JP7443857B2 - Silica particle manufacturing method, silica sol manufacturing method, polishing method, semiconductor wafer manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Silica particle manufacturing method, silica sol manufacturing method, polishing method, semiconductor wafer manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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本発明は、シリカ粒子の製造方法、シリカゾルの製造方法、研磨方法、半導体ウェハの製造方法及び半導体デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing silica particles, a method for manufacturing silica sol, a method for polishing, a method for manufacturing semiconductor wafers, and a method for manufacturing semiconductor devices.

金属や無機化合物等の材料の表面を研磨する方法として、研磨液を用いた研磨方法が知られている。中でも、半導体用のプライムシリコンウェハやこれらの再生シリコンウェハの最終仕上げ研磨、及び、半導体デバイス製造時の層間絶縁膜の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み配線形成等の化学的機械的研磨(CMP)では、その表面状態が半導体特性に大きく影響するため、これらの部品の表面や端面は、極めて高精度に研磨されることが要求されている。 A polishing method using a polishing liquid is known as a method for polishing the surface of materials such as metals and inorganic compounds. Among these, chemical mechanical polishing (CMP) is used for final polishing of prime silicon wafers for semiconductors and recycled silicon wafers, as well as for flattening interlayer insulating films, forming metal plugs, and forming embedded wiring during semiconductor device manufacturing. ), the surface condition of these parts greatly affects the semiconductor properties, so the surfaces and end faces of these parts are required to be polished with extremely high precision.

このような精密研磨においては、シリカ粒子を含む研磨組成物が採用されており、その主成分である砥粒として、コロイダルシリカが広く用いられている。コロイダルシリカは、その製造方法の違いにより、四塩化珪素の熱分解によるもの(ヒュームドシリカ等)、水ガラス等の珪酸アルカリの脱イオンによるもの、アルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応(一般に「ゾルゲル法」と称される)によるもの等が知られている。 In such precision polishing, a polishing composition containing silica particles is employed, and colloidal silica is widely used as the abrasive grain that is the main component. Depending on the manufacturing method, colloidal silica is produced by thermal decomposition of silicon tetrachloride (fumed silica, etc.), by deionization of alkali silicate such as water glass, and by hydrolysis reaction and condensation reaction of alkoxysilane (generally known as sol-gel method) is known.

シリカ粒子の製造方法に関し、これまで多くの検討がなされてきた。例えば、特許文献1及び非特許文献1には、アルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応によりシリカ粒子を製造する方法が開示されている。 Many studies have been made regarding methods for producing silica particles. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose methods for producing silica particles by hydrolysis reaction and condensation reaction of alkoxysilane.

特開平11-60232号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-60232 特開2009-224767号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-224767 特開2003-165718号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-165718 「Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range」 ステーバー, ジャーナル・オブ・コロイド・アンド・インターフェース・サイエンス 第26巻, 第62~69, (1968)."Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range" Staber, Journal of Colloid and Interface Science Vol. 26, Nos. 62-69, (1968).

アルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応により得られるシリカ粒子は、四塩化珪素の熱分解により得られるシリカ粒子や珪酸アルカリの脱イオンにより得られるシリカ粒子と比較して、金属不純物含有率が低く、精密な研磨が求められる用途において好適に用いることができる。しかしながら、特許文献1及び非特許文献1に開示されているシリカ粒子の製造方法は、アルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応における反応液としてアルコールを用いているため、シリカ粒子の形成速度が速く構造が未発達な部分が発生し、シリカ粒子に未反応のアルコキシ基が残存しやすい。そのため、特許文献1及び非特許文献1に開示されている製造方法で得られるシリカ粒子は、四塩化珪素の熱分解により得られるシリカ粒子や珪酸アルカリの脱イオンにより得られるシリカ粒子と比較して、表面シラノール基密度が高くなるという課題を有する。 Silica particles obtained by hydrolysis and condensation reactions of alkoxysilanes have a lower metal impurity content than silica particles obtained by thermal decomposition of silicon tetrachloride or silica particles obtained by deionization of alkali silicate. It can be suitably used in applications requiring precise polishing. However, the methods for producing silica particles disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 use alcohol as a reaction liquid in the hydrolysis reaction and condensation reaction of alkoxysilane, so the formation rate of silica particles is fast and the structure is undeveloped portions occur, and unreacted alkoxy groups tend to remain in the silica particles. Therefore, the silica particles obtained by the production methods disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are compared to silica particles obtained by thermal decomposition of silicon tetrachloride and silica particles obtained by deionization of alkali silicate. , the problem is that the surface silanol group density becomes high.

シリカ粒子の表面シラノール基密度を低くする方法として、特許文献2に開示されているようなオートクレーブ処理や特許文献3に開示されているような表面改質処理等の方法が挙げられる。しかしながら、これらの方法は、シリカ粒子の製造後に更なる工程を追加する必要があるため、多くの製造設備を必要とし、生産性に劣るという課題を有する。 Examples of methods for lowering the surface silanol group density of silica particles include methods such as autoclave treatment as disclosed in Patent Document 2 and surface modification treatment as disclosed in Patent Document 3. However, these methods require additional steps after the production of silica particles, require a large amount of production equipment, and have the problem of poor productivity.

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多くの製造設備を必要とせず、表面シラノール基密度を調整できるシリカ粒子の製造方法、その製造方法で得られたシリカ粒子を含むシリカゾルの製造方法を提供することにある。また、本発明のもう1つの目的は、研磨に適した研磨方法、その研磨方法を含む半導体ウェハの製造方法、その研磨方法を含む半導体デバイスの製造方法を提供することにある。 The present invention was made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing silica particles that does not require a large amount of production equipment and can adjust the surface silanol group density, and a method for producing silica particles that can be obtained by the method. An object of the present invention is to provide a method for producing a silica sol containing silica particles. Another object of the present invention is to provide a polishing method suitable for polishing, a semiconductor wafer manufacturing method including the polishing method, and a semiconductor device manufacturing method including the polishing method.

従来、アルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応により得られるシリカ粒子は、四塩化珪素の熱分解により得られるシリカ粒子や珪酸アルカリの脱イオンにより得られるシリカ粒子と比較して、表面シラノール基密度が高くなるという課題を有する。また、シリカ粒子の表面シラノール基密度を低くするために、オートクレーブ処理や表面改質処理に代表される更なる工程を追加する必要があるため、多くの製造設備を必要とし、生産性に劣るという課題を有する。しかしながら、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、シリカ粒子の製造条件を好適化することで、多くの製造設備を必要とせず、表面シラノール基密度を調整できることを見出し、本発明を完成するに至った。 Conventionally, silica particles obtained by hydrolysis and condensation reactions of alkoxysilanes have a higher surface silanol group density than silica particles obtained by thermal decomposition of silicon tetrachloride or silica particles obtained by deionization of alkali silicate. It has the problem of becoming expensive. In addition, in order to lower the surface silanol group density of silica particles, it is necessary to add additional processes such as autoclave treatment and surface modification treatment, which requires a lot of manufacturing equipment and has poor productivity. have challenges. However, as a result of extensive studies, the present inventors discovered that by optimizing the manufacturing conditions of silica particles, it was possible to adjust the surface silanol group density without requiring a large amount of manufacturing equipment, and completed the present invention. I ended up doing it.

即ち、本発明の要旨は、以下の通りである。
[1]以下の工程(1)及び工程(2)を順次有する、シリカ粒子の製造方法。
工程(1):アルコールの濃度が70質量%以上の液(A1)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程。
工程(2):水の濃度が40質量%以上の液(A2)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程。
[2]工程(1)における反応温度が、60℃以下である、[1]に記載のシリカ粒子の製造方法。
[3]工程(2)における反応温度が、65℃以上である、[1]又は[2]に記載のシリカ粒子の製造方法。
[4]工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の方法が、液(A1)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B1)及びアルカリ触媒を含む溶液(C1)を添加する方法である、[1]~[3]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法。
[5]工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の方法が、液(A2)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B2)、及び、水又はアルカリ触媒を含む溶液(C2)を添加する方法である、[1]~[4]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法。
[6]工程(1)と工程(2)との間に、以下の工程(1’)を有する、[1]~[5]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法。
工程(1’):アルコールを除去し、水を添加する工程。
[7]工程(2)における反応系内のpHを、8.0~12.0に維持する、[1]~[6]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法。
[8]更に、以下の工程(3)を含む、[1]~[7]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法。
工程(3):工程(2)で得られたシリカ粒子の分散液を濃縮し、分散媒を添加する工程。
[9][1]~[8]のいずれかに記載のシリカ粒子の製造方法を含む、シリカゾルの製造方法。
[10]シリカゾル中のシリカ粒子の濃度が、3質量%~50質量%である、[9]に記載のシリカゾルの製造方法。
[11][9]又は[10]に記載のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルを含む研磨組成物を用いて研磨する、研磨方法。
[12][11]に記載の研磨方法を含む、半導体ウェハの製造方法。
[13][11]に記載の研磨方法を含む、半導体デバイスの製造方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A method for producing silica particles, which sequentially includes the following steps (1) and (2).
Step (1): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A1) having an alcohol concentration of 70% by mass or more.
Step (2): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A2) having a water concentration of 40% by mass or more.
[2] The method for producing silica particles according to [1], wherein the reaction temperature in step (1) is 60°C or lower.
[3] The method for producing silica particles according to [1] or [2], wherein the reaction temperature in step (2) is 65° C. or higher.
[4] The method of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is a method of adding a solution (B1) containing a tetraalkoxysilane and a solution (C1) containing an alkali catalyst to the liquid (A1), The method for producing silica particles according to any one of [1] to [3].
[5] The method of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is to add a solution (B2) containing a tetraalkoxysilane and a solution (C2) containing water or an alkali catalyst to the liquid (A2). The method for producing silica particles according to any one of [1] to [4], which is a method.
[6] The method for producing silica particles according to any one of [1] to [5], comprising the following step (1') between step (1) and step (2).
Step (1'): Step of removing alcohol and adding water.
[7] The method for producing silica particles according to any one of [1] to [6], wherein the pH within the reaction system in step (2) is maintained at 8.0 to 12.0.
[8] The method for producing silica particles according to any one of [1] to [7], further comprising the following step (3).
Step (3): A step of concentrating the silica particle dispersion obtained in step (2) and adding a dispersion medium.
[9] A method for producing a silica sol, including the method for producing silica particles according to any one of [1] to [8].
[10] The method for producing a silica sol according to [9], wherein the concentration of silica particles in the silica sol is 3% by mass to 50% by mass.
[11] A polishing method comprising polishing using a polishing composition containing a silica sol obtained by the silica sol manufacturing method according to [9] or [10].
[12] A method for manufacturing a semiconductor wafer, including the polishing method according to [11].
[13] A method for manufacturing a semiconductor device, including the polishing method according to [11].

本発明のシリカ粒子の製造方法及び本発明のシリカゾルの製造方法は、多くの製造設備を必要とせず、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整できる。また、本発明のシリカ粒子の製造方法及び本発明のシリカゾルの製造方法は、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整できるため、研磨に適した所望の表面シラノール基密度のシリカ粒子を得ることができる。そのため、本発明の研磨方法は、研磨に適する。 The method for producing silica particles of the present invention and the method for producing silica sol of the present invention do not require a large amount of production equipment, and the surface silanol group density of silica particles can be adjusted. In addition, the method for producing silica particles of the present invention and the method for producing silica sol of the present invention can adjust the surface silanol group density of the silica particles, so it is possible to obtain silica particles with a desired surface silanol group density suitable for polishing. . Therefore, the polishing method of the present invention is suitable for polishing.

以下に本発明について詳述するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更して実施することができる。尚、本明細書において「~」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いる。 The present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented with various changes within the scope of the gist. Note that when the expression "~" is used in this specification, it is used as an expression that includes numerical values or physical property values before and after it.

(シリカ粒子の製造方法)
本発明のシリカ粒子の製造方法は、以下の工程(1)及び工程(2)を順次有する。
工程(1):アルコールの濃度が70質量%以上の液(A1)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程。
工程(2):水の濃度が40質量%以上の液(A2)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程。
(Method for manufacturing silica particles)
The method for producing silica particles of the present invention sequentially includes the following steps (1) and (2).
Step (1): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A1) having an alcohol concentration of 70% by mass or more.
Step (2): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A2) having a water concentration of 40% by mass or more.

(工程(1))
工程(1)は、アルコールの濃度が70質量%以上の液(A1)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程である。
(Step (1))
Step (1) is a step in which tetraalkoxysilane is subjected to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A1) having an alcohol concentration of 70% by mass or more.

液(A1)は、初期に仕込んだ反応液中の液体の媒体及び加水分解反応で発生するアルコールを指し、テトラアルコキシシランとその反応物、及び、アルカリ触媒を除いたものである。 The liquid (A1) refers to the liquid medium in the initially charged reaction liquid and the alcohol generated in the hydrolysis reaction, excluding the tetraalkoxysilane, its reactant, and the alkali catalyst.

液(A1)は、テトラアルコキシシランの反応溶液中での分散性に優れることから、アルコールを含む。
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらのアルコールは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルコールの中でも、テトラアルコキシシランを溶解しやすく、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、メタノール、エタノールが好ましく、メタノールがより好ましい。
Liquid (A1) contains alcohol because it has excellent dispersibility in the reaction solution of tetraalkoxysilane.
Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These alcohols may be used alone or in combination of two or more. Among these alcohols, methanol and ethanol are preferred because they easily dissolve tetraalkoxysilane, the by-products used in hydrolysis and condensation reactions are the same, and they are convenient for production. is more preferable.

液(A1)は、アルコール以外に、テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応を進行させることができることから、水を含むことが好ましい。 It is preferable that the liquid (A1) contains water in addition to alcohol, since this allows the hydrolysis reaction and condensation reaction of the tetraalkoxysilane to proceed.

液(A1)は、アルコールと水以外の他の液を含んでもよい。他の液としては、例えば、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン等が挙げられる。 The liquid (A1) may contain other liquids than alcohol and water. Examples of other liquids include acetonitrile, tetrahydrofuran, and sulfolane.

液(A1)中のアルコールの濃度は、液(A1)100質量%中、70質量%以上であり、70質量%~95質量%が好ましく、75質量%~90質量%がより好ましい。液(A1)中のアルコールの濃度が下限値以上であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。液(A1)中のアルコールの濃度が上限値以下であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすい。 The concentration of alcohol in the liquid (A1) is 70% by weight or more based on 100% by weight of the liquid (A1), preferably 70% to 95% by weight, more preferably 75% to 90% by weight. When the concentration of alcohol in the liquid (A1) is at least the lower limit, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled. When the alcohol concentration in the liquid (A1) is below the upper limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of the tetraalkoxysilane.

液(A1)中の水の濃度は、液(A1)100質量%中、30質量%以下であり、5質量%~30質量%が好ましく、10質量%~25質量%がより好ましい。液(A1)中の水の濃度が下限値以上であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすい。液(A1)中の水の濃度が上限値以下であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。 The concentration of water in the liquid (A1) is 30% by mass or less based on 100% by mass of the liquid (A1), preferably 5% by mass to 30% by mass, and more preferably 10% to 25% by mass. When the concentration of water in the liquid (A1) is at least the lower limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of the tetraalkoxysilane. When the concentration of water in the liquid (A1) is below the upper limit, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled.

液(A1)中の他の液の濃度は、テトラアルコキシシランの加水分解反応性に優れることから、液(A1)100質量%中、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。 The concentration of other liquids in the liquid (A1) is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less based on 100% by mass of the liquid (A1), since it has excellent hydrolysis reactivity of tetraalkoxysilane.

テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応の反応速度を高めることができることから、液(A1)にアルカリ触媒を溶解させることが好ましい。
液(A1)に溶解させるアルカリ触媒としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらのアルカリ触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルカリ触媒の中でも、触媒作用に優れ、粒子形状を制御しやすく、金属不純物の混入を抑制することができ、揮発性が高く加水分解反応及び縮合反応後の除去性に優れることから、アンモニアが好ましい。
Since the reaction rate of the hydrolysis reaction and condensation reaction of tetraalkoxysilane can be increased, it is preferable to dissolve an alkali catalyst in the liquid (A1).
Examples of the alkali catalyst to be dissolved in the liquid (A1) include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, ammonia, urea, ethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline catalysts, ammonia has excellent catalytic action, easy control of particle shape, can suppress the contamination of metal impurities, and has high volatility and excellent removability after hydrolysis and condensation reactions. is preferred.

液(A1)に溶解させるアルカリ触媒の濃度は、液(A1)とアルカリ触媒との合計100質量%中、0.5質量%~2.0質量%が好ましく、0.6質量%~1.5質量%がより好ましい。アルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、シリカ粒子の凝集を抑制し、分散液中のシリカ粒子の分散安定性に優れる。また、アルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応が過度に速く進行せず、反応制御性に優れる。 The concentration of the alkali catalyst to be dissolved in the liquid (A1) is preferably 0.5% by mass to 2.0% by mass, and 0.6% by mass to 1.0% by mass, based on the total 100% by mass of the liquid (A1) and the alkali catalyst. 5% by mass is more preferred. When the concentration of the alkali catalyst is at least the lower limit, aggregation of silica particles is suppressed, and the dispersion stability of silica particles in the dispersion is excellent. In addition, when the concentration of the alkali catalyst is below the upper limit, the reaction does not proceed excessively quickly and the reaction controllability is excellent.

工程(1)におけるテトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応は、反応工程中のテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の濃度の制御性に優れることから、液(A1)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B1)及びアルカリ触媒を含む溶液(C1)を添加する方法が好ましい。 Since the hydrolysis reaction and condensation reaction of tetraalkoxysilane in step (1) have excellent controllability of the concentrations of tetraalkoxysilane and alkali catalyst during the reaction process, a solution containing tetraalkoxysilane is used in the liquid (A1). A method of adding a solution (C1) containing (B1) and an alkali catalyst is preferred.

溶液(B1)中のテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が挙げられる。これらのテトラアルコキシシランは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのテトラアルコキシシランの中でも、加水分解反応が早く、未反応物が残留しづらく、生産性に優れ、安定なシリカゾルを容易に得ることができることから、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが好ましく、テトラメトキシシランがより好ましい。 Examples of the tetraalkoxysilane in the solution (B1) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane. These tetraalkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more. Among these tetraalkoxysilanes, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferable because they have a fast hydrolysis reaction, are difficult to leave unreacted substances, have excellent productivity, and can easily obtain a stable silica sol. Methoxysilane is more preferred.

シリカ粒子の原料は、テトラアルコキシシランの低縮合物等のテトラアルコキシシラン以外の原料を用いてもよいが、反応性に優れることから、シリカ粒子を構成する全原料100質量%中、テトラアルコキシシランが50質量%以上で、テトラアルコキシシラン以外の原料が50質量%以下であることが好ましく、テトラアルコキシシランが90質量%以上で、テトラアルコキシシラン以外の原料が10質量%以下であることがより好ましい。 As the raw material for the silica particles, raw materials other than tetraalkoxysilane such as low condensates of tetraalkoxysilane may be used, but due to their excellent reactivity, tetraalkoxysilane is is 50% by mass or more, raw materials other than tetraalkoxysilane are preferably 50% by mass or less, and more preferably tetraalkoxysilane is 90% by mass or more and raw materials other than tetraalkoxysilane are 10% by mass or less. preferable.

溶液(B1)は、溶媒を含まずテトラアルコキシシランのみでもよいが、反応液中でのテトラアルコキシシランの分散性に優れることから、溶媒を含むことが好ましい。
溶液(B1)中の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの溶媒の中でも、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、アルコールが好ましく、メタノール、エタノールがより好ましく、メタノールが更に好ましい。
The solution (B1) may contain only tetraalkoxysilane without containing a solvent, but preferably contains a solvent because the dispersibility of tetraalkoxysilane in the reaction solution is excellent.
Examples of the solvent in the solution (B1) include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, alcohol is preferable, methanol and ethanol are more preferable, and methanol is even more preferable because the solvent used in the hydrolysis reaction and condensation reaction and the by-product are the same and are excellent in manufacturing convenience. .

溶液(B1)のテトラアルコキシシランの濃度は、溶液(B)100質量%中、60質量%~95質量%が好ましく、70質量%~90質量%がより好ましい。溶液(B1)のテトラアルコキシシランの濃度が下限値以上であると、反応液が均一になりやすい。また、溶液(B1)のテトラアルコキシシランの濃度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。 The concentration of tetraalkoxysilane in solution (B1) is preferably 60% by mass to 95% by mass, more preferably 70% by mass to 90% by mass, based on 100% by mass of solution (B). When the concentration of tetraalkoxysilane in the solution (B1) is at least the lower limit, the reaction solution tends to become uniform. Moreover, when the concentration of tetraalkoxysilane in the solution (B1) is below the upper limit, generation of a gel-like substance can be suppressed.

溶液(B1)の溶媒の濃度は、溶液(B1)100質量%中、5質量%~40質量%が好ましく、10質量%~30質量%がより好ましい。溶液(B1)の溶媒の濃度が下限値以上であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。また、溶液(B1)の溶媒の濃度が上限値以下であると、反応液が均一になりやすい。 The concentration of the solvent in the solution (B1) is preferably 5% to 40% by weight, more preferably 10% to 30% by weight based on 100% by weight of the solution (B1). When the concentration of the solvent in the solution (B1) is equal to or higher than the lower limit, generation of a gel-like substance can be suppressed. Furthermore, when the concentration of the solvent in the solution (B1) is below the upper limit, the reaction solution tends to become uniform.

溶液(B1)の添加速度は、0.05kg/時間/L~1.3kg/時間/Lが好ましく、0.1kg/時間/L~0.8kg/時間/Lがより好ましい。溶液(B1)の添加速度が下限値以上であると、シリカ粒子の生産性に優れる。また、溶液(B1)の添加速度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。
溶液(B1)の添加速度は、液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の体積に対する時間当たりの溶液(B1)の添加速度である。
The addition rate of the solution (B1) is preferably 0.05 kg/hour/L to 1.3 kg/hour/L, more preferably 0.1 kg/hour/L to 0.8 kg/hour/L. When the addition rate of the solution (B1) is equal to or higher than the lower limit, the productivity of silica particles is excellent. Moreover, when the addition rate of the solution (B1) is below the upper limit, generation of gel-like substances can be suppressed.
The addition rate of the solution (B1) is the addition rate of the solution (B1) per hour to the volume of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A1).

溶液(B1)の添加時間は、0.2時間~10時間が好ましく、0.5時間~5時間が好ましい。溶液(B1)の添加時間が下限値以上であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。また、溶液(B1)の添加時間が上限値以下であると、シリカ粒子の生産性に優れる。 The addition time of solution (B1) is preferably 0.2 hours to 10 hours, preferably 0.5 hours to 5 hours. When the addition time of the solution (B1) is equal to or longer than the lower limit, generation of a gel-like substance can be suppressed. Moreover, when the addition time of the solution (B1) is below the upper limit, the productivity of silica particles is excellent.

溶液(C1)中のアルカリ触媒としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらのアルカリ触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルカリ触媒の中でも、触媒作用に優れ、粒子形状を制御しやすく、金属不純物の混入を抑制することができ、揮発性が高く加水分解反応及び縮合反応後の除去性に優れることから、アンモニアが好ましい。 Examples of the alkali catalyst in the solution (C1) include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, ammonia, urea, ethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline catalysts, ammonia has excellent catalytic action, easy control of particle shape, can suppress the contamination of metal impurities, and has high volatility and excellent removability after hydrolysis and condensation reactions. is preferred.

溶液(C1)は、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができることから、溶媒を含むことが好ましい。
溶液(C1)中の溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの溶媒の中でも、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、水、アルコールが好ましく、水がより好ましい。
The solution (C1) preferably contains a solvent, since this can reduce fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution.
Examples of the solvent in the solution (C1) include water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, water and alcohol are preferred, and water is more preferred, since those used in the hydrolysis reaction and condensation reaction and those produced as by-products are the same and are excellent in manufacturing convenience.

溶液(C1)中のアルカリ触媒の濃度は、溶液(C1)100質量%中、0.5質量%~10質量%が好ましく、1質量%~6質量%がより好ましい。溶液(C1)中のアルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、反応開始から反応終了まで反応液中のアルカリ触媒の濃度を調整しやすい。また、溶液(C1)中のアルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができる。 The concentration of the alkali catalyst in the solution (C1) is preferably 0.5% by mass to 10% by mass, more preferably 1% by mass to 6% by mass based on 100% by mass of the solution (C1). When the concentration of the alkali catalyst in the solution (C1) is at least the lower limit, it is easy to adjust the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution from the start of the reaction to the end of the reaction. Further, when the concentration of the alkali catalyst in the solution (C1) is below the upper limit, fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution can be reduced.

溶液(C1)中の溶媒の濃度は、溶液(C1)100質量%中、90質量%~99.5質量%が好ましく、94質量%~99質量%がより好ましい。溶液(C1)中の溶媒の濃度が下限値以上であると、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができる。また、溶液(C1)中の溶媒の濃度が上限値以下であると、反応開始から反応終了まで反応液中のアルカリ触媒の濃度を調整しやすい。 The concentration of the solvent in the solution (C1) is preferably 90% by mass to 99.5% by mass, more preferably 94% by mass to 99% by mass based on 100% by mass of the solution (C1). When the concentration of the solvent in the solution (C1) is at least the lower limit, fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution can be reduced. Moreover, when the concentration of the solvent in the solution (C1) is below the upper limit value, it is easy to adjust the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution from the start of the reaction to the end of the reaction.

溶液(C1)の添加速度は、0.02kg/時間/L~0.5kg/時間/Lが好ましく、0.04kg/時間/L~0.3kg/時間/Lがより好ましい。溶液(C1)の添加速度が下限値以上であると、シリカ粒子の生産性に優れる。また、溶液(C1)の添加速度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。
溶液(C1)の添加速度は、液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の体積に対する時間当たりの溶液(C1)の添加速度である。
The addition rate of the solution (C1) is preferably 0.02 kg/hour/L to 0.5 kg/hour/L, more preferably 0.04 kg/hour/L to 0.3 kg/hour/L. When the addition rate of the solution (C1) is equal to or higher than the lower limit, the productivity of silica particles is excellent. Moreover, when the addition rate of the solution (C1) is below the upper limit value, formation of a gel-like substance can be suppressed.
The addition rate of the solution (C1) is the addition rate of the solution (C1) per hour to the volume of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A1).

溶液(C1)の添加時間は、0.2時間~10時間が好ましく、0.5時間~5時間が好ましい。溶液(C1)の添加時間が下限値以上であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。また、溶液(C1)の添加時間が上限値以下であると、シリカ粒子の生産性に優れる。 The addition time of the solution (C1) is preferably from 0.2 hours to 10 hours, preferably from 0.5 hours to 5 hours. When the addition time of the solution (C1) is equal to or longer than the lower limit, generation of a gel-like substance can be suppressed. Moreover, when the addition time of the solution (C1) is below the upper limit, the productivity of silica particles is excellent.

溶液(B1)及び溶液(C1)の添加は、液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に行うことが好ましい。溶液(B1)及び溶液(C1)を液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に添加することで、アンモニアに代表される揮発性が高いアルカリ触媒を用いたい場合、かつ、高い反応温度で加水分解反応及び縮合反応を進めたい場合に、反応液中での各成分の混合性が高まり、気中での異常反応を抑制できると共に、粒子径を制御しやすくなる。液中に添加するとは、液面以下に添加することをいい、溶液(B1)の供給出口及び溶液(C1)の供給出口を液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液面以下とすることで、溶液(B1)及び溶液(C1)を液(A1)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に添加することができる。 The solution (B1) and the solution (C1) are preferably added to a solution prepared by dissolving an alkali catalyst in the solution (A1). By adding solution (B1) and solution (C1) to the solution in which an alkali catalyst is dissolved in solution (A1), when you want to use a highly volatile alkali catalyst such as ammonia, and When it is desired to proceed with the hydrolysis reaction and the condensation reaction at the reaction temperature, the miscibility of each component in the reaction liquid increases, it is possible to suppress abnormal reactions in air, and it becomes easier to control the particle size. Adding into the liquid means adding below the liquid level, and the supply outlet of the solution (B1) and the supply outlet of the solution (C1) are below the liquid level of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A1). By doing so, the solution (B1) and the solution (C1) can be added to the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the solution (A1).

溶液(B1)と溶液(C1)の添加のタイミングは、同一であってもよく、交互のように異なっていてもよいが、反応組成の変動が少なく、操作が煩雑にならないことから、同一であることが好ましい。 The timing of addition of the solution (B1) and the solution (C1) may be the same or may be different, such as alternating, but the timing of addition may be the same or different, since there is little variation in the reaction composition and the operation is not complicated. It is preferable that there be.

工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の反応温度は、60℃以下が好ましく、10℃~60℃が好ましく、20℃~50℃がより好ましい。反応温度が下限値以上であると、粒子形状の制御が容易となる。また、反応温度が上限値以下であると、突沸や溶媒の揮発を抑制でき、反応液組成の変動を少なくすることができる。 The reaction temperature of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is preferably 60°C or lower, preferably 10°C to 60°C, and more preferably 20°C to 50°C. When the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the particle shape can be easily controlled. Furthermore, when the reaction temperature is below the upper limit, bumping and solvent volatilization can be suppressed, and fluctuations in the reaction liquid composition can be reduced.

工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内の水の濃度は、反応系内の全量100質量%中、5質量%~30質量%に維持することが好ましく、10質量%~25質量%に維持することがより好ましい。反応系内の水の濃度が下限値以上であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすい。また、反応系内の水の濃度が上限値以下であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。 The concentration of water in the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is preferably maintained at 5% by mass to 30% by mass, and 10% by mass to 25% by mass, based on the total amount of 100% by mass in the reaction system. It is more preferable to maintain it at % by mass. When the concentration of water in the reaction system is at least the lower limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of tetraalkoxysilane. Moreover, when the concentration of water in the reaction system is below the upper limit value, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled.

工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内のアルカリ触媒の濃度は、反応系内の全量100質量%中、0.5質量%~2.0質量%に維持することが好ましく、0.6質量%~1.5質量%に維持することがより好ましい。反応系内のアルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、シリカ粒子の凝集を抑制し、分散液中のシリカ粒子の分散安定性に優れる。また、反応系内のアルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応が過度に速く進行せず、反応制御性に優れる。 The concentration of the alkali catalyst in the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is preferably maintained at 0.5% by mass to 2.0% by mass based on the total amount of 100% by mass in the reaction system, More preferably, it is maintained at 0.6% by mass to 1.5% by mass. When the concentration of the alkali catalyst in the reaction system is at least the lower limit, aggregation of silica particles is suppressed, and the dispersion stability of silica particles in the dispersion liquid is excellent. Furthermore, when the concentration of the alkali catalyst in the reaction system is below the upper limit, the reaction does not proceed excessively quickly and the reaction controllability is excellent.

工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内のpHは、8.0~12.0に維持することが好ましく、8.2~11.8に維持することがより好ましい。反応系内のpHが下限値以上であると、加水分解反応及び縮合反応の反応速度に優れ、シリカ粒子の凝集を抑制することができる。また、反応系内のpHが上限値以下であると、粒子形状を制御しやすく、シリカ粒子表面の平滑性に優れる。 The pH within the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is preferably maintained at 8.0 to 12.0, more preferably 8.2 to 11.8. When the pH within the reaction system is at least the lower limit, the reaction rates of the hydrolysis reaction and condensation reaction are excellent, and aggregation of silica particles can be suppressed. Furthermore, when the pH within the reaction system is below the upper limit, the particle shape can be easily controlled and the surface smoothness of the silica particles is excellent.

(工程(2))
工程(2)は、水の濃度が40質量%以上の液(A2)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程である。
(Step (2))
Step (2) is a step in which tetraalkoxysilane is subjected to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A2) having a water concentration of 40% by mass or more.

液(A2)は、反応液中の液体の媒体及び加水分解反応で発生するアルコールを指し、テトラアルコキシシランとその反応物、及び、アルカリ触媒を除いたものである。 The liquid (A2) refers to the liquid medium in the reaction liquid and the alcohol generated in the hydrolysis reaction, excluding the tetraalkoxysilane, its reactant, and the alkali catalyst.

液(A2)は、テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応を進行させることができることから、水を含む。 The liquid (A2) contains water because it allows the hydrolysis reaction and condensation reaction of the tetraalkoxysilane to proceed.

液(A2)は、水以外にテトラアルコキシシランの反応溶液中での分散性に優れることから、アルコールを含むことが好ましい。
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらのアルコールは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルコールの中でも、テトラアルコキシシランを溶解しやすく、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、メタノール、エタノールが好ましく、メタノールがより好ましい。
In addition to water, the liquid (A2) preferably contains alcohol because it has excellent dispersibility in the reaction solution of tetraalkoxysilane.
Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These alcohols may be used alone or in combination of two or more. Among these alcohols, methanol and ethanol are preferred because they easily dissolve tetraalkoxysilane, the by-products used in hydrolysis and condensation reactions are the same, and they are convenient for production. is more preferable.

液(A2)は、水とアルコール以外の他の液を含んでもよい。他の液としては、例えば、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン等が挙げられる。 The liquid (A2) may contain a liquid other than water and alcohol. Examples of other liquids include acetonitrile, tetrahydrofuran, and sulfolane.

液(A2)中の水の濃度は、液(A2)100質量%中、40質量%以上であり、40質量%~98質量%が好ましく、65質量%~95質量%がより好ましい。液(A2)中の水の濃度が下限値以上であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすく、反応温度を上げやすく、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。液(A2)中の水の濃度が上限値以下であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。 The concentration of water in the liquid (A2) is 40% by mass or more based on 100% by mass of the liquid (A2), preferably 40% to 98% by mass, more preferably 65% to 95% by mass. When the concentration of water in the liquid (A2) is at least the lower limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of the tetraalkoxysilane, it is easy to increase the reaction temperature, and it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles. When the concentration of water in the liquid (A2) is below the upper limit, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled.

液(A2)中のアルコールの濃度は、液(A2)100質量%中、60質量%以下であり、2質量%~60質量%が好ましく、5質量%~35質量%がより好ましい。液(A2)中のアルコールの濃度が下限値以上であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。液(A2)中のアルコールの濃度が上限値以下であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすく、反応温度を上げやすく、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。 The concentration of alcohol in the liquid (A2) is 60% by mass or less based on 100% by mass of the liquid (A2), preferably 2% by mass to 60% by mass, and more preferably 5% to 35% by mass. When the concentration of alcohol in the liquid (A2) is at least the lower limit, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled. When the alcohol concentration in the liquid (A2) is below the upper limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of the tetraalkoxysilane, it is easy to increase the reaction temperature, and it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles.

液(A2)中の他の液の濃度は、テトラアルコキシシランの加水分解反応性に優れることから、液(A2)100質量%中、10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましい。 The concentration of the other liquids in the liquid (A2) is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less based on 100% by mass of the liquid (A2), since it has excellent hydrolysis reactivity of tetraalkoxysilane.

テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応の反応速度を高めることができることから、液(A2)にアルカリ触媒を溶解させることが好ましい。
液(A2)に溶解させるアルカリ触媒としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらのアルカリ触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルカリ触媒の中でも、触媒作用に優れ、粒子形状を制御しやすく、金属不純物の混入を抑制することができ、揮発性が高く加水分解反応及び縮合反応後の除去性に優れることから、アンモニアが好ましい。
Since the reaction rate of the hydrolysis reaction and condensation reaction of tetraalkoxysilane can be increased, it is preferable to dissolve an alkali catalyst in the liquid (A2).
Examples of the alkali catalyst to be dissolved in the liquid (A2) include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, ammonia, urea, ethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline catalysts, ammonia has excellent catalytic action, easy control of particle shape, can suppress the contamination of metal impurities, and has high volatility and excellent removability after hydrolysis and condensation reactions. is preferred.

液(A2)に溶解させるアルカリ触媒の濃度は、液(A2)とアルカリ触媒との合計100質量%中、0.5質量%~2.0質量%が好ましく、0.6質量%~1.5質量%がより好ましい。アルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、シリカ粒子の凝集を抑制し、分散液中のシリカ粒子の分散安定性に優れる。また、アルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応が過度に速く進行せず、反応制御性に優れる。 The concentration of the alkali catalyst dissolved in the liquid (A2) is preferably 0.5% by mass to 2.0% by mass, and 0.6% by mass to 1.0% by mass, based on the total 100% by mass of the liquid (A2) and the alkali catalyst. 5% by mass is more preferred. When the concentration of the alkali catalyst is at least the lower limit, aggregation of silica particles is suppressed, and the dispersion stability of silica particles in the dispersion is excellent. Furthermore, when the concentration of the alkali catalyst is below the upper limit, the reaction does not proceed excessively quickly and the reaction controllability is excellent.

工程(2)におけるテトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応は、反応工程中のテトラアルコキシシラン及びアルカリ触媒の濃度の制御性に優れることから、液(A2)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B2)、及び、アルカリ触媒を含む溶液又は水(C2)を添加する方法が好ましい。 The hydrolysis reaction and condensation reaction of tetraalkoxysilane in step (2) have excellent controllability of the concentrations of tetraalkoxysilane and alkali catalyst during the reaction process, so a solution containing tetraalkoxysilane is used in the liquid (A2). A method of adding (B2) and a solution containing an alkali catalyst or water (C2) is preferred.

溶液(B2)中のテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が挙げられる。これらのテトラアルコキシシランは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのテトラアルコキシシランの中でも、加水分解反応が早く、未反応物が残留しづらく、生産性に優れ、安定なシリカゾルを容易に得ることができることから、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランが好ましく、テトラメトキシシランがより好ましい。 Examples of the tetraalkoxysilane in the solution (B2) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane. These tetraalkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more. Among these tetraalkoxysilanes, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferable because they have a fast hydrolysis reaction, are difficult to leave unreacted substances, have excellent productivity, and can easily obtain a stable silica sol. Methoxysilane is more preferred.

シリカ粒子の原料は、テトラアルコキシシランの低縮合物等のテトラアルコキシシラン以外の原料を用いてもよいが、反応性に優れることから、シリカ粒子を構成する全原料100質量%中、テトラアルコキシシランが50質量%以上で、テトラアルコキシシラン以外の原料が50質量%以下であることが好ましく、テトラアルコキシシランが90質量%以上で、テトラアルコキシシラン以外の原料が10質量%以下であることがより好ましい。 As the raw material for the silica particles, raw materials other than tetraalkoxysilane such as low condensates of tetraalkoxysilane may be used, but due to their excellent reactivity, tetraalkoxysilane is is 50% by mass or more, raw materials other than tetraalkoxysilane are preferably 50% by mass or less, and more preferably tetraalkoxysilane is 90% by mass or more and raw materials other than tetraalkoxysilane are 10% by mass or less. preferable.

溶液(B2)は、溶媒を含まずテトラアルコキシシランのみでもよいが、反応液中でのテトラアルコキシシランの分散性に優れることから、溶媒を含むことが好ましい。
溶液(B2)中の溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの溶媒の中でも、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、アルコールが好ましく、メタノール、エタノールがより好ましく、メタノールが更に好ましい。
The solution (B2) may contain only tetraalkoxysilane without a solvent, but preferably contains a solvent because the dispersibility of tetraalkoxysilane in the reaction solution is excellent.
Examples of the solvent in the solution (B2) include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, alcohol is preferable, methanol and ethanol are more preferable, and methanol is even more preferable because the solvent used in the hydrolysis reaction and condensation reaction and the by-product are the same and are excellent in manufacturing convenience. .

溶液(B2)のテトラアルコキシシランの濃度は、溶液(B)100質量%中、60質量%~95質量%が好ましく、70質量%~90質量%がより好ましい。溶液(B2)のテトラアルコキシシランの濃度が下限値以上であると、反応液が均一になりやすい。また、溶液(B2)のテトラアルコキシシランの濃度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。 The concentration of tetraalkoxysilane in solution (B2) is preferably 60% by mass to 95% by mass, more preferably 70% by mass to 90% by mass, based on 100% by mass of solution (B). When the concentration of tetraalkoxysilane in the solution (B2) is at least the lower limit, the reaction solution tends to become uniform. Moreover, when the concentration of tetraalkoxysilane in the solution (B2) is below the upper limit, generation of a gel-like substance can be suppressed.

溶液(B2)の溶媒の濃度は、溶液(B2)100質量%中、5質量%~40質量%が好ましく、10質量%~30質量%がより好ましい。溶液(B2)の溶媒の濃度が下限値以上であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。また、溶液(B2)の溶媒の濃度が上限値以下であると、反応液が均一になりやすい。 The concentration of the solvent in solution (B2) is preferably 5% by mass to 40% by mass, more preferably 10% by mass to 30% by mass based on 100% by mass of solution (B2). When the concentration of the solvent in the solution (B2) is equal to or higher than the lower limit, generation of a gel-like substance can be suppressed. Furthermore, when the concentration of the solvent in the solution (B2) is below the upper limit, the reaction solution tends to become uniform.

溶液(B2)の添加速度は、0.01kg/時間/L~1.3kg/時間/Lが好ましく、0.03kg/時間/L~0.8kg/時間/Lがより好ましい。溶液(B2)の添加速度が下限値以上であると、シリカ粒子の生産性に優れる。また、溶液(B2)の添加速度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。
溶液(B2)の添加速度は、液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の体積に対する時間当たりの溶液(B2)の添加速度である。
The addition rate of the solution (B2) is preferably 0.01 kg/hour/L to 1.3 kg/hour/L, more preferably 0.03 kg/hour/L to 0.8 kg/hour/L. When the addition rate of the solution (B2) is equal to or higher than the lower limit, the productivity of silica particles is excellent. Moreover, when the addition rate of the solution (B2) is below the upper limit value, formation of a gel-like substance can be suppressed.
The addition rate of the solution (B2) is the addition rate of the solution (B2) per hour to the volume of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A2).

溶液(B2)の添加時間は、0.7時間~10時間が好ましく、1.5時間~5時間が好ましい。溶液(B2)の添加時間が下限値以上であると、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。また、溶液(B2)の添加時間が上限値以下であると、シリカ粒子の生産性に優れる。 The addition time of solution (B2) is preferably 0.7 hours to 10 hours, preferably 1.5 hours to 5 hours. When the addition time of the solution (B2) is at least the lower limit, it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles. Moreover, when the addition time of the solution (B2) is below the upper limit, the productivity of silica particles is excellent.

溶液(C2)は、水又はアルカリ触媒を含む溶液であるが、後述する工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内のpHを所望の値に調整するため、水又はアルカリ触媒を含む溶液を適宜選択すればよい。 The solution (C2) is a solution containing water or an alkali catalyst, but in order to adjust the pH in the reaction system of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) described later to a desired value, water or an alkali catalyst is added. What is necessary is just to select the solution containing it suitably.

溶液(C2)がアルカリ触媒を含む溶液である場合、溶液(C2)中のアルカリ触媒としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらのアルカリ触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルカリ触媒の中でも、触媒作用に優れ、粒子形状を制御しやすく、金属不純物の混入を抑制することができ、揮発性が高く加水分解反応及び縮合反応後の除去性に優れることから、アンモニアが好ましい。 When the solution (C2) is a solution containing an alkali catalyst, examples of the alkali catalyst in the solution (C2) include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, ammonia, urea, ethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. Can be mentioned. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline catalysts, ammonia has excellent catalytic action, easy control of particle shape, can suppress the contamination of metal impurities, and has high volatility and excellent removability after hydrolysis and condensation reactions. is preferred.

溶液(C2)がアルカリ触媒を含む溶液である場合、溶液(C2)は、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができることから、溶媒を含むことが好ましい。
溶液(C2)がアルカリ触媒を含む溶液である場合、溶液(C2)中の溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの溶媒の中でも、加水分解反応及び縮合反応で用いるものと副生するものとが同一で、製造上の利便性に優れることから、水、アルコールが好ましく、水がより好ましい。
When the solution (C2) is a solution containing an alkali catalyst, it is preferable that the solution (C2) contains a solvent, since this can reduce fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution.
When the solution (C2) is a solution containing an alkali catalyst, examples of the solvent in the solution (C2) include water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These solvents may be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, water and alcohol are preferred, and water is more preferred, since those used in the hydrolysis reaction and condensation reaction and those produced as by-products are the same and are excellent in manufacturing convenience.

溶液(C2)がアルカリ触媒を含む溶液である場合、溶液(C2)中のアルカリ触媒の濃度は、溶液(C2)100質量%中、0.01質量%~10質量%が好ましく、0.05質量%~6質量%がより好ましい。溶液(C2)中のアルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、反応開始から反応終了まで反応液中のアルカリ触媒の濃度を調整しやすい。また、溶液(C2)中のアルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができる。 When the solution (C2) is a solution containing an alkali catalyst, the concentration of the alkali catalyst in the solution (C2) is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, and 0.05% by mass based on 100% by mass of the solution (C2). More preferably, the amount is from % by mass to 6% by mass. When the concentration of the alkali catalyst in the solution (C2) is at least the lower limit, it is easy to adjust the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution from the start of the reaction to the end of the reaction. Furthermore, when the concentration of the alkali catalyst in the solution (C2) is below the upper limit, fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution can be reduced.

溶液(C2)がアルカリ触媒を含む溶液である場合、溶液(C2)中の溶媒の濃度は、溶液(C2)100質量%中、90質量%~99.99質量%が好ましく、94質量%~99.95質量%がより好ましい。溶液(C2)中の溶媒の濃度が下限値以上であると、反応液中のアルカリ触媒の濃度の変動を小さくすることができる。また、溶液(C2)中の溶媒の濃度が上限値以下であると、反応開始から反応終了まで反応液中のアルカリ触媒の濃度を調整しやすい。 When the solution (C2) is a solution containing an alkali catalyst, the concentration of the solvent in the solution (C2) is preferably 90% by mass to 99.99% by mass, and preferably 94% by mass to 99.99% by mass based on 100% by mass of the solution (C2). 99.95% by mass is more preferred. When the concentration of the solvent in the solution (C2) is at least the lower limit, fluctuations in the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution can be reduced. Moreover, when the concentration of the solvent in the solution (C2) is below the upper limit value, it is easy to adjust the concentration of the alkali catalyst in the reaction solution from the start of the reaction to the end of the reaction.

溶液(C2)の添加速度は、0.01kg/時間/L~1.5kg/時間/Lが好ましく、0.03kg/時間/L~1.3kg/時間/Lがより好ましい。溶液(C2)の添加速度が下限値以上であると、シリカ粒子の生産性に優れる。また、溶液(C2)の添加速度が上限値以下であると、ゲル状物の生成を抑制することができる。
溶液(C2)の添加速度は、液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の体積に対する時間当たりの溶液(C2)の添加速度である。
The addition rate of the solution (C2) is preferably 0.01 kg/hour/L to 1.5 kg/hour/L, more preferably 0.03 kg/hour/L to 1.3 kg/hour/L. When the addition rate of the solution (C2) is at least the lower limit, the productivity of silica particles is excellent. Moreover, when the addition rate of the solution (C2) is below the upper limit value, generation of a gel-like substance can be suppressed.
The addition rate of the solution (C2) is the addition rate of the solution (C2) per hour to the volume of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A2).

溶液(C2)の添加時間は、0.7時間~10時間が好ましく、1.5時間~5時間が好ましい。溶液(C2)の添加時間が下限値以上であると、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。また、溶液(C2)の添加時間が上限値以下であると、シリカ粒子の生産性に優れる。 The addition time of the solution (C2) is preferably 0.7 hours to 10 hours, preferably 1.5 hours to 5 hours. When the addition time of the solution (C2) is at least the lower limit, it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles. Moreover, when the addition time of the solution (C2) is below the upper limit, the productivity of silica particles is excellent.

溶液(B2)及び溶液(C2)の添加は、液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に行うことが好ましい。溶液(B2)及び溶液(C2)を液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に添加することで、アンモニアに代表される揮発性が高いアルカリ触媒を用いたい場合、かつ、高い反応温度で加水分解反応及び縮合反応を進めたい場合に、反応液中での各成分の混合性が高まり、気中での異常反応を抑制できると共に、粒子径を制御しやすくなる。液中に添加するとは、液面以下に添加することをいい、溶液(B2)の供給出口及び溶液(C2)の供給出口を液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液面以下とすることで、溶液(B2)及び溶液(C2)を液(A2)にアルカリ触媒を溶解させた溶液の液中に添加することができる。 It is preferable that the solution (B2) and the solution (C2) be added to a solution prepared by dissolving an alkali catalyst in the solution (A2). By adding solution (B2) and solution (C2) to the solution in which an alkali catalyst is dissolved in solution (A2), when you want to use a highly volatile alkali catalyst such as ammonia, and When it is desired to proceed with the hydrolysis reaction and the condensation reaction at the reaction temperature, the miscibility of each component in the reaction liquid increases, it is possible to suppress abnormal reactions in air, and it becomes easier to control the particle size. Adding into the liquid means adding below the liquid level, and the supply outlet of the solution (B2) and the supply outlet of the solution (C2) are below the liquid level of the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the liquid (A2). By doing so, the solution (B2) and the solution (C2) can be added to the solution in which the alkali catalyst is dissolved in the solution (A2).

溶液(B2)と溶液(C2)の添加のタイミングは、同一であってもよく、交互のように異なっていてもよいが、反応組成の変動が少なく、操作が煩雑にならないことから、同一であることが好ましい。 The timing of addition of solution (B2) and solution (C2) may be the same or may be different, such as alternating, but the timing of addition may be the same or different, since the reaction composition will not fluctuate and the operation will not be complicated. It is preferable that there be.

工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の反応温度は、65℃以上が好ましく、65℃~100℃が好ましく、75℃~90℃がより好ましい。反応温度が下限値以上であると、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすく、粒子形状の制御が容易である。また、反応温度が上限値以下であると、突沸や溶媒の揮発を抑制でき、反応液組成の変動を少なくすることができる。 The reaction temperature of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is preferably 65°C or higher, preferably 65°C to 100°C, and more preferably 75°C to 90°C. When the reaction temperature is equal to or higher than the lower limit, the surface silanol group density of the silica particles can be easily adjusted, and the particle shape can be easily controlled. Furthermore, when the reaction temperature is below the upper limit, bumping and solvent volatilization can be suppressed, and fluctuations in the reaction liquid composition can be reduced.

工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内の水の濃度は、反応系内の全量100質量%中、40質量%~98質量%に維持することが好ましく、65質量%~95質量%に維持することがより好ましい。反応系内の水の濃度が下限値以上であると、テトラアルコキシシランの加水分解反応速度を制御しやすい。また、反応系内の水の濃度が上限値以下であると、加水分解反応と縮合反応との反応バランスがよく、粒子形状を制御しやすい。 The concentration of water in the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is preferably maintained at 40% by mass to 98% by mass, and 65% by mass to 95% by mass, based on the total amount of 100% by mass in the reaction system. It is more preferable to maintain it at % by mass. When the concentration of water in the reaction system is at least the lower limit, it is easy to control the hydrolysis reaction rate of tetraalkoxysilane. Moreover, when the concentration of water in the reaction system is below the upper limit value, the reaction balance between the hydrolysis reaction and the condensation reaction is good, and the particle shape can be easily controlled.

工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内のアルカリ触媒の濃度は、反応系内の全量100質量%中、0.5質量%~2.0質量%に維持することが好ましく、0.6質量%~1.5質量%に維持することがより好ましい。反応系内のアルカリ触媒の濃度が下限値以上であると、シリカ粒子の凝集を抑制し、分散液中のシリカ粒子の分散安定性に優れる。また、反応系内のアルカリ触媒の濃度が上限値以下であると、反応が過度に速く進行せず、反応制御性に優れる。 The concentration of the alkali catalyst in the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is preferably maintained at 0.5% by mass to 2.0% by mass based on the total amount of 100% by mass in the reaction system, More preferably, it is maintained at 0.6% by mass to 1.5% by mass. When the concentration of the alkali catalyst in the reaction system is at least the lower limit, aggregation of silica particles is suppressed, and the dispersion stability of silica particles in the dispersion liquid is excellent. Furthermore, when the concentration of the alkali catalyst in the reaction system is below the upper limit, the reaction does not proceed excessively quickly and the reaction controllability is excellent.

工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の反応系内のpHは、8.0~12.0に維持することが好ましく、8.2~10.5に維持することがより好ましい。反応系内のpHが下限値以上であると、加水分解反応及び縮合反応の反応速度に優れ、シリカ粒子の凝集を抑制することができる。また、反応系内のpHが上限値以下であると、粒子形状を制御しやすく、シリカ粒子表面の平滑性に優れる。 The pH within the reaction system for the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is preferably maintained at 8.0 to 12.0, more preferably 8.2 to 10.5. When the pH within the reaction system is at least the lower limit, the reaction rates of the hydrolysis reaction and condensation reaction are excellent, and aggregation of silica particles can be suppressed. Furthermore, when the pH within the reaction system is below the upper limit, the particle shape can be easily controlled and the surface smoothness of the silica particles is excellent.

工程(2)において、アルコール等の低沸点成分を除去しながら、テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応を行ってもよい。工程(2)において、アルコール等の低沸点成分を除去しながら、テトラアルコキシシランの加水分解反応及び縮合反応を行うことで、反応系内の各成分の濃度を前述した範囲に維持することが容易となる。 In step (2), the hydrolysis reaction and condensation reaction of the tetraalkoxysilane may be performed while removing low-boiling components such as alcohol. In step (2), by performing the hydrolysis reaction and condensation reaction of the tetraalkoxysilane while removing low-boiling components such as alcohol, it is easy to maintain the concentration of each component in the reaction system within the above-mentioned range. becomes.

工程(1)で用いるテトラアルコキシシランの質量は、工程(1)で用いるテトラアルコキシシランの質量と工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量との合計100質量%中、10質量%~90質量%が好ましく、20質量%~80質量%がより好ましい。工程(1)で用いるテトラアルコキシシランの質量が下限値以上であると、粒子形状を制御しやすい。また、工程(1)で用いるテトラアルコキシシランの質量が上限値以下であると、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。 The mass of the tetraalkoxysilane used in step (1) is 10% by mass to 90% by mass out of the total 100% by mass of the mass of tetraalkoxysilane used in step (1) and the mass of tetraalkoxysilane used in step (2). % is preferred, and 20% by mass to 80% by mass is more preferred. When the mass of the tetraalkoxysilane used in step (1) is at least the lower limit, the particle shape can be easily controlled. Moreover, when the mass of the tetraalkoxysilane used in step (1) is below the upper limit, it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles.

工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量は、工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量と工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量との合計100質量%中、10質量%~90質量%が好ましく、20質量%~80質量%がより好ましい。工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量が下限値以上であると、シリカ粒子の表面シラノール基密度を調整しやすい。また、工程(2)で用いるテトラアルコキシシランの質量が上限値以下であると、粒子形状を制御しやすい。 The mass of the tetraalkoxysilane used in step (2) is 10% by mass to 90% by mass out of the total 100% by mass of the mass of tetraalkoxysilane used in step (2) and the mass of tetraalkoxysilane used in step (2). % is preferred, and 20% by mass to 80% by mass is more preferred. When the mass of the tetraalkoxysilane used in step (2) is at least the lower limit, it is easy to adjust the surface silanol group density of the silica particles. Moreover, when the mass of the tetraalkoxysilane used in step (2) is below the upper limit, it is easy to control the particle shape.

(工程(1’))
本発明のシリカ粒子の製造方法は、液(A1)から液(A2)に液の組成を変更するため、工程(1)と工程(2)との間に、以下の工程(1’)を有することが好ましい。
工程(1’):アルコールを除去し、水を添加する工程。
(Step (1'))
The method for producing silica particles of the present invention includes the following step (1') between step (1) and step (2) in order to change the composition of the liquid from liquid (A1) to liquid (A2). It is preferable to have.
Step (1'): Step of removing alcohol and adding water.

工程(1’)におけるアルコールの除去量や水の添加量は、所望の液(A2)の組成に合わせて、適宜設定すればよい。 The amount of alcohol removed and the amount of water added in step (1') may be appropriately set according to the desired composition of the liquid (A2).

工程(2)における反応系内のpHを所望の値とするため、工程(1’)においてアルカリ触媒を添加することが好ましい。
アルカリ触媒としては、例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、アンモニア、尿素、エタノールアミン、テトラメチル水酸化アンモニウム等が挙げられる。これらのアルカリ触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのアルカリ触媒の中でも、触媒作用に優れ、粒子形状を制御しやすく、金属不純物の混入を抑制することができ、揮発性が高く加水分解反応及び縮合反応後の除去性に優れることから、アンモニアが好ましい。
In order to adjust the pH within the reaction system to a desired value in step (2), it is preferable to add an alkali catalyst in step (1').
Examples of the alkali catalyst include ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine, ammonia, urea, ethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. These alkali catalysts may be used alone or in combination of two or more. Among these alkaline catalysts, ammonia has excellent catalytic action, easy control of particle shape, can suppress the contamination of metal impurities, and has high volatility and excellent removability after hydrolysis and condensation reactions. is preferred.

(工程(3))
本発明のシリカ粒子の製造方法は、不必要な成分を除去し、必要な成分を添加することができることから、更に、以下の工程(3)を含むことが好ましい。
工程(3):工程(2)で得られたシリカ粒子の分散液を濃縮し、分散媒を添加する工程。
(Step (3))
The method for producing silica particles of the present invention preferably further includes the following step (3), since unnecessary components can be removed and necessary components can be added.
Step (3): A step of concentrating the silica particle dispersion obtained in step (2) and adding a dispersion medium.

分散媒は、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらの分散媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの分散媒の中でも、シリカ粒子との親和性に優れることから、水、アルコールが好ましく、水がより好ましい。 Examples of the dispersion medium include water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These dispersion media may be used alone or in combination of two or more. Among these dispersion media, water and alcohol are preferred, and water is more preferred, since they have excellent affinity with silica particles.

本発明のシリカ粒子の製造方法は、表面シラノール基密度を低くすることができることから、工程(3)で得られたシリカ粒子の分散液の加圧加熱処理を行ってもよいが、多くの製造設備を必要とすることから、工程(3)で得られたシリカ粒子の分散液の加圧加熱処理を行わないことが好ましい。 In the method for producing silica particles of the present invention, the silica particle dispersion obtained in step (3) may be subjected to pressure and heat treatment because the surface silanol group density can be lowered. Since equipment is required, it is preferable not to perform pressure and heat treatment on the silica particle dispersion obtained in step (3).

(シリカ粒子の物性)
シリカ粒子の平均1次粒子径は、5nm~100nmが好ましく、10nm~60nmがより好ましい。シリカ粒子の平均1次粒子径が5nm以上であると、シリカゾルの保存安定性に優れる。また、シリカ粒子の平均1次粒子径が100nm以下であると、シリコンウェハに代表される被研磨体の表面粗さや傷を低減でき、シリカ粒子の沈降を抑制することができる。
(Physical properties of silica particles)
The average primary particle diameter of the silica particles is preferably 5 nm to 100 nm, more preferably 10 nm to 60 nm. When the average primary particle diameter of the silica particles is 5 nm or more, the storage stability of the silica sol is excellent. Further, when the average primary particle diameter of the silica particles is 100 nm or less, surface roughness and scratches on the object to be polished, such as a silicon wafer, can be reduced, and sedimentation of the silica particles can be suppressed.

シリカ粒子の平均1次粒子径は、BET法により測定する。具体的には、比表面積自動測定装置を用いてシリカ粒子の比表面積を測定し、下記式(1)を用いて平均1次粒子径を算出する。
平均1次粒子径(nm)=6000/(比表面積(m/g)×密度(g/cm)) ・・・ (1)
The average primary particle diameter of silica particles is measured by the BET method. Specifically, the specific surface area of the silica particles is measured using an automatic specific surface area measuring device, and the average primary particle diameter is calculated using the following formula (1).
Average primary particle diameter (nm) = 6000/(specific surface area (m 2 /g) x density (g/cm 3 )) ... (1)

シリカ粒子の平均1次粒子径は、公知の条件・方法により、所望の範囲に設定することができる。 The average primary particle diameter of the silica particles can be set within a desired range using known conditions and methods.

シリカ粒子の平均2次粒子径は、10nm~200nmが好ましく、20nm~100nmがより好ましい。シリカ粒子の平均2次粒子径が10nm以上であると、研磨後の洗浄における粒子等の除去性に優れ、シリカゾルの保存安定性に優れる。シリカ粒子の平均2次粒子径が200nm以下であると、研磨時のシリコンウェハに代表される被研磨体の表面粗さや傷を低減でき、研磨後の洗浄における粒子等の除去性に優れ、シリカ粒子の沈降を抑制することができる。 The average secondary particle diameter of the silica particles is preferably 10 nm to 200 nm, more preferably 20 nm to 100 nm. When the average secondary particle diameter of the silica particles is 10 nm or more, the removability of particles and the like during cleaning after polishing is excellent, and the storage stability of the silica sol is excellent. When the average secondary particle diameter of the silica particles is 200 nm or less, surface roughness and scratches on the object to be polished, such as silicon wafers, can be reduced during polishing, and particles can be easily removed during post-polishing cleaning. Particle sedimentation can be suppressed.

シリカ粒子の平均2次粒子径は、DLS法により測定する。具体的には、動的光散乱粒子径測定装置を用いて測定する。 The average secondary particle diameter of silica particles is measured by the DLS method. Specifically, it is measured using a dynamic light scattering particle size measuring device.

シリカ粒子の平均2次粒子径は、公知の条件・方法により、所望の範囲に設定することができる。 The average secondary particle diameter of the silica particles can be set within a desired range using known conditions and methods.

シリカ粒子のcv値は、10~50が好ましく、15~40がより好ましく、20~35が更に好ましい。シリカ粒子のcv値が下限値以上であると、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートに優れ、シリコンウェハの生産性に優れる。また、シリカ粒子のcv値が上限値以下であると、研磨時のシリコンウェハに代表される被研磨体の表面粗さや傷を低減でき、研磨後の洗浄における粒子等の除去性に優れる。 The cv value of the silica particles is preferably 10 to 50, more preferably 15 to 40, even more preferably 20 to 35. When the CV value of the silica particles is at least the lower limit value, the polishing rate for objects to be polished such as silicon wafers is excellent, and the productivity of silicon wafers is excellent. Furthermore, when the CV value of the silica particles is below the upper limit, surface roughness and scratches on the object to be polished, typified by silicon wafers, can be reduced during polishing, and particles and the like can be easily removed during cleaning after polishing.

シリカ粒子のcv値は、動的光散乱粒子径測定装置を用いてシリカ粒子の平均2次粒子径を測定し、下記式(2)を用いて算出する。
cv値=(標準偏差(nm)/平均2次粒子径(nm))×100 ・・・ (2)
The CV value of the silica particles is calculated by measuring the average secondary particle diameter of the silica particles using a dynamic light scattering particle diameter measuring device, and using the following formula (2).
cv value = (standard deviation (nm) / average secondary particle diameter (nm)) × 100 (2)

シリカ粒子の会合比は、1.0~4.0が好ましく、1.1~3.0がより好ましい。シリカ粒子の会合比が下限値以上であると、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートに優れ、シリコンウェハの生産性に優れる。また、シリカ粒子の会合比が上限値以下であると、研磨時のシリコンウェハに代表される被研磨体の表面粗さや傷を低減でき、シリカ粒子の凝集を抑制することができる。 The association ratio of silica particles is preferably 1.0 to 4.0, more preferably 1.1 to 3.0. When the association ratio of silica particles is equal to or higher than the lower limit value, the polishing rate for objects to be polished such as silicon wafers is excellent, and the productivity of silicon wafers is excellent. Furthermore, when the association ratio of silica particles is below the upper limit, surface roughness and scratches on the object to be polished, typified by silicon wafers, can be reduced during polishing, and aggregation of silica particles can be suppressed.

シリカ粒子の会合比は、前述の測定方法にて測定した平均1次粒子径と前述の測定方法にて測定した平均2次粒子径とから、下記式(3)を用いて会合比を算出する。
会合比=平均2次粒子径/平均1次粒子径 ・・・ (3)
The association ratio of silica particles is calculated using the following formula (3) from the average primary particle diameter measured by the above-mentioned measurement method and the average secondary particle diameter measured by the above-mentioned measurement method. .
Association ratio = average secondary particle diameter / average primary particle diameter ... (3)

シリカ粒子の表面シラノール基密度は、研磨特性に影響を与えることから、研磨に適した所望の表面シラノール基密度のシリカ粒子を製造することが必要となる。本発明のシリカ粒子の製造方法は、多くの製造設備を必要とせず、シリカ粒子の表面シラノール基密度を容易に調整でき、好適な製造方法である。 Since the surface silanol group density of silica particles affects the polishing properties, it is necessary to produce silica particles having a desired surface silanol group density suitable for polishing. The method for producing silica particles of the present invention does not require a lot of production equipment, and the surface silanol group density of the silica particles can be easily adjusted, and is therefore a suitable production method.

シリカ粒子の表面シラノール基密度は、シアーズ法により測定する。具体的には、下記に示す条件で測定、算出する。
シリカ粒子1.5gに相当するシリカゾルを採取し、純水を加えて液量を90mLにする。25℃の環境下、pHが3.6になるまで0.1mol/Lの塩酸水溶液を加え、塩化ナトリウム30gを加え、純水を徐々に加えながら塩化ナトリウムを完全に溶解させ、最終的に試験液の総量が150mLになるまで純水を加え、試験液を得る。
得られた試験液を自動滴定装置に入れ、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが4.0から9.0になるのに要する0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の滴定量A(mL)を測定する。
下記式(4)を用いて、シリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の消費量V(mL)を算出し、下記式(5)を用いて、シリカ粒子の表面シラノール基密度ρ(個/nm)を算出する。
V=(A×f×100×1.5)/(W×C) ・・・ (4)
A:シリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の滴定量(mL)
f:用いた0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の力価
C:シリカゾル中のシリカ粒子の濃度(質量%)
W:シリカゾルの採取量(g)
ρ=(B×N)/(1018×M×SBET) ・・・ (5)
B:Vから算出したシリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した水酸化ナトリウム量(mol)
:アボガドロ数(個/mol)
M:シリカ粒子量(1.5g)
BET:平均1次粒子径の算出の際に測定したシリカ粒子の比表面積(m/g)
The surface silanol group density of silica particles is measured by the Sears method. Specifically, it is measured and calculated under the conditions shown below.
Collect silica sol equivalent to 1.5 g of silica particles, and add pure water to make the liquid volume 90 mL. In an environment of 25°C, add 0.1 mol/L hydrochloric acid aqueous solution until the pH reaches 3.6, add 30 g of sodium chloride, gradually add pure water to completely dissolve the sodium chloride, and finally test. Add pure water until the total amount of liquid becomes 150 mL to obtain a test liquid.
The obtained test solution was put into an automatic titrator, and 0.1 mol/L of sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to obtain the 0.1 mol/L of sodium hydroxide required for the pH to change from 4.0 to 9.0. Measure the titer A (mL) of the aqueous solution.
Using the following formula (4), calculate the consumption amount V (mL) of 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution required for the pH per 1.5 g of silica particles to go from 4.0 to 9.0. Then, the surface silanol group density ρ (numbers/nm 2 ) of the silica particles is calculated using the following formula (5).
V=(A×f×100×1.5)/(W×C)... (4)
A: Titration amount (mL) of 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution required for pH to change from 4.0 to 9.0 per 1.5 g of silica particles
f: Titer of the 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution used C: Concentration of silica particles in silica sol (mass%)
W: Amount of silica sol collected (g)
ρ=(B× NA )/(10 18 ×M×S BET )...(5)
B: Amount of sodium hydroxide (mol) required for pH to change from 4.0 to 9.0 per 1.5 g of silica particles calculated from V
N A : Avogadro's number (pieces/mol)
M: Silica particle amount (1.5g)
S BET : Specific surface area of silica particles (m 2 /g) measured when calculating the average primary particle diameter

前記シリカ粒子の表面シラノール基密度の測定、算出方法は、「G.W.Sears,Jr., Analytical Chemistry, Vol.28, No.12, pp.1981-1983(1956).」、「羽場真一, 半導体集積回路プロセス用研磨剤の開発, 高知工科大学博士論文, pp.39-45, 2004年3月」、「特許第5967118号公報」、「特許第6047395号公報」を参考にした。 The method for measuring and calculating the surface silanol group density of the silica particles is described in "G. W. Sears, Jr., Analytical Chemistry, Vol. 28, No. 12, pp. 1981-1983 (1956).", "Shinichi Haba. , Development of Polishing Agent for Semiconductor Integrated Circuit Processing, Kochi University of Technology Ph.D. Thesis, pp. 39-45, March 2004," "Patent No. 5967118," and "Patent No. 6047395."

シリカ粒子の金属不純物含有率は、5ppm以下が好ましく、2ppm以下がより好ましい。 The metal impurity content of the silica particles is preferably 5 ppm or less, more preferably 2 ppm or less.

半導体デバイスのシリコンウェハの研磨において、金属不純物が被研磨体の表面に付着、汚染することで、ウェハ特性に悪影響を及ぼすと共に、ウェハ内部に拡散して品質が劣化するため、このようなウェハによって製造された半導体デバイスの性能が著しく低下する。
また、シリカ粒子に金属不純物が存在すると、酸性を示す表面シラノール基と金属不純物とが配位的な相互作用が発生し、表面シラノール基の化学的性質(酸性度等)を変化させたり、シリカ粒子表面の立体的な環境(シリカ粒子の凝集のしやすさ等)を変化させたり、研磨レートに影響を及ぼす。
When polishing silicon wafers for semiconductor devices, metal impurities adhere to and contaminate the surface of the object to be polished, which not only adversely affects the wafer properties but also diffuses inside the wafer and degrades the quality. The performance of the manufactured semiconductor devices is significantly degraded.
In addition, if metal impurities exist in silica particles, coordination interactions occur between the acidic surface silanol groups and the metal impurities, which may change the chemical properties (acidity, etc.) of the surface silanol groups, or It changes the three-dimensional environment of the particle surface (ease of agglomeration of silica particles, etc.) and affects the polishing rate.

シリカ粒子の金属不純物含有率は、高周波誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により測定する。具体的には、シリカ粒子0.4g含むシリカゾルを正確に量り取り、硫酸とフッ酸を加え、加温、溶解、蒸発させ、残存した硫酸滴に総量が正確に10gとなるよう純水を加えて試験液を作成し、高周波誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて測定する。対象の金属は、ナトリウム、カリウム、鉄、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、コバルト、クロム、銅、マンガン、鉛、チタン、銀、ニッケルとし、これらの金属の含有率の合計を金属不純物含有率とする。 The metal impurity content of silica particles is measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Specifically, silica sol containing 0.4 g of silica particles was accurately weighed, sulfuric acid and hydrofluoric acid were added, heated, dissolved, and evaporated, and pure water was added to the remaining sulfuric acid droplets so that the total amount was exactly 10 g. A test solution is prepared and measured using a high frequency inductively coupled plasma mass spectrometer. The target metals are sodium, potassium, iron, aluminum, calcium, magnesium, zinc, cobalt, chromium, copper, manganese, lead, titanium, silver, and nickel, and the total content of these metals is the metal impurity content. do.

シリカ粒子の金属不純物含有率は、アルコキシシランを主原料として加水分解反応及び縮合反応を行ってシリカ粒子を得ることで、5ppm以下とすることができる。
水ガラス等の珪酸アルカリの脱イオンによる方法では、原料由来のナトリウム等が残存するため、シリカ粒子の金属不純物含有率を5ppm以下とすることが極めて困難である。
The metal impurity content of the silica particles can be made 5 ppm or less by performing a hydrolysis reaction and a condensation reaction using alkoxysilane as a main raw material to obtain silica particles.
In the method of deionizing an alkali silicate such as water glass, it is extremely difficult to reduce the metal impurity content of silica particles to 5 ppm or less because sodium etc. derived from the raw material remain.

シリカ粒子の形状としては、例えば、球状、鎖状、繭状(こぶ状や落花生状とも称される)、異形状(例えば、疣状、屈曲状、分岐状等)等が挙げられる。これらのシリカ粒子の形状の中でも、研磨時のシリコンウェハに代表される被研磨体の表面粗さや傷を低減させたい場合は、球状が好ましく、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートをより高めたい場合は、異形状が好ましい。 Examples of the shape of the silica particles include spherical, chain-like, cocoon-like (also referred to as knob-like or peanut-like), irregular shapes (for example, wart-like, bent-like, branched-like, etc.). Among these shapes of silica particles, if you want to reduce surface roughness and scratches on the object to be polished, such as a silicon wafer, during polishing, a spherical shape is preferable, and it will reduce the polishing rate for the object to be polished, such as a silicon wafer. If you want to increase the height even more, an irregular shape is preferable.

シリカ粒子は、機械的強度、保存安定性に優れることから、細孔を有しないことが好ましい。
シリカ粒子の細孔の有無は、窒素を吸着ガスとした吸着等温線を用いたBET多点法解析により確認する。
Silica particles preferably have no pores because they have excellent mechanical strength and storage stability.
The presence or absence of pores in the silica particles is confirmed by BET multipoint analysis using an adsorption isotherm using nitrogen as an adsorbent gas.

(シリカゾルの製造方法)
本発明のシリカゾルの製造方法は、本発明のシリカ粒子の製造方法を含む。
(Method for manufacturing silica sol)
The method for producing silica sol of the present invention includes the method for producing silica particles of the present invention.

シリカゾルは、本発明のシリカ粒子の製造方法で得られたシリカ粒子の分散液をそのまま用いてもよく、得られたシリカ粒子の分散液中の成分のうち、不必要な成分の除去や必要な成分の添加をして製造してもよい。 As the silica sol, the dispersion of silica particles obtained by the method for producing silica particles of the present invention may be used as it is, and unnecessary components may be removed or necessary components may be removed from the dispersion of silica particles obtained. It may also be manufactured by adding other components.

シリカゾルは、シリカ粒子及び分散媒を含むことが好ましい。
シリカゾル中の分散媒は、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール等が挙げられる。これらのシリカゾル中の分散媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのシリカゾル中の分散媒の中でも、シリカ粒子との親和性に優れることから、水、アルコールが好ましく、水がより好ましい。
The silica sol preferably contains silica particles and a dispersion medium.
Examples of the dispersion medium in the silica sol include water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol. These dispersion media in silica sol may be used alone or in combination of two or more. Among these dispersion media in silica sol, water and alcohol are preferred, and water is more preferred, since they have excellent affinity with silica particles.

シリカゾル中のシリカ粒子の含有率は、シリカゾル全量100質量%中、3質量%~50質量%が好ましく、4質量%~40質量%がより好ましく、5質量%~30質量%が更に好ましい。シリカゾル中のシリカ粒子の含有率が3質量%以上であると、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートに優れる。また、シリカゾル中のシリカ粒子の含有率が50質量%以下であると、シリカゾルや研磨組成物中のシリカ粒子の凝集を抑制することができ、シリカゾルや研磨組成物の保存安定性に優れる。 The content of silica particles in the silica sol is preferably 3% by mass to 50% by mass, more preferably 4% by mass to 40% by mass, and even more preferably 5% by mass to 30% by mass, based on 100% by mass of the total amount of silica sol. When the content of silica particles in the silica sol is 3% by mass or more, the polishing rate for objects to be polished, such as silicon wafers, is excellent. Further, when the content of silica particles in the silica sol is 50% by mass or less, aggregation of silica particles in the silica sol or polishing composition can be suppressed, and the storage stability of the silica sol or polishing composition is excellent.

シリカゾル中の分散媒の含有率は、シリカゾル全量100質量%中、50質量%~97質量%が好ましく、60質量%~96質量%がより好ましく、70質量%~95質量%が更に好ましい。シリカゾル中の分散媒の含有率が50質量%以上であると、シリカゾルや研磨組成物中のシリカ粒子の凝集を抑制することができ、シリカゾルや研磨組成物の保存安定性に優れる。また、シリカゾル中の分散媒の含有率が97質量%以下であると、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートに優れる。 The content of the dispersion medium in the silica sol is preferably 50% by mass to 97% by mass, more preferably 60% by mass to 96% by mass, and even more preferably 70% by mass to 95% by mass, based on the total amount of 100% by mass of the silica sol. When the content of the dispersion medium in the silica sol is 50% by mass or more, aggregation of silica particles in the silica sol and polishing composition can be suppressed, and the storage stability of the silica sol and polishing composition is excellent. Furthermore, when the content of the dispersion medium in the silica sol is 97% by mass or less, the polishing rate for objects to be polished, such as silicon wafers, is excellent.

シリカゾル中のシリカ粒子や分散媒の含有率は、得られたシリカ粒子の分散液中の成分のうち、不必要な成分を除去し、必要な成分を添加することで、所望の範囲に設定することができる。 The content of silica particles and dispersion medium in the silica sol is set within the desired range by removing unnecessary components and adding necessary components from among the components in the obtained dispersion of silica particles. be able to.

シリカゾルは、シリカ粒子及び分散媒以外に、その性能を損なわない範囲において、必要に応じて、酸化剤、防腐剤、防黴剤、pH調整剤、pH緩衝剤、界面活性剤、キレート剤、抗菌殺生物剤等の他の成分を含んでもよい。
特に、シリカゾルの保存安定性に優れることから、シリカゾル中に抗菌殺生物剤を含ませることが好ましい。
In addition to silica particles and a dispersion medium, silica sol may contain oxidizing agents, preservatives, antifungal agents, pH adjusting agents, pH buffering agents, surfactants, chelating agents, antibacterial agents, etc., as necessary, to the extent that does not impair its performance. Other ingredients such as biocides may also be included.
In particular, since the silica sol has excellent storage stability, it is preferable to include an antibacterial biocide in the silica sol.

抗菌殺生物剤としては、例えば、過酸化水素、アンモニア、第四級アンモニウム水酸化物、第四級アンモニウム塩、エチレンジアミン、グルタルアルデヒド、p-ヒドロキシ安息香酸メチル、亜塩素酸ナトリウム等が挙げられる。これらの抗菌殺生物剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの抗菌殺生物剤の中でも、シリカゾルとの親和性に優れることから、過酸化水素が好ましい。
殺生物剤は、一般に殺菌剤と言われるものも含む。
Examples of antibacterial biocides include hydrogen peroxide, ammonia, quaternary ammonium hydroxide, quaternary ammonium salts, ethylenediamine, glutaraldehyde, methyl p-hydroxybenzoate, and sodium chlorite. These antibacterial biocides may be used alone or in combination of two or more. Among these antibacterial biocides, hydrogen peroxide is preferred because it has excellent affinity with silica sol.
Biocides also include what are commonly referred to as fungicides.

シリカゾル中の抗菌殺生物剤の含有率は、シリカゾル全量100質量%中、0.0001質量%~10質量%が好ましく、0.001質量%~1質量%がより好ましい。シリカゾル中の抗菌殺生物剤の含有率が0.0001質量%以上であると、シリカゾルの保存安定性に優れる。シリカゾル中の抗菌殺生物剤の含有率が10質量%以下であると、シリカゾルの本来の性能を損なわない。 The content of the antibacterial biocide in the silica sol is preferably 0.0001% by mass to 10% by mass, more preferably 0.001% by mass to 1% by mass, based on 100% by mass of the total amount of silica sol. When the content of the antibacterial biocide in the silica sol is 0.0001% by mass or more, the storage stability of the silica sol is excellent. When the content of the antibacterial biocide in the silica sol is 10% by mass or less, the original performance of the silica sol is not impaired.

シリカゾルのpHは、6.0~8.0が好ましく、6.5~7.8がより好ましい。シリカゾルのpHが6.0以上であると、分散安定性に優れて、シリカ粒子の凝集を抑制することができる。また、シリカゾルのpHが8.0以下であると、シリカ粒子の溶解を防ぎ、長期間の保存安定性に優れる。
シリカゾルのpHは、pH調整剤を添加することで、所望の範囲に設定することができる。
The pH of the silica sol is preferably 6.0 to 8.0, more preferably 6.5 to 7.8. When the pH of the silica sol is 6.0 or higher, dispersion stability is excellent and aggregation of silica particles can be suppressed. Moreover, when the pH of the silica sol is 8.0 or less, dissolution of silica particles is prevented and long-term storage stability is excellent.
The pH of the silica sol can be set within a desired range by adding a pH adjuster.

(研磨組成物)
本発明のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルは、研磨組成物として好適に用いることができる。
研磨組成物は、前述したシリカゾル及び水溶性高分子を含むことが好ましい。
(polishing composition)
The silica sol obtained by the method for producing silica sol of the present invention can be suitably used as a polishing composition.
The polishing composition preferably contains the silica sol and water-soluble polymer described above.

水溶性高分子は、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨組成物の濡れ性を高める。水溶性高分子は、水親和性の高い官能基を保有する高分子であることが好ましく、この水親和性の高い官能基とシリカ粒子の表面シラノール基との親和性が高く、研磨組成物中でより近傍にシリカ粒子と水溶性高分子とが安定して分散する。そのため、シリコンウェハに代表される被研磨体への研磨の際、シリカ粒子と水溶性高分子との効果が相乗的に機能する。 The water-soluble polymer increases the wettability of the polishing composition to the object to be polished, typified by a silicon wafer. The water-soluble polymer is preferably a polymer that has a functional group with high water affinity, and this functional group with high water affinity has a high affinity with the surface silanol group of the silica particles, so that it can be used in the polishing composition. The silica particles and the water-soluble polymer are more stably dispersed in the vicinity. Therefore, when polishing an object to be polished, such as a silicon wafer, the effects of the silica particles and the water-soluble polymer function synergistically.

水溶性高分子としては、例えば、セルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドン骨格を有する共重合体、ポリオキシアルキレン構造を有する重合体等が挙げられる。 Examples of water-soluble polymers include cellulose derivatives, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, copolymers having a polyvinylpyrrolidone skeleton, and polymers having a polyoxyalkylene structure.

セルロース誘導体としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、加水分解処理を施したヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。
ポリビニルピロリドン骨格を有する共重合体としては、例えば、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとのグラフト共重合体等が挙げられる。
ポリオキシアルキレン構造を有する重合体としては、例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとの共重合体等が挙げられる。
Examples of cellulose derivatives include hydroxyethylcellulose, hydrolyzed hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, ethylhydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, and the like.
Examples of the copolymer having a polyvinylpyrrolidone skeleton include a graft copolymer of polyvinyl alcohol and polyvinylpyrrolidone.
Examples of the polymer having a polyoxyalkylene structure include polyoxyethylene, polyoxypropylene, and a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide.

これらの水溶性高分子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの水溶性高分子の中でも、シリカ粒子の表面シラノール基との親和性が高く、相乗的に作用して被研磨体の表面に良好な親水性を与えることから、セルロース誘導体が好ましく、ヒドロキシエチルセルロースがより好ましい。 These water-soluble polymers may be used alone or in combination of two or more. Among these water-soluble polymers, cellulose derivatives are preferred because they have a high affinity with the surface silanol groups of silica particles and act synergistically to provide good hydrophilicity to the surface of the object to be polished, and hydroxyethyl cellulose is preferred. is more preferable.

水溶性高分子の質量平均分子量は、1,000~3,000,000が好ましく、5,000~2,000,000がより好ましく、10,000~1,000,000が更に好ましい。水溶性高分子の質量平均分子量が1,000以上であると、研磨組成物の親水性が向上する。また、水溶性高分子の質量平均分子量が3,000,000以下であると、シリカゾルとの親和性に優れ、シリコンウェハに代表される被研磨体に対する研磨レートに優れる。 The weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 1,000 to 3,000,000, more preferably 5,000 to 2,000,000, and even more preferably 10,000 to 1,000,000. When the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is 1,000 or more, the hydrophilicity of the polishing composition is improved. Moreover, when the mass average molecular weight of the water-soluble polymer is 3,000,000 or less, it has excellent affinity with silica sol and has an excellent polishing rate for objects to be polished, such as silicon wafers.

水溶性高分子の質量平均分子量は、ポリエチレンオキサイド換算で、0.1mol/LのNaCl溶液を移動相とする条件で、サイズ排除クロマトグラフィーにより測定する。 The mass average molecular weight of the water-soluble polymer is measured in terms of polyethylene oxide by size exclusion chromatography using a 0.1 mol/L NaCl solution as the mobile phase.

研磨組成物中の水溶性高分子の含有率は、研磨組成物全量100質量%中、0.02質量%~10質量%が好ましく、0.05質量%~5質量%がより好ましい。研磨組成物中の水溶性高分子の含有率が0.02質量%以上であると、研磨組成物の親水性が向上する。また、研磨組成物中の水溶性高分子の含有率が10質量%以下であると、研磨組成物調製時のシリカ粒子の凝集を抑制することができる。 The content of the water-soluble polymer in the polishing composition is preferably 0.02% by mass to 10% by mass, more preferably 0.05% by mass to 5% by mass, based on 100% by mass of the total polishing composition. When the content of the water-soluble polymer in the polishing composition is 0.02% by mass or more, the hydrophilicity of the polishing composition is improved. Furthermore, when the content of the water-soluble polymer in the polishing composition is 10% by mass or less, aggregation of silica particles during preparation of the polishing composition can be suppressed.

研磨組成物は、シリカゾル及び水溶性高分子以外に、その性能を損なわない範囲において、必要に応じて、塩基性化合物、研磨促進剤、界面活性剤、親水性化合物、防腐剤、防黴剤、pH調整剤、pH緩衝剤、界面活性剤、キレート剤、抗菌殺生物剤等の他の成分を含んでもよい。
特に、シリコンウェハに代表される被研磨体の表面に化学的な作用を与えて化学的研磨(ケミカルエッチング)ができ、シリカ粒子の表面シラノール基との相乗効果により、シリコンウェハに代表される被研磨体の研磨速度を向上させることができることから、研磨組成物中に塩基性化合物を含ませることが好ましい。
In addition to the silica sol and the water-soluble polymer, the polishing composition may optionally contain a basic compound, a polishing accelerator, a surfactant, a hydrophilic compound, a preservative, an antifungal agent, as long as it does not impair its performance. Other ingredients such as pH adjusters, pH buffers, surfactants, chelating agents, antibacterial biocides, etc. may also be included.
In particular, chemical polishing (chemical etching) can be performed by applying a chemical action to the surface of objects to be polished, such as silicon wafers. Since the polishing rate of the polishing body can be improved, it is preferable to include a basic compound in the polishing composition.

塩基性化合物としては、例えば、有機塩基性化合物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属炭酸塩、アンモニア等が挙げられる。これらの塩基性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの塩基性化合物の中でも、水溶性が高く、シリカ粒子や水溶性高分子との親和性に優れることから、アンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウムが好ましく、アンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムがより好ましく、アンモニアが更に好ましい。 Examples of the basic compound include organic basic compounds, alkali metal hydroxides, alkali metal hydrogen carbonates, alkali metal carbonates, and ammonia. These basic compounds may be used alone or in combination of two or more. Among these basic compounds, ammonia, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, ammonium hydrogen carbonate, and ammonium carbonate are preferred because they have high water solubility and excellent affinity with silica particles and water-soluble polymers. , ammonia, tetramethylammonium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide are more preferred, and ammonia is even more preferred.

研磨組成物中の塩基性化合物の含有率は、研磨組成物全量100質量%中、0.001質量%~5質量%が好ましく、0.01質量%~3質量%がより好ましい。研磨組成物中の塩基性化合物の含有率が0.001質量%以上であると、シリコンウェハに代表される被研磨体の研磨速度を向上させることができる。また、研磨組成物中の塩基性化合物の含有率が5質量%以下であると、研磨組成物の安定性に優れる。 The content of the basic compound in the polishing composition is preferably 0.001% by mass to 5% by mass, more preferably 0.01% by mass to 3% by mass, based on 100% by mass of the total polishing composition. When the content of the basic compound in the polishing composition is 0.001% by mass or more, the polishing rate of objects to be polished, such as silicon wafers, can be improved. Moreover, when the content of the basic compound in the polishing composition is 5% by mass or less, the stability of the polishing composition is excellent.

研磨組成物のpHは、8.0~12.0が好ましく、9.0~11.0がより好ましい。研磨組成物のpHが8.0以上であると、研磨組成物中のシリカ粒子の凝集を抑制することができ、研磨組成物の分散安定性に優れる。また、研磨組成物のpHが12.0以下であると、シリカ粒子の溶解を抑制することができ、研磨組成物の安定性に優れる。
研磨組成物のpHは、pH調整剤を添加することで、所望の範囲に設定することができる。
The pH of the polishing composition is preferably 8.0 to 12.0, more preferably 9.0 to 11.0. When the pH of the polishing composition is 8.0 or higher, aggregation of silica particles in the polishing composition can be suppressed, and the dispersion stability of the polishing composition is excellent. Further, when the pH of the polishing composition is 12.0 or less, dissolution of silica particles can be suppressed, and the stability of the polishing composition is excellent.
The pH of the polishing composition can be set within a desired range by adding a pH adjuster.

研磨組成物は、本発明のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾル、水溶性高分子、及び、必要に応じて、他の成分を混合することで得られるが、保管、運搬を考慮し、一旦高濃度で調製し、研磨直前に水等で希釈してもよい。 The polishing composition can be obtained by mixing the silica sol obtained by the silica sol production method of the present invention, a water-soluble polymer, and other components as necessary. It may be prepared at a high concentration and diluted with water etc. immediately before polishing.

(研磨方法)
本発明の研磨方法は、本発明のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルを含む研磨組成物を用いて研磨する方法である。
研磨組成物は、前述した研磨組成物を用いることが好ましい。
具体的な研磨の方法としては、例えば、シリコンウェハの表面を研磨パッドに押し付け、研磨パッド上に本発明の研磨組成物を滴下し、シリコンウェハの表面を研磨する方法が挙げられる。
(polishing method)
The polishing method of the present invention is a method of polishing using a polishing composition containing the silica sol obtained by the silica sol manufacturing method of the present invention.
As the polishing composition, it is preferable to use the polishing composition described above.
A specific polishing method includes, for example, a method of pressing the surface of a silicon wafer against a polishing pad, dropping the polishing composition of the present invention onto the polishing pad, and polishing the surface of the silicon wafer.

(半導体ウェハの製造方法)
本発明の半導体ウェハの製造方法は、本発明の研磨方法を含む方法であり、具体的な研磨方法は、前述した通りである。
半導体ウェハとしては、例えば、シリコンウェハ、化合物半導体ウェハ等が挙げられる。
(Method for manufacturing semiconductor wafers)
The semiconductor wafer manufacturing method of the present invention includes the polishing method of the present invention, and the specific polishing method is as described above.
Examples of semiconductor wafers include silicon wafers and compound semiconductor wafers.

(半導体デバイスの製造方法)
本発明の半導体デバイスの製造方法は、本発明の研磨方法を含む方法であり、具体的な研磨方法は、前述した通りである。
(Method for manufacturing semiconductor devices)
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the polishing method of the present invention, and the specific polishing method is as described above.

(用途)
本発明のシリカ粒子の製造方法で得られたシリカ粒子、本発明のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルは、研磨用途に好適に用いることができ、例えば、シリコンウェハ等の半導体材料の研磨、ハードディスク基板等の電子材料の研磨、集積回路を製造する際の平坦化工程における研磨(化学的機械的研磨)、フォトマスクや液晶に用いる合成石英ガラス基板の研磨、磁気ディスク基板の研磨等に用いることができ、中でもシリコンウェハの研磨や化学的機械的研磨に特に好適に用いることができる。
(Application)
The silica particles obtained by the silica particle production method of the present invention and the silica sol obtained by the silica sol production method of the present invention can be suitably used for polishing purposes, such as polishing semiconductor materials such as silicon wafers, Used for polishing electronic materials such as hard disk substrates, polishing (chemical mechanical polishing) in the planarization process when manufacturing integrated circuits, polishing synthetic quartz glass substrates used in photomasks and liquid crystals, polishing magnetic disk substrates, etc. Among them, it can be particularly suitably used for polishing silicon wafers and chemical mechanical polishing.

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail using examples, but the present invention is not limited to the description of the following examples unless it departs from the gist thereof.

(平均1次粒子径の測定)
実施例及び比較例で得られたシリカ粒子の分散液を150℃で乾燥し、比表面積自動測定装置「BELSORP-MR1」(機種名、マイクロトラック・ベル株式会社)を用いて、シリカ粒子の比表面積を測定し、下記式(1)を用い、密度を2.2g/cmとし、平均1次粒子径を算出した。
平均1次粒子径(nm)=6000/(比表面積(m/g)×密度(g/cm)) ・・・ (1)
(Measurement of average primary particle diameter)
The silica particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were dried at 150°C, and the silica particle ratio was The surface area was measured, and the density was set to 2.2 g/cm 3 using the following formula (1), and the average primary particle diameter was calculated.
Average primary particle diameter (nm) = 6000/(specific surface area (m 2 /g) x density (g/cm 3 )) ... (1)

(平均2次粒子径、cv値の測定)
実施例及び比較例で得られたシリカ粒子の分散液を、動的光散乱粒子径測定装置「ゼーターサイザーナノZS」(機種名、マルバーン社製)を用いて、シリカ粒子の平均2次粒子径を測定し、下記式(2)を用いてcv値を算出した。
cv値=(標準偏差(nm)/平均2次粒子径(nm))×100 ・・・ (2)
(Measurement of average secondary particle diameter and cv value)
The average secondary particle diameter of the silica particles was measured using a dynamic light scattering particle diameter measuring device "Zetersizer Nano ZS" (model name, manufactured by Malvern) for the dispersion liquid of silica particles obtained in Examples and Comparative Examples. was measured, and the cv value was calculated using the following formula (2).
cv value = (standard deviation (nm) / average secondary particle diameter (nm)) × 100 (2)

(会合比の算出)
測定した平均1次粒子径と平均2次粒子径とから、下記式(3)を用いて会合比を算出した。
会合比=平均2次粒子径/平均1次粒子径 ・・・ (3)
(Calculation of association ratio)
The association ratio was calculated from the measured average primary particle diameter and average secondary particle diameter using the following formula (3).
Association ratio = average secondary particle diameter / average primary particle diameter ... (3)

(表面シラノール基密度の測定)
実施例・比較例で得られたシリカ粒子の分散液の、シリカ粒子1.5gに相当する量を、200mLトールビーカーに採取し、純水を加えて液量を90mLにした。
25℃の環境下、トールビーカーにpH電極を挿入し、マグネティックスターラーにより試験液を5分間撹拌させた。マグネティックスターラーによる攪拌を続けた状態で、pHが3.6になるまで0.1mol/Lの塩酸水溶液を加えた。トールビーカーからpH電極を取り外し、マグネティックスターラーによる攪拌を続けた状態で、塩化ナトリウムを30g加え、純水を徐々に加えながら塩化ナトリウムを完全に溶解させ、最終的に試験液の総量が150mLになるまで純水を加え、マグネティックスターラーにより試験液を5分間撹拌させ、試験液を得た。
(Measurement of surface silanol group density)
An amount of the silica particle dispersion obtained in Examples and Comparative Examples, equivalent to 1.5 g of silica particles, was collected in a 200 mL tall beaker, and pure water was added to make the liquid volume 90 mL.
A pH electrode was inserted into a tall beaker under an environment of 25° C., and the test solution was stirred for 5 minutes using a magnetic stirrer. While stirring with a magnetic stirrer, 0.1 mol/L aqueous hydrochloric acid solution was added until the pH reached 3.6. Remove the pH electrode from the tall beaker, continue stirring with a magnetic stirrer, add 30g of sodium chloride, and gradually add pure water until the sodium chloride is completely dissolved.Finally, the total volume of the test solution will be 150mL. Pure water was added to the solution up to 100%, and the test solution was stirred for 5 minutes using a magnetic stirrer to obtain a test solution.

得られた試験液の入ったトールビーカーを、自動滴定装置「COM-1600」(平沼産業株式会社製)にセットし、装置付属のpH電極とビュレットをトールビーカーに挿入して、マグネティックスターラーにより試験液を撹拌させながら、ビュレットを通じて0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を滴下して、pHが4.0から9.0になるのに要する0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の滴定量A(mL)を測定した。
下記式(4)を用いて、シリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の消費量V(mL)を算出し、下記式(5)を用いて、シリカ粒子の表面シラノール基密度ρ(個/nm)を算出した。
V=(A×f×100×1.5)/(W×C) ・・・ (4)
A:シリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の滴定量(mL)
f:用いた0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の力価
C:シリカゾル中のシリカ粒子の濃度(質量%)
W:シリカゾルの採取量(g)
ρ=(B×N)/(1018×M×SBET) ・・・ (5)
B:Vから算出したシリカ粒子1.5gあたりのpHが4.0から9.0になるのに要した水酸化ナトリウム量(mol)
:アボガドロ数(個/mol)
M:シリカ粒子量(1.5g)
BET:平均1次粒子径の算出の際に測定したシリカ粒子の比表面積(m/g)
Set the tall beaker containing the obtained test liquid in the automatic titration device "COM-1600" (manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.), insert the pH electrode and burette attached to the device into the tall beaker, and test with a magnetic stirrer. Titration amount of 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution required to bring the pH from 4.0 to 9.0 by dropping 0.1 mol/L aqueous sodium hydroxide solution through a buret while stirring the liquid. A (mL) was measured.
Using the following formula (4), calculate the consumption amount V (mL) of 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution required for the pH per 1.5 g of silica particles to go from 4.0 to 9.0. Then, the surface silanol group density ρ (numbers/nm 2 ) of the silica particles was calculated using the following formula (5).
V=(A×f×100×1.5)/(W×C)... (4)
A: Titration amount (mL) of 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution required for pH to change from 4.0 to 9.0 per 1.5 g of silica particles
f: Titer of the 0.1 mol/L sodium hydroxide aqueous solution used C: Concentration of silica particles in silica sol (mass%)
W: Amount of silica sol collected (g)
ρ=(B× NA )/(10 18 ×M×S BET )...(5)
B: Amount of sodium hydroxide (mol) required for pH to change from 4.0 to 9.0 per 1.5 g of silica particles calculated from V
N A : Avogadro's number (pieces/mol)
M: Silica particle amount (1.5g)
S BET : Specific surface area of silica particles (m 2 /g) measured when calculating the average primary particle diameter

[実施例1]
(工程(1))
メタノール82質量%及び純水18質量%を混合した液(A1)259.3質量部と29質量%アンモニア水10.2質量部とを混合した液中に、テトラメトキシシラン81.5質量部及びメタノール27.2質量部を混合した溶液(B1)並びに29質量%アンモニア水2.6質量部及び純水32.3質量部を混合した溶液(C1)を、1.2時間かけてそれぞれ等速で添加した。滴下中、反応温度を31℃に保ったまま、反応系内の撹拌を続けた。滴下終了後、反応系内の温度を31℃に保ったまま、更に反応系内を10分間撹拌し、シリカ粒子の分散液を得た。反応開始から反応終了まで反応系内のpHは11に維持され、反応終了時の液(A1)中のメタノールの濃度は86質量%であった。
[Example 1]
(Step (1))
81.5 parts of tetramethoxysilane and A solution (B1) containing 27.2 parts by mass of methanol and a solution (C1) containing 2.6 parts by mass of 29% ammonia water and 32.3 parts by mass of pure water were each heated at a constant rate over 1.2 hours. Added with. During the dropwise addition, stirring in the reaction system was continued while maintaining the reaction temperature at 31°C. After completion of the dropwise addition, the reaction system was further stirred for 10 minutes while maintaining the temperature inside the reaction system at 31° C. to obtain a dispersion of silica particles. The pH in the reaction system was maintained at 11 from the start of the reaction to the end of the reaction, and the concentration of methanol in the liquid (A1) at the end of the reaction was 86% by mass.

(工程(1’))
工程(1)で得られたシリカ粒子の分散液を、純水を添加しながら昇温し、メタノールとアンモニアとを除去し、シリカ粒子の含有率が約10質量%のシリカ粒子の分散液を得た。
(Step (1'))
The dispersion of silica particles obtained in step (1) is heated while adding pure water, methanol and ammonia are removed, and a dispersion of silica particles with a silica particle content of about 10% by mass is obtained. Obtained.

(工程(2))
工程(1’)で得られたシリカ粒子の分散液313.1質量部及びメタノール32.0を混合し、水89質量%及びメタノール11質量%を混合した液(A2)にシリカ粒子が分散したシリカ粒子の分散液を得た。
得られたシリカ粒子の分散液345.1質量部を85℃まで昇温し、テトラメトキシシラン34.95質量部及びメタノール11.64質量部を混合した溶液(B2)並びに純水(C2)108.02質量部を、2.1時間かけてそれぞれ等速で添加した。滴下中、反応温度を85℃に保ったまま、反応系内の撹拌を続けた。滴下終了後、反応系内の温度を85℃に保ったまま、更に反応系内を60分間撹拌し、シリカ粒子の分散液を得た。反応開始から反応終了まで反応系内のpHは8に維持され、反応終了時の液(A1)中のメタノールの濃度は84質量%であった。
(Step (2))
Silica particles were dispersed in a liquid (A2) in which 313.1 parts by mass of the silica particle dispersion obtained in step (1') and 32.0 parts by mass of methanol were mixed, and 89% by mass of water and 11% by mass of methanol were mixed. A dispersion of silica particles was obtained.
A solution (B2) in which 345.1 parts by mass of the obtained dispersion of silica particles was heated to 85° C. and 34.95 parts by mass of tetramethoxysilane and 11.64 parts by mass of methanol were mixed, and 108 parts by mass of pure water (C2) were prepared. 0.02 parts by mass were each added at a constant rate over 2.1 hours. During the dropwise addition, stirring in the reaction system was continued while maintaining the reaction temperature at 85°C. After completion of the dropwise addition, the reaction system was further stirred for 60 minutes while maintaining the temperature inside the reaction system at 85° C. to obtain a dispersion of silica particles. The pH in the reaction system was maintained at 8 from the start of the reaction to the end of the reaction, and the concentration of methanol in the liquid (A1) at the end of the reaction was 84% by mass.

(工程(3))
工程(2)で得られたシリカ粒子の分散液を、純水を添加しながら昇温し、メタノールとアンモニアとを除去し、シリカ粒子の含有率が約20質量%のシリカ粒子の分散液を得た。
得られたシリカ粒子の評価結果を、表3に示す。
(Step (3))
The dispersion of silica particles obtained in step (2) is heated while adding pure water, methanol and ammonia are removed, and a dispersion of silica particles with a silica particle content of about 20% by mass is obtained. Obtained.
Table 3 shows the evaluation results of the obtained silica particles.

[実施例2~16]
工程(2)の反応条件を表2のように変更した以外は、実施例1と同様に操作し、シリカ粒子の含有率が約20質量%のシリカ粒子の分散液を得た。
得られたシリカ粒子の評価結果を、表3に示す。
[Examples 2 to 16]
A dispersion of silica particles having a silica particle content of about 20% by mass was obtained by operating in the same manner as in Example 1, except that the reaction conditions of step (2) were changed as shown in Table 2.
Table 3 shows the evaluation results of the obtained silica particles.

[実施例17~20]
工程(1)の反応条件を表1のように変更し、工程(2)の反応条件を表2のように変更した以外は、実施例1と同様に操作し、シリカ粒子の含有率が約20質量%のシリカ粒子の分散液を得た。
得られたシリカ粒子の評価結果を、表3に示す。
[Examples 17 to 20]
The procedure was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reaction conditions of step (1) were changed as shown in Table 1, and the reaction conditions of step (2) were changed as shown in Table 2. A 20% by mass dispersion of silica particles was obtained.
Table 3 shows the evaluation results of the obtained silica particles.

[比較例1]
工程(1)を実施例1と同様に操作し、工程(1)で得られたシリカ粒子の分散液を、純水を添加しながら昇温し、メタノールとアンモニアとを除去し、シリカ粒子の含有率が約20質量%のシリカ粒子の分散液を得た。工程(2)及び工程(3)は行わなかった。
得られたシリカ粒子の評価結果を、表3に示す。
[Comparative example 1]
Step (1) was operated in the same manner as in Example 1, and the dispersion of silica particles obtained in step (1) was heated while adding pure water, methanol and ammonia were removed, and the silica particles were heated. A dispersion of silica particles having a content of about 20% by mass was obtained. Step (2) and step (3) were not performed.
Table 3 shows the evaluation results of the obtained silica particles.

[比較例2]
工程(1)の反応条件を表1のように変更した以外は、比較例1と同様に操作し、シリカ粒子の含有率が約20質量%のシリカ粒子の分散液を得た。
得られたシリカ粒子の評価結果を、表3に示す。
[Comparative example 2]
A dispersion of silica particles having a silica particle content of about 20% by mass was obtained by operating in the same manner as in Comparative Example 1, except that the reaction conditions in step (1) were changed as shown in Table 1.
Table 3 shows the evaluation results of the obtained silica particles.

Figure 0007443857000001
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Figure 0007443857000002
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Figure 0007443857000003
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表3から分かるように、工程(1)及び工程(2)を有する実施例1~20は、一般的な製造方法である工程(2)を有しない比較例1~2と比較して、平均1次粒子径、平均2次粒子径、cv値及び会合比を大きく変化させることなく、表面シラノール基密度を低く調整することができた。
工程(1)により得られた核粒子を、工程(2)で成長させることで、成長途中のシリカ粒子の表面シラノール基の反応性を段階的に向上させることができ、表面シラノール基密度を低く調整することができたと考えられる。
これらの結果から、本発明のシリカ粒子の製造方法により、表面シラノール基密度が2.0個/nm~7.0個/nmの範囲でシリカ粒子を作り分けることができることを確認できた。また、本発明のシリカ粒子の製造方法は、工程(1)と工程(2)とで同一の製造設備を用いて製造することができることも確認できた。
As can be seen from Table 3, Examples 1 to 20, which have step (1) and step (2), have an average The surface silanol group density could be adjusted to be low without significantly changing the primary particle size, average secondary particle size, cv value, and association ratio.
By growing the core particles obtained in step (1) in step (2), the reactivity of the surface silanol groups of the growing silica particles can be gradually improved, and the surface silanol group density can be lowered. It seems possible that the adjustment could be made.
From these results, it was confirmed that the method for producing silica particles of the present invention can produce silica particles with a surface silanol group density in the range of 2.0 pieces/nm 2 to 7.0 pieces/nm 2 . . It was also confirmed that the method for producing silica particles of the present invention can be produced using the same production equipment in step (1) and step (2).

本発明のシリカ粒子の製造方法で得られたシリカ粒子、本発明のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルは、研磨用途に好適に用いることができ、例えば、シリコンウェハ等の半導体材料の研磨、ハードディスク基板等の電子材料の研磨、集積回路を製造する際の平坦化工程における研磨(化学的機械的研磨)、フォトマスクや液晶に用いる合成石英ガラス基板の研磨、磁気ディスク基板の研磨等に用いることができ、中でもシリコンウェハの研磨や化学的機械的研磨に特に好適に用いることができる。 The silica particles obtained by the silica particle production method of the present invention and the silica sol obtained by the silica sol production method of the present invention can be suitably used for polishing purposes, such as polishing semiconductor materials such as silicon wafers, Used for polishing electronic materials such as hard disk substrates, polishing (chemical mechanical polishing) in the planarization process when manufacturing integrated circuits, polishing synthetic quartz glass substrates used in photomasks and liquid crystals, polishing magnetic disk substrates, etc. Among them, it can be particularly suitably used for polishing silicon wafers and chemical mechanical polishing.

Claims (13)

以下の工程(1)及び工程(2)を順次有する、シリカ粒子の製造方法。
工程(1):アルコールの濃度が70質量%以上の液(A1)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させて、シリカ粒子を得る工程。
工程(2):工程(1)で得られたシリカ粒子を含み、水の濃度が40質量%以上の液(A2)中で、テトラアルコキシシランを加水分解反応及び縮合反応させる工程。
A method for producing silica particles, which sequentially includes the following steps (1) and (2).
Step (1): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A1) having an alcohol concentration of 70% by mass or more to obtain silica particles .
Step (2): A step of subjecting tetraalkoxysilane to a hydrolysis reaction and a condensation reaction in a liquid (A2) containing the silica particles obtained in step (1) and having a water concentration of 40% by mass or more.
工程(1)における反応温度が、60℃以下である、請求項1に記載のシリカ粒子の製造方法。 The method for producing silica particles according to claim 1, wherein the reaction temperature in step (1) is 60°C or lower. 工程(2)における反応温度が、65℃以上である、請求項1又は2に記載のシリカ粒子の製造方法。 The method for producing silica particles according to claim 1 or 2, wherein the reaction temperature in step (2) is 65°C or higher. 工程(1)における加水分解反応及び縮合反応の方法が、液(A1)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B1)及びアルカリ触媒を含む溶液(C1)を添加する方法である、請求項1~3のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。 Claim 1, wherein the method of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (1) is a method of adding a solution (B1) containing a tetraalkoxysilane and a solution (C1) containing an alkali catalyst to the liquid (A1). 3. The method for producing silica particles according to any one of items 3 to 3. 工程(2)における加水分解反応及び縮合反応の方法が、液(A2)中に、テトラアルコキシシランを含む溶液(B2)、及び、水又はアルカリ触媒を含む溶液(C2)を添加する方法である、請求項1~4のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。 The method of the hydrolysis reaction and condensation reaction in step (2) is a method of adding a solution (B2) containing a tetraalkoxysilane and a solution (C2) containing water or an alkali catalyst to the liquid (A2). A method for producing silica particles according to any one of claims 1 to 4. 工程(1)と工程(2)との間に、以下の工程(1’)を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。
工程(1’):アルコールを除去し、水を添加する工程。
The method for producing silica particles according to any one of claims 1 to 5, comprising the following step (1') between step (1) and step (2).
Step (1'): Step of removing alcohol and adding water.
工程(2)における反応系内のpHを、8.0~12.0に維持する、請求項1~6のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。 The method for producing silica particles according to any one of claims 1 to 6, wherein the pH within the reaction system in step (2) is maintained at 8.0 to 12.0. 更に、以下の工程(3)を含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法。
工程(3):工程(2)で得られたシリカ粒子の分散液を濃縮し、分散媒を添加する工程。
The method for producing silica particles according to any one of claims 1 to 7, further comprising the following step (3).
Step (3): A step of concentrating the silica particle dispersion obtained in step (2) and adding a dispersion medium.
請求項1~8のいずれか1項に記載のシリカ粒子の製造方法を含む、シリカゾルの製造方法。 A method for producing a silica sol, comprising the method for producing silica particles according to any one of claims 1 to 8. シリカゾル中のシリカ粒子の濃度が、3質量%~50質量%である、請求項9に記載のシリカゾルの製造方法。 The method for producing a silica sol according to claim 9, wherein the concentration of silica particles in the silica sol is 3% by mass to 50% by mass. 請求項9又は10に記載のシリカゾルの製造方法で得られたシリカゾルを含む研磨組成物を用いて研磨する、研磨方法。 A polishing method comprising polishing using a polishing composition containing a silica sol obtained by the silica sol manufacturing method according to claim 9 or 10. 請求項11に記載の研磨方法を含む、半導体ウェハの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor wafer, comprising the polishing method according to claim 11. 請求項11に記載の研磨方法を含む、半導体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the polishing method according to claim 11.
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