリウムおよび炭素含有量が低く、研磨材、塗料添加剤、樹脂添加剤、インク受容層の成分、化粧料の成分などへの適用が可能なものである。   The present invention relates to a silica sol in which spherical silica fine particles having ridge-like projections on the surface specified by the surface roughness, sphericity, or particle diameter variation coefficient of particles are dispersed in a solvent, particularly sodium and carbon. It has a low content and can be applied to abrasives, paint additives, resin additives, ink receiving layer components, cosmetic components, and the like.

半導体の集積回路付基板の製造においては、シリコンウェーハ上に銅などの金属で回路を形成する際に凹凸あるいは段差が生じるので、これを研磨して表面の段差がなくなるように回路の金属部分を優先的に除去することが行われている。また、シリコンウェーハ上にアルミ配線を形成し、この上に絶縁膜としてシリカ等の酸化膜を設けると配線による凹凸が生じるので、この酸化膜を研磨して平坦化することが行われている。このような基板の研磨においては、研磨後の表面は段差や凹凸がなく平坦で、さらにミクロな傷等もなく平滑であることが求められており、また研磨速度が速いことも必要である。   In the manufacture of a substrate with a semiconductor integrated circuit, irregularities or steps are formed when forming a circuit with a metal such as copper on a silicon wafer. Removal is performed preferentially. Further, when an aluminum wiring is formed on a silicon wafer and an oxide film such as silica is provided thereon as an insulating film, irregularities due to the wiring are generated. Therefore, the oxide film is polished and flattened. In the polishing of such a substrate, the surface after polishing is required to be flat with no steps or irregularities, smooth without microscopic scratches, etc., and the polishing rate must be high.

さらに、半導体材料は電気・電子製品の小型化や高性能化に伴い高集積化が進展しているが、例えばトランジスタ分離層にNaやK等の不純物等が残存した場合、性能が発揮されなかったり、不具合の原因となったりすることがある。特に研磨した半導体基板や酸化膜表面にNaが付着すると、Naは拡散性が高く、酸化膜中の欠陥などに捕獲され、半導体基板に回路を形成しても絶縁不良を起こしたり、回路が短絡したりすることがあり、また誘電率が低下することがあった。このため使用条件によって、或いは使用が長期にわたった場合に前記不具合を生じることがあるので、NaやKなどの不純物を殆ど含まない研磨用粒子が求められている。   In addition, semiconductor materials are becoming more highly integrated as electrical and electronic products become smaller and higher in performance. For example, when impurities such as Na and K remain in the transistor isolation layer, the performance is not exhibited. Or cause malfunctions. In particular, if Na adheres to the polished semiconductor substrate or oxide film surface, Na is highly diffusive and is trapped by defects in the oxide film, causing insulation failure even when a circuit is formed on the semiconductor substrate, or shorting the circuit. In some cases, the dielectric constant may decrease. For this reason, since the said malfunction may arise depending on use conditions or when used over a long term, the abrasive | polishing particle | grains which hardly contain impurities, such as Na and K, are calculated | required.

研磨用粒子としては、従来、シリカゾルやヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナなどが用いられている。
CMPで使用される研磨材は、通常、シリカ、アルミナ等の金属酸化物からなる平均粒子径が200nm程度の球状の研磨用粒子と、配線・回路用金属の研磨速度を早めるための酸化剤、有機酸等の添加剤及び純水などの溶媒から構成されているが、被研磨材の表面には下地の絶縁膜に形成した配線用の溝パターンに起因した段差(凹凸)が存在するので、主に凸部を研磨除去しながら共面まで研磨し、平坦な研磨面とすることが求められている。しかしながら、従来の球状の研磨用粒子では共面より上の部分を研磨した際に、凹部の下部にあった配線溝内の回路用金属が共面以下まで研磨される問題(ディッシング(過研磨)と呼ばれている。)があった。このようなディッシングが起きると配線の厚みが減少して配線抵抗が増加し、また、この上に形成される絶縁膜の平坦性が低下するなどの問題が生じるので、ディッシングを抑制することが求められている。
Conventionally, silica sol, fumed silica, fumed alumina, or the like is used as the abrasive particles.
The abrasive used in CMP is usually spherical abrasive particles having an average particle diameter of about 200 nm made of a metal oxide such as silica and alumina, and an oxidizer for increasing the polishing rate of the wiring / circuit metal. It is composed of additives such as organic acids and solvents such as pure water, but there are steps (unevenness) due to the groove pattern for wiring formed on the underlying insulating film on the surface of the material to be polished. It is required to polish the coplanar surface mainly while polishing and removing the convex portions to obtain a flat polished surface. However, with conventional spherical polishing particles, when polishing the part above the coplanar surface, the problem is that the circuit metal in the wiring groove at the bottom of the recess is polished to below the coplanar surface (dishing (overpolishing)) It was called.) When such dishing occurs, the thickness of the wiring decreases, the wiring resistance increases, and the flatness of the insulating film formed thereon deteriorates. Therefore, it is necessary to suppress dishing. It has been.

なお、この様な研磨剤の用途としては、アルミニウムディスク(アルミニウムまたはその基材上のメッキ層)や半導体多層配線基板のアルミニウム配線、光ディスクや磁気ディスク用ガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、ガラス質材料の鏡面加工などへの適用されている。   Examples of such abrasives include aluminum disks (plated layer on aluminum or its base material), aluminum wiring of semiconductor multilayer wiring boards, glass substrates for optical disks and magnetic disks, glass substrates for liquid crystal displays, photomasks. It is applied to glass substrates for glass and mirror finishing of glassy materials.

非球状粒子を含むシリカゾルの製造方法としては、特開平1−317115号公報(特許文献1)に、画像解析法による測定粒子径(D1)と窒素ガス吸着法による測定粒子径
(D2 )の比D1/D2が5以上であり、D1は40〜500ミリミクロン、そして電子顕微鏡観察による5〜40ミリミクロンの範囲内の一様な太さで一平面内のみの伸長を有する細長い形状の非晶質コロイダルシリカ粒子が液状媒体中に分散されてなるシリカゾルの製
造方法として、(a)所定の活性珪酸のコロイド水溶液に水溶性のカルシウム塩またはマグネシウム塩などを含有する水溶液を、所定量添加し、混合する工程、(b) 更に、ア
ルカリ金属酸化物、水溶性有機塩基又はそれらの水溶性珪酸塩をSiO2/M2O (但し、Mは上記アルカリ金属原子又は有機塩基の分子を表わす。)モル比として20〜200となるように加えて混合する工程、(c)前工程によって得られた混合物を60〜150℃で0.5〜40時間加熱する工程からなる製造方法が開示されている。
As a method for producing a silica sol containing non-spherical particles, JP-A-1-317115 (Patent Document 1) discloses a measurement particle size (D 1 ) by an image analysis method and a measurement particle size (D 2 ) by a nitrogen gas adsorption method. The ratio D 1 / D 2 is 5 or more, and D 1 has a uniform thickness in the range of 5 to 40 mm by electron microscope observation and an extension in one plane only in the range of 5 to 40 mm. As a method for producing a silica sol in which amorphous colloidal silica particles having an elongated shape are dispersed in a liquid medium, (a) an aqueous solution containing a water-soluble calcium salt or magnesium salt in a predetermined colloidal aqueous solution of active silicic acid, was added a predetermined amount, the step of mixing, (b) further, alkali metal oxide, a water-soluble organic base or their water-soluble silicate SiO 2 / M 2 O (where, M is also the alkali metal atom Represents a molecule of an organic base.) From the step of adding and mixing so that the molar ratio is 20 to 200, (c) From the step of heating the mixture obtained by the previous step at 60 to 150 ° C. for 0.5 to 40 hours A manufacturing method is disclosed.

また、別のタイプの粒子として、シリカ系微粒子の表面に突起状構造を有する例として、特開平3−257010号公報(特許文献2)には、シリカ粒子表面に電子顕微鏡で観察して、0.2〜5μmのサイズの連続的な凹凸状の突起を有し、平均粒子径が5〜100μm、BET法比表面積が20m2/g以下、且つ、細孔容積が、0.1mL/g以下であるシリカ粒子に関する記載がある。
特開2002−338232号公報(特許文献3)には、コロイダルシリカのシリカ粒子の電子線による透過投影像より求めた幾何学的平均粒子径(X1)と、シリカ粒子の表面積より算出した相当粒子径(X2)との比Y(X1/X2)が1.3から2.5の範囲であり、かつその幾何学的平均粒子径が20〜200nmの範囲であることを特徴とする二次凝集コロイダルシリカに関する発明が開示されている。より詳しくは、同二次凝集コロイダルシリカの製造方法として、単分散のコロイダルシリカにシリカ粒子の凝集剤を添加して球状の凝集二次粒子を作り、更に活性珪酸を添加して凝集粒子を一体化してなる製造方法が開示されている。
As another type of particles, as an example having a protruding structure on the surface of silica-based fine particles, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-257010 (Patent Document 2) shows 0 on the surface of silica particles observed with an electron microscope. .Continuous concavo-convex protrusions having a size of 2 to 5 μm, an average particle diameter of 5 to 100 μm, a BET specific surface area of 20 m 2 / g or less, and a pore volume of 0.1 mL / g or less There is a description regarding silica particles.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-338232 (Patent Document 3) describes an equivalent particle calculated from a geometric average particle diameter (X1) obtained from a transmission projection image of an electron beam of silica particles of colloidal silica and a surface area of the silica particles. Secondary aggregation characterized in that the ratio Y (X1 / X2) to the diameter (X2) is in the range of 1.3 to 2.5 and the geometric mean particle diameter is in the range of 20 to 200 nm. An invention relating to colloidal silica is disclosed. More specifically, as a method for producing the secondary agglomerated colloidal silica, agglomerating agent of silica particles is added to monodispersed colloidal silica to form spherical agglomerated secondary particles, and further active silicic acid is added to integrate the agglomerated particles. A manufacturing method is disclosed.

特開2002−38049号公報(特許文献4)には、母体粒子全面に、実質上球状および/または半球状の突起物を有するシリカ系微粒子であって、該突起物が化学結合により母体粒子に結着していることを特徴とするシリカ系微粒子および母体粒子全面に、実質上球状および/または半球状の突起物を有するシリカ系微粒子であって、該突起物が化学結合により母体粒子に結着してなるシリカ系微粒子について記載がある。さらに、(A)特定のアルコキシシラン化合物を加水分解、縮合させてポリオルガノシロキサン粒子を生成させる工程、(B)該ポリオルガノシロキサン粒子を、表面吸着剤により表面処理する工程、および(C)上記(B)工程で表面処理されたポリオルガノシロキサン粒子全面に、該アルコキシシラン化合物を用いて突起を形成させる工程、を含むシリカ系微粒子の製造方法についても記載がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-38049 (Patent Document 4) discloses silica-based fine particles having substantially spherical and / or hemispherical protrusions on the entire surface of the base particles, and the protrusions are converted into base particles by chemical bonding. Silica-based fine particles having substantially spherical and / or hemispherical protrusions on the entire surface of the silica-based fine particles and base particles characterized by being bonded, and the protrusions are bonded to the base particles by chemical bonding. There is a description of the silica-based fine particles formed by wearing. Further, (A) a step of hydrolyzing and condensing a specific alkoxysilane compound to produce polyorganosiloxane particles, (B) a step of treating the polyorganosiloxane particles with a surface adsorbent, and (C) the above There is also a description of a method for producing silica-based fine particles including a step of forming protrusions on the entire surface of the polyorganosiloxane particles surface-treated in the step (B) using the alkoxysilane compound.

また、特開2004−35293号公報(特許文献5)には、母体粒子全面に、実質上球状および/または半球状の突起物を有するシリカ系粒子であって、該突起物が化学結合により母体粒子に結着しており、かつ母体粒子と突起物における10%圧縮時の圧縮弾性率が、それぞれ異なることを特徴とするシリカ系粒子が開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-35293 (Patent Document 5) discloses silica-based particles having substantially spherical and / or hemispherical protrusions on the entire surface of the base particle, and the protrusion is chemically bonded to the base. Silica-based particles are disclosed that are bound to particles and have different compressive elastic moduli at 10% compression between the base particles and the protrusions.

特開平3−257010号公報(特許文献2)および特開2002−338232号公報(特許文献3)の特許請求の範囲に記載されたシリカゾルについては、珪酸液を原料とするものであり、例えば、前記研磨用途に適用した場合、ナトリウムなどの不純物が電子用途に悪影響を及ぼすおそれがあった。特開2002−38049号公報(特許文献4)および特開2004−35293号公報(特許文献5)については、3官能性または2官能性のシラン化合物を原料とするものであり、シリカ微粒子が、[R-SiO3/2]単位(Rは有機基)を主構成単位とするものである。
特開平1−317115号公報 特開平3−257010号公報 特開2002−338232号公報 特開2002−38049号公報 特開2004−35293号公報
About the silica sol described in the claims of JP-A-3-257010 (Patent Document 2) and JP-A-2002-338232 (Patent Document 3), the silica sol is used as a raw material. When applied to the polishing application, impurities such as sodium may adversely affect the electronic application. For JP 2002-38049 A (Patent Document 4) and JP 2004-35293 A (Patent Document 5), a trifunctional or bifunctional silane compound is used as a raw material. The main constituent unit is [R—SiO 3/2 ] unit (R is an organic group).
JP-A-1-317115 JP-A-3-257010 JP 2002-338232 A JP 2002-38049 A JP 2004-35293 A

本発明は、表面に疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルであって、特に、ナトリウム、炭素などの含有割合が低レベルにある球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルを提供することにある。また、本発明は、その様なシリカゾルの製造方法を提供するものである。   The present invention is a silica sol in which spherical silica fine particles having ridge-like projections on the surface are dispersed in a solvent, and in particular, spherical silica fine particles having a low content ratio of sodium, carbon, etc. are dispersed in the solvent. It is to provide a silica sol. The present invention also provides a method for producing such a silica sol.

[1]本発明のシリカゾルは、表面に複数の疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルであって、該球状シリカ微粒子のBET法により測定された比表面積を(SA1)とし、画像解析法により測定される該シリカ微粒子の平均粒子径(D2)から換算した比表面積を(SA2)としたときの表面粗度(SA1)/(SA2)の値が、1.9〜5.0の範囲にあり、該平均粒子径(D2)が10〜150nmの範囲にあり、ナトリウム含有割合が100質量ppm以下、炭素含有割合が0.1〜5質量%の範囲にあることを特徴とする。
[2]また、前記[1]の球状シリカ微粒子の粒子径の変動係数が3.0〜20%の範囲にあることが好ましい。
[3]前記[1]または[2]の球状シリカ微粒子が[SiO4/2]単位を含有するもの
であることが好ましい。
[4]本発明の前記[1]、[2]または[3]のシリカゾルの製造方法は、水溶性有機溶媒および水を含む混合溶媒の温度範囲を30〜150℃に維持し、そこに、1)下記一般式(1)で表される4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液および2)アルカリ触媒溶液とを同時に、連続的または断続的に添加し、添加終了後、更に30〜150℃の温度範囲にて熟成することにより、該4官能性シラン化合物を加水分解縮合させてなるシリカゾルの製造方法において、該4官能性シラン化合物に対する水のモル比を2以上、4未満の範囲として、加水分解縮合を行うことを特徴とする。
一般式(1):(RO)4Si (Rは炭素数2〜4のアルキル基)
[5][4]に記載のシリカゾルの製造方法は、前記[4]の4官能性シラン化合物が、テトラエトキシシランであることが好ましい。
[6]さらに、前記[1]、[2]または[3]のシリカゾルからなる研磨材を提供することができる。
[7]また、前記[6]に記載の研磨材を含有してなる研磨用組成物を提供することができる。
[1] The silica sol of the present invention is a silica sol in which spherical silica fine particles having a plurality of hook-shaped protrusions on the surface are dispersed in a solvent, and the specific surface area of the spherical silica fine particles measured by the BET method is (SA1). When the specific surface area converted from the average particle diameter (D2) of the silica fine particles measured by the image analysis method is (SA2), the value of the surface roughness (SA1) / (SA2) is 1.9 to The average particle diameter (D2) is in the range of 10 to 150 nm, the sodium content is 100 mass ppm or less, and the carbon content is in the range of 0.1 to 5 mass%. Features.
[2] The coefficient of variation of the particle diameter of the spherical silica fine particles of [1] is preferably in the range of 3.0 to 20%.
[3] It is preferable that the spherical silica fine particles of [1] or [2] contain [SiO 4/2 ] units.
[4] The method for producing a silica sol according to [1], [2] or [3] of the present invention maintains a temperature range of a mixed solvent containing a water-soluble organic solvent and water at 30 to 150 ° C., 1) A water-soluble organic solvent solution of a tetrafunctional silane compound represented by the following general formula (1) and 2) an alkali catalyst solution are added simultaneously or intermittently. In the method for producing a silica sol obtained by hydrolyzing and condensing the tetrafunctional silane compound by aging in a temperature range of ° C., the molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound is set to a range of 2 or more and less than 4. And hydrolytic condensation.
General formula (1): (RO) 4 Si (R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms)
[5] In the method for producing a silica sol according to [4], the tetrafunctional silane compound of [4] is preferably tetraethoxysilane.
[6] Furthermore, an abrasive comprising the silica sol of [1], [2] or [3] can be provided.
[7] A polishing composition comprising the abrasive according to [6] can be provided.

本発明に係る表面に疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルは、その構造に起因して、研磨材として高研磨レートを示すことが可能なものであり、特にナトリウム含有量および炭素含有量が低水準にあるため、電子用途または半導体用途の研磨材として好適なものである。また、本発明に係るシリカゾルは、その分散質である球状シリカ微粒子の有する特異な構造から、通常の球状シリカ微粒子とは異なる充填性、吸油性、電気特性、光学特性あるいは物理特性を示すことが期待される。   The silica sol obtained by dispersing spherical silica fine particles having ridge-like projections on the surface according to the present invention in a solvent is capable of exhibiting a high polishing rate as an abrasive due to its structure, and particularly contains sodium. Since the amount and the carbon content are low, it is suitable as an abrasive for electronic use or semiconductor use. In addition, the silica sol according to the present invention may exhibit different filling properties, oil absorption, electrical properties, optical properties, or physical properties from ordinary spherical silica fine particles because of the unique structure of the spherical silica fine particles that are the dispersoid. Be expected.

本発明に係るシリカゾルの分散質である球状シリカ微粒子は、以下に示す、表面粗度、真球度または粒子径の変動係数等で特定される。この球状シリカ微粒子については、表面に多数の疣状突起を有したシリカ微粒子であって、特に4官能性シランの加水分解縮合により合成されたものであり、[SiO4/2]単位を主成分とする緻密な構造を有すること
を特徴とするものである。また、このシリカ微粒子は、原料の純度に起因して、ナトリウムまたは炭素などの不純物の含有量が低水準にあることを特徴としている。これらの特徴は、前記のシリコンウェーハの研磨を始めとする研磨用途において、優れた効果を示すも
のである。
The spherical silica fine particles that are the dispersoid of the silica sol according to the present invention are specified by the following surface roughness, sphericity, particle diameter variation coefficient, and the like. The spherical silica fine particle is a silica fine particle having a large number of ridge-like projections on the surface, which is synthesized by hydrolysis condensation of tetrafunctional silane, and has a [SiO 4/2 ] unit as a main component. It is characterized by having a dense structure. The silica fine particles are characterized in that the content of impurities such as sodium or carbon is at a low level due to the purity of the raw material. These characteristics show excellent effects in polishing applications including polishing of the silicon wafer.

本発明に係るシリカゾルについては、特にその分散質である球状シリカ微粒子の性状および組成に特徴を有するものである。以下に、本発明に係るシリカゾルについて述べる。   The silica sol according to the present invention is particularly characterized by the properties and composition of the spherical silica fine particles that are the dispersoid. Hereinafter, the silica sol according to the present invention will be described.

1.シリカゾル
[表面粗度]
本発明に係るシリカゾルの分散質である球状シリカ微粒子は、その表面に複数の疣状突起を有し、凹凸に富むものである。この様な複数の疣状突起を有する表面については表面粗度によりその範囲が規定される。本発明において表面粗度は、BET法により測定された比表面積(単位質量当りの表面積)の値を(SA1)とし、画像解析法により測定された平均粒子径(D2)から換算された比表面積の値を(SA2)としたとき、表面粗度=(SA1)/(SA2)として定義される。
1. Silica sol [Surface roughness]
The spherical silica fine particles, which are the dispersoid of the silica sol according to the present invention, have a plurality of hook-shaped protrusions on the surface thereof and are rich in irregularities. The surface of such a surface having a plurality of hook-shaped protrusions is defined by the surface roughness. In the present invention, the surface roughness is the specific surface area converted from the average particle diameter (D2) measured by the image analysis method, with the value of the specific surface area (surface area per unit mass) measured by the BET method being (SA1). (SA2) is defined as surface roughness = (SA1) / (SA2).

画像解析法により測定された平均粒子径(D2)から換算された比表面積(SA2)については、透過型電子顕微鏡により、試料シリカゾルを倍率25万倍で写真撮影して得られる写真投影図における、任意の50個の粒子について、その最大径(DL)を測定し、その平均値を平均粒子径(D2)とした。
また、平均粒子径(D2)の値を次の式(2)に代入して、比表面積(SA2)を求めた。
About the specific surface area (SA2) converted from the average particle diameter (D2) measured by the image analysis method, in a photographic projection view obtained by photographing a sample silica sol at a magnification of 250,000 times with a transmission electron microscope, About 50 arbitrary particles, the maximum diameter (DL) was measured and the average value was made into the average particle diameter (D2).
Further, the specific surface area (SA2) was determined by substituting the value of the average particle diameter (D2) into the following formula (2).

D2=6000/(ρ×SA2) ・・・ (1)
ここで、D2は前記平均粒子径[nm]、ρは試料の密度[g/cm3]であり、ここ
ではシリカの密度2.2を使用した。 この比表面積(SA2)の値は、平均粒子径D2を有する球状で表面が平滑なシリカ微粒子の比表面積に対応するものと言える。
D2 = 6000 / (ρ × SA2) (1)
Here, D2 is the average particle diameter [nm], ρ is the density of the sample [g / cm 3 ], and here, the density of silica 2.2 was used. The value of the specific surface area (SA2) can be said to correspond to the specific surface area of spherical silica particles having an average particle diameter D2 and a smooth surface.

他方、BET法は、粒子への気体(通常は窒素ガス)の吸着量から、比表面積を算定する方法であり、実際の表面状態に対応した表面積を反映したものと言える。
ここで比表面積は単位質量当りの表面積を示すから、表面粗度(SA1)/(SA2)の値については、球状粒子の場合、粒子表面に多くの疣状突起を有する程、(SA1)/(SA2)の値は大きくなる。また、粒子表面の疣状突起が少なく、平滑であるほど、(SA1)/(SA2)の値は小さくなり、その値は1に近づく傾向にある。
On the other hand, the BET method is a method of calculating the specific surface area from the amount of gas (usually nitrogen gas) adsorbed on the particles, and can be said to reflect the surface area corresponding to the actual surface state.
Here, since the specific surface area indicates the surface area per unit mass, the value of the surface roughness (SA1) / (SA2) is such that, in the case of a spherical particle, the more the surface of the particle, the more (SA1) / The value of (SA2) increases. Further, the smaller the number of wrinkle-like protrusions on the particle surface and the smoother, the smaller the value of (SA1) / (SA2) and the value tends to approach 1.

本発明において、前記シリカ微粒子の表面粗度は1.9〜5.0の範囲が好適である。表面粗度が1.9未満の場合、突起の割合が少ないかあるいは、疣状突起自体がシリカ微粒子の粒子径に比べて小さ過ぎ、球状シリカ微粒子に近くなる。表面粗度の値が5.0を超える場合は、合成が容易ではない。表面粗度のより好適な範囲としては、2.0〜4.0の範囲が推奨される。また、更に好適には、2.1〜3.7の範囲が推奨される。   In the present invention, the surface roughness of the silica fine particles is preferably in the range of 1.9 to 5.0. When the surface roughness is less than 1.9, the ratio of the protrusions is small, or the hook-shaped protrusions themselves are too small compared to the particle diameter of the silica fine particles and become close to spherical silica fine particles. When the surface roughness value exceeds 5.0, synthesis is not easy. As a more preferable range of the surface roughness, a range of 2.0 to 4.0 is recommended. More preferably, the range of 2.1 to 3.7 is recommended.

[真球度]
前記球状シリカ微粒子は、球状であることが必要であり、棒状、勾玉状、細長い形状、数珠状、卵状など、いわゆる異形粒子が含まれない。本発明において、球状とは、真球度が0.70〜1.00の範囲にある場合を言う。ここで真球度とは、透過型電子顕微鏡により写真撮影して得られる写真投影図における任意の50個の粒子について、 それぞれ最大径(DL)を測定し、該最大径上で、該最大径を2等分する点(中心点)を求め、該中心点を通過し、該最大径に直交する径の長さ(DS)を測定し、(DL)/(DS)の値を求め、50個の粒子について平均値をとり、これを真球度とした。
[Sphericity]
The spherical silica fine particles are required to be spherical, and do not include so-called irregular particles such as a rod shape, a ball shape, an elongated shape, a bead shape, and an egg shape. In the present invention, the term “spherical” refers to a case where the sphericity is in the range of 0.70 to 1.00. Here, the sphericity means the maximum diameter (DL) of any 50 particles in a photographic projection obtained by photographing with a transmission electron microscope, and the maximum diameter is measured on the maximum diameter. Is obtained by obtaining a point (center point) that bisects the two points, passing through the center point, measuring the length (DS) of the diameter orthogonal to the maximum diameter, and determining the value of (DL) / (DS), An average value was taken for each particle, and this was defined as sphericity.

真球度が0.7未満の場合は、シリカ微粒子が球状とはいえず、前記の異形粒子に該当する場合が生じる。真球度の範囲については、より好適には0.80〜1.00の範囲が
推奨される。また、更に好適には0.90〜1.00の範囲が推奨される。
When the sphericity is less than 0.7, the silica fine particles may not be spherical and may correspond to the irregular shaped particles. About the range of sphericity, the range of 0.80-1.00 is recommended more suitably. More preferably, the range of 0.90 to 1.00 is recommended.

[平均粒子径]
前記球状シリカ微粒子の画像解析法により測定される平均粒子径(D2)については、10〜150nmの範囲が好適である。10nm未満の場合は、必要な表面粗度をもった球状シリカ微粒子を調製することが容易ではない。平均粒子径(D2)が150nm超える場合は、原料の核微粒子の大きさにもよるが、一般に突起が平坦化する傾向が著しくなるため良好な性状の球状シリカ微粒子を得ることが容易ではない。平均粒子径の範囲については、より好適には、20〜100nmの範囲が推奨される。また、より好適には25〜50nmの範囲が推奨される。
[Average particle size]
About the average particle diameter (D2) measured by the image analysis method of the said spherical silica fine particle, the range of 10-150 nm is suitable. If it is less than 10 nm, it is not easy to prepare spherical silica fine particles having the required surface roughness. When the average particle diameter (D2) exceeds 150 nm, although it depends on the size of the raw material core fine particles, it is not easy to obtain spherical silica fine particles having good properties because the protrusions generally tend to be flattened. About the range of an average particle diameter, the range of 20-100 nm is more suitably recommended. More preferably, the range of 25 to 50 nm is recommended.

なお、前記球状シリカ微粒子の比表面積については、格別に限定されるものではないが、通常は10〜1000m2/gの範囲が推奨される。また、好適には100〜600m2/gの範囲が推奨される。 The specific surface area of the spherical silica fine particles is not particularly limited, but usually a range of 10 to 1000 m 2 / g is recommended. Moreover, the range of 100-600 m < 2 > / g is recommended suitably.

[基本構成単位および炭素含有割合]
前記球状シリカ微粒子は、後記した様に4官能性シラン化合物の加水分解縮合により調製されるものであり、基本的に[SiO4/2]単位を含有するものである。 このため前
記球状シリカ微粒子は、加水分解縮合の進行度合にもよるが、例えば、トリエトキシシランおよび/またはジエトキシシランの加水分解縮合により得られる、[RSiO3/2]単
位(Rは有機基)および/または[R2SiO2/2]単位(Rは有機基)から構成されるシリカ微粒子に比べて、炭素含有割合が低くなるため、電子または半導体関係の研磨材用途などへの適用に好適となる。
[Basic constitutional unit and carbon content]
The spherical silica fine particles are prepared by hydrolytic condensation of a tetrafunctional silane compound as described later, and basically contain [SiO 4/2 ] units. Therefore, although the spherical silica fine particles depend on the degree of progress of hydrolysis condensation, for example, [RSiO 3/2 ] units (R is an organic group) obtained by hydrolysis condensation of triethoxysilane and / or diethoxysilane. ) And / or [R 2 SiO 2/2 ] units (where R is an organic group), the carbon content is lower, which makes it suitable for use in electronic or semiconductor-related abrasives. Preferred.

前記球状シリカ微粒子中の炭素含有割合については、0.1〜5質量%の範囲が望ましい。 より好ましくは0.1〜3質量%の範囲が推奨される。また、更に好適には0.1〜1質量%の範囲が推奨される。炭素含有割合が0.1質量%未満の場合については、炭素原子の含有割合が低く望ましいものの、調製することが容易ではない。   About the carbon content rate in the said spherical silica fine particle, the range of 0.1-5 mass% is desirable. More preferably, the range of 0.1 to 3% by mass is recommended. More preferably, the range of 0.1 to 1% by mass is recommended. When the carbon content is less than 0.1% by mass, the carbon atom content is low and desirable, but it is not easy to prepare.

一方、炭素含有割合が5質量%を越える場合、アルコキシ残基の増大による、粒子強度の低下が、実用的な研磨速度を損なう程度に達する場合があり望ましくない。また、炭素により汚染されるおそれのある用途には適さなくなる。   On the other hand, when the carbon content exceeds 5% by mass, a decrease in particle strength due to an increase in alkoxy residues may reach a level that impairs a practical polishing rate. In addition, it is not suitable for applications that may be contaminated by carbon.

[Na含有割合]
前記球状シリカ微粒子については、ナトリウム(Na)についてもその含有割合が低い水準にあることが望ましい。球状シリカ微粒子中のNa含有割合は球状シリカ微粒子中にNaとして100質量ppm以下、好ましくは50質量ppm以下、特に好ましくは20質量ppm以下であることが望ましい。Na含有割合が100質量ppmを越えると、シリカ粒子を用いて研磨した基板にNaが残存し、このNaが半導体基板に形成された回路の絶縁不良を起こしたり回路が短絡したりすることがあり、絶縁用に設けた膜(絶縁膜)の誘電率が低下し金属配線にインピーダンスが増大し、応答速度の遅れ、消費電力の増大等が起きることがある。また、Naイオンが移動(拡散)し、使用条件や使用が長期にわたった場合に前記不具合を生じることがある。
[Na content ratio]
About the spherical silica fine particles, it is desirable that the content ratio of sodium (Na) is at a low level. It is desirable that the Na content in the spherical silica fine particles is 100 mass ppm or less, preferably 50 mass ppm or less, particularly preferably 20 mass ppm or less as Na in the spherical silica fine particles. When the Na content exceeds 100 mass ppm, Na remains on the substrate polished with silica particles, and this Na may cause insulation failure of the circuit formed on the semiconductor substrate or the circuit may be short-circuited. In some cases, the dielectric constant of a film (insulating film) provided for insulation decreases, impedance increases in metal wiring, response speed is delayed, power consumption increases, and the like. Moreover, Na ion moves (diffuses), and the above-mentioned problem may occur when the use conditions and use are prolonged.

[粒子径の変動係数(CV値)]
本発明に係るシリカゾルの分散質である球状シリカ微粒子の表面状態については、前記表面粗度で定められるものであるが、望ましくは、粒子径の変動係数(CV値)が3.0〜20%の範囲にあるものが推奨される。
[Variation coefficient of particle diameter (CV value)]
The surface state of the spherical silica fine particles, which are the dispersoid of the silica sol according to the present invention, is determined by the surface roughness. Preferably, the particle diameter variation coefficient (CV value) is 3.0 to 20%. Those in the range are recommended.

ここで、粒子径の変動係数(CV値)とは、粒子半径の不均一性の度合を意味する。具
体的には、電子顕微鏡による写真投影図における球状シリカ微粒子の最長径を2等分する位置を該球状シリカ微粒子の中心とし、該中心から最長径の一方の端を角度0度とし、そこから10度づつ0度から180度までの半径を測定し、それらの値から半径の平均値および標準偏差を算定する。更に該標準偏差を該平均値で除すことにより、粒子径の変動係数(相対標準偏差)を求める。本出願においては、任意の50個の粒子について、それぞれ粒子径の変動係数を求め、それらの平均値を粒子径の変動係数(CV値)とした。
粒子径の変動係数(CV値)については、好適には3.0〜20%の範囲が好ましい。粒子径の変動係数が3.0%未満の場合は、表面の起伏が少ない球状粒子に近くなる。粒子径の変動係数が20%を超える場合については、表面が極めて起伏に富む状態になるが、本発明に係る製造方法によって調製することは容易ではない。また、その様なシリカ微粒子は、その組成によっては、疣状突起部分の強度が低くなる場合があり、研磨材用途に適さない場合が生じかねない。粒子径の変動係数(CV値)については、好ましくは3.3〜15%の範囲が推奨される。また、更に好ましくは、5.0〜12%の範囲が推奨される。
Here, the variation coefficient (CV value) of the particle diameter means the degree of nonuniformity of the particle radius. Specifically, the position at which the longest diameter of the spherical silica fine particle is divided into two equal parts in a photograph projection view by an electron microscope is the center of the spherical silica fine particle, and one end of the longest diameter from the center is an angle of 0 degree. The radius from 0 degree to 180 degree is measured every 10 degrees, and the average value and the standard deviation of the radius are calculated from these values. Further, the coefficient of variation (relative standard deviation) of the particle diameter is obtained by dividing the standard deviation by the average value. In the present application, the coefficient of variation of the particle diameter was determined for each of 50 arbitrary particles, and the average value thereof was defined as the coefficient of variation of particle diameter (CV value).
The coefficient of variation (CV value) of the particle diameter is preferably in the range of 3.0 to 20%. When the variation coefficient of the particle diameter is less than 3.0%, it becomes close to a spherical particle with little surface undulation. When the variation coefficient of the particle diameter exceeds 20%, the surface becomes extremely undulating, but it is not easy to prepare by the production method according to the present invention. In addition, such silica fine particles may have a lower strength of the hook-shaped protrusions depending on the composition, and may not be suitable for use as an abrasive. The coefficient of variation (CV value) of the particle diameter is preferably in the range of 3.3 to 15%. More preferably, the range of 5.0 to 12% is recommended.

[溶媒]
前記球状シリカ微粒子が分散する分散媒としての溶媒については、水、有機溶媒、またはこれらの混合溶媒のいずれであっても使用することができる。具体的には以下の例を挙げることができる。純水、超純水、イオン交換水などの水;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、iso−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を例示することができる。また、これらの分散媒は、1種単独で使用してもよく2種以上を併用しても構わない。
[solvent]
As a solvent as a dispersion medium in which the spherical silica fine particles are dispersed, any of water, an organic solvent, or a mixed solvent thereof can be used. Specifically, the following examples can be given. Water such as pure water, ultrapure water, ion exchange water; alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, methyl isocarbinol; acetone, 2-butanone, ethyl amyl ketone, diacetone alcohol, isophorone, cyclohexanone Ketones such as N; N-dimethylformamide, amides such as N, N-dimethylacetamide; ethers such as diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 3,4-dihydro-2H-pyran Glycol ethers such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol dimethyl ether; 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate Glycol ether acetates such as methyl acetate; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, ethylene carbonate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene; hexane, heptane, iso-octane Aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, chlorobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; N-methyl-2-pyrrolidone, N-octyl Examples thereof include pyrrolidones such as -2-pyrrolidone. Moreover, these dispersion media may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

2.製造方法
本発明に係るシリカゾルの製造方法は、4官能性シラン化合物と水の量を制御しながら、水溶性有機溶媒および水の混合溶媒に、4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液およびアルカリ触媒溶液とを同時に、連続的または断続的に添加し、熟成することを特徴とするものである。
2. Production Method A method for producing a silica sol according to the present invention includes a water-soluble organic solvent solution and an alkali solution of a tetrafunctional silane compound in a mixed solvent of a water-soluble organic solvent and water while controlling the amount of the tetrafunctional silane compound and water. The catalyst solution is characterized by being simultaneously and intermittently added and aged.

特にシリカ微粒子を得るためには、水溶性有機溶媒/水混合溶媒中、30〜150℃の温度範囲にて、4官能性シラン化合物に対し、モル比で2.以上、4.0未満の量の水により加水分解縮合することが必要である。   In particular, in order to obtain silica fine particles, the molar ratio is 2. As described above, it is necessary to perform hydrolytic condensation with an amount of water less than 4.0.

これについては、この条件下においては、4官能性シラン化合物の有する4つのアルコキシ基の反応速度に違いが生じるため、加水分解縮合初期に非球状の歪んだ形状のシリカ微粒子(一次粒子)が形成され、その様な歪んだ一次粒子が二次凝集する結果、表面に疣状突起を有するシリカ微粒子が生成するものと推察される。
前記4官能性シラン化合物に対する水のモル比が2.0未満の場合は、4官能性シラン化
合物の有する4個のアルコキシ基が完全に加水分解するモル量より少なくなるため、反応が充分に進行せず、反応中に凝集または沈殿が生じ易くなる。また、4官能性シラン化合物に対する水のモル比が4.0以上の場合は、水の量が過剰であるためアルコキシ基の反応速度に、充分な差異が生じないため結果的に球状で表面の起伏に乏しいシリカ微粒子が生成し易くなる。前記4官能性シラン化合物対する水のモル比の範囲については、好適には2.0〜3.8の範囲が推奨される。更に好適には2.0〜3.6の範囲が推奨される。
Regarding this, since the reaction rate of the four alkoxy groups of the tetrafunctional silane compound varies under these conditions, non-spherical distorted silica particles (primary particles) are formed at the initial stage of hydrolysis condensation. As a result of the secondary agglomeration of such distorted primary particles, it is presumed that silica fine particles having hook-shaped projections on the surface are generated.
When the molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound is less than 2.0, the reaction proceeds sufficiently because the four alkoxy groups of the tetrafunctional silane compound are less than the molar amount of complete hydrolysis. Otherwise, aggregation or precipitation is likely to occur during the reaction. In addition, when the molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound is 4.0 or more, the amount of water is excessive, so that there is no sufficient difference in the reaction rate of the alkoxy group. Silica fine particles with poor undulations are easily generated. About the range of the molar ratio of the water with respect to the said tetrafunctional silane compound, the range of 2.0-3.8 is recommended suitably. The range of 2.0 to 3.6 is more preferable.

[4官能性シラン化合物]
本発明に係る製造方法で使用される4官能性シラン化合物とは、次の一般式(1)で表されるアルコキシシラン化合物を意味する。
一般式(1):(RO)4Si (Rは炭素数2〜4のアルキル基)
具体的には、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシランなどが挙げられる。炭素数5以上のアルコキシシランは、アルコキシ基の立体障害により、実用的な加水分解速度が得られない場合がある。また、テトラメトキシシランの場合は、加水分解反応の反応速度がテトラエトキシシランの場合より速く、実用的にシリカを合成するには望ましくない。実用上は、テトラエトキシシランの使用が推奨される。
[Tetrafunctional silane compound]
The tetrafunctional silane compound used in the production method according to the present invention means an alkoxysilane compound represented by the following general formula (1).
General formula (1): (RO) 4 Si (R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms)
Specific examples include tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetrabutoxysilane. An alkoxysilane having 5 or more carbon atoms may not have a practical hydrolysis rate due to steric hindrance of the alkoxy group. In the case of tetramethoxysilane, the reaction rate of the hydrolysis reaction is faster than that of tetraethoxysilane, which is not desirable for practically synthesizing silica. For practical use, tetraethoxysilane is recommended.

なお、本発明に係る製造方法において、通常、4官能性シラン化合物は、水溶性有機溶媒に溶解させて使用することが望ましい。水溶性有機溶媒に溶解させて使用するとにより、雰囲気中の水分の影響を低減することができる。具体的には、4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液中の4官能性シラン化合物の濃度が、5〜90質量%の範囲のものが好適に使用される。5質量%未満では、反応液中のシリカ濃度が低くなり、実用的とはいえない。90質量%を超える場合は、反応条件にもよるが、反応液中のシリカ濃度が高くなりすぎて、シリカの凝集や沈殿が生じ易くなる。該4官能性シラン化合物の濃度については、好適には10〜60質量%の範囲が推奨される。また、更に好適には20〜40質量%の範囲が推奨される。   In the production method according to the present invention, it is usually desirable to use the tetrafunctional silane compound by dissolving it in a water-soluble organic solvent. When used by dissolving in a water-soluble organic solvent, the influence of moisture in the atmosphere can be reduced. Specifically, the concentration of the tetrafunctional silane compound in the water-soluble organic solvent solution of the tetrafunctional silane compound is preferably in the range of 5 to 90% by mass. If it is less than 5% by mass, the silica concentration in the reaction solution becomes low, which is not practical. When it exceeds 90% by mass, although depending on the reaction conditions, the silica concentration in the reaction solution becomes too high and silica aggregation and precipitation are likely to occur. About the density | concentration of this tetrafunctional silane compound, the range of 10-60 mass% is recommended suitably. More preferably, a range of 20 to 40% by mass is recommended.

なお、4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液として、好適にはテトラエトキシシランのエタノール溶液の使用が推奨される。   As the water-soluble organic solvent solution of the tetrafunctional silane compound, it is recommended to use an ethanol solution of tetraethoxysilane.

[水溶性有機溶媒]
本発明に係る製造方法で使用される水溶性有機溶媒としては、前記一般式(1)で表される4官能性シラン化合物を溶解し、水溶性を示す有機溶媒が含まれる。この様な水溶性有機溶媒の例としては、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノールなどを挙げることができる。水溶性有機溶媒の選択については、使用する4官能性シラン化合物との相溶性に優れるものが好適に使用される。
[Water-soluble organic solvent]
The water-soluble organic solvent used in the production method according to the present invention includes an organic solvent that dissolves the tetrafunctional silane compound represented by the general formula (1) and exhibits water solubility. Examples of such water-soluble organic solvents include ethanol, isopropanol, and t-butanol. About selection of a water-soluble organic solvent, what is excellent in compatibility with the tetrafunctional silane compound to be used is used suitably.

[水溶性有機溶媒と水の混合溶媒]
水溶性有機溶媒と水の混合溶媒に含まれる水分量については、アルカリ触媒溶液が水分を含有しない場合は、前記4官能性シラン化合物に対する水のモル比の範囲内であることが必要となる。また、アルカリ触媒溶液が水分を含有する場合にあっては、前記混合溶媒に含まれる水分量とアルカリ触媒溶液に含まれる水分量の合計量が、前記4官能性シラン化合物に対する水のモル比の範囲内であることが必要となる。前記混合溶媒についてはこの前提を満たしたものが使用されるが、望ましくは水溶性有機溶媒の濃度が30〜95質量%の範囲(水分が5〜70質量%の範囲)のものが使用される。水溶性有機溶媒の割合が30質量%未満の場合(水分が70質量%以上)は、4官能性シラン化合物の量や加水分解速度によるが、添加された4官能性シラン化合物と混合溶媒が混ざり難くなり、4官能性シラン化合物がゲル化する場合がある。また、水溶性有機溶媒の割合が95質量%を超える場合(水分が5質量%未満)は、加水分解に使用する水分が過少となる場合がある
。水溶性有機溶媒と水の混合溶媒における水の割合については、好適には40〜80質量%の範囲が推奨される。また、更に好適には50〜70質量%の範囲が推奨される。
[A mixed solvent of water-soluble organic solvent and water]
The amount of water contained in the mixed solvent of the water-soluble organic solvent and water needs to be within the range of the molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound when the alkali catalyst solution does not contain water. When the alkali catalyst solution contains water, the total amount of water contained in the mixed solvent and water contained in the alkali catalyst solution is a molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound. It must be within range. As the mixed solvent, those satisfying this premise are used, but preferably those having a water-soluble organic solvent concentration in the range of 30 to 95% by mass (moisture in the range of 5 to 70% by mass) are used. . When the proportion of the water-soluble organic solvent is less than 30% by mass (moisture is 70% by mass or more), depending on the amount of the tetrafunctional silane compound and the hydrolysis rate, the added tetrafunctional silane compound and the mixed solvent are mixed. It becomes difficult and the tetrafunctional silane compound may be gelled. Moreover, when the ratio of the water-soluble organic solvent exceeds 95% by mass (moisture is less than 5% by mass), the water used for hydrolysis may be too small. About the ratio of the water in the mixed solvent of a water-soluble organic solvent and water, the range of 40-80 mass% is recommended suitably. More preferably, the range of 50 to 70% by mass is recommended.

[アルカリ触媒]
本発明に係る製造方法で使用されるアルカリ触媒としては、アンモニア、アミン、アルカリ金属水素化物、第4級アンモニウム化合物、アミン系カップリング剤など、塩基性を示す化合物が用いられる。なお、触媒としてアルカリ金属水素化物を用いることもできるが、前記アルコキシシランのアルコキシ基の加水分解を促進し、このため得られる粒子中に残存アルコキシ基(炭素)が減少しより硬いものとなるため、研磨速度は高いもののスクラッチが発生する場合があり、さらにナトリウム水素化物を使用した場合は、Naの含有量が高くなる問題がある。
[Alkali catalyst]
As the alkali catalyst used in the production method according to the present invention, basic compounds such as ammonia, amines, alkali metal hydrides, quaternary ammonium compounds and amine coupling agents are used. Although an alkali metal hydride can be used as a catalyst, it promotes hydrolysis of the alkoxy group of the alkoxysilane, and therefore, the remaining alkoxy groups (carbon) are reduced in the resulting particles and become harder. Although the polishing rate is high, scratches may occur, and when sodium hydride is used, there is a problem that the content of Na becomes high.

アルカリ触媒の使用量については、所望の加水分解速度が得られる限り限定されるものではないが、通常は、4官能性シラン化合物1モル当たり、0. 005〜1モルの範囲
で添加されることが好ましい。 更に好ましくは0. 01〜0. 8モルの範囲となるように添加されていることが推奨される。なお、アルカリ触媒は、通常は水および/または水溶性有機溶媒で希釈して、アルカリ触媒溶液として使用することが好ましい。なお、この水溶性有機触媒に含まれる水分についても、加水分解に寄与するものであるので、当然に加水分解に使用される水分量に算入されるものである。
The amount of the alkali catalyst used is not limited as long as the desired hydrolysis rate can be obtained, but it is usually 0.00 per mol of the tetrafunctional silane compound. It is preferable to add in the range of 005 to 1 mol. More preferably, 0. 01-0. It is recommended that it be added in a range of 8 moles. The alkali catalyst is usually preferably diluted with water and / or a water-soluble organic solvent and used as an alkali catalyst solution. In addition, since the water contained in this water-soluble organic catalyst also contributes to hydrolysis, it is naturally included in the amount of water used for hydrolysis.

通常は、アルカリ触媒溶液におけるアルカリ触媒濃度については、0.1〜20質量%の範囲が好ましい。0.1質量%未満では、実用的な触媒機能が得られない場合がある。また、20質量%以上の場合、触媒機能が平衡に達する場合が多く、過剰に使用することになる場合がある。   Usually, about the alkali catalyst density | concentration in an alkali catalyst solution, the range of 0.1-20 mass% is preferable. If it is less than 0.1% by mass, a practical catalytic function may not be obtained. In addition, when the amount is 20% by mass or more, the catalyst function often reaches an equilibrium and may be used excessively.

アルカリ触媒溶液におけるアルカリ触媒濃度については、より好適には、1〜15質量%の範囲が推奨される。更に好適には、2〜12質量%の範囲が推奨される。
アルカリ触媒については、例えば、アンモニア水溶液、アンモニウム水溶液とエタノールの混合物などが好適に使用できる。
About the alkali catalyst density | concentration in an alkali catalyst solution, the range of 1-15 mass% is recommended more suitably. More preferably, a range of 2 to 12% by mass is recommended.
As the alkali catalyst, for example, an aqueous ammonia solution, a mixture of an aqueous ammonium solution and ethanol can be preferably used.

[製造工程]
本発明に係るシリカゾルの好適な製造方法について以下に述べるが、本発明に係るシリカゾルの製造方法は、これに限定されるものではない。前記水溶性有機溶媒と水の混合溶媒の温度範囲を30〜150℃に維持し、1)4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液および2)アルカリ触媒の水溶液とを同時に、連続的または断続的に30分から20時間かけて添加する。前記温度範囲については、30℃未満では、加水分解縮合が充分に進行しないため望ましくない。混合溶媒の沸点を超える場合は、オートクレーブなどの耐圧容器を用いて行う事ができるが、150℃を超える場合は、非常に高い圧力がかかるため工業的でないので、望ましくない。
[Manufacturing process]
Although the suitable manufacturing method of the silica sol which concerns on this invention is described below, the manufacturing method of the silica sol which concerns on this invention is not limited to this. The temperature range of the mixed solvent of the water-soluble organic solvent and water is maintained at 30 to 150 ° C., and 1) the water-soluble organic solvent solution of the tetrafunctional silane compound and 2) the aqueous solution of the alkali catalyst are simultaneously, continuously or intermittently. For 30 minutes to 20 hours. Regarding the temperature range, if it is less than 30 ° C., hydrolysis condensation does not proceed sufficiently, which is not desirable. When it exceeds the boiling point of the mixed solvent, it can be carried out using a pressure-resistant vessel such as an autoclave. However, when it exceeds 150 ° C., it is not industrial because it is not industrial because a very high pressure is applied.

この温度範囲については好適には40〜100℃の範囲が推奨される。また、更に好適には、50〜80℃の範囲が推奨される。添加にかける前記の所要時間範囲については、好適には1〜15時間が推奨される。また、更に好適には、2〜10時間が推奨される。   About this temperature range, the range of 40-100 degreeC is recommended suitably. More preferably, a range of 50 to 80 ° C. is recommended. With respect to the required time range for the addition, 1 to 15 hours are preferably recommended. More preferably, 2 to 10 hours are recommended.

前記1)4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液および2)アルカリ触媒の水溶液については、両者を同時に、連続的にまたは断続的に30分から20時間かけて、前記水溶性有機溶媒と水の混合溶媒に添加することが好ましい。両者の全量を一時に一括添加した場合、加水分解縮合が急激に進行するためゲル状物の発生を招き、シリカ微粒子を得ることができない。   For 1) the water-soluble organic solvent solution of the tetrafunctional silane compound and 2) the aqueous solution of the alkali catalyst, both the water-soluble organic solvent and water are used simultaneously, continuously or intermittently for 30 minutes to 20 hours. It is preferable to add to a mixed solvent. When the total amount of both is added all at once, hydrolytic condensation proceeds rapidly, resulting in the generation of a gel-like substance and silica fine particles cannot be obtained.

本発明に係る製造方法では、前記の通り、4官能性シラン化合物の反応速度の特性を利用してシリカゾルを調製するものである。例えばテトラメトキシシランを使用した場合は、その加水分解反応は、テトラエトキシシランの場合に比べて速いため、テトラエトキシシランの様にシリカゾルを形成することは容易ではない。   In the production method according to the present invention, as described above, the silica sol is prepared by utilizing the reaction rate characteristics of the tetrafunctional silane compound. For example, when tetramethoxysilane is used, it is not easy to form a silica sol like tetraethoxysilane because the hydrolysis reaction is faster than that of tetraethoxysilane.

加水分解縮合に必要な成分の添加が終了した後、所望により30〜150℃にて、0.5〜10時間の範囲で熟成することが好ましい。
例えば、未反応の4官能性シラン化合物が残存していた場合、熟成することにより、未反応の4官能性シラン化合物の反応を促進し、完結させることができる。なお、未反応の4官能性シラン化合物の残存量によっては、経時でシリカの凝集や沈殿が生じる場合がある。熟成時の前記温度範囲については好適には40〜100℃の範囲が推奨される。また、更に好適には、50〜80℃の範囲が推奨される。前記熟成時間範囲については、好適には1〜9時間が推奨される。また、更に好適には、2〜8時間が推奨される。
After completion of the addition of the components necessary for the hydrolysis and condensation, it is preferably aged at 30 to 150 ° C. for 0.5 to 10 hours if desired.
For example, when an unreacted tetrafunctional silane compound remains, the reaction of the unreacted tetrafunctional silane compound can be promoted and completed by aging. Depending on the remaining amount of the unreacted tetrafunctional silane compound, silica may aggregate or precipitate over time. A temperature range of 40 to 100 ° C. is recommended for the temperature range during aging. More preferably, a range of 50 to 80 ° C. is recommended. The aging time range is preferably 1 to 9 hours. More preferably, 2 to 8 hours are recommended.

[研磨材]
本発明に係る研磨材は、前記した研磨用シリカ粒子が分散媒に分散したものである。分散媒としては通常、水を用いるが、必要に応じてメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類を用いることができ、他にエーテル類、エステル類、ケトン類など水溶性の有機溶媒を用いることができる。研磨材中の研磨用シリカ粒子の濃度は1〜50質量%、さらには3〜30質量%の範囲にあることが好ましい。濃度が1質量%未満の場合は、基材や絶縁膜の種類によっては濃度が低すぎて研磨速度が遅く生産性が問題となることがある。シリカ粒子の濃度が50質量%を越えると研磨材の安定性が不充分となり、研磨速度や研磨効率がさらに向上することもなく、また研磨処理のために分散液を供給する工程で乾燥物が生成して付着することがあり傷(スクラッチ)発生の原因となることがある。
[Abrasive]
The abrasive according to the present invention is obtained by dispersing the above-described abrasive silica particles in a dispersion medium. Usually, water is used as the dispersion medium, but alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol can be used as necessary. In addition, water-soluble organic solvents such as ethers, esters, and ketones can be used. Can be used. The concentration of the silica particles for polishing in the abrasive is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 3 to 30% by mass. When the concentration is less than 1% by mass, the concentration may be too low depending on the type of the base material or the insulating film, and the polishing rate may be slow and productivity may be a problem. If the concentration of silica particles exceeds 50% by mass, the stability of the abrasive will be insufficient, the polishing rate and the polishing efficiency will not be further improved, and the dried product will be removed in the step of supplying the dispersion for polishing treatment. It may be generated and attached, which may cause scratches.

[研磨用組成物]
本発明の研磨材には、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過酸化水素、過酢酸、過酸化尿素などおよびこれらの混合物を添加して用いることができる。このような過酸化水素等を添加して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。また、必要に応じて硫酸、硝酸、リン酸、フッ酸等の酸、あるいはこれら酸のナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩およびこれらの混合物などを添加して用いることができる。この場合、複数種の材質の被研磨材を研磨する際に、特定成分の被研磨材の研磨速度を速めたり、遅くしたりすることによって、最終的に平坦な研磨面を得ることができる。その他の添加剤として、例えば、金属被研磨材表面に不動態層あるいは溶解抑制層を形成して基材の浸食を防止するためにイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾールなどを用いることができる。また、上記不動態層を攪乱するためにクエン酸、乳酸、酢酸、シュウ酸、フタル酸、クエン酸等の有機酸あるいはこれらの有機酸塩などの錯体形成材を用いることもできる。研磨材スラリー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を適宜選択して添加することができる。さらに、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または塩基を添加して研磨材スラリーのpHを調節することができる。
[Polishing composition]
The abrasive of the present invention can be used by adding conventionally known hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide, or a mixture thereof, if necessary, although it varies depending on the type of material to be polished. When such hydrogen peroxide or the like is added and used, when the material to be polished is a metal, the polishing rate can be effectively improved. If necessary, an acid such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid or hydrofluoric acid, or a sodium salt, potassium salt, ammonium salt or a mixture thereof can be added. In this case, when polishing a plurality of kinds of materials to be polished, a flat polishing surface can be finally obtained by increasing or decreasing the polishing rate of the materials to be polished having a specific component. As other additives, for example, imidazole, benzotriazole, benzothiazole and the like can be used in order to form a passive layer or a dissolution suppressing layer on the surface of the metal polishing material to prevent erosion of the substrate. In order to disturb the passive layer, a complex forming material such as an organic acid such as citric acid, lactic acid, acetic acid, oxalic acid, phthalic acid, citric acid, or an organic acid salt thereof may be used. In order to improve the dispersibility and stability of the abrasive slurry, a cationic, anionic, nonionic or amphoteric surfactant can be appropriately selected and added. Furthermore, the pH of the abrasive slurry can be adjusted by adding an acid or a base as necessary in order to enhance the effect of each additive.

[好適な態様1]
表面に複数の疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルであって、該球状シリカ微粒子が、以下の1)〜5)の条件を満たすものであることを特徴とするシリカゾル。
[Preferred embodiment 1]
A silica sol in which spherical silica fine particles having a plurality of hook-shaped protrusions are dispersed in a solvent, and the spherical silica fine particles satisfy the following conditions 1) to 5): .

1)BET法により測定された比表面積を(SA1)とし、画像解析法により測定される該シリカ微粒子の平均粒子径(D2)から換算した比表面積を(SA2)としたときの表
面粗度(SA1)/(SA2)の値が、1.9〜5.0の範囲
2)該球状シリカ微粒子の平均粒子径(D2)が10〜150nmの範囲
3)該球状シリカ微粒子のナトリウム含有割合が100質量ppm以下
4)該球状シリカ微粒子の炭素含有割合が0.1〜5質量%の範囲
5)該球状シリカ微粒子の粒子径の変動係数が3〜20%の範囲
[好適な態様2] 表面に複数の疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルであって、該球状シリカ微粒子が、以下の1)〜5)の条件を満たすものであることを特徴とするシリカゾル。
1)BET法により測定された比表面積を(SA1)とし、画像解析法により測定される該シリカ微粒子の平均粒子径(D2)から換算した比表面積を(SA2)としたときの表面粗度(SA1)/(SA2)の値が、1.9〜5.0の範囲
2)該球状シリカ微粒子の平均粒子径(D2)が10〜150nmの範囲
3)該球状シリカ微粒子のナトリウム含有割合が100質量ppm以下
4)該球状シリカ微粒子の炭素含有割合が0.1〜5質量%の範囲
5)該球状シリカ微粒子の粒子径の変動係数が3〜20%の範囲
6)該球状シリカ微粒子が[SiO4/2]単位を含有するものである
1) Surface roughness when the specific surface area measured by the BET method is (SA1) and the specific surface area converted from the average particle diameter (D2) of the silica fine particles measured by the image analysis method is (SA2) ( The value of SA1) / (SA2) is in the range of 1.9 to 5.0 2) The average particle diameter (D2) of the spherical silica fine particles is in the range of 10 to 150 nm 3) The sodium content of the spherical silica fine particles is 100 Mass ppm or less 4) Range in which carbon content of spherical silica fine particles is 0.1 to 5 mass% 5) Range in which variation coefficient of particle diameter of spherical silica fine particles is 3 to 20% [Preferred embodiment 2] A silica sol obtained by dispersing spherical silica fine particles having a plurality of hook-shaped protrusions in a solvent, wherein the spherical silica fine particles satisfy the following conditions 1) to 5).
1) Surface roughness when the specific surface area measured by the BET method is (SA1) and the specific surface area converted from the average particle diameter (D2) of the silica fine particles measured by the image analysis method is (SA2) ( The value of SA1) / (SA2) is in the range of 1.9 to 5.0 2) The average particle diameter (D2) of the spherical silica fine particles is in the range of 10 to 150 nm 3) The sodium content of the spherical silica fine particles is 100 4) Range of carbon content of the spherical silica fine particles is 0.1 to 5% by mass 5) Range of variation coefficient of the particle diameter of the spherical silica fine particles is 3 to 20% 6) The spherical silica fine particles are [ Containing SiO 4/2 ] units

[好適な態様3]
エタノールおよび水を含む混合溶媒の温度範囲を30〜150℃に維持し、そこに、1)テトラエトキシシランのエタノール溶液および2)アルカリ触媒の水溶液とを同時に、連続的または断続的に30分から20時間かけて添加し、添加終了後、更に30〜150℃の温度範囲にて熟成することにより、テトラエトキシシランを加水分解縮合させてなるシリカゾルの製造方法において、テトラエトキシシランに対する水のモル比を、2以上、4未満の範囲にして、加水分解縮合を行うことを特徴とするシリカゾルの製造方法。
[Preferred Aspect 3]
The temperature range of the mixed solvent containing ethanol and water is maintained at 30 to 150 ° C., and 1) an ethanol solution of tetraethoxysilane and 2) an aqueous solution of an alkali catalyst are simultaneously or intermittently used for 30 minutes to 20 minutes. In the method for producing a silica sol obtained by hydrolyzing and condensing tetraethoxysilane by adding over time and aging in the temperature range of 30 to 150 ° C. after the addition is completed, the molar ratio of water to tetraethoxysilane is A method for producing a silica sol, wherein hydrolysis condensation is performed in a range of 2 or more and less than 4.

[実施例および比較例で用いた測定方法等]
[1]動的光散乱法による平均粒子径の測定方法
試料シリカゾルを0.58%アンモニア水にて希釈して、シリカ濃度1質量調整し、下記粒径測定装置を用いて平均粒子径を測定した。
[Measurement methods used in Examples and Comparative Examples]
[1] Method for measuring average particle diameter by dynamic light scattering method The sample silica sol is diluted with 0.58% ammonia water, the silica concentration is adjusted to 1 mass, and the average particle diameter is measured using the following particle size measuring apparatus. did.

〔粒径測定装置〕
レーザーパーティクルアナライザー(製造元:大塚電子社、型番「レーザー粒径解析システム、LP−510モデルPAR−III」、測定原理 動的光散乱法 測定角度90°、受光素子 光電子倍増管2インチ、測定範囲3nm〜5μm、光源 He-Neレーザー 5mW 632.8nm、温度調整範囲5〜90℃、
温度調整方式ペルチェ素子(冷却)、セラミックヒーター(加熱)、セル 10mm角 プラスチックセル、
測定対象:コロイド粒子
[Particle size measuring device]
Laser particle analyzer (Manufacturer: Otsuka Electronics Co., Ltd., model number “Laser particle size analysis system, LP-510 model PAR-III”, measurement principle Dynamic light scattering method Measurement angle 90 °, photo detector 2 inch photomultiplier tube, measurement range 3 nm ~ 5μm, light source He-Ne laser 5mW 632.8nm, temperature adjustment range 5 ~ 90 ℃,
Temperature adjustment method Peltier element (cooling), ceramic heater (heating), cell 10mm square plastic cell,
Measurement object: Colloidal particles

[2]BET法(窒素吸着法)による比表面積測定方法
シリカゾル50mlをHNO3でpH3.5に調整し、1−プロパノール40mlを加
え、110℃で16時間乾燥した試料について、乳鉢で粉砕後、マッフル炉にて500℃、1時間焼成し、測定用試料とした。そして、比表面積測定装置(ユアサアイオニクス製、型番マルチソーブ12)を用いて窒素吸着法(BET法)を用いて、窒素の吸着量から、BET1点法により比表面積を算出した。
[2] Specific surface area measurement method by BET method (nitrogen adsorption method) 50 ml of silica sol was adjusted to pH 3.5 with HNO 3 , 40 ml of 1-propanol was added, and the sample was dried at 110 ° C. for 16 hours. A sample for measurement was obtained by baking at 500 ° C. for 1 hour in a muffle furnace. And the specific surface area was computed by the BET 1 point method from the adsorption amount of nitrogen using the nitrogen adsorption method (BET method) using the specific surface area measuring apparatus (The product made from Yuasa Ionics, model number multisorb 12).

具体的には、試料0.5gを測定セルに取り、窒素30v%/ヘリウム70v%混合ガス気流中、300℃で20分間脱ガス処理を行い、その上で試料を上記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、シリカゾルの比表面積を算出した。
Specifically, 0.5 g of a sample is taken in a measurement cell, degassed for 20 minutes at 300 ° C. in a mixed gas stream of nitrogen 30 v% / helium 70 v%, and then the sample is liquidized in the mixed gas stream. Keep nitrogen temperature and allow nitrogen to equilibrate to sample. Next, the sample temperature was gradually raised to room temperature while flowing the mixed gas, the amount of nitrogen desorbed during that time was detected, and the specific surface area of the silica sol was calculated using a calibration curve prepared in advance.

[3]画像解析による平均粒子径(D2)の測定方法および比表面積(SA2)の算定方法
透過型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、H−800)により、試料シリカゾルを倍率25万倍で写真撮影して得られる写真投影図における、任意の50個の粒子について、その最大径(DL)を測定し、その平均値を平均粒子径(D2)とした。また、平均粒子径(D2)の値を次の式(2)に代入して、比表面積(SA2)を求めた。
[3] Measurement method of average particle diameter (D2) by image analysis and calculation method of specific surface area (SA2) Photograph of sample silica sol at a magnification of 250,000 using a transmission electron microscope (H-800, manufactured by Hitachi, Ltd.) The maximum diameter (DL) of any 50 particles in a photograph projection view obtained by photographing was measured, and the average value was defined as the average particle diameter (D2). Further, the specific surface area (SA2) was determined by substituting the value of the average particle diameter (D2) into the following formula (2).

D2=6000/(ρ×SA2) ・・・ (1)
ここで、D2は平均粒子径[nm]、ρは試料の密度[g/cm3]であり、ここでは
シリカの密度2.2を使用した。
D2 = 6000 / (ρ × SA2) (1)
Here, D2 is the average particle diameter [nm], ρ is the density of the sample [g / cm 3 ], and here, the density of silica 2.2 was used.

[4]真球度の測定方法
透過型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、H−800)により、試料シリカゾルを倍率25万倍で写真撮影して得られる写真投影図における、任意の50個の粒子について、それぞれ最大径(DL)を測定し、該最大径上で、該最大径を2等分する点(中心点)を求め、該中心点を通過し、該最大径に直交する径の長さ(DS)を測定し、(DL)/(DS)の値を求め、50個の粒子について平均値をとり、これを真球度とした。
[4] Method for measuring sphericity Any 50 of the photographic projections obtained by photographing a sample silica sol at a magnification of 250,000 times with a transmission electron microscope (H-800, manufactured by Hitachi, Ltd.) For each particle, the maximum diameter (DL) is measured, and on the maximum diameter, a point (center point) that bisects the maximum diameter is obtained, the diameter that passes through the center point and is orthogonal to the maximum diameter The length (DS) was measured, the value of (DL) / (DS) was determined, the average value was taken for 50 particles, and this was taken as the sphericity.

[5]粒子径の変動係数の算定
透過型電子顕微鏡(株式会社日立製作所製、H−800)により、試料シリカゾルを倍率25万倍ないし50万倍で写真撮影して得られる写真投影図における球状シリカ微粒子の最長径を2等分する位置を該球状シリカ微粒子の中心とし、該中心から最長径の一方の端を角度0度とし、そこから10度づつ0度から180度までの半径を測定する。そして、その値から半径の平均値および標準偏差を算定する。更に該標準偏差を該平均値で除すことにより粒子径の変動係数(相対標準偏差)を求めた。この測定および算定を任意の50個の粒子について行い、粒子径の変動係数の平均値をとり、その値を粒子径の変動係数(CV値)とした。なお、粒子径の変動係数(CV値)については、粒子径の変動係数(CV値)[%]=(粒子径の標準偏差/粒子径の平均値)×100として表示した。
[5] Calculation of coefficient of variation of particle diameter Spherical shape in a photographic projection obtained by photographing a sample silica sol at a magnification of 250,000 to 500,000 with a transmission electron microscope (H-800, manufactured by Hitachi, Ltd.) The position where the longest diameter of the silica fine particle is divided into two equals is the center of the spherical silica fine particle, one end of the longest diameter from the center is an angle of 0 degrees, and a radius from 0 degrees to 180 degrees is measured in 10 degrees from there. To do. And the average value and standard deviation of a radius are calculated from the value. Furthermore, the coefficient of variation (relative standard deviation) of the particle diameter was determined by dividing the standard deviation by the average value. This measurement and calculation were performed on arbitrary 50 particles, and the average value of the coefficient of variation in particle diameter was taken, and the value was taken as the coefficient of variation (CV value) in particle diameter. The particle diameter variation coefficient (CV value) was expressed as particle diameter variation coefficient (CV value) [%] = (standard deviation of particle diameter / average value of particle diameter) × 100.

[6]Naの定量方法
次の手順によりナトリウムの含有量を測定した。
1)試料シリカゾル約10gを白金皿に採取し、0.1mgまで秤量する。
2)硝酸5mlと弗化水素酸20mlを加えて、サンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。3)液量が少なくなったら、更に弗化水素酸20mlを加えてサンドバス上で加熱し、蒸発乾固する。
4)室温まで冷却後、硝酸2mlと水を約50ml加えて、サンドバス上で加熱溶解する。5)室温まで冷却後、フラスコ(100ml)に入れ、水で100mlに希釈して試料溶液とする。
6)原子吸光分光光度計(株式会社日立製作所製、Z-5300、測定モード:原子吸光、測定波長:190〜900nm、シリカ試料の場合におけるNaの検出波長は589.0nm)にて、試料溶液中に存在する各金属の含有量を測定した。この原子吸光分光光度計
は、フレームにより試料を原子蒸気化し、その原子蒸気層に適当な波長の光を照射し、その際の原子によって吸収された光の強さを測定し、これにより試料中の元素濃度を定量するものである。
7)試料シリカゾル10gに50%硫酸水溶液2mlを加え、白金皿上にて蒸発乾固し、得られた固形物を1000℃にて1時間焼成後、冷却して秤量する。次に、秤量した固形物を微量の50%硫酸水溶液に溶かし、更にフッ化水素酸20mlを加えてから、白金皿
上にて蒸発乾固し、1000℃にて15分焼成後、冷却して秤量する。これらの重量差よりシリカ含有量を求めた。
8)上記6)と7)の結果からSiO2分に対するNaの割合を算出した。
[6] Method for quantifying Na The sodium content was measured by the following procedure.
1) About 10 g of sample silica sol is collected in a platinum dish and weighed to 0.1 mg.
2) Add 5 ml of nitric acid and 20 ml of hydrofluoric acid, heat on a sand bath and evaporate to dryness. 3) When the amount of liquid decreases, add 20 ml of hydrofluoric acid and heat on a sand bath to evaporate to dryness.
4) After cooling to room temperature, add 2 ml of nitric acid and about 50 ml of water and dissolve by heating on a sand bath. 5) After cooling to room temperature, place in a flask (100 ml) and dilute to 100 ml with water to make the sample solution.
6) Atomic absorption spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd., Z-5300, measurement mode: atomic absorption, measurement wavelength: 190 to 900 nm, Na detection wavelength in the case of silica sample is 589.0 nm), sample solution The content of each metal present therein was measured. This atomic absorption spectrophotometer vaporizes a sample with a frame, irradiates the atomic vapor layer with light of an appropriate wavelength, and measures the intensity of light absorbed by the atoms at that time. The elemental concentration of is determined.
7) Add 2 ml of 50% sulfuric acid aqueous solution to 10 g of sample silica sol, evaporate to dryness on a platinum dish, and bake the obtained solid at 1000 ° C. for 1 hour, then cool and weigh. Next, dissolve the weighed solid in a small amount of 50% aqueous sulfuric acid, add 20 ml of hydrofluoric acid, evaporate to dryness on a platinum pan, bake at 1000 ° C. for 15 minutes, and cool. Weigh. The silica content was determined from these weight differences.
8) The ratio of Na to SiO 2 was calculated from the results of 6) and 7) above.

[7]熱酸化膜に対する研磨特性の評価方法
研磨スラリーの調製 各実施例および各比較例で得たシリカ濃度12.6質量%のシリカゾルに、KOHを添加して、pHを10に調整した。
[7] Evaluation Method of Polishing Characteristics for Thermal Oxide Film Preparation of Polishing Slurry KOH was added to silica sol having a silica concentration of 12.6% by mass obtained in each Example and each Comparative Example, and the pH was adjusted to 10.

被研磨基板 被研磨基板として、シリコンウェーハを1050℃でウエット熱酸化させた熱酸化膜基板を使用した。
研磨試験 上記被研磨基板を、研磨装置(ナノファクター(株)製:NF330)にセットし、研磨パッド(ロデール社製「IC-1000」)を使用し、基板荷重0.05MPa、テーブル回転速度30rpmで研磨用研磨スラリーを20g/分の速度で5分間供給して研磨を行った。研磨前後の膜厚を短波長エリプソメーターで測定し、研磨速度を計算した。
Substrate to be polished As the substrate to be polished, a thermal oxide film substrate obtained by wet-oxidizing a silicon wafer at 1050 ° C. was used.
Polishing test The above-mentioned substrate to be polished is set in a polishing apparatus (manufactured by Nano Factor Co., Ltd .: NF330), a polishing pad (“IC-1000” manufactured by Rodel) is used, a substrate load of 0.05 MPa, and a table rotation speed of 30 rpm. Polishing was performed by supplying a polishing slurry for polishing at a rate of 20 g / min for 5 minutes. The film thickness before and after polishing was measured with a short wavelength ellipsometer, and the polishing rate was calculated.

[8]C(炭素)の含有量測定方法
C(炭素)の含有量については、EMIA−320V(HORIBA社製)にて測定した。
[8] Method for measuring content of C (carbon) The content of C (carbon) was measured with EMIA-320V (manufactured by HORIBA).

以下の実施例および比較例で調製したシリカゾルおよびその分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記した。また、以下の実施例および比較例における、4官能性シラン化合物(テトラエトキシシラン)、水、水溶性有機溶媒(エタノール)、アルカリ触媒(アンモニア溶液)などの使用量および調製条件を表2‐1および表2‐2に記した。   The measurement results regarding the silica sol prepared in the following Examples and Comparative Examples and the silica fine particles which are the dispersoids thereof are shown in Table 1. Table 2-1 shows the amounts and preparation conditions of the tetrafunctional silane compound (tetraethoxysilane), water, water-soluble organic solvent (ethanol), alkali catalyst (ammonia solution), etc. in the following Examples and Comparative Examples. And in Table 2-2.

[実施例1]
超純水237.3gにエタノール355.8gとを混合した混合溶媒を65℃に加熱して、これにテトラエトキシシラン(多摩化学製エチルシリケート28、SiO2=28.8
質量%)1188gとエタノール2255gを混合したテトラエトキシラン溶液、および
超純水100gと29.1%アンモニア水溶液40.5gを混合したアンモニア希釈液とを同時に3時間かけて添加した。添加終了後、さらに65℃で3時間熟成した。そして、限外濾過膜で固形分濃度15質量%まで濃縮し、未反応のテトラエトキシシランを除去した。さらにロータリーエバポレーターでエタノール、アンモニアをほぼ除去し、固形分濃度12.6質量%のシリカゾルを得た。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Example 1]
A mixed solvent obtained by mixing 237.3 g of ultrapure water and 355.8 g of ethanol was heated to 65 ° C., and tetraethoxysilane (ethyl silicate 28 manufactured by Tama Chemical, SiO 2 = 28.8) was added thereto.
(Mass%) A tetraethoxylane solution in which 1188 g and 2255 g of ethanol were mixed, and an ammonia diluted solution in which 100 g of ultrapure water and 40.5 g of 29.1% ammonia aqueous solution were mixed were added simultaneously over 3 hours. After completion of the addition, the mixture was further aged at 65 ° C. for 3 hours. And it concentrated to 15 mass% of solid content with an ultrafiltration membrane, and unreacted tetraethoxysilane was removed. Further, ethanol and ammonia were almost removed by a rotary evaporator to obtain a silica sol having a solid content concentration of 12.6% by mass. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[実施例2]
実施例1の混合溶媒に代えて、超純水177gにエタノール416.1gを添加してなる混合溶媒を使用し、さらに、実施例1のアンモニア希釈液に代えて、エタノール160.3gと29.1%アンモニア水溶液40.5gを混合したアンモニア希釈液を使用し、それ以外は、実施例1と同様にシリカゾルの調製を行った。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Example 2]
Instead of the mixed solvent of Example 1, a mixed solvent obtained by adding 416.1 g of ethanol to 177 g of ultrapure water was used. Further, instead of the ammonia dilution liquid of Example 1, 160.3 g of ethanol and 29. A silica sol was prepared in the same manner as in Example 1 except that an ammonia dilution mixed with 40.5 g of a 1% aqueous ammonia solution was used. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[実施例3]
実施例1のアンモニア希釈液に代えて、エタノール100gと29.1%アンモニア水溶液40.5gを混合したアンモニア希釈液を使用し、テトラエトキシラン溶液とアンモニア希釈液の添加時間を6時間とし、それ以外は実施例1と同様にシリカゾルの調製を行った。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。また、このシリカゾルの電子顕微鏡写真(倍率30万倍)を図1に記す。
[Example 3]
Instead of the ammonia dilution liquid of Example 1, an ammonia dilution liquid obtained by mixing 100 g of ethanol and 40.5 g of 29.1% aqueous ammonia solution was used, and the addition time of the tetraethoxylane solution and the ammonia dilution liquid was set to 6 hours. Except for the above, silica sol was prepared in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol. An electron micrograph (magnification of 300,000 times) of this silica sol is shown in FIG.

[実施例4]
実施例1の混合溶媒に代えて、超純水177gにエタノール416.1gを添加してなる混合溶媒を使用し、実施例1のアンモニア希釈液に代えて、エタノール100gと29.1%アンモニア水溶液40.5gを混合したアンモニア希釈液を使用し、テトラエトキシラン溶液とアンモニア希釈液の添加時間を10時間とし、それ以外は実施例1と同様にシリカゾルの調製を行った。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Example 4]
Instead of the mixed solvent of Example 1, a mixed solvent obtained by adding 416.1 g of ethanol to 177 g of ultrapure water was used, and instead of the ammonia dilution liquid of Example 1, 100 g of ethanol and 29.1% aqueous ammonia solution were used. A silica sol was prepared in the same manner as in Example 1 except that an ammonia diluted solution mixed with 40.5 g was used, and the addition time of the tetraethoxylane solution and the ammonia diluted solution was 10 hours. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[実施例5]
実施例1のアンモニア希釈液に代えて、エタノール100gと29.1%アンモニア水溶液40.5gを混合したアンモニア希釈液を使用し、テトラエトキシラン溶液とアンモニア希釈液の添加時間を10時間とし、それ以外は実施例1と同様にシリカゾルの調製を行った。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Example 5]
Instead of the ammonia dilution solution of Example 1, an ammonia dilution solution obtained by mixing 100 g of ethanol and 40.5 g of 29.1% aqueous ammonia solution was used, and the addition time of the tetraethoxylane solution and the ammonia dilution solution was set to 10 hours. Except for the above, silica sol was prepared in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[比較例1]
テトラエトキシシラン(多摩化学株式会社製:エチルシリケート28、SiO2 =28質量%)532. 5gを、水−メタノール混合溶媒[水とメタノールの重量比=2:8
]2450gに溶解させてなるテトラエトキシシラン溶液2982. 5gと、濃度0. 25質量%のアンモニア水溶液596. 4gとを、60℃に保持した水−メタノール混
合溶媒(純水139. 1gとメタノール169. 9gからなる)に、同時に20時間かけて添加した。なお、アンモニア/テトラエトキシシラン=0. 034(モル比)だっ
た。添加終了後、さらに65℃で、3時間熟成した。
[Comparative Example 1]
Tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd .: ethyl silicate 28, SiO 2 = 28 mass%) 532. 5 g of water-methanol mixed solvent [weight ratio of water to methanol = 2: 8
] A tetraethoxysilane solution 2982 dissolved in 2450 g. 5 g, concentration 0. 25% by mass aqueous ammonia solution 596. 4 g was simultaneously added to a water-methanol mixed solvent maintained at 60 ° C. (comprising 139.1 g of pure water and 169.9 g of methanol) over 20 hours. In addition, ammonia / tetraethoxysilane = 0. 034 (molar ratio). After completion of the addition, the mixture was further aged at 65 ° C. for 3 hours.

その後、限外濾過膜で未反応のテトラエトキシシラン、メタノール、アンモニアをほぼ完全に除去し、両イオン交換樹脂で精製し、ついで限外濾過膜で濃縮し、固形分濃度20質量%のシリカゾルを得た。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。   Thereafter, unreacted tetraethoxysilane, methanol, and ammonia are removed almost completely with an ultrafiltration membrane, purified with both ion exchange resins, and then concentrated with an ultrafiltration membrane to obtain a silica sol having a solid concentration of 20% by mass. Obtained. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[比較例2]
触媒化成工業株式会社製カタロイド(商標)SI−50(BET法により測定された比表面積から換算された平均粒子径:25nm)をシリカ濃度20質量%に調整し、炭素含有量、Na含有量を測定し、結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
Cataloid (trademark) SI-50 (average particle diameter converted from the specific surface area measured by the BET method: 25 nm) manufactured by Catalyst Chemical Industry Co., Ltd. is adjusted to a silica concentration of 20% by mass, and the carbon content and Na content are adjusted. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
超純水599gにエタノール899gとを混合した混合溶媒を65℃に加熱して、これにテトラエトキシシラン(多摩化学製エチルシリケート28、SiO2=28.8質量%)10.00kgとエタノール18.99kgを混合したテトラエトキシラン溶液、および超純水10.41kgと29.1%アンモニア水溶液169.5gを混合したアンモニア希釈液とを同時に10時間かけて添加した。 添加終了後、さらに65℃で3時間熟成した。そして、限外濾過膜で固形分濃度15質量%まで濃縮し未反応のテトラエトキシシランを除去した。さらに、ロータリーエバポレーターでエタノール、アンモニアをほぼ除去し固形分濃度12.6質量%のシリカゾルを得た。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Comparative Example 3]
A mixed solvent obtained by mixing 599 g of ultrapure water and 899 g of ethanol was heated to 65 ° C., and 10.00 kg of tetraethoxysilane (Tama Chemical Ethyl silicate 28, SiO 2 = 28.8 mass%) and ethanol 18. A tetraethoxylane solution mixed with 99 kg and an ammonia diluted solution mixed with 10.41 kg of ultrapure water and 169.5 g of 29.1% aqueous ammonia solution were simultaneously added over 10 hours. After completion of the addition, the mixture was further aged at 65 ° C. for 3 hours. And it concentrated to 15 mass% of solid content with the ultrafiltration membrane, and unreacted tetraethoxysilane was removed. Further, ethanol and ammonia were almost removed by a rotary evaporator to obtain a silica sol having a solid content concentration of 12.6% by mass. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[比較例4]
超純水851.2gにメタノール567.7gを添加した混合溶媒を65℃に加熱して
、これにテトラメトキシシラン(メチルシリケートSiO2=39.6質量%)8,297.6gとメタノール21,589.4gを混合したテトラメトキシラン溶液及び、超純水11,242.1gと29.1質量%アンモニア水溶液786.2gとを同時に18時間か
けて同時に添加した。添加終了後、さらにこの温度で3時間熟成した。その後限外濾過膜で固形分濃度15質量%まで濃縮し未反応のテトラメトキシシランを除去した。さらにロータリーエバポレーターでメタノール、アンモニアをほぼ除去し固形分濃度12.6質量%のシリカ微粒子分散液を得た。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Comparative Example 4]
A mixed solvent in which 567.7 g of methanol was added to 851.2 g of ultrapure water was heated to 65 ° C., and 8,297.6 g of tetramethoxysilane (methyl silicate SiO 2 = 39.6 mass%) and methanol 21, A tetramethoxylane solution mixed with 589.4 g, 11,242.1 g of ultrapure water, and 786.2 g of a 29.1 mass% ammonia aqueous solution were simultaneously added over 18 hours. After completion of the addition, the mixture was further aged at this temperature for 3 hours. Thereafter, it was concentrated with an ultrafiltration membrane to a solid concentration of 15% by mass to remove unreacted tetramethoxysilane. Further, methanol and ammonia were substantially removed by a rotary evaporator to obtain a silica fine particle dispersion having a solid content concentration of 12.6% by mass. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

[比較例5]
超純水2,632gに0.28質量%アンモニア水溶液57.8gと陰イオン性界面活性剤(花王株式会社製ペレックスSS-L)の3.0gを混合したものをゆっくり添加し、30分攪拌した。さらにメチルトリメトキシラン(信越化学株式会社製KBM-13)の
300gを室温にて、13.5時間かけて添加した。添加終了後、室温で、さらに3時間
熟成した。得られたゾルを限外濾過膜で固形分濃度12質量%まで濃縮し、未反応のメチルトリメトキシシランを除去した。このシリカゾルの分散質であるシリカ微粒子に関する測定結果を表1に記す。
[Comparative Example 5]
A mixture of 2,632 g of ultrapure water and 57.8 g of 0.28 mass% aqueous ammonia solution and 3.0 g of an anionic surfactant (Perex SS-L manufactured by Kao Corporation) was slowly added and stirred for 30 minutes. did. Furthermore, 300 g of methyltrimethoxylane (KBM-13 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added at room temperature over 13.5 hours. After completion of the addition, the mixture was further aged at room temperature for 3 hours. The obtained sol was concentrated with an ultrafiltration membrane to a solid concentration of 12% by mass to remove unreacted methyltrimethoxysilane. Table 1 shows the measurement results regarding silica fine particles which are the dispersoid of this silica sol.

本発明のシリカゾルは、シリコンウェーハ、化合物半導体ウェーハ、磁気ディスク基板、アルミニウム基板などの電子材料の研磨加工時に用いられる研磨材または研磨用組成物として好適である。また、化粧料の原料、インク受容層の成分、樹脂組成物用の充填材、被膜形成用組成物の充填材などに好適に使用することが可能である。   The silica sol of the present invention is suitable as an abrasive or a polishing composition used in polishing electronic materials such as silicon wafers, compound semiconductor wafers, magnetic disk substrates, and aluminum substrates. Further, it can be suitably used as a raw material for cosmetics, a component of an ink receiving layer, a filler for a resin composition, a filler for a film forming composition, and the like.

実施例3で調製したシリカゾルの電子顕微鏡写真(倍率:300、000倍で撮影したもので、100nmを10等分した目盛を写真上に示した)である。It is an electron micrograph of the silica sol prepared in Example 3 (taken at a magnification of 300,000, and a scale obtained by dividing 100 nm into 10 parts is shown on the photograph).

Claims (6)

表面に複数の疣状突起を有する球状シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルであって、
該球状シリカ微粒子のBET法により測定された比表面積を(SA1)とし、画像解析法により測定される該シリカ微粒子の平均粒子径(D2)から換算した比表面積を(SA2)としたときの表面粗度(SA1)/(SA2)の値が、1.9〜5.0の範囲にあり、該平均粒子径(D2)が10〜150nmの範囲にあり、該球状シリカ微粒子の粒子径の変動係数が3.0〜20%の範囲にあり、ナトリウム含有割合が100質量ppm以下、炭素含有割合が0.1〜5質量%の範囲にあることを特徴とするシリカゾル。
A silica sol obtained by dispersing spherical silica fine particles having a plurality of hook-shaped protrusions on a surface in a solvent,
Surface when the specific surface area of the spherical silica particles measured by the BET method is (SA1) and the specific surface area converted from the average particle diameter (D2) of the silica particles measured by the image analysis method is (SA2) The roughness (SA1) / (SA2) value is in the range of 1.9 to 5.0, the average particle size (D2) is in the range of 10 to 150 nm, and the particle size of the spherical silica fine particles varies. A silica sol having a coefficient of 3.0 to 20%, a sodium content of 100 mass ppm or less, and a carbon content of 0.1 to 5 mass%.
前記球状シリカ微粒子が[SiO4/2]単位を含有するものであることを特徴とする請求項に記載のシリカゾル。 The silica sol according to claim 1 , wherein the spherical silica fine particles contain [SiO 4/2 ] units. 水溶性有機溶媒および水を含む混合溶媒の温度範囲を30〜150℃に維持し、そこに、1)下記一般式(1)で表される4官能性シラン化合物の水溶性有機溶媒溶液および2)アルカリ触媒溶液とを同時に、連続的または断続的に添加し、添加終了後、更に30〜150℃の温度範囲にて熟成することにより、該4官能性シラン化合物を加水分解縮合させてなるシリカゾルの製造方法において、該4官能性シラン化合物に対する水のモル比を2以上、4未満の範囲として、加水分解縮合を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のシリカゾルの製造方法。
一般式(1):(RO)4Si (Rは炭素数2〜4のアルキル基)
The temperature range of the mixed solvent containing a water-soluble organic solvent and water is maintained at 30 to 150 ° C., and 1) a water-soluble organic solvent solution of a tetrafunctional silane compound represented by the following general formula (1) and 2 ) Silica sol obtained by hydrolytic condensation of the tetrafunctional silane compound by adding the alkali catalyst solution simultaneously or intermittently, and further aging in the temperature range of 30 to 150 ° C. after completion of the addition. 3. The method for producing a silica sol according to claim 1, wherein the hydrolytic condensation is carried out with the molar ratio of water to the tetrafunctional silane compound being in the range of 2 or more and less than 4. 4.
General formula (1): (RO) 4 Si (R is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms)
前記4官能性シラン化合物が、テトラエトキシシランであることを特徴とする請求項に記載のシリカゾルの製造方法。 The method for producing a silica sol according to claim 3 , wherein the tetrafunctional silane compound is tetraethoxysilane. 請求項1または2に記載のシリカゾルからなる研磨材。 An abrasive comprising the silica sol according to claim 1 or 2 . 請求項記載の研磨材を含有してなる研磨用組成物。 A polishing composition comprising the abrasive according to claim 5 .
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