JP7038022B2 - Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based fine particle dispersion. - Google Patents

Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based fine particle dispersion. Download PDF

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

半導体基板、配線基板などの半導体デバイスなどは、高密度化・微細化することで高性能化を実現している。この半導体の製造工程においては、いわゆるケミカルメカニカルポリッシング(CMP)が適用されており、具体的にはシャロートレンチ素子分離、層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグやCuダマシン配線の形成などに必須の技術となっている。 Semiconductor devices such as semiconductor boards and wiring boards have achieved high performance by increasing the density and miniaturization. So-called chemical mechanical polishing (CMP) is applied in the manufacturing process of this semiconductor. Specifically, it is an essential technology for separating shallow trench elements, flattening an interlayer insulating film, and forming contact plugs and Cu damascene wiring. 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, an abrasive for CMP is composed of abrasive grains and a chemical component, and the chemical component plays a role of promoting polishing by oxidizing or corroding the target film. On the other hand, the abrasive grains have a role of polishing by mechanical action, and colloidal silica, fumed silica, and ceria particles are used as the abrasive grains. In particular, ceria particles show a specifically high polishing rate with respect to the silicon oxide film, and are therefore applied to polishing in the shallow trench element separation step.
In the shallow trench element separation step, not only the silicon oxide film is polished, but also the silicon nitride film is polished. In order to facilitate element separation, it is desirable that the polishing rate of the silicon oxide film is high and the polishing rate of the silicon nitride film is low, and this polishing rate 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 for polishing such a member, a relatively rough primary polishing process is then performed, and then a precise secondary polishing process is performed to obtain a smooth surface or an extremely high-precision surface with few scratches. How to get is done.
Conventionally, for example, the following methods have been proposed with respect to the polishing agent used for the secondary polishing as such finish polishing.

例えば、特許文献1には、硝酸第一セリウムの水溶液と塩基とを、pHが5~10となる量比で攪拌混合し、続いて70~100℃に急速加熱し、その温度で熟成することを特徴とする酸化セリウム単結晶からなる酸化セリウム超微粒子(平均粒子径10~80nm)の製造方法が記載されており、更にこの製造方法によれば、粒子径の均一性が高く、かつ粒子形状の均一性も高い酸化セリウム超微粒子を提供できると記載されている。 For example, in Patent Document 1, an aqueous solution of first cerium nitrate and a base are stirred and mixed at an amount ratio of 5 to 10 and then rapidly heated to 70 to 100 ° C. and aged at that temperature. A method for producing ultrafine particles of cerium oxide (average particle diameter of 10 to 80 nm) made of a cerium oxide single crystal is described, and further, according to this production method, the particle size is highly uniform and the particle shape is high. It is stated 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。 Further, Non-Patent Document 1 discloses a method for producing ceria-coated silica, which comprises 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 a firing-dispersion step as included in the production method described in Patent Document 1.

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

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

Seung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.V.Babu and Egon Matijevic、"Chemical mechanicalpolishing of thermal oxide films using silica particles coated with ceria"、Journal of Materials Research、Volume 17、Issue 10、2002、pp2744-2749Seung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.M. V. Babu and Egon Matijevic, "Chemical mechanical polishing of thermal oxide films using silka parts coated with ceriumcoated with27 seri", Journal of

しかしながら、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子について、本発明者が実際に製造して検討したところ、研磨速度が低く、さらに、研磨基材の表面に欠陥(面精度の悪化、スクラッチ増加、研磨基材表面への研磨材の残留)を生じやすいことが判明した。
これは、焼成工程を含むセリア粒子の製造方法(焼成によりセリア粒子の結晶化度が高まる)に比べて、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子の製法は、焼成工程を含まず、液相(硝酸第一セリウムを含む水溶液)から酸化セリウム粒子を結晶化させるだけなので、生成する酸化セリウム粒子の結晶化度が相対的に低く、また、焼成処理を経ないため砥粒の密度が低いため研磨速度が低く、さらに酸化セリウムが母粒子と固着せず、酸化セリウムが研磨基材の表面に残留することが主要因であると、本発明者は推定している。
However, when the present inventor actually manufactured and examined the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1, the polishing speed was low, and further, defects on the surface of the polishing substrate (deterioration of surface accuracy, increase in scratches, It was found that the residual abrasive material on the surface of the polishing substrate) is likely to occur.
This is because the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1 does not include a firing step and is a liquid phase, as compared with a method for producing ceria particles including a firing step (the degree of crystallization of ceria particles is increased by firing). Since the cerium oxide particles are only crystallized from (an aqueous solution containing primary cerium nitrate), the degree of crystallization of the generated cerium oxide particles is relatively low, and the density of the abrasive grains is low because the firing process is not performed. The present inventor presumes that the main factors are that the polishing rate is low, cerium oxide does not adhere to the mother particles, and cerium oxide remains on the surface of the polishing substrate.

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

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、シリカ膜、Siウェハや難加工材であっても高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、基板上の砥粒残が少ない、基板Ra値の良化等)を達成でき、さらに不純物を含まない場合、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができるセリア系微粒子分散液、その製造方法及びセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems. That is, the present invention can polish a silica film, a Si wafer, or a difficult-to-process material at high speed, and at the same time, it has high surface accuracy (low scratch, less abrasive residue on the substrate, and improvement of the substrate Ra value. Etc.) can be achieved, 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. It is an object of the present invention to provide an abrasive grain dispersion liquid.

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

本発明のセリア系微粒子分散液を、例えば、研磨用砥粒分散液として研磨用途に使用した場合、対象がシリカ膜、Siウェハなどを含む難加工材であっても、高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成することができる。本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法は、このような優れた性能を示すセリア系微粒子分散液を効率的に製造する方法を提供するものである。
本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法の好適態様においては、セリア系微粒子に含まれる不純物を著しく低減させ、高純度化させることも可能である。本発明のセリア系微粒子分散液の製造方法の好適態様によって得られる、高純度化されたセリア系微粒子分散液は、不純物を含まないため、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。
また、本発明のセリア系微粒子分散液は、研磨用砥粒分散液として使用した場合、半導体デバイス表面の平坦化に有効であり、特にはシリカ絶縁膜が形成された基板の研磨に好適である。
When the ceria-based fine particle dispersion liquid of the present invention is used for polishing as an abrasive grain dispersion liquid for polishing, for example, even if the target is a difficult-to-process material including a silica film, a Si wafer, etc., it can be polished at high speed. At the same time, high surface accuracy (low scratch, low surface roughness (Ra) of the substrate to be polished, etc.) can be achieved. The method for producing a ceria-based fine particle dispersion liquid of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based fine particle dispersion liquid exhibiting such excellent performance.
In a preferred embodiment of the method for producing a ceria-based fine particle dispersion liquid of the present invention, impurities contained in the ceria-based fine particles can be significantly reduced and the purity can be increased. Since the highly purified ceria-based fine particle dispersion obtained by the preferred embodiment of the method for producing a ceria-based fine particle dispersion of the present invention does not contain impurities, it is suitable for polishing the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates. It can be preferably used.
Further, the ceria-based fine particle dispersion liquid of the present invention is effective for flattening the surface of a semiconductor device when used as an abrasive grain dispersion liquid for polishing, and is particularly suitable for polishing a substrate on which a silica insulating film is formed. ..

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

易溶解性のシリカを含む層はシリカを含んでおり、本発明の微粒子をアルカリ水溶液中で撹拌保持し、溶液中の溶解したSi濃度を測定することによって易溶解性のシリカを含む層を確認することができる。
すなわち、本発明の複合微粒子が水に分散してなる分散液に硝酸または水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH9に調整し、イオン交換水を添加して3.0質量%に調整した後、15分間撹拌することで溶解する部分が易溶解性のシリカを含む層である。しかるのちに限外膜付き遠心管(分画分子量5000)に投入し、1820Gで30分処理すると、易溶解シリカ層を構成していたものは限外膜を透過すると考えられる。そこで、限外膜を透過した分離液を回収しSi濃度の測定を行い、上澄み液中に溶解したシリカの質量をD1、セリア系微粒子の質量をD2とすると、易溶解シリカ層を備えた複合微粒子の場合は、D2に対するD1の割合D(D=D1/D2×100)が0.005~10%となるので、易溶解シリカ層を有していない原料セリア微粒子またはセリア系微粒子と区別することができる。
The layer containing easily soluble silica contains silica, and the fine particles of the present invention are stirred and held in an alkaline aqueous solution, and the dissolved Si concentration in the solution is measured to confirm the layer containing easily soluble silica. can do.
That is, the pH is adjusted to 9 by adding nitrate or an aqueous sodium hydroxide solution to the dispersion liquid in which the composite fine particles of the present invention are dispersed in water, and ion-exchanged water is added to adjust the pH to 3.0% by mass, and then 15 minutes. The portion that dissolves by stirring is a layer containing easily soluble silica. After that, when it is put into a centrifuge tube with an ultrafiltration membrane (molecular weight cut off of 5000) and treated with 1820 G for 30 minutes, it is considered that those constituting the easily soluble silica layer permeate the ultrafiltration membrane. Therefore, when the separation liquid that has permeated the outer membrane is recovered and the Si concentration is measured, and the mass of silica dissolved in the supernatant liquid is D1 and the mass of ceria-based fine particles is D2, a composite having an easily soluble silica layer is provided. In the case of fine particles, the ratio D (D = D1 / D2 × 100) of D1 to D2 is 0.005 to 10%, so that it is distinguished from raw material ceria fine particles or ceria-based fine particles that do not have an easily soluble silica layer. be able to.

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

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

また、本発明の分散液を乾燥させ、樹脂包埋した後にPtによるスパッタコーティングを施し、従来公知の収束イオンビーム(FIB)装置を用い断面試料を作成する。例えば作成した断面試料を従来公知のTEM装置を用い、高速フーリエ変換(FFT)解析を用いてFFTパターンを得ると、例えばCerianiteのような結晶性セリアの回折図が現れる。このことから、本発明の複合微粒子が結晶性セリアを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、結晶性セリアが主成分とするものとする。
また、別の方法として同様に作成した断面試料について、従来公知のTEM分析を用い、原料セリア微粒子の原子配列による格子縞の有無を観察する方法が挙げられる。結晶質であれば結晶構造に応じた格子縞が観察され、非晶質であれば格子縞は観察されない。このことから、本発明の複合微粒子が結晶性セリアを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、結晶性セリアが主成分とするものとする。
Further, the dispersion liquid of the present invention is dried, embedded in a resin, and then sputter coated with Pt to prepare a cross-sectional sample using a conventionally known focused ion beam (FIB) device. For example, when an FFT pattern is obtained by using a conventionally known TEM device for a prepared cross-sectional sample and using a fast Fourier transform (FFT) analysis, a diffraction pattern of crystalline ceria such as Cerianite appears. From this, it can be confirmed that the composite fine particles of the present invention contain crystalline ceria as a main component. Further, in such a case, crystalline ceria shall be the main component.
Another method is to observe the presence or absence of lattice fringes due to the atomic arrangement of the raw material ceria fine particles by using a conventionally known TEM analysis for the cross-sectional sample similarly prepared. If it is crystalline, plaids corresponding to the crystal structure are observed, and if it is amorphous, no plaids are observed. From this, it can be confirmed that the composite fine particles of the present invention contain crystalline ceria as a main component. Further, in such a case, crystalline ceria shall be the main component.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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、流動電位の微分値が最大になるときのカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が-3000~-100となる流動電位曲線が得られるものであることが好ましい。
ΔPCD/V=(I-C)/V・・・式(1)
C:前記流動電位の微分値が最大になるときの流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記流動電位の微分値が最大になるときの前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
The dispersion of the present invention is a cation colloid titration solution in which the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) and the differential value of the flow potential become maximum when cation colloid titration is performed. It is preferable that a flow potential curve having a ratio (ΔPCD / V) to the addition amount (V) of -3000 to −100 can be obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V ... Equation (1)
C: Flow potential (mV) when the differential value of the flow potential becomes maximum.
I: Flow potential (mV) at the start point of the flow potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titration solution when the differential value of the flow potential is maximized.

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

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

上記のΔPCD/Vの値が-3000~-100であると、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨剤の研磨速度がより向上する。このΔPCD/Vは、本発明の複合微粒子表面における易溶解性のシリカを含む層による原料セリア微粒子の被覆具合及び/又は複合微粒子の表面における原料セリア微粒子の露出具合を反映していると考えられる。ΔPCD/Vの値が上記範囲内であると研磨速度が高く、さらに複合微粒子の分散安定性が向上するため安定した研磨が行われると本発明者は推定している。
逆にΔPCD/Vの値が-100よりも大きい場合は、複合微粒子表面が易溶解性のシリカを含む層で全面が厚く覆われているため、研磨時に原料セリア微粒子が十分に露出しないため、研磨速度が低くなる。一方、-3000よりも小さい場合は易溶解性のシリカを含む層の被覆が十分でないため、基板との凝着による摩擦力向上効果低くなるため研磨速度が低くなり、さらに分散安定性が保たれず凝集が生じて、ディフェクトなどの原因になると本発明者は推定している。ΔPCD/Vは、-2800~-150であることがより好ましく、-2500~-200であることがさらに好ましい。
When the above value of ΔPCD / V is -3000 to -100, when the dispersion liquid of the present invention is used as an abrasive, the polishing speed of the abrasive is further improved. It is considered that this ΔPCD / V reflects the coating condition of the raw material ceria fine particles by the layer containing the easily soluble silica on the surface of the composite fine particles of the present invention and / or the exposure condition of the raw material ceria fine particles on the surface of the composite fine particles. .. The present inventor estimates that when the value of ΔPCD / V is within the above range, the polishing rate is high and the dispersion stability of the composite fine particles is improved, so that stable polishing is performed.
On the contrary, when the value of ΔPCD / V is larger than -100, the surface of the composite fine particles is thickly covered with a layer containing easily soluble silica, and the raw material ceria fine particles are not sufficiently exposed during polishing. Polishing speed is low. On the other hand, if it is smaller than -3000, the coating of the layer containing easily soluble silica is not sufficient, so that the effect of improving the frictional force due to adhesion with the substrate is low, so that the polishing speed is low and the dispersion stability is further maintained. The present inventor presumes that agglomeration occurs without fail and causes defects and the like. ΔPCD / V is more preferably -2800 to -150, and even more preferably -2500 to -200.

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

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

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

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

セリウムの金属塩はあらかじめ篩などにより粗大な凝集塊を除去し、さらに湿式または乾式分級を行うなどしてセリウムの金属塩の粒子径分布を均一にすることが望ましい。セリウム金属塩の粒子径分布が不均一であると、焼成時に粗大なあるいは極めて小さなセリウム結晶が生じるからである。粗大なセリウム結晶は、解砕あるいは粉砕が困難となり、解砕あるいは粉砕しきれずに残存した場合は、研磨時にスクラッチの原因となるからである。また極めて小さなセリウム結晶は、研磨基板上に残留しやすく、砥粒残りが生じやすいからである。 It is desirable that the metal salt of cerium has a uniform particle size distribution of the metal salt of cerium by removing coarse agglomerates in advance with a sieve or the like and then performing wet or dry classification. This is because if the particle size distribution of the cerium metal salt is non-uniform, coarse or extremely small cerium crystals are generated during firing. This is because coarse cerium crystals are difficult to crush or crush, and if they remain without being crushed or crushed, they cause scratches during polishing. Further, extremely small cerium crystals tend to remain on the polishing substrate, and abrasive grains are likely to remain.

工程1では、このようなセリウム化合物を300~1200℃で焼成して焼成体を得る。
セリウムの金属塩等のセリウム化合物を焼成する方法は特に限定されないが、ロータリーキルン、バッチ炉、流動焼成炉、ローラーハースキルンなどが挙げられるが、ロータリーキルンは、焼成ムラなく均一に焼成できること、設備の掃除性から、ロータリーキルンで焼成することが望ましい。
また焼成時の温度は300~1200℃であるが、400~950℃であることが好ましく、500~900℃であることがより好ましい。このような温度範囲において焼成すると、セリアの結晶化が十分に進行するからである。1200℃超で焼成した場合、セリア結晶が異常成長したり、粒子どうしが融着し粗大な凝集塊が生じ、スクラッチが多発するからである。また300℃未満で焼成した場合は、セリアの結晶化が十分に進行しないため、研磨速度が著しく低くなる。このような温度範囲で30分~10時間焼成することが望ましく、好ましくは30分~5時間、さらに好ましくは30分~3時間温度を保持することが望ましい。
焼成時の昇温速度は、10~300℃/分とすることが好ましく、30~200℃/分とすることがより好ましい。
In step 1, such a cerium compound is calcined at 300 to 1200 ° C. to obtain a calcined body.
The method of firing a cerium compound such as a metal salt of cerium is not particularly limited, and examples thereof include a rotary kiln, a batch furnace, a fluidized firing furnace, and a roller herring smelt. Due to its nature, it is desirable to bake in a rotary kiln.
The temperature at the time of firing is 300 to 1200 ° C., but is preferably 400 to 950 ° C., more preferably 500 to 900 ° C. This is because crystallization of ceria proceeds sufficiently when firing in such a temperature range. This is because when fired at a temperature higher than 1200 ° C., ceria crystals grow abnormally, particles are fused to each other to form coarse agglomerates, and scratches occur frequently. Further, when the ceria is fired at a temperature lower than 300 ° C., the crystallization of ceria does not proceed sufficiently, so that the polishing rate becomes significantly low. It is desirable to bake in such a temperature range for 30 minutes to 10 hours, preferably to maintain the temperature for 30 minutes to 5 hours, and more preferably to maintain the temperature for 30 minutes to 3 hours.
The rate of temperature rise during firing is preferably 10 to 300 ° C./min, more preferably 30 to 200 ° C./min.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

また、セリウム溶液を添加する反応溶液の酸化還元電位は10~500mVに調整することが好ましい。酸化還元電位は100~300mVとすることよりが好ましい。酸化還元電位が負となった場合、セリウム化合物が結晶性セリアとならずに板状・棒状などの複合セリウム化合物が生成する場合がある。酸化還元電位を上記の範囲内に保つ方法として過酸化水素などの酸化剤を添加したり、エアー及びオゾンを吹き込む方法が挙げられる。 Further, it is preferable to adjust the redox potential of the reaction solution to which the cerium solution is added to 10 to 500 mV. The redox potential is preferably 100 to 300 mV. When the redox potential becomes negative, the cerium compound may not become crystalline ceria, but a plate-shaped or rod-shaped composite cerium compound may be produced. Examples of the method of keeping the redox potential within the above range include a method of adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide and a method of blowing air and ozone.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

本発明の研磨用砥粒分散液は半導体基板などを研磨する際の研磨速度が高く、また研磨時に研磨面のキズ(スクラッチ)が少ない、基板への砥粒の残留が少ないなどの効果に優れている。 The abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention has excellent effects such as high polishing speed when polishing a semiconductor substrate, less scratches (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分散溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この分散溶媒として、例えば純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。またpH調整材として酸やアルカリ、緩衝溶液を添加しても良い。さらに、本発明の研磨用砥粒分散液に、研磨性能を制御するための添加剤として、研磨促進剤、界面活性剤、複素環化合物、pH調整剤及びpH緩衝剤からなる群より選ばれる1種以上を添加することで研磨スラリーとして好適に用いられる。 The abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention contains water and / or an organic solvent as a dispersion solvent. As the dispersion solvent, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, and ion-exchanged water. Further, an acid, an alkali, or a buffer solution may be added as a pH adjusting material. Further, the polishing abrasive grain dispersion liquid of the present invention is selected from the group consisting of a polishing accelerator, a surfactant, a heterocyclic compound, a pH adjuster and a pH buffer as an additive for controlling the polishing performance1. It is suitably used as a polishing slurry by adding seeds or more.

<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。
<Abrasive accelerator>
Although it depends on the type of the material to be polished, it can be used as a polishing slurry by adding a conventionally known polishing accelerator to the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention, if necessary. Examples of such include hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide and the like, and mixtures thereof. When such an abrasive composition containing a polishing accelerator such as hydrogen peroxide is used, the polishing rate can be effectively improved when the material to be polished is a metal.

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

本発明の研磨用砥粒分散液が研磨促進剤を含有する場合、その含有量としては、0.1~10質量%であることが好ましく、0.5~5質量%であることがより好ましい。 When the abrasive grain dispersion liquid for polishing 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>
In order to improve the dispersibility and stability of the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention, a cationic, anionic, nonionic or amphoteric surfactant or hydrophilic compound can be added. Both the surfactant and the hydrophilic compound have an action of lowering the contact angle with the surface to be polished and have an action of promoting uniform polishing. As the surfactant and / or the hydrophilic compound, for example, those selected from the following groups can be used.

陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、カルボン酸塩として、石鹸、N-アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド;スルホン酸塩として、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼン及びアルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、N-アシルスルホン酸塩;硫酸エステル塩として、硫酸化油、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩;リン酸エステル塩として、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテルリン酸塩を挙げることができる。 Examples of the anionic surfactant include carboxylates, sulfonates, sulfates and phosphates, and the carboxylates include soaps, N-acylamino acid salts, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxylics. Acid salts, acylated peptides; as sulfonates, alkyl sulfonates, alkylbenzene and alkyl naphthalene sulfonates, naphthalene sulfonates, sulfosuccinates, α-olefin sulfonates, N-acyl sulfonates; sulfate esters. As salts, sulfated oils, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkylallyl ether sulfates, alkylamide sulfates; as phosphate ester salts, alkyl phosphates, polyoxyethylene or poly Oxypropylene alkyl allyl ether phosphate can 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; as amphoteric surfactants, carboxybetaine type, sulfobetaine type, Aminocarboxylates, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxides can be mentioned.

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

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

さらに、その他の界面活性剤、親水性化合物等としては、グリセリンエステル、ソルビタンエステル及びアラニンエチルエステル等のエステル;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール等のエーテル;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p-スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;メチルタウリン酸アンモニウム塩、メチルタウリン酸ナトリウム塩、硫酸メチルナトリウム塩、硫酸エチルアンモニウム塩、硫酸ブチルアンモニウム塩、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、1-アリルスルホン酸ナトリウム塩、2-アリルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3-エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド、アクリルアミド、メチル尿素、ニコチンアミド、コハク酸アミド及びスルファニルアミド等のアミド等を挙げることができる。 Further, other surfactants, hydrophilic compounds and the like include esters such as glycerin ester, sorbitan ester and alanine ethyl ester; polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether and alkyl. Polyethylene Glycol, Alkyl Polyethylene Glycol Alkyl Ether, Alkyl Polyethylene Glycol Alkenyl Ether, Alkenyl Polyethylene Glycol, Alkenyl Polyethylene Glycol Alkyl Ether, Alkenyl Polyethylene Glycol Alkenyl Ether, Polypropylene Glycol Alkyl Ether, Polypropylene Glycol Alkenyl Ether, Alkyl Polypropylene Glycol, Alkyl Polypropylene Glycol Alkyl Ether , Alkyl Polypropylene Glycol Alkenyl Ethers, Esteryl Polypropylene Glycols and Other Ethers; Polysaccharides such as Arginic Acid, Pectic Acid, Carboxymethyl Cellulose, Cardolan and Pluran; Amino Acid Salts such as Glycinammonium Salts and Glycin Sodium Salts; Polylysine, polyappleic acid, polymethacrylic acid, polyammonium methacrylate, sodium polymethacrylate, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumalic acid, poly (p-styrene carboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, amino Polycarboxylic acids such as polyacrylamide, ammonium polyacrylic acid salt, sodium polyacrylic acid salt, polyamic acid, ammonium polyamic acid salt, sodium polyamic acid salt and polyglioxylic acid and salts thereof; Vinyl-based polyma; ammonium methyltaurate, sodium methyltaurate, methylsodium sulfate, ethylammonium sulfate, butylammonium sulfate, sodium vinylsulfonic acid, sodium 1-allylsulfonic acid, 2-allylsulfonic acid Sulfonic acids and salts thereof such as sodium salt, sodium methoxymethyl sulfonic acid salt, ammonium ethoxymethyl sulfonic acid salt, sodium 3-ethoxypropyl sulfonic acid salt; propionamide, acrylamide, methyl urea, nicotine amide, succinic acid amide and sulf Examples thereof include amides such as ananyl amides.

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 preferably used, but in the case of a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, alkali metal or alkaline soil can be used. When the influence of contamination by metals or halides is disliked, it is desirable to use an acid or an ammonium salt-based surfactant thereof.

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

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

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。 Only one type of surfactant or hydrophilic compound may be used, two or more types 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、5-アミノ-1,2,3,4-テトラゾール、5-メチル-1,2,3,4-テトラゾール、1,2,3-トリアゾール、4-アミノ-1,2,3-トリアゾール、4,5-ジアミノ-1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ1,2,4-トリアゾール、3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾールなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
<Heterocyclic compound>
The abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention has the purpose of suppressing the erosion of the substrate to be polished by forming a passivation layer or a dissolution suppressing layer on the metal when the substrate to be polished contains a metal. Heterocyclic compounds may be contained. Here, the "heterocyclic compound" is a compound having a heterocycle containing one or more heteroatoms. Heteroatom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. The heterocycle means a cyclic compound having at least one heteroatom. Heteroatoms refer only to the atoms that form the constituents of the heterocyclic ring system, and may be located outside the ring system, separated from the ring system by at least one unconjugated single bond, or the ring system. It does not mean an atom that is part of a further substituent of. Preferred heteroatoms include, but are not limited to, nitrogen atoms, sulfur atoms, oxygen atoms, selenium atoms, tellurium atoms, phosphorus atoms, silicon atoms, and boron atoms. As an example of the heterocyclic compound, imidazole, benzotriazole, benzothiazole, tetrazole and the like can be used. More specifically, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3- Triazole, 4-amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino1,2,4-triazole, 3,5 -Diamino-1,2,4-triazole and the like can be mentioned, but the present invention is not limited thereto.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

<粗大粒子数>
研磨スラリーまたは研磨用砥粒分散液に含まれるセリア系微粒子の粗大粒子数は、Particle sizing system Inc.社製Accusizer 780APSを用いて測定を行った。また測定試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、測定装置に5mLを注入して、以下の条件にて測定を行い、3回測定した後、得られた測定データの0.51μm以上の粗大粒子数の値の平均値を算出した値をセリア系微粒子の粗大粒子数とした。なお測定条件は以下の通り。
<System Setup>
・Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
・Data Collection Time 60 Sec.
・Syringe Volume 2.5ml
・Sample Line Number :Sum Mode
・Initial 2nd-Stage Dilution Factor 350
・Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
・Sample Equilibration Time 30 Sec./ Sample Flow Time 30 Sec.
<Number of coarse particles>
The number of coarse particles of ceria-based fine particles contained in the polishing slurry or the abrasive grain dispersion for polishing was measured using an Accusizer 780 APS manufactured by Particle sizing system Inc. After adjusting the measurement sample to 0.1% by mass with pure water, inject 5 mL into the measuring device, measure under the following conditions, measure 3 times, and then obtain 0. The value obtained by calculating the average value of the values of the number of coarse particles of 51 μm or more was defined as the number of coarse particles of the ceria-based fine particles. The measurement conditions are as follows.
<System Setup>
・ Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
Data Collection Time 60 Sec.
・ Syringe Volume 2.5ml
-Sample Line Number: Sum Mode
・ Initial 2nd -Stage Dilution Factor 350
・ Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・ System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
Sample Equilibration Time 30 Sec./Sample Flow Time 30 Sec.

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

<アルミハードディスクの研磨>
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。また、一部の実施例又は比較例については研磨用砥粒分散液に添加材(硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等)を加え、研磨スラリーを調整した。ここで研磨用砥粒分散液および研磨スラリーのいずれの場合も、固形分濃度は9質量%とし、また、硝酸を添加してpHは2.0に調整した。
アルミハードディスク用基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「ポリテックスφ12」)を使用し、基板負荷0.05MPa、テーブル回転速度30rpmで研磨用砥粒分散液または研磨スラリーを20ml/分の速度で5分間供給して研磨を行い、超微細欠陥・可視化マクロ装置(VISION PSYTEC社製、製品名:Maicro―Max)を使用し、Zoom15にて全面観察し、65.97cm2に相当する研磨処理された基板表面に存在するスクラッチ(線状痕)の個数を数えて合計し、次の基準に従って評価した。
線状痕の個数 評価
50個未満 「非常に少ない」
50個から80個未満 「少ない」
80個以上 「多い」
少なくとも80個以上で総数をカウントできないほど多い 「※」
<Aluminum hard disk polishing>
The abrasive grain dispersion liquid for polishing containing the ceria-based fine particle dispersion liquid obtained in each of the examples and the comparative examples was prepared. Further, for some Examples or Comparative Examples, an additive (ammonium nitrate, ammonium acetate, etc.) was added to the abrasive grain dispersion for polishing to prepare a polishing slurry. Here, in both the abrasive grain dispersion for polishing and the polishing slurry, the solid content concentration was 9% by mass, and nitric acid was added to adjust the pH to 2.0.
The substrate for aluminum hard disk is set in a polishing device (Nanofactor Co., Ltd., NF300), and a polishing pad ("Polytex φ12" manufactured by Nitta Hearth Co., Ltd.) is used, and the substrate load is 0.05 MPa and the table rotation speed is 30 rpm. Polishing is performed by supplying a grain dispersion liquid or a polishing slurry at a rate of 20 ml / min for 5 minutes, and using an ultrafine defect / visualization macro device (manufactured by VISION PSYTEC, product name: Micro-Max), the entire surface is used in Zoom15. After observing, the number of scratches (linear marks) existing 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 marks Evaluation Less than 50 "Very few"
50 to less than 80 "less"
80 or more "many"
At least 80 or more, too many to count the total number "*"

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

[準備工程1]
炭酸セリウムを710℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉状の焼成体を得た。次いで、粉状の焼成体100gをイオン交換水300gと共に1Lの柄付ビーカーへ入れ、撹拌しながら超音波浴槽中で10分間超音波を照射した。
次にφ0.25mmの石英ビーズ(大研化学工業株式会社製)にて湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を30分行った。
そして解砕後に44メッシュの金網を通して、イオン交換水で押水をしながらビーズを分離し、さらに遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、相対遠心加速度1700Gで102秒間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、除去後の溶液をロータリーエバポレーターで1.6質量%に濃縮して原料セリア微粒子分散液を得た。
[Preparation step 1]
Cerium carbonate was fired for 2 hours in a muffle furnace at 710 ° C. to obtain a powdery fired body. Next, 100 g of the powdered calcined body was placed in a 1 L patterned beaker together with 300 g of ion-exchanged water, and ultrasonic waves were irradiated in an ultrasonic bath for 10 minutes while stirring.
Next, wet crushing (batch type tabletop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.) was performed with quartz beads having a diameter of 0.25 mm (manufactured by Daiken Kagaku Kogyo Co., Ltd.) for 30 minutes.
After crushing, the beads are separated while being pressed with ion-exchanged water through a 44-mesh wire mesh, and further separated by a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at a relative centrifugal acceleration of 1700 G for 102 seconds. Centrifugation treatment was performed to remove the sedimented component, and the removed solution was concentrated to 1.6% by mass with a rotary evaporator to obtain a raw material ceria fine particle dispersion.

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

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

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

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

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

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

<実施例6>
オキシ塩化ジルコニウム八水和物(太陽鉱工株式会社製工業用ZrO2 36%)にイオン交換水を添加して、0.2質量%の希釈ZrO2溶液70gを調整し、ついで0.2質量%の高純度珪酸液30gを添加することでZrO2とSiO2の混合液(D液)100gを得た。
そしてA液10,000g(dry50g)を室温で撹拌しながら0.2質量%のD液100g(dry0.2g)を添加して、添加終了後も10分間撹拌を継続した。その後1質量%のアンモニア水を添加して、pHを9.5に調整し、50℃に昇温して撹拌を続けながら24時間温度を保った。その後室温まで冷却し、ロータリーエバポレーターで3.0質量%に濃縮してセリア系微粒子分散液を得た。
<Example 6>
Ion-exchanged water was added to zirconium oxychloride octahydrate (Industrial ZrO 236% manufactured by Taiyo Mining Co., Ltd.) to prepare 70 g of a 0.2 mass% diluted ZrO 2 solution , and then 0.2 mass. By adding 30 g of a high-purity silicate solution of%, 100 g of a mixed solution (solution D) of ZrO 2 and SiO 2 was obtained.
Then, while stirring 10,000 g (dry 50 g) of the A solution at room temperature, 0.2 mass% of the D solution 100 g (dry 0.2 g) was added, and stirring was continued for 10 minutes even after the addition was completed. After that, 1% by mass of aqueous ammonia was added to adjust the pH to 9.5, the temperature was raised to 50 ° C., and the temperature was maintained for 24 hours while continuing stirring. Then, the mixture was cooled to room temperature and concentrated to 3.0% by mass with a rotary evaporator to obtain a ceria-based fine particle dispersion.

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

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

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

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

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

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

Figure 0007038022000001
Figure 0007038022000001

Figure 0007038022000002
Figure 0007038022000002

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

Figure 0007038022000003
Figure 0007038022000003

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

Claims (10)

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