JP7038031B2 - Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based composite fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based composite fine particle dispersion. - Google Patents
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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, the abrasive grains have a role of polishing by mechanical action, and colloidal silica, fumed silica, and ceria particles are used as the abrasive grains. In particular, ceria particles show a specifically high polishing rate with respect to the silicon oxide film, and are therefore applied to polishing in the shallow trench element separation step.
In the shallow trench element separation step, not only the silicon oxide film is polished, but also the silicon nitride film is polished. In order to facilitate element separation, it is desirable that the polishing rate of the silicon oxide film is high and the polishing rate of the silicon nitride film is low, and this polishing rate ratio (selection ratio) is also important.
従来、このような部材の研磨方法として、比較的粗い1次研磨処理を行った後、精密な2次研磨処理を行うことにより、平滑な表面あるいはスクラッチなどの傷が少ない極めて高精度の表面を得る方法が行われている。
このような仕上げ研磨としての2次研磨に用いる研磨剤に関して、従来、例えば次のような方法等が提案されている。
Conventionally, as a method for polishing such a member, a relatively rough primary polishing process is then performed, and then a precise secondary polishing process is performed to obtain a smooth surface or an extremely high-precision surface with few scratches and the like. 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、非晶質シリカを主成分とする母粒子の表面上に結晶性セリアを主成分とする子粒子を有し、さらにその子粒子の表面にシリカ被膜を有している、下記[1]から[3]の特徴を備える平均粒子径50~350nmのシリカ系複合微粒子を含む、シリカ系複合微粒子分散液が記載されている。[1]前記シリカ系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11~316であること。[2]前記シリカ系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。[3]前記シリカ系複合微粒子は、X線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの(111)面の結晶子径が10~25nmであること。そして、このようなシリカ系複合微粒子によれば、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、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成でき、さらに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シリカ系複合微粒子分散液を提供することができると記載されている。 Further, Patent Document 2 has child particles containing crystalline ceria as a main component on the surface of a mother particle containing amorphous silica as a main component, and further has a silica film on the surface of the child particles. , A silica-based composite fine particle dispersion liquid containing silica-based composite fine particles having an average particle diameter of 50 to 350 nm and having the following characteristics [1] to [3] is described. [1] The silica-based composite fine particles have a mass ratio of 100: 11 to 316 between components other than ceria and ceria. [2] When the silica-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, a crystal phase of ceria and a crystal phase of a crystalline inorganic oxide are detected. [3] The silica-based composite fine particles have a crystallinity diameter of 10 to 25 nm on the (111) plane of the crystalline ceria, which is measured by subjecting it to X-ray diffraction. Further, according to such silica-based composite fine particles, even a silica film, a Si wafer or a difficult-to-process material can be polished at high speed, and at the same time, high surface accuracy (low scratch, surface roughness of the substrate to be polished (low scratch, surface roughness of the substrate to be polished) ( It is possible to provide a silica-based composite fine particle dispersion liquid that can be preferably used for polishing the surface of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates because Ra) can be achieved (such as low) and contains no impurities. Are listed.
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 a concern that particles may remain on the surface of the polishing substrate.
また、特許文献2に記載のシリカ系複合微粒子分散液は、研磨用途において、優れた研磨性能(研磨速度、高面精度など)を発揮可能なものであるが、半導体装置の更なる高密度化・高集積化に伴い、半導体基板に対し、より優れた研磨性能を示す砥粒分散液が求められている。 Further, the silica-based composite fine particle dispersion liquid described in Patent Document 2 can exhibit excellent polishing performance (polishing speed, high surface accuracy, etc.) in polishing applications, but further increases the density of semiconductor devices. -With the increase in integration, there is a demand for an abrasive grain dispersion liquid that exhibits better polishing performance for semiconductor substrates.
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)~(9)である。
(1)下記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2~1.0の範囲にあり、平均粒子径が50~1000nmである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被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14~60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11~316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[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10~25nmであること。
(2)前記結晶性無機酸化物が、アルミナ、チタニアおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、上記(1)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(3)前記セリウム含有被覆層が前記母粒子と同じ元素およびセリウムを含むことを特徴とする、上記(1)または(2)に記載のセリア系複合微粒子分散液。
(4)前記セリウム含有被覆層がシリカを含むことを特徴とする、上記(1)~(3)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(5)前記母粒子の圧縮破壊強度が1.0~3.0MPaであることを特徴とする、上記(1)~(4)のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
(6)上記(1)~(5)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。
(7)シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする上記(6)に記載の研磨用砥粒分散液。
(8)下記の工程1~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:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物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、700~1,200℃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。
(9)前記工程1が、前記結晶性無機酸化物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とケイ素を含む成分と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(8)に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
The present inventor has diligently studied to solve the above problems and completed the present invention.
The present invention is the following (1) to (9).
(1) Contains ceria-based composite fine particles having the following characteristics [1] to [5], a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0, and an average particle diameter of 50 to 1000 nm. Ceria-based composite fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing coating layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer, and the mother particle is The main component is crystalline inorganic oxide, and the child particles are mainly composed of crystalline cerium.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria and ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, the crystal phase of ceria and the crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 25 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 crystalline inorganic oxide is at least one selected from the group consisting of alumina, titania and zirconia.
(3) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to (1) or (2) above, wherein the cerium-containing coating layer contains the same elements and cerium as the mother particles.
(4) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of (1) to (3) above, wherein the cerium-containing coating layer contains silica.
(5) The ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of (1) to (4) above, wherein the compression fracture strength of the mother particles is 1.0 to 3.0 MPa.
(6) A polishing abrasive grain dispersion liquid containing the ceria-based composite fine particle dispersion liquid according to any one of (1) to (5) above.
(7) The abrasive grain dispersion liquid for polishing according to (6) above, which is used for flattening a semiconductor substrate on which a silica film is formed.
(8) A method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, which comprises the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 are dispersed in a solvent, and set the temperature to 0 to 20. A precursor particle dispersion containing precursor particles by continuously or intermittently adding a metal salt of cerium to the temperature, pH of 7.0 to 9.0, and redox potential of 50 to 500 mV. The process of obtaining.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 700 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.
(9) In step 1, the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is 7.0 to 9.0, and the redox potential is 50 to 500 mV. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion according to (8) above, which is a step of continuously or intermittently adding a metal salt of cerium and a component containing silicon to obtain the precursor particle dispersion. ..
本発明のセリア系複合微粒子分散液を、例えば、研磨用砥粒分散液として研磨用途に使用した場合、対象がシリカ膜、Siウェハなどを含む難加工材であっても、高速で研磨することができ、同時に高面精度(低スクラッチ、被研磨基板の表面粗さ(Ra)が低いこと等)を達成することができる。本発明のセリア系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。
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、不純物を含まないかあるいは殆ど含まないため、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。
When the ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention is used for polishing as an abrasive grain dispersion for polishing, for example, even if the target is a difficult-to-process material containing a silica film, a Si wafer, etc., it can be polished at high speed. At the same time, high surface accuracy (low scratch, low surface roughness (Ra) of the substrate to be polished, etc.) can be achieved. The method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based composite fine particle dispersion liquid exhibiting such excellent performance.
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. 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 contains no or almost no impurities, and therefore, a semiconductor substrate, a wiring substrate, etc. It can be preferably used for polishing the surface of a semiconductor device.
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.
本発明について説明する。
本発明は、下記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2~1.0の範囲にあり、平均粒子径が50~1000nmである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被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14~60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11~316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[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10~25nmであること。
The present invention will be described.
The present invention includes the following features [1] to [5], a ceria-based composite fine particles having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0 and an average particle diameter of 50 to 1000 nm. , Ceria-based composite fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing coating layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer, and the mother particle is The main component is crystalline inorganic oxide, and the child particles are mainly composed of crystalline cerium.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria and ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, the crystal phase of ceria and the crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 25 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.
上記[1]から[5]の特徴を備え、短径/長径比が0.2~1.0の範囲にある平均粒子径50~1000nm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、このような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。
Ceria-based composite fine particles having the above-mentioned characteristics [1] to [5] and having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0 and an average particle diameter of 50 to 1000 nm are referred to as "composite of the present invention" below. Also called "fine particles".
Further, such a ceria-based composite fine particle dispersion is also referred to as "dispersion 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:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物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、700~1,200℃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。
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 crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 are dispersed in a solvent, and set the temperature to 0 to 20. A precursor particle dispersion containing precursor particles by continuously or intermittently adding a metal salt of cerium to the temperature, pH of 7.0 to 9.0, and redox potential of 50 to 500 mV. The process of obtaining.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 700 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.
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および本発明の製造方法のいずれをも意味するものとする。 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、子粒子の一部が外部に露出しているタイプであり、図1(b)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被覆層12と、セリウム含有被覆層12の内部に分散している子粒子14とを有する。なお、図1中の▲は、後述するSTEM-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. 1A is a type in which a part of the child particles is exposed to the outside, and FIG. 1B is a buried type in which all the child particles are not exposed to the outside.
As shown in FIG. 1, the composite
本発明の複合微粒子においてセリウム含有被覆層が形成される機構およびそのセリウム含有被覆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。
後述するように、結晶性無機酸化物微粒子を構成する結晶性無機酸化物の代表例として、アルミナ、チタニア、ジルコニアが挙げられ、さらにシリカが含まれる場合が挙げられるが、以下では結晶性無機酸化物がアルミナである場合について説明する。
例えば、アルミニウムイソプロポキシドにアンモニアを添加し、加水分解・縮重合の操作を行い、さらに乾燥、焼成を行うことで得た結晶性無機酸化物微粒子を溶媒に分散させることで得た結晶性無機酸化物部粒子分散液に、セリウム塩の溶解液を添加しながら、並行してアルカリを添加すると、セリウム塩の溶解液が中和される。そうすると、結晶性無機酸化物微粒子の表面の水酸基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物(水酸化セリウム等)とが反応し、一例として、Ce(OH)・Al(OH)様の化合物を経由して、結晶性無機酸化物微粒子の表面にCeO2・Al2O3・Al(OH)およびCeO2超微粒子(粒径が2.5nm以上、10nm未満の範囲)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アルミネートからなる層を意味する)が形成される。焼成工程においてセリウムアルミネートから分相したセリウム原子がCeO2超微粒子に沈着するため、結晶性無機酸化物微粒子の表面に形成されるCeO2超微粒子は粒子成長する。必要とする研磨速度を達成するためのセリア子粒子の結晶の大きさ(10~25nm)とするためには、調合で得た結晶子径が2.5nm未満である場合、より高温焼成が必要とされる。しかし、高温で処理されると分相で生じたアルミナが接着剤となって、当該発明の単結晶性セリア系複合微粒子を、後工程における解砕によって得ることができない。
なお、ここでは結晶性無機酸化物がアルミナである場合であるため、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムアルミネートからなる層であるが、結晶性無機酸化物としてアルミナではなくチタニアであれば、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムチタネートからなる層であり、結晶性無機酸化物としてアルミナではなくジルコニアであれば、前記CeO2超微粒子含有層は、CeO2超微粒子とセリウムジルコネートからなる層である。
The present inventor presumes the mechanism by which the cerium-containing coating 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 coating layer as follows. ..
As will be described later, representative examples of the crystalline inorganic oxide constituting the crystalline inorganic oxide fine particles include alumina, titania, and zirconia, and there are cases where silica is further contained. In the following, crystalline inorganic oxidation A case where the substance is alumina will be described.
For example, crystalline inorganic obtained by adding ammonia to aluminum isopropoxide, performing hydrolysis / shrink polymerization operations, and further drying and firing to disperse crystalline inorganic oxide fine particles in a solvent. When the alkali is added in parallel with the solution of the cerium salt to the oxide particle dispersion, the solution of the cerium salt is neutralized. Then, the hydroxyl group on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles reacts with the product (cerium hydroxide, etc.) obtained by neutralizing the solution of the cerium salt, and as an example, Ce (OH) / Al (OH) -like A layer containing CeO 2 , Al 2 O 3 , Al (OH) and CeO 2 ultrafine particles (particle size of 2.5 nm or more and less than 10 nm) on the surface of crystalline inorganic oxide fine particles via a compound ( Hereinafter, it is also referred to as “CeO 2 ultrafine particle-containing layer”, which means a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium aluminumate). Since the cerium atom phase-separated from the cerium aluminate is deposited on the CeO 2 ultrafine particles in the firing step, the CeO 2 ultrafine particles formed on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles grow into particles. In order to obtain the crystal size (10 to 25 nm) of the ceria child particles to achieve the required polishing rate, if the crystallite diameter obtained by the formulation is less than 2.5 nm, higher temperature firing is required. It is said that. However, when treated at a high temperature, the alumina generated in the phase separation becomes an adhesive, and the single crystalline ceria-based composite fine particles of the present invention cannot be obtained by crushing in a subsequent step.
Since the crystalline inorganic oxide is alumina here, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium aluminate, but as a crystalline inorganic oxide, alumina is used. If it is titania, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is a layer composed of CeO 2 ultrafine particles and cerium titanate, and if the crystalline inorganic oxide is zirconia instead of alumina, the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is , CeO 2 Ultrafine particles and cerium zirconate.
調合工程(工程1)で平均粒子径2.5nm以上のCeO2超微粒子を得るためには、セリウム塩と、アルミナとの反応を抑制するため、セリウム塩を添加する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液の温度は20℃以下であることが好ましい。この際、一部のCeO2超微粒子は調合中の酸化還元電位を所定範囲に保つことにより、加熱・熟成がなくとも既に結晶化している。一方、20℃超の温度で調合した後、液相において加熱処理・熟成しても、CeO2超微粒子は2.5nm以上に成長せず、また結晶化も生じ難い傾向にある。 In order to obtain CeO 2 ultrafine particles having an average particle diameter of 2.5 nm or more in the compounding step (step 1), a crystalline inorganic oxide is added when the cerium salt is added in order to suppress the reaction between the cerium salt and the alumina. The temperature of the fine particle dispersion is preferably 20 ° C. or lower. At this time, some CeO 2 ultrafine particles are already crystallized without heating and aging by keeping the redox potential during preparation within a predetermined range. On the other hand, even if the mixture is prepared at a temperature of more than 20 ° C. and then heat-treated and aged in the liquid phase, the CeO 2 ultrafine particles do not grow to 2.5 nm or more, and crystallization tends to be difficult to occur.
前記CeO2超微粒子含有層は、結晶性無機酸化物微粒子の表面水酸基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物(水酸化セリウム等)との反応により結晶性無機酸化物微粒子の表面が溶出し、これに(吹き込んだエアー等に由来する)酸素等が影響して、固化して形成されたものと推定される。
そして、その後、乾燥し、700~1200℃程度で焼成すると、前記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、10nm未満のCeO2超微粒子が、セリウムアルミネートに含まれているセリウム原子を取り込んで粒径を成長させ、最終的には平均結晶子径が10~25nm程度にまで成長した結晶性セリア粒子(セリア子粒子)となる。またセリウムアルミネートは、熱分解や熱拡散等によりセリウム含有被覆層となる。そのため、結晶性セリア粒子はセリウム含有被覆層内で分散した状態で存在することとなる。また、このような機構によって形成された結晶性セリア粒子(子粒子)は粒子どうしの合着が生じ難い。なお、セリウムシリケート層に含まれるセリウムの一部は結晶性セリア粒子になりきれず残存するため、セリウム含有被覆層が形成される。
In the CeO 2 ultrafine particle-containing layer, the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles is formed by the reaction between the surface hydroxyl group of the crystalline inorganic oxide fine particles and the product (cerium hydroxide, etc.) obtained by neutralizing the solution of the cerium salt. It is presumed that it was formed by elution and solidification due to the influence of oxygen and the like (derived from the blown air and the like).
Then, when it is dried and fired at about 700 to 1200 ° C., the CeO 2 ultrafine particles having a particle size of 2.5 nm or more and less than 10 nm existing inside the CeO 2 ultrafine particle-containing layer are cerium aluminum. The cerium atom contained in the nate is taken in to grow the particle size, and finally, the crystalline ceria particles (ceria child particles) are grown to an average crystallite diameter of about 10 to 25 nm. Further, cerium aluminate becomes a cerium-containing coating layer by thermal decomposition, thermal diffusion, or the like. Therefore, the crystalline ceria particles are present in a dispersed state in the cerium-containing coating layer. In addition, crystalline ceria particles (child particles) formed by such a mechanism are unlikely to cause coalescence of particles. Since a part of cerium contained in the cerium silicate layer cannot be completely formed into crystalline ceria particles and remains, a cerium-containing coating layer is formed.
なお、調合温度が20℃超でかつ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結晶性無機酸化物微粒子との反応性が増し、結晶性無機酸化物微粒子の溶出量が著しく増し、調合後の結晶性無機酸化物微粒子は、例えば粒子径は1/2程度、体積は80~90%減少する。そして溶解したアルミナは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アルミナ濃度が約4割、セリア濃度が約6割となり、CeO2超微粒子含有層のアルミナの割合が増える。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、セリウムアルミネ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、セリウム原子の分相(拡散)により結果的に生成したアルミナがセリア粒子を被覆することになり、母粒子アルミナに固着して、セリア子粒子がアルミナ被膜で覆われた形態となる。この時に、焼成温度が高いとセリアで被覆された母粒子を被覆したアルミナが接着剤となって、粒子の合着を促進するため、後工程の解砕で単分散状態に解砕することができない。焼成温度が低いと解砕は容易になるが、セリア粒子が成長しないので研磨速度が得られない。 When the compounding temperature exceeds 20 ° C. and the redox potential is kept within a predetermined range, the reactivity between cerium hydroxide and the like and the crystalline inorganic oxide fine particles increases, and the elution amount of the crystalline inorganic oxide fine particles increases. The number of crystalline inorganic oxide fine particles after preparation is significantly increased, and the particle size of the prepared crystalline inorganic oxide fine particles is reduced by, for example, about 1/2, and the volume is reduced by 80 to 90%. The dissolved alumina 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 such that the alumina concentration is about 40% and the ceria concentration is about 60%, and the CeO 2 ultrafine particle content is contained. The proportion of alumina in the layer increases. Then, when the ceria particles are crystal-grown to 10 to 25 nm by firing, the cerium atoms phase-separated from the cerium aluminate layer are deposited and grown on the ceria particles, and as a result, the phase separation (diffusion) of the cerium atoms results in the cerium atoms. The generated alumina coats the ceria particles, adheres to the mother particle alumina, and the ceria child particles are covered with the alumina film. At this time, if the firing temperature is high, the alumina coated with the ceria-coated mother particles acts as an adhesive and promotes the coalescence of the particles. Can not. If the firing temperature is low, crushing is easy, but since ceria particles do not grow, the polishing rate cannot be obtained.
さらに、調合温度が20℃超でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合、調合後のセリア子粒子の結晶子径は2.5nm以下と小さくなり、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためには、セリウムアルミネートからより多くのセリウム原子の拡散が必要となり、結果的にセリウムアルミネート中のアルミナ濃度が高まり、子粒子を覆うアルミナ被膜が増大する傾向が強まる。 Further, when the compounding temperature is over 20 ° C. and the oxidation-reduction potential is kept within a predetermined range, the crystallite diameter of the compounded cerium particles becomes as small as 2.5 nm or less, and the cerium particles are crystallized to a predetermined size by firing. In order to grow, more cerium atoms need to be diffused from the cerium aluminate, and as a result, the alumina concentration in the cerium aluminate increases, and the alumina film covering the child particles tends to increase.
結晶性無機酸化物微粒子分散液とセリウムの金属塩の反応時の調合温度が0~20℃でかつ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結晶性無機酸化物微粒子との反応性が抑制され、結晶性無機酸化物微粒子があまり溶解せず、調合後の結晶性無機酸化物微粒子は、例えば粒子径は1~5%程度、体積は3~15%程度の減少に抑えられる。そのため前述の例の場合、CeO2超微粒子含有層の組成はアルミナ濃度が約1割、セリア濃度が約9割になり、CeO2超微粒子含有層のセリアの割合が増加し、焼成後にセリウム含有被覆層が形成される。また調合後のセリアの結晶サイズは2.5nm以上、10nm未満(一例として6~8nm)程度となるため、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためのセリウム原子の拡散量が少なくてよく、結果的にセリウムアルミネート中に多くセリウムが残存し、低温焼成で結晶成長がおきて、平均粒子径10~25nmのセリア粒子が得られる。従って、0~20℃で調合した場合は、母粒子表面上にセリウム含有被覆層が形成され、この層内にセリア子粒子が分散した形態となる。 When the compounding temperature at the time of reaction between the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion and the metal salt of cerium is 0 to 20 ° C. and the redox potential is kept within a predetermined range, cerium hydroxide or the like and the crystalline inorganic oxide fine particles are used. The reactivity of the crystalline inorganic oxide fine particles is suppressed, and the crystalline inorganic oxide fine particles after preparation are reduced, for example, the particle size is reduced by about 1 to 5% and the volume is reduced by about 3 to 15%. It can be suppressed. Therefore, in the case of the above example, the composition of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer has an alumina concentration of about 10% and a ceria concentration of about 90%, the proportion of ceria in the CeO 2 ultrafine particle-containing layer increases, and cerium is contained after firing. A coating layer is formed. Further, since the crystal size of ceria after preparation is about 2.5 nm or more and less than 10 nm (6 to 8 nm as an example), the amount of diffusion of cerium atoms for growing ceria particles to a predetermined size by firing is small. Well, as a result, a large amount of cerium remains in the cerium aluminate, crystal growth occurs by low-temperature firing, and ceria particles having an average particle diameter of 10 to 25 nm can be obtained. Therefore, when the mixture is prepared at 0 to 20 ° C., a cerium-containing coating layer is formed on the surface of the mother particles, and the ceria child particles are dispersed in this layer.
また調合段階で、セリア粒子が平均粒子径10nm以上となるとセリア粒子どうしの合着がおきて、母粒子表面に均一なセリア粒子が単分散配列しないので、優れた研磨特性が得られない傾向がある。 Further, in the compounding stage, when the ceria particles have an average particle diameter of 10 nm or more, the ceria particles are coalesced with each other, and the uniform ceria particles are not monodispersed on the surface of the mother particles, so that excellent polishing characteristics tend not to be obtained. be.
図1の模式図では理解が容易になるように、母粒子10、セリウム含有被覆層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、セリウム含有被覆層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。
In the schematic diagram of FIG. 1, the
However, when the cross section of the composite fine particles of the present invention is subjected to STEM-EDS analysis and the element concentration of Ce is measured, it can be confirmed that the structure is as shown in FIG.
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の元素濃度を測定すると3%未満となる。また、測定点ZにおけるCeの元素濃度を測定すると50%超となる。そして、測定点YにおけるCeの元素濃度を測定すると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とセリウム含有被覆層12とは、Ceモル濃度が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被覆層12と子粒子14とはCeモル濃度が50%となるラインによって、区別することができる。
That is, EDS analysis is performed in which an electron beam is selectively irradiated to a location specified by a scanning transmission electron microscope (STEM), and the element concentration of Ce at the measurement point X of the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 is measured. Then, it becomes less than 3%. Further, when the element concentration of Ce at the measurement point Z is measured, it becomes more than 50%. Then, when the elemental concentration of Ce at the measurement point Y is measured, it is 3 to 50%.
Therefore, in the element map obtained by performing STEM-EDS analysis, the
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(結晶性無機酸化物を主成分とする)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)を有していることが多い。 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 (crystalline inorganic oxide) from the outermost shell to the center are obtained. On the way to (main component), it often has at least one layer (consisting of ceria fine particles) having a relatively high concentration of ceria.
<母粒子>
本発明の複合微粒子における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元素濃度(モル濃度)を測定した場合に3%未満となる部分である。
<Mother particle>
The mother particles in the composite fine particles of the present invention will be described.
As described above, when the composite fine particles of the present invention are subjected to STEM-EDS analysis and the Ce element concentration (molar concentration) in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 is measured, the concentration is less than 3%. ..
母粒子を構成する物質は結晶性無機酸化物であれば特に限定されず、複数種類の元素を含むものであってもよい。
母粒子を構成する結晶性無機酸化物は、アルミナ、チタニアおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
The substance constituting the mother particle is not particularly limited as long as it is a crystalline inorganic oxide, and may contain a plurality of types of elements.
The crystalline inorganic oxide constituting the mother particle is preferably at least one selected from the group consisting of alumina, titania and zirconia.
後述のとおり本発明の複合微粒子の平均粒子径は50~1000nmの範囲にあるので、本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径は必然的に1000nmより小さい値となる。本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径が30~700nm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30~700nm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700nm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。
As will be described later, since the average particle size of the composite fine particles of the present invention is in the range of 50 to 1000 nm, the average particle size of the mother particles in the composite fine particles of the present invention is inevitably smaller than 1000 nm. The composite fine particles of the present invention in which the average particle size of the mother particles in the composite fine particles of the present invention is in the range of 30 to 700 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 700 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 700 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.
本発明の複合微粒子における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(短軸)が母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 particles in the composite fine particles of the present invention shall be measured as follows.
First, the mother particles are identified by observing at 800,000 times by STEM-EDS analysis and identifying the line where the Ce molar concentration is 3%. 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). In addition, a point that divides the major axis into two equal parts is determined on the major axis, two points where a straight line (minor axis) orthogonal to the point intersects the outer edge of the mother particle are obtained, and the distance between the two points is measured and the minor axis (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.
本発明の複合微粒子における母粒子の形状は格別に限定されるものではないが、具体的には、本発明の複合微粒子における母粒子の短径/長径比の範囲が0.2以上、1.0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母粒子の短径/長径比は、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母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)との比(DS/DL)を求め、これをその母粒子の短径/長径比とする。短径/長径比の範囲は、0.25以上、1.0以下であることが好ましい。
The shape of the mother particles in the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, but specifically, the range of the minor axis / major axis ratio of the parent particles in the composite fine particles of the present invention is 0.2 or more. It is preferably 0 or less.
The minor axis / major axis ratio of the mother particles in the composite fine particles of the present invention shall be measured as follows.
First, the mother particles are identified by observing at 800,000 times by STEM-EDS analysis and identifying the line where the Ce molar concentration is 3%. 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). In addition, a point that divides the long axis into two equal parts on the long axis is determined, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the mother particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). .. Then, the ratio (DS / DL) of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the minor axis / major axis ratio of the mother particle. The range of the minor axis / major axis ratio is preferably 0.25 or more and 1.0 or less.
母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とするものであり、通常は結晶性無機酸化物微粒子である。結晶性無機酸化物微粒子は非球状又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 crystalline inorganic oxides, and are usually crystalline inorganic oxide fine particles. As the crystalline inorganic oxide fine particles, those having a non-spherical or spherical shape and having a uniform particle size can be easily prepared, and those having various particle sizes can be prepared, so that they can be preferably used.
母粒子が結晶性無機酸化物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、例えば、α―アルミナの結晶相、アナターゼ型チタニアの結晶相、立方晶のジルコニアの結晶相などのような結晶相を示すことから、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とすることを確認することができる。また、このような場合に、母粒子が結晶性無機酸化物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、母粒子の結晶構造に応じた回折パターンが現れることでも母粒子が結晶性無機酸化物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、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とするものとする。
It can be confirmed, for example, that the mother particle contains a crystalline inorganic oxide as a main component by the following method. After the dispersion containing the composite fine crystals of the present invention is dried, it is pulverized using a dairy pot to obtain an X-ray diffraction pattern by, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). For example, since it exhibits a crystal phase such as a crystal phase of α-alumina, a crystal phase of anatase-type titania, and a crystal phase of cubic zirconia, it is indicated that the mother particle contains a crystalline inorganic oxide as a main component. You can check. Further, in such a case, it is assumed that the mother particle contains a crystalline inorganic oxide 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 corresponding to the crystal structure of the mother particle appears, and the mother particle is crystalline inorganic. It can be confirmed that the main component is an oxide. Further, in such a case, it is assumed that the mother particle contains a crystalline inorganic oxide as a main component.
母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、その他のもの、例えば非晶質物質(非晶質シリカ等)や酸化物以外の化合物を含んでもよい。
例えば、前記母粒子において、Na、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni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5000ppm以下であることが望ましく、1000ppm以下であることが望ましく、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 a crystalline inorganic oxide as a main component, and may contain other substances such as an amorphous substance (amorphous silica and the like) and a compound other than the oxide.
For example, in the mother particles, the content of each element of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni and Zn (hereinafter, may be referred to as “specific impurity group 1”) is different. It is preferably 5000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, and 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、母粒子および後述する本発明の複合微粒子ならびに後述する結晶性無機酸化物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、本発明の複合微粒子または後述する結晶性無機酸化物微粒子)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、結晶性無機酸化物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, the composite fine particles of the present invention described later, and the crystalline inorganic oxide fine particles described later means the content rate with respect to the dry amount.
The content ratio with respect to the dry amount is the measurement target object (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) with respect to the mass of the solid content contained in the object (mother particles, composite fine particles of the present invention or crystalline inorganic oxide fine particles described later). ) Shall mean the value of the weight ratio (percentage). The impure content of the mother particles is almost the same as the impure content of the crystalline inorganic oxide 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結晶性無機酸化物微粒子は、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。
このような結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、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結晶性無機酸化物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結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、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以下であることが好ましく、20ppm以下であることがより好ましく、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20ppm以下であることが好ましく、5ppm以下であることがより好ましい。
Generally, the crystalline inorganic oxide fine particles prepared from water glass as a raw material 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 dispersion liquid in which such crystalline inorganic oxide fine particles are dispersed in a solvent, it is possible to reduce the content of the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 by performing an ion exchange treatment. Even in that case, the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 remain in a total of several ppm to several hundred ppm. Therefore, when crystalline inorganic oxide 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 dispersion liquid in which crystalline inorganic oxide fine particles synthesized from alkoxysilane are dispersed in a solvent, the content of each element in the specific impurity group 1 is usually 100 ppm or less. The content is preferably 20 ppm or less, and the content of each element and each anion in the specific impurity group 2 is preferably 20 ppm or less, and more preferably 5 ppm or less.
なお、本発明において、母粒子におけるNa、Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの各々の含有率は、それぞれ次の方法を用いて測定して求めた値とする。
・Na及びK:原子吸光分光分析
・Ag、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Zn、U及びTh:ICP-MS(誘導結合プラズマ発光分光質量分析)
・Cl:電位差滴定法
・NO3、SO4及びF:イオンクロマトグラフ
In the present invention, the contents of Na, Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F in the mother particles are respectively. The value is measured and obtained by using the following method.
-Na and K: Atomic absorption spectroscopic analysis-Ag, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, 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
母粒子は、その圧縮破壊強度が1.0~3.0MPaであることが好ましい。理由は圧縮破壊強度がこの範囲にあることで研磨時の複合微粒子の崩壊を防ぐことができ、更には複合微粒子の変形による応力緩和を抑制し、基板への圧力伝達を効果的に行うことができ、高い研磨速度が得られる。
ここで母粒子の圧縮破壊強度は次の方法で測定する。
本発明の分散液をサンドミルにて解砕し、遠心分離装置で分級分離することによりセリア子粒子を母粒子から脱落させた母粒子を得て、得られた母粒子について島津製作所製微小圧縮試験機(MCT-W500)を用い、圧縮破壊強度を測定した。
The mother particle preferably has a compressive fracture strength of 1.0 to 3.0 MPa. The reason is that the compression fracture strength is in this range, which can prevent the composite fine particles from collapsing during polishing, and further suppress the stress relaxation due to the deformation of the composite fine particles, effectively transmitting the pressure to the substrate. It is possible and a high polishing speed can be obtained.
Here, the compressive fracture strength of the mother particle is measured by the following method.
The dispersion liquid of the present invention was crushed by a sand mill and classified and separated by a centrifuge to obtain a mother particle in which ceria child particles were shed from the mother particle, and the obtained mother particle was subjected to a microcompression test manufactured by Shimadzu Corporation. The compression fracture strength was measured using a machine (MCT-W500).
<子粒子>
本発明の複合微粒子において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被覆層に分散している。
また、本発明の複合微粒子における母粒子は短径/長径比が0.2~0.7の範囲であり、その表面に凹凸を備えることが好ましい。すなわち、凹部と凸部を備えることが好ましい。そして、本発明の複合微粒子において子粒子は、次の(a)、(b)または(c)の形態が主として存在する。
(a)母粒子の凸部に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して、結合した形態。
(b)母粒子の凸部と凹部との両方に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して、結合した形態。
(c)母粒子の凹部に子粒子が、セリウム含有被覆層の一部を介して結合した形態
これら(a)、(b)または(c)の形態が同時に存在していることが望ましい。なぜならば、本発明の分散液を研磨用砥粒分散液として使用した場合、母粒子が段差を有しているため、研磨時は最初に(a)の形態の子粒子が、研磨対象の基板と接触して研磨が行われる。仮に(a)の形態の子粒子が研磨圧力により外れや磨滅、破壊が生じても次に(b)、そして(c)の形態のセリア子粒子が研磨対象の基板と接触し、接触面積を高く保つことができるため、効率よく研磨速度が安定した研磨が行われるからである。
後述する本発明の製造方法によると、これら(a)、(b)または(c)の形態の子粒子が同時に存在してい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。
<Child particles>
In the composite fine particles of the present invention, the child particles containing crystalline ceria as a main component (hereinafter, also referred to as “ceria child particles”) are dispersed in the cerium-containing coating layer arranged on the mother particles.
Further, the mother particles in the composite fine particles of the present invention have a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 0.7, and it is preferable that the surface thereof has irregularities. That is, it is preferable to provide a concave portion and a convex portion. In the composite fine particles of the present invention, the child particles mainly have the following forms (a), (b) or (c).
(A) A form in which child particles are bonded to the convex portion of the mother particle via a part of a cerium-containing coating layer.
(B) A form in which child particles are bonded to both the convex portion and the concave portion of the mother particle via a part of the cerium-containing coating layer.
(C) Form in which child particles are bonded to the recesses of the mother particle via a part of the cerium-containing coating layer It is desirable that the forms of (a), (b) or (c) are present at the same time. This is because when the dispersion liquid of the present invention is used as the abrasive grain dispersion liquid for polishing, the mother particles have a step, so that the child particles in the form (a) are first subjected to the substrate to be polished during polishing. Polishing is performed in contact with. Even if the child particles of the form (a) come off, wear, or break due to the polishing pressure, the ceria child particles of the form (b) and (c) then come into contact with the substrate to be polished, and the contact area is reduced. This is because the polishing can be kept high, so that polishing with a stable polishing speed can be performed efficiently.
According to the production method of the present invention described later, it is easy to obtain the dispersion liquid of the present invention containing the composite fine particles of the present invention in which the child particles of the forms (a), (b) or (c) are simultaneously present.
また、セリウム含有被覆層内においてセリア子粒子は積層されていても良く、その形状は真球状、楕円形状、矩形形状など特に限定されず、さらに粒子径分布も均一であってもシャープであっても良く、突起あるいは平滑でない形状が形成された母粒子に起因したセリア子粒子の段差が生じていてもよい。
前記セリア子粒子は、前記セリウム含有被覆層中に埋没するものもあれば、セリウム含有被覆層から部分的に露出するものもある。
Further, the ceria particles may be laminated in the cerium-containing coating layer, and the shape thereof is not particularly limited to a spherical shape, an elliptical shape, a rectangular shape, etc., and even if the particle size distribution is uniform, it is sharp. Also, there may be a step in the ceria child particles due to the mother particles having protrusions or uneven shapes.
Some of the ceria particles are buried in the cerium-containing coating layer, while others are partially exposed from the cerium-containing coating layer.
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元素濃度を測定した場合に、子粒子はCeモル濃度が50%超となる部分である。 As described above, when STEM-EDS analysis was performed on the composite fine particles of the present invention and the Ce element concentration in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 was measured, the child particles had a Ce molar concentration of more than 50%. Is the part that becomes.
本発明における結晶性セリアを主成分とする子粒子は、前記母粒子上に配されたセリウム含有被覆層に分散しており、当該子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14~60%である。すなわち、子粒子の粒度分布の幅が大きい。このような粒度分布幅が大きな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、研磨の初期においては粒径の大きい子粒子が研磨対象の基板と接触して研磨が行われる。そして、その子粒子が研磨圧力により外れたり、磨滅や破壊が生じたりしても、次に、粒子径の小さい子粒子が研磨対象の基板と接触するので、接触面積を高く保つことができる。そのため、効率よく研磨速度が安定した研磨が行われる。 The child particles containing crystalline ceria as a main component in the present invention are dispersed in the cerium-containing coating layer arranged on the mother particles, and the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 14. It is 60%. That is, the width of the particle size distribution of the child particles is large. When the dispersion liquid of the present invention having such ceria particles having a large particle size distribution width is used as the abrasive grain dispersion liquid for polishing, the child particles having a large particle size come into contact with the substrate to be polished at the initial stage of polishing. Polishing is performed. Then, even if the child particles come off due to the polishing pressure, or are abraded or broken, the child particles having a small particle diameter then come into contact with the substrate to be polished, so that the contact area can be kept high. Therefore, polishing with a stable polishing rate is performed efficiently.
本発明において、セリウム含有被覆層に分散している子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は14~60%であるが、17~50%であることが好ましく、20~40%であることがより好ましい。 In the present invention, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles dispersed in the cerium-containing coating layer is 14 to 60%, preferably 17 to 50%, preferably 20 to 40%. It is more preferable to have.
本発明において、子粒子の粒子径分布は、次のように測定するものとする。
初めに本発明の複合微粒子をSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度が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子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。
In the present invention, the particle size distribution of the child particles shall be measured as follows.
First, the composite fine particles of the present invention are observed by STEM-EDS analysis at a magnification of 800,000 times, and the child particles are specified by specifying the line where the Ce molar concentration is 50%. 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). In addition, 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 child 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.
本発明において、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。 In the present invention, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is the standard deviation and the number mean value using the particle size distribution obtained as described above as a population, and then the standard deviation is the number mean value. Divide by and multiply by 100 (ie, standard deviation / number mean x 100).
子粒子の平均粒子径は、10~25nmが好ましく、14~23nmであることがより好ましい。
子粒子の平均粒子径が25nm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 average particle size of the child particles is preferably 10 to 25 nm, more preferably 14 to 23 nm.
When the average particle size of the child particles exceeds 25 nm, the precursor particles having such ceria child particles tend to be sintered or condensed after firing and difficult to be crushed in the 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 average particle size 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 average particle size of the child particles means the number average diameter in the particle size distribution obtained as described above.
子粒子は積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有被覆層の内部における、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被覆層中に埋没していてよいし、セリウム含有被覆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被覆層に埋没した場合は、セリウム含有被覆層表面になるため、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被覆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 them may be present on a radial line from the center of the mother particles inside the cerium-containing coating layer.
Further, the child particles may be buried in the cerium-containing coating layer or may be partially exposed to the outside of the cerium-containing coating layer, but when the child particles are buried in the cerium-containing coating layer, cerium It is desirable that the child particles are buried in the cerium-containing coating layer because the surface of the containing coating layer improves storage stability and polishing stability, and the amount of abrasive grains remaining on the substrate after polishing is reduced. ..
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、子粒子は非球形が好ましく、矩形状がより好ましい。 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, more preferably rectangular.
母粒子の表面に配されたセリウム含有被覆層内に分散された子粒子は、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、セリウム含有被覆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 coating layer arranged on the surface of the mother particles may be in a monodispersed state, and may be in a state in which the child particles are laminated (that is, a plurality of child particles in the thickness direction of the cerium-containing coating layer). It may be in a state where the child particles of the above are stacked and exist), or in a state where a plurality of child particles are connected.
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する等して本発明の複合微粒子を得た後、これを例えば従来公知の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、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相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 that, for example, the dispersion liquid of the present invention is dried and then the obtained solid substance is pulverized using a dairy pot to obtain the composite fine particles of the present invention. After that, this is analyzed by X-ray analysis using, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.), and in the obtained X-ray diffraction pattern, the crystalline phase of ceria and crystalline inorganic oxidation It can be confirmed from the fact that the crystal phase of the object is detected. 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、研磨の助触媒として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および結晶性無機酸化物の結晶相が検出される。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, the crystal phase of ceria and the crystal phase of the crystalline inorganic oxide are 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10~25nm(半値全幅は0.86~0.34°)であり、14~23nm(半値全幅は0.62~0.37°)であることが好ましく、15~22nm(半値全幅は0.58~0.38)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 25 nm (full width at half maximum is 0.86 to 0.34 °) and 14 to 23 nm (full width at half maximum is 0.62 to 0.37 °). It is preferably 15 to 22 nm (half width is 0.58 to 0.38), 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前記結晶性無機酸化物に含まれる原子(アルミニウム、チタン、ジルコニウム等)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ことが知られており、例えばZrはCerianiteの結晶構造を維持した状態で固溶することが知られており、AlはCeAlO3組成のペロブスカイト構造が知られている。また、侵入型固溶体であっても構わない。
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、半導体用の研磨材として用いられる純度の高い酸化セリウム粒子は、炭酸セリウムなどの高純度なセリウム塩を約700℃の高温で焼成するプロセスを経ている。そのため、焼成型セリア粒子中のセリウムの価数は四価を主としており、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、Al等の原子がCeO2結晶に侵入型の固溶をしていると見られる。Al等の原子の固溶により、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。また三価のセリウム含有量を増加させるために、LaやZrなどをドープさせても構わない。
In the composite fine particles of the present invention, it is preferable that atoms (aluminum, titanium, zirconium, etc.) contained in the crystalline inorganic oxide are solid-dissolved in the 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 phase 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. It is known that the substituted solid solution can easily occur in an atom having a close atomic radius. For example, Zr is known to dissolve in a state where the crystal structure of Cerianite is maintained, and Al is a CeAlO 3 composition. The perovskite structure is known. Further, it may be an intrusive solid solution.
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 is pointed out to have. Cerium in cerium oxide can have trivalent and tetravalent valences, but high-purity cerium oxide particles used as abrasives for semiconductors are high-purity cerium salts such as cerium carbonate at a high temperature of about 700 ° C. It has undergone a firing process. Therefore, the valence of cerium in the calcined ceria particles is mainly tetravalent, and even if it contains trivalent cerium, its content is not sufficient.
In a preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, it is considered that atoms such as Al in the child particles (ceria fine particles) existing on the outer surface side thereof are infiltrated into the CeO 2 crystal. Due to the solid dissolution of atoms such as Al, 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 SiO 2 is generated, resulting in CeO. As a result of promoting the chemical reactivity of 2 , it is presumed that the above-mentioned high polishing rate is exhibited. Further, in order to increase the trivalent cerium content, La, Zr or the like may be doped.
本発明のセリア系複合微粒子は、母粒子が結晶性無機酸化物を主成分とすることで以下の特徴を備える。
1)セリア系複合微粒子の概形も母粒子の晶癖を反映して、例えば、立方体、柱状、板状又は針状等の形状をとることができる。このような形状を備えることにより、砥粒として使用した場合、研磨対象の半導体基板等が砥粒の頂点に相当する部位と接触した場合は接触面積が小さくなり、その結果応力集中が生じ、より深い切削研磨が進行し、高い研磨速度を得ることができる。また、砥粒の面又は辺に相当する部位で接触した場合は接触面積が増加し、その結果より大きな摩擦が生じ、より高い研磨速度を得ることができる。
2)母粒子が高い物理的安定性、化学的安定性を持つことにより母粒子成分、及び母粒子に含まれる不純分の溶出等による研磨基板の汚染が防ぐことができる。
3)高い剛性をもつことにより、研磨時の砥粒変形による応力緩和が生じにくくなり、基板への応力集中が進み、より高い研磨速度を得ることができる。また、粒子崩壊を生じにくいためにより高い研磨速度を得ることができる。
The ceria-based composite fine particles of the present invention have the following characteristics because the mother particles are mainly composed of crystalline inorganic oxides.
1) The general shape of the ceria-based composite fine particles can also take a shape such as a cube, a columnar shape, a plate shape, or a needle shape, reflecting the crystal habit of the mother particles. By providing such a shape, when used as an abrasive grain, when the semiconductor substrate to be polished comes into contact with a portion corresponding to the apex of the abrasive grain, the contact area becomes smaller, resulting in stress concentration. Deep cutting and polishing progresses, and a high polishing speed can be obtained. Further, when contact is made at a portion corresponding to the surface or side of the abrasive grain, the contact area is increased, and as a result, larger friction is generated, and a higher polishing speed can be obtained.
2) Since the mother particle has high physical stability and chemical stability, it is possible to prevent contamination of the polishing substrate due to elution of the mother particle component and the impure component contained in the mother particle.
3) By having high rigidity, stress relaxation due to deformation of abrasive grains during polishing is less likely to occur, stress concentration on the substrate progresses, and a higher polishing rate can be obtained. In addition, since particle decay is unlikely to occur, a higher polishing rate can be obtained.
<セリウム含有被覆層>
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被覆層を有する。そして、セリウム含有被覆層の内部に子粒子が分散している。
<Cerium-containing coating layer>
The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing coating layer on the surface of the mother particles. Then, the child particles are dispersed inside the cerium-containing coating 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被覆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 coating layer without deterioration, the polishing function is not deteriorated.
また、前記セリウム含有被覆層がシリカを含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCeおよびSiを含むことが好ましい。
Further, it is preferable that the cerium-containing coating layer contains silica.
For example, when the mother particles contain crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline titania as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline zirconia as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce and Si.
セリウム含有被覆層は母粒子と同じ元素を含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はAlおよびCeを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はTiおよびCeを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はZrおよびCeを含むことが好ましい。
The cerium-containing coating layer preferably contains the same elements as the mother particles.
For example, when the mother particles contain crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Al and Ce.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline titania as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ti and Ce.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline zirconia as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Zr and Ce.
また、前記セリウム含有被覆層が、さらにシリカを含むことが好ましい。
例えば、母粒子が結晶性アルミナを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,AlおよびSiを含むことが好ましい。
また、例えば、母粒子が結晶性チタニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,TiおよびSiを含むことが好ましい。
さらに、例えば、母粒子が結晶性ジルコニアを主成分とする場合に、セリウム含有被覆層はCe,ZrおよびSiを含むことが好ましい。
Further, it is preferable that the cerium-containing coating layer further contains silica.
For example, when the mother particle contains crystalline alumina as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Al and Si.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline titania as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Ti and Si.
Further, for example, when the mother particle contains crystalline zirconia as a main component, the cerium-containing coating layer preferably contains Ce, Zr and Si.
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の元素濃度を測定した場合に、セリウム含有被覆層はCeモル濃度が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 elemental concentration of Ce in the cross section of the composite fine particles of the present invention shown in FIG. 1 was measured, the cerium-containing coating layer had a Ce molar concentration of 3. It is a part that becomes ~ 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、セリウム含有被覆層の一部が現れる。この部分についてSTEM-EDS分析を行い、当該部分の結晶性無機酸化物に含まれるAl、Ti,Zr等のモル濃度及びCeモル濃度を求めると、Al等のモル濃度が非常に高いことを確認することができる。 In the image (TEM image) obtained by observing the composite fine particles of the present invention using a transmission electron microscope, the image of the 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 coating layer also appears on the surface side of the composite fine particles as a relatively thin image. When STEM-EDS analysis was performed on this portion to determine the molar concentration of Al, Ti, Zr, etc. and the Ce molar concentration contained in the crystalline inorganic oxide of the portion, it was confirmed that the molar concentration of Al, etc. was very high. can do.
セリウム含有被覆層の平均の厚さは、格別に制限されるものではないが、例えば、10~40nmであることが好ましく、12~30nmであることがより好ましい。
なお、セリウム含有被覆層の平均の厚さは、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 coating layer is not particularly limited, but is preferably, for example, 10 to 40 nm, more preferably 12 to 30 nm.
The average thickness of the cerium-containing coating 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. Measure the distance (distance on the line passing through the center of the mother particle) between the line where the Ce molar concentration specified from the elemental map is 3% and the outermost shell of the composite fine particles of the present invention, and simply average them. It shall be sought. 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被覆層は、焼成過程でセリウム含有被覆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、セリウム含有被覆層により、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被覆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 coating 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 coating 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 coating 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 coating 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では、子粒子の表面の少なくとも一部がセリウム含有被覆層によって被覆されているので、セリウム含有被覆層がSiを含む場合、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のセリウム含有被覆層がSiを含むと、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, in the composite fine particles of the present invention, at least a part of the surface of the child particles is covered with the cerium-containing coating layer. Therefore, when the cerium-containing coating layer contains Si, the outermost surface (outermost) of the composite fine particles of the present invention. The shell) will have a —OH group of silica. Therefore, when used as an abrasive, if the cerium-containing coating layer of the composite fine particles of the present invention contains Si, they repel each other due to the charge due to the -OH group on the surface of the polishing substrate, and as a result, the adhesion to the surface of the polishing substrate is small. It is considered to be.
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のセリウム含有被覆層がSiを含むと、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、工程1においてシリカを原料の一部として用いた場合、本発明の複合微粒子の表面のシリカ(セリウム含有被覆層のシリカ)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被覆層を補強しても構わない。 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, when the cerium-containing coating layer of the composite fine particles of the present invention contains Si, silica is present in the outermost shell as described above, and the potential becomes a negative charge due to silica, so that the pH is alkaline. It maintains a negative potential from to acidic to acidic, and as a result, it is unlikely that abrasive particles will remain on the polishing substrate or polishing pad. When crushing while maintaining pH 8.6 to 10.8 during the crushing process of step 2 in the production method of the present invention, when silica is used as a part of the raw material in step 1, silica on the surface of the composite fine particles of the present invention Part of (silica in the cerium-containing coating layer) dissolves. 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. When the potential is low, silicic acid may be added to appropriately reinforce the cerium-containing coating layer.
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、セリウム含有被覆層がSiを含む本発明の複合微粒子の場合、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。またこのソフトに付着したシリカは、焼成工程を経ていないため、低密度で軟質な易溶解性のシリカ層である。この易溶解性のシリカ層は基板との凝着作用を有しており、研磨速度を向上させる効果が認められる。この易溶解性のシリカ層は、本発明の分散液をpH9に保ち、固液分離した溶液中のシリカ濃度を測定することで、確認することができる。
なお、セリウム含有被覆層がSiを含む本発明の複合微粒子を含む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 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 when the cerium-containing coating layer is the composite fine particles of the present invention containing Si, silica softly adhered to the surface. Adjusts the potential, so the use of organic matter is reduced, and organic matter-induced defects (residue of organic matter, etc.) on the substrate are less likely to occur. Further, since the silica attached to this soft has not undergone a firing step, it is a low-density, soft and easily soluble silica layer. This easily soluble silica layer has an adhesive action with the substrate, and the effect of improving the polishing rate is recognized. This easily soluble silica layer can be confirmed by keeping the dispersion liquid of the present invention at pH 9 and measuring the silica concentration in the solution separated into solid and liquid.
In the dispersion liquid of the present invention in which the cerium-containing coating layer contains the composite fine particles of the present invention containing Si, there are various aspects in which silica is present, and the composite fine particles of the present invention are not formed and are dispersed in a solvent. Alternatively, it may be dissolved or exist in a state of being attached to the surface of the composite fine particles 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、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被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14~60%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、セリアの結晶相および結晶性無機酸化物の結晶相が検出され、[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10~25nm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、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11~316であるという特徴を備えている、短径/長径比が0.2以上、1.0以下の範囲にあり、平均粒子径50~1000nm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 coating layer on the surface of the mother particles, and the cerium-containing coating layer. The mother particles are mainly composed of crystalline inorganic oxides, and the child particles are mainly composed of crystalline ceria. [2] Fluctuation coefficient (CV value) in the particle size distribution of the child particles. ) Is 14 to 60%. [4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, the crystal phase of ceria and the crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected, and [5] the ceria-based composite particles are detected. The fine particles have an average crystallite diameter of 10 to 25 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.
Further, the composite fine particles of the present invention are further characterized in that [3] the ceria-based composite fine particles have a mass ratio of 100: 11 to 316 between components other than ceria and ceria, and have a minor axis / major axis. Ceria-based composite fine particles having a ratio in the range of 0.2 or more and 1.0 or less and having an average particle diameter of 50 to 1000 nm.
本発明の複合微粒子において、セリア以外の成分とセリア(CeO2)との質量比は100:11~316であり、100:30~230であることが好ましく、100:30~150であることがより好ましく、100:60~100:120であることがさらに好ましい。セリア以外の成分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、母粒子または複合微粒子同士が結合し、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、セリア以外の成分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、上記のセリア以外の成分とセリア(CeO2)との質量比を算定する際にセリア以外の成分にシリカが含まれる場合、シリカは、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被覆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 the component other than ceria to ceria (CeO 2 ) is 100: 11 to 316, preferably 100: 30 to 230, and preferably 100: 30 to 150. It is more preferably 100:60 to 100:120. The mass ratio of the components other than ceria to ceria is considered to be approximately the same as the mass ratio of the mother particle and the child particles. If the amount of child particles is too small with respect to the mother particles, the mother particles or the composite fine 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 is too large for components other than ceria, 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.
When silica is contained in the component other than ceria when calculating the mass ratio of the component other than ceria and ceria (CeO 2 ), the silica is all silica (SiO) contained in the composite fine particles of the present invention. 2 ) means. Therefore, it means the total amount of the silica component constituting the mother particle, the silica component contained in the cerium-containing coating 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セリア以外の成分とセリア(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、セリア以外の成分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母粒子を構成し得る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、セリアや母粒子を構成し得る物質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母粒子を構成し得る物質の使用量と分析値が良い一致を示す。
The content (% by mass) of components other than ceria 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, components other than CeO 2 constituting the composite fine particles of the present invention can be calculated.
In the production method of the present invention, the mass ratio of the components other than ceria to the ceria is calculated from the amount of the substance that can constitute the mother particle and the ceria source substance that were added when preparing the dispersion of the present invention. You can also do it. This can be applied when the process is not such that the substances that can form ceria or mother particles are dissolved and removed. In such cases, the amount of substances that can form ceria or mother particles and the analytical values are good. Show a match.
本発明の複合微粒子は母粒子の表面にセリウム含有被覆層が形成され、強固に結合し、そのセリウム含有被覆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。 The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing coating layer formed on the surface of the mother particles, are firmly bonded to each other, and particulate crystalline ceria (child particles) are dispersed in the cerium-containing coating layer. Has a surface shape of.
本発明の複合微粒子の短径/長径比は0.2~1.0である。
本発明の複合微粒子の短径/長径比は特定範囲であるため、本発明の分散液を研磨用途に使用する場合、被研磨基板に対する研磨レート向上を高めることができ、同時に、被研磨基板上の表面粗さを低くすることができる。
The minor axis / major axis ratio of the composite fine particles of the present invention is 0.2 to 1.0.
Since the minor axis / major axis ratio of the composite fine particles of the present invention is in a specific range, when the dispersion liquid of the present invention is used for polishing, it is possible to improve the polishing rate of the substrate to be polished, and at the same time, on the substrate to be polished. The surface roughness of the surface can be reduced.
ここで短径/長径比は、次のような画像解析法によって測定するものとする。
まず、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、それぞれの複合微粒子の短径/長径比(DS/DL)を求め、その平均値を複合微粒子の短径/長径比の値とした。
Here, the minor axis / major axis ratio shall be measured by the following image analysis method.
First, 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. Then, the value is taken 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). From this, the minor axis / major axis ratio (DS / DL) is obtained. Then, in any 50 particles observed in the photographic projection drawing, the minor axis / major axis ratio (DS / DL) of each composite fine particle is obtained, and the average value is taken as the value of the minor axis / major axis ratio of the composite fine particles. did.
本発明の複合微粒子の形状は、前記のとおり、その短径/長径比が0.2~1.0の範囲にあることが必要である。この短径/長径比の範囲にある限り、本発明の複合微粒子は、複数の粒子が結合してなる「粒子連結型」であってもよく、独立した粒子からなる「単粒子型」であっても構わない。これらのうち、基板との接触面積を高く保つことができ、かつ、高研磨速度の発揮が可能であることから、粒子連結型がより望ましい。なお、粒子連結型は、より具体的には、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、粒子の連結個数は3以下が好ましい。粒子連結型の複合微粒子において、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被覆層が形成された場合の他、母粒子の表面にセリウム含有被覆層が形成された後、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。
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。
As described above, the shape of the composite fine particles of the present invention needs to have a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0. As long as it is within the range of the minor axis / major axis ratio, the composite fine particles of the present invention may be a "particle connected type" in which a plurality of particles are bonded, or a "single particle type" composed of independent particles. It doesn't matter. Of these, the particle connection type is more preferable because the contact area with the substrate can be kept high and the high polishing speed can be exhibited. In the particle-connected type, more specifically, two or more mother particles are partially bonded to each other, and the number of connected particles is preferably 3 or less. In the particle-connected composite fine particles, at least one (preferably both) of the mother particles is welded at their contact points, or has a history of solidification due to the intervention of ceria, so that they are firmly bonded to each other. Conceivable. Here, there is a case where a cerium-containing coating layer is formed on the surface of the mother particles after they are bonded to each other, and a case where a cerium-containing coating layer is formed on the surface of the mother particles and then bonded to another particle. However, it is a particle-connected type.
If it is a connected type, a large contact area with the substrate can be taken, so that polishing energy can be efficiently transmitted to the substrate. Therefore, the polishing speed is high.
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.
本発明の複合微粒子は、例えば、研磨用途に適用する場合、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0.2~1.0であることが好ましく、同じく0.65以下がより好ましい。
ここで粒子連結型のものは、通常、画像解析法で測定された短径/長径比は0.2~1.0となる。
なお、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、単粒子型(非連結粒子)であってもよく、通常は両者の混合物である。
When applied to polishing applications, for example, the composite fine particles of the present invention are preferably of a particle-connected type and have a minor axis / major axis ratio of 0.2 to 1.0 measured by an image analysis method. Also, 0.65 or less is more preferable.
Here, in the particle-connected type, the minor axis / major axis ratio measured by the image analysis method is usually 0.2 to 1.0.
The shape of the composite fine particles of the present invention is not particularly limited, and may be a particle-connected particle or a single particle type (non-connected particle), and is usually a mixture of both. ..
なお、本発明の分散液を研磨用途に適用する場合、本発明の分散液に含まれる全ての本発明の複合微粒子に占める、短径/長径比が0.2~1.0の範囲の複合微粒子の個数割合が60%以上であることが好ましく、同じく70%以上であることがより好ましい。 When the dispersion liquid of the present invention is applied to a polishing application, a composite having a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0 in all the composite fine particles of the present invention contained in the dispersion liquid of the present invention. The number ratio of the fine particles is preferably 60% or more, and more preferably 70% or more.
本発明の分散液中に含まれ得る0.51μm以上の粗大粒子数は、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以下がより好ましい。0.51μm以上の粗大粒子は研磨傷の原因となり、さらに研磨基板の表面粗さを悪化させる原因となり得る。通常研磨速度が高い場合、研磨速度が高い反面、研磨傷が多発し基板の表面粗さが悪化する傾向にある。しかし、本発明の複合微粒子が粒子連結型である場合、高い研磨速度が得られ、その一方で0.51μm以上の粗大粒子数が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 0.51 μm or more that can be contained in the dispersion liquid of the present invention is preferably 100 million / cc or less in terms of dryness. The number of coarse particles is preferably 100 million particles / cc or less, and more preferably 80 million particles / cc or less. Coarse particles of 0.51 μm or more may cause polishing scratches and further deteriorate the surface roughness of the polishing substrate. Normally, when the polishing speed is high, the polishing speed is high, but on the other hand, polishing scratches occur frequently and the surface roughness of the substrate tends to deteriorate. However, when the composite fine particles of the present invention are of the particle-connected type, a high polishing rate can be obtained, while when the number of coarse particles of 0.51 μm or more is 100 million / cc or less, there are few polishing scratches and the surface surface. Roughness can be kept low.
なお、本発明の分散液中に含まれ得る粗大粒子数の測定法は、以下の通りである。
試料を純水で0.1質量%に希釈調整した後、5mlを採取し、これを従来公知の粗大粒子数測定装置に注入する。そして、0.51μm以上の粗大粒子の個数を求める。この測定を3回行い、単純平均値を求め、その値を1000倍して、0.51μm以上の粗大粒子数の値とする。
The method for measuring the number of coarse particles that can be contained in the dispersion liquid of the present invention is as follows.
After diluting and adjusting the sample to 0.1% by mass with pure water, 5 ml is collected and injected into a conventionally known coarse particle number measuring device. Then, the number of coarse particles of 0.51 μm or more is obtained. This measurement is performed three times to obtain a simple average value, and the value is multiplied by 1000 to obtain a value having a coarse particle number of 0.51 μm or more.
本発明の複合微粒子は、比表面積が4~100m2/gであることが好ましく、20~70m2/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 20 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50~1000nmであることが好ましく、100~300nmであることがより好ましい。本発明の複合微粒子の平均粒子径が50~1000nm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。
The average particle size of the composite fine particles of the present invention is preferably 50 to 1000 nm, more preferably 100 to 300 nm. When the average particle size of the composite fine particles of the present invention is in the range of 50 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 thereof is measured. , Let the value be the major axis (DL). Further, a point that divides the long axis into two equal parts is determined on the long axis, two points where a straight line orthogonal to the point intersects the outer edge of the particle are obtained, and the distance between the two points is measured and used as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is obtained, and this is used as the average particle diameter of the composite fine particles.
In this way, the average particle size of 50 or more composite particles is measured, and the average number of them is calculated.
本発明の複合微粒子において、前記特定不純物群1の各元素の含有率は、それぞれ100ppm以下であることが好ましい。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, ethylene glycol dimethyl ether; glycol ether acetates such as 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 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-250.0~-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 −250.0 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 rapidly 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-250.0~-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被覆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母粒子成分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-250.0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被覆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セリウム含有被覆層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、-230.0~-5.0であることがより好ましく、-230.0~-10.0であることがさらに好ましい。 When the above value of ΔPCD / V is −250.0 to −5.0, when the dispersion liquid of the present invention is used as an abrasive, the polishing speed of the abrasive is further improved. This ΔPCD / V reflects the degree of coating of the child particles by the cerium-containing coating layer on the surface of the composite fine particles of the present invention and / or the degree of exposure of the child particles on the surface of the composite fine particles or the presence of a mother particle component that is easily desorbed. it is conceivable that. 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 -250.0, the surface of the composite fine particles is entirely covered with the cerium-containing coating layer, so that the child particles are unlikely to fall off in the crushing step, but polishing. Sometimes the cerium-containing coating layer is difficult to remove and the polishing rate 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 -230.0 to −5.0, and even more preferably -230.0 to -10.0.
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では結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物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 crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles are dispersed in a solvent is prepared.
In this specification, "step 1" may be referred to as "blending step".
工程1で使用される結晶性無機酸化物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れば、より好ましい。また、結晶性無機酸化物微粒子は、前述の母粒子と同様に、結晶性無機酸化物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。すなわち、結晶性無機酸化物微粒子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、結晶性無機酸化物のピークのみが現れる場合に、主成分であることを意味するものとする。 The embodiment of the crystalline inorganic oxide fine particles used in step 1 is not particularly limited, but is more preferable as long as it has the same average particle size and shape as the above-mentioned mother particles. Further, the crystalline inorganic oxide fine particles are mainly composed of the crystalline inorganic oxide, like the above-mentioned mother particles. Here, the definition of the principal component is the same as that of the mother particle. That is, after the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is dried, it is pulverized using a dairy pot, and an X-ray diffraction pattern is obtained by, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). And, when only the peak of the crystalline inorganic oxide appears, it means that it is the main component.
工程1で原料として使用される結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の平均粒子径は、本発明の製造方法で得られるセリア系複合微粒子分散液におけるセリア系複合微粒子の平均粒子径より小さいものが使用される。好適には、15nm以上、350nm未満の範囲の結晶性無機酸化物微粒子が使用される。
この結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって平均粒子径とすることができる。具体的な測定方法は、前述の本発明の複合微粒子における平均粒子径の測定方法と同様である。
The average particle size of the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion used as a raw material in step 1 is the average of the ceria-based composite fine particles in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the production method of the present invention. Those smaller than the particle size are used. Preferably, crystalline inorganic oxide fine particles in the range of 15 nm or more and less than 350 nm are used.
The average particle size of the crystalline inorganic oxide fine particles in this crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is taken as the average particle size based on the values calculated based on the photographic projections obtained by taking photographs using a transmission electron microscope. can do. The specific measuring method is the same as the above-mentioned measuring method of the average particle size in the composite fine particles of the present invention.
工程1で原料として使用される結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の短径/長径比については、短径/長径比0.1以上、1.0未満であることが望ましい。また、より望ましい範囲として、短径/長径比0.2以上、0.7以下の範囲を挙げることができる。
この結晶性無機酸化物微粒子分散液における結晶性無機酸化物微粒子の短径/長径比は、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって短径/長径比とすることができる。具体的な測定方法は、前述の本発明の複合微粒子における短径/長径比の測定方法と同様である。
The minor axis / major axis ratio of the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion used as a raw material in step 1 must be 0.1 or more and less than 1.0. desirable. Further, as a more desirable range, a range of a minor axis / major axis ratio of 0.2 or more and 0.7 or less can be mentioned.
The minor axis / major axis ratio of the crystalline inorganic oxide fine particles in this crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is the minor axis based on the values calculated based on the photographic projections obtained by taking photographs using a transmission electron microscope. / Can be a major axis ratio. The specific measuring method is the same as the above-mentioned measuring method of the minor axis / major axis ratio in the composite fine particles of the present invention.
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、結晶性無機酸化物微粒子分散液として、金属アルコキシドの加水分解により製造した結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物微粒子分散液を用いることが好ましいが、それ以外の従来公知の結晶性無機酸化物微粒子分散液を原料として用いても構わない。
具体的には、例えば、原料である結晶性無機酸化物微粒子分散液中の結晶性無機酸化物微粒子として、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、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni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, crystalline inorganic oxidation produced by hydrolysis of a metal alkoxide as a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid is used. It is preferable to use a crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which fine particles are dispersed in a solvent, but other conventionally known crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid may be used as a raw material.
Specifically, for example, as the crystalline inorganic oxide fine particles in the crystalline inorganic oxide 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, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni 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.
また、結晶性無機酸化物微粒子はセリウムとの反応性(セリア重量あたりの結晶性無機酸化物微粒子の溶解重量)が適度なものが好適に用いられる。結晶性無機酸化物微粒子は、本発明の製造方法における工程1の調合工程でセリウムの金属塩を添加することで、結晶性無機酸化物の一部が水酸化セリウム等によって溶解し、結晶性無機酸化物微粒子のサイズが小さくなり、溶解した結晶性無機酸化物微粒子の表面にセリウムの微結晶を含んだセリウム含有被覆層の前駆体が形成される。この際、結晶性無機酸化物微粒子がセリウムとの反応性が高い結晶性無機酸化物からなる場合、セリウム含有被覆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被覆層が厚膜化したり、その層の結晶性無機酸化物の割合が過剰に高くなり、解砕工程で解砕が困難になるからである。また、結晶性無機酸化物微粒子がセリウムとの反応性が極度に低い結晶性無機酸化物からなる場合はセリウム含有被覆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、過剰な結晶性無機酸化物の溶解が抑制され、セリウム含有被覆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。 Further, as the crystalline inorganic oxide fine particles, those having an appropriate reactivity with cerium (dissolved weight of the crystalline inorganic oxide fine particles per weight of ceria) are preferably used. In the crystalline inorganic oxide fine particles, by adding a metal salt of cerium in the compounding step of step 1 in the production method of the present invention, a part of the crystalline inorganic oxide is dissolved by cerium hydroxide or the like, and the crystalline inorganic oxide is formed. The size of the oxide fine particles is reduced, and a precursor of a cerium-containing coating layer containing fine crystals of cerium is formed on the surface of the dissolved crystalline inorganic oxide fine particles. At this time, when the crystalline inorganic oxide fine particles are made of a crystalline inorganic oxide having high reactivity with cerium, the precursor of the cerium-containing coating layer becomes thick, and the cerium-containing coating layer generated by firing becomes thick. This is because the proportion of crystalline inorganic oxide in the layer becomes excessively high, which makes crushing difficult in the crushing step. Further, when the crystalline inorganic oxide fine particles are made of a crystalline inorganic oxide having extremely low reactivity with cerium, the cerium-containing coating 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 crystalline inorganic oxide is suppressed, the cerium-containing coating layer becomes an appropriate thickness and prevents the falling off of child particles, and the strength is the strength between the composite fine particles. It is desirable because it is considered to be larger than the above and it is easy to crush.
工程1では、結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散してなる結晶性無機酸化物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 crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles are dispersed in a solvent is stirred, the temperature is 0 to 20 ° C., the pH range is 7.0 to 9.0, and the redox potential. By continuously or intermittently adding a metal salt of cerium to the metal salt of cerium to neutralize the metal salt of cerium, a precursor particle dispersion liquid containing the precursor particles is obtained.
ここでセリウムの金属塩に加え、ケイ素を含む成分も添加することが好ましい。
ケイ素を含む成分として、ケイ酸塩などのケイ素原子を含む化合物が典型例として挙げられる。その他、ケイ素を含む成分としてテトラエトキシシラン等のアルコキシシランが挙げられる。
前記結晶性無機酸化物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とケイ素を含む成分とを連続的又は断続的に添加すると、セリウム含有被覆層の少なくとも一部がシリカからなる本発明の複合微粒子が得られる。
Here, in addition to the metal salt of cerium, it is preferable to add a component containing silicon.
As a typical example of the component containing silicon, a compound containing a silicon atom such as a silicate can be mentioned. In addition, alkoxysilanes such as tetraethoxysilane can be mentioned as components containing silicon.
While stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, 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, the metal salt of cerium and silicon are here. When the component containing the above is continuously or intermittently added, the composite fine particles of the present invention in which at least a part of the cerium-containing coating layer is made of silica can be obtained.
結晶性無機酸化物微粒子が突起を有するものである場合、セリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)を添加する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液の温度は3~20℃であることが好ましい。 When the crystalline inorganic oxide fine particles have protrusions, the temperature of the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid when adding a metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is 3 to 20 ° C. Is preferable.
結晶性無機酸化物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、水系の結晶性無機酸化物微粒子分散液(水ゾル)を使用することが好ましい。 The dispersion medium in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid preferably contains water, and it is preferable to use an aqueous-based crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid (water sol).
結晶性無機酸化物微粒子分散液における固形分濃度は、酸化物換算基準で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、製造工程での無機酸化物の濃度が低くなり生産性が悪くなり得る。 The solid content concentration in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is preferably 1 to 40% by mass on an oxide conversion basis. If the solid content concentration is too low, the concentration of the inorganic oxide in the manufacturing process may be low and the productivity may be deteriorated.
本発明の製造方法において、例えば、工程1における結晶性無機酸化物微粒子とセリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)との反応温度を40~50℃とした場合、セリアと無機酸化物の反応性が高まり、結晶性無機酸化物微粒子の溶解が進む。その結果、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未満となる。このことは係る高温域において無機酸化物がセリアと液相で反応すると、無機酸化物がセリアの粒子成長を阻害するため、乾燥後のセリアの平均粒子径が2.5nm未満と、小さくなることを示している。
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、セリウム含有被覆層は形成されずに無機酸化物の被膜が形成され、この無機酸化物の被膜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、液相での無機酸化物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超微粒子の平均結晶子径を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被覆層の厚みが過剰に厚膜化せず、解砕が容易となる。
In the production method of the present invention, for example, when the reaction temperature between the crystalline inorganic oxide fine particles and the metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) in step 1 is 40 to 50 ° C., ceria and the inorganic oxide are used. The reactivity of the crystallized inorganic oxide fine particles is increased, and the dissolution of the crystalline inorganic oxide fine particles is promoted. As a result, the particle size of the CeO 2 ultrafine particles in the precursor particles obtained by drying in the intermediate step of step 2 is less than 2.5 nm. This means that when the inorganic oxide reacts with ceria in the liquid phase in the high temperature region, the inorganic oxide inhibits the particle growth of ceria, so that the average particle size of the dried ceria becomes smaller than 2.5 nm. Is shown.
Even with such precursor particles, it is possible to set the average crystallite diameter of the ceria child particles to 10 nm or more by setting the firing temperature to 1200 ° C. or higher, but in this case, the cerium-containing coating is used. A film of an inorganic oxide is formed without forming a layer, and the tendency of the film of the inorganic oxide to firmly coat the ceria particles is increased, which causes a problem in that crushing becomes difficult. Therefore, by keeping the reaction temperature at 0 to 20 ° C and appropriately suppressing the reaction between the inorganic oxide and ceria in the liquid phase, the average crystallite diameter of the CeO 2 ultrafine particles in the dried precursor particles is 2.5 nm. The above is possible, and 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 coating 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、結晶性無機酸化物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結晶性無機酸化物微粒子分散液は表面に無機酸化物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。 Further, impurities are extracted with a cation exchange resin or an anion exchange resin, a mineral acid, an organic acid, etc., and an ultrafiltration membrane or the like is used to deionize the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion as necessary. Processing can be performed. A crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid from which impurity ions and the like have been removed by a deionization treatment is more preferable because it is easy to form a hydroxide containing an inorganic oxide on the surface. The deionization treatment is not limited to these.
工程1では、上記のような結晶性無機酸化物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(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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、結晶性無機酸化物微粒子には沈着し難い。
さらに、酸化還元電位を所定の範囲に調整しない場合は、調合工程で生成したCeO2超微粒子は結晶化しにくい傾向にあり、結晶化していないCeO2超微粒子は調合後の加熱、熟成によっても結晶化が促進されない。そのため工程2の焼成において所定サイズに結晶化させるためには、高温での焼成が必要となり、解砕が困難になる。
In step 1, the crystalline inorganic oxide 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 maintained at 50 to 500 mV. A metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is continuously or intermittently added thereto. When the redox potential is low, crystals such as rods are formed, so that they are difficult to deposit on the crystalline inorganic oxide fine particles.
Furthermore, if the redox potential is not adjusted to a predetermined range, the CeO 2 ultrafine particles produced in the compounding step tend to be difficult to crystallize, and the uncrystallized CeO 2 ultrafine particles can be crystallized by heating and aging after the compounding. Crystallization is not promoted. Therefore, in order to crystallize to a predetermined size in the firing in step 2, firing at a high temperature is required, which makes crushing difficult.
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や水酸化セリウム等が生成し、それらは速やかに結晶性無機酸化物微粒子に凝集沈着し、最終的にCeO2超微粒子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は結晶性無機酸化物微粒子と適度に反応し、セリウム含有被覆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 oxide, cerium hydroxide, etc. are generated from the solution that becomes supersaturated at the same time as neutralization, and they are rapidly aggregated and deposited on the crystalline inorganic oxide fine particles, and finally the CeO 2 ultrafine particles are monodispersed. Because it is formed by. Further, the trivalent cerium salt appropriately reacts with the crystalline inorganic oxide fine particles, and a cerium-containing coating 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.
結晶性無機酸化物微粒子分散液に対するセリウムの金属塩の添加量は、得られるセリア系の複合微粒子におけるセリア以外の成分とセリアとの質量比が、前述の本発明の複合微粒子の場合と同様に、100:11~316の範囲となる量とする。 The amount of the metal salt of cerium added to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is such that the mass ratio of the component other than ceria to the ceria in the obtained ceria-based composite fine particles is the same as in the case of the above-mentioned composite fine particles of the present invention. , 100: 11 to 316.
結晶性無機酸化物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、3~20℃であることがより好ましく、3~18℃であることがさらに好ましい。この温度が低すぎるとセリアと無機酸化物との反応性が低下し、無機酸化物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、結晶性無機酸化物微粒子の表面におけるCeO2超微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無機酸化物の溶解量が減るため、セリウム含有被覆層に供給される無機酸化物が減少することになる。このため母粒子とセリア子粒子とのバインダーとなる無機酸化物が不足(母粒子に積層される無機酸化物が不足)し、セリア子粒子の無機酸化物の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無機酸化物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。また結晶性無機酸化物微粒子は、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。溶解されやすい結晶性無機酸化物微粒子の場合は、無機酸化物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。
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、セリウム含有被覆層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。溶解されやすい結晶性無機酸化物微粒子は、100℃以上で乾燥させた後に原料に供すると溶解性を抑制することができる。
After adding the metal salt of cerium to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, the temperature at the time of stirring is preferably 0 to 20 ° C, more preferably 3 to 20 ° C, and 3 to 18 ° C. It is more preferable to have. If this temperature is too low, the reactivity between the ceria and the inorganic oxide is lowered, and the solubility of the inorganic oxide is significantly lowered, so that the crystallization of the ceria is not controlled. As a result, coarse crystalline oxide of ceria is generated, abnormal growth of CeO 2 ultrafine particles occurs on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles, and it becomes difficult to be crushed after firing, or the inorganic oxide made of a cerium compound is used. Since the amount of dissolved in the cerium is reduced, the amount of inorganic oxide supplied to the cerium-containing coating layer is reduced. For this reason, the inorganic oxide that serves as a binder between the mother particle and the ceria child particle is insufficient (the inorganic oxide laminated on the mother particle is insufficient), and the immobilization of the ceria child particle to the mother particle is unlikely to occur. It is possible that it will be. On the contrary, if this temperature is too high, the solubility of the inorganic oxide may be remarkably increased and the formation of crystalline ceria oxide may be suppressed. There is a possibility that it cannot be crushed, and moreover, scales and the like are likely to occur on the wall surface of the reactor, which is not preferable. Further, the crystalline inorganic oxide fine particles are preferably those that are difficult to dissolve in a cerium compound (neutralized product of a cerium salt). In the case of crystalline inorganic oxide fine particles that are easily dissolved, the crystal growth of ceria is suppressed by the inorganic oxide, and the particle size of the CeO 2 ultrafine particles at the compounding stage is 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 coating layer May cover the mother particles tightly, making crushing difficult. Crystalline inorganic oxide fine particles that are easily dissolved can be suppressed in solubility when used as a raw material after being dried at 100 ° C. or higher.
また、結晶性無機酸化物微粒子分散液をセリウムの金属塩を添加した後に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CeO2超微粒子が凝集して、結晶性無機酸化物微粒子の表面上で無機酸化物と反応し難くなり、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CeO2超微粒子含有層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、結晶性無機酸化物微粒子に付着せず遊離したCeO2超微粒子を結晶性無機酸化物微粒子上に付着させる効果があるからである。 Further, the time for stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid after adding the metal salt of cerium is preferably 0.5 to 24 hours, more preferably 0.5 to 18 hours. If this time is too short, the CeO 2 ultrafine particles aggregate and become difficult to react with the inorganic oxide on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles, which is preferable in that composite fine particles that are difficult to be crushed tend to be formed. do not have. On the contrary, even if this time is too long, the formation of the CeO 2 ultrafine particle-containing layer 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 crystalline inorganic oxide fine particles without adhering to the crystalline inorganic oxide fine particles.
また、結晶性無機酸化物微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加し、撹拌する際の結晶性無機酸化物微粒子分散液のpH範囲は7.0~9.0とするが、7.6~8.6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 crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid when a metal salt of cerium is added to the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid and stirred is set to 7.0 to 9.0, but 7.6 to 9.0. It is preferably 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、結晶性無機酸化物微粒子分散液にセリウムの金属塩(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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CeO2超微粒子の結晶化が促進される。酸化還元電位が50mV以下または負となった場合、セリウム化合物が結晶性無機酸化物微粒子の表面に沈着せずに板状・棒状などのセリア単独粒子あるいは複合セリア粒子が生成する場合がある。さらに、結晶性無機酸化物微粒子に対する水酸化セリウム等の反応性が低下し、CeO2超微粒子含有層が形成されず、仮に形成したとしてもCeO2超微粒子層中の無機酸化物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内在するセリウム含有被覆層は形成されず、セリア子粒子は無機酸化物の母粒子の表面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、酸素及びオゾンを吹き込む方法が挙げられる。これらの方法を行わない場合は、酸化還元電位は負であったり50mV以下になる傾向にある。
Further, a metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is added to the crystalline inorganic oxide 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 CeO 2 ultrafine particles is promoted. When the redox potential is 50 mV or less or negative, the cerium compound may not be deposited on the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles, and plate-shaped or rod-shaped ceria single particles or composite ceria particles may be generated. Further, the reactivity of cerium hydroxide or the like with respect to the crystalline inorganic oxide fine particles is lowered, and the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is not formed. Even if it is formed, the proportion of the inorganic oxide in the CeO 2 ultrafine particle layer is extremely high. It gets lower. Therefore, the cerium-containing coating layer containing the ceria particles is not formed after firing, and the ceria particles tend to be exposed and arranged on the surface of the mother particles of the inorganic oxide.
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. If these methods are not performed, the redox potential tends to be negative or 50 mV or less.
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以上、10nm未満の粒子を得ることが可能である。無機酸化物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未満となる傾向があるため、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 or more and less than 10 nm of CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles. If the reactivity between the inorganic oxide and ceria is too high, the average crystallite diameter of the CeO 2 ultrafine particles contained in the precursor particles tends to be less than 2.5 nm. It is necessary to bake at an excessively 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、前記結晶性無機酸化物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(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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 crystalline inorganic oxide fine particle dispersion is stirred, and the temperature is maintained at 0 to 20 ° C., the pH is 7.0 to 9.0, and the redox potential is 50 to 500 mV. The metal salt of cerium (preferably a component further containing silicon) is continuously or intermittently added thereto, after which the temperature is over 20 ° C. and 98 ° C. or lower, the pH is 7.0 to 9.0, and the redox is redox. It is preferable to continuously or intermittently add the metal salt of the cerium (preferably a component further containing silicon) to the potential while maintaining the potential at 50 to 500 mV 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.
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、前記結晶性無機酸化物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(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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(好ましくはさらにケイ素を含む成分)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。
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。
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 cerium is here while stirring the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion, 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. Metal salt (preferably a component further containing silicon) 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 redox potential is maintained at 50 to 500 mV. However, it is preferable to continuously or intermittently add the metal salt of the cerium (preferably a component further containing silicon) to 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.
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.
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. ..
0~20℃の範囲で反応させると、無機酸化物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、無機酸化物に対するセリウムの反応性が高くなり、無機酸化物の溶解が促進されるため、無機酸化物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。
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 the inorganic oxide is suppressed, so that large-sized CeO 2 ultrafine particles are produced. When the metal salt of Cerium is added, the reactivity of cerium with the inorganic oxide is increased and the dissolution of the inorganic oxide is promoted. Generate. 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 compounding 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.
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。 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.
<工程2>
工程2では、前駆体粒子分散液を乾燥させた後、700~1,200℃で焼成する。
<Step 2>
In step 2, the precursor particle dispersion is dried and then calcined at 700 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。
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.
乾燥後、焼成する温度は700~1200℃であるが、710~1100℃であることが好ましく、720~1090℃であることがより好ましく、730~1090℃であることがもっとも好ましい。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被覆層が適度な膜厚となり、セリウム含有被覆層が母粒子へ強固に結合し、セリウム含有被覆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、セリウム含有被覆層が厚くなりすぎたり、母粒子を構成する結晶性無機酸化物が結晶化したり、粒子同士の融着が進む可能性もある。 After drying, the firing temperature is 700 to 1200 ° C., preferably 710 to 1100 ° C., more preferably 720 to 1090 ° C., and most preferably 730 to 1090 ° C. When fired in such a temperature range, the crystallization of cerium progresses sufficiently, the cerium-containing coating layer in which the cerium child particles are dispersed has an appropriate film thickness, and the cerium-containing coating layer firmly forms the mother particles. The particles that are bonded and dispersed in the cerium-containing coating 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 coating layer may become too thick, the crystalline inorganic oxides that make up the mother particles may crystallize, and the particles may be fused together. be.
焼成時にアルカリ金属、アルカリ土類金属、硫酸塩などをフラックス成分として添加してセリアの結晶成長を促進することもできるが、フラックス成分は、研磨基板への金属汚染や腐食の原因となり得る。そのため、焼成時のフラックス成分の含有量は、前駆体粒子(ドライ)あたり、100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがさらに好ましく、40ppm以下であることが最も好ましい。
またフラックス成分は、原料からの持込みを利用したり、調合時にセリウム金属塩の中和に使用するアルカリとして利用しても良いが、調合時にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が共存した場合、結晶性無機酸化物微粒子の重合が促進され緻密化するため、水酸化セリウム等と結晶性無機酸化物微粒子との反応性が低下する。さらに結晶性無機酸化物微粒子の表面がアルカリ金属またはアルカリ土類金属で保護されるため、水酸化セリウム等との反応性が抑制され、セリウム含有被覆層が形成されない傾向にある。さらに調合中に無機酸化物の溶解が抑制されるため、セリア子粒子中に無機酸化物の原子が固溶し難くなる。
Alkali metals, alkaline earth metals, sulfates and the like can be added as flux components during firing to promote crystal growth of ceria, but the flux components can cause metal contamination and corrosion of the polished substrate. Therefore, the content of the flux component at the time of firing is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and most preferably 40 ppm or less per precursor particle (dry).
In addition, the flux component may be brought in from the raw material or used as an alkali used for neutralizing the cerium metal salt at the time of preparation, but when an alkali metal or an alkaline earth metal coexists at the time of preparation, it is crystalline. Since the polymerization of the inorganic oxide fine particles is promoted and densified, the reactivity between cerium hydroxide or the like and the crystalline inorganic oxide fine particles is lowered. Further, since the surface of the crystalline inorganic oxide fine particles is protected by an alkali metal or an alkaline earth metal, the reactivity with cerium hydroxide or the like is suppressed, and the cerium-containing coating layer tends not to be formed. Further, since the dissolution of the inorganic oxide is suppressed during the preparation, it becomes difficult for the atoms of the inorganic oxide to dissolve in the ceria particles.
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無機酸化物の原子が固溶する。したがって、子粒子に含まれるセリウム原子および無機酸化物の原子について、セリウム-無機酸化物の原子間距離を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 fired in such a temperature range, the atom of the inorganic oxide is solid-solved in the crystalline ceria which is the main component of the child particles. Therefore, for cerium atoms and inorganic oxide atoms contained in child particles, when the interatomic distance between cerium and inorganic oxide is R 1 and the interatomic distance between cerium and cerium is R 2 , R 1 <R 2 Can satisfy the relationship of.
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。
ここで、焼成体に湿式で解砕処理を施す前に焼成体を乾式で解砕し、その後、湿式で解砕処理を施してもよい。
In step 2, a solvent is added to the calcined body obtained by calcining, and a wet crushing treatment is performed in the range of pH 8.6 to 10.8 to obtain a calcined body crushed dispersion.
Here, the fired body may be crushed by a dry method before the fired body is subjected to the wet crushing treatment, and then the crushed body may be subjected to the wet crushing treatment.
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、振動ボールミル等を挙げることができる。
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。
焼成体を湿式で解砕するときに用いる溶媒としては、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。
As the dry crushing device, a conventionally known device can be used, and examples thereof include an attritor, a ball mill, a vibration mill, and a vibration ball mill.
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 used when crushing the fired body in a wet manner. 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.
なお、焼成体に湿式解砕を施す場合は、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-110.0~-15.0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被覆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、且つセリア子粒子の脱落を制御できると推定している。さらに解砕中に、セリウム含有被覆層中の無機酸化物が溶解し再び沈着することで、軟質で易溶解な無機酸化物の層が最外層に形成され、この易溶解性の無機酸化物の層が基板との凝着作用で摩擦力を向上させ研磨速度が向上すると推定している。また、セリウム含有被覆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、-100.0~-15.0であることがより好ましく、-100.0~-20.0であることがさらに好ましい。
なお、工程2のような湿式解砕工程を経ずに、焼成粉をほぐす程度であったり、乾式解砕・粉砕だけ、あるいは湿式解砕であっても所定のpH範囲外の場合は、ΔPCD/Vが-100.0~-15の範囲となりにくく、さらに軟質で易溶解性のセリウム含有被覆層が形成され難い。
When wet crushing is performed on the fired body, it is preferable to perform 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 -110.0 to -15.0 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 coating 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. Further, during crushing, the inorganic oxide in the cerium-containing coating layer is dissolved and deposited again, so that a soft and easily soluble inorganic oxide layer is formed in the outermost layer, and the easily soluble inorganic oxide is formed. It is estimated that the layer adheres to the substrate to improve the frictional force and the polishing speed. In addition, since the cerium-containing coating 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 -100.0 to -15.0, and even more preferably -100.0 to -20.0.
If the pH is out of the predetermined pH range, such as loosening the calcined powder without going through the wet crushing step as in step 2, only dry crushing / crushing, or even wet crushing, ΔPCD. / V is unlikely to be in the range of -100.0 to -15, and it is difficult to form a soft and easily soluble cerium-containing coating layer.
<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。
<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.
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。 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.
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。 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 abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention has excellent effects such as high polishing speed when polishing a semiconductor substrate, less scratches (scratches) on the polished surface during polishing, and less residual abrasive grains on the substrate. ing.
本発明の研磨用砥粒分散液は分散溶媒として、水及び/又は有機溶媒を含む。この分散溶媒として、例えば純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。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>
本発明の研磨用砥粒分散液の分散性や安定性を向上させるためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性系の界面活性剤又は親水性化合物を添加することができる。界面活性剤と親水性化合物は、いずれも被研磨面への接触角を低下させる作用を有し、均一な研磨を促す作用を有する。界面活性剤及び/又は親水性化合物としては、例えば、以下の群から選ばれるものを使用することができる。
<Surfactant and / or hydrophilic compound>
In order to improve the dispersibility and stability of the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention, a cationic, anionic, nonionic or amphoteric surfactant or hydrophilic compound can be added. Both the surfactant and the hydrophilic compound have an action of lowering the contact angle with the surface to be polished and have an action of promoting uniform polishing. As the surfactant and / or the hydrophilic compound, for example, those selected from the following groups can be used.
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、カルボン酸塩として、石鹸、N-アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド;スルホン酸塩として、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼン及びアルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、α-オレフィンスルホン酸塩、N-アシルスルホン酸塩;硫酸エステル塩として、硫酸化油、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩;リン酸エステル塩として、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテルリン酸塩を挙げることができる。 Examples of the anionic surfactant include carboxylates, sulfonates, sulfates and phosphates, and the carboxylates include soaps, N-acylamino acid salts, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxylics. Acid salts, acylated peptides; as sulfonates, alkyl sulfonates, alkylbenzene and alkyl naphthalene sulfonates, naphthalene sulfonates, sulfosuccinates, α-olefin sulfonates, N-acyl sulfonates; sulfate esters. As salts, sulfated oils, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkylallyl ether sulfates, alkylamide sulfates; as phosphate ester salts, alkyl phosphates, polyoxyethylene or poly Oxypropylene alkyl allyl ether phosphate can be mentioned.
陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩;両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができる。 As cationic surfactants, aliphatic amine salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium chloride salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, imidazolinium salts; as amphoteric surfactants, carboxybetaine type, sulfobetaine type, Aminocarboxylates, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxides can be mentioned.
非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、エーテル型として、ポリオキシエチレンアルキル及びアルキルフェニルエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルが挙げられ、エーテルエステル型として、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、エステル型として、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ポリグリセリンエステル、ソルビタンエステル、プロピレングリコールエステル、ショ糖エステル、含窒素型として、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が例示される。その他に、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。 Examples of the nonionic surfactant include an ether type, an ether ester type, an ester type, and a nitrogen-containing type, and examples of the ether type are polyoxyethylene alkyl and alkylphenyl ether, alkylallyl formaldehyde condensed polyoxyethylene ether, and polyoxyethylene poly. Examples thereof include oxypropylene block polymer and polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, and examples of the ether ester type include polyoxyethylene ether for glycerin ester, polyoxyethylene ether for sorbitan ester, polyoxyethylene ether for sorbitol ester, and ester type. Examples of polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, polyglycerin ester, sorbitan ester, propylene glycol ester, sucrose ester, and nitrogen-containing type include fatty acid alkanolamide, polyoxyethylene fatty acid amide, and polyoxyethylene alkylamide. In addition, a fluorine-based surfactant and the like can be mentioned.
界面活性剤としては陰イオン界面活性剤もしくは非イオン系界面活性剤が好ましく、また、塩としては、アンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩等が挙げられ、特にアンモニウム塩及びカリウム塩が好ましい。 As the surfactant, an anionic surfactant or a nonionic surfactant is preferable, and examples of the salt include an ammonium salt, a potassium salt, a sodium salt and the like, and an ammonium salt and a potassium salt are particularly preferable.
さらに、その他の界面活性剤、親水性化合物等としては、グリセリンエステル、ソルビタンエステル及びアラニンエチルエステル等のエステル;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール等のエーテル;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p-スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;メチルタウリン酸アンモニウム塩、メチルタウリン酸ナトリウム塩、硫酸メチルナトリウム塩、硫酸エチルアンモニウム塩、硫酸ブチルアンモニウム塩、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、1-アリルスルホン酸ナトリウム塩、2-アリルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3-エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド、アクリルアミド、メチル尿素、ニコチンアミド、コハク酸アミド及びスルファニルアミド等のアミド等を挙げることができる。 Further, other surfactants, hydrophilic compounds and the like include esters such as glycerin ester, sorbitan ester and alanine ethyl ester; polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether and alkyl. Polyethylene Glycol, Alkyl Polyethylene Glycol Alkyl Ether, Alkyl Polyethylene Glycol Alkenyl Ether, Alkenyl Polyethylene Glycol, Alkenyl Polyethylene Glycol Alkyl Ether, Alkenyl Polyethylene Glycol Alkenyl Ether, Polypropylene Glycol Alkyl Ether, Polypropylene Glycol Alkenyl Ether, Alkyl Polypropylene Glycol, Alkyl Polypropylene Glycol Alkyl Ether , Alkyl Polypropylene Glycol Alkenyl Ethers, Esteryl Polypropylene Glycols and Other Ethers; Polysaccharides such as Arginic Acid, Pectic Acid, Carboxymethyl Cellulose, Cardolan and Pluran; Amino Acid Salts such as Glycinammonium Salts and Glycin Sodium Salts; Polylysine, polyappleic acid, polymethacrylic acid, polyammonium methacrylate, sodium polymethacrylate, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumalic acid, poly (p-styrene carboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, amino Polycarboxylic acids such as polyacrylamide, ammonium polyacrylic acid salt, sodium polyacrylic acid salt, polyamic acid, ammonium polyamic acid salt, sodium polyamic acid salt and polyglioxylic acid and salts thereof; Vinyl-based polyma; ammonium methyltaurate, sodium methyltaurate, methylsodium sulfate, ethylammonium sulfate, butylammonium sulfate, sodium vinylsulfonic acid, sodium 1-allylsulfonic acid, 2-allylsulfonic acid Sulfonic acids and salts thereof such as sodium salt, sodium methoxymethyl sulfonic acid salt, ammonium ethoxymethyl sulfonic acid salt, sodium 3-ethoxypropyl sulfonic acid salt; propionamide, acrylamide, methyl urea, nicotine amide, succinic acid amide and sulf Examples thereof include amides such as ananyl amides.
なお、適用する被研磨基材がガラス基板等である場合は、何れの界面活性剤であっても好適に使用できるが、半導体集積回路用シリコン基板などの場合であって、アルカリ金属、アルカリ土類金属又はハロゲン化物等による汚染の影響を嫌う場合にあっては、酸もしくはそのアンモニウム塩系の界面活性剤を使用することが望ましい。 When the substrate to be polished is a glass substrate or the like, any surfactant can be preferably used, but in the case of a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, alkali metal or alkaline soil can be used. When the influence of contamination by metals or halides is disliked, it is desirable to use an acid or an ammonium salt-based surfactant thereof.
本発明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 amount 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 suppressing the erosion of the substrate to be polished by forming a passivation layer or a dissolution suppressing layer on the metal when the substrate to be polished contains a metal. Heterocyclic compounds may be contained. Here, the "heterocyclic compound" is a compound having a heterocycle containing one or more heteroatoms. Heteroatom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. The heterocycle means a cyclic compound having at least one heteroatom. Heteroatoms refer only to the atoms that form the constituents of the heterocyclic ring system, and may be located outside the ring system, separated from the ring system by at least one unconjugated single bond, or the ring system. It does not mean an atom that is part of a further substituent of. Preferred heteroatoms include, but are not limited to, nitrogen atoms, sulfur atoms, oxygen atoms, selenium atoms, tellurium atoms, phosphorus atoms, silicon atoms, and boron atoms. As an example of the heterocyclic compound, imidazole, benzotriazole, benzothiazole, tetrazole and the like can be used. More specifically, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3- Triazole, 4-amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino1,2,4-triazole, 3,5 -Diamino-1,2,4-triazole and the like can be mentioned, but the present invention is not limited thereto.
本発明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 liquid 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.
本発明の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 the polishing abrasive grain dispersion liquid of the present invention is adjusted to a pH of less than 7, an acidic one is used as the pH adjusting agent. 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>
本発明の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 of the present invention constant. As the pH buffer, for example, phosphates such as ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, ammo tetrahydrate tetrahydrate, and borates or organic acid salts can be used.
また、本発明の研磨用砥粒分散液の分散溶媒として、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類;アセトン、2-ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどのアミド類;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、3,4-ジヒドロ-2H-ピランなどのエーテル類;2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;2-メトキシエチルアセテート、2-エトキシエチルアセテート、2-ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類;塩化メチレン、1,2-ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;N-メチル-2-ピロリドン、N-オクチル-2-ピロリドンなどのピロリドン類などの有機溶媒を用いることができる。これらを水と混合して用いてもよい。 Further, as the dispersion solvent of the abrasive grain dispersion liquid for polishing of the present invention, for example, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, methylisocarbinol; acetone, 2-butanone, ethyl amylketone, diacetone alcohol, etc. Ketones such as isophorone and cyclohexanone; amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide; diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 3,4-dihydro-2H-pyran and the like. Ethers; Glycol ethers such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylene glycol dimethyl ether; Glycol ether acetates such as 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate Kind; Ethers such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, ethylene carbonate; Fragrant hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene; Fat group hydrocarbons such as hexane, heptane, isooctane, cyclohexane Classes; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, chlorbenzene; sulfoxides such as dimethylsulfoxide; pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone, N-octyl-2-pyrrolidone. And other organic solvents can be used. These may be mixed with water and used.
本発明の研磨用砥粒分散液に含まれる固形分濃度は0.3~50質量%の範囲にあることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると必要とする研磨速度に達しない場合がある。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。 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 required polishing rate may not be reached. On the contrary, even if the solid content concentration is too high, the polishing speed is rarely improved further.
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 Table 1.
実施例及び比較例で原料として使用する結晶性無機酸化物微粒子分散液に含まれる結晶性無機酸化物微粒子の圧縮破壊強度を、次の方法で測定した。
複合微粒子分散液をサンドミルにて解砕し、遠心分離装置で分級分離することにより母粒子を得て、島津製作所製微小圧縮試験機(MCT-W500)を用い、圧縮破壊強度を測定した。
The compressive fracture strength of the crystalline inorganic oxide fine particles contained in the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion used as a raw material in Examples and Comparative Examples was measured by the following method.
The composite fine particle dispersion was crushed by a sand mill and classified and separated by a centrifuge to obtain mother particles, and the compression fracture strength was measured using a microcompression tester (MCT-W500) manufactured by Shimadzu Corporation.
<平均粒子径及び短径/長径比>
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について、これに含まれるセリア系複合微粒子の平均粒子径と短径/長径比は、前述の画像解析法によって測定を行った。
即ち、セリア系複合微粒子分散液におけるセリア系複合微粒子の平均粒子径及び短径/長径比は、前述の通り、透過型電子顕微鏡を用いて写真撮影して得た写真投影図を基にそれぞれ算出した値をもって、平均粒子径又は短径/長径比とした。
<Average particle diameter and minor / major diameter ratio>
With respect to the ceria-based composite fine particle dispersions obtained in Examples and Comparative Examples, the average particle diameter and the minor axis / major axis ratio of the ceria-based composite fine particles contained therein were measured by the above-mentioned image analysis method.
That is, the average particle diameter and the minor axis / major axis ratio of the ceria-based composite fine particles in the ceria-based composite fine particle dispersion are calculated based on the photographic projections obtained by taking photographs using a transmission electron microscope as described above. The value obtained was taken as the average particle diameter or the minor / major diameter ratio.
[CeO2含有量とその他含有量の測定]
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る。
次に、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。
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、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、Ceの測定値とする。
そして、前述の固形分の質量に基づいてCeO2の含有量とCeO2以外の含有量とを求め、これらの質量比を計算する。
[Measurement of CeO 2 content and other contents]
The weight of the ceria-based composite fine particle dispersion is reduced by burning at 1000 ° C., and the mass of the solid content is determined.
Next, about 1 g of a sample (adjusted to a solid content of 20% by mass) consisting of a ceria-based composite fine particle dispersion 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.
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, measurement is performed by a standard addition method with an ICP plasma emission spectrometer (for example, SII, SPS5520). Here, the blank is also measured by the same method, and the blank is subtracted and adjusted to obtain the measured value of Ce.
Then, the content of CeO 2 and the content other than CeO 2 are obtained based on the above-mentioned mass of solid content, and the mass ratio of these is calculated.
[変動係数(CV値)]
前述の方法で子粒子の粒子径分布を求め、その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、子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)を求めた。
[Coefficient of variation (CV value)]
The particle size distribution of the child particles is obtained by the above method, the standard deviation and the number mean value are obtained using the particle size distribution as the population, then the standard deviation is divided by the number mean value and multiplied by 100 (that is, the standard). The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles was obtained from the deviation / number mean value × 100).
[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、セリアおよび結晶性無機酸化物の結晶型を特定した。
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 dispersions obtained in Examples and Comparative Examples were dried using a conventionally known dryer, and the obtained powder was pulverized in a mortar for 10 minutes, and an X-ray diffractometer (Rigaku Denki Co., Ltd.) ), An X-ray diffraction pattern was obtained by RINT1400), and the crystal types of ceria and crystalline inorganic oxide were identified.
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.
[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%であり、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1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 1.
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%であり、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.
<実施例1>α―Al2O3コア
[結晶性無機酸化物分散液の調製]
α-Al2O3(住友化学社製、アドバンストアルミナ AA-03)180gにイオン交換水5815.1gを加え、超音波処理を2時間行った。次に、3%アンモニア4.9gを加えて混合し、Al2O3固形分濃度3質量%の分散液6000g(以下、A-1液ともいう)を得た。
<Example 1> α-Al 2 O 3 core [Preparation of crystalline inorganic oxide dispersion liquid]
To 180 g of α-Al 2 O 3 (Advanced Alumina AA-03 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 5815.1 g of ion-exchanged water was added, and ultrasonic treatment was performed for 2 hours. Next, 4.9 g of 3% ammonia was added and mixed to obtain 6000 g of a dispersion liquid having an Al 2 O 3 solid content concentration of 3% by mass (hereinafter, also referred to as A-1 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%の硝酸セリウム水溶液(以下、B-1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 a 3.0 mass% cerium nitrate aqueous solution (hereinafter referred to as B-1 solution) in terms of CeO 2 was added. Also called).
次に、A-1液(6000g)を10℃に保ち、撹拌しながら、ここへB-1液(7,186g、CeO2 dry215.6g)を18時間かけて添加した。この間、液温を10℃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、pH7.9から8.7を維持するようにした。そして、添加終了後に、液温10℃で4時間熟成を行った。なお、B-1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100~300mV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4.7質量%、pHが8.2(25℃にて)、電導度が19μs/cm(25℃にて)であった
Next, the A-1 solution (6000 g) was kept at 10 ° C., and the B-1 solution (7,186 g, CeO 2 dry215.6 g) was added thereto over 18 hours while stirring. During this period, the liquid temperature was maintained at 10 ° C., and 3% aqueous ammonia was added as needed to maintain the pH at 7.9 to 8.7. Then, after the addition was completed, aging was carried out at a liquid temperature of 10 ° C. for 4 hours. During the addition and aging of the B-1 liquid, the preparation was carried out while blowing air into the preparation liquid, and the redox potential was maintained at 100 to 300 mV.
Then, washing was performed while replenishing ion-exchanged water with an adventitia. The precursor particle dispersion obtained after washing has a solid content concentration of 4.7% by mass, a pH of 8.2 (at 25 ° C), and a conductivity of 19 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、750℃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 750 ° 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3%アンモニア水溶液を用いてpHを10.1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30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7.1質量%で重量は1178g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10.1に保った。
After adding 300 g of ion-exchanged water to 100 g of powder (calcined body) obtained after firing and adjusting the pH to 10.1 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 30 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 7.1% by mass, and the weight was 1178 g. During crushing, an aqueous ammonia solution was added to keep the pH at 10.1.
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、509Gで60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 509G for 60 seconds, and the light liquid was recovered to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion.
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平均粒子径と短径/長径比を測定した。測定方法は前述の通りの透過型電子顕微鏡写真を基にした画像解析法である。
また、セリア系複合微粒子における母粒子の短径/長径比を前記のSTEM-EDS分析を用いて測定した。
また、前述の方法で子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)を求めた。
また、前述の方法でセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア以外の成分とセリアとの質量比を求めた。
また、前述の方法でセリア系複合微粒子のX線回折パターンを得て、セリアおよび結晶性無機酸化物の結晶型を特定した。さらに、セリア系複合微粒子の平均結晶子径を求めた。
結果を第1表に示す。
The average particle size and the minor / major axis ratio of the ceria-based composite fine particles contained in the obtained ceria-based composite fine particle dispersion were measured. The measurement method is an image analysis method based on the transmission electron micrograph as described above.
In addition, the minor axis / major axis ratio of the mother particles in the ceria-based composite fine particles was measured using the above-mentioned STEM-EDS analysis.
In addition, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles was obtained by the above-mentioned method.
In addition, the mass ratio of components other than ceria contained in the ceria-based composite fine particle dispersion and ceria was determined by the above-mentioned method.
In addition, the X-ray diffraction pattern of the ceria-based composite fine particles was obtained by the above-mentioned method, and the crystal types of ceria and the crystalline inorganic oxide were specified. Furthermore, the average crystallite diameter of the ceria-based composite fine particles was determined.
The results are shown in Table 1.
次に、得られたセリア系複合微粒子分散液を用いて研磨試験を行った。
結果を第1表に示す。
Next, a polishing test was performed using the obtained ceria-based composite fine particle dispersion.
The results are shown in Table 1.
<実施例2>α―Al2O3コア
実施例1で用いたα-Al2O3100gにイオン交換水400gを加え、さらに7%硝酸水溶液を用いてpHを3.8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)にて超音波処理の代わりに湿式解砕(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)を120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α―Al2O3解砕分散液の固形分濃度は6.6質量%で重量は1401gであった。なお、解砕中には硝酸水溶液を添加してpHを4.4に保った。次に、このα―Al2O3解砕分散液1340gに陰イオン交換樹脂(三菱化学社製 SANUP B)13gを徐々に添加し、9分撹拌し、イオン交換水1200gを用いて樹脂を分離した。このときのpHは8.4であった。
次に、添加するA-1液を4000g、焼成温度を760℃とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 2> α-Al 2 O 3 core After adding 400 g of ion-exchanged water to 100 g of α-Al 2 O 3 used in Example 1 and further adjusting the pH to 3.8 with a 7% aqueous nitrate solution. , Wet crushing (batch type tabletop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.) was performed for 120 minutes instead of ultrasonic treatment with quartz beads (manufactured by Daiken Kagaku Kogyo Co., Ltd.) having a diameter of 0.25 mm.
Then, after crushing, the beads were separated through a 44 mesh wire mesh. The solid content concentration of the obtained α-Al 2 O 3 crushed dispersion was 6.6% by mass, and the weight was 1401 g. During crushing, an aqueous nitric acid solution was added to keep the pH at 4.4. Next, 13 g of anion exchange resin (SANUP B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was gradually added to 1340 g of this α-Al 2 O 3 crushed dispersion, stirred for 9 minutes, and the resin was separated using 1200 g of ion exchange water. did. The pH at this time was 8.4.
Next, the same operation as in Example 1 was carried out except that the amount of the A-1 liquid to be added was 4000 g and the firing temperature was 760 ° C., and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.
<実施例3>α―Al2O3コア
添加するA-1液を1100g、焼成温度を950℃とした以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 3> The same operation as in Example 1 was performed except that the A-1 liquid to be added to the α-Al 2 O 3 core was 1100 g and the firing temperature was 950 ° C., and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.
<実施例4>TiO2コア
実施例1で用いたα-Al2O3をアナタース型TiO2に変更し、更に前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後の焼成温度を950℃としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 4> TiO 2 core After changing the α-Al 2 O 3 used in Example 1 to anatase-type TiO 2 and further drying the precursor particle dispersion in a dryer at 120 ° C. for 16 hours. The same operation as in Example 1 was performed except that the firing temperature was set to 950 ° C., and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.
<実施例5>ZrO2コア
実施例1で用いたα-Al2O3をZrO2に変更し、更に前駆体粒子分散液を120℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後の焼成温度を900℃としたこと以外は、実施例1と同様の操作を行い、同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
<Example 5> ZrO 2 core The firing temperature after changing α-Al 2 O 3 used in Example 1 to ZrO 2 and further drying the precursor particle dispersion in a dryer at 120 ° C. for 16 hours. The same operation as in Example 1 was performed except that the temperature was set to 900 ° C., and the same evaluation was performed.
The results are shown in Table 1.
<比較例1>
《シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径60nm)》の調製
エタノール12,090gと正珪酸エチル6,363.9gとを混合し、混合液a1とした。
次に、超純水6,120gと29%アンモニア水444.9gとを混合し、混合液b1とした。
次に、超純水192.9gとエタノール444.9gとを混合して敷き水とした。
そして、敷き水を撹拌しながら75℃に調整し、ここへ、混合液a1及び混合液b1を、各々10時間で添加が終了するように、同時添加を行った。添加が終了したら、液温を75℃のまま3時間保持して熟成させた後、固形分濃度を調整し、SiO2固形分濃度19質量%、動的光散乱法(大塚電子社製PAR-III)により測定された平均粒子径60nm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9,646.3g得た。
<Comparative Example 1>
Preparation of << Silica Fine Particle Dispersion Liquid (Average Particle Diameter of Silica Fine Particles 60 nm) >> 12,090 g of ethanol and 6,363.9 g of ethyl orthosilicate were mixed to prepare a mixed liquid a1.
Next, 6,120 g of ultrapure water and 444.9 g of 29% ammonia water were mixed to prepare a mixed solution b 1 .
Next, 192.9 g of ultrapure water and 444.9 g of ethanol were mixed to prepare water for spreading.
Then, the spread water was adjusted to 75 ° C. while stirring, and the mixed liquid a 1 and the mixed liquid b 1 were simultaneously added to this so that the addition was completed in 10 hours each. After the addition is completed, the liquid temperature is kept at 75 ° C. for 3 hours for aging, and then the solid content concentration is adjusted to obtain a SiO 2 solid content concentration of 19% by mass and a dynamic light scattering method (PAR-Made by Otsuka Electronics Co., Ltd.). A silica fine particle dispersion liquid in which silica fine particles having an average particle diameter of 60 nm measured in III) were dispersed in a solvent was obtained in an amount of 9,646.3 g.
《シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:108nm)》の調製
メタノール2,733.3gと正珪酸エチル1,822.2gとを混合し、混合液a2とした。
次に、超純水1,860.7gと29%アンモニア水40.6gとを混合し、混合液b2とした。
次に、超純水59gとメタノール1,208.9gとを混合して敷き水として、前工程で得た平均粒子径60nm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922.1gを加えた。
そして、シリカ微粒子分散液を含んだ敷き水を撹拌しながら65℃に調整し、ここへ、混合液a2及び混合液b2を、各々18時間で添加が終了するように、同時添加を行った。添加が終了したら、液温を65℃のまま3時間保持して熟成させた後、固形分濃度(SiO2固形分濃度)を19質量%に調整し、3,600gの高純度シリカ微粒子分散液を得た。
この高純度シリカ微粒子分散液に含まれるシリカ微粒子は、動的光散乱法(大塚電子社製PAR-III)により測定した平均粒子径が108nmであった。なお、同じくシリカ微粒子の短径/長径比を透過型電子顕微鏡写真に基づいて測定したところ、短径/長径比=1.0であった。また、Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率をICP(誘導結合プラズマ発光分析)を用いて測定したところ、いずれも1ppm以下であった。
Preparation of << Silica Fine Particle Dispersion Solution (Average Particle Diameter of Silica Fine Particles: 108 nm) >> 2,733.3 g of methanol and 1,822.2 g of ethyl orthosilicate were mixed to prepare a mixed solution a 2 .
Next, 1,860.7 g of ultrapure water and 40.6 g of 29% ammonia water were mixed to prepare a mixed solution b 2 .
Next, 59 g of ultrapure water and 1,208.9 g of methanol were mixed and used as water to prepare 922.1 g of a silica fine particle dispersion liquid in which silica fine particles having an average particle diameter of 60 nm obtained in the previous step were dispersed in a solvent. added.
Then, the bedding water containing the silica fine particle dispersion liquid was adjusted to 65 ° C. while stirring, and the mixed liquid a 2 and the mixed liquid b 2 were simultaneously added to this so that the addition was completed in 18 hours each. rice field. After the addition is completed, the liquid temperature is kept at 65 ° C. for 3 hours for aging, and then the solid content concentration (SiO 2 solid content concentration) is adjusted to 19% by mass, and 3,600 g of high-purity silica fine particle dispersion liquid is used. Got
The silica fine particles contained in this high-purity silica fine particle dispersion had an average particle diameter of 108 nm as measured by a dynamic light scattering method (PAR-III manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). Similarly, when the minor axis / major axis ratio of the silica fine particles was measured based on a transmission electron micrograph, the minor axis / major axis ratio was 1.0. In addition, the content of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F is set to ICP (inductively coupled plasma). When measured using luminescence analysis), it was 1 ppm or less in each case.
次に、この高純度シリカ微粒子分散液(シリカ微粒子の平均粒子径:108nm)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5.1であった。
得られた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A-2液6,000gを得た。
Next, 114 g of a cation exchange resin (SK-1BH manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was gradually added to 1,053 g of this high-purity silica fine particle dispersion (average particle size of silica fine particles: 108 nm), and the resin was stirred for 30 minutes. separated. The pH at this time was 5.1.
Ultrapure water was added to the obtained silica fine particle dispersion to obtain 6,000 g of A-2 liquid having a SiO 2 solid content concentration of 3% by mass.
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2.5質量%のB-2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 a B-2 solution of 2.5% by mass in terms of CeO 2 .
次に、A-2液(6,000g)を50℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへB-2液(8,453g、SiO2の100質量部に対して、CeO2が117.4質量部に相当)を18時間かけて添加した。この間、液温を50℃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、pH7.85維持するようにした。なおB-2液の添加中及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、酸化還元電位は正の値を保った。
そして、B-2液の添加が終了したら、液温を93℃へ上げて4時間熟成を行った。熟成終了後に室内に放置することで放冷し、室温まで冷却した後に、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7質量%、pHが9.1(25℃にて)、電導度が67μs/cm(25℃にて)であった。
Next, the temperature of liquid A-2 (6,000 g) was raised to 50 ° C., and while stirring, CeO 2 was added to 100 parts by mass of liquid B-2 (8,453 g, SiO 2 ). (Corresponding to 4 parts by mass) was added over 18 hours. During this period, the liquid temperature was maintained at 50 ° C., and if necessary, 3% aqueous ammonia was added to maintain the pH at 7.85. During the addition and aging of the B-2 solution, the formulation was carried out while blowing air into the formulation, and the redox potential was maintained at a positive value.
Then, when the addition of the B-2 liquid was completed, the liquid temperature was raised to 93 ° C. and aging was carried out for 4 hours. After the aging was completed, the mixture was allowed to cool by leaving it indoors, cooled to room temperature, and then washed while being replenished with ion-exchanged water with an adventitia. The precursor particle dispersion obtained after washing had a solid content concentration of 7% by mass, a pH of 9.1 (at 25 ° C), and a conductivity of 67 μs / cm (at 25 ° C). ..
次に得られた前駆体粒子分散液に5質量%酢酸水溶液を加えてpHを6.5に調整して、100℃の乾燥機中で16時間乾燥させた後、1090℃のマッフル炉を用いて2時間焼成を行い、粉体を得た。 Next, a 5 mass% acetic acid aqueous solution was added to the obtained precursor particle dispersion to adjust the pH to 6.5, and the mixture was dried in a dryer at 100 ° C. for 16 hours, and then used in a muffle furnace at 1090 ° C. The mixture was fired for 2 hours to obtain a powder.
焼成後に得られた粉体310gと、イオン交換水430g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、事前に設備洗浄と水運転を行った粉砕機(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、さらに上記の懸濁液を粉砕機のチャージタンクに充填した(充填率85%)。なお、粉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、粉砕時の濃度は25質量%である。そして、粉砕機におけるディスクの周速を12m/sec、パス回数を25回、及び1パス当たりの滞留時間を0.43分間とする条件で湿式解砕、粉砕を行った。また、解砕、粉砕時の懸濁液のpHを10に維持するように、パス毎に3%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22質量%のシリカ系複合微粒子分散液を得た。
次いで得られた微粒子分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、相対遠心加速度675Gで1分間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、シリカ系複合微粒子分散液を得た。
310 g of the powder obtained after firing and 430 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 while stirring. A suspension having a pH of 10 (temperature: 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.) that had been washed with equipment and operated with water in advance, and the above suspension was further placed in the charge tank of the crusher. It was filled (filling rate 85%). Considering the ion-exchanged water remaining in the crushing chamber of the crusher and the piping, the concentration at the time of crushing is 25% by mass. Then, wet crushing and crushing were performed under the conditions that the peripheral speed of the disk in the crusher was 12 m / sec, the number of passes was 25, and the residence time per pass was 0.43 minutes. In addition, a 3% aqueous ammonia solution was added for each pass so as to maintain the pH of the suspension at the time of crushing and pulverization at 10. In this way, a silica-based composite fine particle dispersion having a solid content concentration of 22% by mass was obtained.
Next, the obtained fine particle dispersion was centrifuged at a relative centrifugal acceleration of 675 G for 1 minute using a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") to remove sedimentation components and disperse silica-based composite fine particles. Obtained liquid.
このようにして得たシリカ系複合微粒子分散液について、実施例1と同様の評価を行った。
結果を第1表に示す。
The silica-based composite fine particle dispersion thus obtained was evaluated in the same manner as in Example 1.
The results are shown in Table 1.
本発明の分散液に含まれるセリア系複合微粒子は、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 have low scratch and high polishing speed. 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 (9)
[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被覆層と、前記セリウム含有被覆層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は結晶性無機酸化物を主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が14~60%であること。
[3]前記セリア系複合微粒子は、セリア以外の成分とセリアとの質量比が100:11~316の範囲であること。
[4]前記セリア系複合微粒子は、X線回折に供すると、セリアの結晶相および前記結晶性無機酸化物の結晶相が検出されること。
[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10~25nmであること。 A ceria-based composite containing the following features [1] to [5], a minor axis / major axis ratio in the range of 0.2 to 1.0, and an average particle diameter of 50 to 1000 nm. Fine particle dispersion.
[1] The ceria-based composite fine particles have a mother particle, a cerium-containing coating layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing coating layer, and the mother particle is The main component is crystalline inorganic oxide, and the child particles are mainly composed of crystalline cerium.
[2] The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is 14 to 60%.
[3] The ceria-based composite fine particles have a mass ratio of a component other than ceria and ceria in the range of 100: 11 to 316.
[4] When the ceria-based composite fine particles are subjected to X-ray diffraction, the crystal phase of ceria and the crystal phase of the crystalline inorganic oxide are detected.
[5] The ceria-based composite fine particles have an average crystallinity diameter of 10 to 25 nm, which is measured by subjecting them to X-ray diffraction.
工程1:短径/長径比が0.1以上、1.0未満である結晶性無機酸化物微粒子が溶媒に分散している結晶性無機酸化物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、700~1,200℃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。 A method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, which comprises the following steps 1 to 3.
Step 1: Stir the crystalline inorganic oxide fine particle dispersion liquid in which the crystalline inorganic oxide fine particles having a minor axis / major axis ratio of 0.1 or more and less than 1.0 are dispersed in a solvent, and set the temperature to 0 to 20. A precursor particle dispersion containing precursor particles by continuously or intermittently adding a metal salt of cerium to the temperature, pH of 7.0 to 9.0, and redox potential of 50 to 500 mV. The process of obtaining.
Step 2: The precursor particle dispersion is dried, calcined at 700 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.
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