JPH07291614A

JPH07291614A - 高純度コロイダルシリカの製造方法

Info

Publication number: JPH07291614A
Application number: JP10220994A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Sato; 善美佐藤; Akira Hashimoto; 晃橋本
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属の含有率が１ｐｐ
ｍ以下と極めて少なく、かつ低コストで製造でき、ま
た、微粒子等の添加剤をできるだけ安定な状態で溶液中
に存在させたり、研磨後の後処理で微粒子添加剤の除去
が容易になり得る高純度コロイダルシリカの製造方法を
提供する。【構成】含水珪酸塩を酸と接触させて、含水シリカを
生成させる含水シリカ生成工程、前記生成した含水シリ
カを酸および／または水で洗浄する工程、および前記含
水シリカをアミン系アルカリに分散させた液に酸を添加
しつつ、コロイダルシリカを生成させる工程を含むよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度コロイダルシリ
カの製造方法、特に安価な製造方法であって、アルカリ
金属含有量が極めて少ない高純度コロイダルシリカの製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コロイダルシリカはブラウン管製
造における蛍光体の接着バインダー、電池中の電解液の
ゲル化剤および揺変や飛散防止剤、半導体素子表面の金
属配線および絶縁膜の研磨用スラリーとして、様々な用
途に用いられてきた。しかしこれらコロイダルシリカ
は、原料および製造工程において、多量のアルカリ、ア
ルカリ土類金属および遷移金属を含有するため、特に金
属性不純物の混入を嫌う分野においては、これら金属性
不純物を実質的に含まない高純度なコロイダルシリカの
出現が望まれていた。

【０００３】高純度コロイダルシリカの製造方法として
は、アルカリ金属珪酸塩を純水で希釈した後、強酸型陽
イオン交換樹脂に接触させて脱アルカリし、さらに酸を
加えて強酸性とした後、限外ろ過膜を用いて不純物を除
去して得られたオリゴ珪酸溶液の一部に、アンモニアま
たはアミンを加え加熱を行いヒールゾルを調製し、これ
に残りのオリゴ珪酸溶液を徐々に滴下し高純度シリカゾ
ルを得る方法（特開昭６１−１５８８１０号公報）、上
記同様に酸処理したアルカリ金属珪酸塩水溶液を、Ｈ型
強酸性陽イオン交換樹脂、ＯＨ型強塩基性陰イオン交換
樹脂に接触させ、これにアルカリ金属水酸化物水溶液を
加え６０〜１５０℃に加熱することにより安定な水性ゾ
ル生成させ、さらに限外ろ過膜を介して水を除き、次い
でＨ型強酸性陽イオン交換樹脂、ＯＨ型強塩基性陰イオ
ン交換樹脂と接触させ、最後にアンモニアを加えてシリ
カ以外の多価金属酸化物を実質的に含まない安定な水性
シリカゾルを生成する方法（特開平４−２６０６号公
報）、高純度珪酸エステルを水酸化第４アンモニウムお
よび分散剤の存在下にて加水分解することにより得られ
る安定性に優れた高純度コロイダルシリカの製造方法
（特開昭６１−２０９９１０号公報）などが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６１−１５８８１０号公報に記載の方法では、コロイダ
ルシリカの粒子成長、およびその後の濃縮に要する時間
が不当にかかるためコスト的に問題がある。また、特開
平４−２６０６号公報に記載の方法では、アルカリ金属
珪酸塩（水ガラス）中に大量に含まれるアルカリ金属、
遷移金属等の金属性不純物を取り除くために、陽イオン
および陰イオン交換樹脂を何回も繰り返し接触させる工
程が必要となり、またイオン交換樹脂に接触させた活性
珪酸溶液は、非常に不安定でゲル化が進行しやすいとい
う問題がある。また粒子成長工程において粒子を安定化
させた状態で成長させるためにアルカリ金属水酸化物水
溶液が用いられるが、成長した粒子中に該アルカリ金属
が取り込まれやすく、その後の精製操作を経ても金属性
不純物の含有量を１ｐｐｍ以下に抑えることは困難であ
る。また特開昭６１−２０９９１０号公報に記載の方法
では、最初から高純度のシリカ粒子（珪酸エステル）を
用いるため、得られるコロイダルシリカ中の金属不純物
の含有量はかなり低いものであるが、高純度珪酸エステ
ルは四塩化珪素にアルコールを反応させて合成されるた
め、多量のアルコールを使用しなければならず、コスト
的に非常に高価なものになるという問題がある。また高
純度の無水二酸化珪素をアルカリ溶液に分散してなる高
純度コロイダルシリカの製造方法も報告されているが、
該無水二酸化珪素は一般に水素、酸素炎中で四塩化珪素
の気相加水分解により合成され、これをさらに細かく粉
砕して用いられる。こうして得られた無水二酸化珪素は
やはり高価なものとなり好ましくない。

【０００５】本発明は、このような事情のもとに創案さ
れたものあって、その目的は、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金
属の含有率が１ｐｐｍ以下と極めて少なく、かつ低コス
トで製造でき、また、半導体ウエーハの研磨用スラリー
として用いた場合、微粒子等の添加剤をできるだけ安定
な状態で溶液中に存在させたり、研磨後の後処理で微粒
子添加剤の除去が容易になり得る高純度コロイダルシリ
カの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本出願に係る発明者らが、鋭意研究した結
果、通常、安定剤、ｐＨ調整剤として配合されるアルカ
リ金属の代わりに、アミン系アルカリを使用し、さらに
このアミン系アルカリに分散されるシリカを用い、アミ
ン系アルカリに微分散したシリカに所定量の酸を添加す
ることにより、高純度のコロイダルシリカを生成させる
ことが可能であることを見いだし、本発明に至ったので
ある。すなわち、本発明の高純度コロイダルシリカの製
造方法は、含水珪酸塩、またはその水溶液を酸と接触さ
せて、含水シリカを生成させる含水シリカ生成工程、前
記生成した含水シリカを酸および／または水で洗浄する
工程、および前記含水シリカをアミン系アルカリ水溶液
に分散させた液に酸を添加しつつ、コロイダルシリカを
生成させる工程を含むように構成した。

【０００７】まず、最初に含水珪酸塩を酸と接触させ
て、含水シリカを生成させる含水シリカ生成工程につい
て説明する。

【０００８】用いる含水珪酸塩の原料としては、通常水
分を多く含んだ水ガラス（水ガラス１号〜４号等）と呼
ばれるアルカリ珪酸塩が好適に用いられる。このものは
比較的安価であり、容易に手に入れることができる。ア
ルカリ珪酸塩の中でも特にナトリウム珪酸塩〔Ｎａ₂ Ｏ
・ｎＳｉＯ₂ ・ｘＨ₂ Ｏ〕が経済的な面から好ましい。

【０００９】含水珪酸塩の原料は固体状のもの、液体状
のものいずれであってもよく、特に制限はないが、特
に、含水量は、総重量の４０〜６５ｗｔ％程度であり、
しかもＳｉＯ₂ 含有量が総重量の１９〜３８ｗｔ％程度
であるものが好ましい。

【００１０】このような含水珪酸塩の原料は、固体状原
料にあっては、熱圧水処理等、また、液体状原料にあっ
ては通常の希釈・濃縮操作等、公知の種々の操作によっ
て目的の含水量やＳｉＯ₂ 含有量に調整された含水珪酸
塩（水溶液）が得られる。

【００１１】このように所定の含水量に調整された含水
珪酸塩（水溶液）は、酸と接触、すなわち酸処理され、
これによっていわゆる含水シリカ（ＳｉＯ₂ ・ｎＨ₂
Ｏ）の生成が行われる。この時生成される含水シリカ
（ＳｉＯ₂ ・ｎＨ₂ Ｏ）は、特に多孔質形態となるよう
にすることが好ましい。多孔質形態とするためには、含
水珪酸塩原料の濃度や、酸濃度、含水珪酸塩と酸との接
触方法、反応温度、酸の添加速度等を適宜選定すればよ
い。多孔質形態の形成現象を簡単に説明すると、含水珪
酸塩は、酸と接触させられることにより、含水珪酸塩の
表面でイオン交換とシラノール基の縮合反応が行われ、
含水シリカ（ＳｉＯ₂ ・ｎＨ₂ Ｏ）の殻が形成され、さ
らにその後も水素イオンの内部への侵入によって、内部
の珪素のシラノール基の縮合反応が進んでいく。この
際、外側の殻が内部のシラノール基の縮合反応の進行に
伴う収縮を妨げる役目を果たすので、でき上がったもの
は、非常にポーラスな多孔質の含水シリカ（ＳｉＯ₂ ・
ｎＨ₂ Ｏ）となる。用いる酸としては、塩酸、硫酸、硝
酸等の鉱酸や、低級脂肪酸等が挙げられる。酸濃度とし
ては、通常、高濃度のものが用いられるが、後処理のし
易さから、６規定程度のものが用いられる。なお、含水
珪酸塩と酸との接触の態様は、通常、酸溶液中に含水珪
酸塩を投入する操作により行われるが、これとは逆に含
水珪酸塩に酸溶液を加えるような操作としてもよいし、
また、含水珪酸塩と酸溶液を同時に加えてもよい。ただ
し、含水珪酸塩と酸との接触によりでき上がった含水シ
リカは、後述するように不純物除去のために洗浄する必
要があるので、できるだけ洗浄しやすい多孔質形態とな
るように生成条件を選定することが好ましい。

【００１２】このようにして酸との接触によって形成さ
れた含水シリカは、その中にアルカリ金属や、その他の
不純物金属が残留したままになっている。そこで、次工
程として、生成した含水シリカを酸および／または水で
洗浄する工程が行われる。洗浄に際しては、通常の純水
での洗浄の前処理として酸洗浄を行うことが望ましい。
すなわち、生成した含水シリカは、酸溶液中に浸漬さ
れ、そのままの状態で、通常、１〜３日間程度放置さ
れ、その後、純水で洗浄される。洗浄後のアルカリ金属
の含有量を１ｐｐｍ以下とすることを目標とするので、
必要によってはこの操作を２〜３回程度繰り返して行
う。このようにして、アルカリ金属含有量１ｐｐｍ以下
の含水シリカが得られる。得られた含水シリカ（ＳｉＯ
₂ ・ｎＨ₂ Ｏ）中の含水量は、通常、３０〜６０重量％
程度である。

【００１３】前記酸洗浄に使用される酸としては、塩
酸、硫酸、硝酸等の鉱酸が効率および価格の面から好適
に用いられる。酸濃度は、１〜１２規定、特に、３〜８
規定程度である。

【００１４】このようにして形成された含水シリカ（Ｓ
ｉＯ₂ ・ｎＨ₂ Ｏ）は、次なる微細分散工程において、
アミン系アルカリ水溶液と混合される。そして、混合さ
れた含水シリカは、この混合液が透明になる程度に微細
に分散される。

【００１５】すなわち、含水シリカ（ＳｉＯ₂ ・ｎＨ₂
Ｏ）中のＳｉ１モル当量あたりに、アミン系アルカリ中
の窒素のモル数換算で、０．２〜４．０モル当量、好ま
しくは、０．４〜１．０モル当量、より好ましくは０．
４〜０．６モル当量のアミン系アルカリ水溶液を配合
し、室温中、好ましくは、２０〜８０℃の加熱温度域の
下で、１〜１０時間程度かけて混合液をほぼ透明化す
る。この時、容器中に窒素ガスを流して空気中の炭酸ガ
スを吸収させないようにすることが必要である。これ
は、混合液が空気中の炭酸ガスを吸収し、アミン分子と
の反応により、アミンが失活し、その結果、溶解あるい
は分散しているシリカ粒子の安定状態を阻害することの
ないようにするためである。

【００１６】混合液が透明になるのは、アミン系アルカ
リ水溶液中に溶解、あるいは分散されたシリカの粒子
が、いわゆる１次粒子の形態をとり、その粒子径が１０
ｎｍ以下と非常に微細な状態となっているためである。
それゆえ、本願でいう、『混合液が透明になる程度に』
とは、粒子径１０ｎｍ以下のものが混合液中に分散し、
その粒子の存在を肉眼で確認することができない状態の
ことをいう。

【００１７】なお、前記アミン系アルカリ中の窒素がモ
ル数換算で、０．２モル当量未満となると、アミン系ア
ルカリ溶液中のシリカ粒子が安定な状態で分散あるいは
溶解することができず、結晶状の沈殿が生じてしまうと
いう不都合が生じ、また、４．０モル当量より過剰のア
ミン系アルカリを用いてもあまり効果に差を生じない。
よって、シリカ粒子を安定な状態で分散あるいは溶解さ
せるためには、４．０モル当量で十分な効果が得られ
る。ただし、該コロイダルシリカ溶液を研磨用スラリー
として用いる場合、その化学的研磨作用を勘案して過剰
に用いることを妨げるものではない。

【００１８】用いるアミン系アルカリとしては、アンモ
ニア、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、
ブチルアミン、アミルアミン、エチレンジアミン、プロ
ピレンジアミン、モノエタノールアミン、ヒドラジン、
ヘキサメチレンジアミン等の１級アミン類；ジメチルア
ミン、ジエチルアミン、ジエタノールアミン、ジイソプ
ロピルアミン、ジエチレントリアミン等の２級アミン
類；トリメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラ
メチルグアニジン等の３級アミン類；β−ヒドロキシエ
チルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド、テトラエタノールアンモ
ニウムヒドロキシド、メチルトリエタノールアンモニウ
ムヒドロキシド、ジメチルジエタノールアンモニウムヒ
ドロキシド、トリメチルメタノールアンモニウムヒドロ
キシド、ベンジルメチルジエタノールアンモニウムヒド
ロキシド、ベンジルジメチルエタノールアンモニウムヒ
ドロキシド、ベンジルトリエタノールアンモニウムヒド
ロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の
４級アミン類等が挙げられる。

【００１９】これらの中では特に、溶解性、毒性、作業
性、廃液処理の容易性等を考えると、β−ヒドロキシエ
チルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシドを用いるのが好ましい。

【００２０】このようにアミン系アルカリ水溶液中に微
細分散された含水シリカ（ＳｉＯ₂・ｎＨ₂ Ｏ）を含む
混合液は、次工程にて酸の添加が行なわれるとともに、
ｐＨを調整することによって、所定の粒径のコロイダル
シリカの生成が行われる。

【００２１】すなわち、含水シリカのアミン水溶液中
に、所定量の酸または水希釈酸（いずれもｐＨ調整用の
酸）を少量ずつ滴下してかき混ぜ、ｐＨを調整していく
と、所定の粒子径を備えたコロイダルシリカが迅速かつ
簡単に得られるという優れた効果が発現する。この場
合、ｐＨの調整範囲は、９．０〜１１．０程度であり、
また、析出するシリカ粒子は、いわゆる２次粒子が中心
で、その２次粒子径は、コロイドの安定化剤となるアル
カリの種類や、ｐＨに依存する。また、この間の工程も
前工程と同様に炭酸ガスの吸収を防ぐために、窒素ガス
を流入しながら行う必要がある。

【００２２】また、酸の添加に際して、反応溶液中のＳ
ｉＯ₂ 濃度は、１．０〜３．０ｗｔ％が好ましい。この
濃度が１．０ｗｔ％未満となると、希薄すぎて酸を加え
ても、粒子の成長が見られず溶液は透明のままである。
この濃度が３．０ｗｔ％を超えると、酸の添加を厳しく
制御しても、粒子同士の結合により、大きな塊のコロイ
ダルシリカが成長してしまい、当該シリカは液中に安定
に分散していることができず沈殿してしまう。さらに
は、シリカの成長が速いためにアルカリ金属等の不純物
を取り込みやすいという不都合が生じ得る。さらに、酸
の添加に際して、反応温度は２５〜１００℃、より好ま
しくは、６０〜８０℃である。一般に、シリカ粒子の成
長には、反応温度が高いほうが好ましいが、本発明で
は、アミン系アルカリを用い、その沸点との関係も含め
て上記範囲に設定される。

【００２３】また、必要に応じて、酸の滴下前に、あら
かじめＳｉＯ₂ 系、Ａｌ₂ Ｏ₃ 系、ＴｉＯ₂ 系、ＺｒＯ
₂ 系、ＣｅＯ₂ 系、ＳｉＣ系、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 系等の微粒子
を含水シリカのアミン水溶液中へ分散させておき、そこ
へ酸を滴下してコロイダルシリカを製造してもよい。こ
れらの微粒子の粒子径は、通常、５〜１００ｎｍ程度で
あり、これらの微粒子をあらかじめ分散させておくこと
によるメリットとしては、具体的に以下の，および
のことが考えられる。

【００２４】これらの微粒子は、シリカ析出に際し
て、核となり析出を容易ならしめるとともに、微粒子の
回りに析出したシリカのイオン帯電により浮遊分散化が
安定して行われる（通常の単なる後添加では、添加微粒
子はすぐに沈降する可能性が高い）。コロイダルシリ
カを例えば研磨用スラリーとして用いる場合、使用後の
研磨用スラリーは最終的に除去されなければならない
が、あらかじめ微粒子を分散させておいたものは、微粒
子の回りに析出したシリカのイオン帯電性に注目して、
電気的な操作等を行えば容易に除去可能である。ちなみ
に、アルミナ等の微粒子添加物を酸添加後に加えたもの
は、極めて除去が困難となる場合が多い。これらの微
粒子を核として生成したシリカ粒子は、これらの微粒子
を添加しないものに比し粒径が大きく、かつ強固なコロ
イダルシリカを形成しているため、研磨用スラリーとし
て用いた場合、研磨時間の短縮化ができる。

【００２５】このようなメリットを期待して、微粒子を
あらかじめ分散させておくのも一つの好適な手段であ
り、勿論、酸を滴下して、コロイダルシリカを製造した
後に、上記微粒子を加えて調整することもできる。

【００２６】このようにして添加される（ｐＨ調整用）
酸としては、ぎ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、
または、塩酸、硫酸、硝酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸
等の鉱酸が用いられる。濃度は、特に制限されないが、
１規定程度の酸溶液が、ｐＨ値を細かく調整するのに適
している。

【００２７】さらに、本発明のコロイダルシリカには、
上記の微粒子に加えて種々の添加剤、例えば、アルコー
ル類、グリコール類、有機バインダ等を添加することも
できる。このような添加剤を加えることによって、高純
度コロイダルシリカの用途範囲は格段にひろがる。

【００２８】添加され得るアルコール類としては、メチ
ルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコー
ル、ブチルアルコール、ダイアセトンアルコール等の水
溶性アルコール等が挙げられる。このようなアルコール
類を添加することによって、特に、防腐剤、凍結防止剤
等としての効果があり、また、本発明の高純度コロイダ
ルシリカを半導体表面等の研磨用スラリーとして用いる
場合には、研磨面の形状改善剤としての効果が期待でき
る。

【００２９】添加され得るグリコール類としては、エチ
レングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリ
コール、グリセリン、グリセリンモノエステル、テトラ
メチロールメタン、マンニトール、アラビトール、ソル
ビトール、ソルビタン、マンニタン、ブタンジオール、
ジヒドロキシブタン、トリヒドロキシブタン、テトラヒ
ドロキシブタン等の水溶性グリコール類等が挙げられ
る。このようなグリコール類を添加することによって、
上記アルコール類を添加するときと同様の効果が期待で
きる。

【００３０】添加され得る有機バインダとしては、ポリ
ビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリ
ルアミド、ポリダイアセトンアクリルアミド、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリ
セリン、セルロースおよびその誘導体等の水溶性で高純
度に合成でき、かつ精製が可能なものが挙げられる。こ
のような有機バインダを添加することによって、特に、
コロイドの安定化、また、本発明の高純度コロイダルシ
リカを半導体表面等の研磨用スラリーとして用いた場合
には、研磨面の形状改善剤としての効果が期待できる。

【００３１】このような製造方法によって得られた高純
度コロイダルシリカは、好適な使用の一例として、例え
ば、半導体素子表面の凹凸をいわゆるＣＭＰ（化学的機
械研磨）により平坦化する研磨用スラリーとして、用い
られる。

【００３２】平坦化されるべく半導体素子表面の凹凸
は、例えば、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓ
ｉ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、ＷＳｉ_X 、Ｍ
ｏＳｉ_X 、ＴｉＮ、Ｔｉ等が電極としてパターニング形
成されている場合や、熱酸化ＳｉＯ₂ ，ECRCVDＳｉＯ
₂ ，CVD ＳｉＯ₂ ，プラズマCVD ＳｉＯ₂ ，O₃-TEOS Ｓ
ｉＯ₂ ，SOG ＳｉＯ₂ （同じＳｉＯ₂ であっても、密
度、硬度、エッチング性がそれぞれ異なる）、CVDPSG、
CVDBPSG 、CVDBSG、高温形成CVD Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、プラズマ
CVD Ｓｉ_x Ｎ_y Ｈ_y 等が絶縁層としてパターニング形成
されている場合等がある。

【００３３】本発明により得られる高純度コロイダルシ
リカ溶液は、上記研磨用スラリーの用途以外に適用でき
ることはもちろんである。例えば、ブラウン管製造にお
ける蛍光体の接着バインダー、顔料や陶磁器の釉薬、顔
料、インキの艶消剤、消泡効果を向上させる媒体、触媒
の担体、鋳造における砂型充填剤、フィルムや製紙形成
時の滑り止め、床用ワックス類のスベリ止めや汚染防止
の媒体、蛍光体形成時のバインダー、耐電防止膜の形成
媒体、樹脂の充填剤、電池中の電解液のゲル化剤および
揺変や飛散を防止する媒体（バッテリーセパレータ）
等、種々の用途に適用できる。

【００３４】

【実施例】以下、実施例を示し、本発明をさらに詳細に
説明する。まず、最初に含水シリカの合成例を示す。〔合成例〕ＪＩＳ３号水ガラス（ＳｉＯ₂ ：２８．８重
量％、Ｎａ₂ Ｏ：９．７重量％、Ｈ₂ Ｏ：６１．５重量
％）３５００ｇ（ＳｉＯ₂ ：１６．８０ｍｏｌ（１００
８．０ｇ））を、６規定の塩酸８５００ｇ中に、かきま
ぜながら、２０分間かけて徐々に加えたところ、白色の
沈殿が生成した。さらに３０分間攪拌を続けた後、生成
した沈殿物をろ別し、３０００ｇの純水で数回浸漬洗浄
を行い、遠心脱水機により脱水したところ、含水率５
８．０重量％の含水シリカの白色結晶２１００ｇ（Ｓｉ
Ｏ₂ ：１４．７０ｍｏｌ（８８２．０ｇ））が得られ
た。

【００３５】次いで得られた含水シリカを室温で、１規
定の塩酸２０００ｇ中に浸漬し、１日間放置し、その
後、純水３０００ｇで洗浄を行った。この操作を３回繰
り返し行い、遠心脱水機により脱水したところ、Ｎａ、
Ｋ等のアルカリ金属含有量がそれぞれ０．５８ｐｐｍ、
０．３５ｐｐｍで、ＳｉＯ₂ ４７．３重量％、含水量５
２．６重量％の含水シリカ１７７０ｇ（ＳｉＯ₂ ：１
３．９５ｍｏｌ（８３７．２ｇ））が得られた。〔実施例１〕上記合成例で得られた含水シリカ２１１ｇ
（ＳｉＯ₂ ：１．６６ｍｏｌ（９９．８ｇ））を、純水
２６００ｇに加え、これを濃度５０％のβ−ヒドロキシ
エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液３５
０ｇ（含水シリカ中に含有されるケイ素１モル当量あた
り、アミン中の窒素のモル数換算で、０．８７モル当量
に相当）に室温で加え、その後７０℃の温度下におい
て、１２０分間攪拌を続けたところ、ｐＨ＝１２．３の
無色透明溶液３１６１ｇが得られた。

【００３６】次に、この無色透明溶液１００ｇを取り、
これに純水を加えて１０００ｇとし、次いで１規定の硫
酸を２時間かけて徐々に添加し、ｐＨ＝９．０の溶液Ａ
を調製した。

【００３７】残りの無色透明溶液に純水を加えて２倍に
希釈し、これを激しく攪拌しながら、１規定の硫酸を徐
々に添加し、ｐＨ＝１０．５の溶液Ｂを調製した。

【００３８】次いで、８０〜８５℃の温度下において、
溶液Ｂに、溶液Ａを添加し、さらに１規定の硫酸を加
え、ｐＨ値が１０．０となるように調整した。この時、
溶液全体のｐＨ値が１０．５から１０．０に変化する間
は、できるだけ酸の添加はゆっくり行い、またこの間、
反応の進行に伴いｐＨ値が上昇するので、ｐＨ値を常に
１０．５以下に保つように調整しながら添加を行った。
酸の添加終了後、５時間攪拌を行った。

【００３９】次いで、さらに１規定の硫酸を１時間かけ
て添加し、ｐＨ＝９．５〜９．７の希薄な白濁溶液を調
製した。

【００４０】この溶液を減圧下で濃縮を行い、ＳｉＯ₂
濃度が２０重量％の高純度コロイダルシリカ４８０ｇを
得た。

【００４１】以上の操作は、窒素ガスを常に反応容器内
に流入しながら行った。

【００４２】得られた高純度コロイダルシリカ中の、Ｎ
ａ、Ｋ等のアルカリ金属含有量は、それぞれ０．２５ｐ
ｐｍ、０．１５ｐｐｍであった。

【００４３】また、得られた高純度コロイダルシリカを
研磨用スラリーとして、半導体表面の化学的機械研磨
（ＣＭＰ）に用いたところ、製造された半導体デバイス
には、アルカリ金属不純物による配線不良等の欠陥はみ
られなかった。〔実施例２〕上記合成例で得られた含水シリカ１９０ｇ
（ＳｉＯ₂ ：１．５０ｍｏｌ（８９．９ｇ））を、濃度
１７％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
４０２ｇ（含水シリカ中に含有されるケイ素１モル当量
あたり、アミン中の窒素のモル数換算で、０．５０モル
当量に相当）に６０℃において加え、その後、同温度下
において、１８０分間攪拌を続けたところ、ｐＨ＝１
１．９の無色透明溶液５９２ｇが得られた。

【００４４】次に、この無色透明溶液に純水を加えて４
０００ｇとし、次いでこの溶液を８０℃の温度下におい
て、激しくかきまぜながら、これに約３時間をかけて
１．２規定の塩酸を徐々に添加し、ｐＨ＝１０．６の希
薄な白濁溶液を調製した。

【００４５】この溶液を減圧下で濃縮を行い、ＳｉＯ₂
濃度が２０重量％の高純度コロイダルシリカ４２５ｇを
得た。

【００４６】以上の操作は、窒素ガスを常に反応容器内
に流入しながら行った。

【００４７】得られた高純度コロイダルシリカ中の、Ｎ
ａ、Ｋ等のアルカリ金属含有量は、それぞれ０．２４ｐ
ｐｍ、０．１５ｐｐｍであった。

【００４８】また、得られた高純度コロイダルシリカを
研磨用スラリーとして、半導体表面の化学的機械研磨
（ＣＭＰ）に用いたところ、製造された半導体デバイス
には、アルカリ金属不純物による配線不良等の欠陥はみ
られなかった。〔実施例３〕上記合成例で得られた含水シリカ１９０ｇ
（ＳｉＯ₂ ：１．５０ｍｏｌ（８９．９ｇ））を、濃度
１７％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
４０２ｇ（含水シリカ中に含有されるケイ素１モル当量
あたり、アミン中の窒素のモル数換算で、０．５０モル
当量に相当）に２１℃において加え、その後、７０℃の
温度下において、１２０分間攪拌を続けたところ、ｐＨ
＝１１．９の無色透明溶液５９２ｇが得られた。

【００４９】次に、この無色透明溶液に純水を加えて２
０００ｇとし、次いでこの溶液を２５℃の温度下におい
て、激しくかきまぜながら、これに１規定の塩酸を徐々
に添加し、ｐＨ＝１１．０の溶液Ｃを調製した。

【００５０】次に溶液Ｃを１００ｇ取り、これに純水を
加えて１０００ｇとし、超音波分散機ＵＳ１５０Ｔ
（（株）日本精機製作所製）を用いて超音波分散を行い
ながら、室温において、１規定の塩酸を徐々に添加し、
溶液のｐＨ値が９．５となるように調整した。その後こ
の溶液を２０分間攪拌を続け、溶液Ｄを調製した。

【００５１】次に８０℃の温度下において、溶液Ｄを激
しくかきまぜながら、これに溶液Ｃを徐々に加え、さら
に１規定の塩酸を加えて、ｐＨ＝１０．７〜１０．９に
調整し、この温度下において３時間攪拌を行った。その
後、３時間かけて１規定の塩酸水溶液を加え、ｐＨ＝
９．８の希薄な白濁溶液を調製した。

【００５２】この溶液を減圧下で濃縮を行い、ＳｉＯ₂
濃度が２０重量％の高純度コロイダルシリカ４２０ｇを
得た。

【００５３】以上の操作は、窒素ガスを常に反応容器内
に流入しながら行った。

【００５４】得られた高純度コロイダルシリカ中の、Ｎ
ａ、Ｋ等のアルカリ金属含有量は、それぞれ０．２４ｐ
ｐｍ、０．１５ｐｐｍであった。

【００５５】また、得られた高純度コロイダルシリカを
研磨用スラリーとして、半導体表面の化学的機械研磨
（ＣＭＰ）に用いたところ、製造された半導体デバイス
には、アルカリ金属不純物による配線不良等の欠陥はみ
られなかった。〔比較例〕ＪＩＳ３号水ガラス（ＳｉＯ₂ ：２８．８重
量％、Ｎａ₂ Ｏ：９．７重量％、Ｈ₂ Ｏ：６１．５重量
％）８７６ｇを純水６１２４ｇに溶かして、珪酸ナトリ
ウム水溶液７０００ｇを調製した。次いで、２５℃の温
度下において上記珪酸ナトリウム水溶液を水素型陽イオ
ン交換樹脂アンバーライトＩＲ−１２０Ｂ充填のカラム
に通液して、活性珪酸の水溶液５９５０ｇを得た。次に
６１．３重量％硝酸（比重１．３８）２０．２ｇを加
え、２０℃にて２日間攪拌を行った。その後、再び上記
同様の水素型陽イオン交換樹脂充填のカラムに２５℃の
温度下にて通液し、さらに水酸基型陰イオン交換樹脂ア
ンバーライトＩＲＡ−４１０充填のカラムに通液し、そ
の後、上記同様の水素型陽イオン交換樹脂充填のカラム
に通液した。得られた溶液５００ｇを９０℃に保ちつ
つ、０．２５重量％水酸化ナトリウム水溶液２００ｇに
静かに滴下した。その後、２時間還流しながら攪拌を行
い、安定なシリカゾル水溶液６００ｇを得た。次いでこ
のシリカゾルを流通式限外ろ過膜（旭化成製ＳＩＰ−１
０１３）を組み込んだ装置に注入して、濃縮を行い、さ
らに上記同様の水素型陽イオン交換樹脂、および水酸基
型陰イオン交換樹脂に通液し、これを市販の２８％アン
モニア水２．３ｇを純水１６．７ｇに溶解した溶液に加
え、コロイダルシリカ５０ｇを得た。

【００５６】得られたコロイダルシリカ中のＮａ₂ Ｏの
含有量は、４１０ｐｐｍであった。また、得られたコロ
イダルシリカを研磨用スラリーとして、半導体表面の化
学的機械研磨（ＣＭＰ）に用いたところ、製造された半
導体デバイスの１００個中３個の割合で、配線不良によ
る欠陥がみられた。〔実施例４〕上記合成例で得られた含水シリカ１９０ｇ
（ＳｉＯ₂ ：１．５０ｍｏｌ（８９．９ｇ））を、濃度
１７％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
４０２ｇ（含水シリカ中に含有されるケイ素１モル当量
あたり、アミン中の窒素のモル数換算で、０．５０モル
当量に相当）に２１℃において加え、その後、７０℃の
温度下において、１２０分間攪拌を続けたところ、ｐＨ
＝１１．９の無色透明溶液５９２ｇが得られた。

【００５７】次に、この無色透明溶液に純水を加えて２
０００ｇとし、次いでこの溶液を２５℃の温度下におい
て、激しくかきまぜながら、これに１規定の塩酸を徐々
に添加し、ｐＨ＝１１．０の溶液Ｃを調製した。

【００５８】次にＳｉＯ₂ の微粉末であるアエロジル３
８０（粒径７ｎｍ：日本アエロジル製）４．５ｇを純水
５００ｇにかきまぜながら加え、しばらく攪拌を行った
後、超音波分散機ＵＳ１５０Ｔ（日本精機製作所製）を
用いて３０分間超音波分散を行い、アエロジル粒子を十
分に微細、分散化した。この後、高速攪拌分散機を取り
付け８０℃の温度下において、溶液Ｃを３時間４０分か
けて添加した。この間、溶液のｐＨが１０．６〜１０．
９の範囲を常に保つように１規定の硫酸で調節を行っ
た。溶液Ｃを添加後、１規定硫酸を加え、さらに１時間
攪拌を続けたところ、ｐＨ＝１０．３の希薄な白濁液が
得られた。

【００５９】この液を減圧下で濃縮を行い、ＳｉＯ₂ 濃
度が２０重量％の高純度コロイダルシリカ４３０ｇを得
た。

【００６０】以上の操作は、窒素ガスを常に反応容器内
に流入しながら行った。

【００６１】得られた高純度コロイダルシリカ中の、Ｎ
ａ、Ｋ等のアルカリ金属含有量は、それぞれ０．２３ｐ
ｐｍ、０．１５ｐｐｍであった。

【００６２】また、得られた高純度コロイダルシリカを
研磨用スラリーとして、半導体表面の化学的機械研磨
（ＣＭＰ）に用いたところ、研磨に要する時間が短縮さ
れ、研磨状態は良好であった。また製造された半導体デ
バイスには、アルカリ金属不純物による配線不良等の欠
陥はみられなかった。

【００６３】

【発明の作用および効果】本発明の高純度コロイダルシ
リカの製造方法は、含水珪酸塩を酸と接触させて、含水
シリカを生成させる含水シリカ生成工程、前記生成した
含水シリカを酸および／または水で洗浄する工程、およ
び前記含水シリカをアミン系アルカリに分散させた液に
酸を添加しつつ、コロイダルシリカを生成させる工程を
含むように構成しているので、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金
属の含有率が１ｐｐｍ以下と極めて少なく、かつ低コス
トで製造でき、また、微粒子等の添加剤をできるだけ安
定な状態で溶液中に存在させたり、研磨後の後処理で微
粒子添加剤の除去が容易になり得る等の優れた効果を奏
する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含水珪酸塩を酸と接触させて、含水シリ
カを生成させる含水シリカ生成工程、前記生成した含水シリカを酸および／または水で洗浄す
る工程、および前記含水シリカをアミン系アルカリに分
散させた液に酸を添加しつつ、コロイダルシリカを生成
させる工程を含むことを特徴とする高純度コロイダルシ
リカの製造方法。
【請求項２】前記含水シリカをアミン系アルカリに分
散させるに際し、含水シリカ中のＳｉ１モル当量あたり
に、アミン系アルカリ中の窒素のモル数換算で、０．２
〜４．０モル当量のアミン系アルカリ水溶液を配合する
ことを特徴とする請求項１に記載の高純度コロイダルシ
リカの製造方法。
【請求項３】前記アミン系アルカリは、β−ヒドロキ
シエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラ
メチルアンモニウムヒドロキシドであることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の高純度コロイダルシ
リカの製造方法。
【請求項４】前記含水シリカをアミン系アルカリに分
散させた液に酸を添加する前に、ＳｉＯ₂ 系、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 系、ＴｉＯ₂ 系、ＺｒＯ₂ 系、ＣｅＯ₂ 系、ＳｉＣ
系、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 系の微粒子の少なくとも１種以上を予め
分散させておくことを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の高純度コロイダルシリカの製造方
法。