JP7620504B2 - Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion - Google Patents
Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion Download PDFInfo
- Publication number
- JP7620504B2 JP7620504B2 JP2021099386A JP2021099386A JP7620504B2 JP 7620504 B2 JP7620504 B2 JP 7620504B2 JP 2021099386 A JP2021099386 A JP 2021099386A JP 2021099386 A JP2021099386 A JP 2021099386A JP 7620504 B2 JP7620504 B2 JP 7620504B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceria
- silica
- based composite
- particles
- arc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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 microparticle dispersion suitable as an abrasive used in the manufacture of semiconductor devices, etc., and in particular to a ceria-based composite microparticle dispersion for planarizing a film to be polished formed on a substrate by chemical mechanical polishing (CMP), a method for producing the same, and a polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle 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 substrates and wiring boards have achieved high performance by increasing the density and miniaturization. In the manufacturing process of these semiconductors, so-called chemical mechanical polishing (CMP) is applied, and specifically, it is an essential technology for shallow trench isolation, planarization of interlayer insulating films, and formation of contact plugs and Cu damascene wiring.
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, CMP polishing agents consist of abrasive grains and chemical components, and the chemical components play a role in promoting polishing by oxidizing or corroding the target film. On the other hand, the abrasive grains play a role in polishing by mechanical action, and colloidal silica, fumed silica, and ceria particles are used as abrasive grains. Ceria particles in particular have a uniquely high polishing speed for silicon oxide films, and are therefore used in polishing in the shallow trench isolation process.
In the shallow trench isolation process, not only the silicon oxide film but also the silicon nitride film is polished. To facilitate isolation, it is desirable that the polishing rate of the silicon oxide film is high and that of the silicon nitride film is low, and the polishing rate ratio (selectivity) 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, the method of polishing such members involves a relatively rough primary polishing process followed by a precise secondary polishing process to obtain a smooth surface or an extremely high-precision surface with few scratches or other imperfections.
Regarding the abrasive used in the secondary polishing as the finish polishing, the following methods have been proposed.
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, Patent Document 1 describes a method for producing ultrafine cerium oxide particles (average particle size 10-80 nm) made of single crystals of cerium oxide, which is characterized by mixing and stirring an aqueous solution of cerous nitrate and a base in a ratio such that the pH is 5-10, followed by rapid heating to 70-100°C and aging at that temperature. It further describes that this production method can provide ultrafine cerium oxide particles with high uniformity in particle size and shape.
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。 Non-Patent Document 1 also discloses a method for producing ceria-coated silica that includes a manufacturing process similar to the manufacturing process for cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1. This method for producing ceria-coated silica does not include the firing-dispersion process included in the manufacturing process described in Patent Document 1.
また、特許文献2には、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、ジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。また、好ましい態様として、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、アルミニウム等の元素を含む非晶質の酸化物層であって、非晶質のシリカ層とは異なる非晶質の酸化物層Cを有し、さらに、その上にジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた1種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Bを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。そして、このようなシリカ系複合粒子は、非晶質のシリカ粒子Aの表面に、結晶質の酸化物層Bを有するために、研磨速度を向上させることができ、かつ、シリカ粒子に前処理をすることにより、焼成時に粒子同士の焼結が抑制され研磨スラリー中での分散性を向上させることができ、さらに、酸化セリウムを含まない、あるいは酸化セリウムの使用量を大幅に低減することができるので、安価であって研磨性能の高い研磨材を提供することができると記載されている。また、シリカ系粒子Aと酸化物層Bの間にさらに非晶質の酸化物層Cを有するものは、粒子の焼結抑制効果と研磨速度を向上させる効果に特に優れると記載されている。 In addition, Patent Document 2 describes a silica-based composite particle characterized in that the surface of an amorphous silica particle A has a crystalline oxide layer B containing one or more elements selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, yttrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanum, and strontium. In addition, as a preferred embodiment, the surface of an amorphous silica particle A has an amorphous oxide layer C containing an element such as aluminum, which is different from the amorphous silica layer, and further has a crystalline oxide layer B thereon containing one or more elements selected from zirconium, titanium, iron, manganese, zinc, cerium, yttrium, calcium, magnesium, fluorine, lanthanum, and strontium. It is described that such silica-based composite particles can improve the polishing speed because they have a crystalline oxide layer B on the surface of the amorphous silica particles A, and that by pretreating the silica particles, sintering of the particles during firing can be suppressed and dispersibility in the polishing slurry can be improved, and that since they do not contain cerium oxide or the amount of cerium oxide used can be significantly reduced, an inexpensive abrasive with high polishing performance can be provided. It is also described that those having an amorphous oxide layer C between the silica-based particles A and the oxide layer B are particularly excellent in the effect of suppressing sintering of the particles and the effect of improving the polishing speed.
さらに、特許文献3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、シリカ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、セリアの結晶相のみが検出されること。[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。 Furthermore, Patent Document 3 describes a silica-based composite microparticle dispersion liquid containing silica-based composite microparticles having an average particle size of 50 to 350 nm and the following characteristics [1] to [3], in which child particles mainly made of crystalline ceria are present on the surface of mother particles mainly made of amorphous silica, and the surfaces of the child particles are further coated with silica. [1] The silica-based composite microparticles have a mass ratio of silica to ceria of 100:11 to 316. [2] When the silica-based composite microparticles are subjected to X-ray diffraction, only the crystalline phase of ceria is detected. [3] The silica-based composite microparticles have a crystallite size of the (111) plane of the crystalline ceria of 10 to 25 nm, as measured by X-ray diffraction. The article also states that such silica-based composite microparticles can polish silica films, Si wafers, and other difficult-to-process materials at high speeds, while achieving high surface precision (low scratches, low surface roughness (Ra) of the substrate being polished, etc.), and that because they do not contain impurities, they can provide a silica-based composite microparticle dispersion that can be preferably used for polishing the surfaces of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates.
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 inventors actually produced and examined the cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1, it was found that the polishing rate was low and that the particles were prone to cause defects on the surface of the polishing substrate (deterioration of surface accuracy, increase in scratches, and residue of abrasive on the surface of the polishing substrate).
The inventors presume that the main reason for this is that, compared to methods for producing ceria particles that include a calcination step (calcination increases the crystallinity of the ceria particles), the method for producing cerium oxide ultrafine particles described in Patent Document 1 does not include a calcination step and simply crystallizes cerium oxide particles from a liquid phase (an aqueous solution containing cerous nitrate), so that the crystallinity of the cerium oxide particles produced is relatively low; and because no calcination process is performed, the cerium oxide does not adhere to the base particles, and so the cerium oxide remains on the surface of the polishing substrate.
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、研磨の安定性を欠き、研磨基材の表面への粒子の残留も懸念される。 In addition, since the ceria-coated silica described in Non-Patent Document 1 is not fired, the actual polishing speed is thought to be low, and since it is not bonded and integrated with the silica particles, it easily falls off, resulting in a decrease in the polishing speed, a lack of polishing stability, and there is also concern that particles may remain on the surface of the polishing substrate.
さらに、特許文献2に記載の酸化物層Cを有する態様のシリカ系複合粒子を用いて研磨すると、アルミニウム等の不純物が半導体デバイスの表面に残留し、半導体デバイスへ悪影響を及ぼすこともあることを、本発明者は見出した。
また、これら文献に記載されているセリア粒子は母粒子上に付着されたものであり、強く固着されていないので母粒子から脱落しやすい。
さらに、特許文献2に記載の真球状のシリカ母粒子上に結晶性セリア粒子を形成した砥粒を用いて研磨すると、セリア粒子の研磨時の機械的作用と同時に起こる化学的な反応によりシリカ膜の研磨速度は高いものの、高い圧力条件下では、セリア結晶が脱落や磨減、崩壊により、基板とセリアの接触面積が低下し、研磨速度が低くなる恐れがある。
Furthermore, the present inventors have found that when polishing is performed using silica-based composite particles having an oxide layer C described in Patent Document 2, impurities such as aluminum may remain on the surface of the semiconductor device, adversely affecting the semiconductor device.
Furthermore, the ceria particles described in these documents are attached to the base particles, but are not strongly fixed and therefore tend to fall off from the base particles.
Furthermore, when polishing is performed using an abrasive having crystalline ceria particles formed on spherical silica base particles as described in Patent Document 2, the removal rate of the silica film is high due to the chemical reaction that occurs simultaneously with the mechanical action of the ceria particles during polishing. However, under high pressure conditions, the ceria crystals may fall off, wear down, or collapse, reducing the contact area between the substrate and the ceria, which may result in a slow removal rate.
また、特許文献3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。 The silica-based composite microparticle dispersion described in Patent Document 3 is capable of exhibiting excellent polishing performance (polishing speed, high surface accuracy, etc.) in polishing applications, but with the further increase in density and integration of semiconductor devices, there is a demand for abrasive dispersions that exhibit even 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、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。 The present invention aims to solve the above problems. That is, the present invention aims to provide a ceria-based composite microparticle dispersion that can polish even silica films, Si wafers, and difficult-to-process materials at high speeds and that, if it does not contain impurities, can be preferably used to polish the surfaces of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates, a method for producing the same, and a polishing abrasive dispersion that contains the ceria-based composite microparticle dispersion.
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は以下の(1)~(10)である。
(1)下記[1]から[3]の特徴を備え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シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系複合微粒子は、次の要件を満たすこと。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記セリア系複合微粒子の像が内接する円が存在し、更に該セリア系複合微粒子の像は、その円の該円周上の円弧と弦からなる弓形図形Xに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記セリア系複合微粒子の像の面積に対し、弓形図形Xの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
[3]前記セリア系複合微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。
(2)前記セリア系複合微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、弓形図形Xの弦における少なくとも20%の部分へ内接している、上記(1)記載のセリア系複合微粒子分散液。
(3)更に前記セリア系複合微粒子は、その電子顕微鏡写真上において、円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dの両側に、円弧に沿ってw/6(w:円弧の全長)ずつの長さに及ぶ円弧曲線と少なくとも部分的に内接し、該円弧曲線の両末端と接続する2つの円弧曲線とも、それぞれ少なくとも部分的に内接している、上記(1)又は(2)記載のセリア系複合微粒子分散液。
(4)さらに下記[4]の特徴を備えるセリア系複合微粒子を含む、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。
[4]前記セリア系複合微粒子は、子粒子の粒子径分布の変動係数が15~50%の範囲にあること。
(5)電子顕微鏡写真上において、全ての粒子に占める前記セリア系複合微粒子の個数割合が5~20%である、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)または(2)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および工程2を含むことを特徴とし、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が得られる、セリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程1:下記1)、2)及び3)の条件を満たすシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを5.0~9.0、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。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に該シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Yに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Yの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Yの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Yの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
3)前記シリカ微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、850~1,100℃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前記セリア系複合微粒子分散液を得る工程。
(9)前記工程2が、前記焼成体に前記溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をした後、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前記セリア系複合微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。
(10)前記工程1が、球状のシリカ粒子を含む分散液をpH9.5~10.5の範囲に調整し、これを湿式で解砕して前記シリカ微粒子を得る操作を含む、上記(8)または(9)に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have completed the present invention.
The present invention relates to the following (1) to (10).
(1) A ceria-based composite microparticle dispersion comprising ceria-based composite microparticles having the following characteristics [1] to [3]:
[1] The ceria-based composite microparticles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, the mother particle being mainly composed of amorphous silica, and the child particles being mainly composed of crystalline ceria.
[2] The ceria-based composite fine particles satisfy the following requirements:
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the ceria-based composite fine particle, and further, the image of the ceria-based composite fine particle has the following relationship with respect to an arch-shaped figure X consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate figure X.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure X, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape X is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the ceria-based composite fine particle, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
[3] The ceria-based composite fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by an image analysis method.
(2) The ceria-based composite microparticle dispersion according to (1) above, wherein the ceria-based composite microparticles are inscribed in at least 20% of the chord of the arch shape X in an electron micrograph.
(3) The ceria-based composite microparticle dispersion according to (1) or (2) above, wherein, in an electron microscope photograph, the ceria-based composite microparticles are at least partially inscribed in two arcuate curves extending along the arc for a length of w/6 (w: total length of the arc) on both sides of a point D on the arc that bisects the total length of the arc, and are also at least partially inscribed in two arcuate curves connecting to both ends of the arcuate curve.
(4) The ceria-based composite microparticle dispersion according to any one of (1) to (3) above, further comprising ceria-based composite microparticles having the following characteristic [4]:
[4] The ceria-based composite fine particles have a coefficient of variation of particle size distribution of child particles in the range of 15 to 50%.
(5) The ceria-based composite microparticle dispersion according to any one of (1) to (4) above, wherein the proportion of the ceria-based composite microparticles to all particles in an electron micrograph is 5 to 20%.
(6) A polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite fine particle dispersion according to (1) or (2) above.
(7) The polishing abrasive dispersion according to (6) above, which is used for planarizing a semiconductor substrate having a silica film formed thereon.
(8) A method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion, comprising the steps of: (1) preparing a ceria-based composite microparticle dispersion comprising:
Step 1: A step of stirring a silica-based fine particle dispersion liquid in which silica fine particles satisfying the following conditions 1), 2) and 3) are dispersed in a solvent, and continuously or intermittently adding a metal salt of cerium thereto while maintaining the temperature at 0 to 20°C, the pH at 5.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the silica fine particles, and further, the image of the silica fine particles has the following relationship with respect to an arch-shaped figure Y consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate shape Y.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure Y, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape Y is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the silica fine particles, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
3) The silica fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by image analysis.
Step 2: drying the precursor particle dispersion liquid, calcining the precursor particle dispersion liquid at 850 to 1,100° C., adding a solvent to the calcined product, and subjecting the resulting product to a wet-type disintegration treatment at a pH range of 8.6 to 10.8 to obtain the ceria-based composite microparticle dispersion liquid.
(9) The method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion according to (8) above, wherein the step 2 is a step of adding the solvent to the sintered body, subjecting the sintered body to a wet disintegration treatment at a pH range of 8.6 to 10.8, subjecting the sintered body to a centrifugation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and then removing sedimentary components to obtain the ceria-based composite microparticle dispersion.
(10) The method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion according to (8) or (9) above, wherein the step 1 comprises adjusting a pH of a dispersion containing spherical silica particles to a range of 9.5 to 10.5, and wet-disintegrating the dispersion to obtain the silica microparticles.
本発明のセリア系複合微粒子を含む研磨用砥粒分散液を用いると、対象物を高速で研磨することができる。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、シリカ膜あるいはSiウェハなどを含む難加工材を対象とした研磨用途に使用した場合、従来の研磨用砥粒分散液(例えば、球状のシリカ微粒子からなる砥粒を含む研磨用砥粒分散液)を使用した場合に較べて、高速で研磨することができる。この理由は明確ではないが、本発明のセリア系複合微粒子はその表面の一部が平面であるために、被研磨面に対して滑り摩擦の作用が働くことが要因となっていると本発明者は推定している。このように被研磨面に対して滑り摩擦が作用すると、転がり摩擦で作用する砥粒と比較して、研磨速度が向上すると考えられる。
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特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 abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticles of the present invention is used, the target object can be polished at high speed. When the ceria-based composite microparticle dispersion of the present invention is used as an abrasive dispersion for polishing a material difficult to process, such as a silica film or a Si wafer, the target object can be polished at high speed compared to the case of using a conventional abrasive dispersion (e.g., abrasive dispersion containing abrasive particles made of spherical silica particles). The reason for this is not clear, but the inventor presumes that the ceria-based composite microparticles of the present invention have a part of their surface that is flat, and therefore act as a sliding friction against the polished surface. When sliding friction acts on the polished surface in this way, it is considered that the polishing speed is improved compared to the abrasive particles that act by rolling friction.
The method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion of the present invention provides a method for efficiently producing a ceria-based composite microparticle dispersion exhibiting such excellent performance.
In the method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion of the present invention, it is possible to significantly reduce impurities contained in the ceria-based composite microparticles and achieve high purity.
The highly purified ceria-based composite microparticle dispersion obtained by the preferred embodiment of the method for producing a ceria-based composite microparticle dispersion of the present invention does not contain impurities, and therefore can be particularly preferably used for polishing the surfaces of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates.
Furthermore, when used as an abrasive dispersion for polishing, the ceria-based composite fine particle dispersion of the present invention is effective for planarizing the surface of a semiconductor device, and is particularly suitable for polishing a substrate on which a silica insulating film is formed.
本発明について説明する。
本発明は、下記[1]から[3]の特徴を備え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シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系複合微粒子は、次の要件を満たすこと。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記セリア系複合微粒子の像が内接する円が存在し、更に該セリア系複合微粒子の像は、その円の該円周上の円弧と弦からなる弓形図形Xに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記セリア系複合微粒子の像の面積に対し、弓形図形Xの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
[3]前記セリア系複合微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。
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。
また、上記[1]から[3]の特徴を備える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。
The present invention will now be described.
The present invention provides a ceria-based composite microparticle dispersion containing ceria-based composite microparticles having the following characteristics [1] to [3].
[1] The ceria-based composite microparticles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, the mother particle being mainly composed of amorphous silica, and the child particles being mainly composed of crystalline ceria.
[2] The ceria-based composite fine particles satisfy the following requirements:
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the ceria-based composite fine particle, and further, the image of the ceria-based composite fine particle has the following relationship with respect to an arch-shaped figure X consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate figure X.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure X, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape X is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the ceria-based composite fine particle, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
[3] The ceria-based composite fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by an image analysis method.
Such a ceria-based composite fine particle dispersion is hereinafter also referred to as "the dispersion of the present invention."
Moreover, the ceria-based composite fine particles having the above characteristics [1] to [3] are hereinafter also referred to as "composite fine particles of the present invention."
また、本発明は、下記の工程1および工程2を含むことを特徴とし、本発明の分散液が得られる、セリア系複合微粒子分散液の製造方法である。
工程1:下記1)、2)及び3)の条件を満たすシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを5.0~9.0、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。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に該シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Yに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Yの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Yの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Yの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
3)前記シリカ微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、850~1,100℃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前記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。
The present invention also provides a method for producing a ceria-based composite fine particle dispersion, which is characterized by including the following steps 1 and 2, and by which the dispersion of the present invention can be obtained.
Step 1: A step of stirring a silica-based fine particle dispersion liquid in which silica fine particles satisfying the following conditions 1), 2) and 3) are dispersed in a solvent, and continuously or intermittently adding a metal salt of cerium thereto while maintaining the temperature at 0 to 20°C, the pH at 5.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the silica fine particles, and further, the image of the silica fine particles has the following relationship with respect to an arch-shaped figure Y consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate shape Y.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure Y, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape Y is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the silica fine particles, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
3) The silica fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by image analysis.
Step 2: drying the precursor particle dispersion, calcining the precursor particle dispersion at 850 to 1,100° C., adding a solvent to the calcined product, and subjecting the resulting product to a wet-type disintegration treatment at a pH range of 8.6 to 10.8 to obtain the ceria-based composite microparticle dispersion.
Such a production method will be hereinafter referred to as the "production method of the present invention."
本発明の分散液は、本発明の製造方法によって製造することが好ましい。 The dispersion 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。 Hereinafter, when simply referring to "the present invention," this refers to the dispersion liquid of the present invention, the composite microparticles of the present invention, and the manufacturing method of the present invention.
本願明細書において、「セリア系複合微粒子の像」の記載は、特に断りの無い限り、「セリア系複合微粒子の電子顕微鏡写真」を意味する。
電子顕微鏡写真とは、走査型電子顕微鏡写真(画像)または透過型電子顕微鏡写真(画像)を意味する。なお、走査型電子顕微鏡写真(画像)を「SEM」、透過型電子顕微鏡写真(画像)を「TEM」と表示する場合がある。
同様に「シリカ系微粒子の像」あるいは「シリカ微粒子の像」の記載は、それぞれ「シリカ系微粒子の電子顕微鏡写真」あるいは「シリカ微粒子の電子顕微鏡写真」を意味する。
また、「セリア系複合微粒子は、その電子顕微鏡写真上において」の記載は、特に断りの無い限り、「セリア系複合微粒子の電子顕微鏡写真において」を意味する。同様に「シリカ系微粒子は、その電子顕微鏡写真において」の記載は、「シリカ系微粒子の電子顕微鏡写真において」を意味し、「シリカ微粒子は、その電子顕微鏡写真において」の記載は、「シリカ微粒子の電子顕微鏡写真において」を意味する。
In this specification, the expression "image of ceria-based composite fine particles" means "electron microscope photograph of ceria-based composite fine particles" unless otherwise specified.
Electron micrographs refer to scanning electron micrographs (images) or transmission electron micrographs (images). Note that scanning electron micrographs (images) may be abbreviated as "SEM" and transmission electron micrographs (images) as "TEM."
Similarly, the expressions "image of silica-based fine particles" or "image of silica fine particles" respectively mean "electron microscope photograph of silica-based fine particles" or "electron microscope photograph of silica fine particles".
In addition, unless otherwise specified, the expression "ceria-based composite microparticles in their electron microscope photograph" means "in an electron microscope photograph of ceria-based composite microparticles." Similarly, the expression "silica-based microparticles in their electron microscope photograph" means "in an electron microscope photograph of silica-based microparticles," and the expression "silica microparticles in their electron microscope photograph" means "in an electron microscope photograph of silica microparticles."
<本発明の複合微粒子>
本発明の複合微粒子は、後に述べるように擬球欠状の構造をとることを特徴とする。
本発明の複合微粒子の形状について、図1を用いて説明する。
図1(a)は、10万倍に拡大した本発明の複合微粒子のSEM画像である。また、図1(a)には、本発明の複合微粒子を内接する弓形図形Xを特定するための線も示している。そして、図1(b)は、図1(a)によって特定された弓形図形Xを示している。
(a)1:複合微粒子 5:弦 3:円
(b)7:円弧 9:矢高 D:円弧7の等分点
10:弓形図形X
L1:円弧7の始点 L2:円弧7の終点
S:円弧7上であって、等分点DからL1側に、円弧7の全長(w)の6分の1相当に位置する点
T:円弧7上であって、等分点DからL2側に、円弧7の全長(w)の6分の1相当に位置する点
S-T:円弧7上であって、点Sと点Tを結ぶ円弧曲線
<Composite fine particles of the present invention>
The composite fine particles of the present invention are characterized by having a pseudo-defective spherical structure, as will be described later.
The shape of the composite fine particles of the present invention will be described with reference to FIG.
Fig. 1(a) is an SEM image of the composite microparticle of the present invention magnified 100,000 times. Fig. 1(a) also shows a line for specifying an arched figure X inscribed in the composite microparticle of the present invention. Fig. 1(b) shows the arched figure X specified by Fig. 1(a).
(a) 1: Composite particle 5: Chord 3: Circle (b) 7: Arc 9: Arrow height D: Equal division point of arc 7 10: Arc-shaped figure X
L1: Starting point of arc 7 L2: End point of arc 7 S: A point on arc 7 located on the L1 side of equal division point D, equivalent to 1/6 of the total length (w) of arc 7 T: A point on arc 7 located on the L2 side of equal division point D, equivalent to 1/6 of the total length (w) of arc 7 S-T: A circular curve on arc 7 connecting point S and point T
本願明細書において、弓形図形における弦5以外の部分を構成する円弧の全部(始点L1から終点L2まで)又は一部を「円弧曲線」と称する場合がある。 In this specification, all or part of the arc that constitutes the portion of the arch shape other than the chord 5 (from the starting point L1 to the ending point L2) may be referred to as an "arc curve."
図1(a)を用いて、弓形図形Xの特定方法について説明する。なお、弓形図形Yも同様の方法によって特定するものとする。
初めに、10万倍に拡大した本発明の複合微粒子1の電子顕微鏡写真(図1の場合はSEM画像)を用意する。
そして、該画像上の1つの複合微粒子について、その複合微粒子外周のできるだけ多くの部分が内接する円3を決定する。次に、その円3において、その複合微粒子の像の外周のできるだけ多くの部分に内接する弦5を決定する。円3と弦5を決定することにより、弦5と円弧7からなる弓形図形が特定される。
1A, a method for identifying an arched figure X will be described. Note that an arched figure Y is also identified by a similar method.
First, an electron microscope photograph (SEM image in the case of FIG. 1) of the composite fine particle 1 of the present invention magnified 100,000 times is prepared.
Then, for one composite particle on the image, a circle 3 is determined in which as much of the periphery of the composite particle as possible is inscribed. Next, a chord 5 is determined in which as much of the periphery of the image of the composite particle as possible is inscribed in the circle 3. By determining the circle 3 and the chord 5, an arch-shaped figure consisting of the chord 5 and an arc 7 is specified.
図1(b)を用いて、本発明における弓形図形Xの特定について説明する。
前記図1(a)の方法で、複合微粒子1の像が内接する円3と弦5を決定する。
弦5と円3の2つの交点をそれぞれ始点L1、終点L2とし、円周上で始点L1と終点L2を結ぶ曲線を円弧7とする。ここで弦5と円弧7からなる弓形図形が特定される。
このような弓形図形であって、複合微粒子1の像と、前記弓形図形の関係において、複合微粒子1の像が、円弧7を等分する等分点Dと内接し、等分点Dから円弧7の始点L1方向の円弧曲線(D-L1)及び同じく等分点Dから円弧7の終点L2方向の円弧曲線(D-L2)の両円弧曲線にそれぞれ少なくとも部分的に内接する関係である弓形図形を選び、円弧7と弦5とからなる弓形図形の矢高9の長さと、弓形図形の面積(面積SXとする)を求める。
そして、弦5の長さが80nm以上、矢高9の長さが40nm以上であって、かつ、その弓形図形の面積SXが本発明の複合微粒子1の像の面積(面積S0とする)に対して1.0~1.5倍(面積SX/面積S0)である場合、その円弧7と弦5とからなる弓形図形を弓形図形Xとする。
また、このような弓形図形Xが特定される場合、対応する複合微粒子の像を、本発明の複合微粒子1の像とする。
The specification of the arcuate figure X in the present invention will be described with reference to FIG.
Using the method shown in FIG. 1(a), the circle 3 inscribed in the image of the composite particle 1 and its chord 5 are determined.
The two intersections of the chord 5 and the circle 3 are defined as the start point L1 and the end point L2, respectively, and the curve connecting the start point L1 and the end point L2 on the circumference is defined as the arc 7. Here, an arch-shaped figure consisting of the chord 5 and the arc 7 is specified.
Such an arch-shaped figure is selected such that, in the relationship between the image of the composite microparticle 1 and the arch-shaped figure, the image of the composite microparticle 1 is inscribed in a dividing point D that divides the arc 7 equally, and is at least partially inscribed in both a circular curve (D-L1) extending from the dividing point D in the direction of the starting point L1 of the arc 7 and a circular curve (D-L2) extending from the dividing point D in the direction of the end point L2 of the arc 7, and the length of the arrow height 9 of the arch-shaped figure consisting of the arc 7 and the chord 5, and the area of the arch-shaped figure (referred to as area S x ) are determined.
When the length of the chord 5 is 80 nm or more, the length of the arrow height 9 is 40 nm or more, and the area S of the arched figure is 1.0 to 1.5 times (area S /area S ) the area of the image of the composite microparticle 1 of the present invention (area S ), the arched figure formed by the arc 7 and the chord 5 is called arched figure X.
When such an arched figure X is specified, the image of the corresponding composite particle is taken as the image of the composite particle 1 of the present invention.
本願においては、本発明の複合微粒子1の形状を「擬球欠状」、その様な粒子を「擬球欠状の粒子」ないし「擬球欠状粒子」と呼ぶ場合がある。すなわち、弓形図形Xを特定することができる複合微粒子を擬球欠状粒子という。なお、幾何学では、球を一つの面で切り取った立体構造を「球欠」と呼ぶ場合がある。 In this application, the shape of the composite microparticle 1 of the present invention may be referred to as "pseudo-defective" and such particles may be referred to as "pseudo-defective particles" or "pseudo-defective particles." In other words, composite microparticles that can specify the arch-shaped figure X are called pseudo-defective particles. In geometry, a three-dimensional structure obtained by cutting a sphere with one face is sometimes called a "defective".
本発明の複合微粒子は、その電子顕微鏡写真において、前記弓形図形Xを特定できるものであり、該複合微粒子の像と、前記弦5が内接する直線部分は、実体的には本発明の複合微粒子の有する平面状構造に相当する。この様な平面状構造を「平面状構造F」と称する場合がある。
本発明の複合微粒子は、この様な擬球欠状の構造をとり、特に研磨用砥粒として用いた場合、滑り摩擦の作用が働きやすいため、研磨速度向上に寄与するものと考えられる。
The composite microparticles of the present invention are those in which the arch-shaped figure X can be identified in an electron microscope photograph, and the image of the composite microparticle and the straight line portion inscribed by the chord 5 substantially correspond to the planar structure of the composite microparticles of the present invention. Such a planar structure is sometimes referred to as "planar structure F."
The composite fine particles of the present invention have such a pseudo-spherical structure, and when used as abrasive grains for polishing, in particular, the sliding friction effect is likely to be exerted, which is believed to contribute to an improvement in the polishing rate.
ここで、電子顕微鏡写真上における本発明の複合微粒子1の像の面積S0の測定方法は、特に限定されない。例えば従来公知の画像処理装置を用いて測定することができる。 Here, the method for measuring the area S 0 of the image of the composite fine particle 1 of the present invention on the electron microscope photograph is not particularly limited. For example, it can be measured using a conventionally known image processing device.
弓形図形Xの面積SXは、擬球欠状である本発明の複合微粒子1の像の面積S0に対し1.0~1.5倍であるが、この値(面積SX/面積S0)は1.0~1.3であることが好ましく、1.0~1.1であることがより好ましい。
弓形図形Xの面積SXは、擬球欠状である本発明の複合微粒子1の像の面積S0に対して1.0~1.5倍の範囲にあり、他の要件(弦の長さ範囲、矢高の長さ範囲、複合微粒子の平均粒子径範囲及び前記(I)と(II)の内接に関する要件)を満たす本発明の複合微粒子は、研磨用の砥粒として用いた場合、被研磨基板との間での滑り摩擦がはたらきやすく研磨レート向上に寄与することができる。
The area S x of the arch-shaped figure X is 1.0 to 1.5 times the area S 0 of the image of the composite microparticle 1 of the present invention which is a pseudo-spherical particulate, and this value (area S x /area S 0 ) is preferably 1.0 to 1.3, and more preferably 1.0 to 1.1.
The area S X of the arch-shaped figure X is in the range of 1.0 to 1.5 times the area S 0 of the image of the composite microparticle 1 of the present invention which is pseudo-spherical, and which satisfies other requirements (range of chord length, range of arrow height length, range of average particle size of the composite microparticle, and the requirements for inscription in the above (I) and (II)), when used as an abrasive grain for polishing, sliding friction easily occurs between the composite microparticle and the substrate to be polished, and this can contribute to an improvement in the polishing rate.
本発明のセリア系複合微粒子の画像解析法により測定される平均粒子径は50~350nmが望ましい。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。前記の平均粒子径が50nm未満の場合、粒子径が小さく研磨レートが実用的な水準に達さない可能性がある。
また、平均粒子径が350nmを超える場合、研磨対象の基板の面精度低下を招く可能性もある。
なお、本発明の複合微粒子の平均粒子径は、次のような画像解析法によって測定するものとする。10万倍に拡大した本発明の複合微粒子の電子顕微鏡写真(透過型電子顕微鏡写真)を用意し、画像上の任意の50個の粒子について、次に、その粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその粒子の粒子径とする。
このようにして50個の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 ceria-based composite fine particles of the present invention measured by image analysis is preferably 50 to 350 nm. When the dispersion of the present invention is used as an abrasive, the occurrence of scratches during polishing is reduced. If the average particle size is less than 50 nm, the particle size is small and the polishing rate may not reach a practical level.
Furthermore, if the average particle size exceeds 350 nm, this may result in a decrease in the surface accuracy of the substrate to be polished.
The average particle size of the composite microparticles of the present invention is measured by the following image analysis method. An electron microscope photograph (transmission electron microscope photograph) of the composite microparticles of the present invention enlarged by 100,000 times is prepared, and for any 50 particles on the image, the maximum diameter of the particle is taken as the major axis, and the length is measured and the value is taken as the major axis (DL). A point is also determined on the major axis that divides the major axis into two equal parts, and two points where a straight line perpendicular to the major axis intersects with the outer edge of the particle are found, and the distance between the two points is measured and taken as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is calculated and taken as the particle size of the particle.
In this manner, the particle sizes of 50 particles are measured, and the value obtained by simple averaging is regarded as the average particle size.
本発明の複合微粒子1に対応する弓形図形Xにおける矢高9は、円3の中心を通過し、弦5に垂直な直線上における弦5と円弧7との距離である。なお、必然的に弓形図形毎に矢高の値はひとつに定められる。
このような矢高9は弓形図形Xにおいて40nm以上が好ましい。電子顕微鏡写真上において矢高が40nm以上の弓形図形と内接する本発明の複合微粒子は、砥粒として十分な厚さがあり、壊れにくく、滑り摩擦による研磨に好適である。
電子顕微鏡写真上において矢高が40nm未満の弓形図形と内接する複合微粒子の場合、砥粒として十分な厚さの複合微粒子ではない場合がある。
より好適には、電子顕微鏡写真上において矢高が50nm以上の弓形図形と内接する本発明の複合微粒子が推奨される。なお、本発明の複合微粒子の平均粒子径範囲(50~350nm)に対応して、矢高の上限は300nm程度となる。
The arrow height 9 in the arched figure X corresponding to the composite microparticle 1 of the present invention is the distance between the chord 5 on a straight line that passes through the center of the circle 3 and is perpendicular to the chord 5 and the arc 7. Note that the value of the arrow height is necessarily determined to be unique for each arched figure.
The arrow height 9 is preferably 40 nm or more in the arch shape X. The composite fine particles of the present invention which are inscribed in an arch shape having an arrow height of 40 nm or more in an electron micrograph have a sufficient thickness as an abrasive grain, are not easily broken, and are suitable for polishing by sliding friction.
In the case of composite fine particles that inscribe an arch shape with an arrow height of less than 40 nm on an electron micrograph, the composite fine particles may not be thick enough to function as abrasive grains.
More preferably, the composite microparticles of the present invention are inscribed in an arch shape having an arrow height of 50 nm or more on an electron micrograph. The upper limit of the arrow height is about 300 nm, which corresponds to the average particle size range of the composite microparticles of the present invention (50 to 350 nm).
本発明の複合微粒子1に対応する弓形図形Xにおける弦5は、弓形図形Xの円弧曲線の始点L1と、終点L2を結ぶ最短距離の線分である。
本発明の複合微粒子1に対応する弓形図形Xにおける弦5の長さは、80nm以上である。本発明の複合微粒子1の像が弦5と内接する長さは90nm以上が好ましい。
なお、本発明の複合微粒子の平均粒子径範囲(50~350nm)に対応して、弦の上限は430nm程度となる。
A chord 5 of an arched figure X corresponding to the composite microparticle 1 of the present invention is a line segment with the shortest distance connecting a starting point L1 and an ending point L2 of the circular arc curve of the arched figure X.
The length of the chord 5 in the arched figure X corresponding to the composite fine particle 1 of the present invention is 80 nm or more. The length of the inscribed area of the image of the composite fine particle 1 of the present invention with the chord 5 is preferably 90 nm or more.
Incidentally, the upper limit of the chord is about 430 nm, which corresponds to the average particle size range (50 to 350 nm) of the composite fine particles of the present invention.
研磨速度の向上を図るためには、粒子と基板の接触による摩擦が重要であり、動摩擦にはころがり摩擦と滑り摩擦があり、一般的に滑り摩擦の方がころがり摩擦より大きな摩擦力を生むとされている。本発明のセリア系複合微粒子は、少なくとも一つの平面状構造を有した擬球欠状の構造をとり、研磨用砥粒として用いた場合、滑り摩擦の作用がはたらき易く、研磨用砥粒として球状粒子を用いた場合よりも研磨速度向上に寄与しているものと推察される。 To improve the polishing speed, friction caused by contact between the particles and the substrate is important. Dynamic friction can be classified into rolling friction and sliding friction, with sliding friction generally generating a greater frictional force than rolling friction. The ceria-based composite microparticles of the present invention have a pseudo-spherical structure with at least one planar structure, and when used as polishing abrasive grains, the sliding friction effect is more likely to work, which is presumably responsible for improving the polishing speed more than when spherical particles are used as polishing abrasive grains.
本発明の複合微粒子は、上記のような擬球欠状の粒子を含む。
本発明の複合微粒子において、上記のような方法によって、10万倍に拡大した本発明の複合微粒子1の電子顕微鏡写真を用意し、画像上の全ての粒子について、上記の要領で擬球欠状の粒子に該当するか否かを判断する。そして、擬球欠状の粒子の個数比率を求める。このような本発明の複合微粒子は、個数比率でその5%以上が擬球欠状の粒子であることが好ましく、この比率は7%以上であることがより好ましい。また、その個数比率は20%以下であってよい。
The composite microparticles of the present invention include the pseudo-spherical particles described above.
In the composite microparticles of the present invention, an electron microscope photograph of the composite microparticles 1 of the present invention magnified 100,000 times is prepared by the above-mentioned method, and it is judged whether or not all particles in the image correspond to pseudo-defective spheroidal particles in the above-mentioned manner. Then, the number ratio of the pseudo-defective spheroidal particles is calculated. In such composite microparticles of the present invention, it is preferable that 5% or more of the particles are pseudo-defective spheroidal particles in terms of number ratio, and this ratio is more preferably 7% or more. Moreover, the number ratio may be 20% or less.
上記のように、複数の粒子の集合である本発明の複合微粒子は、擬球欠状の粒子を主として含み、その他の形状の粒子を含んでもよい。
本発明の複合微粒子の像は弓形図形Xの弦と少なくとも部分的に内接するが、弓形図形Xの弦における少なくとも20%の部分と内接していることが望ましい。係る割合は50%以上が好ましく、75%以上が更に好ましく、100%であることが最も好ましい。
本発明の複合微粒子の像と、弦との内接の割合が高い程、平面状構造Fの領域は広くなり、滑り摩擦の作用効果をより発揮しやすくなるものと推察される。
As described above, the composite fine particles of the present invention, which are an aggregate of a plurality of particles, mainly contain pseudo-spherical particles, but may also contain particles of other shapes.
The image of the composite fine particle of the present invention is at least partially inscribed in the chord of the arcuate figure X, and desirably inscribed in at least 20% of the chord of the arcuate figure X. This proportion is preferably 50% or more, more preferably 75% or more, and most preferably 100%.
It is presumed that the higher the ratio of the image of the composite fine particle of the present invention to the inscribed chord, the wider the area of the planar structure F, and the easier it is to exert the effect of sliding friction.
本発明の複合微粒子の像は、円弧7の全長を二等分する円弧上の等分点Dに内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線(D-L1)及び反対側の円弧曲線(D-L2)と、それぞれ少なくとも部分的に内接するものである。そして、より好適には本発明の複合微粒子の像が、円弧7の全長を二等分する円弧上の等分点Dの両側に(w)/6(w:円弧の全長)ずつの長さに及ぶ円弧曲線STと少なくとも部分的に内接し、該円弧曲線STの両末端に接続する2つの円弧曲線(S―L1、T―L1)ともそれぞれ少なくとも部分的に内接していることが好ましい。 The image of the composite microparticle of the present invention is inscribed in the point D on the arc that bisects the entire length of the arc 7, and is at least partially inscribed in the arc curve (D-L1) on one side of the arc and the arc curve (D-L2) on the other side of the arc with the point D as the center. More preferably, the image of the composite microparticle of the present invention is at least partially inscribed in the arc curve ST that extends over a length of (w)/6 (w: total length of the arc) on both sides of the point D on the arc that bisects the entire length of the arc 7, and is at least partially inscribed in the two arc curves (S-L1, T-L1) that connect to both ends of the arc curve ST.
次に、本発明の複合微粒子の構造について、図2を用いて説明する。
図2(a)および図2(b)は共に本発明の複合微粒子の断面を例示する模式図である。図2(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2(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2に示すように、本発明の複合微粒子20は、母粒子10と、母粒子10の表面上のセリウム含有シリカ層12と、セリウム含有シリカ層12の内部に分散している子粒子14とを有する。なお、図2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。
Next, the structure of the composite fine particles of the present invention will be described with reference to FIG.
2(a) and 2(b) are schematic diagrams illustrating cross sections of composite microparticles of the present invention, in which (a) shows a type in which some of the child particles are exposed to the outside, and (b) shows a buried type in which none of the child particles are exposed to the outside.
As shown in Fig. 2, a
本発明の複合微粒子においてセリウム含有シリカ層が形成される機構およびそのセリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散して存在することになる機構について、本発明者は以下のように推定している。 The present inventors speculate as follows about the mechanism by which the cerium-containing silica layer is formed in the composite microparticles of the present invention and the mechanism by which child particles are dispersed and present inside the cerium-containing silica layer.
図2の模式図では理解が容易になるように、母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14を明確に区別して記したが、本発明の複合微粒子は、実際のところは、これらは一体となって存在しており、STEM/SEM像におけるコントラストあるいはEDS分析以外では、母粒子10、セリウム含有シリカ層12および子粒子14を明確に区別することは難しい。ただし、本発明の複合微粒子の断面についてSTEM-EDS分析を行い、CeとSiの元素濃度を測定すると、図2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 Figure 2, the
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2に示す本発明の複合微粒子の断面の測定点XにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる。また、測定点ZにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる。そして、測定点YにおけるCeとSiとの元素濃度を測定すると、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる。
したがって、STEM-EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子における母粒子10とセリウム含有シリカ層12とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインによって、区別することができる。また、STEM-EDS分析を行って得られる元素マップにおいて、本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層12と子粒子14とは、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインによって、区別することができる。
That is, when EDS analysis is performed by selectively irradiating an electron beam to a location specified by a scanning transmission electron microscope (STEM) and the elemental concentrations of Ce and Si at measurement point X on the cross section of the composite microparticle of the present invention shown in FIG. 2 are measured, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is less than 3%. When the elemental concentrations of Ce and Si are measured at measurement point Z, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is more than 50%. When the elemental concentrations of Ce and Si are measured at measurement point Y, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3 to 50%.
Therefore, in an elemental 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 this specification, STEM-EDS analysis is performed at 800,000x magnification.
本発明の複合微粒子は図2に示したような態様であるので、その断面についてSTEM-EDS分析を行い、元素マッピングを行うと、その最外殻から中心の母粒子(非晶質シリカを主成分とする)に至る途中に、少なくとも一つ以上のセリア濃度が相対的に高い層(セリア微粒子からなる層)を有していることが多い。 The composite microparticles of the present invention have the form shown in Figure 2, and when a cross section of the microparticles is subjected to STEM-EDS analysis and elemental mapping, it is often found that there is at least one layer with a relatively high ceria concentration (a layer made of ceria microparticles) on the way from the outermost shell to the central mother particle (mainly composed of amorphous silica).
<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2に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiとの元素濃度を測定した場合に、母粒子はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%未満となる部分である。
<Mother particle>
The mother particles in the composite fine particles of the present invention will now be described.
As described above, when STEM-EDS analysis is performed on the composite microparticles of the present invention and the element concentrations of Ce and Si are measured in the cross section of the composite microparticles of the present invention shown in Figure 2, the mother particle is the portion where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si) x 100) is less than 3%.
本発明の複合微粒子における母粒子の平均粒子径は50~350nmであることが好ましく、60~300nmであることがより好ましい。
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。前記母粒子の平均粒子径が50nm未満の場合、その様な母粒子を用いて得られる複合微粒子の平均粒子径は50nmに達し難く、その様な複合微粒子の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可能性がある。
また、前記母粒子の平均粒子径が350nmを超える場合、その様な母粒子を用いて得られる複合微粒子の平均粒子径は350nmを超える場合が多く、その様な複合微粒子の分散液を研磨剤として用いると、研磨レートが実用的な準に達さない可能性があり、研磨対象の基板の面精度低下を招く可能性もある。
なお、母粒子は、単分散性を示すものがより好ましい。
The average particle size of the base particles in the composite fine particles of the present invention is preferably 50 to 350 nm, and more preferably 60 to 300 nm.
When the dispersion of the present invention is used as an abrasive, the occurrence of scratches during polishing is reduced. When the average particle size of the base particles is less than 50 nm, the average particle size of the composite fine particles obtained by using such base particles is unlikely to reach 50 nm, and when the dispersion of such composite fine particles is used as an abrasive, the polishing rate may not reach a practical level.
Furthermore, when the average particle diameter of the base particles exceeds 350 nm, the average particle diameter of the composite microparticles obtained using such base particles often exceeds 350 nm. If a dispersion of such composite microparticles is used as an abrasive, the polishing rate may not reach a practical standard, and this may result in a decrease in the surface accuracy of the substrate to be polished.
It is more preferable that the base particles exhibit 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。
10万倍に拡大した本発明の複合微粒子の母粒子の電子顕微鏡写真を用意し、画像上の全ての粒子について、その母粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその母粒子の粒子径とする。
このようにして50個の母粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値を平均粒子径とする。
The average particle size of the base particles in the composite fine particles of the present invention is measured as follows.
An electron microscope photograph of the base particle of the composite microparticle of the present invention magnified 100,000 times is prepared, and for all particles in the image, the maximum diameter of the base particle is taken as the major axis, and the length is measured and this value is taken as the major axis (DL). A point is determined on the major axis that divides the major axis in half, and two points where a straight line perpendicular to this intersects with the outer edge of the particle are found, and the distance between these two points is measured and taken as the minor axis (DS). The geometric mean value of the major axis (DL) and minor axis (DS) is then calculated and taken as the particle diameter of the base particle.
In this manner, the particle sizes of 50 base particles are measured, and the value obtained by simple averaging is regarded as the average particle size.
本発明の複合微粒子における母粒子の形状は主として擬球台状粒子である。
具体的には、STEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインを特定することで母粒子を特定した後、前述の本発明の複合微粒子の形状が擬球台状であるか否かを判断する場合と同様の方法によって、母粒子が擬球台状であるか否かを判断することができる。
The shape of the base particles in the composite fine particles of the present invention is mainly a pseudo-spherical trapezoidal particle.
Specifically, the base particle is identified by observing at 800,000 times magnification using STEM-EDS analysis and identifying the line where the ratio (percentage) of Ce molar concentration to the sum of Ce molar concentration and Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3%, and then it can be determined whether or not the base particle is pseudo-trapezoidal by the same method as in the case of determining whether or not the shape of the composite microparticle of the present invention described above is pseudo-trapezoidal.
母粒子は非晶質シリカを主成分とするものであり、通常はシリカ微粒子ないしシリカ系微粒子である。これら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 base particles are mainly composed of amorphous silica, and are usually silica microparticles or silica-based microparticles. These are preferred because they are easy to prepare with a spherical shape and a uniform particle size, and can also be prepared with a variety of particle sizes.
母粒子が非晶質シリカを主成分とすることは、例えば、次の方法で確認することができる。本発明の複合微粒子を含む分散液を乾燥させた後、乳鉢を用いて粉砕し、例えば、従来公知のX線回折装置(例えば、理学電気株式会社製、RINT1400)によってX線回折パターンを得ると、Cristobaliteのような結晶性シリカのピークは現れない。このことから、母粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
また、本発明の分散液を乾燥させ、樹脂包埋した後にPtによるスパッタコーティングを施し、従来公知の収束イオンビーム(FIB)装置を用い断面試料を作成する。例えば作成した断面試料を従来公知のTEM装置を用い、高速フーリエ変換(FFT)解析を用いてFFTパターンを得ると、Cristobaliteのような結晶性シリカの回折図は現れない。このことから、母粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
また、別の方法として同様に作成し断面試料について、従来公知のTEM装置を用い、母粒子の原子配列による格子縞の有無を観察する方法が挙げられる。結晶質であれば結晶構造に応じた格子縞が観察され、非晶質であれば格子縞は観察されない。このことから、母粒子に含まれるシリカは非晶質であることを確認できる。また、このような場合に、母粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
The fact that the base particles are mainly composed of amorphous silica can be confirmed, for example, by the following method. After drying the dispersion liquid containing the composite fine particles of the present invention, the dispersion liquid is pulverized using a mortar, and an X-ray diffraction pattern is obtained using, for example, a conventionally known X-ray diffraction device (for example, RINT1400 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). No peaks of crystalline silica such as Cristobalite appear. From this, it can be confirmed that the silica contained in the base particles is amorphous. In addition, in such a case, the base particles are considered to be mainly composed of amorphous silica.
In addition, the dispersion of the present invention is dried, embedded in resin, and then sputter-coated with Pt, and a cross-sectional sample is prepared using a conventionally known focused ion beam (FIB) device. For example, when the prepared cross-sectional sample is subjected to fast Fourier transform (FFT) analysis using a conventionally known TEM device to obtain an FFT pattern, no diffraction pattern of crystalline silica such as Cristobalite appears. From this, it can be confirmed that the silica contained in the base particles is amorphous. In addition, in such a case, the base particles are mainly composed of amorphous silica.
Another method is to use a conventionally known TEM device to observe the presence or absence of lattice fringes due to the atomic arrangement of the base particles on a cross-sectional sample prepared in a similar manner. If the material is crystalline, lattice fringes according to the crystal structure are observed, and if the material is amorphous, lattice fringes are not observed. From this, it can be confirmed that the silica contained in the base particles is amorphous. In such a case, the base particles are considered to be mainly composed of amorphous silica.
母粒子は非晶質シリカを主成分とし、その他のもの、例えばLa、Ce、Zrを10質量%以下含んでいてもよく、結晶性シリカや不純物元素を含んでもよい。
例えば、前記母粒子において、Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn及びZr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 base particles are mainly composed of amorphous silica and may contain other elements such as La, Ce, and Zr in an amount of 10 mass % or less, and may also contain crystalline silica and impurity elements.
For example, it is desirable that the content of each of the elements Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn and Zr (hereinafter sometimes referred to as "specific impurity group 1") in the base particles is 5000 ppm or less.
The content of each of the elements U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F (hereinafter sometimes referred to as “specific impurity group 2”) in the base 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シリカ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シリカ微粒子)に含まれる固形分の質量に対する測定対象物(特定不純物群1または特定不純物群2)の重量の比(百分率)の値を意味するものとする。なお、母粒子の不純分は、汚染等による混入が無ければ、シリカ微粒子の不純分と概ね一致する。
Here, the content of specific impurities group 1 or specific impurities group 2 in the base particles, the composite fine particles of the present invention described below, and the silica fine particles described below means the content relative to the dry amount.
The content relative to the dry amount means the ratio (percentage) of the weight of the measurement object (specific impurity group 1 or specific impurity group 2) to the mass of the solid content contained in the object (parent particle, composite microparticle of the present invention, or silica microparticle described later). Note that the impurity content of the parent particle is roughly the same as the impurity content of the silica microparticle if there is no contamination due to contamination, etc.
<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シリカ層に分散している。
<Child Particle>
In the composite fine particles of the present invention, child particles mainly composed of crystalline ceria (hereinafter also referred to as "ceria child particles") are dispersed in the cerium-containing silica layer disposed on the mother particle.
セリウム含有シリカ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い。
前記セリア子粒子は、前記セリウム含有シリカ層中に埋没するものもあれば、セリウム含有シリカ層から部分的に露出するものもある。
In the cerium-containing silica layer, the ceria particles may be laminated, and the shape of the particles may be spherical, elliptical, rectangular, or the like, but is not limited thereto. Furthermore, the particle size distribution may be uniform or sharp.
Some of the ceria subparticles are embedded in the cerium-containing silica layer, while others are partially exposed from the cerium-containing silica 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2に示した本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiの元素濃度を測定した場合に、子粒子はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%超となる部分である。 As described above, when STEM-EDS analysis is performed on the composite microparticles of the present invention and the elemental concentrations of Ce and Si are measured in the cross section of the composite microparticles of the present invention shown in Figure 2, the child particles are those portions where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si) x 100) exceeds 50%.
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シリカ層に分散しており、当該子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)が15~50%であることが好ましい。すなわち、子粒子の粒度分布の幅が大きいことが好ましい。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 mainly composed of crystalline ceria in the present invention are dispersed in a cerium-containing silica layer arranged on the mother particle, and the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is preferably 15 to 50%. In other words, it is preferable that the width of the particle size distribution of the child particles is large. When the dispersion of the present invention containing ceria child particles with such a large particle size distribution width is used as an abrasive dispersion for polishing, the child particles with large particle sizes come into contact with the substrate to be polished in the early stages of polishing to perform polishing. Even if the child particles are dislodged or worn or broken due to the polishing pressure, the child particles with small particle sizes will next come into contact with the substrate to be polished, so the contact area can be maintained high. As a result, polishing is performed efficiently and at a stable polishing rate.
本発明において、セリウム含有シリカ層に分散している子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は15~50%であることが好ましく、16~35%であることがより好ましく、18~30%であることがさらに好ましい。 In the present invention, the coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles dispersed in the cerium-containing silica layer is preferably 15 to 50%, more preferably 16 to 35%, and even more preferably 18 to 30%.
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。また、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 from 10 to 25 nm, and more preferably from 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 coagulated after firing in step 2, making it difficult to disintegrate them. Furthermore, when such a ceria-based composite microparticle dispersion is used for polishing purposes, it is not preferable because it causes scratches on the object to be polished. When the average particle size of the child particles is less than 10 nm, it tends to be difficult to obtain a polishing rate that is practically sufficient when used for polishing purposes.
ここで、子粒子の粒子径分布は、次のように測定するものとする。
初めにSTEM-EDS分析によって80万倍で観察し、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が50%となるラインを特定することで子粒子を特定する。次に、その子粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその子粒子の粒子径とする。
このようにして100個以上の子粒子について粒子径を測定し、粒子径分布を得ることができる。
Here, the particle size distribution of the child particles is measured as follows.
First, the child particles are identified by observing at 800,000 times magnification using STEM-EDS analysis, and a line is identified where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 50%. Next, the maximum diameter of the child particle is taken as the major axis, and its length is measured and this value is taken as the major axis (DL). A point is also determined on the major axis that divides the major axis in half, and two points where a straight line perpendicular to this intersects with the outer edge of the particle are found, and the distance between these two points is measured and taken as the minor axis (DS). The geometric average value of the major axis (DL) and minor axis (DS) is then calculated, and this is taken as the particle diameter of the child particle.
In this manner, the particle sizes of 100 or more child particles can be measured to obtain a particle size distribution.
また、子粒子の粒子径分布における変動係数(CV値)は、上記のようにして得た粒子径分布を母集団として標準偏差と個数平均値を得た後、標準偏差を個数平均値で除し、100を乗じること(すなわち、標準偏差/個数平均値×100)により、算出する。 The coefficient of variation (CV value) in the particle size distribution of the child particles is calculated by obtaining the standard deviation and the number average value using the particle size distribution obtained as described above as the population, dividing the standard deviation by the number average value, and multiplying by 100 (i.e., standard deviation/number average value x 100).
子粒子はセリウム含有シリカ層内にて積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有シリカ層の内部における、母粒子の中心からの放射状の線上において複数存在していてもよい。
また、子粒子はセリウム含有シリカ層中に埋没していてよいし、セリウム含有シリカ層の外部へ部分的に露出していてもよいが、子粒子がセリウム含有シリカ層に埋没した場合は、セリア系複合微粒子の表面はよりシリカ表面に近くなるため、保存安定性及び研磨安定性が向上し、さらに研磨後の基板上に砥粒残りが少なくなることから、子粒子はセリウム含有シリカ層に埋没している方が望ましい。
The child particles may be stacked in the cerium-containing silica layer, i.e., a plurality of child particles may be present inside the cerium-containing silica layer on radial lines from the center of the mother particle.
Furthermore, the child particles may be embedded in the cerium-containing silica layer or may be partially exposed to the outside of the cerium-containing silica layer. However, when the child particles are embedded in the cerium-containing silica layer, the surface of the ceria-based composite fine particle is closer to the silica surface, improving the storage stability and polishing stability and further reducing the amount of abrasive grains remaining on the substrate after polishing. Therefore, it is preferable that the child particles are embedded in the cerium-containing silica layer.
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, they may be spherical, elliptical, or rectangular. When the dispersion 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, and more preferably rectangular.
母粒子の表面に配されたセリウム含有シリカ層内に分散された子粒子は、単分散状態であってもよく、子粒子が積層された状態(すなわち、セリウム含有シリカ層の厚さ方向に複数の子粒子が積み重なって存在する状態)であってもよく、複数の子粒子が連結した状態であっても構わない。 The child particles dispersed within the cerium-containing silica layer disposed on the surface of the mother particle may be in a monodisperse state, may be in a layered state (i.e., multiple child particles are stacked in the thickness direction of the cerium-containing silica layer), or may be in a linked state.
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て、その後、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、セリアの結晶相のみが検出されることから確認できる。このような場合に、前記子粒子が結晶性セリアを主成分とするものとする。なお、セリアの結晶相としては、特に限定されないが、例えばCerianite等が挙げられる。
In the present invention, the child particles are mainly composed of crystalline ceria.
The fact that the child particles are mainly composed of crystalline ceria can be confirmed, for example, by drying the dispersion of the present invention, grinding the obtained solid matter using a mortar, etc. to obtain the composite microparticles of the present invention, and then subjecting the composite microparticles to X-ray analysis using, for example, a conventionally known X-ray diffraction device (e.g., RINT1400, manufactured by Rigaku Corporation), and only the crystalline phase of ceria is detected in the obtained X-ray diffraction pattern. In such a case, the child particles are considered to be mainly composed of crystalline ceria. The crystalline phase of ceria is not particularly limited, but examples thereof include Ceriaite, etc.
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のみが検出される。すなわち、セリア以外の結晶相を含んでいたとしても、その含有率は少ない、あるいはセリア結晶中に固溶しているため、X線回折による検出範囲外となる。
The child particles are mainly composed of crystalline ceria (crystalline Ce oxide), and may contain other elements, for example, elements other than cerium, and may contain a cerium hydrate compound as a polishing promoter.
However, as described above, when the composite microparticles of the present invention are subjected to X-ray diffraction, only the crystalline phase of ceria is detected. That is, even if a crystalline phase other than ceria is contained, the content of the crystalline phase other than ceria is low or the crystalline phase is dissolved in the ceria crystal, so that the crystalline phase is outside 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 particles is calculated using the full width at half maximum of the maximum peak that appears in a chart obtained by subjecting the composite microparticles of the present invention to X-ray diffraction. 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 preferably 14 to 23 nm (full width at half maximum is 0.62 to 0.37°). In many cases, the peak intensity of the (111) plane is the greatest, but the peak intensity of another crystal plane, for example the (100) plane, may be the greatest. In that case, the calculation can be performed in the same way, 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 size of the child particles will be described below using the (111) plane (2θ=approximately 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 using, for example, a conventionally known X-ray diffractometer (e.g., 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 size can be calculated using the following Scherrer formula.
D = Kλ/β cos θ
D: average crystallite diameter (angstroms)
K: Scherrer constant (K=0.94 in the present invention)
λ: X-ray wavelength (1.5419 angstroms, Cu lamp)
β: full width at half maximum (rad)
θ: reflection angle
本発明の複合微粒子は、前記子粒子の主成分である結晶性セリアにケイ素原子が固溶していることが好ましい。一般に固溶とは、2種類以上の元素(金属の場合も非金属の場合もある)が互いに溶け合い、全体が均一の固相となっているものを意味し、固溶して得られる固溶体は、置換型固溶体と侵入型固溶体とに分類される。置換型固溶体は、原子半径が近い原子において容易に起こり得るが、CeとSiは原子半径が大きく違うため、少なくとも置換型固溶体は生じ難いと見られる。また、Cerianiteの結晶構造において、Ce中心からみたCeの配位数は8であるが、例えばSiがCeと1対1で置換した場合はCeの配位数は7となるはずである。しかし、本発明の複合微粒子の好適態様の分析結果においてはCe中心からみたCeの平均配位数は8.0で、さらにSiの平均配位数は1.2であることから、本発明の複合微粒子の好適態様は侵入型であると推定している。そのうえ、本発明の複合微粒子の好適態様の分析結果からも、Ce-Siの原子間距離は、Ce-Ceの原子間距離よりも小さいことから、本発明の複合微粒子の好適態様は、侵入型固溶体であると推察される。すなわち、子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム-ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム-セリウム原子間距離をR2としたときにR1<R2の関係を満たすことが好ましい。 The composite fine particles of the present invention preferably have silicon atoms in solid solution in the crystalline ceria, which is the main component of the child particles. In general, a solid solution means that two or more elements (metallic or non-metallic) are dissolved together to form a uniform solid phase, and the solid solutions obtained by solid solution are classified into substitutional solid solutions and interstitial solid solutions. Substitutional solid solutions can easily occur in atoms with similar atomic radii, but since the atomic radii of Ce and Si are significantly different, it is considered that at least substitutional solid solutions are difficult to occur. In addition, in the crystal structure of Cerianit, the coordination number of Ce from the Ce center is 8, but for example, when Si is substituted for Ce in a 1:1 ratio, the coordination number of Ce should be 7. However, in the analysis results of a preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, the average coordination number of Ce from the Ce center is 8.0, and the average coordination number of Si is 1.2, so it is estimated that the preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention is an interstitial type. Moreover, from the analysis results of the preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, the interstitial solid solution is presumed to be a preferred embodiment of the composite fine particles of the present invention, since the interatomic distance of Ce-Si is smaller than the interatomic distance of Ce-Ce. That is, it is preferable that the cerium atom and silicon atom contained in the child particle satisfy the relationship R 1 < R 2 , where R 1 is the cerium-silicon atomic distance and R 2 is the cerium-cerium atomic distance.
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。 It has been known that the use of ceria particles as abrasive grains to polish silica-coated substrates or glass substrates shows a specifically high polishing rate compared to the use of other inorganic oxide particles. One of the reasons that ceria particles show a particularly high polishing rate for silica-coated substrates is that the trivalent cerium contained in the ceria particles has a high chemical reactivity with the silica coating on the substrate being polished.
本発明の複合微粒子の好適態様は、その外表面側に存在する子粒子(セリア微粒子)において、Si原子がCeO2結晶に侵入型の固溶をしていると見られる。Si原子の固溶により、CeO2結晶の結晶歪みが生じることで、高温で焼成しても酸素欠陥が多くなりSiO2に対して化学的に活性な三価のセリウムが多く生じ、CeO2の化学反応性を助長する結果、上記の高い研磨速度を示すものと推察される。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 preferred embodiment of the composite microparticles of the present invention, in the child particles (ceria microparticles) present on the outer surface side, Si atoms are considered to be interstitially dissolved in CeO2 crystals. It is presumed that the solid solution of Si atoms causes crystal distortion of CeO2 crystals, which increases oxygen defects even when fired at high temperatures, resulting in a large amount of trivalent cerium that is chemically active against SiO2 , and thus promoting the chemical reactivity of CeO2 , resulting in the above-mentioned high polishing rate. In addition, La, Zr, etc. may be doped to increase the trivalent cerium content.
<セリウム含有シリカ層>
本発明の複合微粒子は、前記母粒子の表面上にセリウム含有シリカ層を有する。そして、セリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散している。
<Cerium-containing silica layer>
The composite fine particles of the present invention have a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and the child particles are dispersed inside the cerium-containing silica layer.
このような構造をとることにより、製造時の解砕処理や研磨時の圧力による子粒子の脱落が生じ難く、また、たとえ一部の子粒子が欠落したとしても、多くの子粒子は脱落せずにセリウム含有シリカ層中に存在するので、研磨機能を低下させることがない。 This structure makes it difficult for child particles to fall off due to the crushing process during manufacturing or the pressure during polishing, and even if some child particles are chipped off, most of the child particles remain in the cerium-containing silica layer without falling off, so the polishing function is not reduced.
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、本発明の複合微粒子の断面におけるCeとSiの元素濃度を測定した場合に、セリウム含有シリカ層はCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる部分である。 As described above, when STEM-EDS analysis is performed on the composite microparticles of the present invention and the elemental concentrations of Ce and Si are measured in the cross section of the composite microparticles of the present invention, the cerium-containing silica layer is the portion where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3 to 50%.
本発明の複合微粒子について透過型電子顕微鏡を用いて観察して得られる像(TEM像)では、母粒子の表面に子粒子の像が濃く現れるが、その子粒子の周囲および外側、すなわち、本発明の複合微粒子の表面側にも、相対的に薄い像として、セリウム含有シリカ層の一部が現れる。
この部分についてSTEM-EDS分析を行い、当該部分のSiモル濃度及びCeモル濃度を求めると、Siモル濃度が非常に高いことを確認することができる。具体的には、Ceモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3~50%となる。
In an image (TEM image) obtained by observing the composite microparticles of the present invention using a transmission electron microscope, the images of the child particles appear dark on the surface of the mother particle, but part of the cerium-containing silica layer also appears as a relatively faint image around and outside the child particles, i.e., on the surface side of the composite microparticles of the present invention.
When this portion is subjected to STEM-EDS analysis to determine the Si molar concentration and Ce molar concentration of the portion, it can be confirmed that the Si molar concentration is very high. Specifically, the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3 to 50%.
セリウム含有シリカ層の平均の厚さは格別に制限されるものではないが、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、後に述べるようにセリウム含有シリカ層が存在しない部分があっても構わない。
なお、セリウム含有シリカ層の平均の厚さは、本発明の複合微粒子の母粒子の中心から最外殻まで、任意の12箇所に直線を引き、前述のようにSTEM-EDS分析を行って得た元素マップから特定されるCeモル濃度とSiモル濃度との合計に対するCeモル濃度の比(百分率)(Ce/(Ce+Si)×100)が3%となるラインと、本発明の複合微粒子の最外殻との距離(母粒子の中心を通る線上の距離)を測定し、それらを単純平均して求めるものとする。なお、母粒子の中心は、前述の長軸と短軸との交点を意味するものとする。
The average thickness of the cerium-containing silica layer is not particularly limited, but is preferably 10 to 40 nm, more preferably 12 to 30 nm, and may be in a portion where the cerium-containing silica layer is not present, as described later.
The average thickness of the cerium-containing silica layer is determined by drawing straight lines at any 12 points from the center to the outermost shell of the composite microparticle of the present invention, measuring the distance between the line where the ratio (percentage) of the Ce molar concentration to the sum of the Ce molar concentration and the Si molar concentration (Ce/(Ce+Si)×100) is 3%, which is specified from the element map obtained by performing the STEM-EDS analysis as described above, and the outermost shell of the composite microparticle of the present invention (the distance on the line passing through the center of the mother particle), and taking a simple average of these distances. Note that the center of the mother particle means the intersection point of the major axis and the minor axis described above.
本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層は、焼成過程でセリウム含有シリカ層に分散し成長した子粒子(結晶性セリアを主成分とするセリア微粒子)と母粒子との結合力を助長すると考えられる。よって、例えば、本発明の分散液を得る工程で、焼成して得られた焼成体解砕分散液について必要な場合は乾式にて予備解砕を行った後、湿式による解砕を行い、さらに必要に応じて遠心分離処理を行うことでセリア系複合微粒子分散液が得られるが、セリウム含有シリカ層により、子粒子が母粒子から外れる事を防ぐ効果があるものと考えられる。この場合、局部的な子粒子の脱落は問題なく、また、子粒子の表面の全てがセリウム含有シリカ層の一部で覆われていなくてもよい。子粒子が解砕工程で母粒子から外れない程度の強固さがあればよい。
このような構造により、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨速度が高く、面精度やスクラッチの悪化が少ないと考えられる。
The cerium-containing silica layer in the composite microparticles of the present invention is considered to promote the bonding force between the child particles (ceria microparticles mainly composed of crystalline ceria) dispersed and grown in the cerium-containing silica layer during the firing process and the mother particles. Therefore, for example, in the process of obtaining the dispersion of the present invention, the calcined crushed dispersion obtained by firing is pre-crushed in a dry manner if necessary, then crushed in a wet manner, and further centrifuged as necessary to obtain a ceria-based composite microparticle dispersion, and the cerium-containing silica layer is considered to have the effect of preventing the child particles from coming off the mother particles. In this case, there is no problem with the localized falling off of the child particles, and it is not necessary that the entire surface of the child particles is covered with a part of the cerium-containing silica layer. It is sufficient that the child particles are strong enough not to come off the mother particles during the crushing process.
Due to this structure, it is believed that when the dispersion of the present invention is used as an abrasive, the removal rate is high and deterioration of surface accuracy and scratches are reduced.
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シリカ層によって被覆されているので、本発明の複合微粒子の最表面(最外殻)にはシリカの-OH基が存在することになる。このため研磨剤として利用した場合に、本発明の複合微粒子は研磨基板表面の-OH基による電荷で反発しあい、その結果、研磨基板表面への付着が少なくなると考えられる。 In addition, in the composite microparticles of the present invention, at least a portion of the surface of the child particles is covered with a cerium-containing silica layer, so that -OH groups of silica are present on the outermost surface (outermost shell) of the composite microparticles of the present invention. Therefore, when used as an abrasive, the composite microparticles of the present invention repel each other due to the charge of the -OH groups on the polishing substrate surface, and as a result, it is believed that they adhere less to the polishing substrate surface.
また、一般的にセリアは、シリカや研磨基板、研磨パッドとは電位が異なり、pHがアルカリ性から中性付近に向かうにつれてマイナスのゼータ電位が減少して行き、弱酸性領域では逆のプラスの電位を持つ。そのため研磨時の酸性pHでは電位の大きさの違いや極性の違いなどによって、セリアは研磨基材や研磨パッドに付着し、研磨基材や研磨パッドに残り易い。一方、本発明の複合微粒子は上記のように最外殻にシリカ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、本発明の複合微粒子の表面のシリカ(セリウム含有シリカ層のシリカ)の一部が溶解する。係る条件で製造した本発明の分散液を、研磨用途に適用する時にpH<7に調整すれば、溶解したシリカが本発明の複合微粒子(砥粒)に沈着するので、本発明の複合微粒子の表面は負の電位を持つことになる。電位が低い場合には、珪酸を添加し、適度にセリウム含有シリカ層を補強しても構わない。 In addition, ceria generally has a different potential from silica, polishing substrates, and polishing pads, and as the pH goes from alkaline to near neutral, the negative zeta potential decreases, and in the weak acid region, it has a positive potential. Therefore, at an acidic pH during polishing, ceria adheres to the polishing substrate or polishing pad due to differences in the magnitude of the potential or differences in polarity, and is likely to remain on the polishing substrate or polishing pad. On the other hand, since the composite microparticles of the present invention have silica in the outermost shell as described above, their potential becomes negatively charged due to silica, and therefore they maintain a negative potential from an alkaline to an acidic pH, and as a result, abrasive grains are less likely to remain on the polishing substrate or polishing pad. If the disintegration treatment in step 2 of the manufacturing method of the present invention is performed while maintaining a pH of 8.6 to 10.8, part of the silica (silica in the cerium-containing silica layer) on the surface of the composite microparticles of the present invention is dissolved. If the dispersion of the present invention manufactured under such conditions is adjusted to a pH of <7 when applied to polishing applications, the dissolved silica will deposit on the composite microparticles (abrasive grains) of the present invention, and the surface of the composite microparticles of the present invention will have a negative potential. If the potential is low, silicic acid may be added to adequately reinforce the cerium-containing silica layer.
本発明の複合微粒子の他の性状について以下に説明する。
本発明の複合微粒子は、さらに、前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比は、典型的には100:11~316である。
Other properties of the composite fine particles of the present invention will now be described.
In the composite fine particles of the present invention, the ceria-based composite fine particles typically have a mass ratio of silica to ceria of 100:11-316.
本発明の複合微粒子において、シリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比は該複合微粒子を研磨用砥粒として用いて、有用な研磨速度と面精度を示す限り制限されるものではないが、典型的には100:11~316であり、100:30~316であることが好ましく、100:30~230であることがより好ましく、100:30~150であることがより好ましく、100:60~316であることがより好ましく、100:60~230であることがさらに好ましい。
シリカとセリアとの質量比は、概ね、母粒子と子粒子との質量比と同程度と考えられる。母粒子に対する子粒子の量が少なすぎると、母粒子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、シリカに対するセリアの量が多すぎても、コスト的に高価になるばかりでなく、資源リスクが増大する。さらに、粒子同士の融着が進む。その結果、基板表面の粗度が上昇(表面粗さRaの悪化)したり、スクラッチが増加する、更に遊離したセリアが基板に残留する、研磨装置の廃液配管等への付着といったトラブルを起こす原因ともなりやすい。
In the composite microparticles of the present invention, the mass ratio of silica (SiO 2 ) to ceria (CeO 2 ) is not limited as long as the composite microparticles are used as polishing abrasive grains and exhibit useful polishing speed and surface precision, but is typically 100:11 to 316, preferably 100:30 to 316, more preferably 100:30 to 230, more preferably 100:30 to 150, more preferably 100:60 to 316, and even more preferably 100:60 to 230.
The mass ratio of silica to ceria is generally considered to be the same as the mass ratio of mother particles to child particles. If the amount of child particles relative to the mother particles is too small, the mother particles or composite fine particles may bond to each other, resulting in the generation of coarse particles. In this case, the polishing agent (polishing slurry) containing the dispersion of the present invention may cause defects (deterioration of surface accuracy such as an increase in scratches) on the surface of the polishing substrate. In addition, if the amount of ceria relative to silica is too large, not only will the cost become expensive, but resource risks will also increase. Furthermore, fusion between particles will progress. As a result, the roughness of the substrate surface will increase (deterioration of surface roughness Ra), scratches will increase, and free ceria will remain on the substrate, and it will also be likely to cause problems such as adhesion to wastewater piping of the polishing device.
なお、上記のシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)との質量比を算定する場合の対象となるシリカとは、本発明の複合微粒子に含まれる全てのシリカ(SiO2)を意味する。従って、母粒子を構成するシリカ成分、母粒子の表面に配されたセリウム含有シリカ層に含まれるシリカ成分、および子粒子に含まれ得るシリカ成分の総量を意味する。 The silica to be considered when calculating the mass ratio of silica ( SiO2 ) to ceria ( CeO2 ) refers to all silica ( SiO2 ) contained in the composite microparticles of the present invention, and therefore refers to the total amount of silica components constituting the mother particles, silica components contained in the cerium-containing silica layer disposed on the surface of the mother particles, and silica components that may be contained in the child particles.
本発明の複合微粒子におけるシリカ(SiO2)とセリア(CeO2)の含有率(質量%)は、まず本発明の分散液の固形分濃度を、1000℃灼熱減量を行って秤量により求める。
次に、所定量の本発明の複合微粒子に含まれるセリウム(Ce)の含有率(質量%)をICPプラズマ発光分析により求め、酸化物質量%(CeO2質量%等)に換算する。そして、本発明の複合微粒子を構成するCeO2以外の成分はSiO2であるとして、SiO2質量%を算出することができる。
なお、本発明の製造方法においては、シリカとセリアの質量比は、本発明の分散液を調製する際に投入したシリカ源物質とセリア源物質との使用量から算定することもできる。これは、セリアやシリカが溶解し除去されるプロセスとなっていない場合に適用でき、そのような場合はセリアやシリカの使用量と分析値が良い一致を示す。
The content (mass %) of silica (SiO 2 ) and ceria (CeO 2 ) in the composite fine particles of the present invention is determined by first determining the solids concentration of the dispersion of the present invention by subjecting it to ignition loss at 1000° C. and then weighing it.
Next, the content (mass%) of cerium (Ce) contained in a predetermined amount of the composite microparticle of the present invention is determined by ICP plasma emission spectrometry and converted into oxide mass% ( CeO2 mass% etc.). Then, the components other than CeO2 constituting the composite microparticle of the present invention are considered to be SiO2 , and the SiO2 mass% can be calculated.
In the production method of the present invention, the mass ratio of silica to ceria can also be calculated from the amounts of the silica source material and the ceria source material used when preparing the dispersion of the present invention. This is applicable when the process is not one in which ceria or silica is dissolved and removed, and in such a case, the amounts of ceria or silica used and the analytical values show good agreement.
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。 The number of coarse particles of 0.51 μm or more that can be contained in the dispersion of the present invention is preferably 100 million particles/cc or less in dry conversion. 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 can cause polishing scratches and can also cause the surface roughness of the polished substrate to deteriorate.
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 may be contained in the dispersion of the present invention is as follows.
After diluting the sample with pure water to 0.1% by mass, 5 ml of the sample is taken and injected into a conventionally known coarse particle number measuring device. The number of coarse particles of 0.51 μm or more is then determined. This measurement is carried out three times to obtain a simple average value, which is then multiplied by 1000 to obtain the number of coarse particles of 0.51 μm or more.
本発明の複合微粒子は、格別に制限されるものではないが、比表面積が9~60m2/gであることが好ましく、10~43m2/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 9 to 60 m 2 /g, more preferably 10 to 43 m 2 /g, although there are no particular limitations thereon.
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 and degassed in a nitrogen gas flow at 250° C. for 40 minutes, and then the sample is kept at liquid nitrogen temperature in a mixed gas flow of 30% by volume of nitrogen and 70% by volume of helium to allow the nitrogen to be adsorbed in equilibrium on the sample. Next, the temperature of the sample is gradually raised to room temperature while the mixed gas is being passed through, and the amount of nitrogen desorbed during this period is detected, and the specific surface area of the sample is measured using a calibration curve created in advance.
Such a BET specific surface area measurement method (nitrogen adsorption method) can be carried out using, for example, a conventionally known surface area measurement device.
In the present invention, the specific surface area means a value obtained by measurement in this manner, unless otherwise specified.
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、以下の方法によって測定することができる。
・Na及びK:原子吸光分光分析
・Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Ni、Ti、Zn、Zr、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 composite fine particles of the present invention, the content of each element of the specific impurity group 1 is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, even more preferably 25 ppm or less, still more preferably 5 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less.
In addition, the content of each element of specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention is preferably 5 ppm or less. The method for reducing the content of each element of specific impurity group 1 and specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention is as described above.
The content of each of the elements in the specific impurity group 1 and the specific impurity group 2 in the composite fine particles of the present invention can be measured by the following method.
Na and K: Atomic absorption spectrometry Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U and Th: ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy Mass Analysis)
Cl: Potentiometric titration method NO3 , SO4 and F: Ion chromatography
<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 of the Present Invention>
The dispersion of the present invention will now be described.
The dispersion of the present invention is one in which the above-mentioned composite fine particles of the present invention 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 of the present invention contains water and/or an organic solvent as a dispersion solvent. It is preferable to use water, such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water, as the dispersion solvent. Furthermore, the dispersion of the present invention can be suitably used as a polishing slurry by adding at least one additive 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.
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、エタノールなどのアルコール類;アセトン、2-ブタノンなどのアミド類;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。 As the dispersion solvent for the dispersion liquid of the present invention, for example, alcohols such as methanol and ethanol; amides such as acetone and 2-butanone; ethers such as diethyl ether and isopropyl ether; glycol ethers such as 2-methoxyethanol and 2-ethoxyethanol; glycol ether acetates such as 2-methoxyethyl acetate and 2-ethoxyethyl acetate; esters such as methyl acetate and ethyl acetate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, and chlorobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; and pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone and N-octyl-2-pyrrolidone can be used. These may be mixed with water.
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 solids concentration in the dispersion of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 50% by mass.
<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および工程2を備える。
<Production Method of the Present Invention>
The manufacturing method of the present invention will now be described.
The manufacturing method of the present invention includes steps 1 and 2 described below.
<工程1>
工程1ではシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を用意する。
なお、本明細書では「工程1」を「調合工程」という場合もある。
<Step 1>
In step 1, a silica-based fine particle dispersion liquid in which silica fine particles are dispersed in a solvent is prepared.
In this specification, "Step 1" may also be referred to as "mixing step."
工程1で原料として使用されるシリカ系微粒子分散液は、下記1)、2)及び3)の条件を満たすシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液である。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に該シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Yに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Yの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Yの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Yの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
3)前記シリカ微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nm
The silica-based fine particle dispersion liquid used as a raw material in step 1 is a silica-based fine particle dispersion liquid in which silica fine particles satisfying the following conditions 1), 2) and 3) are dispersed in a solvent.
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the silica fine particles, and further, the image of the silica fine particles has the following relationship with respect to an arch-shaped figure Y consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate shape Y.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure Y, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape Y is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the silica fine particles, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
3) The silica fine particles have an average particle diameter of 50 to 350 nm as determined by image analysis.
ここで弓形図形Yは弓形図形Xと同様に定めるものとする。また、シリカ微粒子の像の面積に対する弓形図形Yの面積の好ましい範囲も弓形図形Xの場合と同様とする。さらに弓形図形Yにおける弦の長さおよび矢高の好ましい範囲も、弓形図形Xの場合と同様とする。
さらに、シリカ微粒子の平均粒子径は、前述の本発明の複合微粒子の平均粒子径と同じ方法によって測定して得た値とする。
Here, the arched figure Y is defined in the same manner as the arched figure X. The preferred range of the area of the arched figure Y relative to the area of the image of the silica fine particles is also the same as in the case of the arched figure X. Furthermore, the preferred ranges of the chord length and arrow height of the arched figure Y are also the same as in the case of the arched figure X.
Furthermore, the average particle size of the silica fine particles is a value obtained by measuring using the same method as the average particle size of the composite fine particles of the present invention described above.
前記原料として使用するシリカ系微粒子分散液に擬球欠状のシリカ微粒子の他、これに該当しないシリカ微粒子も含まれ得るが、擬球欠状のシリカ微粒子の割合は格別に制限されるものではないが、通常は、個数割合で、5~20質量%が望ましい。 The silica-based microparticle dispersion liquid used as the raw material may contain pseudo-spherical silica microparticles as well as other silica microparticles. The proportion of pseudo-spherical silica microparticles is not particularly limited, but it is usually desirable for the number ratio to be 5 to 20% by mass.
擬球欠状のシリカ微粒子を含むシリカ系微粒子分散液は、例えば、公知の球状のシリカ微粒子を含むシリカ系微粒子分散液を、pH9.5~10.5の範囲にて、湿式で解砕処理をすることにより得ることができる。 A silica-based microparticle dispersion liquid containing pseudo-spherical silica microparticles can be obtained, for example, by subjecting a silica-based microparticle dispersion liquid containing known spherical silica microparticles to a wet crushing process at a pH range of 9.5 to 10.5.
工程1で原料として使用されるシリカ系微粒子分散液におけるシリカ微粒子は、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と同等の大きさのシリカ微粒子を使用することができるが、目的とする平均粒子径の本発明の複合微粒子を得られる限り、格別に制限されるものではない。 The silica fine particles in the silica-based fine particle dispersion used as a raw material in step 1 can be silica fine particles having an average particle size equivalent to that of the ceria-based composite fine particles in the ceria-based composite fine particle dispersion obtained by the manufacturing method of the present invention, but are not particularly limited as long as the composite fine particles of the present invention having the desired average particle size can be obtained.
本発明の製造方法により、半導体デバイスなどの研磨に適用する本発明の分散液を調製しようとする場合は、シリカ系微粒子分散液として、アルコキシシランの加水分解により製造したシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を用いることが好ましい。なお、上記以外の従来公知のシリカ系微粒子分散液(水硝子を原料として調製したシリカ系微粒子分散液等)を原料とする場合は、シリカ系微粒子分散液を酸処理し、更に脱イオン処理して使用することが好ましい。この場合、シリカ微粒子に含まれるNa、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti、Zn、U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が少なくなり、具体的には、100ppm以下となり得るからである。
具体的には、原料であるシリカ系微粒子分散液中のシリカ微粒子として、次の(a)と(b)の条件を満たすものが好適に使用される。
(a)Na、Ag、Al、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Ni、Ti及びZnの含有率が、それぞれ100ppm以下。
(b)U、Th、Cl、NO3、SO4及びFの含有率が、それぞれ5ppm以下。
なお、シリカ微粒子が含有し得る上記(a)(b)の各成分の含有率の測定方法は、本発明の複合微粒子が含有し得る特定不純物群1および特定不純物群2の各々の元素の含有率の測定方法と同じであってよい。
When preparing the dispersion of the present invention for use in the polishing of semiconductor devices and the like by the manufacturing method of the present invention, it is preferable to use the silica-based microparticle dispersion in which the silica microparticles produced by hydrolysis of alkoxysilane are dispersed in a solvent as the silica-based microparticle dispersion.In addition, when using other conventionally known silica-based microparticle dispersions (such as the silica-based microparticle dispersions prepared from water glass as raw material) as raw material, it is preferable to use the silica-based microparticle dispersion after acid treatment and further deionization treatment.In this case, the content of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, U, Th, Cl, NO 3 , SO 4 and F contained in silica microparticles is reduced, specifically, it can be 100 ppm or less.
Specifically, the silica fine particles in the silica-based fine particle dispersion liquid, which is the raw material, preferably satisfy the following conditions (a) and (b).
(a) The content of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti and Zn is each 100 ppm or less.
(b) The contents of U, Th, Cl, NO3 , SO4 and F are each 5 ppm or less.
The method for measuring the content of each of the components (a) and (b) that may be contained in the silica microparticles may be the same as the method for measuring the content of each element in specific impurity group 1 and specific impurity group 2 that may be contained in the composite microparticles of the present invention.
また、シリカ微粒子はセリウムとの反応性(セリア重量あたりのシリカ微粒子の溶解重量)が適度なものが好適に用いられる。シリカ微粒子は、本発明の製造方法における工程1の調合工程で、シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加することで、シリカの一部が水酸化セリウム等によって溶解し、シリカ微粒子のサイズが小さくなり、溶解したシリカ微粒子の表面にセリウムの微結晶を含んだセリウム含有シリカ層の前駆体が形成される。この際、シリカ微粒子がセリウムとの反応性が高い非晶質シリカからなる場合、セリウム含有シリカ層の前駆体が厚くなり、焼成によって生じるセリウム含有シリカ層が厚膜化したり、その層のシリカ割合が過剰に高くなり、解砕工程で解砕が困難になるからである。また、シリカ微粒子がセリウムとの反応性が極度に低い非晶質シリカからなる場合はセリウム含有シリカ層が十分に形成されず、セリア子粒子が脱落しやすくなる。セリウムとの反応性が適切な場合は、過剰なシリカの溶解が抑制され、セリウム含有シリカ層は適度な厚みとなり子粒子の脱落を防止し、その強度が複合微粒子間との強度よりも大きくなると考えられるので、易解砕となるため、望ましい。 In addition, silica fine particles having a suitable reactivity with cerium (dissolved weight of silica fine particles per weight of ceria) are preferably used. In the preparation step of step 1 in the manufacturing method of the present invention, a metal salt of cerium is added to the silica-based fine particle dispersion, so that part of the silica is dissolved by cerium hydroxide or the like, the size of the silica fine particles is reduced, and a precursor of a cerium-containing silica layer containing microcrystals of cerium is formed on the surface of the dissolved silica fine particles. In this case, if the silica fine particles are made of amorphous silica that is highly reactive with cerium, the precursor of the cerium-containing silica layer becomes thick, and the cerium-containing silica layer formed by firing becomes thick or the silica ratio of the layer becomes excessively high, making it difficult to disintegrate in the disintegration step. In addition, if the silica fine particles are made of amorphous silica that is extremely low in reactivity with cerium, the cerium-containing silica layer is not sufficiently formed, and the ceria child particles are easily dropped off. If the reactivity with cerium is appropriate, the dissolution of excess silica is suppressed, the cerium-containing silica layer has a moderate thickness, which prevents the child particles from falling off, and its strength is thought to be greater than the strength between the composite fine particles, making it easier to crush, which is desirable.
工程1では、シリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pH範囲を5.0~9.0、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, a silica-based microparticle dispersion liquid in which silica microparticles are dispersed in a solvent is stirred, and while maintaining the temperature at 0 to 20°C, the pH range at 5.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV, a metal salt of cerium is added continuously or intermittently to neutralize the metal salt of cerium, thereby obtaining a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
シリカ系微粒子分散液における分散媒は水を含むことが好ましく、水系のシリカ系微粒子分散液(水ゾル)を使用することが好ましい。 The dispersion medium in the silica-based microparticle dispersion preferably contains water, and it is preferable to use an aqueous silica-based microparticle dispersion (aqueous sol).
シリカ系微粒子分散液における固形分濃度は、SiO2換算基準で1~40質量%であることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると、製造工程でのシリカ濃度が低くなり生産性が悪くなり得る。 The solid content in the silica-based fine particle dispersion is preferably 1 to 40% by mass in terms of SiO 2. If the solid content is too low, the silica concentration in the production process will be low, which may result in poor productivity.
本発明の製造方法において、例えば、工程1におけるシリカ微粒子とセリウムの金属塩との反応温度を40~50℃とした場合、セリアとシリカの反応性が高まり、シリカ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シリカがセリアと液相で反応すると、シリカ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1100℃超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、セリウム含有シリカ層は形成されずにシリカ被膜が形成され、このシリカ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、液相でのシリカとセリアの反応を適度に抑えることで、乾燥後の前駆体粒子におけるCeO2超微粒子の平均結晶子径を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シリカ層の厚みが過剰に厚膜化せず、解砕が容易となる。
In the manufacturing method of the present invention, for example, when the reaction temperature between the silica fine particles and the metal salt of cerium in step 1 is set to 40 to 50°C, the reactivity between ceria and silica increases, and the dissolution of the silica fine particles progresses. As a result, the particle diameter of the CeO2 ultrafine particles in the precursor particles obtained by drying at the intermediate stage of step 2 is less than 2.5 nm. This indicates that when silica reacts with ceria in the liquid phase in such a high temperature range, silica inhibits the particle growth of ceria, and the average particle diameter of ceria after drying becomes small, less than 2.5 nm.
In addition, even with such precursor particles, it is possible to make the average crystallite diameter of the
また、陽イオン交換樹脂又は陰イオン交換樹脂、あるいは鉱酸、有機酸等で不純物を抽出し、限外ろ過膜などを用いて、必要に応じて、シリカ系微粒子分散液の脱イオン処理を行うことができる。脱イオン処理により不純物イオンなどを除去したシリカ系微粒子分散液は表面にケイ素を含む水酸化物を形成させやすいのでより好ましい。なお、脱イオン処理はこれらに限定されるものではない。 Impurities can be extracted using a cation exchange resin or anion exchange resin, or a mineral acid, organic acid, etc., and the silica-based microparticle dispersion liquid can be deionized as necessary using an ultrafiltration membrane, etc. Silica-based microparticle dispersion liquid from which impurity ions have been removed by deionization treatment is more preferable because it is easier to form hydroxides containing silicon on the surface. However, deionization treatments are not limited to these.
本発明の製造方法において、例えば、工程1におけるシリカ微粒子とセリウムの金属塩との反応時の酸化還元電位が低いと、棒状等の結晶が生成するために、シリカ微粒子には沈着し難い。
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 the production method of the present invention, for example, if the oxidation-reduction potential during the reaction between the silica fine particles and the metal salt of cerium in step 1 is low, rod-shaped crystals are generated and are difficult to deposit on the silica fine particles.
Furthermore, if the redox potential is not adjusted to a predetermined range, the CeO2 ultrafine particles produced in the blending process tend not to crystallize easily, and the crystallization of uncrystallized CeO2 ultrafine particles is not promoted even by heating and aging after blending. Therefore, in order to crystallize to a predetermined size in the firing process in step 2, firing at a high temperature is required, making it difficult to disintegrate.
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、それらは速やかにシリカ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シリカ微粒子と適度に反応し、セリウム含有シリカ層が形成されやすい。また研磨基板に形成されたシリカ膜と反応性の高い三価のセリウムがセリア結晶中に形成されやすいため、好ましい。しかしこれら金属塩に含まれる硫酸イオン、塩化物イオン、硝酸イオンなどは、腐食性を示す。そのため、所望により、調合後に後工程で洗浄し5ppm以下に除去する必要がある。一方、炭酸塩は炭酸ガスとして調合中に放出され、またアルコキシドは分解してアルコールとなるため、好ましく用いることができる。 The type of metal salt of cerium is not limited, but cerium chloride, nitrate, sulfate, acetate, carbonate, metal alkoxide, etc. can be used. Specific examples include cerium (I) nitrate, cerium carbonate, cerium (I) sulfate, and cerium (I) chloride. Among them, trivalent cerium salts such as cerium (I) nitrate, cerium (I) chloride, and cerium carbonate are preferred. This is because crystalline cerium oxide and cerium hydroxide are generated from the solution that becomes supersaturated at the same time as neutralization, and these are rapidly coagulated and deposited on silica fine particles, and finally CeO2 ultrafine particles are formed in a monodisperse state. Furthermore, trivalent cerium salts react moderately with silica fine particles, and a cerium-containing silica layer is easily formed. In addition, trivalent cerium, which is highly reactive with the silica film formed on the polishing substrate, is easily formed in the ceria crystals, so it is preferred. However, sulfate ions, chloride ions, nitrate ions, etc. contained in these metal salts are corrosive. Therefore, if desired, it is necessary to remove them to 5 ppm or less by washing in a post-process after preparation. On the other hand, carbonates are preferably used because they are released as carbon dioxide gas during preparation, and alkoxides are decomposed to form alcohols.
シリカ系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シリカ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ことが好ましい。 The amount of cerium metal salt added to the silica-based microparticle dispersion is preferably an amount such that the mass ratio of silica to ceria in the resulting ceria-based composite microparticles is in the range of 100:11 to 316, as in the case of the composite microparticles of the present invention described above.
シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加する前または添加した後、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シリカの反応性が低下し、シリカの溶解度が著しく低下するため、セリアの結晶化が制御されなくなる。その結果、粗大なセリアの結晶性酸化物が生成して、シリカ微粒子の表面における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シリカの溶解量が減るため、セリウム含有シリカ層に供給されるシリカが減少することになる。このためシリカ母粒子とセリア子粒子とのバインダーとなるシリカが不足(母粒子に積層されるシリカ不足)し、セリア子粒子のシリカ母粒子への固定化が起こり難くなる事が考えられる。逆に、この温度が高すぎるとシリカの溶解度が著しく増し、結晶性のセリア酸化物の生成が抑制される事が考えられるが、焼成時に高温を要し粒子間の結合が促進され、解砕できなくなる可能性があり、更に、反応器壁面にスケールなどが生じやすくなり好ましくない。またシリカ微粒子は、セリウム化合物(セリウム塩の中和物)に対して溶解されにくいものが好ましい。溶解されやすいシリカ微粒子の場合は、シリカによってセリアの結晶成長が抑制され、調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満となる。
調合段階でのCeO2超微粒子の粒子径が2.5nm未満であると、焼成後のセリア粒子径を10nm以上とするために、焼成温度を高くする必要があり、その場合、セリウム含有シリカ層が母粒子を強固に被覆してしまい、解砕が困難となる可能性がある。溶解されやすいシリカ微粒子は、100℃以上で乾燥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。
また、工程1において、シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加した後、撹拌する際の温度が0~20℃であることで、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ることができる。
Before or after adding the metal salt of cerium to the silica-based microparticle dispersion, the temperature during stirring is preferably 0 to 20°C, more preferably 3 to 20°C, and even more preferably 3 to 18°C. If the temperature is too low, the reactivity of ceria with silica decreases, and the solubility of silica decreases significantly, so that the crystallization of ceria is not controlled. As a result, coarse crystalline oxide of ceria is generated, and abnormal growth of CeO2 ultrafine particles occurs on the surface of the silica microparticles, making them difficult to disintegrate after firing, and the amount of silica dissolved by the cerium compound decreases, so that the amount of silica supplied to the cerium-containing silica layer decreases. This is thought to result in a shortage of silica that serves as a binder between the silica mother particle and the ceria child particle (shortage of silica laminated on the mother particle), making it difficult to fix the ceria child particle to the silica mother particle. On the other hand, if the temperature is too high, the solubility of silica increases significantly, and it is considered that the generation of crystalline ceria oxide is suppressed, but the high temperature required during firing promotes the bonding between particles, which may make it impossible to disintegrate, and further, scale is likely to occur on the reactor wall, which is undesirable. In addition, it is preferable that the silica fine particles are not easily dissolved in cerium compounds (neutralized products of cerium salts). In the case of silica fine particles that are easily dissolved, the crystal growth of ceria is suppressed by silica, and the particle size of the CeO2 ultrafine particles at the preparation stage is less than 2.5 nm.
If the particle size of the CeO2 ultrafine particles in the preparation stage is less than 2.5 nm, the firing temperature must be increased to make the ceria particle size after firing 10 nm or more, in which case the cerium-containing silica layer tightly covers the base particles, which may make crushing difficult. The solubility of easily soluble silica fine particles can be suppressed by drying them at 100°C or higher before being used as a raw material.
In step 1, by adding the metal salt of cerium to the silica-based microparticle dispersion and then stirring at a temperature of 0 to 20°C, it is possible to obtain the dispersion of the present invention containing the composite microparticles of the present invention in which the coefficient of variation in the particle size distribution of the child particles is a suitable value.
また、シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加した後、撹拌する際の時間は0.5~50時間であることが好ましく、0.5~35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、シリカ微粒子の表面上でシリカと反応し難くなり、解砕されにくい複合微粒子が形成される傾向がある点で好ましくない。逆に、この時間が長すぎても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、シリカ微粒子に付着せず遊離したCeO2超微粒子をシリカ微粒子上に付着させる効果があるからである。 In addition, after adding the metal salt of cerium to the silica-based fine particle dispersion, the stirring time is preferably 0.5 to 50 hours, more preferably 0.5 to 35 hours. If this time is too short, the CeO2 ultrafine particles aggregate, making it difficult to react with silica on the surface of the silica fine particles, and it is undesirable in that composite fine particles that are difficult to disintegrate tend to be formed. On the other hand, if this time is too long, the formation of the CeO2 ultrafine particle-containing layer does not proceed further in the reaction, making it uneconomical. After adding the cerium metal salt, it may be aged at 0 to 80°C as desired. This is because aging has the effect of promoting the reaction of the cerium compound and at the same time, adhering the free CeO2 ultrafine particles that are not attached to the silica fine particles to the silica fine particles.
また、シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加する前または添加した後、撹拌する際のシリカ系微粒子分散液のpH範囲は5.0~9.0とするが、7.6~9.0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。 In addition, before or after adding the metal salt of cerium to the silica-based microparticle dispersion, the pH range of the silica-based microparticle dispersion during stirring is 5.0 to 9.0, preferably 7.6 to 9.0. At this time, it is preferable to adjust the pH by adding an alkali or the like. Examples of such alkali include known alkalis. Specific examples include, but are not limited to, aqueous ammonia solutions, alkali hydroxides, alkaline earth metals, and aqueous solutions of amines.
また、シリカ系微粒子分散液にセリウムの金属塩を添加する前または添加した後、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、セリウム化合物がシリカ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、シリカ微粒子に対する水酸化セリウム等の反応性が低下し、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超微粒子層中のシリカの割合が極めて低くなる。そのため焼成後にセリア子粒子を内在するセリウム含有シリカ層は形成されず、セリア子粒子はシリカ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。
In addition, before or after adding the metal salt of cerium to the silica-based microparticle dispersion, the oxidation-reduction potential of the microparticle dispersion during stirring is adjusted to 50 to 500 mV. The oxidation-reduction potential is preferably 100 to 300 mV. This is because when trivalent cerium metal salt is used as a raw material, the acid-reduction potential of the microparticle dispersion decreases during preparation. In addition, by keeping the oxidation-reduction potential within this range, the crystallization of the generated CeO 2 ultrafine particles is promoted. When the oxidation-reduction potential is 50 mV or less or negative, the cerium compound may not be deposited on the surface of the silica microparticles, and plate-shaped or rod-shaped ceria particles or composite ceria particles may be generated. Furthermore, the reactivity of cerium hydroxide, etc. with the silica microparticles decreases, and the CeO 2 ultrafine particle-containing layer is not formed, and even if it is formed, the proportion of silica in the CeO 2 ultrafine particle layer is extremely low. Therefore, after firing, a cerium-containing silica layer containing ceria child particles therein is not formed, and the ceria child particles tend to be exposed and disposed on the surface of the silica mother particle.
Methods for keeping the redox potential within the above range include adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, or blowing in air, oxygen, or ozone. If these methods are not used, the redox potential tends to be negative or to be 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。シリカとセリアの反応性が高すぎると前駆体粒子に含まれるCeO2超微粒子の平均結晶子径が2.5nm未満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 is obtained. In this step, it is possible to obtain particles in which the average crystallite diameter of the CeO2 ultrafine particles contained in the precursor particles is 2.5 nm or more and less than 10 nm. If the reactivity of silica and ceria is too high, the average crystallite diameter of the CeO2 ultrafine particles contained in the precursor particles tends to be less than 2.5 nm, so that in step 2, excessively high temperature firing is required to make the
上記のように工程1では、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを5.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加するが、その後、温度を20℃超98℃以下、pHを5.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
すなわち、工程1では、温度0~20℃にて処理を行うが、その後に、温度20℃超98℃以下に変更して処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程1を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液をより得やすいからである。
なお、温度を20℃超98℃以下として処理する場合のpHおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度0~20℃にて処理する場合と同様とする。
As described above, in step 1, the silica-based fine particle dispersion is stirred and the metal salt of cerium is added thereto continuously or intermittently while maintaining the temperature at 0 to 20° C., the pH at 5.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV. It is preferable to then add the metal salt of cerium thereto continuously or intermittently while maintaining the temperature at higher than 20° C. and not higher than 98° C., the pH at 5.0 to 9.0, and the redox 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., but it is preferable to subsequently change the temperature to a temperature higher than 20° C. and not higher than 98° C. to carry out the treatment, thereby obtaining the precursor particle dispersion liquid.
By carrying out step 1 in this manner, it becomes easier to obtain the dispersion 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.
When the treatment temperature is more than 20°C and not more than 98°C, the suitable values and adjustment methods of the pH and the oxidation-reduction potential are the same as those when the treatment temperature is 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ても構わない。すなわち、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を20℃超98℃以下、pHを5.0~10.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を0~20℃、pHを5.0~9.0、酸化還元電位を50~500mVに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ても構わない。
このような工程1を行った場合も、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より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。
Conversely, the precursor particle dispersion may be obtained by performing a treatment at a temperature of more than 20° C. and not more than 98° C. before performing a treatment at a temperature of 0 to 20° C. That is, the silica-based fine particle dispersion may be stirred, the cerium metal salt may be added continuously or intermittently while maintaining the temperature at more than 20° C. and not more than 98° C., the pH at 5.0 to 10.0, and the redox potential at 50 to 500 mV, and thereafter the cerium metal salt may be added continuously or intermittently while maintaining the temperature at 0 to 20° C., the pH at 5.0 to 9.0, and the redox potential at 50 to 500 mV, to obtain the precursor particle dispersion.
This is because, even when step 1 is carried out in this manner, it is easier to obtain the dispersion 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.
When the treatment temperature is more than 20°C and not more than 98°C, the suitable values and adjustment methods of the pH and the oxidation-reduction potential are the same as those when the treatment temperature is 0 to 20°C.
Even when the temperature is changed during mixing in this way, so long as the mixing step is carried out at a temperature of 0 to 20° C., the composite fine particles will be produced by the same mechanism as described above.
0~20℃の範囲で反応させると、シリカに対するセリウムの反応性が抑制されるため、サイズの大きなCeO2超微粒子が生成するが、その後調合温度を20℃超98℃以下に保ちセリウムの金属塩を添加すると、シリカに対するセリウムの反応性が高くなり、シリカの溶解が促進されるため、シリカがセリアの結晶成長を阻害し、サイズの小さなCeO2超微粒子が生成する。このように調合工程(工程1)中の反応温度を0~20℃を必須として、反応温度を20℃超98℃以下に変えて、セリウムの金属塩を添加することにより、CeO2超微粒子およびセリア子粒子の粒子径分布を広くすることができる。なお、調合温度は0~20℃の範囲でセリウムの金属塩を添加させる工程があれば、20℃超98℃以下の温度での反応は、0~20℃での反応の前でも後でも構わず、3回以上温度を変えても構わない。
また、反応温度を2段階以上で行う場合の0~20℃で反応させる工程でのセリウム金属塩の添加量は、セリウム金属塩の全添加量に対して10~90質量%の範囲であることが好ましい。この範囲を超える場合は、サイズの大きい(または小さい)CeO2超微粒子およびセリア子粒子割合が少なくなるため、粒度分布があまり広くならないからである。
When the reaction is carried out in the range of 0 to 20°C, the reactivity of cerium with silica is suppressed, and large-sized CeO2 ultrafine particles are generated, but when the compounding temperature is then kept between 20°C and 98°C and a metal salt of cerium is added, the reactivity of cerium with silica increases, and the dissolution of silica is promoted, so that silica inhibits the crystal growth of ceria, and small-sized CeO2 ultrafine particles are generated. In this way, the reaction temperature during the compounding step (step 1) must be 0 to 20°C, and the reaction temperature is changed to between 20°C and 98°C and a metal salt of cerium is added, thereby making it possible to broaden the particle size distribution of CeO2 ultrafine particles and ceria child particles. Note that, as long as the compounding temperature is in the range of 0 to 20°C and there is a step of adding a metal salt of cerium, the reaction at a temperature between 20°C and 98°C may be carried out before or after the reaction at 0 to 20°C, and the temperature may be changed three or more times.
In the case where the reaction temperature is 2 or more stages, the amount of cerium metal salt added in the step of reacting at 0 to 20°C is preferably in the range of 10 to 90 mass% based on the total amount of cerium metal salt added. If the amount exceeds this range, the proportion of large (or small) CeO2 ultrafine particles and ceria elementary particles decreases, so that the particle size distribution does not become very 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 using pure water or ion-exchanged water before being subjected to 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。 It is preferable that the solids concentration in the precursor particle dispersion is 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、850~1100℃で焼成する。
<Step 2>
In step 2, the precursor particle dispersion liquid is dried and then baked at 850 to 1100°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、スプレードライヤ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 drying method is not particularly limited. It can be dried using a conventionally known dryer. Specifically, a box dryer, band dryer, spray dryer, etc. can be used.
It is further preferable to set the pH of the precursor particle dispersion liquid before drying to 6.0 to 7.0, because when the pH of the precursor particle dispersion liquid before drying is set to 6.0 to 7.0, the surface activity can be suppressed.
乾燥後、焼成する温度は850~1100℃であるが、910~1100℃であることが好ましく、920~1090℃であることがより好ましく、930~970℃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シリカ層が適度な膜厚となり、セリウム含有シリカ層が母粒子へ強固に結合し、セリウム含有シリカ層に分散した子粒子の脱落が生じにくくなる。さらにこのような温度範囲で焼成することで、水酸化セリウム等は残存し難くなる。この温度が高すぎるとセリアの結晶が異常成長したり、セリウム含有シリカ層が厚くなりすぎたり、母粒子を構成する非晶質シリカが結晶化したり、粒子同士の融着が進む可能性もある。 After drying, the firing temperature is 850 to 1100°C, preferably 910 to 1100°C, more preferably 920 to 1090°C, and most preferably 930 to 970°C. Firing in this temperature range allows the crystallization of ceria to proceed sufficiently, and the cerium-containing silica layer in which the ceria child particles are dispersed has an appropriate film thickness, the cerium-containing silica layer is firmly bonded to the mother particle, and the child particles dispersed in the cerium-containing silica layer are less likely to fall off. Furthermore, firing in this temperature range makes it difficult for cerium hydroxide and the like to remain. If this temperature is too high, the ceria crystals may grow abnormally, the cerium-containing silica layer may become too thick, the amorphous silica that constitutes the mother particle may crystallize, or the particles may fuse together.
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、原料のコロイダルシリカ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、シリカ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シリカ微粒子との反応性が低下する。さらにシリカ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、セリウム含有シリカ層が形成されない傾向にある。さらに調合中にシリカの溶解が抑制されるため、セリア子粒子中にケイ素原子が固溶し難くなる。
Although alkali metals, alkaline earth metals, sulfates, etc. can be added as flux components during firing to promote the crystal growth of ceria, the flux components can cause metal contamination and corrosion of the polishing substrate, and therefore the content of the flux components during firing is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and most preferably 40 ppm or less per precursor particle (dry).
The flux component may be carried over from the raw colloidal silica or may be used as an alkali to neutralize the cerium metal salt during preparation, but if an alkali metal or alkaline earth metal is present during preparation, the polymerization of the silica fine particles is promoted and densified, reducing the reactivity between the cerium hydroxide and the silica fine particles. Furthermore, the surface of the silica fine particles is protected by an alkali metal or alkaline earth metal, which suppresses the reactivity with the cerium hydroxide and the like, and tends not to form a cerium-containing silica layer. Furthermore, the dissolution of silica during preparation is suppressed, making it difficult for silicon atoms to form a solid solution in the ceria subparticles.
また、このような温度範囲において焼成すると、子粒子の主成分である結晶性セリアにケイ素原子が固溶する。したがって、子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム-ケイ素原子間距離をR1とし、セリウム-セリウム原子間距離をR2としたときに、R1<R2の関係を満たすものとなり得る。 Furthermore, when the calcination is performed within this temperature range, silicon atoms are dissolved in the crystalline ceria, which is the main component of the child particles, and therefore, the cerium atoms and silicon atoms contained in the child particles can satisfy the relationship R 1 < R 2 , where R 1 is the cerium-silicon atomic distance and R 2 is the cerium-cerium atomic distance.
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、湿式で解砕処理をする。
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 fired product obtained by firing, and the product is subjected to a wet crushing treatment at a pH range of 8.6 to 10.8.
Here, the fired body may be dry-disintegrated before being subjected to the wet disintegration treatment, and then the fired body may be wet-disintegrated.
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。 Conventionally known dry crushing devices can be used, such as attritors, ball mills, vibrating mills, and vibrating ball mills.
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、ここでの固形分濃度は、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 wet disintegration device, a conventionally known device can be used, for example, a batch type bead mill such as a basket mill, a horizontal, vertical or annular type continuous bead mill, a sand grinder mill, a ball mill, etc., a rotor-stator type homogenizer, an ultrasonic dispersion type homogenizer, a wet medium stirring type mill (wet disintegrator) such as an impact crusher that hits fine particles in a dispersion liquid against each other, etc. Examples of beads used in the wet medium stirring mill include beads made from raw materials such as glass, alumina, zirconia, steel, flint, organic resin, etc.
The solvent used when the fired body is wet-disintegrated is water and/or an organic solvent. For example, it is preferable to use water such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water. The solid content concentration here is not particularly limited, but is preferably in the range of, for example, 0.3 to 50 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シリカ層が適度に薄くなること、及び/又は複合微粒子表面の一部に子粒子が適度に露出することで、研磨速度がより向上し、且つセリア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、セリウム含有シリカ層中のシリカが溶解し再び沈着することで、軟質で易溶解なシリカ層が最外層に形成され、この易溶解性のシリカ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、セリウム含有シリカ層が薄いか剥げた状態であるため、子粒子が研磨時にある程度脱離しやすくなると推定している。ΔPCD/Vは、-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シリカ層が形成され難い。
When the fired body is subjected to wet disintegration, it is preferable to carry out the wet disintegration while maintaining the pH of the solvent at 8.6 to 10.8. By maintaining the pH within this range, it is possible to more easily finally obtain a ceria-based composite microparticle dispersion which, when subjected to cationic colloid titration, gives a streaming potential curve in which the ratio (ΔPCD/V) of the streaming potential change (ΔPCD) to the amount of cationic colloid titrant added at the knick (V), as represented by the above formula (1), is −110.0 to −15.0.
That is, it is preferable to perform disintegration to such an extent that the dispersion of the present invention corresponding to the above-mentioned preferred embodiment is obtained. As described above, when the dispersion of the present invention corresponding to the preferred embodiment is used as an abrasive, the polishing rate is further improved. The present inventor presumes that the polishing rate is further improved and the falling off of the ceria child particles can be controlled by appropriately thinning the cerium-containing silica layer on the surface of the composite fine particle of the present invention and/or by appropriately exposing the child particles to a part of the surface of the composite fine particle. Furthermore, it is presumed that the silica in the cerium-containing silica layer dissolves and is deposited again during disintegration, forming a soft and easily soluble silica layer on the outermost layer, and that this easily soluble silica layer improves the frictional force by adhesion with the substrate, thereby improving the polishing rate. It is also presumed that the child particles are easily detached to some extent during polishing because the cerium-containing silica layer is thin or peeled off. It is more preferable that ΔPCD/V is −100.0 to −15.0, and even more preferably −100.0 to −20.0.
In addition, if the fired powder is merely loosened without going through a wet disintegration step such as step 2, if only dry disintegration/pulverization is performed, or if wet disintegration is performed outside the specified pH range, it is difficult for ΔPCD/V to fall within the range of −100.0 to −15, and furthermore it is difficult to form a soft, easily soluble silica layer.
工程2において、前記焼成体に前記溶媒を加えて、pH8.6~10.8の範囲にて、湿式で解砕処理をした後、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ことが好ましい。
遠心分離処理による分級は、300G以上の相対遠心加速度にて行うことが好ましい。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好ましい。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。
このような遠心加速度とすると、セリア系複合微粒子分散液中に粗大粒子が残存し難くなり、その結果、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、スクラッチが発生し難くなるからである。
In step 2, it is preferable to add the above-mentioned solvent to the above-mentioned fired body, perform a wet crushing treatment at a pH range of 8.6 to 10.8, and then perform a centrifugation treatment at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more, and subsequently remove the precipitated components, thereby obtaining a ceria-based composite microparticle dispersion.
The classification by centrifugation is preferably carried out at a relative centrifugal acceleration of 300 G or more. After the centrifugation, it is preferable to remove the sedimented components to obtain a ceria-based composite fine particle dispersion. There is no particular upper limit to the relative centrifugal acceleration, but in practice, it is used at 10,000 G or less.
This is because, with such a centrifugal acceleration, coarse particles are less likely to remain in the ceria-based composite microparticle dispersion, and as a result, scratches are less likely to occur when the ceria-based composite microparticle dispersion is used for polishing purposes, such as as an abrasive.
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 microparticle dispersion obtained by the above-mentioned manufacturing method can be further dried to obtain ceria-based composite microparticles. 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 of the present invention can be obtained by the manufacturing 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。
<Polishing abrasive dispersion liquid>
The liquid containing the dispersion of the present invention can be preferably used as a polishing abrasive dispersion (hereinafter also referred to as "polishing abrasive dispersion of the present invention"). In particular, it can be preferably used as a polishing abrasive dispersion for planarizing a semiconductor substrate on which an SiO2 insulating film is formed. In addition, it can be preferably used as a polishing slurry by adding a chemical component to control polishing performance.
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 dispersion for polishing of the present invention has excellent effects such as a high polishing rate when polishing semiconductor substrates, less scratches on the polished surface, and less abrasive residue on the substrate.
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 polishing abrasive dispersion of the present invention contains water and/or an organic solvent as a dispersion solvent. It is preferable to use water, such as pure water, ultrapure water, or ion-exchanged water, as the dispersion solvent. Furthermore, by adding one or more additives selected from the group consisting of polishing accelerators, surfactants, heterocyclic compounds, pH adjusters, and pH buffers to the polishing abrasive dispersion of the present invention as additives for controlling the polishing performance, the polishing slurry can be suitably used.
<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。
<Polishing accelerator>
The polishing abrasive dispersion of the present invention can be used as polishing slurry by adding a conventionally known polishing accelerator as necessary, depending on the type of polishing material.Examples of such accelerators include hydrogen peroxide, peracetic acid, urea peroxide, and mixtures thereof.When using the polishing agent composition containing such a polishing accelerator as hydrogen peroxide, when the polishing material is metal, the polishing speed can be effectively improved.
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, nitric acid, phosphoric acid, oxalic acid, and hydrofluoric acid, organic acids such as acetic acid, and the sodium, potassium, ammonium, and amine salts of these acids, and mixtures thereof. In the case of polishing compositions containing these polishing accelerators, when polishing a workpiece made of multiple components, the polishing rate of a specific component of the workpiece can be accelerated, ultimately resulting in a flat polished surface.
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 polishing abrasive dispersion of the present invention contains a polishing accelerator, the content is preferably 0.1 to 10 mass %, and more preferably 0.5 to 5 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 polishing abrasive dispersion 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 the effect of reducing the contact angle with the polished surface and promoting uniform polishing. As the surfactant and/or hydrophilic compound, for example, those selected from the following group 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 anionic surfactants include carboxylates, sulfonates, sulfates, and phosphates. Examples of carboxylates include soap, N-acylamino acid salts, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxylates, and acylated peptides. Examples of sulfonates include alkyl sulfonates, alkylbenzene and alkylnaphthalene sulfonates, naphthalene sulfonates, sulfosuccinates, α-olefin sulfonates, and N-acylsulfonates. Examples of sulfates include sulfated oils, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl allyl ether sulfates, and alkylamide sulfates. Examples of phosphates include alkyl phosphates, and polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl allyl ether phosphates.
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。 Examples of cationic surfactants include aliphatic amine salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium chloride salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, and imidazolinium salts; examples of amphoteric surfactants include carboxybetaine type, sulfobetaine type, aminocarboxylate salts, imidazolinium betaine, lecithin, and alkylamine oxide.
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。 Nonionic surfactants include ether type, ether ester type, ester type, and nitrogen-containing type. Ether types include polyoxyethylene alkyl and alkylphenyl ethers, alkylarylformaldehyde condensed polyoxyethylene ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene block polymers, and polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ethers. Ether ester types include polyoxyethylene ethers of glycerin esters, polyoxyethylene ethers of sorbitan esters, and polyoxyethylene ethers of sorbitol esters. Ester types include polyethylene glycol fatty acid esters, glycerin esters, polyglycerin esters, sorbitan esters, propylene glycol esters, and sucrose esters. Nitrogen-containing types include fatty acid alkanolamides, polyoxyethylene fatty acid amides, and polyoxyethylene alkyl amides. Other examples include fluorine-based surfactants.
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。 The surfactant is preferably an anionic surfactant or a nonionic surfactant, and the salt may be an ammonium salt, a potassium salt, or a sodium salt, with the ammonium salt and potassium salt being particularly preferred.
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, etc. include esters such as glycerin esters, sorbitan esters, and alanine ethyl esters; ethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ethers, polyethylene glycol alkenyl ethers, alkyl polyethylene glycols, alkyl polyethylene glycol alkyl ethers, alkyl polyethylene glycol alkenyl ethers, alkenyl polyethylene glycols, alkenyl polyethylene glycol alkyl ethers, alkenyl polyethylene glycol alkenyl ethers, polypropylene glycol alkyl ethers, polypropylene glycol alkenyl ethers, alkyl polypropylene glycols, alkyl polypropylene glycol alkyl ethers, alkyl polypropylene glycol alkenyl ethers, and alkenyl polypropylene glycols; polysaccharides such as alginic acid, pectinic acid, carboxymethylcellulose, curdlan, and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine polycarboxylic acids and their salts, such as polymalic acid, polymethacrylic acid, ammonium salts of polymethacrylic acid, sodium salts of polymethacrylic acid, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly(p-styrene carboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, ammonium salts of polyacrylic acid, sodium salts of polyacrylic acid, polyamic acid, ammonium salts of polyamic acid, sodium salts of polyamic acid, and polyglyoxylic acid; vinyl polymers, such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, and polyacrolein; Examples include sulfonic acids and their salts, such as ammonium taurate, sodium methyl taurate, sodium methyl sulfate, ethyl ammonium sulfate, butyl ammonium sulfate, sodium vinyl sulfonate, sodium 1-allyl sulfonate, sodium 2-allyl sulfonate, sodium methoxymethyl sulfonate, ammonium ethoxymethyl sulfonate, and sodium 3-ethoxypropyl sulfonate; and amides, such as propionamide, acrylamide, methyl urea, nicotinamide, succinamide, and sulfanilamide.
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 used suitably. However, when the substrate is a silicon substrate for semiconductor integrated circuits or the like, and the effects of contamination by alkali metals, alkaline earth metals, halides, or the like must be avoided, it is preferable to use an acid or its ammonium salt surfactant.
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 polishing abrasive dispersion of the present invention contains a surfactant and/or a hydrophilic compound, the total content is preferably 0.001 to 10 g, more preferably 0.01 to 5 g, and particularly preferably 0.1 to 3 g, per 1 L of the polishing abrasive dispersion.
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 hydrophilic compound is preferably 0.001 g or more per liter of the polishing abrasive dispersion in order to obtain a sufficient effect, and is preferably 10 g or less in order to prevent a decrease in the polishing speed.
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, or two or more 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 compounds>
In the case where the substrate to be polished contains a metal, the abrasive dispersion of the present invention may contain a heterocyclic compound in order to form a passivation layer or a dissolution-suppressing layer on the metal and suppress the erosion of the substrate to be polished. Here, the term "heterocyclic compound" refers to a compound having a heterocycle containing one or more heteroatoms. The term "heteroatom" refers to an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. The term "heterocycle" refers to a cyclic compound having at least one heteroatom. The term "heteroatom" refers only to an atom that forms a part of the ring system of a heterocycle, and does not refer to an atom that is located outside the ring system, that is separated from the ring system by at least one non-conjugated single bond, or that is a part of a further substituent of the ring system. Preferred examples of heteroatoms include, but are not limited to, nitrogen atoms, sulfur atoms, oxygen atoms, selenium atoms, tellurium atoms, phosphorus atoms, silicon atoms, and boron atoms. Examples of heterocyclic compounds that can be used include imidazole, benzotriazole, benzothiazole, and tetrazole. More specific examples include 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-amino-1,2,4-triazole, and 3,5-diamino-1,2,4-triazole, but are not limited to these.
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。 When a heterocyclic compound is blended into the polishing abrasive dispersion of the present invention, the content is preferably 0.001 to 1.0 mass%, more preferably 0.001 to 0.7 mass%, and even more preferably 0.002 to 0.4 mass%.
<pH調整剤>
上記各添加剤の効果を高めるためなどに必要に応じて酸又は塩基およびそれらの塩類化合物を添加して研磨用組成物のpHを調節することができる。
<pH Adjuster>
In order to enhance the effects of the above-mentioned additives, the pH of the polishing composition can be adjusted by adding an acid or a base or a salt compound thereof, if necessary.
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 pH of the polishing abrasive dispersion of the present invention to 7 or more, an alkaline pH adjuster is used. Preferably, sodium hydroxide, aqueous ammonia, ammonium carbonate, or an amine such as ethylamine, methylamine, triethylamine, or tetramethylamine is 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 adjusting the pH of the polishing abrasive dispersion of the present invention to less than 7, an acidic pH adjuster is used. For example, mineral acids such as hydrochloric acid and nitric acid, as well 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>
In order to keep the pH value of the polishing abrasive dispersion of the present invention constant, a pH buffer may be used. Examples of the pH buffer include phosphates and borates such as ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, and ammonium tetraborate tetrahydrate, or organic acid salts.
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。 In addition, examples of the dispersion solvent for the abrasive grain dispersion of the present invention include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, and methyl isocarbinol; ketones such as acetone, 2-butanone, ethyl amyl ketone, diacetone alcohol, isophorone, and cyclohexanone; amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; ethers such as diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, and 3,4-dihydro-2H-pyran; glycol ethers such as 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, and ethylene glycol dimethyl ether; Organic solvents that can be used include glycol ether acetates such as 2-methoxyethyl acetate, 2-ethoxyethyl acetate, and 2-butoxyethyl acetate; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, and ethylene carbonate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, isooctane, and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, dichloropropane, and chlorobenzene; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide; and pyrrolidones such as N-methyl-2-pyrrolidone and N-octyl-2-pyrrolidone. These may be used in combination with water.
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 solids concentration in the polishing abrasive dispersion of the present invention is preferably in the range of 0.3 to 50% by mass. If the solids concentration is too low, the required polishing speed may not be achieved. Conversely, if the solids concentration is too high, the polishing speed is rarely improved any 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。 The present invention will be described below 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 the measurement and test methods in the examples and comparative examples will be described. The measurement and test results for each of the examples and comparative examples are shown in Table 1.
[セリア系複合微粒子の弓形図形Xの面積(Sx)、面積(S0)、弦の長さ、矢高および円弧の全長(w)ならびにシリカ微粒子の弓形図形Yの弦の長さ、矢高および円弧の全長(w)]
実施例および比較例において得らえたセリア系複合微粒子について、図1を用いて説明した方法によって、弓形図形Xの面積(Sx)および擬球欠状のセリカ系複合微粒子の面積(S0)を求め、その面積比(Sx/S0)を求めた。また、弓形図形Xの弦の長さ、矢高および円弧の全長(w)も求めた。さらに、シリカ微粒子についても同様に、弓形図形Yの弦の長さ、矢高および円弧の全長(w)を求めた。
[Area (S x ), area (S 0 ), chord length, arrow height and total arc length (w) of the arched shape X of the ceria-based composite fine particle, and chord length, arrow height and total arc length (w) of the arched shape Y of the silica fine particle]
For the ceria-based composite microparticles obtained in the Examples and Comparative Examples, the area ( Sx ) of the arched figure X and the area (S0) of the pseudo-spherical decapitated ceria-based composite microparticles were determined by the method described with reference to Fig. 1 , and the area ratio ( Sx / S0 ) was calculated. The chord length, arrow height, and total arc length (w) of the arched figure X were also calculated. Similarly, for the silica microparticles, the chord length, arrow height, and total arc length (w) of the arched figure Y were also calculated.
[成分の分析]
[SiO2含有量およびCeO2含有量の測定]
セリア系複合微粒子におけるSiO2含有量は、セリア系複合微粒子分散液に1000℃灼熱減量を行い、固形分の質量を求めた後、後述するICPプラズマ発光分析装置(例えば、SII製、SPS5520)を用いた標準添加法によってCe含有率を測定してCeO2質量%を算出し、CeO2以外の固形分の成分はSiO2であるとして、SiO2の含有量を求めた。なお、セリア系複合微粒子におけるSiO2含有率、CeO2含有率およびシリカ100質量部に対するセリアの質量部は、ここで求めたCeO2含有量およびSiO2含有量に基づいて算出した。なお、ここでセリア系複合微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
[Analysis of ingredients]
[Measurement of SiO2 content and CeO2 content]
The SiO2 content in the ceria composite microparticles is measured by performing 1000°C ignition loss on the ceria composite microparticle dispersion, determining the mass of solid content, and then measuring the Ce content by standard addition method using an ICP plasma emission spectrometer (e.g., SPS5520, manufactured by SII) described later to calculate CeO2 mass%, and the solid content other than CeO2 is considered to be SiO2 , and the SiO2 content is calculated. The SiO2 content, CeO2 content, and the mass part of ceria relative to 100 mass parts of silica in the ceria composite microparticles are calculated based on the CeO2 content and SiO2 content obtained here. The solid content concentration of the ceria composite microparticle dispersion can also be obtained here.
ICPプラズマ発光分析装置(例えば、SII製、SPS5520)を用いた標準添加法によってCe含有率を測定する方法について説明する。
初めに、セリア系複合微粒子またはセリア系複合微粒子分散液からなる試料約1g(固形分20質量%に調整したもの)を白金皿に採取する。リン酸3ml、硝酸5ml、弗化水素酸10mlを加えて、サンドバス上で加熱する。乾固したら、少量の水と硝酸50mlを加えて溶解させて100mlのメスフラスコにおさめ、水を加えて100mlとする。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、CeについてICPプラズマ発光分析装置(例えばSII製、SPS5520)にて標準添加法で測定を行う。ここで、同様の方法でブランクも測定して、ブランク分を差し引いて調整し、Ceの測定値とする。
A method for measuring the Ce content by the standard addition method using an ICP plasma emission spectrometer (for example, SPS5520 manufactured by SII) will be described.
First, about 1 g of a sample (adjusted to 20% solids by mass) made of ceria-based composite microparticles or ceria-based composite microparticle dispersion is collected on a platinum dish. 3 ml of phosphoric acid, 5 ml of nitric acid, and 10 ml of hydrofluoric acid are added, and the mixture is heated on a sand bath. After drying, a small amount of water and 50 ml of nitric acid are added to dissolve the mixture in a 100 ml measuring flask, and water is added to make the mixture 100 ml. Next, the operation of collecting 10 ml of the solution from the 100 ml solution in a 20 ml measuring flask is repeated five times to obtain five 10 ml portions. Then, using this, Ce is measured by the standard addition method using an ICP plasma emission analyzer (e.g., SPS5520, manufactured by SII). Here, a blank is also measured in the same manner, and the blank is subtracted to adjust the Ce measurement value.
[X線回折法、平均結晶子径の測定]
実施例及び比較例で得られたセリア系複合微粒子分散液またはシリカ微粒子を従来公知の乾燥機を用いて乾燥し、得られた粉体を乳鉢にて10分粉砕し、X線回折装置(理学電気(株)製、RINT1400)によってX線回折パターンを得て、結晶型を特定した。
また、前述の方法によって、得られたX線回折パターンにおける2θ=28度近傍の(111)面(2θ=28度近傍)のピークの半価全幅を測定し、Scherrerの式により、平均結晶子径を求めた。
[X-ray diffraction method, measurement of average crystallite size]
The ceria-based composite microparticle dispersion or silica microparticles obtained in the Examples and Comparative Examples were dried using a conventionally known dryer, and the obtained powder was ground in a mortar for 10 minutes. The X-ray diffraction pattern was obtained using an X-ray diffractometer (Rigaku Corporation, RINT1400) to identify the crystal type.
In addition, the full width at half maximum of the peak of the (111) plane (near 2θ=28 degrees) in the obtained X-ray diffraction pattern was measured by the above-mentioned method, and the average crystallite size was calculated by Scherrer's formula.
<平均粒子径>
(1)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、前述の画像解析法によって測定を行った。即ち、次のとおりである。
10万倍に拡大した本発明の複合微粒子の電子顕微鏡写真(透過型電子顕微鏡写真)を用意し、画像上の任意の50個の粒子について、その粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径(DL)とする。また、長軸上にて長軸を2等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる2点を求め、同2点間の距離を測定し短径(DS)とする。そして、長径(DL)と短径(DS)との幾何平均値を求め、これをその粒子の粒子径とする。このようにして50個の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。
(2)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含まれる擬球欠状のセリア系複合微粒子の平均粒子径についても、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、前記の画像解析法によって測定を行った。ただし、擬球欠状のセリア系複合微粒子の平均粒子径測定にあたっては、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に写ったセリア系複合微粒子のうち、擬球欠状のセリア系複合微粒子を50個選び前記と同様に測定及び算定を行った。
(3)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おけるセリア系複合微粒子の母粒子の平均粒子径及び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含まれる擬球欠状のセリア系複合微粒子の母粒子の平均粒子径については、セリア系複合微粒子分散液を製造するための原料として使用するシリカゾル(シリカ微粒子分散液)について、前記(1)と(2)の方法でそれぞれ平均粒子径の測定及び算定を行った。
<Average particle size>
(1) For the ceria-based composite microparticle dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples, the average particle diameter of the ceria-based composite microparticles contained therein was measured by the above-mentioned image analysis method based on a photographic projection image obtained by photographing the ceria-based composite microparticles using a transmission electron microscope.
An electron microscope photograph (transmission electron microscope photograph) of the composite fine particles of the present invention magnified 100,000 times is prepared, and for any 50 particles on the image, the maximum diameter of the particle is taken as the major axis, and the length is measured and the value is taken as the major axis (DL). In addition, a point is determined on the major axis that divides the major axis in half, and two points where a straight line perpendicular to the major axis intersects with the outer edge of the particle are determined, and the distance between the two points is measured and taken as the minor axis (DS). Then, the geometric mean value of the major axis (DL) and the minor axis (DS) is calculated, and this is taken as the particle diameter of the particle. In this way, the particle diameters of 50 particles are measured, and the value obtained by simply averaging them is taken as the average particle diameter.
(2) The average particle size of the pseudo-defective ceria-based composite microparticles contained in the ceria-based composite microparticle dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples was also measured by the above-mentioned image analysis method based on a photographic projection obtained by photographing with a transmission electron microscope. However, in measuring the average particle size of the pseudo-defective ceria-based composite microparticles, 50 pseudo-defective ceria-based composite microparticles were selected from the ceria-based composite microparticles shown in the photographic projection obtained by photographing with a transmission electron microscope, and the measurement and calculation were performed in the same manner as above.
(3) Regarding the average particle size of the base particles of the ceria-based composite microparticles in the ceria-based composite microparticle dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples, and the average particle size of the base particles of the pseudo-spherical ceria-based composite microparticles contained in the ceria-based composite microparticle dispersions obtained in the Examples and Comparative Examples, the average particle size of the silica sol (silica microparticle dispersion) used as a raw material for producing the ceria-based composite microparticle dispersions was measured and calculated by the methods (1) and (2) described above.
<変動係数>
前述の方法によって変動係数を求めた。
<Coefficient of variation>
The coefficient of variation was determined by the method described above.
<比表面積>
実施例及び比較例で得られたセリア系複合微粒子の比表面積を前述の方法によって測定した。ここで表面積測定装置(マウンテック社製、品番:Mascsorb HM-1220)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。
<Specific surface area>
The specific surface area of the ceria-based composite particles obtained in the examples and comparative examples was measured by the above-mentioned method using a surface area measuring device (manufactured by Mountech Co., Ltd., product number: Mascsorb HM-1220).
In the present invention, the specific surface area means a value obtained by measurement in this manner, unless otherwise specified.
[擬球欠状粒子の個数比率]
10万倍に拡大した本発明の複合微粒子分散液の電子顕微鏡写真を用意し、画像上の50個の粒子について、擬球欠状の粒子に該当するか否かを判断する。そして、擬球欠状の粒子の個数比率を求める。
即ち、50個の粒子に占める擬球欠状粒子の割合を算定した。
[Number ratio of pseudo-spherical particles]
An electron microscope photograph of the composite fine particle dispersion of the present invention magnified 100,000 times is prepared, and 50 particles in the image are judged as to whether they correspond to pseudo-defective particles or not, and the number ratio of the pseudo-defective particles is calculated.
That is, the ratio of pseudo-spherical particles to 50 particles 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)を有する基板を準備した。
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。
[Polishing test method]
<Polishing of SiO2 film>
A polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite fine particle dispersion obtained in each of the Examples and Comparative Examples was prepared, in which the solid content concentration was 0.6% by mass and the pH was adjusted to 5.0 by adding nitric acid.
Next, a substrate having a SiO 2 insulating film (thickness 1 μm) produced by thermal oxidation was prepared as a substrate to be polished.
Next, the substrate to be polished was set in a polishing apparatus (NF300, manufactured by Nano Factors Corporation), and polishing was performed using a polishing pad ("IC-1000/SUBA400 concentric type" manufactured by Nitta Haas Corporation) by supplying a polishing abrasive dispersion liquid for polishing at a rate of 50 ml/min for 1 minute with a substrate load of 0.5 MPa and a table rotation speed of 90 rpm.
The weight change of the substrate before and after polishing was determined, and the polishing rate was calculated.
[研磨基板表面粗さ]
上記のようなSiO2膜の研磨試験を行って得られた被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。
[Polished substrate surface roughness]
The smoothness (surface roughness Ra) of the surface of the substrate to be polished obtained by the above-mentioned polishing test of the SiO2 film was measured using an atomic force microscope (AFM, Hitachi High-Tech Science Corporation). Since smoothness and surface roughness are roughly proportional to each other, the surface roughness is shown in Table 1.
以下に実施例を記す。 An example is given below.
<実施例1>
[擬球欠状のシリカ微粒子を含むシリカ系微粒子分散液の調製]
シリカゾル(日揮触媒化成(株)製:スフェリカスラリーSS-300、平均粒子径341nm)500gにイオン交換水を451g添加して、希釈スラリーを得た。
次に、この希釈スラリーに水酸化ナトリウム水溶液を添加してpH9.6に調整した後、φ0.05mmのジルコニアビーズ(株式会社ニッカトー製)を用いて湿式解砕機(カンペ(株)製、バッチ式卓上サンドミル)にて湿式解砕を900分行った。ここで、湿式解砕中に水酸化ナトリウム水溶液を添加して、pHを9.5~10.5に保った。
Example 1
[Preparation of silica-based microparticle dispersion containing pseudo-spherical silica microparticles]
A diluted slurry was obtained by adding 451 g of ion-exchanged water to 500 g of silica sol (manufactured by JGC Catalysts and Chemicals Co., Ltd.: Spherica Slurry SS-300, average particle size 341 nm).
Next, an aqueous sodium hydroxide solution was added to this diluted slurry to adjust the pH to 9.6, and then wet-disintegration was carried out for 900 minutes in a wet disintegrator (a batch-type benchtop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.) using zirconia beads of φ0.05 mm (manufactured by Nikkato Co., Ltd.) Here, an aqueous sodium hydroxide solution was added during the wet disintegration to maintain the pH at 9.5 to 10.5.
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。得られたシリカ系微粒子分散液に分散しているシリカ微粒子のSEM画像(10万倍)を図3(a)に、TEM像(10万倍)を図3(b)に示す。
図3に示すように、シリカ微粒子は擬球欠状であった。すなわち、シリカ微粒子を内接させた場合の面積比が1.0~1.5倍であり、矢高が174nmであり、弦の長さが285nmである弓形図形Yが存在していた。
また、シリカ微粒子の平均粒子径は232nm、そのうち擬球欠状であるものの平均粒子径は207nmであった。
ここで図3から、実施例1において用いたシリカ微粒子が弓形図形Yの弦と、少なくとも部分的に内接していることが確認できる。また、弓形図形Yの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接していることが確認できる。
さらに図3から、実施例1において用いたシリカ微粒子が弓形図形Yの弦における少なくとも20%の部分へ内接していることを確認できる。
さらに固形分濃度は4.6質量%、重量は1375gであった。
After crushing, the beads were separated by passing them through a wire net with a mesh size of 44. An SEM image (100,000 times magnification) of the silica fine particles dispersed in the obtained silica-based fine particle dispersion is shown in FIG. 3(a) and a TEM image (100,000 times magnification) is shown in FIG. 3(b).
As shown in Fig. 3, the silica fine particles were pseudo-defective in shape. That is, when the silica fine particles were inscribed, an arched figure Y was present with an area ratio of 1.0 to 1.5 times, an arrow height of 174 nm, and a chord length of 285 nm.
The average particle size of the silica fine particles was 232 nm, and the average particle size of the pseudo-spherical particles among them was 207 nm.
3, it can be seen that the silica microparticles used in Example 1 are at least partially inscribed in the chord of the arched figure Y. It can also be seen that the silica microparticles are inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arched figure Y, and are at least partially inscribed in both the arc curves on one side and the opposite side of the arc with the point D as the center.
Furthermore, it can be confirmed from FIG. 3 that the silica fine particles used in Example 1 are inscribed in at least 20% of the chord of the arcuate shape Y.
Furthermore, the solid content was 4.6% by mass, and the weight was 1,375 g.
次に、得られた擬球欠状のシリカ微粒子分散液1286gに陽イオン交換樹脂(三菱ケミカル社製)41gを添加し60分攪拌を行った。
そして、イオン交換後に44メッシュの金網を通して樹脂を分離して、陽イオン交換液を得た。得られた陽イオン交換液の固形分濃度は4.0質量%、pHは3.1で重量は1440gであった。
次に、得られた陽イオン交換液1440gに陰イオン交換樹脂(三菱ケミカル社製)50gを添加し60分攪拌を行った。
そして、イオン交換後に44メッシュの金網を通して樹脂を分離して、陰イオン交換液を得た。得られた陰イオン交換液の固形分濃度は3.0質量%、pHは4.5で重量は1891gであった。
次に、得られた陰イオン交換液にアンモニア水溶液を添加し、pH9.1に調整した。ここで得られた液を、以下では、A-1液ともいう。
Next, 41 g of a cation exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to 1286 g of the resulting dispersion of pseudo-spherical silica fine particles, and the mixture was stirred for 60 minutes.
After the ion exchange, the resin was separated by passing the mixture through a 44 mesh wire net to obtain a cation exchange liquid having a solid content of 4.0% by mass, a pH of 3.1, and a weight of 1,440 g.
Next, 50 g of anion exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was added to 1,440 g of the obtained cation exchange liquid, and the mixture was stirred for 60 minutes.
After the ion exchange, the resin was separated by passing the mixture through a 44 mesh wire net to obtain an anion-exchanged liquid having a solid content concentration of 3.0% by mass, a pH of 4.5, and a weight of 1,891 g.
Next, an aqueous ammonia solution was added to the obtained anion-exchanged liquid to adjust the pH to 9.1. The liquid obtained here is 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。
次に、A-1液(1894g)を15.5℃に保ち、撹拌しながら、ここへB-1液(2293g、CeO2 dry70g)を27時間かけて添加した。この間、液温を15.5℃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、pH5.0から9.0を維持するようにした。そして、添加終了後に、液温15.5℃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50~400mVに保った。
その後、限外膜にてイオン交換水を補給しながら洗浄を行った。洗浄を終了して得られた前駆体粒子分散液は、固形分濃度が5.0質量%、pHが7.5(25℃にて)、電導度が20μs/cm(25℃にて)であった。
Next, ion-exchanged water was added to cerium nitrate (III) hexahydrate (Kanto Chemical Co., Ltd., 4N high-purity reagent) to obtain an aqueous solution of cerium nitrate with a CeO2 content of 3.0% by mass (hereinafter also referred to as B-1 solution).
Next, while A-1 solution (1894 g) was kept at 15.5° C. and stirred, B-1 solution (2293 g, CeO 2 dry 70 g) was added thereto over 27 hours. During this time, the liquid temperature was maintained at 15.5° C., and 3% ammonia water was added as necessary to maintain the pH at 5.0 to 9.0. After the addition was completed, the liquid was aged for 4 hours at a liquid temperature of 15.5° C. During the addition of B-1 solution and aging, the liquid was aged while blowing air into it, and the redox potential was maintained at 50 to 400 mV.
Thereafter, washing was performed while replenishing ion-exchanged water through an ultrafiltration membrane. The precursor particle dispersion obtained after washing had a solid content of 5.0% by mass, a pH of 7.5 (at 25° C.), and an electrical conductivity of 20 μs/cm (at 25° C.).
次に、得られた前駆体粒子分散液を酢酸水溶液を用いてpH6.5に調整し、120℃の乾燥機中で15時間乾燥させた後、950℃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 resulting precursor particle dispersion was adjusted to pH 6.5 using an aqueous acetic acid solution, dried in a dryer at 120°C for 15 hours, and then calcined in a muffle furnace at 950°C for 2 hours to obtain a powder (calcined body).
次に、焼成後に得られた粉体(焼成体)88gにイオン交換水300gを加え、さらに3%アンモニア水溶液を用いてpHを9.2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)を用いて湿式解砕機(カンペ(株)製バッチ式卓上サンドミル)にて湿式解砕を180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1090gであった。なお、解砕中にはアンモニア水溶液を添加してpHを9.2に保った。
Next, 300 g of ion-exchanged water was added to 88 g of the powder (calcined body) obtained after calcination, and the pH was adjusted to 9.2 using a 3% aqueous ammonia solution. After that, wet-grinding was performed for 180 minutes using φ0.25 mm quartz beads (manufactured by Daiken Chemical Industry Co., Ltd.) in a wet-grinding machine (batch-type benchtop sand mill manufactured by Kampe Co., Ltd.).
After the crushing, the beads were separated by passing the mixture through a 44-mesh wire screen. The solid content of the resulting dispersion of the crushed fired body was 7.1% by mass and the weight was 1,090 g. During the crushing, an aqueous ammonia solution was added to keep the pH at 9.2.
さらに、焼成体解砕分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、1700Gで102秒処理し、軽液を回収し、イオン交換水を加え200gに希釈した後、3時間超音波照射を行い分散し、セリア系複合微粒子分散液を得た。
得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子の平均粒子径は236nm、そのうち擬球欠状のものであるものの平均粒子径は209nmであった。
また、得られたセリア系複合微粒子のSEM画像(10万倍)を図4に示す。図4に示すように、セリア系複合微粒子は擬球欠状であった。すなわち、セリア系複合微粒子を内接させた場合の面積比が1.1倍であり、矢高が156nmであり、弦の長さが275nmである弓形図形Xが存在していた。ここで図4から、実施例1において得られたセリア系複合微粒子が弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接していることが確認できる。また、弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接していることが確認できる。
さらに図4から、実施例1において得られたセリア系複合微粒子が弓形図形Xの弦における少なくとも20%の部分へ内接していることを確認できる。
Furthermore, the sintered powder dispersion was centrifuged at 1700 G for 102 seconds in a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") to recover the light liquid, which was then diluted to 200 g with ion-exchanged water and dispersed by ultrasonic irradiation for 3 hours to obtain a ceria-based composite microparticle dispersion.
The average particle size of the ceria-based composite fine particles contained in the obtained ceria-based composite fine particle dispersion was 236 nm, and the average particle size of the pseudo-spherical particles among them was 209 nm.
FIG. 4 shows an SEM image (100,000 times magnification) of the obtained ceria-based composite microparticles. As shown in FIG. 4, the ceria-based composite microparticles were pseudo-spherical. That is, an arched figure X was present in which the area ratio when the ceria-based composite microparticles were inscribed was 1.1 times, the arrow height was 156 nm, and the chord length was 275 nm. From FIG. 4, it can be confirmed that the ceria-based composite microparticles obtained in Example 1 were at least partially inscribed in the chord of the arched figure X. It can also be confirmed that the ceria-based composite microparticles are inscribed in the equipartition point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arched figure X, and are at least partially inscribed in the arc curves on one side and the opposite side of the arc with the equipartition point D as the center.
Furthermore, it can be confirmed from FIG. 4 that the ceria-based composite fine particles obtained in Example 1 are inscribed in at least 20% of the chord of the arcuate shape X.
そして、得られたセリア系複合微粒子分散液について研磨試験を行った。結果を第1表に示す。 The resulting ceria-based composite microparticle dispersion was then subjected to a polishing test. The results are shown in Table 1.
また、実施例1で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子のX線回折法によって測定した。得られたX線回折パターンを図5に示す。図5に示すように、X線回折パターンには、かなりシャープなCerianiteの結晶パターンが観察された。 The ceria-based composite microparticles contained in the ceria-based composite microparticle dispersion obtained in Example 1 were also measured by X-ray diffraction. The obtained X-ray diffraction pattern is shown in Figure 5. As shown in Figure 5, a fairly sharp crystal pattern of ceriaite was observed in the X-ray diffraction pattern.
また、実施例1で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子についてSTEM-EDS分析を行い、セリア系複合微粒子が母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有していることを確認した。 In addition, STEM-EDS analysis was performed on the ceria-based composite microparticles contained in the ceria-based composite microparticle dispersion obtained in Example 1, and it was confirmed that the ceria-based composite microparticles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer.
<実施例2>
実施例1と同様の操作を行い、得られた焼成体解砕分散液を遠心分離装置(日立工機株式会社製、型番「CR21G」)にて、1700Gで102秒処理し、重液を回収し、イオン交換水を加え59gに希釈した後、超音波照射を行い分散し、セリア系複合微粒子分散液を得た。
Example 2
The same operation as in Example 1 was carried out, and the obtained sintered crushed body dispersion liquid was treated for 102 seconds at 1700 G in a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") to recover the heavy liquid, dilute it to 59 g by adding ion-exchanged water, and then disperse it by ultrasonic irradiation to obtain a ceria-based composite microparticle dispersion liquid.
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は236nm、そのうち擬球欠状のものであるものの平均粒子径は209nmであった。
また、得られたセリア系複合微粒子のSEM画像を得た。そして、セリア系複合微粒子は擬球欠状であることを確認した。
すなわち、セリア系複合微粒子を内接させた場合の面積比が1.1倍であり、矢高が156nmであり、弦の長さが275nmである弓形図形Xが存在していた。また、得られたセリア系複合微粒子のSEM画像から、実施例2において得られたセリア系複合微粒子が弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接していることを確認した。また、弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接していることを確認した。
また、得られたセリア系複合微粒子のSEM画像から、実施例2において得られたセリア系複合微粒子が弓形図形Xの弦における少なくとも20%の部分へ内接していることを確認した。
The average particle size of the ceria-based composite fine particles contained in the obtained ceria-based composite fine particle dispersion was 236 nm, and the average particle size of the pseudo-spherical particles among them was 209 nm.
In addition, an SEM image of the obtained ceria-based composite particles was taken, and it was confirmed that the ceria-based composite particles had a pseudo-spherical shape.
That is, there was an arched figure X in which the area ratio when the ceria-based composite microparticles were inscribed was 1.1 times, the arrow height was 156 nm, and the chord length was 275 nm. From the SEM image of the obtained ceria-based composite microparticles, it was confirmed that the ceria-based composite microparticles obtained in Example 2 were at least partially inscribed in the chord of the arched figure X. It was also confirmed that the ceria-based composite microparticles were inscribed in a point D on an arc that bisects the entire length of the arc of the arched figure X, and were at least partially inscribed in a circular curve on one side and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
Moreover, from the SEM image of the obtained ceria-based composite particles, it was confirmed that the ceria-based composite particles obtained in Example 2 were inscribed in at least 20% of the chord of the arch shape X.
そして、得られたセリア系複合微粒子分散液について研磨試験を行った。結果を第1表に示す。 The resulting ceria-based composite microparticle dispersion was then subjected to a polishing test. The results are shown in Table 1.
また、実施例2で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子のX線回折法によって測定した。そして、Cerianiteの結晶パターンが観察することができた。 The ceria-based composite microparticles contained in the ceria-based composite microparticle dispersion obtained in Example 2 were also measured by X-ray diffraction. The crystal pattern of ceriaite was observed.
<比較例1>
《シリカゾル(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%、レーザー回折・散乱法により測定された平均粒子径60nmのシリカゾルを9,646.3g得た。
<Comparative Example 1>
Preparation of <<Silica Sol (60 nm)>>> 12,090 g of ethanol and 6,363.9 g of ethyl orthosilicate were mixed to obtain mixed solution a1 .
Next, 6,120 g of ultrapure water and 444.9 g of 29% ammonia water were mixed to prepare a mixed liquid b1 .
Next, 192.9 g of ultrapure water and 444.9 g of ethanol were mixed to prepare a bed water.
The water bed was adjusted to 75° C. while stirring, and mixed liquid a 1 and mixed liquid b 1 were added simultaneously to the water bed so that the addition was completed in 10 hours for each. After the addition was completed, the liquid temperature was kept at 75° C. for 3 hours for aging, and then the solid content was adjusted to obtain 9,646.3 g of silica sol having a SiO 2 solid content of 19 mass% and an average particle size of 60 nm measured by a laser diffraction/scattering method.
《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の含有率を原子吸光分析法、ICP(誘導結合プラズマ発光分析)、電位差滴定法またはイオンクロマトグラフ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 (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 mixed solution a2 .
Next, 1,860.7 g of ultrapure water and 40.6 g of 29% ammonia water were mixed to prepare a mixed liquid b2 .
Next, 59 g of ultrapure water and 1,208.9 g of methanol were mixed to prepare a bed of water, and 922.1 g of the silica fine particle dispersion obtained in the previous step by dispersing silica fine particles having an average particle size of 60 nm in a solvent was added thereto.
The bed water containing the silica microparticle dispersion was adjusted to 65° C. while stirring, and mixed liquid a 2 and mixed liquid b 2 were added simultaneously to the bed water so that the addition was completed within 18 hours for each. After the addition was completed, the liquid temperature was kept at 65° C. for 3 hours for aging, and then the solid concentration (SiO 2 solid concentration) was adjusted to 19 mass %, and 3,600 g of a high-purity silica microparticle dispersion was obtained.
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.) The minor axis/major axis ratio of the silica fine particles was also measured based on a transmission electron microscope photograph, and was found to be 1.0.
In addition, the contents of Na, Ag, Al, Ca, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Ni, Ti, Zn, Zr, U, Th, Cl, NO3 , SO4 and F were measured using atomic absorption spectrometry, ICP (inductively coupled plasma atomic emission spectrometry), potentiometric titration or ion chromatography, and all were found to be below 1 ppm.
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 diameter of silica fine particles: 108 nm), and the mixture was stirred for 30 minutes to separate the resin. The pH at this time was 5.1.
Ultrapure water was added to the obtained silica fine particle dispersion liquid to obtain 6,000 g of A-2 liquid having a SiO 2 solid content concentration of 3 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 (Kanto Chemical Co., Ltd., 4N high-purity reagent) to obtain B-2 solution having a CeO2 content of 2.5% by mass.
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 A-2 liquid (6,000 g) was raised to 50°C, and while stirring, B-2 liquid (8,453 g, equivalent to 117.4 parts by mass of CeO2 relative to 100 parts by mass of SiO2 ) was added thereto over 18 hours. During this time, the liquid temperature was maintained at 50°C, and 3% aqueous ammonia was added as necessary to maintain the pH at 7.85. During the addition of B-2 liquid and during aging, the liquid was mixed while blowing air into it, and the redox potential was maintained at a positive value.
After the addition of B-2 liquid was completed, the liquid temperature was raised to 93° C. and aging was performed for 4 hours. After aging, the mixture was left to cool indoors and cooled to room temperature, and then washed while replenishing ion-exchanged water through an ultrafiltration membrane. The precursor particle dispersion obtained after washing had a solids concentration of 7% by mass, a pH of 9.1 (at 25° C.), and an electrical 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% by weight aqueous solution of acetic acid was added to the resulting 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 calcined in a muffle furnace at 1090°C 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。 310 g of the powder obtained after firing and 430 g of ion-exchanged water were placed in a 1 L beaker with a handle, 3% aqueous ammonia solution was added, and ultrasonic waves were irradiated for 10 minutes in an ultrasonic bath while stirring to obtain a suspension with a pH of 10 (temperature: 25°C).
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%のセ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、セリカ系複合微粒子分散液を得た。
Next, 595g of φ0.25mm quartz beads were put into a crusher (LMZ06, manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) that had been previously cleaned and operated with water, and the above suspension was further filled into the charge tank of the crusher (filling rate 85%). Considering the ion-exchanged water remaining in the crushing chamber and piping of the crusher, the concentration during crushing was 25% by mass. Then, wet crushing and crushing were performed under the conditions of a disk circumferential speed of 12 m/sec, a number of passes of 25, and a residence time per pass of 0.43 minutes. In addition, 3% aqueous ammonia was added for each pass to maintain the pH of the suspension at 10 during crushing and crushing. In this way, a celica-based composite microparticle dispersion with a solid content concentration of 22% by mass was obtained.
The resulting microparticle dispersion was then centrifuged at a relative centrifugal acceleration of 675 G for 1 minute in a centrifugal separator (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., model number "CR21G") to remove precipitated components, thereby obtaining a celica-based composite microparticle dispersion.
比較例1で得られたセリア系複合微粒子のSEM画像(10万倍)を図6(a)に、TEM画像(10万倍)を図6(b)に示す。 Figure 6(a) shows an SEM image (100,000 times magnification) of the ceria-based composite microparticles obtained in Comparative Example 1, and Figure 6(b) shows a TEM image (100,000 times magnification).
本発明の分散液に含まれるセリア系複合微粒子は、粗大粒子を含まないため低スクラッチで、かつ高研磨速度である。よって、本発明の分散液を含む研磨用砥粒分散液は、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。具体的には、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用として好ましく用いることができる。 The ceria-based composite microparticles contained in the dispersion of the present invention do not contain coarse particles, and therefore have low scratching and a high polishing rate. Therefore, the polishing abrasive dispersion containing the dispersion of the present invention can be preferably used for polishing the surfaces of semiconductor devices such as semiconductor substrates and wiring substrates. Specifically, it can be preferably used for planarizing semiconductor substrates 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シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
[2]前記セリア系複合微粒子は、次の要件を満たすこと。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記セリア系複合微粒子の像が内接する円が存在し、更に該セリア系複合微粒子の像は、その円の該円周上の円弧と弦からなる弓形図形Xに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Xの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Xの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記セリア系複合微粒子の像の面積に対し、弓形図形Xの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
[3]前記セリア系複合微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。 A ceria-based composite microparticle dispersion comprising ceria-based composite microparticles having the following characteristics [1] to [3], wherein the proportion of the ceria-based composite microparticles in all particles in an electron microscope photograph is 5 to 20% :
[1] The ceria-based composite microparticles have a mother particle, a cerium-containing silica layer on the surface of the mother particle, and child particles dispersed inside the cerium-containing silica layer, the mother particle being mainly composed of amorphous silica, and the child particles being mainly composed of crystalline ceria.
[2] The ceria-based composite fine particles satisfy the following requirements:
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the ceria-based composite fine particle, and further, the image of the ceria-based composite fine particle has the following relationship with respect to an arch-shaped figure X consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate figure X.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure X, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape X is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the ceria-based composite fine particle, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
[3] The ceria-based composite fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by an image analysis method.
[4]前記セリア系複合微粒子は、子粒子の粒子径分布の変動係数が15~50%の範囲にあること。 The ceria-based composite microparticle dispersion according to any one of claims 1 to 3, further comprising ceria-based composite microparticles having the following characteristic [4]:
[4] The ceria-based composite fine particles have a coefficient of variation of particle size distribution of child particles in the range of 15 to 50%.
工程1:下記1)、2)及び3)の条件を満たすシリカ微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を0~20℃、pHを5.0~9.0、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。
1)その電子顕微鏡写真上において、前記シリカ微粒子の像が内接する円が存在し、更に該シリカ微粒子の像は、その円の円周上の円弧と弦からなる弓形図形Yに対し次の関係にあること。
(I)弓形図形Yの弦と、少なくとも部分的に内接する。
(II)弓形図形Yの円弧の全長を二等分する円弧上の等分点Dと内接し、かつ、等分点Dを中心として円弧上の片側の円弧曲線及び反対側の円弧曲線と、それぞれ少なくとも部分的に内接する。
2)前記シリカ微粒子の像の面積に対し、弓形図形Yの面積は1.0~1.5倍であり、弦の長さが80nm以上であり、矢高が40nm以上である。
3)前記シリカ微粒子は、画像解析法による平均粒子径が50~350nmであること。
工程2:前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、850~1,100℃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前記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 microparticle dispersion, comprising the steps of :
Step 1: A step of stirring a silica-based fine particle dispersion liquid in which silica fine particles satisfying the following conditions 1), 2) and 3) are dispersed in a solvent, and continuously or intermittently adding a metal salt of cerium thereto while maintaining the temperature at 0 to 20°C, the pH at 5.0 to 9.0, and the oxidation-reduction potential at 50 to 500 mV, to obtain a precursor particle dispersion liquid containing precursor particles.
1) On the electron microscope photograph, there is a circle inscribed with the image of the silica fine particles, and further, the image of the silica fine particles has the following relationship with respect to an arch-shaped figure Y consisting of an arc on the circumference of the circle and a chord:
(I) At least partially inscribed in the chord of the arcuate shape Y.
(II) It is inscribed in a point D on the arc that bisects the entire length of the arc of the arch-shaped figure Y, and is at least partially inscribed in a circular curve on one side of the arc and a circular curve on the opposite side of the arc with the point D as the center.
2) The area of the arch shape Y is 1.0 to 1.5 times the area of the image of the silica fine particles, the length of the chord is 80 nm or more, and the height of the arrow is 40 nm or more.
3) The silica fine particles have an average particle size of 50 to 350 nm as determined by image analysis.
Step 2: A step of drying the precursor particle dispersion liquid, calcining the precursor particle dispersion liquid at 850 to 1,100° C., adding a solvent to the calcined body, and subjecting the mixture to a wet crushing treatment at a pH range of 8.6 to 10.8 to obtain the ceria-based composite microparticle dispersion liquid.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021099386A JP7620504B2 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021099386A JP7620504B2 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022190879A JP2022190879A (en) | 2022-12-27 |
| JP7620504B2 true JP7620504B2 (en) | 2025-01-23 |
Family
ID=84613006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021099386A Active JP7620504B2 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7620504B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119790488A (en) * | 2023-08-07 | 2025-04-08 | 株式会社力森诺科 | Polishing liquid for CMP, polishing liquid set for CMP and polishing method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016159167A1 (en) | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日揮触媒化成株式会社 | Silica-based composite fine-particle dispersion, method for producing same, and polishing slurry including silica-based composite fine-particle dispersion |
| WO2018221357A1 (en) | 2017-06-01 | 2018-12-06 | 日揮触媒化成株式会社 | Ceria-based composite fine particle dispersion, production method therefor, and polishing abrasive grain dispersion including ceria-based composite fine particle dispersion |
| JP2019089670A (en) | 2017-11-13 | 2019-06-13 | 日揮触媒化成株式会社 | Ceria-based composite fine particle dispersion, production method thereof, and polishing abrasive grain dispersion comprising ceria-based composite fine particle dispersion |
-
2021
- 2021-06-15 JP JP2021099386A patent/JP7620504B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016159167A1 (en) | 2015-03-31 | 2016-10-06 | 日揮触媒化成株式会社 | Silica-based composite fine-particle dispersion, method for producing same, and polishing slurry including silica-based composite fine-particle dispersion |
| WO2018221357A1 (en) | 2017-06-01 | 2018-12-06 | 日揮触媒化成株式会社 | Ceria-based composite fine particle dispersion, production method therefor, and polishing abrasive grain dispersion including ceria-based composite fine particle dispersion |
| JP2019089670A (en) | 2017-11-13 | 2019-06-13 | 日揮触媒化成株式会社 | Ceria-based composite fine particle dispersion, production method thereof, and polishing abrasive grain dispersion comprising ceria-based composite fine particle dispersion |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022190879A (en) | 2022-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102268320B1 (en) | Ceria-based composite fine particle dispersion, manufacturing method thereof, and abrasive abrasive dispersion comprising ceria-based composite fine particle dispersion | |
| KR102090984B1 (en) | Silica-based composite fine-particle dispersion, method for producing same, and polishing slurry including silica-based composite fine-particle dispersion | |
| KR102394895B1 (en) | Silica-based composite fine particle dispersion and method for preparing the same | |
| TWI656098B (en) | Oxide-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and abrasive dispersion for polishing containing cerium oxide-based composite fine particle dispersion | |
| JP7037918B2 (en) | Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based composite fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based composite fine particle dispersion. | |
| JP7215977B2 (en) | Ceria-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and polishing abrasive dispersion containing ceria-based composite fine particle dispersion | |
| JP2019081672A (en) | Ceria-based composite fine particle dispersion, production method thereof, and abrasive grain dispersion for polishing including the ceria-based composite fine dispersion | |
| JP2017206411A (en) | Silica-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and polishing slurry containing silica-based composite fine particle dispersion | |
| JP7348098B2 (en) | Ceria-based composite fine particle dispersion, its manufacturing method, and polishing abrasive grain dispersion containing the ceria-based composite fine particle dispersion | |
| JP7117225B2 (en) | Ceria-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and polishing abrasive dispersion containing ceria-based composite fine particle dispersion | |
| JP6710100B2 (en) | Method for producing silica-based composite fine particle dispersion | |
| JP2019127405A (en) | Ceria-based composite hollow microparticle dispersion, production method thereof, and polishing abrasive grain dispersion comprising ceria-based composite hollow microparticle dispersion | |
| JP6616794B2 (en) | Silica-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and abrasive abrasive dispersion containing silica-based composite fine particle dispersion | |
| JP2020023408A (en) | Ceria-based fine particle dispersion, method for producing the same and abrasive particle dispersion for polishing comprising ceria-based fine particle dispersion | |
| JP7620504B2 (en) | Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion | |
| JP7490628B2 (en) | Particle-linked ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method, and abrasive dispersion for polishing containing particle-linked ceria-based composite microparticle dispersion | |
| JP6648064B2 (en) | Silica-based composite fine particle dispersion, method for producing the same, and polishing abrasive dispersion containing silica-based composite fine particle dispersion | |
| JP7549528B2 (en) | Ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method and polishing abrasive dispersion containing the ceria-based composite microparticle dispersion | |
| JP7038031B2 (en) | Abrasive grain dispersion for polishing containing ceria-based composite fine particle dispersion, its manufacturing method, and ceria-based composite fine particle dispersion. | |
| JP7583627B2 (en) | Particle-linked ceria-based composite microparticle dispersion, its manufacturing method, and abrasive dispersion for polishing containing particle-linked ceria-based composite microparticle dispersion | |
| JP7682084B2 (en) | Composite ceria-based composite microparticle dispersion and method for producing same | |
| JP6588050B2 (en) | Polishing abrasive dispersion containing silica composite fine particles | |
| JP6616795B2 (en) | Polishing abrasive dispersion containing silica composite fine particles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240229 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241008 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241009 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241017 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250107 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250110 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7620504 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |