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JP7020865B2 - Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based composite fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based composite fine particle dispersion. - Google Patents

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

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JP7020865B2 JP2017209562A JP2017209562A JP7020865B2 JP 7020865 B2 JP7020865 B2 JP 7020865B2 JP 2017209562 A JP2017209562 A JP 2017209562A JP 2017209562 A JP2017209562 A JP 2017209562A JP 7020865 B2 JP7020865 B2 JP 7020865B2
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真也 碓田
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Description

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

半導体基板、配線基板などの半導体デバイスなどは、高密度化・微細化することで高性能化を実現している。この半導体の製造工程においては、いわゆるケミカルメカニカルポリッシング(CMP)が適用されており、具体的にはシャロートレンチ素子分離、層間絶縁膜の平坦化、コンタクトプラグやCuダマシン配線の形成などに必須の技術となっている。 Semiconductor devices such as semiconductor boards and wiring boards have achieved high performance by increasing the density and miniaturization. So-called chemical mechanical polishing (CMP) is applied in the manufacturing process of this semiconductor. Specifically, it is an essential technology for separating shallow trench elements, flattening an interlayer insulating film, and forming contact plugs and Cu damascene wiring. It has become.

一般にCMP用研磨剤は、砥粒とケミカル成分とからなり、ケミカル成分は対象被膜を酸化や腐食などさせることにより研磨を促進させる役割を担う。一方で砥粒は機械的作用により研磨する役割を持ち、コロイダルシリカやヒュームドシリカ、セリア粒子が砥粒として使われる。特にセリア粒子は酸化ケイ素膜に対して特異的に高い研磨速度を示すことから、シャロートレンチ素子分離工程での研磨に適用されている。
シャロートレンチ素子分離工程では、酸化ケイ素膜の研磨だけではなく、窒化ケイ素膜の研磨も行われる。素子分離を容易にするためには、酸化ケイ素膜の研磨速度が高く、窒化ケイ素膜の研磨速度が低い事が望ましく、この研磨速度比(選択比)も重要である。
Generally, an abrasive for CMP is composed of abrasive grains and a chemical component, and the chemical component plays a role of promoting polishing by oxidizing or corroding the target film. On the other hand, abrasive grains have a role of polishing by mechanical action, and colloidal silica, fumed silica, and ceria particles are used as abrasive grains. In particular, ceria particles show a specifically high polishing rate with respect to the silicon oxide film, and are therefore applied to polishing in the shallow trench element separation step.
In the shallow trench element separation step, not only the silicon oxide film is polished, but also the silicon nitride film is polished. In order to facilitate element separation, it is desirable that the polishing rate of the silicon oxide film is high and the polishing rate of the silicon nitride film is low, and this polishing rate ratio (selection ratio) is also important.

従来、このような部材の研磨方法として、比較的粗い1次研磨処理を行った後、精密な2次研磨処理を行うことにより、平滑な表面あるいはスクラッチなどの傷が少ない極めて高精度の表面を得る方法が行われている。
このような仕上げ研磨としての2次研磨に用いる研磨剤に関して、従来、例えば次のような方法等が提案されている。
Conventionally, as a method for polishing such a member, a relatively rough primary polishing process is then performed, and then a precise secondary polishing process is performed to obtain a smooth surface or an extremely high-precision surface with few scratches. How to get is done.
Conventionally, for example, the following methods have been proposed with respect to the polishing agent used for the secondary polishing as such finish polishing.

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

また、非特許文献1は、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子の製造方法と類似した製造工程を含むセリアコートシリカの製造方法を開示している。このセリアコートシリカの製造方法は、特許文献1に記載の製造方法に含まれるような焼成―分散の工程を有さないものである。 Further, Non-Patent Document 1 discloses a method for producing ceria-coated silica, which comprises a production process similar to the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1. This method for producing ceria-coated silica does not have a firing-dispersion step as included in the production method described in Patent Document 1.

さらに、特許文献2には、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、ジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。また、好ましい態様として、非晶質のシリカ粒子Aの)表面に、アルミニウム等の元素を含む非晶質の酸化物層であって、非晶質のシリカ層とは異なる非晶質の酸化物層Cを有し、さらに、その上にジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。そして、このようなシリカ系複合粒子は、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、結晶質の酸化物層Bを有するために、研磨速度を向上させることができ、かつ、シリカ粒子に前処理をすることにより、焼成時に粒子同士の焼結が抑制され研磨スラリー中での分散性を向上させることができ、さらに、酸化セリウムを含まない、あるいは酸化セリウムの使用量を大幅に低減することができるので、安価であって研磨性能の高い研磨材を提供することができると記載されている。また、シリカ系粒子Aと酸化物層Bの間にさらに非晶質の酸化物層Cを有するものは、粒子の焼結抑制効果と研磨速度を向上させる効果に特に優れると記載されている。 Further, in Patent Document 2, one or more kinds selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, yttrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanium, and strontium are formed on the surface of the amorphous silica particles A. Described are silica-based composite particles characterized by having a crystalline oxide layer B containing an element. Further, as a preferred embodiment, an amorphous oxide layer containing an element such as aluminum on the surface (of the amorphous silica particles A), which is an amorphous oxide different from the amorphous silica layer. A crystalline oxide having layer C and further containing one or more elements selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, ittrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanum, and strontium. Silica-based composite particles characterized by having layer B are described. Since such silica-based composite particles have a crystalline oxide layer B on the surface of the amorphous silica particles A, the polishing speed can be improved and the silica particles are pretreated. By doing so, it is possible to suppress the sintering of particles during firing and improve the dispersibility in the abrasive slurry, and further, it is possible to significantly reduce the amount of cerium oxide contained or the amount of cerium oxide used. It is stated that it is possible to provide an abrasive material that is inexpensive and has high polishing performance. Further, it is described that those having an amorphous oxide layer C between the silica-based particles A and the oxide layer B are particularly excellent in the effect of suppressing the sintering of the particles and the effect of improving the polishing rate.

特許第2,746,861号公報Japanese Patent No. 2,746,861 特開2013-119131号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-119131

Seung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.V.Babu and Egon Matijevic、"Chemical mechanical polishing of thermal oxide films using silica particles coated with ceria"、Journal of Materials Research、Volume 17、Issue 10、2002、pp2744-2749Sung-Ho Lee, Zhenyu Lu, S.M. V. Babu and Egon Matijevic, "Chemical mechanical polishing of thermal oxide films sillica particles coated with 27 seria", Journal of

しかしながら、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子について、本発明者が実際に製造して検討したところ、研磨速度が低く、さらに、研磨基材の表面に欠陥(面精度の悪化、スクラッチ増加、研磨基材表面への研磨材の残留)を生じやすいことが判明した。
これは、焼成工程を含むセリア粒子の製造方法(焼成によりセリア粒子の結晶化度が高まる)に比べて、特許文献1に記載の酸化セリウム超微粒子の製法は、焼成工程を含まず、液相(硝酸第一セリウムを含む水溶液)から酸化セリウム粒子を結晶化させるだけなので、生成する酸化セリウム粒子の結晶化度が相対的に低く、また、焼成処理を経ないため酸化セリウムが母粒子と固着せず、酸化セリウムが研磨基材の表面に残留することが主要因であると、本発明者は推定している。
However, when the present inventor actually manufactured and examined the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1, the polishing speed was low, and further, defects on the surface of the polishing substrate (deterioration of surface accuracy, increase in scratches, It was found that the residual abrasive material on the surface of the polishing substrate) is likely to occur.
This is because the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1 does not include a firing step and is a liquid phase, as compared with a method for producing ceria particles including a firing step (the degree of crystallization of ceria particles is increased by firing). Since the cerium oxide particles are only crystallized from (an aqueous solution containing primary cerium nitrate), the degree of crystallization of the generated cerium oxide particles is relatively low, and since the cerium oxide particles are not fired, the cerium oxide is solidified with the mother particles. The present inventor presumes that the main factor is that cerium oxide remains on the surface of the polished substrate without being attached.

また、非特許文献1に記載のセリアコートシリカは焼成していないため、現実の研磨速度は低いと考えられ、また、シリカ粒子と固着一体化していないため、容易に脱落し、研磨速度の低下や、研摩の安定性を欠き、研磨基材の表面への粒子の残留も懸念される。 Further, since the ceria-coated silica described in Non-Patent Document 1 is not fired, it is considered that the actual polishing rate is low, and since it is not fixedly integrated with the silica particles, it easily falls off and the polishing rate is lowered. In addition, the stability of polishing is lacking, and there is concern that particles may remain on the surface of the polishing substrate.

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

本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、シリカ膜、Siウェハや難加工材であっても高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、基板上の砥粒残が少ない、基板Ra値の良化等)を達成でき、さらに不純物を含まない場合、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができるセリア系複合微粒子分散液、その製造方法及びセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems. That is, the present invention can polish a silica film, a Si wafer, or a difficult-to-process material at high speed, and at the same time, it has high surface accuracy (low scratch, less abrasive residue on the substrate, and improvement of the substrate Ra value. Etc.) and can be preferably used for polishing the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates when they can achieve and do not contain impurities. It is an object of the present invention to provide an abrasive grain dispersion liquid for polishing containing.

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)~(14)である。
(1)下記[1]から[5]の特徴を備える平均粒子径30~1000nmのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子のセリア系複合微粒子における表面被覆率が40%以上であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が100:50~400であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が10~50nmであること。
(2)前記子粒子の幾何平均粒子径が10~60nmである、上記(1)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(3)下記[6]の特徴をさらに備える前記セリア系複合微粒子を含む、上記(1)または(2)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
[6]前記子粒子が含む結晶性セリアにケイ素原子が固溶していること。
(4)前記子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム―ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム―セリウム原子間距離をR2としたときに、R1<R2の関係を満たす、上記(3)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(5)カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が-150.0~-15.0となる流動電位曲線が得られる、上記(1)~(4)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
ΔPCD/V=(I-C)/V・・・式(1)
C:前記クニックにおける流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
(6)pH値が3~8の範囲である場合の滴定前の流動電位がマイナスの電位であることを特徴とする、上記(5)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(7)0.98μm以上の粗大粒子となっている前記セリア系複合微粒子の数が、ドライ換算で100百万個/cc以下である、上記(1)~(6)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(8)前記セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする上記(1)~(7)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
(9)上記(1)~(8)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
(10)前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする上記(9)に記載の研磨用砥粒分散液。
(11)下記の工程1~工程3を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程1:シリカ微粒子が溶媒に分散しているシリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、800~1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
(12)前記工程1が、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、上記(11)に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
(13)前記工程1が、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、上記(11)または(12)に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
(14)前記工程1における前記シリカ微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする上記(11)~(13)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
The present inventor has diligently studied to solve the above problems and completed the present invention.
The present invention is the following (1) to (14).
(1) A ceria-based composite fine particle dispersion liquid containing ceria-based composite fine particles having an average particle diameter of 30 to 1000 nm and having the following characteristics [1] to [5].
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and the mother particle is Amorphous silica is the main component, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria.
[2] The surface coverage of the child particles in the ceria-based composite fine particles is 40% or more.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of silica to ceria of 100: 50 to 400.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the crystal phase of ceria is detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 50 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.
(2) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (1) above, wherein the geometric mean particle diameter of the child particles is 10 to 60 nm.
(3) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (1) or (2) above, which further comprises the ceria-based composite fine particles having the following characteristics of [6].
[6] A silicon atom is dissolved in the crystalline ceria contained in the child particles.
(4) Regarding the cerium atom and the silicon atom contained in the child particles, the relationship of R 1 <R 2 is satisfied when the cerium-silicon atom distance is R 1 and the cerium-cerium atom distance is R 2 . , Cerium-based composite fine particle dispersion liquid according to (3) above.
(5) When cationic colloid titration is performed, the ratio (ΔPCD / V) of the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) to the addition amount (V) of the cationic colloid titration solution in the knick. The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of (1) to (4) above, wherein a flow potential curve having a value of -150.0 to -15.0 can be obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V ... Equation (1)
C: Flow potential (mV) in the knick
I: Flow potential (mV) at the start point of the flow potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titration solution in the knick
(6) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (5) above, wherein the flow potential before titration is a negative potential when the pH value is in the range of 3 to 8.
(7) The above-mentioned (1) to (6), wherein the number of the ceria-based composite fine particles having coarse particles of 0.98 μm or more is 100 million / cc or less in terms of dryness. Ceria-based composite fine particle dispersion.
(8) The ceria according to any one of (1) to (7) above, wherein the content ratio of impurities contained in the ceria-based composite fine particles is as shown in the following (a) and (b). System composite fine particle dispersion.
(A) The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are 100 ppm or less, respectively.
(B) The contents of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are 5 ppm or less, respectively.
(9) A polishing abrasive grain dispersion liquid containing the ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of (1) to (8) above.
(10) The polishing abrasive grain dispersion liquid according to (9) above, wherein the polishing abrasive grain dispersion liquid is for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed.
(11) A method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, which comprises the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir the silica fine particle dispersion liquid in which the silica fine particles are dispersed in the solvent, and maintain the temperature at 0 to 20 ° C., the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. A step of continuously or intermittently adding a metal salt of hecerium to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 800 to 1,200 ° C., a solvent is added to the obtained calcined product, and the mixture is crushed in a wet manner in the range of pH 8.6 to 10.8. A process of processing to obtain a calcined body crushed dispersion.
Step 3: A step of centrifuging the fired body crushed dispersion at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing the sedimentation component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
(12) In the step 1, the silica fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the redox potential is maintained at 50 to 500 mV. The cerium is added continuously or intermittently, and then the cerium is maintained at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, a pH of 7.0 to 9.0, and a redox potential of 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (11) above, which is a step of continuously or intermittently adding the metal salt of the above to obtain the precursor particle dispersion liquid.
(13) In the step 1, the silica fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the pH is 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is 50 to 500 mV. The metal salt of the cerium is continuously or intermittently added, and then the cerium is maintained here at a temperature of 0 to 20 ° C., a pH of 7.0 to 9.0, and an oxidation-reduction potential of 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (11) or (12) above, which is a step of continuously or intermittently adding the metal salt of the above to obtain the precursor particle dispersion liquid.
(14) Described in any one of (11) to (13) above, wherein the content ratio of impurities contained in the silica fine particles in the step 1 is as shown in the following (a) and (b). Method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion.
(A) The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are 100 ppm or less, respectively.
(B) The contents of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are 5 ppm or less, respectively.

本発明のセリア系複合微粒子分散液にケミカル成分を添加して研磨スラリーとして使用する場合、あるいは本発明の研磨用砥粒分散液をそのまま研磨スラリーとして使用する場合、対象がシリカ膜、Siウェハなどを含む難加工材であっても、高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成することができる。本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法は、このような優れた性能を示すセリア系複合微粒子分散液を効率的に製造する方法を提供するものである。 When a chemical component is added to the ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention and used as a polishing slurry, or when the polishing abrasive grain dispersion of the present invention is used as it is as a polishing slurry, the target is a silica film, a Si wafer, or the like. Even a difficult-to-process material containing the above can be polished at high speed, and at the same time, high surface accuracy (low scratch, low surface roughness (Ra) of the substrate to be polished, etc.) can be achieved. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based composite fine particle dispersion exhibiting such excellent performance.

本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法においては、セリア系複合微粒子に含まれる不純物を著しく低減させ、高純度化させることも可能である。本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法の好適態様によって得られる、高純度化されたセリア系複合微粒子分散液は不純物を含まないため、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。
また、本発明のセリア系複合微粒子分散液は、研磨用砥粒分散液として使用した場合、半導体デバイス表面の平坦化に有効であり、特にはシリカ絶縁膜が形成された基板の研磨に好適である。
In the method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid of the present invention, impurities contained in the ceria-based composite fine particles can be significantly reduced and the purity can be increased. Since the highly purified ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the preferred embodiment of the method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention does not contain impurities, the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring boards is polished. Can be preferably used for.
Further, the ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention is effective for flattening the surface of a semiconductor device when used as an abrasive grain dispersion for polishing, and is particularly suitable for polishing a substrate on which a silica insulating film is formed. be.

本発明の複合微粒子の断面の模式図である。It is a schematic diagram of the cross section of the composite fine particle of this invention. 図2(a)は実施例1の複合微粒子のSEM像であり、図2(b)は実施例2の複合微粒子のTEM像である。FIG. 2A is an SEM image of the composite fine particles of Example 1, and FIG. 2B is a TEM image of the composite fine particles of Example 2. 実施例1のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of Example 1. 図4(a)は実施例2の複合微粒子のSEM像であり、図4(b)は実施例2の複合微粒子のTEM像である。FIG. 4A is an SEM image of the composite fine particles of Example 2, and FIG. 4B is a TEM image of the composite fine particles of Example 2. 実施例2のX線回折パターンである。It is an X-ray diffraction pattern of Example 2. 図6(a)は比較例3の複合微粒子のSEM像であり、図6(b)は比較例3の複合微粒子のTEM像である。FIG. 6A is an SEM image of the composite fine particles of Comparative Example 3, and FIG. 6B is a TEM image of the composite fine particles of Comparative Example 3. 流動電位の滴定図である。It is a titration diagram of a flow potential.

本発明について説明する。
本発明は、下記[1]から[5]の特徴を備える平均粒子径30~1000nmのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液である。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子のセリア系複合微粒子における表面被覆率が40%以上であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が100:50~400であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が10~50nmであること。
The present invention will be described.
The present invention is a ceria-based composite fine particle dispersion liquid containing ceria-based composite fine particles having an average particle diameter of 30 to 1000 nm and having the following characteristics [1] to [5].
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and the mother particle is Amorphous silica is the main component, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria.
[2] The surface coverage of the child particles in the ceria-based composite fine particles is 40% or more.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of silica to ceria of 100: 50 to 400.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the crystal phase of ceria is detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 50 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.

上記[1]から[5]の特徴を備える平均粒子径30~1000nmのセリア系複合微粒子を、以下では「本発明の複合微粒子」ともいう。
また、本発明の複合微粒子を含むセリア系複合微粒子分散液を、以下では「本発明の分散液」ともいう。
The ceria-based composite fine particles having the characteristics of [1] to [5] and having an average particle diameter of 30 to 1000 nm are hereinafter also referred to as "composite fine particles of the present invention".
Further, the ceria-based composite fine particle dispersion liquid containing the composite fine particles of the present invention is also referred to as "dispersion liquid of the present invention" below.

また、本発明は、下記の工程1~工程3を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法である。
工程1:シリカ微粒子が溶媒に分散しているシリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、800~1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
なお、相対遠心加速度とは、地球の重力加速度を1Gとして、その比で表したものである。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
Further, the present invention is a method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid, which comprises the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir the silica fine particle dispersion liquid in which the silica fine particles are dispersed in the solvent, and maintain the temperature at 0 to 20 ° C., the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. A step of continuously or intermittently adding a metal salt of hecerium to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 800 to 1,200 ° C., a solvent is added to the obtained calcined product, and the mixture is crushed in a wet manner in the range of pH 8.6 to 10.8. A process of processing to obtain a calcined body crushed dispersion.
Step 3: A step of centrifuging the fired body crushed dispersion at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing the sedimentation component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
The relative centrifugal acceleration is expressed by the ratio of the gravitational acceleration of the earth as 1G.
Such a manufacturing method is also referred to as "the manufacturing method of the present invention" below.

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

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

<本発明の複合微粒子>
本発明の複合微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子は図1に例示する構造を備えている。図1(a)および図1(b)は共に本発明の複合微粒子の断面の模式図である。図1(a)は、全ての子粒子が外部に露出していない、埋没タイプであり、図1(b)は、子粒子の一部が外部に露出しているタイプである。
図1に示すように、本発明の複合微粒子20は、母粒子10と、母粒子10の表面上のセリウム含有シリカ層12と、セリウム含有シリカ層12の内部に分散している子粒子14とを有し、子粒子14が母粒子10上に(セリウム含有シリカ層12の内部に)高い密度で存在しており、また、被覆しているものである。
なお、図1中の▲は、後述するTEM-EDS分析を行う測定点X~Zの例示である。
<Composite fine particles of the present invention>
The composite fine particles of the present invention will be described.
The composite fine particles of the present invention have the structure illustrated in FIG. 1 (a) and 1 (b) are both schematic views of a cross section of the composite fine particles of the present invention. FIG. 1 (a) is a buried type in which all the child particles are not exposed to the outside, and FIG. 1 (b) is a type in which a part of the child particles is exposed to the outside.
As shown in FIG. 1, the composite fine particles 20 of the present invention include the mother particles 10, the cerium-containing silica layer 12 on the surface of the mother particles 10, and the child particles 14 dispersed inside the cerium-containing silica layer 12. The child particles 14 are present on the mother particle 10 at a high density (inside the cerium-containing silica layer 12) and are coated.
Note that ▲ in FIG. 1 is an example of measurement points X to Z for performing TEM-EDS analysis described later.

本発明の複合微粒子においてセリウム含有シリカ層が形成される機構およびそのセリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散して存在することになる機構について、本発明者は以下のように推定している。
例えば、正珪酸四エチル(Si(OC254)にアンモニアを添加し、加水分解・縮重合の操作を行うことで得たシリカゾルに、セリウムを含む塩の溶解液を添加しながらアルカリを添加し、調合液の酸化還元電位を50~500mV、反応温度を0~20℃に保ちながらセリウムを含む塩の溶解液を中和させる。そうすると、シリカゾルの微粒子(シリカ微粒子)の表面に水酸化セリウムやセリウム化合物等が付き、シリカ微粒子の表面と水酸化セリウムやセリウム化合物とが反応し、水酸化セリウム、セリウム化合物、珪酸を経由して、一例としてCeO2・SiO2・SiOHおよびCeO2超微粒子(粒径は2.5nm以上、10nm未満)を含む層(以下「CeO2超微粒子含有層」ともいい、CeO2超微粒子とセリウムシリケート層からなる層)が、シリカ微粒子の外側に形成される。CeO2超微粒子含有層は、水酸化セリウムやセリウム化合物との反応でシリカ微粒子の表面が溶け出した後、これが酸素等の影響で固化して形成されたものと推定される。このような反応が進行すると、CeO2超微粒子含有層が形成される。
そして、その後、乾燥し、1,000℃程度で焼成すると、形成されたCeO2超微粒子含有層の内部に存在している、粒径が2.5nm以上のCeO2超微粒子が、セリウムシリケート層内に存在しているセリウム原子を取り込んで粒径を成長させ、結果的にセリウムシリケート層内はシリカと拡散しきれなかったセリウムが残留することとなる。そして、最終的には焼成により10~20nm程度の粒径にまで成長した結晶性セリア粒子となる。そのため、結晶性セリア粒子はセリウム含有シリカ層内で分散した状態でかつ母粒子を高い密度で被覆した状態で存在することとなる。すなわちセリア結晶の周囲はCe含有シリカ層で覆われて(分散して)いるため、セリア結晶は粒界を有さない単結晶となる。さらに、層内には結晶性セリア粒子になりきらなかったセリウム原子が残存することになる。
The present inventor presumes the mechanism by which the cerium-containing silica layer is formed in the composite fine particles of the present invention and the mechanism by which the child particles are dispersed and exist inside the cerium-containing silica layer as follows. ..
For example, an alkali is added to a silica sol obtained by adding ammonia to tetraethyl orthosilicate (Si (OC 2H 5 ) 4 ) and hydrolyzing and decomposing it while adding a solution of a salt containing cerium. To neutralize the solution of the salt containing cerium while maintaining the redox potential of the formulation at 50 to 500 mV and the reaction temperature at 0 to 20 ° C. Then, cerium hydroxide, cerium compound, etc. are attached to the surface of the fine particles (silica fine particles) of the silica sol, and the surface of the silica fine particles reacts with the cerium hydroxide or the cerium compound, via cerium hydroxide, cerium compound, and silicic acid. As an example, a layer containing CeO 2 , SiO 2 , SiOH and CeO 2 ultrafine particles (particle size is 2.5 nm or more and less than 10 nm) (hereinafter, also referred to as “CeO 2 ultrafine particle-containing layer”, CeO 2 ultrafine particles and cerium silicate). A layer consisting of layers) is formed on the outside of the silica fine particles. It is presumed that the CeO 2 ultrafine particle-containing layer was formed by reacting with cerium hydroxide or a cerium compound to dissolve the surface of the silica fine particles and then solidifying the surface due to the influence of oxygen or the like. When such a reaction proceeds, a CeO 2 ultrafine particle-containing layer is formed.
Then, when it is dried and fired at about 1,000 ° C., the CeO 2 ultrafine particles having a particle size of 2.5 nm or more existing inside the formed CeO 2 ultrafine particle-containing layer are formed in the cerium silicate layer. The cerium atom existing in the cerium atom is taken in to grow the particle size, and as a result, cerium that cannot be completely diffused with silica remains in the cerium silicate layer. Finally, the crystalline ceria particles are grown to a particle size of about 10 to 20 nm by firing. Therefore, the crystalline ceria particles exist in a state of being dispersed in the cerium-containing silica layer and in a state of being coated with the mother particles at a high density. That is, since the periphery of the ceria crystal is covered (dispersed) with the Ce-containing silica layer, the ceria crystal becomes a single crystal having no grain boundary. Further, cerium atoms that could not be completely formed into crystalline ceria particles remain in the layer.

反応温度が20℃超で酸化還元電位を所定範囲に保った場合は、水酸化セリウム等とシリカ微粒子との反応性が増し、シリカ微粒子の溶出量が著しく増し、シリカ微粒子の溶出量が著しく増し、調合後のシリカ微粒子は、例えば粒子径は1/2程度、体積は80~90%減少する。そして溶解したシリカはCeO2超微粒子含有層に含まれ、前述の例の場合、CeO2超微粒子含有層の組成はシリカ濃度が約4割、セリア濃度が約6割となり、CeO2超微粒子含有層のシリカの割合が増える。そして焼成によりセリア子粒子を10~25nmに結晶成長させた際に、セリウムシリケート層から分相したセリウム原子がセリア子粒子に沈着・成長し、セリウム原子の拡散により結果的に生成したシリカがセリア粒子を被覆することになり、シリカ微粒子に固着して、セリア子粒子がシリカ被膜で覆われた形態となる。
酸化還元電位を所定範囲に保持しなかった場合、反応性の高い水酸化セリウム等の生成が抑制される、あるいはシリカ微粒子の溶解が抑制されるため、シリカ微粒子上にセリアや水酸化セリウムが沈着するものの、セリウムシリケート層は形成されにくくなる。このような場合、焼成でセリアを10~20nmに結晶成長させても、セリア粒子を固定化するセリウム含有シリカ層あるいはシリカ層がないため、研磨時に容易にセリア粒子が脱落する。
When the reaction temperature exceeds 20 ° C. and the redox potential is kept within a predetermined range, the reactivity between cerium hydroxide and the like and the silica fine particles increases, the elution amount of the silica fine particles remarkably increases, and the elution amount of the silica fine particles remarkably increases. For example, the particle size of the silica fine particles after preparation is reduced by about 1/2, and the volume is reduced by 80 to 90%. The dissolved silica is contained in the CeO 2 ultrafine particle-containing layer, and in the case of the above example, the composition of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is that the silica concentration is about 40%, the ceria concentration is about 60%, and the CeO 2 ultrafine particle content is contained. The proportion of silica in the layer increases. Then, when the cerium particles are crystal-grown to 10 to 25 nm by firing, the cerium atoms separated from the cerium silicate layer are deposited and grown on the cerium particles, and the silica resulting from the diffusion of the cerium atoms is ceria. The particles will be coated, and the ceria particles will be adhered to the silica fine particles, and the ceria particles will be covered with the silica film.
When the redox potential is not maintained within a predetermined range, the formation of highly reactive cerium hydroxide or the like is suppressed, or the dissolution of silica fine particles is suppressed, so that ceria or cerium hydroxide is deposited on the silica fine particles. However, the cerium silicate layer is difficult to form. In such a case, even if the ceria is crystal-grown to 10 to 20 nm by firing, the ceria particles easily fall off during polishing because there is no cerium-containing silica layer or silica layer for immobilizing the ceria particles.

図1の模式図では理解が容易になるように、母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14を明確に区別して記したが、本発明の複合微粒子は上記のような機構によって形成されると推測されるため、実際のところは、これらは一体となって存在しており、STEM/SEM像におけるコントラストあるいはEDS分析以外では、母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14を明確に区別することは難しい。
ただし、本発明の複合微粒子の断面についてSTEM-EDS分析を行い、CeとSiの元素濃度を測定すると、図1に示した構造であることを確認することができる。
すなわち、走査透過型電子顕微鏡(STEM)によって特定した箇所に電子ビームを選択的に照射するEDS分析を行い、図1に示す本発明の複合微粒子の断面の測定点XにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる。また、測定点ZにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる。そして、測定点YにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる。
したがって、STEM-EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子における母粒子10とセリウム含有シリカ層12とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインによって、区別することができる。また、STEM-EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層12と子粒子14とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインによって、区別することができる。
In the schematic diagram of FIG. 1, the mother particle 10, the cerium-containing silica layer 12, and the child particles 14 are clearly distinguished for easy understanding, but the composite fine particles of the present invention are formed by the above mechanism. In reality, they exist as one, and the mother particle 10, the cerium-containing silica layer 12, and the child particles 14 are clearly defined except for the contrast or EDS analysis in the STEM / SEM image. It is difficult to distinguish between.
However, when the cross section of the composite fine particles of the present invention is subjected to STEM-EDS analysis and the element concentrations of Ce and Si are measured, it can be confirmed that the structure is as shown in FIG.
That is, EDS analysis is performed by selectively irradiating a spot specified by a scanning transmission electron microscope (STEM) with an electron beam, and the elements of Ce and Si at the measurement point X of the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. When the concentration is measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce / (Ce + Si) × 100) is less than 3%. Further, when the elemental concentrations of Ce and Si at the measurement point Z were measured, the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration was more than 50%. Become. Then, when the elemental concentrations of Ce and Si at the measurement point Y are measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3 to 50%. Will be.
Therefore, in the element map obtained by STEM-EDS analysis, the mother particles 10 and the cerium-containing silica layer 12 in the composite fine particles of the present invention are the ratio of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration ( It can be distinguished by the line where the percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3%. Further, in the element map obtained by STEM-EDS analysis, the cerium-containing silica layer 12 and the child particles 14 in the composite fine particles of the present invention are the ratio of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration ( It can be distinguished by the line where the percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) is 50%.

本明細書においてSTEM-EDS分析は、80万倍で観察して行うものとする。 In the present specification, the STEM-EDS analysis shall be performed by observing at 800,000 times.

本発明の複合微粒子は図1に示したような態様であるので、その断面についてSTEM-EDS分析を行い、元素マッピングを行うと、その最外殻から中心の母粒子(非晶質シリカを主成分とする)に至る途中に、少なくとも一つ以上のセリア濃度が相対的に高い層(セリア微粒子からなる)を有している。 Since the composite fine particles of the present invention have the embodiment shown in FIG. 1, when STEM-EDS analysis is performed on the cross section and element mapping is performed, the mother particles (mainly amorphous silica) from the outermost shell to the center are obtained. On the way to the component), it has at least one layer (consisting of ceria fine particles) having a relatively high concentration of ceria.

<母粒子>
母粒子について説明する。
前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM-EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiとの元素濃度を測定した場合に、母粒子はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる部分である。
<Mother particle>
The mother particle will be described.
As described above, when the composite fine particles of the present invention are subjected to STEM-EDS analysis and the elemental concentrations of Ce and Si in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 are measured, the mother particles have a Ce molar concentration. It is a portion where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) of the Ce molar concentration to the total with the Si molar concentration is less than 3%.

本発明の複合微粒子の平均粒子径は30~1000nmの範囲にあるので、母粒子の平均粒子径の上限は必然的に1000nmより小さい値となる。なお、本願において母粒子の平均粒子径は、後述する本発明の製造方法が含む工程1で使用するシリカ微粒子分散液に含まれるシリカ微粒子の平均粒子径と同じとする。この母粒子の平均粒子径が30~980nmの範囲である本発明の複合微粒子が好適に使用される。
平均粒子径が30~980nmの範囲にある母粒子を原料として用いて得られる本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨に伴うスクラッチの発生が少なくなる。母粒子の平均粒子径が30nm未満の場合、その様な母粒子を用いて得られた分散液を研磨剤として用いると、研磨レートが実用的な水準に達さない傾向がある。また、母粒子の平均粒子径が980nmを超える場合も同じく研磨レートが実用的な水準に達さない傾向があり、研磨対象の基板の面精度低下を招く傾向もある。なお、母粒子は、単分散性を示すものがより好ましい。
Since the average particle size of the composite fine particles of the present invention is in the range of 30 to 1000 nm, the upper limit of the average particle size of the mother particles is inevitably smaller than 1000 nm. In the present application, the average particle size of the mother particles is the same as the average particle size of the silica fine particles contained in the silica fine particle dispersion used in step 1 included in the production method of the present invention described later. The composite fine particles of the present invention in which the average particle size of the mother particles is in the range of 30 to 980 nm are preferably used.
When the dispersion liquid of the present invention obtained by using the mother particles having an average particle diameter in the range of 30 to 980 nm as a raw material is used as an abrasive, the generation of scratches due to polishing is reduced. When the average particle size of the mother particles is less than 30 nm, the polishing rate tends not to reach a practical level when a dispersion obtained by using such mother particles is used as an abrasive. Further, when the average particle diameter of the mother particles exceeds 980 nm, the polishing rate also tends to not reach a practical level, which tends to reduce the surface accuracy of the substrate to be polished. The mother particles are more preferably those showing monodispersity.

母粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインを特定することで母粒子を特定する。次に、その母粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその母粒子の粒子径とする。
このようにして50個の母粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値を平均粒子径とする。
The average particle size of the mother particle shall be measured as follows.
First, observe at 800,000 times by STEM-EDS analysis, and identify the line where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) x 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration is 3%. By doing so, the mother particle is identified. Next, the maximum diameter of the mother particle is set as the major axis, the length is measured, and the value is defined as the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the particle diameter of the mother particle.
In this way, the particle diameters of 50 mother particles are measured, and the value obtained by simple averaging them is taken as the average particle diameter.

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

母粒子は球状のものであってもよい。球状とは、前述の短径(DS)/長径(DL)の比が0.8以下の粒子個数比が全粒子個数に対して10%以下であることを意味するものとする。ここで粒子個数比は、50個の母粒子について測定して得た値とする。例えば、50個の粒子について短径/長径比を求めた場合に、短径/長径比が0.8以下の粒子個数が4個であったならば、0.8以下の粒子個数比(%)は8%と算出されるため、その粒子は球状粒子であると判断される。
母粒子は、短径/長径比が0.8以下の粒子個数比が5%以下のものであることがより好ましく、0%のものであることがさらに好ましい。
The mother particle may be spherical. The spherical shape means that the particle number ratio of the above-mentioned minor axis (DS) / major axis (DL) ratio of 0.8 or less is 10% or less with respect to the total number of particles. Here, the particle number ratio is a value obtained by measuring 50 mother particles. For example, when the minor axis / major axis ratio is obtained for 50 particles and the number of particles having a minor axis / major axis ratio of 0.8 or less is 4, the particle number ratio (%) is 0.8 or less. ) Is calculated to be 8%, so that the particle is judged to be a spherical particle.
The mother particles have a minor axis / major axis ratio of 0.8 or less and a particle number ratio of 5% or less, more preferably 0% or less.

母粒子は非晶質シリカを主成分とするものであり、通常はシリカ微粒子である。シリカ微粒子は球状で粒子径が揃ったものを調製し易く、また、多様な粒子径のものを調製することができるので好ましく用いることができる。 The mother particles are mainly composed of amorphous silica and are usually silica fine particles. Silica fine particles that are spherical and have the same particle size can be easily prepared, and those having various particle sizes can be prepared, so that they can be preferably used.

母粒子が非晶質シリカを主成分とすることは、例えば、次の方法で確認することができる。
本発明の分散液または本発明の複合微粒子を含む分散液を乾燥させた後、乳鉢を用いて粉砕し、例えば、従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気株式会社製、RINT1400)によってX線回折パターンを得ると、Cristobaliteのような結晶性シリカのピークは現れない。このことから、母粒子が非晶質シリカを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
また、本発明の分散液を乾燥させ、樹脂包埋した後にPtによるスパッタコーティングを施し、従来公知の収束イオンビーム(FIB)装置を用い断面試料を作成する。例えば作成した断面試料を従来公知のTEM装置を用い、高速フーリエ変換(FFT)解析を用いてFFTパターンを得ると、Cristobaliteのような結晶性シリカの回折図は現れない。このことから、母粒子が非晶質シリカを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
また、別の方法として同様に作成した断面試料について、従来公知のTEM分析を用い、母粒子の原子配列による格子縞の有無を観察する方法が挙げられる。結晶質であれば結晶構造に応じた格子縞が観察され、非晶質であれば格子縞は観察されない。このことから、母粒子が非晶質シリカを主成分とすることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
It can be confirmed, for example, that the mother particle contains amorphous silica as a main component by the following method.
After the dispersion liquid of the present invention or the dispersion liquid containing the composite fine particles of the present invention is dried, it is pulverized using a dairy pot, and X is X-rayed by, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). When a linear diffraction pattern is obtained, the peak of crystalline silica such as Cristobalite does not appear. From this, it can be confirmed that the mother particles contain amorphous silica as a main component. Further, in such a case, it is assumed that the mother particles contain amorphous silica as a main component.
Further, the dispersion liquid of the present invention is dried, embedded in a resin, and then sputter coated with Pt to prepare a cross-sectional sample using a conventionally known focused ion beam (FIB) device. For example, when an FFT pattern is obtained by using a conventionally known TEM device for a prepared cross-sectional sample and using a fast Fourier transform (FFT) analysis, a diffraction pattern of crystalline silica such as Cristobalite does not appear. From this, it can be confirmed that the mother particles contain amorphous silica as a main component. Further, in such a case, it is assumed that the mother particles contain amorphous silica as a main component.
Another method is to observe the presence or absence of lattice fringes due to the atomic arrangement of the mother particles by using a conventionally known TEM analysis for the cross-sectional sample similarly prepared. If it is crystalline, plaids corresponding to the crystal structure are observed, and if it is amorphous, no plaids are observed. From this, it can be confirmed that the mother particles contain amorphous silica as a main component. Further, in such a case, it is assumed that the mother particles contain amorphous silica as a main component.

母粒子は非晶質シリカを主成分とし、その他のもの、例えばLa、Ce、Zrを10質量%以下含んでいてもよく、結晶性シリカや不純物元素を含んでもよい。
例えば、前記母粒子において、Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの各元素(以下、「特定不純物群1」と称する場合がある)の含有率が、それぞれ100ppm以下であることが好ましい。さらに50ppm以下であることが好ましく、25ppm以下であることがより好ましく、5ppm以下であることがさらに好ましく、1ppm以下であることがよりいっそう好ましい。
また、前記母粒子におけるU、Th、Cl、NO3、SO4及びFの各元素(以下、「特定不純物群2」と称する場合がある)の含有率は、それぞれ5ppm以下であることが好ましい。
The mother particle contains amorphous silica as a main component, and may contain other substances such as La, Ce, and Zr in an amount of 10% by mass or less, and may contain crystalline silica or an impurity element.
For example, the mother particles contain elements of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 1”). The ratio is preferably 100 ppm or less. Further, it is preferably 50 ppm or less, more preferably 25 ppm or less, further preferably 5 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less.
Further, the content of each element of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 2”) in the mother particles is preferably 5 ppm or less. ..

ここで、母粒子(シリカ微粒子)および後述する本発明の複合微粒子における特定不純物群1または特定不純物群2の含有率は、dry量に対する含有率を意味するものとする。
dry量に対する含有率とは、対象物(母粒子(シリカ微粒子)または本発明の複合微粒子)に含まれる固形分の質量に対する測定対象物(特定不純物群1または特定不純物群2)の重量の比(百分率)の値を意味するものとする。なお、母粒子の不純分は、汚染等による混入が無ければ、シリカ系微粒子の不純分と概ね一致する。
Here, the content of the specific impurity group 1 or the specific impurity group 2 in the mother particles (silica fine particles) and the composite fine particles of the present invention described later means the content with respect to the dry amount.
The content rate with respect to the dry amount is the ratio of the weight of the object to be measured (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) to the mass of the solid content contained in the object (mother particles (silica fine particles) or the composite fine particles of the present invention). It shall mean the value of (percentage). The impure content of the mother particles is almost the same as the impure content of the silica-based fine particles if there is no contamination due to contamination or the like.

一般に水硝子を原料として調製したシリカ微粒子は、原料水硝子に由来する前記特定不純物群1と前記特定不純物群2を合計で数千ppm程度含有する。
このようなシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液の場合、イオン交換処理を行って前記特定不純物群1と前記特定不純物群2の含有率を下げることは可能であるが、その場合でも前記特定不純物群1と前記特定不純物群2が合計で数ppmから数百ppm残留する。そのため水硝子を原料としたシリカ微粒子を用いる場合は、酸処理等で不純物を低減させることも行われている。
これに対し、アルコキシシランを原料として合成したシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液の場合、通常、前記特定不純物群1における各元素の含有率は、それぞれ100ppm以下であり、前記特定不純物群2における各元素と各陰イオンの含有率は、それぞれ5ppm以下である。
Generally, silica fine particles prepared from water glass contain the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 derived from the raw water glass in a total of about several thousand ppm.
In the case of a silica fine particle dispersion liquid in which such silica fine particles are dispersed in a solvent, it is possible to reduce the content of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 by performing an ion exchange treatment, but in that case. However, the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 remain in a total of several ppm to several hundred ppm. Therefore, when silica fine particles made from water glass are used, impurities are also reduced by acid treatment or the like.
On the other hand, in the case of a silica fine particle dispersion liquid in which silica fine particles synthesized using alkoxysilane as a raw material are dispersed in a solvent, the content of each element in the specific impurity group 1 is usually 100 ppm or less, and the specific is specified. The content of each element and each anion in the impurity group 2 is 5 ppm or less, respectively.

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

<子粒子>
前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM-EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiの元素濃度を測定した場合に、子粒子はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる部分である。
<Child particles>
As described above, when STEM-EDS analysis was performed on the composite fine particles of the present invention and the elemental concentrations of Ce and Si in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 were measured, the child particles had a Ce molar concentration and Si. This is the portion where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) of the Ce molar concentration to the total with the molar concentration is more than 50%.

本発明における結晶性セリアを主成分とする子粒子(以下、「セリア子粒子」ともいう)は、前記母粒子上に配されたセリウム含有シリカ層に高い密度で分散しており、該子粒子の本発明の複合微粒子における表面被覆率は、40%以上である。すなわち、本発明の複合微粒子における子粒子の被覆率が高い。このような高い被覆率で表面を被覆したセリア子粒子を備えている本発明の分散液を研磨用砥粒分散液として使用すると、本発明の複合微粒子の表面がセリア子粒子によって高い被覆率で被覆されているため、子粒子と被研磨基板との接触面積を高く保つことができる。そのため、効率よく高い研磨速度を得ることができる。さらに基板と接触するセリア子粒子数が増加するため、セリア1粒子に付与される荷重が小さくなり、研磨基板への押し込み深さが浅くなることから、スクラッチが生じにくく、研磨基板の表面粗さが小さい平滑な研磨面が得られる。
また、子粒子どうしは、本発明の複合微粒子における表面被覆率が40%以上であれば特に制限されないが、子粒子どうしが接合していても良いし、子粒子がそれぞれ独立したアイランド状であっても、これらの混合体であっても構わない。表面被覆率を高く保つためには、子粒子どうしが接合していることが望ましい。また子粒子どうしの接合は、異相を介した単結晶の凝集体であっても、粒界を有する多結晶体であっても構わないが、本発明の複合微粒子の生成機構から、異相を介した単結晶の凝集体と推定される。
さらに子粒子は単層で被覆していても構わないし、多層で被覆していても構わない。多層で被覆された場合、研磨時に第一層目のセリア子粒子が磨滅あるいは脱落しても、二層目以降の子粒子で研磨が行われるため、セリア子粒子が多層で被覆されていることが望ましい。
The child particles containing crystalline ceria as a main component in the present invention (hereinafter, also referred to as “ceria child particles”) are dispersed at a high density in the cerium-containing silica layer arranged on the mother particles, and the child particles are dispersed. The surface coverage of the composite fine particles of the present invention is 40% or more. That is, the coverage of the child particles in the composite fine particles of the present invention is high. When the dispersion of the present invention having the ceria particles whose surface is coated with such a high coverage is used as the abrasive grain dispersion for polishing, the surface of the composite fine particles of the present invention is covered with the ceria particles at a high coverage. Since it is coated, the contact area between the child particles and the substrate to be polished can be kept high. Therefore, a high polishing rate can be efficiently obtained. Furthermore, since the number of ceria particles that come into contact with the substrate increases, the load applied to one ceria particle becomes smaller, and the depth of pushing into the polishing substrate becomes shallower, so that scratches are less likely to occur and the surface roughness of the polishing substrate is rough. A smooth polished surface with a small particle size can be obtained.
Further, the child particles are not particularly limited as long as the surface coverage of the composite fine particles of the present invention is 40% or more, but the child particles may be bonded to each other, and the child particles are in an independent island shape. However, it may be a mixture of these. In order to keep the surface coverage high, it is desirable that the child particles are bonded to each other. Further, the bonding between the child particles may be an agglomerate of a single crystal via a different phase or a polycrystal having a grain boundary, but from the mechanism for producing composite fine particles of the present invention, the bonding is via a different phase. It is presumed to be an aggregate of single crystals.
Further, the child particles may be coated with a single layer or may be coated with a multilayer. When coated with multiple layers, even if the ceria particles in the first layer are worn or dropped during polishing, the polishing is performed with the child particles in the second and subsequent layers, so the ceria particles must be coated in multiple layers. Is desirable.

本発明において、セリウム含有シリカ層に分散している子粒子の、本発明の複合微粒子における子粒子の表面被覆率は40%以上であることが好ましく、50%であることがより好ましく、55%以上であることがさらに好ましく、60%以上であることが最も好ましい。
表面被覆率が40%未満の場合は、基板とセリア子粒子の接触面積が十分に高くならないため、研磨速度が低下するからである。
In the present invention, the surface coverage of the child particles dispersed in the cerium-containing silica layer in the composite fine particles of the present invention is preferably 40% or more, more preferably 50%, and 55%. The above is more preferable, and 60% or more is most preferable.
This is because when the surface coverage is less than 40%, the contact area between the substrate and the ceria particles is not sufficiently high, so that the polishing rate is lowered.

本発明において、子粒子の本発明の複合微粒子における表面被覆率は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインを特定することで子粒子を特定する。
次に、特定された子粒子の投影面積を画像解析により算出する。さらに本発明の複合微粒子の投影面積も算出し、子粒子の投影面積を本発明の複合微粒子の投影面積で除し百を乗じることで、一つの本発明の複合微粒子におけるセリア子粒子の表面被覆率が算出される。
(表面被覆率(%)=子粒子投影面積/本発明の複合微粒子投影面積×100)
同様に20個以上の本発明の複合微粒子について表面被覆率を測定し、その個数平均値を、本発明の複合微粒子の表面被覆率とする。
In the present invention, the surface coverage of the child particles in the composite fine particles of the present invention shall be measured as follows.
First, the line was observed at 800,000 times by STEM-EDS analysis, and the line where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) x 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration was 50% was specified. By doing so, the child particles are identified.
Next, the projected area of the specified child particles is calculated by image analysis. Further, the projected area of the composite fine particles of the present invention is also calculated, and the projected area of the child particles is divided by the projected area of the composite fine particles of the present invention and multiplied by 100 to cover the surface of the ceria child particles in one composite fine particle of the present invention. The rate is calculated.
(Surface coverage (%) = projected area of child particles / projected area of composite fine particles of the present invention x 100)
Similarly, the surface coverage of 20 or more composite fine particles of the present invention is measured, and the average number thereof is taken as the surface coverage of the composite fine particles of the present invention.

子粒子の幾何平均粒子径は10~60nmであることが好ましく、10~50nmがより好ましく、12~40nmであることがさらに好ましい。
子粒子の幾何平均粒子径が50nmを超える場合、工程2において、そのようなセリア子粒子を有した前駆体粒子は、焼成後に焼結や凝結が生じ解砕も困難となる傾向がある。このようなセリア系複合微粒子分散液は、研磨用途に使用しても研磨対象でのスクラッチ発生を招き、好ましくない。子粒子の幾何平均粒子径が10nm未満の場合、同じく研磨用途に使用すると、実用的に充分な研磨速度を得難い傾向がある。
The geometric mean particle diameter of the child particles is preferably 10 to 60 nm, more preferably 10 to 50 nm, and even more preferably 12 to 40 nm.
When the geometric mean particle diameter of the child particles exceeds 50 nm, the precursor particles having such ceria child particles tend to be sintered or condensed after firing and difficult to be crushed in step 2. Such a ceria-based composite fine particle dispersion is not preferable because it causes scratches on the object to be polished even if it is used for polishing. When the geometric mean particle diameter of the child particles is less than 10 nm, it tends to be difficult to obtain a practically sufficient polishing rate when the particles are also used for polishing.

本発明において、子粒子の幾何平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインを特定することで子粒子を特定する。次に、STEM-EDS分析を行って得られる画像上における、その母粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその子粒子の幾何平均粒子径とする。
このようにして100個以上の子粒子について粒子径を測定し、その個数平均値を得ることができる。
本発明において、子粒子の幾何平均粒子径は、上記のようにして得た粒子径分布における個数平均径を意味するものとする。
In the present invention, the geometric mean particle diameter of the child particles shall be measured as follows.
First, the line was observed at 800,000 times by STEM-EDS analysis, and the line where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) x 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration was 50% was specified. By doing so, the child particles are identified. Next, the maximum diameter of the mother particle on the image obtained by STEM-EDS analysis is set as the major axis, the length is measured, and the value is defined as the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the geometric mean particle diameter of the child particles.
In this way, the particle size of 100 or more child particles can be measured, and the number average value thereof can be obtained.
In the present invention, the geometric mean particle diameter of the child particles means the number average diameter in the particle size distribution obtained as described above.

セリア子粒子は、単結晶であることが望ましいが、単結晶の凝集体(すなわち、セリア結晶間に異相が存在する凝集体)であっても構わない。なぜならば、解砕工程において、多結晶体の場合は結晶粒界から破壊されるため結晶に損傷が生じるが、単結晶の凝集体の場合は、異相から破壊されるため結晶に損傷を生じにくいからである。結晶に損傷が生じない場合は研磨時に、研磨速度が低下しにくい傾向にある。
単結晶であることは、X線回折より得られる平均結晶子径とSTEMにより測定される幾何平均径が概ね一致した数値を示すことにより確認できる。また一部に多結晶体(セリア結晶間に異相が存在しない凝集体)を含んでいても構わないが、本発明複合微粒子はそのメカニズムから、異相を介した凝集体であると考えられる。
The ceria particles are preferably single crystals, but may be aggregates of single crystals (that is, aggregates in which different phases are present between ceria crystals). This is because, in the crushing step, in the case of a polycrystal, the crystal is damaged because it is destroyed from the grain boundaries, but in the case of a single crystal aggregate, it is destroyed from a different phase, so that the crystal is less likely to be damaged. Because. If the crystals are not damaged, the polishing speed tends to be less likely to decrease during polishing.
The single crystal can be confirmed by showing a numerical value in which the average crystallite diameter obtained by X-ray diffraction and the geometric mean diameter measured by STEM substantially match. Further, although polycrystals (aggregates in which no different phase exists between ceria crystals) may be contained in a part, the composite fine particles of the present invention are considered to be aggregates via different phases from the mechanism.

子粒子は積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有シリカ層の内部における、母粒子の中心からの放射状の線上において複数存在していてもよい。
また、子粒子はセリウム含有シリカ層中に埋没していてもよいし、セリウム含有シリカ層の外部へ部分的に露出していてもよいが、子粒子がセリウム含有シリカ層に埋没した場合は、本発明の複合微粒子の表面はよりシリカ表面に近くなるため、保存安定性及び研磨安定性が向上し、さらに研磨後の基板上に砥粒残りが少なくなることから、子粒子はセリウム含有シリカ層に埋没している方が望ましい。
The child particles may be laminated. That is, a plurality of cerium-containing silica layers may be present on a radial line from the center of the mother particles.
Further, the child particles may be buried in the cerium-containing silica layer or may be partially exposed to the outside of the cerium-containing silica layer, but when the child particles are buried in the cerium-containing silica layer, the child particles may be buried in the cerium-containing silica layer. Since the surface of the composite fine particles of the present invention is closer to the silica surface, storage stability and polishing stability are improved, and since the amount of abrasive particles remaining on the substrate after polishing is reduced, the child particles are a cerium-containing silica layer. It is desirable to be buried in.

子粒子の形状は特に限定されない。例えば真球状、楕円形状、矩形状であってもよい。本発明の分散液を研磨用途に使用する場合であって、高研磨速度を得ようとする場合、子粒子は非球形好ましくは矩形状が好ましい。 The shape of the child particles is not particularly limited. For example, it may be spherical, elliptical, or rectangular. When the dispersion liquid of the present invention is used for polishing purposes and a high polishing rate is to be obtained, the child particles are preferably non-spherical, preferably rectangular.

母粒子の表面に配されたセリウム含有シリカ層内に分散された子粒子は、本発明の複合微粒子における表面被覆率が所定の範囲内であれば、単分散状態であってもよく、子粒子が積層された状態(すなわち、セリウム含有シリカ層の厚さ方向に複数の子粒子が積み重なって存在する状態)であってもよく、複数の子粒子が連結した状態であっても構わない。 The child particles dispersed in the cerium-containing silica layer arranged on the surface of the mother particles may be in a monodispersed state as long as the surface coverage of the composite fine particles of the present invention is within a predetermined range. May be in a laminated state (that is, a state in which a plurality of child particles are stacked and exist in the thickness direction of the cerium-containing silica layer), or a state in which a plurality of child particles are connected may be used.

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

子粒子は結晶性セリア(結晶性Ce酸化物)を主成分とし、その他のもの、例えばセリウム以外の元素を含んでもよい。また、研磨の助触媒的に含水セリウム化合物を含んでもよい。
ただし、上記のように、本発明の複合微粒子をX線回折に供するとセリアの結晶相のみが検出される。すなわち、セリア以外の結晶相を含んでいたとしても、その含有率は少ない、あるいはセリア結晶中に固溶しているため、X線回折による検出範囲外となる。
The child particles are mainly composed of crystalline ceria (crystalline Ce oxide), and may contain other elements such as elements other than cerium. Further, a hydrous cerium compound may be contained as an auxiliary catalyst for polishing.
However, as described above, when the composite fine particles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, only the crystal phase of ceria is detected. That is, even if a crystal phase other than ceria is contained, its content is low or it is dissolved in the ceria crystal, so that it is out of the detection range by X-ray diffraction.

セリア子粒子の平均結晶子径は、本発明の複合微粒子をX線回折に供して得られるチャートに現れる最大ピークの半値全幅を用いて算出される。そして、例えば(111)面の平均結晶子径は10~50nm(半値全幅は0.86~0.17°)であり、12~30nm(半値全幅は0.72~0.28°)であることが好ましく、14~25nm(半値全幅は0.62~0.34)であることがより好ましい。なお、多くの場合は(111)面のピークの強度が最大になるが、他の結晶面、例えば(100)面のピークの強度が最大であってもよい。その場合も同様に算出でき、その場合の平均結晶子径の大きさは、上記の(111)面の平均結晶子径と同じであってよい。 The average crystallite diameter of the ceria particle is calculated using the full width at half maximum of the maximum peak appearing in the chart obtained by subjecting the composite fine particles of the present invention to X-ray diffraction. Then, for example, the average crystallite diameter of the (111) plane is 10 to 50 nm (full width at half maximum is 0.86 to 0.17 °) and 12 to 30 nm (full width at half maximum is 0.72 to 0.28 °). It is preferably 14 to 25 nm (half width is 0.62 to 0.34), and more preferably. In many cases, the intensity of the peak of the (111) plane is the maximum, but the intensity of the peak of another crystal plane, for example, the (100) plane may be the maximum. In that case, the calculation can be performed in the same manner, and the size of the average crystallite diameter in that case may be the same as the average crystallite diameter of the (111) plane described above.

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

本発明の複合微粒子は、前記子粒子の主成分である結晶性セリアにケイ素原子が固溶していることが好ましい。一般に固溶とは、2種類以上の元素(金属の場合も非金属の場合もある)が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっているものを意味し、固溶して得られる固溶体は、置換型固溶体と侵入型固溶体とに分類される。置換型固溶体は、原子半径が近い原子において容易に起こり得るが、CeとSiは原子半径が大きく違うため、少なくとも置換型固溶体は生じ難いと見られる。また、Cerianiteの結晶構造において、Ce中心からみたCeの配位数は8であるが、例えばSiがCeと1対1で置換した場合はCeの配位数は7となるはずである。しかし、本発明の複合微粒子の好適態様の分析結果においてはCe中心からみたCeの平均配位数は8.0で、さらにSiの平均配位数は1.2であることから、本発明の複合微粒子の好適態様は侵入型であると推定している。そのうえ、本発明の複合微粒子の好適態様の分析結果からも、隣接するCe-Siの原子間距離は、隣接するCe-Ceの原子間距離よりも小さいことから、本発明の複合微粒子の好適態様は、侵入型固溶体であると推察される。すなわち、子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム-ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム-セリウム原子間距離をR2としたときにR1<R2の関係を満たすことが好ましい。
従来、砥粒としてセリア粒子を用いてシリカ膜付基板やガラス基材を研磨すると、他の無機酸化物粒子を用いた場合に比べて、特異的に高い研磨速度を示すことが知られている。セリア粒子がシリカ膜付基板に対して、特に高い研磨速度を示す理由の一つとしてセリア粒子中に含まれる三価のセリウムが被研磨基板上のシリカ被膜に対して、高い化学反応性を持つことが指摘されている。酸化セリウム中のセリウムは三価と四価の価数となりうるが、700℃を越える高温で焼成した場合、四価の酸化セリウムとなりやすく、例え三価のセリウムを含んでいたとしてもその含有量は十分ではない。
本発明の複合微粒子の好適態様は、その外表面側に存在する子粒子(セリア微粒子)において、Si原子がCeO2結晶に侵入型の固溶をしていると見られる。Si原子の固溶により、CeO2結晶の結晶歪みが生じることで、高温で焼成しても酸素欠陥が多くなりSiO2に対して化学的に活性な三価のセリウムが多く生じ、CeO2の化学反応性を助長する結果、上記の高い研磨速度を示すものと推察される。セリウムの総モル数に対する三価セリウムの含有量は、5~30%が好ましく、10~25%がより好ましい。
なお、上記のR1、R2等の、セリウム原子、ケイ素原子および酸素原子の原子間距離は、後述する実施例に説明する方法で測定して得た平均原子間距離を意味するものとする。
またセリア子粒子に固溶する元素はケイ素原子以外にもLa、Al、Zrなどが固溶していても良い。これらの元素が固溶すると三価のセリウム含有量が増えるからである。
The composite fine particles of the present invention preferably have a silicon atom dissolved in crystalline ceria, which is the main component of the child particles. In general, solid solution means that two or more kinds of elements (which may be metal or non-metal) are dissolved in each other to form a uniform solid solution as a whole, and a solid solution obtained by solid solution is , It is classified into a substitution type solid solution and an intrusive type solid solution. Substituted solid solutions can easily occur in atoms with similar atomic radii, but since Ce and Si have significantly different atomic radii, at least substituted solid solutions are unlikely to occur. Further, in the crystal structure of Cerianite, the coordination number of Ce seen from the center of Ce is 8, but for example, when Si is replaced with Ce on a one-to-one basis, the coordination number of Ce should be 7. However, in the analysis result of the preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, the average coordination number of Ce seen from the center of Ce is 8.0, and the average coordination number of Si is 1.2. It is presumed that the preferred embodiment of the composite fine particles is the invasive type. Moreover, from the analysis results of the preferred embodiments of the composite fine particles of the present invention, the interatomic distance of the adjacent Ce—Si is smaller than the interatomic distance of the adjacent Ce—Ce. Is presumed to be an intrusive solid solution. That is, it is preferable that the relationship of R 1 <R 2 is satisfied when the cerium-silicon atom distance is R 1 and the cerium-cerium atom distance is R 2 for the cerium atom and the silicon atom contained in the child particles. ..
Conventionally, it is known that when a substrate with a silica film or a glass substrate is polished using ceria particles as abrasive particles, a specifically higher polishing rate is exhibited as compared with the case where other inorganic oxide particles are used. .. One of the reasons why the ceria particles show a particularly high polishing rate with respect to the substrate with a silica film is that the trivalent cerium contained in the ceria particles has a high chemical reactivity with the silica film on the substrate to be polished. It has been pointed out. Cerium in cerium oxide can have trivalent and tetravalent valences, but when calcined at a high temperature exceeding 700 ° C, it tends to become tetravalent cerium oxide, and even if it contains trivalent cerium, its content. Is not enough.
In a preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, it is considered that Si atoms are infiltrated into the CeO 2 crystal in the child particles (ceria fine particles) existing on the outer surface side thereof. Due to the solid dissolution of Si atoms, crystal strain of CeO 2 crystals occurs, so that oxygen defects increase even when fired at high temperature, and a large amount of trivalent cerium chemically active with respect to SiO 2 is generated. As a result of promoting chemical reactivity, it is presumed that the above-mentioned high polishing rate is exhibited. The content of trivalent cerium with respect to the total number of moles of cerium is preferably 5 to 30%, more preferably 10 to 25%.
The interatomic distances of cerium atoms, silicon atoms, and oxygen atoms such as R 1 and R 2 described above mean the average interatomic distances obtained by measuring by the method described in Examples described later. ..
Further, as the element that is solid-solved in the ceria child particles, La, Al, Zr or the like may be solid-dissolved in addition to the silicon atom. This is because the solid solution of these elements increases the trivalent cerium content.

<セリウム含有シリカ層>
本発明の複合微粒子は、前記母粒子の表面上にセリウム含有シリカ層を有する。そして、セリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散している。
<Cerium-containing silica layer>
The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particles. Then, the child particles are dispersed inside the cerium-containing silica layer.

このような構造をとることにより、製造時の解砕処理や研磨時の圧力による子粒子の脱落が生じ難く、また、たとえ一部の子粒子が欠落したとしても、多くの子粒子は脱落せずにセリウム含有シリカ層中に存在するので、研磨機能を低下させることがない。 By adopting such a structure, it is difficult for the child particles to fall off due to the crushing process at the time of manufacturing or the pressure at the time of polishing, and even if some of the child particles are missing, many of the child particles can be dropped. Since it is present in the cerium-containing silica layer, it does not deteriorate the polishing function.

前述の通り、本発明の複合微粒子についてSTEM-EDS分析を行い、図1に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiの元素濃度を測定した場合に、セリウム含有シリカ層はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる部分である。 As described above, when STEM-EDS analysis was performed on the composite fine particles of the present invention and the element concentrations of Ce and Si in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 were measured, the cerium-containing silica layer had a Ce molar concentration. This is the portion where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) of the Ce molar concentration to the total of the Si molar concentration is 3 to 50%.

本発明の複合微粒子について透過型電子顕微鏡を用いて観察して得られる像(TEM像)では、母粒子の表面に子粒子の像が濃く現れるが、その子粒子の周囲および外側、すなわち、本発明の複合微粒子の表面側にも、相対的に薄い像として、セリウム含有シリカ層の一部が現れる。例えばこの部分についてSTEM-EDS分析を行い、当該部分のSiモル濃度及びCeモル濃度を求めると、Siモル濃度が非常に高いことを確認することができる。具体的には、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる。 In the image (TEM image) obtained by observing the composite fine particles of the present invention using a transmission electron microscope, the image of the child particles appears dark on the surface of the mother particle, but the periphery and the outside of the child particles, that is, the present invention. A part of the cerium-containing silica layer also appears on the surface side of the composite fine particles as a relatively thin image. For example, when STEM-EDS analysis is performed on this portion and the Si molar concentration and Ce molar concentration of the relevant portion are obtained, it can be confirmed that the Si molar concentration is very high. Specifically, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3 to 50%.

セリウム含有シリカ層の平均の厚さは10~70nmであることが好ましく、12~35nmであることがより好ましい。
なお、セリウム含有シリカ層の平均の厚さは、本発明の複合微粒子の母粒子の中心から最外殻まで、任意の12箇所に直線を引き、前述のようにSTEM-EDS分析を行って得た元素マップから特定されるCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインと、本発明の複合微粒子の最外殻との距離(母粒子の中心を通る線上の距離)を測定し、それらを単純平均して求めるものとする。なお、母粒子の中心は、前述の長軸と短軸との交点を意味するものとする。
The average thickness of the cerium-containing silica layer is preferably 10 to 70 nm, more preferably 12 to 35 nm.
The average thickness of the cerium-containing silica layer can be obtained by drawing a straight line at any 12 points from the center of the mother particle of the composite fine particles of the present invention to the outermost shell and performing STEM-EDS analysis as described above. The line in which the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) × 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration specified from the elemental map is 3%, and the most of the composite fine particles of the present invention. The distance to the outer shell (distance on the line passing through the center of the mother particle) is measured, and they are simply averaged to obtain the distance. The center of the mother particle is assumed to mean the intersection of the long axis and the short axis described above.

本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層は、焼成過程でセリウム含有シリカ層に分散し成長した子粒子(結晶性セリアを主成分とするセリア微粒子)と母粒子との結合力を助長すると考えられる。よって、例えば、本発明の分散液を得る工程で、焼成して得られた焼成体解砕分散液について必要な場合は乾式にて予備解砕を行った後、湿式による解砕を行い、さらに遠心分離処理を行うことでセリア系複合微粒子分散液が得られるが、セリウム含有シリカ層により、子粒子が母粒子から外れる事を防ぐ効果があるものと考えられる。この場合、局部的な子粒子の脱落は問題なく、また、子粒子の表面の全てがセリウム含有シリカ層の一部で覆われていなくてもよい。子粒子が解砕工程で母粒子から外れない程度の強固さがあればよい。
このような構造により、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨速度が高く、面精度やスクラッチの悪化が少ないと考えられる。
It is considered that the cerium-containing silica layer in the composite fine particles of the present invention promotes the bonding force between the child particles (ceria fine particles containing crystalline ceria as a main component) and the mother particles dispersed and grown in the cerium-containing silica layer during the firing process. .. Therefore, for example, in the step of obtaining the dispersion liquid of the present invention, if necessary, the fired body crushed dispersion obtained by firing is pre-crushed by a dry method, then crushed by a wet method, and further. A ceria-based composite fine particle dispersion can be obtained by performing the centrifugation treatment, and it is considered that the cerium-containing silica layer has an effect of preventing the child particles from coming off from the mother particles. In this case, there is no problem in local shedding of the child particles, and the entire surface of the child particles does not have to be covered with a part of the cerium-containing silica layer. It suffices if the child particles are strong enough not to be separated from the mother particles in the crushing process.
Due to such a structure, when the dispersion liquid of the present invention is used as an abrasive, it is considered that the polishing speed is high and the surface accuracy and scratches are not deteriorated.

また、本発明の複合微粒子は通常、子粒子の表面の少なくとも一部がセリウム含有シリカ層によって被覆されているので、本発明の複合微粒子の最表面(最外殻)にはシリカの―OH基が存在することになる。このため研磨剤として利用した場合に、本発明の複合微粒子は研磨基板表面の-OH基による電荷で反発しあい、その結果、研磨基板表面への付着が少なくなると考えられる。 Further, since at least a part of the surface of the child particles of the composite fine particles of the present invention is usually covered with a cerium-containing silica layer, the outermost surface (outermost shell) of the composite fine particles of the present invention has a —OH group of silica. Will exist. Therefore, when used as an abrasive, the composite fine particles of the present invention are considered to repel each other due to the electric charge of the −OH group on the surface of the polishing substrate, and as a result, the adhesion to the surface of the polishing substrate is reduced.

また、一般的にセリアは、シリカや研磨基板、研磨パッドとは電位が異なり、pHがアルカリ性から中性付近に向かうにつれてマイナスのゼータ電位が減少して行き、弱酸性領域では逆のプラスの電位を持つ。そのため研磨時の酸性pHでは電位の大きさの違いや極性の違いなどによって、セリアは研磨基材や研磨パッドに付着し、研磨基材や研磨パッドに残り易い。一方、本発明の複合微粒子は通常、上記のように最外殻にシリカが存在しているため、その電位がシリカに起因した負電荷となるため、pHがアルカリ性から酸性までマイナスの電位を維持し、その結果、研磨基材や研磨パッドへの砥粒残りが起こりにくい。本発明の製造方法における工程2の解砕処理時にpH8.6~10.8を保ちながら解砕すると複合微粒子表面のシリカ(セリウム含有シリカ層のシリカ)の一部が溶解する。係る条件で製造した本発明の分散液を、研磨用途に適用する時にpH<7に調整すれば、溶解したシリカが本発明の複合微粒子(砥粒)に沈着するので、本発明の複合微粒子の表面は負の電位を持つことになる。電位が低い場合には、珪酸を添加し、適度にセリウム含有シリカ層を補強しても構わない。
子粒子の電位を調節するために、ポリアクリル酸等の高分子有機物による電位調節も可能であるが、本発明では表面にソフトに付着したシリカが電位を調節するので、有機物の使用が低減され、基盤における有機物起因のディフェクト(有機物の残留等)が生じにくい。
In general, ceria has a different potential from silica, a polishing substrate, and a polishing pad, and the negative zeta potential decreases as the pH shifts from alkaline to near neutral, and the opposite positive potential in the weakly acidic region. have. Therefore, in the acidic pH at the time of polishing, ceria adheres to the polishing base material or the polishing pad due to the difference in the magnitude of the potential or the difference in the polarity, and tends to remain on the polishing base material or the polishing pad. On the other hand, since silica is usually present in the outermost shell of the composite fine particles of the present invention as described above, the potential becomes a negative charge due to silica, so that the pH maintains a negative potential from alkaline to acidic. However, as a result, it is difficult for abrasive grains to remain on the polishing substrate or the polishing pad. When crushing while maintaining the pH of 8.6 to 10.8 during the crushing process of step 2 in the production method of the present invention, a part of silica (silica in the cerium-containing silica layer) on the surface of the composite fine particles is dissolved. If the dispersion liquid of the present invention produced under the above conditions is adjusted to pH <7 when applied to a polishing application, the dissolved silica is deposited on the composite fine particles (abrasive particles) of the present invention. The surface will have a negative potential. If the potential is low, silicic acid may be added to appropriately reinforce the cerium-containing silica layer.
In order to adjust the potential of the child particles, it is possible to adjust the potential with a polymer organic substance such as polyacrylic acid, but in the present invention, the silica softly attached to the surface adjusts the potential, so that the use of organic substances is reduced. , Defects caused by organic substances (residue of organic substances, etc.) on the substrate are unlikely to occur.

なお、本発明の分散液において、シリカの存在する態様は多様であり、本発明の複合微粒子を構成しておらず、溶媒中に分散又は溶解したり、本発明の複合微粒子の表面上に付着した状態で存在している場合もある。 In the dispersion liquid of the present invention, there are various aspects in which silica is present, and the composite fine particles of the present invention are not formed, and are dispersed or dissolved in a solvent or adhered to the surface of the composite fine particles of the present invention. It may exist in the state of being used.

<本発明の複合微粒子>
本発明の複合微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子は、前述のように、[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、[2]前記子粒子のセリア系複合微粒子における表面被覆率が40%以上であり、[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出され、[5]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が10~50nmである。
そして、本発明の複合微粒子は、さらに、[3]前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が100:50~400であるという特徴を備えている平均粒子径30~1000nmのセリア系複合微粒子である。
<Composite fine particles of the present invention>
The composite fine particles of the present invention will be described.
As described above, the composite fine particles of the present invention are [1] the ceria-based composite fine particles are dispersed inside the mother particles, the cerium-containing silica layer on the surface of the mother particles, and the cerium-containing silica layer. The mother particles are mainly composed of amorphous silica, the child particles are mainly composed of crystalline ceria, and [2] the surface coverage of the child particles in the ceria-based composite fine particles is 40. % Or more, [4] when the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the crystal phase of ceria is detected, and [5] the ceria-based composite fine particles are measured by being subjected to X-ray diffraction. , The average crystallite diameter of the crystalline ceria is 10 to 50 nm.
Further, the composite fine particles of the present invention further include [3] the ceria-based composite fine particles having a mass ratio of silica and ceria of 100: 50 to 400, and ceria having an average particle diameter of 30 to 1000 nm. It is a system composite fine particle.

本発明の複合微粒子において、シリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比は100:50~400であり、100:70~350であることが好ましく、100:100~330であることがより好ましく、100:110~300であることがさらに好ましい。シリカとセリアとの質量比は、概ね、母粒子と子粒子との質量比と同程度と考えられる。母粒子に対する子粒子の量が少なすぎると、母粒子同士が結合し、粗大粒子が発生する場合がある。この場合に本発明の分散液を含む研磨剤(研磨スラリー)は、研磨基材の表面に欠陥(スクラッチの増加などの面精度の低下)を発生させる可能性がある。また、シリカに対するセリアの量が多すぎても、コスト的に高価になるばかりでなく、資源リスクが増大する。さらに、粒子同士の融着が進む。その結果、基板表面の粗度が上昇(表面粗さRaの悪化)したり、スクラッチが増加する、更に遊離したセリアが基板に残留する、研磨装置の廃液配管等への付着といったトラブルを起こす原因ともなりやすい。
なお、上記のシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比を算定する場合の対象となるシリカとは、本発明の複合微粒子に含まれる全てのシリカ(SiO2)を意味する。従って、母粒子を構成するシリカ成分、母粒子の表面に配されたセリウム含有シリカ層に含まれるシリカ成分、および子粒子に含まれ得るシリカ成分の総量を意味する。
In the composite fine particles of the present invention, the mass ratio of silica (SiO 2 ) to ceria (CeO 2 ) is 100: 50 to 400, preferably 100: 70 to 350, and preferably 100: 100 to 330. Is more preferable, and 100: 110 to 300 is even more preferable. The mass ratio of silica and ceria is considered to be approximately the same as the mass ratio of mother particles and child particles. If the amount of child particles is too small with respect to the mother particles, the mother particles may be bonded to each other to generate coarse particles. In this case, the polishing agent (polishing slurry) containing the dispersion liquid of the present invention may cause defects (decrease in surface accuracy such as increase in scratches) on the surface of the polishing base material. Moreover, if the amount of ceria for silica is too large, not only the cost becomes high, but also the resource risk increases. Further, the fusion of the particles progresses. As a result, the roughness of the surface of the substrate increases (deterioration of the surface roughness Ra), scratches increase, free ceria remains on the substrate, and the polishing equipment adheres to the waste liquid piping, etc. Easy to get along with.
The silica that is the target for calculating the mass ratio of the silica (SiO 2 ) and the ceria (CeO 2 ) means all the silica (SiO 2 ) contained in the composite fine particles of the present invention. Therefore, it means the total amount of the silica component constituting the mother particle, the silica component contained in the cerium-containing silica layer arranged on the surface of the mother particle, and the silica component that can be contained in the child particles.

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

本発明の複合微粒子は母粒子の表面にセリウム含有シリカ層が形成され、強固に結合し、そのセリウム含有シリカ層内に粒子状の結晶性セリア(子粒子)が分散したものであるので、凹凸の表面形状を有している。 In the composite fine particles of the present invention, a cerium-containing silica layer is formed on the surface of the mother particles and is firmly bonded, and particulate crystalline ceria (child particles) are dispersed in the cerium-containing silica layer. Has a surface shape of.

本発明の複合微粒子は、「粒子連結型」であっても「単分散型」であっても良いが、基板との接触面積を高く保つことができ、研磨速度が速いことから、粒子連結型が望ましい。粒子連結型とは、2以上の母粒子同士が各々一部において結合しているもので、連結は3以下が好ましい。母粒子同士は少なくとも一方(好ましくは双方)がそれらの接点において溶着し、あるいはセリアが介在することで固化した履歴を備えることで、強固に結合しているものと考えられる。ここで、母粒子同士が結合した後に、その表面にセリウム含有シリカ層が形成された場合の他、母粒子の表面にセリウム含有シリカ層が形成された後、他のものに結合した場合であっても、粒子連結型とする。
連結型であると基板との接触面積を多くとることができるため、研磨エネルギーを効率良く基板へ伝えることができる。そのため、研磨速度が高い。
The composite fine particles of the present invention may be either a "particle-connected type" or a "monodisperse type", but since the contact area with the substrate can be kept high and the polishing speed is high, the particle-connected type is used. Is desirable. The particle connection type is a type in which two or more mother particles are partially bonded to each other, and the connection is preferably 3 or less. It is considered that the mother particles are firmly bonded to each other by having a history in which at least one (preferably both) is welded at their contact point or solidified by the intervention of ceria. Here, there is a case where a cerium-containing silica layer is formed on the surface of the mother particles after they are bonded to each other, and a case where a cerium-containing silica layer is formed on the surface of the mother particles and then bonded to another particle. However, it is a particle-connected type.
In the case of the connected type, a large contact area with the substrate can be taken, so that polishing energy can be efficiently transmitted to the substrate. Therefore, the polishing speed is high.

本発明の複合微粒子は、粒子連結型であって、かつ、画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満(好ましくは0.67以下)である粒子の個数割合は45%以上であることが好ましい。
ここで、画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満である粒子は、粒子連結型のものと考えられる。
本発明の複合微粒子の形状は、格別に制限されるものではなく、粒子連結型粒子であっても、単粒子(非連結粒子)であってもよく、通常は両者の混合物である。
ここで、本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を研磨用途に使用する場合であって、被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合は、本発明の複合微粒子の画像解析法で測定された短径/長径比が0.80未満(好ましくは0.67以下)である粒子の個数割合は45%以上(より好ましくは51%以上)であることが好ましい。
また、同じく被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合は、本発明の複合微粒子の画像解析法で測定された短径/長径比が0.80以上(好ましくは0.9以上)である粒子の個数割合は40%以上であることが好ましく、51%以上がより好ましい。
なお、前記粒子連結型粒子とは、粒子間に再分散できない程度の化学結合が生じて粒子が連結してなるもの(凝結粒子)を意味する。また、単粒子とは、複数粒子が連結したものではなく、粒子のモルホロジーに関係なく凝集していないものを意味する。
前記の被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様1を挙げることができる。
[態様1]本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径/長径比が0.8未満である粒子の個数割合が45%以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
また、前記被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様2を挙げることができる。
[態様2]本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径/長径比が0.8以上である粒子の個数割合が40%以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
The composite fine particles of the present invention are of a particle-connected type, and the number ratio of particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 (preferably 0.67 or less) measured by an image analysis method is 45%. The above is preferable.
Here, the particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 measured by the image analysis method are considered to be of the particle connection type.
The shape of the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, and may be particle-connected particles or single particles (non-connected particles), and is usually a mixture of both.
Here, when the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention is used for polishing and the improvement of the polishing rate for the substrate to be polished is emphasized, the measurement is performed by the image analysis method of the composite fine particles of the present invention. The number ratio of the particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.80 (preferably 0.67 or less) is preferably 45% or more (more preferably 51% or more).
Similarly, when it is important that the surface roughness on the substrate to be polished is at a low level, the minor axis / major axis ratio measured by the image analysis method of the composite fine particles of the present invention is 0.80 or more (preferably 0). The number ratio of the particles of (0.9 or more) is preferably 40% or more, more preferably 51% or more.
The particle-connected particles mean particles (condensed particles) in which chemical bonds that cannot be redispersed are generated between the particles and the particles are connected. Further, the single particle means a particle in which a plurality of particles are not connected and is not aggregated regardless of the morphology of the particles.
The following aspect 1 can be mentioned as the composite fine particle dispersion liquid of the present invention in the case where the improvement of the polishing rate for the substrate to be polished is emphasized.
[Aspect 1] The present invention is characterized in that the composite fine particles of the present invention further have a number ratio of particles having a minor axis / major axis ratio of less than 0.8 as measured by an image analysis method of 45% or more. Dispersion solution.
Further, as the composite fine particle dispersion liquid of the present invention in the case where it is important that the surface roughness on the substrate to be polished is at a low level, the following aspect 2 can be mentioned.
[Aspect 2] The present invention is characterized in that the composite fine particles of the present invention further have a number ratio of particles having a minor axis / major axis ratio of 0.8 or more as measured by an image analysis method of 40% or more. Dispersion solution.

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

本発明の複合微粒子は前述の粒子連結型であることがより好ましいが、その他の形状のもの、例えば球状粒子を含んでいてもよい。 The composite fine particles of the present invention are more preferably of the above-mentioned particle connection type, but may contain other shapes such as spherical particles.

本発明の複合微粒子分散液中に含まれ得る0.98μm以上の粗大粒子数は、ドライ換算で100百万個/cc以下であることが好ましい。粗大粒子数は、100百万個/cc以下が好ましく、80百万個/cc以下がより好ましく、60百万個/ccが最も好ましい。0.98μm以上の粗大粒子は研磨傷の原因となり、さらに研磨基板の表面粗さを悪化させる原因となり得る。通常研磨速度が高い場合、研磨速度が高い反面、研磨傷が多発し基板の表面粗さが悪化する傾向にある。しかし、本発明の複合微粒子が粒子連結型である場合、高い研磨速度が得られ、その一方で0.98μm以上の粗大粒子数が100百万個/cc以下であると研磨傷が少なく、表面粗さを低く抑えることができる。 The number of coarse particles of 0.98 μm or more that can be contained in the composite fine particle dispersion liquid of the present invention is preferably 100 million particles / cc or less in terms of dryness. The number of coarse particles is preferably 100 million particles / cc or less, more preferably 80 million particles / cc or less, and most preferably 60 million particles / cc. Coarse particles of 0.98 μm or more may cause polishing scratches and further deteriorate the surface roughness of the polishing substrate. Normally, when the polishing speed is high, the polishing speed is high, but on the other hand, polishing scratches occur frequently and the surface roughness of the substrate tends to deteriorate. However, when the composite fine particles of the present invention are of the particle-connected type, a high polishing rate can be obtained, while when the number of coarse particles of 0.98 μm or more is 100 million / cc or less, there are few polishing scratches and the surface surface. Roughness can be kept low.

なお、本発明の複合微粒子分散液中に含まれ得る粗大粒子数の測定法は、以下の通りである。
試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、5mlを採取し、これを従来公知の粗大粒子数測定装置に注入する。そして、0.98μm以上の粗大粒子の個数を求める。この測定を3回行い、単純平均値を求め、その値を1000倍して、0.98μm以上の粗大粒子数の値とする。
The method for measuring the number of coarse particles that can be contained in the composite fine particle dispersion liquid of the present invention is as follows.
After diluting and adjusting the sample to 0.1% by mass with pure water, 5 ml is collected and injected into a conventionally known coarse particle number measuring device. Then, the number of coarse particles of 0.98 μm or more is obtained. This measurement is performed three times to obtain a simple average value, and the value is multiplied by 1000 to obtain a value having a coarse particle number of 0.98 μm or more.

本発明の複合微粒子は、比表面積が4~100m2/gであることが好ましく、6~70m2/gであることがより好ましい。 The composite fine particles of the present invention preferably have a specific surface area of 4 to 100 m 2 / g, more preferably 6 to 70 m 2 / g.

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

本発明の複合微粒子の平均粒子径は30~1000nmであることが好ましく、50~700nmであることがより好ましい。
本発明の複合微粒子の平均粒子径が30~1000nmの範囲にある場合、研磨材として適用した際に研磨速度が高くなり好ましい。
本発明の複合微粒子の平均粒子径は、画像解析法で測定された平均粒子径の個数平均値を意味する。
画像解析法による平均粒子径の測定方法を説明する。透過型電子顕微鏡により、本発明の複合微粒子を倍率30万倍(ないしは50万倍)で写真撮影して得られる写真投影図において、粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これを複合微粒子の平均粒子径とする。
このようにして50個以上の複合粒子について平均粒子径を測定し、それらの個数平均値を算出する。このようにして得られた値を本発明の複合微粒子の平均粒子径とする。
The average particle size of the composite fine particles of the present invention is preferably 30 to 1000 nm, more preferably 50 to 700 nm.
When the average particle size of the composite fine particles of the present invention is in the range of 30 to 1000 nm, the polishing rate becomes high when applied as an abrasive, which is preferable.
The average particle size of the composite fine particles of the present invention means the number average value of the average particle size measured by the image analysis method.
The method of measuring the average particle size by the image analysis method will be described. In a photographic projection drawing obtained by taking a photograph of the composite fine particles of the present invention at a magnification of 300,000 times (or 500,000 times) with a transmission electron microscope, the maximum diameter of the particles is set as the major axis, and the length is measured. , Let the value be the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the average particle diameter of the composite fine particles.
In this way, the average particle size of 50 or more composite particles is measured, and the average number of them is calculated. The value thus obtained is taken as the average particle size of the composite fine particles of the present invention.

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

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

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

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

本発明の分散液に含まれる固形分濃度は0.3~50質量%の範囲にあることが好ましい。 The solid content concentration contained in the dispersion liquid of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 50% by mass.

本発明の分散液は、カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が-150.0~-5.0となる流動電位曲線が得られるものであることが好ましい。
ΔPCD/V=(I-C)/V・・・式(1)
C:前記クニックにおける流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
In the dispersion liquid of the present invention, the ratio (V) of the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) and the addition amount (V) of the cationic colloid titration solution in the knick when the cationic colloid titration is performed. It is preferable that a flow potential curve having a ΔPCD / V) of −150.0 to −5.0 can be obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V ... Equation (1)
C: Flow potential (mV) in the knick
I: Flow potential (mV) at the start point of the flow potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titration solution in the knick

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

このカチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線とは、カチオン滴定液の添加量(ml)をX軸、本発明の分散液の流動電位(mV)をY軸に取ったグラフである。
また、クニックとは、カチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線において急激に流動電位が変化する点(変曲点)である。そして変曲点における流動電位をC(mV)とし、変曲点におけるカチオンコロイド滴定液の添加量をV(ml)とする。
流動電位曲線の開始点とは、滴定前の本発明の分散液における流動電位である。具体的にはカチオンコロイド滴定液の添加量が0である点を開始点とする。この開始点における流動電位をI(mV)とする。
The flow potential curve obtained by this cation colloid titration is a graph in which the addition amount (ml) of the cation titration solution is taken on the X-axis and the flow potential (mV) of the dispersion liquid of the present invention is taken on the Y-axis.
The knick is a point (inflection point) where the flow potential changes abruptly in the flow potential curve obtained by cationic colloid titration. Then, the flow potential at the inflection is C (mV), and the amount of the cationic colloid titration solution added at the inflection is V (ml).
The starting point of the flow potential curve is the flow potential in the dispersion liquid of the present invention before titration. Specifically, the starting point is the point where the addition amount of the cationic colloid titration solution is 0. Let the flow potential at this starting point be I (mV).

上記のΔPCD/Vの値が-150.0~-5.0であると、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨剤の研磨速度がより向上する。このΔPCD/Vは、本発明の複合微粒子表面におけるセリウム含有シリカ層による子粒子の被覆具合及び/又は複合微粒子の表面における子粒子の露出具合あるいは脱離しやすいシリカの存在を反映していると考えられる。ΔPCD/Vの値が上記範囲内であると、湿式による解砕時において子粒子は脱離する事が少なく、研磨速度も高いと本発明者は推定している。逆にΔPCD/Vの値が-150.0よりもその絶対値が大きい場合は、複合微粒子表面がセリウム含有シリカ層で全面覆われているため解砕工程にて子粒子脱落は起き難いが研磨時にシリカが脱離しがたく研磨速度が低下する。一方、-5.0よりもその絶対値が小さい場合は脱落が起きやすいと考えられる。上記範囲内であると、研磨時において子粒子表面が適度に露出して子粒子の脱落が少なく、研磨速度がより向上すると本発明者は推定している。ΔPCD/Vは、-145.0~-10.0であることがより好ましく、-140.0~-20.0であることがさらに好ましい。 When the above-mentioned value of ΔPCD / V is −150.0 to −5.0, the polishing speed of the abrasive is further improved when the dispersion of the present invention is used as the abrasive. It is considered that this ΔPCD / V reflects the covering condition of the child particles with the cerium-containing silica layer on the surface of the composite fine particles and / or the exposure condition of the child particles on the surface of the composite fine particles or the presence of silica which is easily desorbed. Will be. The present inventor estimates that when the value of ΔPCD / V is within the above range, the child particles are less likely to be desorbed during crushing by a wet method and the polishing rate is high. On the contrary, when the value of ΔPCD / V is larger than -150.0, the surface of the composite fine particles is entirely covered with the cerium-containing silica layer, so that the child particles are unlikely to fall off in the crushing step, but polishing. Sometimes silica is hard to remove and the polishing speed decreases. On the other hand, if the absolute value is smaller than -5.0, it is considered that dropout is likely to occur. Within the above range, the present inventor presumes that the surface of the child particles is appropriately exposed during polishing, the child particles are less likely to fall off, and the polishing speed is further improved. ΔPCD / V is more preferably -145.0 to -10.0, and even more preferably -140.0 to -20.0.

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

<本発明の製造方法>
本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は以下に説明する工程1~工程3を備える。
<Manufacturing method of the present invention>
The manufacturing method of the present invention will be described.
The manufacturing method of the present invention includes steps 1 to 3 described below.

<工程1>
工程1ではシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を用意する。
なお、本明細書では「工程1」を「調合工程」という場合もある。
<Step 1>
In step 1, a silica fine particle dispersion liquid in which silica fine particles are dispersed in a solvent is prepared.
In this specification, "step 1" may be referred to as "blending step".

シリカ微粒子の態様は特に限定されないが、前述の母粒子と同様の平均粒子径や形状等であることが好ましい。また、シリカ微粒子は、前述の母粒子と同様に、非晶質シリカを主成分とするものである。ここで主成分の定義も母粒子の場合と同様である。 The aspect of the silica fine particles is not particularly limited, but it is preferable that the silica fine particles have the same average particle size and shape as the above-mentioned mother particles. Further, the silica fine particles are mainly composed of amorphous silica, like the above-mentioned mother particles. Here, the definition of the principal component is the same as that of the mother particle.

シリカ微粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって、本発明の製造方法によって得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子を採取し、80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインを特定することでシリカ微粒子を特定する。次に、そのシリカ微粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをそのシリカ微粒子の粒子径とする。
このようにして50個のシリカ微粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値をシリカ微粒子の平均粒子径とする。
なお、仕込み原料の組成や複合微粒子の組成分析から、(Ce/(Ce+Si)×100)が3%以上になるラインが無いことが明白な場合は、EDS分析を省いても構わない。
The average particle size of the silica fine particles shall be measured as follows.
First, by STEM-EDS analysis, the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the production method of the present invention were collected and observed at 800,000 times, and the Ce molar concentration and the Si molar concentration were measured. Silica fine particles are specified by specifying a line in which the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the total (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3%. Next, the maximum diameter of the silica fine particles is set as the major axis, the length is measured, and the value is defined as the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the particle diameter of the silica fine particles.
In this way, the particle size of 50 silica fine particles is measured, and the value obtained by simple averaging is taken as the average particle size of the silica fine particles.
If it is clear from the composition of the raw material to be charged and the composition of the composite fine particles that there is no line in which (Ce / (Ce + Si) × 100) is 3% or more, the EDS analysis may be omitted.

本発明の製造方法により、半導体デバイスなどの研磨に適用する本発明の分散液を調製しようとする場合は、シリカ微粒子分散液として、アルコキシシランの加水分解により製造したシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を用いることが好ましい。なお、上記以外の従来公知のシリカ微粒子分散液(水硝子を原料として調製したシリカ微粒子分散液等)を原料とする場合は、シリカ微粒子分散液を酸処理し、更に脱イオン処理して使用することが好ましい。この場合、シリカ微粒子に含まれるNa、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が少なくなり、具体的には、100ppm以下となり得るからである。
具体的には、原料であるシリカ微粒子分散液中のシリカ微粒子として、次の(a)と(b)の条件を満たすものが好適に使用される。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
When the dispersion liquid of the present invention to be applied to polishing of semiconductor devices and the like is to be prepared by the production method of the present invention, the silica fine particles produced by hydrolysis of alkoxysilane are dispersed in a solvent as the silica fine particle dispersion liquid. It is preferable to use a silica fine particle dispersion liquid. When a conventionally known silica fine particle dispersion other than the above (such as a silica fine particle dispersion prepared from water glass as a raw material) is used as a raw material, the silica fine particle dispersion is acid-treated and further deionized before use. Is preferable. In this case, the content of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F contained in the silica fine particles is small. This is because, specifically, it can be 100 ppm or less.
Specifically, as the silica fine particles in the silica fine particle dispersion liquid as a raw material, those satisfying the following conditions (a) and (b) are preferably used.
(A) The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are 100 ppm or less, respectively.
(B) The contents of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are 5 ppm or less, respectively.

シリカ微粒子はセリウムとの反応性(セリア重量あたりのシリカ微粒子の溶解重量)が適度なものが好適に用いられる。本発明の製造方法における工程1において、セリウムの金属塩をシリカ微粒子分散液へ添加することで、シリカの一部がセリウム化合物によって溶解し、シリカ微粒子のサイズが小さくなり、溶解したシリカ微粒子の表面にCeO2超微粒子を含んだセリウム含有シリカ層の前駆体が形成される。この際、セリウムとの反応性が高いシリカの場合、セリウム含有シリカ層の前駆体が厚くなり、焼成によって生じるセリウム含有シリカ層が厚膜化したり、その層のシリカ割合が過剰に高くなり、工程2における解砕処理が困難になるからである。また、セリウムとの反応性が極度に低い場合はセリウム含有シリカ層が十分に形成されず、セリア子粒子が脱落しやすくなる。セリウムとの反応性が適切な場合は、過剰なシリカの溶解が抑制され、セリウム含有シリカ層は適度な厚みとなり子粒子の脱落を防止し、その強度が複合微粒子間との強度よりも大きくなると考えられるので、易解砕となるため、望ましい。 As the silica fine particles, those having an appropriate reactivity with cerium (dissolved weight of silica fine particles per weight of ceria) are preferably used. In step 1 of the production method of the present invention, by adding a metal salt of cerium to the silica fine particle dispersion, a part of silica is dissolved by the cerium compound, the size of the silica fine particles is reduced, and the surface of the dissolved silica fine particles is reduced. A precursor of a cerium-containing silica layer containing CeO 2 ultrafine particles is formed in. At this time, in the case of silica having high reactivity with cerium, the precursor of the cerium-containing silica layer becomes thick, the cerium-containing silica layer generated by firing becomes a thick film, or the silica ratio of the layer becomes excessively high. This is because the crushing process in No. 2 becomes difficult. Further, when the reactivity with cerium is extremely low, the cerium-containing silica layer is not sufficiently formed, and the ceria particles are likely to fall off. When the reactivity with cerium is appropriate, the dissolution of excess silica is suppressed, the cerium-containing silica layer becomes an appropriate thickness and prevents the child particles from falling off, and the strength becomes larger than the strength between the composite fine particles. Since it is possible, it is desirable because it is easy to crush.

工程1では、シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pH範囲を7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、セリウムの金属塩を中和することで、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る。 In step 1, the silica fine particle dispersion liquid in which the silica fine particles are dispersed in a solvent is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH range is 7.0 to 9.0, and the redox potential is maintained at 50 to 500 mV. , A metal salt of cerium is continuously or intermittently added thereto to neutralize the metal salt of cerium to obtain a precursor particle dispersion liquid containing the precursor particles.

シリカ微粒子分散液における分散媒は水を含むことが好ましく、水系のシリカ微粒子分散液(水ゾル)を使用することが好ましい。 The dispersion medium in the silica fine particle dispersion liquid preferably contains water, and it is preferable to use an aqueous silica fine particle dispersion liquid (water sol).

シリカ微粒子分散液における固形分濃度は、SiO2換算基準で1~40質量%であることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると、製造工程でのシリカ濃度が低くなり生産性が悪くなり得る。 The solid content concentration in the silica fine particle dispersion is preferably 1 to 40% by mass based on the SiO 2 conversion standard. If this solid content concentration is too low, the silica concentration in the manufacturing process may be low and the productivity may be deteriorated.

本発明のセリア系複合微粒子の製造方法において、例えば、工程1におけるシリカ微粒子とセリウムの金属塩との反応温度を40~50℃とした場合、工程2の中間段階で乾燥して得られた前駆体粒子におけるCeO2超微粒子の粒子径は2.5nm未満となり得る。このことは係る高温域においてシリカがセリアと液相で反応すると、シリカがセリアの結晶成長を阻害するため、乾燥後のCeO2超微粒子の平均粒子径が2.5nm未満と、小さくなりやすいことを示している。
なお、このような前駆体粒子であっても、焼成温度を1200℃以上とすることでセリア子粒子の平均結晶子径を10nm以上とすることは可能であるが、この場合は、シリカ層がセリア子粒子を強固に被覆する傾向が強まるために、解砕が困難となる点で支障がある。そのため、反応温度を0~20℃に保ち、液相でのシリカとセリアの反応を適度に抑えることで、乾燥後の前駆体粒子におけるCeO2超微粒子の平均粒子径を2.5nm以上にでき、解砕しやすい粒子となる。さらに乾燥後の平均結晶子径が大きいため、セリア子粒子の平均結晶子径を10nm以上とするための焼成温度を低くすることができ、焼成により形成されるセリウム含有シリカ層の厚みが過剰に厚膜化せず、解砕が容易となる。
In the method for producing ceria-based composite fine particles of the present invention, for example, when the reaction temperature between the silica fine particles and the metal salt of cerium in step 1 is 40 to 50 ° C., the precursor obtained by drying in the intermediate step of step 2. The particle size of the CeO 2 ultrafine particles in the body particles can be less than 2.5 nm. This is because when silica reacts with ceria in a liquid phase in the high temperature region, silica inhibits the crystal growth of ceria, so that the average particle size of the dried CeO 2 ultrafine particles tends to be smaller than 2.5 nm. Is shown.
Even with such precursor particles, it is possible to set the average crystallite diameter of the ceria particles to 10 nm or more by setting the firing temperature to 1200 ° C. or higher, but in this case, the silica layer is used. Since the tendency to firmly coat the ceria particles becomes stronger, there is a problem in that crushing becomes difficult. Therefore, by keeping the reaction temperature at 0 to 20 ° C and appropriately suppressing the reaction between silica and ceria in the liquid phase, the average particle size of the CeO 2 ultrafine particles in the dried precursor particles can be increased to 2.5 nm or more. , The particles are easy to crush. Further, since the average crystallite diameter after drying is large, the firing temperature for setting the average crystallite diameter of the ceria particles to 10 nm or more can be lowered, and the thickness of the cerium-containing silica layer formed by firing becomes excessive. It does not thicken and can be easily crushed.

また、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂、あるいは鉱酸、有機酸等で不純物を抽出し、限外ろ過膜などを用いて、必要に応じて、シリカ微粒子分散液の脱イオン処理を行うことができる。脱イオン処理により不純物イオンなどを除去したシリカ微粒子分散液は表面にケイ素を含む水酸化物を形成させやすいのでより好ましい。なお、脱イオン処理はこれらに限定されるものではない。 In addition, impurities are extracted with a cation exchange resin or anion exchange resin, mineral acid, organic acid, etc., and the silica fine particle dispersion is deionized as necessary using an ultrafiltration membrane or the like. Can be done. A silica fine particle dispersion liquid from which impurity ions and the like have been removed by a deionization treatment is more preferable because a hydroxide containing silicon is likely to be formed on the surface. The deionization treatment is not limited to these.

工程1では、上記のようなシリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pH範囲を7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加する。酸化還元電位が低いと、棒状等の結晶が生成するために、シリカ微粒子には沈着し難い。 In step 1, the silica fine particle dispersion as described above is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH range is 7.0 to 9.0, and the redox potential is 50 to 500 mV. Metal salts are added continuously or intermittently. When the redox potential is low, crystals such as rods are formed, so that they are difficult to deposit on silica fine particles.

セリウムの金属塩の種類は限定されるものではないが、セリウムの塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、炭酸塩、金属アルコキシドなどを用いることができる。具体的には、硝酸第一セリウム、炭酸セリウム、硫酸第一セリウム、塩化第一セリウムなどを挙げることができる。なかでも、硝酸第一セリウムや塩化第一セリウム、炭酸セリウムなどの三価のセリウム塩が好ましい。中和と同時に過飽和となった溶液から、結晶性セリウム酸化物(CeO2超微粒子)が生成し、それらは速やかにシリカ微粒子に凝集沈着し、最終的にセリアが単分散で形成されるからである。さらに三価のセリウム塩及び三価のセリウム塩から生成する化合物はシリカ微粒子と適度に反応し、セリウム含有シリカ層が形成されやすい。また研磨基板に形成されたシリカ膜と反応性の高い三価のセリウムがセリア結晶中に形成されやすいため、好ましい。しかしこれら金属塩に含まれる硫酸イオン、塩化物イオン、硝酸イオンなどは、腐食性を示す。そのため、所望により、調合後に後工程で洗浄し5ppm以下に除去する必要がある。一方、炭酸塩は炭酸ガスとして調合中に放出され、またアルコキシドは分解してアルコールとなるため、好ましく用いることができる。 The type of the metal salt of cerium is not limited, but chloride, nitrate, sulfate, acetate, carbonate, metal alkoxide and the like of cerium can be used. Specific examples thereof include first cerium nitrate, cerium carbonate, first cerium sulfate, and first cerium chloride. Of these, trivalent cerium salts such as primary cerium nitrate, primary cerium chloride, and cerium carbonate are preferable. Crystalline cerium oxides (CeO 2 ultrafine particles) are formed from the solution that is supersaturated at the same time as neutralization, and they are rapidly aggregated and deposited on the silica fine particles, and finally ceria is formed in a monodisperse. be. Further, the trivalent cerium salt and the compound produced from the trivalent cerium salt react appropriately with the silica fine particles, and a cerium-containing silica layer is likely to be formed. Further, trivalent cerium having high reactivity with the silica film formed on the polishing substrate is easily formed in the ceria crystal, which is preferable. However, sulfate ions, chloride ions, nitrate ions and the like contained in these metal salts are corrosive. Therefore, if desired, it is necessary to wash the mixture in a post-process after preparation and remove it to 5 ppm or less. On the other hand, the carbonate is released as carbon dioxide gas during preparation, and the alkoxide is decomposed into an alcohol, so that it can be preferably used.

シリカ微粒子分散液に対するセリウムの金属塩の添加量は、得られる本発明の複合微粒子におけるシリカとセリアとの質量比が、前述のように、100:50~400の範囲となる量とする。 The amount of the metal salt of cerium added to the silica fine particle dispersion is such that the mass ratio of silica and ceria in the obtained composite fine particles of the present invention is in the range of 100: 50 to 400 as described above.

シリカ微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加した後、撹拌する際の温度は0~20℃であることが好ましく、3~18℃であることがより好ましい。この温度が低すぎるとセリアとシリカの反応性が低下し、シリカの溶解度が著しく低下するため、セリアの結晶化が制御されなくなる。その結果、粗大なセリアの結晶性酸化物が生成して、シリカ微粒子表面におけるセリア子粒子の異常成長が起こり、焼成後に解砕されにくくなったり、セリウム化合物によるシリカの溶解量が減るため、セリウム含有シリカ層に供給されるシリカが減少することになる。このためシリカ母粒子とセリア子粒子とのバインダーとなるシリカが不足(母粒子に積層されるシリカ不足)し、セリア子粒子のシリカ母粒子への固定化が起こり難くなる事が考えられる。逆に、この温度が高すぎるとシリカの溶解度が著しく増し、結晶性のセリア酸化物の生成が抑制される事が考えられるが、焼成時に高温を要し粒子間の結合が促進され、解砕できなくなる可能性があり、更に、反応器壁面にスケールなどが生じやすくなり好ましくない。また、母粒子となるシリカ微粒子は、セリウム化合物(セリウム塩の中和物)に対して溶解されにくいものが好ましい。溶解されやすいシリカ微粒子の場合は、シリカによってセリアの結晶成長が抑制され、調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満となる傾向がある。
調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満であると、焼成後のセリア粒子径を10nm以上とするために、焼成温度を高くする必要があり、その場合、セリウム含有シリカ層などが母粒子を強固に被覆してしまい、解砕が困難となる可能性がある。溶解されやすいシリカ微粒子は、100℃以上で乾燥あるいは焼成させた後に原料に供すると溶解性を容易に抑制することができる。
The temperature at the time of stirring after adding the metal salt of cerium to the silica fine particle dispersion is preferably 0 to 20 ° C, more preferably 3 to 18 ° C. If this temperature is too low, the reactivity between ceria and silica will decrease, and the solubility of silica will decrease significantly, so that the crystallization of ceria will not be controlled. As a result, coarse crystalline oxide of cerium is generated, abnormal growth of ceria particles on the surface of silica fine particles occurs, it becomes difficult to be crushed after firing, and the amount of silica dissolved by the cerium compound decreases, so that cerium The amount of silica supplied to the contained silica layer will be reduced. For this reason, it is conceivable that the silica that serves as a binder between the silica mother particles and the ceria child particles is insufficient (the silica that is laminated on the mother particles is insufficient), and the immobilization of the ceria child particles to the silica mother particles is difficult to occur. On the contrary, if this temperature is too high, the solubility of silica may be remarkably increased and the formation of crystalline ceria oxide may be suppressed. It may not be possible, and moreover, scale or the like is likely to occur on the wall surface of the reactor, which is not preferable. Further, the silica fine particles to be the mother particles are preferably those that are difficult to dissolve in a cerium compound (neutralized product of a cerium salt). In the case of silica fine particles that are easily dissolved, the crystal growth of ceria is suppressed by silica, and the particle size of the CeO 2 ultrafine particles at the compounding stage tends to be less than 2.5 nm.
If the particle size of the CeO 2 ultrafine particles at the compounding stage is less than 2.5 nm, it is necessary to raise the firing temperature in order to make the ceria particle size after firing 10 nm or more. In that case, the cerium-containing silica layer Etc. may cover the mother particles firmly, making it difficult to crush them. When silica fine particles that are easily dissolved are dried or fired at 100 ° C. or higher and then used as a raw material, the solubility can be easily suppressed.

また、シリカ微粒子分散液を撹拌する際の時間は0.5~24時間であることが好ましく、0.5~18時間であることがより好ましい。この時間が短すぎると結晶性の酸化セリウムが凝集して、シリカ微粒子の表面上でシリカと反応し難くなり、解砕されにくい複合微粒子が形成される傾向がある点で好ましくない。逆に、この時間が長すぎても結晶性の酸化セリウムの形成はそれ以上反応が進まず不経済となる。なお、前記セリウム金属塩の添加後に、所望により0~80℃にて熟成しても構わない。熟成により、セリウム化合物の反応を促進させると同時に、シリカ微粒子に付着せず遊離したCeO2超微粒子をシリカ微粒子上に付着させる効果があるからである。 The time for stirring the silica fine particle dispersion is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 0.5 to 18 hours. If this time is too short, crystalline cerium oxide aggregates and becomes difficult to react with silica on the surface of the silica fine particles, which is not preferable in that composite fine particles that are difficult to be crushed tend to be formed. On the contrary, even if this time is too long, the formation of crystalline cerium oxide is uneconomical because the reaction does not proceed any further. After the addition of the cerium metal salt, it may be aged at 0 to 80 ° C., if desired. This is because the aging has the effect of accelerating the reaction of the cerium compound and at the same time adhering the liberated CeO 2 ultrafine particles on the silica fine particles without adhering to the silica fine particles.

また、シリカ微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加し、撹拌する際のシリカ微粒子分散液のpH範囲は7.0~9.0とするが、7.2~8.6とすることが好ましい。この際、アルカリ等を添加しpH調整を行うことが好ましい。このようなアルカリの例としては、公知のアルカリを使用することができる。具体的には、アンモニア水溶液、水酸化アルカリ、アルカリ土類金属、アミン類の水溶液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Further, the pH range of the silica fine particle dispersion liquid when the metal salt of cerium is added to the silica fine particle dispersion liquid and stirred is set to 7.0 to 9.0, but preferably 7.2 to 8.6. .. At this time, it is preferable to add an alkali or the like to adjust the pH. As an example of such an alkali, a known alkali can be used. Specific examples thereof include, but are not limited to, an aqueous solution of ammonia, an alkali hydroxide, an alkaline earth metal, and an aqueous solution of amines.

また、シリカ微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加し、撹拌する際の微粒子分散液の酸化還元電位を50~500mVに調整する。酸化還元電位は100~300mVとすることが好ましい。三価のセリウム金属塩を原料として用いた場合、調合中に微粒子分散液の酸還元電位が低下するからである。また酸化還元電位をこの範囲に保つことで、生成したCeO超微粒子の結晶化が促進される。酸化還元電位が負となった場合、セリウム化合物がシリカ微粒子の表面に沈着せずに板状・棒状などのセリウム化合物やセリウム単独粒子が生成する場合がある。さらに、シリカ微粒子に対する水酸化セリウム等の反応性が低下し、CeO超微粒子含有層が形成されず、仮に形成したとしてもCeO2超微粒子層中のシリカの割合が極めて低くなる。そのため焼成後にセリア子粒子を被覆するセリウム含有シリカ層は形成されず、焼成後にセリア子粒子は母粒子上に露出して配置された状態となる傾向にある。
酸化還元電位を上記の範囲内に保つ方法として過酸化水素などの酸化剤を添加したり、エアーや酸素及びオゾンを吹き込む方法が挙げられる。
Further, a metal salt of cerium is added to the silica fine particle dispersion, and the redox potential of the fine particle dispersion at the time of stirring is adjusted to 50 to 500 mV. The redox potential is preferably 100 to 300 mV. This is because when a trivalent cerium metal salt is used as a raw material, the acid reduction potential of the fine particle dispersion liquid decreases during preparation. Further, by keeping the redox potential in this range, the crystallization of the produced CeO2 ultrafine particles is promoted. When the redox potential becomes negative, the cerium compound may not be deposited on the surface of the silica fine particles, and a plate-shaped or rod-shaped cerium compound or cerium single particles may be generated. Further, the reactivity of cerium hydroxide or the like with respect to the silica fine particles is lowered, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is not formed, and even if it is formed, the ratio of silica in the CeO 2 ultrafine particle layer is extremely low. Therefore, the cerium-containing silica layer that coats the ceria child particles is not formed after firing, and the ceria child particles tend to be exposed and arranged on the mother particles after firing.
Examples of the method of keeping the redox potential within the above range include a method of adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide and a method of blowing air, oxygen and ozone.

このような工程1によって、本発明の複合微粒子の前駆体である粒子(前駆体粒子)を含む分散液(前駆体粒子分散液)が得られる。本工程において、前駆体粒子に含まれるCeO2超微粒子の平均結晶子径が2.5nmから10nm未満の粒子を得ることが可能である。シリカとセリアの反応性が高すぎると前駆体粒子に含まれるCeO2超微粒子の平均結晶子径が2.5nm未満の粒子が得られるため、工程2でセリア粒子を10nm以上とするために過剰に高温での焼成が必要となる。その結果、粒子間の固着が強固となり、解砕が困難となる可能性がある。 By such step 1, a dispersion liquid (precursor particle dispersion liquid) containing particles (precursor particles) which are precursors of the composite fine particles of the present invention can be obtained. In this step, it is possible to obtain particles having an average crystallite diameter of 2.5 nm to less than 10 nm of CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles. If the reactivity between silica and ceria is too high, particles having an average crystallite diameter of less than 2.5 nm of CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles can be obtained. It is necessary to bake at high temperature. As a result, the adhesion between the particles becomes strong, which may make crushing difficult.

上記のように工程1では、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加するが、その後、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
すなわち、工程1では、温度0~20℃にて処理を行うが、その後に、温度20℃超98℃以下に変更して処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程1を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値(14~50%)である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を20℃超98℃以下として処理する場合のpHおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度0~20℃にて処理する場合と同様とする。
As described above, in step 1, the silica fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the redox potential is maintained at 50 to 500 mV. The metal salt of the above is continuously or intermittently added, and then, while maintaining the temperature above 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV, the above-mentioned It is preferable to continuously or intermittently add a metal salt of cerium to obtain the precursor particle dispersion.
That is, in step 1, the treatment is carried out at a temperature of 0 to 20 ° C., and then the treatment is carried out by changing the temperature to over 20 ° C. and 98 ° C. or lower to obtain the precursor particle dispersion liquid.
This is because when such step 1 is performed, it is easy to obtain the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention in which the coefficient of variation in the particle size distribution of the child particles is a suitable value (14 to 50%).
The pH and redox potential in the case of treatment at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the adjustment method and the like are the same as in the case of treatment at a temperature of 0 to 20 ° C.

また、逆に、温度0~20℃にて処理を行う前に、温度20℃超98℃以下にて処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。すなわち、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程1を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値(14~50%)である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を20℃超98℃以下として処理する場合のpHおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度0~20℃にて処理する場合と同様とする。
On the contrary, it is preferable to obtain the precursor particle dispersion liquid by performing the treatment at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower before performing the treatment at a temperature of 0 to 20 ° C. That is, the silica fine particle dispersion is stirred, and the metal salt of cerium is added thereto while maintaining the temperature above 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. The metal salt of the cerium is continuously or intermittently added, and then the metal salt of the cerium is continuously added thereto while maintaining the temperature at 0 to 20 ° C., the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. Alternatively, it is preferably added intermittently to obtain the precursor particle dispersion liquid.
This is because when such step 1 is performed, it is easy to obtain the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention in which the coefficient of variation in the particle size distribution of the child particles is a suitable value (14 to 50%).
The pH and redox potential in the case of treatment at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the adjustment method and the like are the same as in the case of treatment at a temperature of 0 to 20 ° C.

ここで、子粒子の粒子径分布は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインを特定することで子粒子を特定する。次に、その子粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその子粒子の粒子径とする。
このようにして100個以上の子粒子について粒子径を測定し、粒子径分布を得ることができる。
Here, the particle size distribution of the child particles shall be measured as follows.
First, the line was observed at 800,000 times by STEM-EDS analysis, and the line where the ratio (percentage) (Ce / (Ce + Si) x 100) of the Ce molar concentration to the total of the Ce molar concentration and the Si molar concentration was 50% was specified. By doing so, the child particles are identified. Next, the maximum diameter of the child particles is set as the major axis, the length is measured, and the value is defined as the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the particle diameter of the child particles.
In this way, the particle size of 100 or more child particles can be measured and the particle size distribution can be obtained.

また、子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は、上記のようにして得た粒子径分布を母集団として標準偏差と個数平均値を得た後、標準偏差を個数平均値で除し、100を乗じること(すなわち、標準偏差/個数平均値×100)により、算出する。 For the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of child particles, the standard deviation and the number mean value are obtained using the particle size distribution obtained as described above as a population, and then the standard deviation is divided by the number mean value. Then, it is calculated by multiplying by 100 (that is, standard deviation / number mean value × 100).

0~20℃の範囲で反応させると、シリカに対するセリウムの反応性が抑制されるため、サイズの大きなCeO2超微粒子が生成するが、その後調合温度を20℃超98℃以下に保ちセリウムの金属塩を添加すると、シリカに対するセリウムの反応性が高くなり、シリカの溶解が促進されるため、シリカがセリアの結晶成長を阻害し、サイズの小さなCeO2超微粒子が生成する。このように調合工程(工程1)中の反応温度を0~20℃を必須として、反応温度を20℃超98℃以下に変えて、セリウムの金属塩を添加することにより、CeO2超微粒子およびセリア子粒子の粒子径分布を広くすることができる。なお、調合温度は0~20℃の範囲でセリウムの金属塩を添加させる工程があれば、20℃超98℃以下の温度での反応は、0~20℃での反応の前でも後でも構わず、3回以上温度を変えても構わない。
このように調合中に温度を変化させて調合した場合であっても、温度が0~20℃にて調合が行われる工程が含まれていれば、複合微粒子は前述と同様の生成機構となる。
また、反応温度を2段階以上で行う場合の0~20℃で反応させる工程でのセリウム金属塩の添加量は、セリウム金属塩の全添加量に対して10~90質量%の範囲であることが好ましい。この範囲を超える場合は、サイズの大きい(または小さい)CeO2超微粒子およびセリア子粒子割合が少なくなるため、粒度分布があまり広くならないからである。
When the reaction is carried out in the range of 0 to 20 ° C, the reactivity of cerium with silica is suppressed, so that large-sized CeO 2 ultrafine particles are produced. When the salt is added, the reactivity of cerium with silica is increased and the dissolution of silica is promoted, so that the silica inhibits the crystal growth of cerium and produces CeO 2 ultrafine particles having a small size. In this way, the reaction temperature in the compounding step (step 1) is essential to be 0 to 20 ° C., the reaction temperature is changed to more than 20 ° C. and 98 ° C. or less, and a metal salt of cerium is added to obtain CeO 2 ultrafine particles and. The particle size distribution of ceria particles can be widened. If there is a step of adding a metal salt of cerium in the mixing temperature range of 0 to 20 ° C., the reaction at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower may be performed before or after the reaction at 0 to 20 ° C. However, the temperature may be changed three or more times.
Even when the compound is prepared by changing the temperature during the compounding as described above, the composite fine particles have the same formation mechanism as described above as long as the step of performing the compounding at a temperature of 0 to 20 ° C. is included. ..
Further, the amount of the cerium metal salt added in the step of reacting at 0 to 20 ° C. when the reaction temperature is carried out in two or more steps shall be in the range of 10 to 90% by mass with respect to the total amount of the cerium metal salt added. Is preferable. If it exceeds this range, the proportion of large (or small) CeO 2 ultrafine particles and ceria particles is small, so that the particle size distribution is not so wide.

工程1で得られた前駆体粒子分散液を、工程2に供する前に、純水やイオン交換水などを用いて、さらに希釈あるいは濃縮して、次の工程2に供してもよい。 The precursor particle dispersion obtained in step 1 may be further diluted or concentrated with pure water, ion-exchanged water, or the like before being subjected to step 2, and then subjected to the next step 2.

なお、前駆体粒子分散液における固形分濃度は1~27質量%であることが好ましい。 The solid content concentration in the precursor particle dispersion is preferably 1 to 27% by mass.

また、所望により、前駆体粒子分散液を、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、限外ろ過膜、イオン交換膜、遠心分離などを用いて脱イオン処理してもよい。また、ろ布上にケーキを形成させイオン交換水で洗浄を行っても良い。 If desired, the precursor particle dispersion may be deionized using a cation exchange resin, an anion exchange resin, an ultrafiltration membrane, an ion exchange membrane, centrifugation or the like. Alternatively, a cake may be formed on the filter cloth and washed with ion-exchanged water.

<工程2>
工程2では、前駆体粒子分散液を乾燥させた後、800~1,200℃で焼成する。
<Step 2>
In step 2, the precursor particle dispersion is dried and then calcined at 800 to 1,200 ° C.

乾燥する方法は特に限定されない。従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。具体的には、箱型乾燥機、バンド乾燥機、スプレードライアー等を使用することができる。
なお、好適には、さらに乾燥前の前駆体粒子分散液のpHを6.0~7.0とすることが推奨される。乾燥前の前駆体粒子分散液のpHを6.0~7.0とした場合、表面活性を抑制できるからである。
乾燥後、焼成する温度は800~1200℃であるが、850~1100℃であることが好ましく、900~1090℃であることがより好ましい。このような温度範囲において焼成すると、セリアの結晶化が十分に進行し、また、セリア子粒子が分散しているセリウム含有シリカ層が適度な膜厚となり、セリウム含有シリカ層が母粒子へ強固に結合し、セリウム含有シリカ層に分散した子粒子の脱落が生じにくくなる。さらにこのような温度範囲で焼成することで、水酸化セリウム等は残存し難くなる。この温度が高すぎるとセリアの結晶が異常成長したり、セリウム含有シリカ層が厚くなりすぎたり、母粒子を構成する非晶質シリカが結晶化したり、粒子同士の融着が進む可能性もある。
The method of drying is not particularly limited. It can be dried using a conventionally known dryer. Specifically, a box-type dryer, a band dryer, a spray dryer, or the like can be used.
It is preferable that the pH of the precursor particle dispersion before drying is 6.0 to 7.0. This is because the surface activity can be suppressed when the pH of the precursor particle dispersion liquid before drying is set to 6.0 to 7.0.
After drying, the firing temperature is 800 to 1200 ° C, preferably 850 to 1100 ° C, more preferably 900 to 1090 ° C. When fired in such a temperature range, the crystallization of cerium progresses sufficiently, the cerium-containing silica layer in which the ceria particles are dispersed has an appropriate film thickness, and the cerium-containing silica layer is firmly formed into the mother particles. The particles that are bonded and dispersed in the cerium-containing silica layer are less likely to fall off. Further, by firing in such a temperature range, cerium hydroxide and the like are less likely to remain. If this temperature is too high, ceria crystals may grow abnormally, the cerium-containing silica layer may become too thick, the amorphous silica constituting the mother particles may crystallize, and the particles may be fused together. ..

また、このような温度範囲において焼成すると、子粒子の主成分である結晶性セリアにケイ素原子が固溶する。したがって、子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム-ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム-セリウム原子間距離をR2としたときに、R1<R2の関係を満たすものとなり得る。 Further, when calcined in such a temperature range, the silicon atom is dissolved in the crystalline ceria which is the main component of the child particles. Therefore, for the cerium atom and silicon atom contained in the child particles, the relationship of R 1 <R 2 is satisfied when the cerium-silicon atom distance is R 1 and the cerium-cerium atom distance is R 2 . obtain.

工程2では、焼成して得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る。 In step 2, a solvent is added to the calcined body obtained by calcining, and the calcined body is crushed in a wet manner in the range of pH 8.6 to 10.8 to obtain a calcined body crushed dispersion.

湿式の解砕装置としても従来公知の装置を使用することができるが、例えば、バスケットミル等のバッチ式ビーズミル、横型・縦型・アニュラー型の連続式のビーズミル、サンドグラインダーミル、ボールミル等、ロータ・ステータ式ホモジナイザー、超音波分散式ホモジナイザー、分散液中の微粒子同士をぶつける衝撃粉砕機等の湿式媒体攪拌式ミル(湿式解砕機)が挙げられる。湿式媒体攪拌ミルに用いるビーズとしては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコニア、スチール、フリント石、有機樹脂等を原料としたビーズを挙げることができる。
湿式で解砕処理する場合の溶媒としては、水及び/又は有機溶媒が使用される。例えば、純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。また、焼成体解砕分散液の固形分濃度は、格別に制限されるものではないが、例えば、0.3~50質量%の範囲にあることが好ましい。
A conventionally known device can be used as the wet crushing device, but for example, a batch type bead mill such as a basket mill, a horizontal / vertical / annual type continuous bead mill, a sand grinder mill, a ball mill, or the like, and a rotor. -A wet medium stirring type mill (wet crusher) such as a stator type homogenizer, an ultrasonic dispersion type homogenizer, and an impact crusher that collides fine particles in a dispersion liquid with each other can be mentioned. Examples of the beads used in the wet medium stirring mill include beads made of glass, alumina, zirconia, steel, flint stone, organic resin and the like.
Water and / or an organic solvent is used as the solvent for the wet crushing treatment. For example, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, and ion-exchanged water. The solid content concentration of the fired body crushed dispersion is not particularly limited, but is preferably in the range of, for example, 0.3 to 50% by mass.

ここで、焼成して得られた焼成体を乾式で解砕処理した後に、溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理してもよい。
乾式の解砕装置としては従来公知の装置を使用することができるが、例えば、アトライター、ボールミル、振動ミル、振動ボールミル、ビーズミル等を挙げることができる。
Here, after the fired body obtained by firing is crushed by a dry method, a solvent may be added and crushed by a wet method in the range of pH 8.6 to 10.8.
As the dry crushing device, a conventionally known device can be used, and examples thereof include an attritor, a ball mill, a vibration mill, a vibration ball mill, and a bead mill.

なお、湿式による解砕を行う場合は、溶媒のpHを8.6~10.8に維持しながら湿式による解砕を行うことが好ましい。pHをこの範囲に維持すると、カチオンコロイド滴定を行った場合に、前記式(1)で表される、流動電位変化量(ΔPCD)と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が-150.0~-5.0となる流動電位曲線が得られるセリア系複合微粒子分散液を、最終的により容易に得ることができる。
すなわち、前述の好ましい態様に該当する本発明の分散液が得られる程度に、解砕を行うことが好ましい。前述のように、好ましい態様に該当する本発明の分散液を研磨剤に用いた場合、研磨速度がより向上するからである。これについて本発明者は、本発明の複合微粒子表面におけるセリウム含有シリカ層が適度に薄くなること、及び/又は複合微粒子表面の一部に子粒子が適度に露出することで、研磨速度がより向上し、且つセリアの子粒子の脱落を制御できると推定している。また、セリウム含有シリカ層が薄いか剥げた状態であるため、子粒子が研磨時にある程度脱離しやすくなると推定している。ΔPCD/Vは、-145.0~-5.0であることがより好ましく、-140.0~-20.0であることがさらに好ましい。
In the case of wet crushing, it is preferable to carry out wet crushing while maintaining the pH of the solvent at 8.6 to 10.8. When the pH is maintained in this range, when cationic colloid titration is performed, the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the above formula (1) and the addition amount (V) of the cationic colloid titrator in the knick are set. Finally, a ceria-based composite fine particle dispersion liquid having a flow potential curve having a ratio (ΔPCD / V) of −150.0 to −5.0 can be obtained more easily.
That is, it is preferable to carry out crushing to the extent that the dispersion liquid of the present invention corresponding to the above-mentioned preferable embodiment can be obtained. This is because, as described above, when the dispersion liquid of the present invention corresponding to the preferred embodiment is used as the polishing agent, the polishing speed is further improved. Regarding this, the present inventor further improves the polishing speed by appropriately thinning the cerium-containing silica layer on the surface of the composite fine particles of the present invention and / or appropriately exposing the child particles to a part of the surface of the composite fine particles. Moreover, it is presumed that the shedding of ceria particles can be controlled. In addition, since the cerium-containing silica layer is thin or peeled off, it is estimated that the child particles are likely to be detached to some extent during polishing. ΔPCD / V is more preferably -145.0 to −5.0, and even more preferably -140.0 to -20.0.

<工程3>
工程3では、工程2において得られた前記焼成体解砕分散液について、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子散液を得る。
具体的には、前記焼成体解砕分散液について、遠心分離処理による分級を行う。遠心分離処理における相対遠心加速度は300G以上とする。遠心分離処理後、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液を得ることができる。相対遠心加速度の上限は格別に制限されるものではないが、実用上は10,000G以下で使用される。
工程3では、上記の条件を満たす遠心分離処理を備えることが必要である。遠心加速度が上記の条件に満たない場合は、セリア系複合微粒子分散液中に粗大粒子が残存するため、セリア系複合微粒子分散液を用いた研磨材などの研磨用途に使用した際に、スクラッチが発生する原因となる。
本発明では、上記の製造方法によって得られるセリア系複合微粒子分散液を、更に乾燥させて、セリア系複合微粒子を得ることができる。乾燥方法は特に限定されず、例えば、従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。
<Process 3>
In step 3, the calcined body crushed dispersion obtained in step 2 is subjected to a centrifugal separation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and then the sedimentation component is removed to obtain a ceria-based composite fine particle powder.
Specifically, the fired body crushed dispersion is classified by centrifugation. The relative centrifugal acceleration in the centrifugation process is 300 G or more. After the centrifugation treatment, the sedimentation component can be removed to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion. The upper limit of the relative centrifugal acceleration is not particularly limited, but is practically used at 10,000 G or less.
In step 3, it is necessary to provide a centrifugation treatment satisfying the above conditions. If the centrifugal acceleration does not meet the above conditions, coarse particles will remain in the ceria-based composite fine particle dispersion, and scratches will occur when used for polishing applications such as abrasives using the ceria-based composite fine particle dispersion. It causes the occurrence.
In the present invention, the ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the above-mentioned production method can be further dried to obtain ceria-based composite fine particles. The drying method is not particularly limited, and for example, it can be dried using a conventionally known dryer.

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

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

本発明の研磨用砥粒分散液は半導体基板などを研磨する際の研磨速度が高く、また研磨時に研磨面のキズ(スクラッチ)が少ない、基板への砥粒の残留が少ないなどの効果に優れている。 The polishing abrasive grain dispersion liquid of the present invention has excellent effects such as high polishing speed when polishing a semiconductor substrate, less scratches (scratches) on the polished surface during polishing, and less residual abrasive grains on the substrate. ing.

本発明の研磨用砥粒分散液は分散溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この分散溶媒として、例えば純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。さらに、本発明の研磨用砥粒分散液に、研磨性能を制御するための添加剤として、研磨促進剤、界面活性剤、複素環化合物、pH調整剤及びpH緩衝剤からなる群より選ばれる1種以上を添加することで研磨スラリーとして好適に用いられる。 The abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention contains water and / or an organic solvent as a dispersion solvent. As the dispersion solvent, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, and ion-exchanged water. Further, the polishing abrasive grain dispersion liquid of the present invention is selected from the group consisting of a polishing accelerator, a surfactant, a heterocyclic compound, a pH adjuster and a pH buffer as an additive for controlling the polishing performance1. It is suitably used as a polishing slurry by adding seeds or more.

<研磨促進剤>
本発明の研磨用砥粒分散液に、被研磨材の種類によっても異なるが、必要に応じて従来公知の研磨促進剤を添加することで研磨スラリーとして使用することができる。この様な例としては、過酸化水素、過酢酸、過酸化尿素など及びこれらの混合物を挙げることができる。このような過酸化水素等の研磨促進剤を含む研磨剤組成物を用いると、被研磨材が金属の場合には効果的に研磨速度を向上させることができる。
<Abrasive accelerator>
Although it depends on the type of the material to be polished, it can be used as a polishing slurry by adding a conventionally known polishing accelerator to the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention, if necessary. Examples of such include hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide and the like, and mixtures thereof. When such an abrasive composition containing a polishing accelerator such as hydrogen peroxide is used, the polishing rate can be effectively improved when the material to be polished is a metal.

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

本発明の研磨用砥粒分散液が研磨促進剤を含有する場合、その含有量としては、0.1~10質量%であることが好ましく、0.5~5質量%であることがより好ましい。 When the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention contains a polishing accelerator, the content thereof is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass. ..

<界面活性剤及び/又は親水性化合物>
研磨用砥粒分散液の分散性や安定性を向上させるためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性系の界面活性剤又は親水性化合物を添加することができる。界面活性剤と親水性化合物は、いずれも被研磨面への接触角を低下させる作用を有し、均一な研磨を促す作用を有する。界面活性剤及び/又は親水性化合物としては、例えば、以下の群から選ばれるものを使用することができる。
<Surfactant and / or hydrophilic compound>
Cationic, anionic, nonionic, amphoteric surfactants or hydrophilic compounds can be added to improve the dispersibility and stability of the abrasive grain dispersion for polishing. Both the surfactant and the hydrophilic compound have an action of lowering the contact angle with the surface to be polished and have an action of promoting uniform polishing. As the surfactant and / or the hydrophilic compound, for example, those selected from the following groups can be used.

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

陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩;両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができる。 As cationic surfactants, aliphatic amine salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium chloride salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, imidazolinium salts; as amphoteric surfactants, carboxybetaine type, sulfobetaine type, Aminocarboxylates, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxides can be mentioned.

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

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

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

なお、適用する被研磨基材がガラス基板等である場合は、何れの界面活性剤であっても好適に使用できるが、半導体集積回路用シリコン基板などの場合であって、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はハロゲン化物等による汚染の影響を嫌う場合にあっては、酸もしくはそのアンモニウム塩系の界面活性剤を使用することが望ましい。 When the substrate to be polished is a glass substrate or the like, any surfactant can be preferably used, but in the case of a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, alkali metal or alkaline soil can be used. When the influence of contamination by metals or halides is disliked, it is desirable to use an acid or an ammonium salt-based surfactant thereof.

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

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

界面活性剤又は親水性化合物は1種のみでもよいし、2種以上を使用してもよく、異なる種類のものを併用することもできる。 Only one type of surfactant or hydrophilic compound may be used, two or more types may be used, or different types may be used in combination.

<複素環化合物>
本発明の研磨用砥粒分散液については、被研磨基材に金属が含まれる場合に、金属に不動態層又は溶解抑制層を形成させて、被研磨基材の侵食を抑制する目的で、複素環化合物を含有させても構わない。ここで、「複素環化合物」とはヘテロ原子を1個以上含んだ複素環を有する化合物である。ヘテロ原子とは、炭素原子、又は水素原子以外の原子を意味する。複素環とはヘテロ原子を少なくとも一つ持つ環状化合物を意味する。ヘテロ原子は複素環の環系の構成部分を形成する原子のみを意味し、環系に対して外部に位置していたり、少なくとも一つの非共役単結合により環系から分離していたり、環系のさらなる置換基の一部分であるような原子は意味しない。ヘテロ原子として好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、リン原子、ケイ素原子、及びホウ素原子などを挙げることができるがこれらに限定されるものではない。複素環化合物の例として、イミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチアゾール、テトラゾールなどを用いることができる。より具体的には、1,2,3,4-テトラゾール、5-アミノ-1,2,3,4-テトラゾール、5-メチル-1,2,3,4-テトラゾール、1,2,3-トリアゾール、4-アミノ-1,2,3-トリアゾール、4,5-ジアミノ-1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ1,2,4-トリアゾール、3,5-ジアミノ-1,2,4-トリアゾールなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
<Heterocyclic compound>
The abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention has the purpose of forming a passivation layer or a dissolution suppressing layer on the metal when the base material to be polished contains a metal to suppress erosion of the base material to be polished. Heterocyclic compounds may be contained. Here, the "heterocyclic compound" is a compound having a heterocycle containing one or more heteroatoms. Heteroatom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. The heterocycle means a cyclic compound having at least one heteroatom. Heteroatoms refer only to the atoms that form the constituents of the heterocyclic ring system, and may be located outside the ring system, separated from the ring system by at least one unconjugated single bond, or the ring system. It does not mean an atom that is part of a further substituent of. Preferred heteroatoms include, but are not limited to, nitrogen atoms, sulfur atoms, oxygen atoms, selenium atoms, tellurium atoms, phosphorus atoms, silicon atoms, and boron atoms. As an example of the heterocyclic compound, imidazole, benzotriazole, benzothiazole, tetrazole and the like can be used. More specifically, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3- Triazole, 4-amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino1,2,4-triazole, 3,5 -Diamino-1,2,4-triazole and the like can be mentioned, but the present invention is not limited thereto.

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

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

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

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

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

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

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

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

<実験1>
初めに、実施例及び比較例における各測定方法及び試験方法の詳細について説明する。各実施例及び比較例について、以下の各測定結果及び試験結果を第1表~第3表に記す。
<Experiment 1>
First, the details of each measurement method and test method in Examples and Comparative Examples will be described. For each Example and Comparative Example, the following measurement results and test results are shown in Tables 1 to 3.

[成分の分析]
[SiO2含有量の測定]
シリカ微粒子分散液におけるSiO2含有量について、珪酸ナトリウムを原料とした場合は、シリカ微粒子分散液に1000℃灼熱減量を行い秤量し、得られたものの全てがSiO2であるとして、その含有量を求めた。また、アルコキシシランを原料とした場合は、シリカ微粒子分散液を150℃で1時間乾燥させた後に秤量し、得られたものの全てがSiO2であるとして、その含有量を求めた。なお、ここでシリカ微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
また、セリア系複合微粒子におけるSiO2含有量は、セリア系複合微粒子分散液に1000℃灼熱減量を行い、固形分の質量を求めた後、後述するAl~Th等の含有率を測定する場合と同様に、ICPプラズマ発光分析装置(例えば、SII製、SPS5520)を用いて標準添加法によってCe含有率を測定してCeO2質量%を算出し、CeO2以外の固形分の成分はSiO2であるとして、SiO2の含有量を求めた。なお、セリア系複合微粒子におけるSiO2含有率、CeO2含有率およびシリカ100質量部に対するセリアの質量部は、ここで求めたCeO2含有量およびSiO2含有量に基づいて算出した。なお、ここでセリア系複合微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
以下に説明する特定不純物群1および特定不純物群2の含有率の測定では、このようにして求めた固形分の質量に基づいて、dry量に対する各成分の含有率を求めた。
[Analysis of ingredients]
[Measurement of SiO 2 content]
Regarding the content of SiO 2 in the silica fine particle dispersion liquid, when sodium silicate was used as a raw material, the silica fine particle dispersion liquid was weighed by burning at 1000 ° C., and the content was determined assuming that all of the obtained products were SiO 2 . I asked. When alkoxysilane was used as a raw material, the silica fine particle dispersion was dried at 150 ° C. for 1 hour and then weighed, and the content thereof was determined assuming that all of the obtained substances were SiO 2 . Here, the solid content concentration of the silica fine particle dispersion can also be determined.
The SiO 2 content in the ceria-based composite fine particles is the case where the ceria-based composite fine particle dispersion is subjected to a burning weight reduction of 1000 ° C. to determine the mass of the solid content, and then the content of Al to Th, etc., which will be described later, is measured. Similarly, the Ce content is measured by the standard addition method using an ICP plasma emission analyzer (for example, SII, SPS5520) to calculate CeO 2 % by mass, and the solid component other than CeO 2 is SiO 2 . If there is, the content of SiO 2 was determined. The SiO 2 content, CeO 2 content, and mass portion of ceria with respect to 100 parts by mass of silica in the ceria-based composite fine particles were calculated based on the CeO 2 content and SiO 2 content obtained here. Here, the solid content concentration of the ceria-based composite fine particle dispersion can also be determined.
In the measurement of the content of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 described below, the content of each component with respect to the dry amount was determined based on the mass of the solid content thus determined.

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

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

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

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

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

<子粒子の幾何平均粒子径>
子粒子の幾何平均粒子径は、前述の通りのSTEM-EDS分析によって得られる画像から求めた値とする。
<Geometric mean particle diameter of child particles>
The geometric mean particle diameter of the child particles is a value obtained from the image obtained by the STEM-EDS analysis as described above.

<短径/長径比の測定>
シリカ微粒子およびセリア系複合微粒子の短径/長径比は、前述の通りの画像解析法によって行う。
<Measurement of minor axis / major axis ratio>
The minor axis / major axis ratio of the silica fine particles and the ceria-based composite fine particles is determined by the image analysis method as described above.

<比表面積>
セリア系複合微粒子の比表面積は、前述の通り、BET比表面積測定法によって行う。
<Specific surface area>
As described above, the specific surface area of the ceria-based composite fine particles is measured by the BET specific surface area measurement method.

<表面被覆率>
セリア系複合微粒子における子粒子の表面被覆率は、前述の通り、STEM-EDS分析によって子粒子を特定し、その投影面積およびセリア系複合微粒子の投影面積を画像解析によって求め、子粒子の投影面積/セリア系複合微粒子の投影面積×100の計算を行う作業を20個以上のセリア系複合微粒子について行い、それらの平均値として求める。
<Surface coverage>
As for the surface coverage of the child particles in the ceria-based composite fine particles, as described above, the child particles are specified by STEM-EDS analysis, the projected area thereof and the projected area of the ceria-based composite fine particles are obtained by image analysis, and the projected area of the child particles is obtained. / The work of calculating the projected area of the ceria-based composite fine particles × 100 is performed for 20 or more ceria-based composite fine particles, and the average value thereof is obtained.

<粗大粒子数>
複合微粒子の粗大粒子数は、Particle sizing system Inc.社製Accusizer 780APSを用いて測定を行った。また測定試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、測定装置に5mLを注入して、以下の条件にて測定を行い、3回測定した後、得られた測定データの0.98μm以上の粗大粒子数の値の平均値を算出した。さらに平均値を1000倍して、セリア系複合微粒子のドライ換算の粗大粒子数とした。なお測定条件は以下の通りである。
<System Setup>
・Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
・Data Collection Time 60 Sec.
・Syringe Volume 2.5ml
・Sample Line Number :Sum Mode
・Initial 2nd-Stage Dilution Factor 350
・Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
・Sample Equilibration Time 30 Sec./ Sample Flow Time 30 Sec.
<Number of coarse particles>
The number of coarse particles of the composite fine particles was measured using an Accusizer 780 APS manufactured by Particle sizing system Inc. After adjusting the measurement sample to 0.1% by mass with pure water, inject 5 mL into the measuring device, measure under the following conditions, measure 3 times, and then obtain 0. The average value of the values of the number of coarse particles of 98 μm or more was calculated. Further, the average value was multiplied by 1000 to obtain the dry-equivalent coarse particle number of the ceria-based composite fine particles. The measurement conditions are as follows.
<System Setup>
・ Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
<System Menu>
Data Collection Time 60 Sec.
・ Syringe Volume 2.5ml
-Sample Line Number: Sum Mode
・ Initial 2nd -Stage Dilution Factor 350
・ Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・ System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
Sample Equilibration Time 30 Sec./Sample Flow Time 30 Sec.

[研磨試験方法]
<SiO2膜の研磨>
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は0.6質量%で硝酸を添加してpHは5.0とした。
次に、被研磨基板として、熱酸化法により作製したSiO2絶縁膜(厚み1μm)基板を準備した。
次に、この被研磨基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「IC-1000/SUBA400同心円タイプ」)を使用し、基板荷重0.5MPa、テーブル回転速度90rpmで研磨用砥粒分散液を50ml/分の速度で1分間供給して研磨を行った。
そして、研磨前後の被研磨基材の重量変化を求めて研磨速度を計算した。
また、研磨基材の表面の平滑性(表面粗さRa)を原子間力顕微鏡(AFM、株式会社日立ハイテクサイエンス社製)を用いて測定した。平滑性と表面粗さは概ね比例関係にあるため、第3表には表面粗さを記載した。
なお研磨傷の観察は、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察することで行った。
[Polishing test method]
<Polishing of SiO 2 film>
The abrasive grain dispersion liquid for polishing containing the ceria-based composite fine particle dispersion liquid obtained in each of the examples and the comparative examples was prepared. Here, the solid content concentration was 0.6% by mass, and nitric acid was added to adjust the pH to 5.0.
Next, as a substrate to be polished, a SiO 2 insulating film (thickness 1 μm) substrate prepared by a thermal oxidation method was prepared.
Next, this substrate to be polished is set in a polishing device (Nanofactor Co., Ltd., NF300), and a polishing pad (“IC-1000 / SUBA400 concentric circle type” manufactured by Nitta Hearth Co., Ltd.) is used, and the substrate load is 0.5 MPa, the table. Polishing was performed by supplying a polishing abrasive grain dispersion at a rotation speed of 90 rpm for 1 minute at a rate of 50 ml / min.
Then, the polishing rate was calculated by obtaining the weight change of the substrate to be polished before and after polishing.
Further, the smoothness (surface roughness Ra) of the surface of the polishing substrate was measured using an atomic force microscope (AFM, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.). Since the smoothness and the surface roughness are generally in a proportional relationship, the surface roughness is shown in Table 3.
The polishing scratches were observed by observing the surface of the insulating film using an optical microscope.

<アルミハードディスクの研磨>
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は9質量%で硝酸を添加してpHを2.0に調整した。
アルミハードディスク用基板を研磨装置(ナノファクター株式会社製、NF300)にセットし、研磨パッド(ニッタハース社製「ポリテックスφ12」)を使用し、基板負荷0.05MPa、テーブル回転速度30rpmで研磨スラリーを20ml/分の速度で5分間供給して研磨を行い、超微細欠陥・可視化マクロ装置(VISION PSYTEC社製、製品名:Maicro―Max)を使用し、Zoom15にて全面観察し、65.97cm2に相当する研磨処理された基板表面に存在するスクラッチ(線状痕)の個数を数えて合計し、次の基準に従って評価した。
線状痕の個数 評価
50個未満 「非常に少ない」
50個から80個未満 「少ない」
80個以上 「多い」
少なくとも80個以上で総数をカウントできないほど多い 「※」
<Aluminum hard disk polishing>
The abrasive grain dispersion liquid for polishing containing the ceria-based composite fine particle dispersion liquid obtained in each of the examples and the comparative examples was prepared. Here, the solid content concentration was 9% by mass, and nitric acid was added to adjust the pH to 2.0.
Set the substrate for the aluminum hard disk in the polishing device (Nanofactor Co., Ltd., NF300), and use the polishing pad (Nitta Hearth Co., Ltd. "Polytex φ12") to prepare the polishing slurry at a substrate load of 0.05 MPa and a table rotation speed of 30 rpm. Polishing is performed by supplying at a rate of 20 ml / min for 5 minutes, and the entire surface is observed with Zoom15 using an ultrafine defect / visualization macro device (manufactured by VISION PSYTEC, product name: Micro-Max), and 65.97 cm 2 The number of scratches (linear marks) existing on the surface of the polished substrate corresponding to the above was counted and totaled, and evaluated according to the following criteria.
Number of linear marks Evaluation Less than 50 "Very few"
50 to less than 80 "less"
80 or more "many"
At least 80 or more, too many to count the total number "*"

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

[準備工程1]
<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:331nm)>>の調製
(種粒子調製工程)
最初に水、アルコールと加水分解用触媒を加えて混合溶媒を調製した。ここでは、水4424g、エチルアルコール(関東化学社製)3702g、及びアンモニア濃度28質量%アンモニア水溶液(関東化学社製)762gを容量2Lのガラス製反応器に入れ撹拌した。この溶液の液温を35±0.5℃に調節して、反応器にテトラエトキシシラン(多摩化学社製)157.6gを一気に加えた。その後、1時間撹拌した。1時間撹拌することにより、テトラエトキシシランは加水分解・縮合し、平均粒子径が83nmのシリカ微粒子の分散液が得られた。
[Preparation step 1]
Preparation of << silica fine particle dispersion (average particle size of silica fine particles: 331 nm) >> (seed particle preparation step)
First, water, alcohol and a catalyst for hydrolysis were added to prepare a mixed solvent. Here, 4424 g of water, 3702 g of ethyl alcohol (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and 762 g of an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 28% by mass (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) were placed in a glass reactor having a capacity of 2 L and stirred. The liquid temperature of this solution was adjusted to 35 ± 0.5 ° C., and 157.6 g of tetraethoxysilane (manufactured by Tama Chemical Co., Ltd.) was added to the reactor at once. Then, it was stirred for 1 hour. By stirring for 1 hour, tetraethoxysilane was hydrolyzed and condensed to obtain a dispersion of silica fine particles having an average particle size of 83 nm.

この平均粒子径83nmのシリカ微粒子の分散液のpHを調整するために、アンモニア濃度28重量%のアンモニア水溶液1222gと水200gを加え、撹拌しながら液温を35±0.5℃に調整した。 In order to adjust the pH of the dispersion liquid of silica fine particles having an average particle diameter of 83 nm, 1222 g of an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 28% by weight and 200 g of water were added, and the liquid temperature was adjusted to 35 ± 0.5 ° C. with stirring.

(粒子成長工程・熟成工程)
第一滴下装置にテトラエトキシシラン10676gを入れた。第二滴下装置には、濃度8質量%アンモニア水8820gを入れた。そして前工程で得たシリカ微粒子分散液(液温35±0.5℃)に、第一滴下装置と第二滴下装置を用いてテトラエトキシシランとアンモニア水を12時間かけて滴下した。滴下終了後に液温を60±0.5℃に調節し、1時間撹拌して熟成させた。
(Particle growth process / aging process)
10676 g of tetraethoxysilane was placed in the first dropping device. 8820 g of aqueous ammonia having a concentration of 8% by mass was placed in the second dropping device. Then, tetraethoxysilane and aqueous ammonia were added dropwise to the silica fine particle dispersion (liquid temperature 35 ± 0.5 ° C.) obtained in the previous step over 12 hours using a first dropping device and a second dropping device. After completion of the dropping, the liquid temperature was adjusted to 60 ± 0.5 ° C., and the mixture was stirred for 1 hour for aging.

(濾過・水置換工程)
このようにして得られた熟成液を0.5μmのナイロンフィルターで濾過して、シリカ粒子の凝集粒子を除去した。更に、蒸留装置を用いて水溶媒に置換した。
得られたシリカ微粒子分散液1,053gに陽イオン交換樹脂(三菱化学社製SK-1BH)114gを徐々に添加し、30分間攪拌し樹脂を分離した。この時のpHは4.8であった。
また、陽イオン交換樹脂による処理を行った後のシリカ微粒子分散液に含まれる粒子のNa、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率(dry量に対する各成分の含有率)は何れも1ppm以下であった。
その後、シリカ濃度が35質量%になるまで濃縮して、シリカ微粒子分散液を得た。このとき、シリカ微粒子の平均粒子径は331nmであった。
(Filtration / water replacement process)
The aging liquid thus obtained was filtered through a 0.5 μm nylon filter to remove aggregated particles of silica particles. Further, it was replaced with an aqueous solvent using a distillation apparatus.
114 g of a cation exchange resin (SK-1BH manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was gradually added to 1,053 g of the obtained silica fine particle dispersion, and the mixture was stirred for 30 minutes to separate the resin. The pH at this time was 4.8.
Further, Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, U, Th, of the particles contained in the silica fine particle dispersion after the treatment with the cation exchange resin. The contents of Cl, NO 3 , SO 4 and F (the content of each component with respect to the amount of dry) were all 1 ppm or less.
Then, it concentrated until the silica concentration became 35% by mass, and the silica fine particle dispersion liquid was obtained. At this time, the average particle size of the silica fine particles was 331 nm.

[準備工程2]
<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:189nm)>>の調製
準備工程1の粒子成長・熟成工程における、第一滴下装置に入れるテトラエトキシシランの量を1855gとした以外は準備工程1と同様に実施した。
得られたシリカ微粒子の平均粒子径は189nmであった。
[Preparation step 2]
Preparation of << Silica fine particle dispersion (average particle size of silica fine particles: 189 nm) >> Preparation except that the amount of tetraethoxysilane to be put into the first dropping device in the particle growth and aging step of preparation step 1 was 1855 g. It was carried out in the same manner as in step 1.
The average particle size of the obtained silica fine particles was 189 nm.

[準備工程3]
<<高純度珪酸液>>の調製
SiO2濃度が24.06質量%、Na2O濃度が7.97質量%の珪酸ナトリウム水溶液を用意した。そして、この珪酸ナトリウム水溶液にSiO2濃度が5.0質量%となるように純水を添加した。
[Preparation step 3]
Preparation of << High-Purity Silicic Acid Solution >> An aqueous sodium silicate solution having a SiO 2 concentration of 24.06% by mass and a Na 2O concentration of 7.97% by mass was prepared. Then, pure water was added to the sodium silicate aqueous solution so that the SiO 2 concentration was 5.0% by mass.

[酸性珪酸液]
得られたSiO2濃度5.0質量%の珪酸ナトリウム水溶液18kgを、6Lの強酸性陽イオン交換樹脂(SK1BH、三菱化学社製)に空間速度3.0h-1で通液させ、pHが2.7の酸性珪酸液18kgを得た。
得られた酸性珪酸液のSiO2濃度は4.7質量%であった。
[Acid silicic acid solution]
18 kg of the obtained aqueous sodium silicate solution having a SiO 2 concentration of 5.0% by mass was passed through a 6 L strong acid cation exchange resin (SK1BH, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at an air velocity of 3.0 h -1 to have a pH of 2. 18 kg of the acidic silicic acid solution of 0.7 was obtained.
The SiO 2 concentration of the obtained acidic silicic acid solution was 4.7% by mass.

[高純度珪酸液]
次に、この酸性珪酸液(SiO2濃度は4.7質量%)を、キレート型イオン交換樹脂(CR11、三菱化学社製)に空間速度3.0h-1で通液させ、pHが2.7の高純度珪酸液を得た。得られた高純度珪酸液のSiO2濃度は4.4質量%であった。
[High-purity silicic acid solution]
Next, this acidic silicic acid solution (SiO 2 concentration is 4.7% by mass) is passed through a chelate type ion exchange resin (CR11, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) at a space velocity of 3.0 h -1 , and the pH is 2. The high-purity silicic acid solution of No. 7 was obtained. The SiO 2 concentration of the obtained high-purity silicic acid solution was 4.4% by mass.

<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:25nm)>>の調製
ここで得られたSiO2濃度が4.4質量%である高純度珪酸液の一部(514.5g)を撹拌しながら純水42gへ添加し、次いでアンモニア濃度15質量%のアンモニア水溶液を1,584.6g添加し、その後83℃に昇温して30分保持した。
その後、さらにSiO2濃度が4.4質量%である高純度珪酸液の別の一部(13,700g)を18時間かけて添加し、添加終了後に83℃を保持したまま熟成を行い、平均粒子径が25nmのシリカ微粒子分散液を得た。
得られたシリカ微粒子分散液を40℃まで冷却し、限外ろ過膜(旭化成製SIP1013)にてSiO2濃度を12質量%まで濃縮した。
Preparation of << Silica fine particle dispersion liquid (average particle diameter of silica fine particles: 25 nm) >> A part (514.5 g) of a high-purity silicate liquid having a SiO 2 concentration of 4.4% by mass obtained here is stirred. While adding the particles to 42 g of pure water, 1,584.6 g of an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 15% by mass was added, and then the temperature was raised to 83 ° C. and maintained for 30 minutes.
Then, another part (13,700 g) of a high-purity silicic acid solution having a SiO 2 concentration of 4.4% by mass was further added over 18 hours, and after the addition was completed, aging was performed while maintaining 83 ° C., and the average was increased. A silica fine particle dispersion having a particle size of 25 nm was obtained.
The obtained silica fine particle dispersion was cooled to 40 ° C., and the SiO 2 concentration was concentrated to 12% by mass with an ultrafiltration membrane (SIP1013 manufactured by Asahi Kasei Corporation).

<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:45nm)>>の調製
純水991gに、攪拌しながらSiO2濃度12質量%のシリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径25nm)を963g加えた。次いでアンモニア濃度15質量%アンモニア水溶液1,414gを添加し、その後87℃に昇温して30分保持した。
次に、さらにSiO2濃度が4.4質量%である高純度珪酸液の別の一部(12,812g)を18時間かけて添加し、添加終了後に87℃を保持したまま熟成を行い、シリカ微粒子の平均粒子径が45nmのシリカ微粒子分散液を得た。
得られたシリカ微粒子分散液を40℃まで冷却し、限外ろ過膜(旭化成製SIP1013)にてSiO2濃度を12質量%まで濃縮した。
Preparation of << Silica fine particle dispersion (average particle diameter of silica fine particles: 45 nm) >> 963 g of silica fine particle dispersion (average particle diameter of silica fine particles 25 nm) having a SiO 2 concentration of 12% by mass in 991 g of pure water with stirring. added. Next, 1,414 g of an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 15% by mass was added, and then the temperature was raised to 87 ° C. and maintained for 30 minutes.
Next, another part (12,812 g) of a high-purity silica solution having a SiO 2 concentration of 4.4% by mass was further added over 18 hours, and after the addition was completed, aging was performed while maintaining 87 ° C. A silica fine particle dispersion having an average particle diameter of 45 nm was obtained.
The obtained silica fine particle dispersion was cooled to 40 ° C., and the SiO 2 concentration was concentrated to 12% by mass with an ultrafiltration membrane (SIP1013 manufactured by Asahi Kasei Corporation).

<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:70nm)>>の調製
純水705gに、攪拌しながら平均粒子径45nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液(SiO2濃度12質量%)を705g加えた。次いで15%アンモニア水溶液50gを添加し、その後87℃に昇温して30分保持した。
次に、さらにSiO2濃度が4.4質量%である高純度珪酸液の別の一部(7,168g)を18時間かけて添加し、添加終了後に87℃を保持したまま熟成を行い、平均粒子径70nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を得た。
得られたシリカ微粒子分散液を40℃まで冷却し、限外ろ過膜(旭化成製SIP1013)にてSiO2濃度を12質量%まで濃縮した。
Preparation of << Silica fine particle dispersion (average particle diameter of silica fine particles: 70 nm) >> Silica fine particle dispersion (SiO 2 concentration) in which silica fine particles with an average particle diameter of 45 nm are dispersed in a solvent while stirring in 705 g of pure water. 12% by mass) was added in an amount of 705 g. Then, 50 g of a 15% aqueous ammonia solution was added, and then the temperature was raised to 87 ° C. and maintained for 30 minutes.
Next, another part (7,168 g) of a high-purity silica solution having a SiO 2 concentration of 4.4% by mass was further added over 18 hours, and after the addition was completed, aging was performed while maintaining 87 ° C. A silica fine particle dispersion was obtained by dispersing silica fine particles having an average particle diameter of 70 nm in a solvent.
The obtained silica fine particle dispersion was cooled to 40 ° C., and the SiO 2 concentration was concentrated to 12% by mass with an ultrafiltration membrane (SIP1013 manufactured by Asahi Kasei Corporation).

<<シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:96nm)>>の調製
純水1,081gに、攪拌しながら平均粒子径70nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなる分散液(SiO2濃度:12質量%)を1,081g加えた。次いでアンモニア濃度15質量%のアンモニア水溶液50gを添加し、その後87℃に昇温して30分保持した。
次に、さらにSiO2濃度が4.4質量%である高純度珪酸液の別の一部(6,143g)を18時間かけて添加し、添加終了後に87℃を保持したまま熟成を行い、平均粒子径96nmのシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子分散液を得た。
得られたシリカ微粒子分散液を40℃まで冷却し、限外ろ過膜(旭化成製SIP1013)にてSiO2濃度を12質量%まで濃縮した。濃縮後のシリカ微粒子分散液に陰イオン交換樹脂 三菱化学社製 SANUP Bを添加して陰イオンを除去した。
Preparation of << Silica Fine Particle Dispersion (Average Particle Diameter of Silica Fine Particles: 96 nm) >> A dispersion liquid (SiO 2 concentration) in which silica fine particles having an average particle diameter of 70 nm are dispersed in a solvent while stirring in 1,081 g of pure water. : 12% by mass) was added in an amount of 1,081 g. Then, 50 g of an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 15% by mass was added, and then the temperature was raised to 87 ° C. and maintained for 30 minutes.
Next, another part (6,143 g) of a high-purity silicic acid solution having a SiO 2 concentration of 4.4% by mass was added over 18 hours, and after the addition was completed, aging was performed while maintaining 87 ° C. A silica fine particle dispersion was obtained by dispersing silica fine particles having an average particle diameter of 96 nm in a solvent.
The obtained silica fine particle dispersion was cooled to 40 ° C., and the SiO 2 concentration was concentrated to 12% by mass with an ultrafiltration membrane (SIP1013 manufactured by Asahi Kasei Corporation). Anion exchange resin SANUP B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was added to the concentrated silica fine particle dispersion to remove anions.

<実施例1>
上記の準備工程1によって得られた平均粒子径が331nmであるシリカ微粒子分散液に超純水を加えて、SiO2固形分濃度3質量%の分散液6,000g(SiO2 dry180g)(以下、A-1液ともいう)を得た。
<Example 1>
Ultrapure water is added to the silica fine particle dispersion obtained in the above preparation step 1 having an average particle diameter of 331 nm, and 6,000 g (SiO 2 dry 180 g) of the dispersion having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass is added. A-1 liquid) was obtained.

次に、硝酸セリウム(III)6水和物(関東化学社製、4N高純度試薬)にイオン交換水を加え、CeO2換算で3.0質量%の硝酸セリウム水溶液(以下、B液ともいう)を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium nitrate (III) hexahydrate (4N high-purity reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), and 3.0% by mass of cerium nitrate aqueous solution (hereinafter, also referred to as solution B) in terms of CeO 2 was added. ) Was obtained.

次に、A-1液6,000gを15℃に保ち、撹拌しながら、ここへB液(7,186.7g、CeO2 dry215.6g)を18時間かけて添加した。この間、液温を15℃に維持しておき、また、必要に応じてアンモニア濃度3%のアンモニア水溶液を添加して、pH7.8から8.1を維持するようにした。そして、添加終了後に、液温15℃で4時間熟成を行った。なお、B液の添加中および熟成中は調合液にエアーを吹き込みながら調合を行い、酸化還元電位を100~200mVに保った。
その後、限外膜にてイオン交換水を補給しながら洗浄を行った。洗浄を終了して得られた前駆体粒子分散液は、固形分濃度が5.5質量%、pHが5.7(25℃にて)、電導度が27μS/cm(25℃にて)であった。
Next, while keeping 6,000 g of the A-1 solution at 15 ° C. and stirring, the B solution (7,186.7 g, CeO 2 dry215.6 g) was added over 18 hours. During this period, the liquid temperature was maintained at 15 ° C., and if necessary, an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% was added to maintain the pH at 7.8 to 8.1. Then, after the addition was completed, aging was carried out at a liquid temperature of 15 ° C. for 4 hours. During the addition and aging of the liquid B, the liquid was prepared while blowing air into the liquid, and the redox potential was maintained at 100 to 200 mV.
Then, washing was performed while replenishing ion-exchanged water with an ultrafiltration membrane. The precursor particle dispersion obtained after washing has a solid content concentration of 5.5% by mass, a pH of 5.7 (at 25 ° C), and a conductivity of 27 μS / cm (at 25 ° C). there were.

次に、得られた前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後、960℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉体(焼成体)を得た。 Next, the obtained precursor particle dispersion was dried in a dryer at 120 ° C. for 16 hours, and then calcined for 2 hours in a muffle furnace at 960 ° C. to obtain a powder (firing body).

焼成後に得られた粉体(焼成体)100gにイオン交換水300gを加え、さらにアンモニア水溶液(アンモニア濃度3質量%)を用いてpHを9.3に調整した後、φ0.25mmの石英ビーズ(大研化学工業株式会社製)にて湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を210分行った。
そして、解砕後に44メッシュの金網を通してビーズを分離した。得られた焼成体解砕分散液の固形分濃度は8.0質量%で重量は1175gであった。なお、解砕中にはアンモニア水溶液(アンモニア濃度3質量%)を添加してpHを9.3に保った。
300 g of ion-exchanged water was added to 100 g of the powder (calcined body) obtained after firing, and the pH was adjusted to 9.3 using an aqueous ammonia solution (ammonia concentration 3% by mass). Wet crushing (batch type tabletop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.) was performed at Daiken Kagaku Kogyo Co., Ltd. for 210 minutes.
Then, after crushing, the beads were separated through a 44 mesh wire mesh. The solid content concentration of the obtained calcined body crushed dispersion was 8.0% by mass, and the weight was 1175 g. During crushing, an aqueous ammonia solution (ammonia concentration 3% by mass) was added to keep the pH at 9.3.

さらに解砕した分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、1700Gで102秒処理し、軽液を回収し、セリア系複合微粒子分散液を得た。得られたセリア系複合微粒子分散液の平均粒子径を測定した。測定方法は前述の通りの画像解析法である。平均粒子径の測定結果を第3表に示す。 Further, the crushed dispersion was treated with a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at 1700 G for 102 seconds, and the light liquid was recovered to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion. The average particle size of the obtained ceria-based composite fine particle dispersion was measured. The measurement method is the image analysis method as described above. Table 3 shows the measurement results of the average particle size.

また、実施例1で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてSEMおよびTEMを用いて観察した。図2(a)にSEM像を、図2(b)にTEM像示す。図2から、複合微粒子はセリア子粒子で覆われており、複合微粒子に対するセリア子粒子の表面被覆率が非常に高いことがわかる。 In addition, the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Example 1 were observed using SEM and TEM. FIG. 2A shows an SEM image, and FIG. 2B shows a TEM image. From FIG. 2, it can be seen that the composite fine particles are covered with ceria particles, and the surface coverage of the ceria particles with respect to the composite fine particles is very high.

さらに、実施例1で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子のX線回折法によって測定した。得られたX線回折パターンを図3に示す。図3に示すように、X線回折パターンには、かなりシャープなCerianiteの結晶パターンが観察された。 Further, it was measured by an X-ray diffraction method of the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Example 1. The obtained X-ray diffraction pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 3, a fairly sharp Ceriante crystal pattern was observed in the X-ray diffraction pattern.

<実施例2>
実施例1では、シリカ微粒子分散液として準備工程1で得られた平均粒子径が331nmのシリカ粒子を用いたが、実施例2では、準備工程2で得られた平均粒子径が189nmのシリカ微粒子分散液を用い、焼成温度を1020℃とした以外は実施例1と同様の操作を行った。
<Example 2>
In Example 1, silica particles having an average particle diameter of 331 nm obtained in the preparation step 1 were used as the silica fine particle dispersion liquid, but in Example 2, silica fine particles having an average particle diameter of 189 nm obtained in the preparation step 2 were used. The same operation as in Example 1 was carried out except that the dispersion was used and the firing temperature was set to 1020 ° C.

また、実施例2で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてSEMおよびTEMを用いて観察した。図4(a)にSEM像を、図4(b)にTEM像示す。図4から、一部にセリア子粒子で被覆されていない箇所があるものの、複合微粒子はセリア子粒子で覆われており、複合微粒子に対するセリア子粒子の表面被覆率が非常に高いことがわかる。 In addition, the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Example 2 were observed using SEM and TEM. FIG. 4A shows an SEM image, and FIG. 4B shows a TEM image. From FIG. 4, it can be seen that the composite fine particles are covered with the ceria particles, although some parts are not covered with the ceria particles, and the surface coverage of the ceria particles with respect to the composite fine particles is very high.

さらに、実施例2で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子のX線回折法によって測定した。得られたX線回折パターンを図5に示す。図5に示すように、X線回折パターンには、かなりシャープなCerianiteの結晶パターンが観察された。 Further, it was measured by the X-ray diffraction method of the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Example 2. The obtained X-ray diffraction pattern is shown in FIG. As shown in FIG. 5, a fairly sharp Ceriante crystal pattern was observed in the X-ray diffraction pattern.

<実施例3>
準備工程3で得られた平均粒子径が96nmのシリカ微粒子分散液に超純水を加えて、SiO2固形分濃度3質量%の分散液2,083.3g(SiO2 dry62.5g)(以下、A-2液ともいう)を得た。
<Example 3>
Ultrapure water is added to the silica fine particle dispersion having an average particle diameter of 96 nm obtained in the preparation step 3, and 2,083.3 g (SiO 2 dry62.5 g) of the dispersion having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass is added. , Also referred to as A-2 liquid).

次に、硝酸セリウム(III)6水和物(関東化学社製、4N高純度試薬)にイオン交換水を加え、CeO2換算で3.0質量%のB液を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium nitrate (III) hexahydrate (4N high-purity reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) to obtain 3.0% by mass of B solution in terms of CeO 2 .

次に、A-2液2,083.3g(dry62.5g)を15℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへB液6,250g(dry187.5g)を18時間かけて添加した。この間、液温を15℃に維持しておき、また、必要に応じてアンモニア濃度3%のアンモニア水溶液を添加して、pH7.6~8.0を維持するようにした。そして、B液の添加が終了したら、液温を15℃に保ったまま4時間熟成を行った。なお、A-2液へB液を添加している間および熟成中は調合液にエアーを吹き込みつづけ、酸化還元電位を50~200mVに保った。
熟成終了後は、限外膜を用いてろ過した後にイオン交換水を補給して洗浄する作業を、電気伝導度が51μS/cmまで繰り返し行い、前駆体粒子分散液を得た。
Next, 2,083.3 g (dry62.5 g) of the A-2 solution was heated to 15 ° C., and 6,250 g (dry187.5 g) of the B solution was added thereto over 18 hours while stirring. During this period, the liquid temperature was maintained at 15 ° C., and if necessary, an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% was added to maintain the pH at 7.6 to 8.0. Then, when the addition of the liquid B was completed, aging was carried out for 4 hours while keeping the liquid temperature at 15 ° C. While liquid B was being added to liquid A-2 and during aging, air was continuously blown into the preparation liquid to maintain the redox potential at 50 to 200 mV.
After completion of aging, the work of replenishing ion-exchanged water and washing after filtering using an ultrafiltration membrane was repeated until the electrical conductivity was 51 μS / cm to obtain a precursor particle dispersion.

次に、得られた前駆体粒子分散液に3質量%酢酸を加えてpHを6.5に調整し、120℃の乾燥機中で15時間乾燥させた後、1015℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉状の焼成体を得た。 Next, 3% by mass acetic acid was added to the obtained precursor particle dispersion to adjust the pH to 6.5, and the mixture was dried in a dryer at 120 ° C. for 15 hours and then used in a muffle furnace at 1015 ° C. It was fired for 2 hours to obtain a powdery fired body.

得られた焼成体310gと、イオン交換水821gとを、1Lの柄付きビーカーに入れ、そこへ3%アンモニア水溶液を加え、撹拌しながら超音波浴槽中で10分間超音波を照射し、pH10(温度は25℃)の懸濁液を得た。
次に、事前に設備洗浄を行った解砕機(アシザワファインテック株式会社製、LMZ06)にφ0.25mmの石英ビーズ595gを投入し、水運転を行った。さらに上記の懸濁液を解砕機のチャージタンクに充填した(充填率85%)。なお、解砕機の粉砕室及び配管中に残留したイオン交換水を考慮すると、解砕時の濃度は19質量%である。そして、解砕機におけるディスクの周速を12m/sec、パス回数を20回で湿式解砕を行った。また、解砕時の懸濁液のpHを10に維持するように、パス毎にアンモニア濃度3質量%アンモニア水溶液を添加した。このようにして、固形分濃度15質量%の焼成体解砕分散液を得た。
次いで得られた焼成体解砕分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、相対遠心加速度675Gで3分間、遠心分離処理し、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液を得た。
310 g of the obtained fired body and 821 g of ion-exchanged water were placed in a 1 L patterned beaker, a 3% aqueous ammonia solution was added thereto, and ultrasonic waves were irradiated in an ultrasonic bath for 10 minutes with stirring to obtain a pH of 10 ( A suspension having a temperature of 25 ° C.) was obtained.
Next, 595 g of quartz beads having a diameter of 0.25 mm were put into a crusher (LMZ06 manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) whose equipment had been washed in advance, and water operation was performed. Further, the above suspension was filled in the charge tank of the crusher (filling rate 85%). Considering the ion-exchanged water remaining in the crushing chamber and the piping of the crusher, the concentration at the time of crushing is 19% by mass. Then, wet crushing was performed at a peripheral speed of the disk in the crusher at 12 m / sec and a number of passes of 20 times. Further, an aqueous ammonia solution having an ammonia concentration of 3% by mass was added for each pass so that the pH of the suspension at the time of crushing was maintained at 10. In this way, a calcined body crushed dispersion having a solid content concentration of 15% by mass was obtained.
Next, the obtained calcined body crushed dispersion was centrifuged in a centrifuge device (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at a relative centrifugal acceleration of 675 G for 3 minutes to remove sediment components, and ceria was removed. A system composite fine particle dispersion was obtained.

<比較例1>
準備工程1で得られた平均粒子径が331nmのシリカ微粒子分散液を、セリア系複合微粒子として、実施例1と同様の評価を行った。つまり、準備工程1で得られた平均粒子径が331nmのシリカ微粒子分散液について、実施例1にて得られたセリア系複合微粒子と同様の評価を行った。
<Comparative Example 1>
The silica fine particle dispersion obtained in the preparation step 1 having an average particle diameter of 331 nm was used as a ceria-based composite fine particle, and the same evaluation as in Example 1 was performed. That is, the silica fine particle dispersion obtained in the preparation step 1 having an average particle diameter of 331 nm was evaluated in the same manner as the ceria-based composite fine particles obtained in Example 1.

<比較例2>
準備工程2で得られた平均粒子径が189nmのシリカ微粒子分散液を、セリア系複合微粒子として、実施例1と同様の評価を行った。つまり、準備工程2で得られた平均粒子径が189nmのシリカ微粒子分散液について、実施例1にて得られたセリア系複合微粒子と同様の評価を行った。
<Comparative Example 2>
The silica fine particle dispersion obtained in the preparation step 2 having an average particle diameter of 189 nm was used as a ceria-based composite fine particle, and the same evaluation as in Example 1 was performed. That is, the silica fine particle dispersion obtained in the preparation step 2 having an average particle diameter of 189 nm was evaluated in the same manner as the ceria-based composite fine particles obtained in Example 1.

<比較例3>
準備工程3で得られた平均粒子径が96nmのシリカ微粒子分散液に超純水を加えて、SiO2固形分濃度3質量%の分散液5,833.3g(SiO2 dry175g)(以下、A-3液ともいう)を得た。
<Comparative Example 3>
Ultrapure water is added to the silica fine particle dispersion having an average particle diameter of 96 nm obtained in the preparation step 3, and the dispersion having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass is 5,833.3 g (SiO 2 dry175 g) (hereinafter referred to as A). -3 liquid) was obtained.

次に、硝酸セリウム(III)6水和物(関東化学社製、4N高純度試薬)にイオン交換水を加え、CeO2換算で3.0質量%のB液を得た。 Next, ion-exchanged water was added to cerium nitrate (III) hexahydrate (4N high-purity reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) to obtain 3.0% by mass of B solution in terms of CeO 2 .

次に、A-3液5,833.3g(SiO2 dry175g)を18℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへB液2,500g(dry75g)を18時間かけて添加した。この間、液温を18℃に維持しておき、また、必要に応じて3%アンモニア水を添加して、pH7.4~7.8を維持するようにした。そして、B液の添加が終了したら、液温を18℃に保ったまま4時間熟成を行った。なお、A-3液へB液を添加している間および熟成中は調合液にエアーを吹き込みつづけ、酸化還元電位を50~200mVに保った。
熟成終了後は、限外膜を用いてろ過した後にイオン交換水を補給して洗浄する作業を、電気伝導度が50μS/cmまで繰り返し行い、前駆体粒子分散液を得た。
Next, 5,833.3 g (SiO 2 dry 175 g) of the A-3 liquid was heated to 18 ° C., and 2,500 g (dry 75 g) of the B liquid was added thereto while stirring. During this period, the liquid temperature was maintained at 18 ° C., and 3% aqueous ammonia was added as needed to maintain the pH at 7.4 to 7.8. Then, when the addition of the liquid B was completed, aging was carried out for 4 hours while keeping the liquid temperature at 18 ° C. While liquid B was being added to liquid A-3 and during aging, air was continuously blown into the preparation liquid to maintain the redox potential at 50 to 200 mV.
After completion of aging, the work of replenishing ion-exchanged water and washing after filtering using an ultrafiltration membrane was repeated until the electrical conductivity was 50 μS / cm to obtain a precursor particle dispersion.

次に、得られた前駆体粒子分散液に3質量%酢酸を加えてpHを6.5に調整し、120℃の乾燥機中で15時間乾燥させた後、1032℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉状の焼成体を得た。
焼成後に得られた粉体(焼成体)100gにイオン交換水300gを加え、さらに3%アンモニア水溶液を用いてpHを9.3に調整した後、φ0.25mmの石英ビーズ(大研化学工業株式会社製)にて湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を300分行った。
そして、解砕後に44メッシュの金網を通してビーズを分離した。得られた焼成体解砕分散液の固形分濃度は8.2質量%で重量は1078gであった。なお、解砕中にはアンモニア水溶液を添加してpHを9.3に保った。
Next, 3% by mass acetic acid was added to the obtained precursor particle dispersion to adjust the pH to 6.5, and the mixture was dried in a dryer at 120 ° C. for 15 hours and then used in a muffle furnace at 1032 ° C. It was fired for 2 hours to obtain a powdery fired body.
After adding 300 g of ion-exchanged water to 100 g of powder (calcined body) obtained after firing and adjusting the pH to 9.3 using a 3% aqueous ammonia solution, φ0.25 mm quartz beads (Daken Kagaku Kogyo Co., Ltd.) Wet crushing (batch type tabletop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.) was performed for 300 minutes at (manufactured by the company).
Then, after crushing, the beads were separated through a 44 mesh wire mesh. The solid content concentration of the obtained calcined body crushed dispersion was 8.2% by mass, and the weight was 1078 g. During crushing, an aqueous ammonia solution was added to keep the pH at 9.3.

さらに解砕した分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、1700Gで102秒処理し、軽液を回収し、セリア系複合微粒子分散液を得た。 Further, the crushed dispersion was treated with a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") at 1700 G for 102 seconds, and the light liquid was recovered to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.

また、比較例3で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてSEMおよびTEMを用いて観察した。図6(a)にSEM像を、図6(b)にTEM像示す。図6から、セリア子粒子はアイランド状で存在しており、複合微粒子に対する表面被覆率が低いことが分かった。 In addition, the ceria-based composite fine particles contained in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Comparative Example 3 were observed using SEM and TEM. FIG. 6A shows an SEM image, and FIG. 6B shows a TEM image. From FIG. 6, it was found that the ceria child particles existed in the form of islands and had a low surface coverage with respect to the composite fine particles.

<比較例4>
0.7質量%のアンモニア水3.63kgを準備し、これを93℃に昇温した(A-4液)。次いでCeO2として1.6質量%の硝酸セリウム溶液5.21kg(B液)を準備し、A-4液にB液を1時間かけて添加した。添加終了後は93℃を保持して3時間熟成を行った。熟成後の溶液のpHは8.4であった。熟成した溶液を冷却後、相対遠心加速度:5000Gで遠心分離し、上澄み液を除去した。そして、沈殿したケーキにイオン交換水を加えて撹拌してレスラリーを行い、再度、相対遠心加速度:5000Gで遠心分離を行う処理を、スラリーの電導度が100μS/cm以下になるまで繰り返した。電導度が100μS/cm以下となったスラリーを固形分濃度6.0質量%に調整して超音波で分散し、セリア微粒子分散液を得た。
得られたセリア微粒子分散液について平均粒子径を測定したところ、118nmであった。
またX線で結晶子径、結晶型を測定したところ、結晶子径は18nmで、Cerianiteの結晶型を示した。
このセリア微粒子分散液を硝酸でpHを5.0に調整し、固形分濃度0.6質量の研磨用砥粒分散液を得た。この研磨用砥粒分散液で熱酸化膜の研磨を行った。結果を第1表~第3表に示す。
<Comparative Example 4>
3.63 kg of 0.7 mass% aqueous ammonia was prepared and heated to 93 ° C. (Liquid A-4). Next, 5.21 kg (Liquid B) of a 1.6 mass% cerium nitrate solution was prepared as CeO 2 , and Liquid B was added to Liquid A-4 over 1 hour. After the addition was completed, the mixture was aged at 93 ° C. for 3 hours. The pH of the solution after aging was 8.4. After cooling the aged solution, the solution was centrifuged at a relative centrifugal acceleration of 5000 G to remove the supernatant. Then, ion-exchanged water was added to the precipitated cake, and the mixture was stirred to perform a reslurry, and the process of centrifuging at a relative centrifugal acceleration of 5000 G was repeated until the electric conductivity of the slurry became 100 μS / cm or less. The slurry having an electric conductivity of 100 μS / cm or less was adjusted to a solid content concentration of 6.0% by mass and dispersed by ultrasonic waves to obtain a ceria fine particle dispersion.
The average particle size of the obtained ceria fine particle dispersion was measured and found to be 118 nm.
Moreover, when the crystallite diameter and the crystal form were measured by X-ray, the crystallite diameter was 18 nm, and the crystal form of Cerianite was shown.
The pH of this ceria fine particle dispersion was adjusted to 5.0 with nitric acid to obtain a polishing abrasive grain dispersion having a solid content concentration of 0.6 mass. The thermal oxide film was polished with this abrasive grain dispersion liquid for polishing. The results are shown in Tables 1 to 3.

Figure 0007020865000001
Figure 0007020865000001

Figure 0007020865000002
Figure 0007020865000002

Figure 0007020865000003
Figure 0007020865000003

<実験2>
[Si固溶状態の測定]
実施例1で調製したセリア系複合微粒子分散液を、X線吸収分光測定装置(Rigaku社製のR-XAS Looper)を用いて、CeL III吸収端(5727eV)におけるX線吸収スペクトルを測定し、そのX線吸収スペクトルに現れるEXAFS振動を得た。解析にはRigaku製ソフトウエアREX-2000を使用し、セリウム周辺の酸素及びセリウムの平均配位原子数N、平均結合距離Rを得た。結果を第4表に示す。
第4表の結果から、セリウムの周辺には酸素、ケイ素およびセリウムが存在し、実施例1ではセリウム-酸素原子間距離は2.4Åで、セリウム―セリウム原子間距離は3.8Åであるのに対して、セリウム-ケイ素の原子間距離は3.2Åであることが確認された。実施例3では、セリウム-酸素原子間距離は2.4Åで、セリウム―セリウム原子間距離は3.9Åであるのに対して、セリウム-ケイ素の原子間距離は3.2Åであることが確認された。
また、XRDの分析結果から、セリウムはCerianiteの結晶型でCeO2として存在している。
したがって、実施例1および実施例3の場合、酸化セリウム中にSiが固溶していると考えられる。
これに対して比較例1および比較例4ではCe中心のSi配位は検出されなかった。
<Experiment 2>
[Measurement of Si solid solution state]
The ceria-based composite fine particle dispersion prepared in Example 1 was measured for X-ray absorption spectrum at the CeL III absorption edge (5727eV) using an X-ray absorption spectroscopy measuring device (R-XAS Looper manufactured by Rigaku). The EXAFS vibration appearing in the X-ray absorption spectrum was obtained. Rigaku software REX-2000 was used for the analysis, and the average number of coordinated atoms N and the average bond length R of oxygen and cerium around cerium were obtained. The results are shown in Table 4.
From the results in Table 4, oxygen, silicon and cerium are present around cerium, and in Example 1, the cerium-oxygen atom distance is 2.4 Å and the cerium-cerium atom distance is 3.8 Å. On the other hand, it was confirmed that the interatomic distance between cerium and silicon was 3.2 Å. In Example 3, it was confirmed that the cerium-oxygen atom distance was 2.4 Å and the cerium-cerium atom distance was 3.9 Å, whereas the cerium-silicon atom distance was 3.2 Å. Was done.
Moreover, from the analysis result of XRD, cerium exists as CeO 2 in the crystal form of Cerianite.
Therefore, in the case of Example 1 and Example 3, it is considered that Si is dissolved in cerium oxide.
On the other hand, in Comparative Example 1 and Comparative Example 4, the Si coordination at the center of Ce was not detected.

Figure 0007020865000004
Figure 0007020865000004

<実験3>
実施例2、3及び比較例4で得られた各セリア系複合微粒子分散液について、流動電位の測定及びカチオンコロイド滴定を行った。滴定装置として、流動電位滴定ユニット(PCD-500)を搭載した自動滴定装置AT-510(京都電子工業製)を用いた。
まず、固形分濃度を1質量%に調整したセリア系複合微粒子分散液へ0.05%の塩酸水溶液を添加してpH6に調整した。次に、その液の固形分として0.8gに相当する量を100mlのトールビーカーに入れ、流動電位の測定を行った。次にカチオンコロイド滴定液(0.001Nポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム溶液)を5秒間隔、1回の注入量0.2ml、注入速度2秒/mlで20mlを添加して滴定を行った。そして、カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)をX軸、セリア系複合微粒子分散液の流動電位(mV)をY軸にプロットして、流動電位曲線の開始点における流動電位I(mV)、ならびにクニックにおける流動電位C(mV)及びカチオンコロイド滴定液の添加量V(ml)を求め、ΔPCD/V=(I-C)/Vを算出した。結果を第5表に示す。また流動電位曲線を図7に示す。
<Experiment 3>
The flow potential of each ceria-based composite fine particle dispersion obtained in Examples 2 and 3 and Comparative Example 4 was measured and cationic colloid titration was performed. As the titration device, an automatic titration device AT-510 (manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.) equipped with a flow potential titration unit (PCD-500) was used.
First, a 0.05% aqueous hydrochloric acid solution was added to a ceria-based composite fine particle dispersion having a solid content concentration adjusted to 1% by mass to adjust the pH to 6. Next, an amount corresponding to 0.8 g of the solid content of the liquid was placed in a 100 ml tall beaker, and the flow potential was measured. Next, a cationic colloid titration solution (0.001N polydialyldimethylammonium chloride solution) was added at 5-second intervals with an injection volume of 0.2 ml and an injection rate of 2 seconds / ml to 20 ml for titration. Then, the addition amount (ml) of the cation colloid titration solution is plotted on the X-axis, and the flow potential (mV) of the ceria-based composite fine particle dispersion is plotted on the Y-axis. In addition, the flow potential C (mV) in the knick and the addition amount V (ml) of the cationic colloid titrator were determined, and ΔPCD / V = (IC) / V was calculated. The results are shown in Table 5. The flow potential curve is shown in FIG.

Figure 0007020865000005
Figure 0007020865000005

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

Claims (14)

下記[1]から[5]の特徴を備える平均粒子径30~1000nmのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
[1]前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子のセリア系複合微粒子における表面被覆率が60%以上であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が100:50~400であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
[5]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が10~50nmであること。
A ceria-based composite fine particle dispersion liquid containing ceria-based composite fine particles having an average particle diameter of 30 to 1000 nm and having the following characteristics [1] to [5].
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, and the mother particle is Amorphous silica is the main component, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria.
[2] The surface coverage of the child particles in the ceria-based composite fine particles is 60% or more .
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of silica to ceria of 100: 50 to 400.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, only the crystal phase of ceria is detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 50 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.
前記子粒子の幾何平均粒子径が10~60nmである、請求項1に記載のセリア系複合微粒子分散液。 The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to claim 1, wherein the geometric mean particle diameter of the child particles is 10 to 60 nm. 下記[6]の特徴をさらに備える前記セリア系複合微粒子を含む、請求項1または2に記載のセリア系複合微粒子分散液。
[6]前記子粒子が含む結晶性セリアにケイ素原子が固溶していること。
The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to claim 1 or 2, which further comprises the ceria-based composite fine particles having the following characteristics of [6].
[6] A silicon atom is dissolved in the crystalline ceria contained in the child particles.
前記子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム―ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム―セリウム原子間距離をR2としたときに、R1<R2の関係を満たす、請求項3に記載のセリア系複合微粒子分散液。 A claim that the cerium atom and silicon atom contained in the child particles satisfy the relationship of R 1 <R 2 when the cerium-silicon atom distance is R 1 and the cerium-cerium atom distance is R 2 . 3. The cerium-based composite fine particle dispersion liquid according to 3. カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式(1)で表される流動電位変化量(ΔPCD)と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量(V)との比(ΔPCD/V)が-150.0~-15.0となる流動電位曲線が得られる、請求項1~4のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
ΔPCD/V=(I-C)/V・・・式(1)
C:前記クニックにおける流動電位(mV)
I:前記流動電位曲線の開始点における流動電位(mV)
V:前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量(ml)
When cationic colloid titration is performed, the ratio (ΔPCD / V) of the flow potential change amount (ΔPCD) represented by the following formula (1) to the addition amount (V) of the cationic colloid titration solution in the knick is −150. The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein a flow potential curve of 0 to -15.0 can be obtained.
ΔPCD / V = (IC) / V ... Equation (1)
C: Flow potential (mV) in the knick
I: Flow potential (mV) at the start point of the flow potential curve
V: Addition amount (ml) of the cationic colloid titration solution in the knick
pH値が3~8の範囲である場合の滴定前の流動電位がマイナスの電位であることを特徴とする、請求項5に記載のセリア系複合微粒子分散液。 The ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 5, wherein the flow potential before titration is a negative potential when the pH value is in the range of 3 to 8. 0.98μm以上の粗大粒子となっている前記セリア系複合微粒子の数が、ドライ換算で100百万個/cc以下である、請求項1~6のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。 The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 1 to 6, wherein the number of the ceria-based composite fine particles having coarse particles of 0.98 μm or more is 100 million / cc or less in terms of dryness. .. 前記セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 1 to 7, wherein the content ratio of impurities contained in the ceria-based composite fine particles is as follows (a) and (b).
(A) The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are 100 ppm or less, respectively.
(B) The contents of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are 5 ppm or less, respectively.
請求項1~8のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。 An abrasive grain dispersion liquid for polishing containing the ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 1 to 8. 前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする請求項9に記載の研磨用砥粒分散液。 The polishing abrasive grain dispersion liquid according to claim 9, wherein the polishing abrasive grain dispersion liquid is for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed. 下記の工程1~工程3を含むことを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程1:シリカ微粒子が溶媒に分散しているシリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、800~1,200℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程3:前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度300G以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of claims 1 to 8, which comprises the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir the silica fine particle dispersion liquid in which the silica fine particles are dispersed in the solvent, and maintain the temperature at 0 to 20 ° C., the pH at 7.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. A step of continuously or intermittently adding a metal salt of hecerium to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 800 to 1,200 ° C., a solvent is added to the obtained calcined product, and the mixture is crushed in a wet manner in the range of pH 8.6 to 10.8. A process of processing to obtain a calcined body crushed dispersion.
Step 3: A step of centrifuging the fired body crushed dispersion at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently removing the sedimentation component to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
前記工程1が、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、請求項11に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。 In step 1, the silica fine particle dispersion is stirred, the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is 7.0 to 9.0, and the redox potential is maintained at 50 to 500 mV. Is continuously or intermittently added, and then the metal salt of the cerium is maintained at a temperature of more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, a pH of 7.0 to 9.0, and a redox potential of 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 11, which is a step of continuously or intermittently adding the above to obtain the precursor particle dispersion. 前記工程1が、前記シリカ微粒子分散液を撹拌し、温度を20℃超98℃以下、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を0~20℃、pHを7.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、請求項11または12に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。 In step 1, the silica fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at more than 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the pH is 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is 50 to 500 mV. The metal salt of the cerium is added continuously or intermittently, and then the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is maintained at 7.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential is maintained at 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion according to claim 11 or 12, which is a step of continuously or intermittently adding the above to obtain the precursor particle dispersion. 前記工程1における前記シリカ微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の(a)及び(b)のとおりであることを特徴とする請求項11~13のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
The ceria-based composite fine particle dispersion according to any one of claims 11 to 13, wherein the content ratio of impurities contained in the silica fine particles in the step 1 is as follows (a) and (b). Liquid manufacturing method.
(A) The contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn are 100 ppm or less, respectively.
(B) The contents of U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F are 5 ppm or less, respectively.
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