JP2003277732A

JP2003277732A - 研磨用粒子および研磨材

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Publication number: JP2003277732A
Application number: JP2002087739A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Nishida; 広泰西田; Yoshinori Wakamiya; 義憲若宮; Michio Komatsu; 通郎小松
Original assignee: Catalysts and Chemicals Industries Co Ltd
Current assignee: JGC Catalysts and Chemicals Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP4190198B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アルカリ金属による不具合を生じること
のないコア・シェル構造を有する研磨用粒子である。【解決手段】研磨用粒子は、平均粒子径（Ｄ）が５〜
３００ｎｍの範囲にあるコア・シェル構造を有し、シェ
ル部の厚さ（Ｓ_T）が１〜５０ｎｍの範囲にあるシリカ
を主成分とするシリカ系複合酸化物からなる。シェル部
１ｇ当たり０. １〜３ｍｅｑのイオン交換点を有するこ
とが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、コア・シェル構造を有す
る研磨用粒子および該研磨用粒子を含んでなる研磨材に
関する。

【０００２】

【発明の技術的背景】従来、半導体の集積回路付基板の
製造においては、例えばシリコンウェハー上に銅などの
金属で回路を形成する際に凹凸あるいは段差が生じるの
で、これを研磨して表面の段差がなくなるように回路の
金属部分を優先的に除去することが行われている。ま
た、シリコンウェハー上にアルミ配線を形成し、この上
に絶縁膜としてＳｉＯ₂等の酸化膜を設けると配線によ
る凹凸が生じるので、この酸化膜を研磨して平坦化する
ことが行われている。このような研磨方法として、化学
機械研磨法（ＣＭＰ）が良く知られている。同法は、凹
凸を有する基板を回転している研磨パッドに押し付ける
と共に、基板自体も回転させながら研磨材スラリー中に
浸漬することにより、該スラリー中に含まれる研磨用粒
子が加重により凹凸を有する基板に押しつけられ、この
結果、基板の凸部金属部分が除去されて平坦化されるも
のである。さらに、基板上に形成された酸化膜の表面を
平坦化するため、または回路上に形成された絶縁膜（酸
化膜）の凹凸を平坦化する目的等にも、同様の研磨が行
われている。

【０００３】このとき、研磨用粒子としてはヒュームド
アルミナあるいはヒュームドシリカ等の平均粒子径が２
００ｎｍ程度の球状粒子が用いられている。研磨材とし
ては、このような研磨用粒子と共に、被研磨材の種類に
より、金属の研磨速度を高めるために過酸化水素等の酸
化剤や、金属の腐食あるいは酸化を抑制するためにベン
ゾトリアゾール（ＢＴＡ）や、更に酸等の化学的研磨
材、ｐＨ調整剤等を加えた水系の研磨材スラリーが用い
られている。このような基板の研磨においては、研磨後
の表面は段差や凹凸がなく平坦で、さらにミクロな傷等
もなく平滑であることが求められており、また研磨速度
が速いことも必要である。さらに、半導体材料は電気・
電子製品の小型化や高性能化に伴い高集積化が進展して
いるが、たとえばトランジスタ分離層に不純物等が残存
すると性能が発揮できなかったり、不具合の原因となる
ことがある。特に研磨した半導体基板、酸化膜表面にア
ルカリ金属の中でもＮａが付着すると拡散性が高く、酸
化膜中の欠陥などに捕獲され、半導体基板に回路を形成
しても絶縁不良を起こしたり回路が短絡することがあ
り、また誘電率が低下することがあった。このため使用
条件や使用が長期にわたった場合に前記不具合を生じる
ことがあった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、前記アルカリ金属による不具合を生じるこ
とのないコア・シェル構造を有する研磨用粒子および該
研磨用粒子を含んでなる研磨材を提供することを目的と
している。また、本発明はシェル部を設けてあるいはシ
ェル部の成分、組成、厚さ、割合を変えることによっ
て、研磨用粒子および研磨材の研磨速度、研磨精度、研
磨特性を調節可能とすることを企図するものである。

【０００５】

【発明の概要】本発明の研磨用粒子は、平均粒子径
（Ｄ）が５〜３００ｎｍの範囲にあるコア・シェル構造
を有し、シェル部の厚さ（Ｓ_T）が１〜５０ｎｍの範囲
にある複合酸化物からなることを特徴とするものであ
る。前記複合酸化物は、シリカを主成分とするシリカ系
複合酸化物であることが好ましい。本発明の研磨用粒子
は、平均粒子径（Ｄ）が５〜３００ｎｍの範囲にあり、
シェル部の厚さ（Ｓ_T）が１〜５０ｎｍの範囲にあるコ
ア・シェル構造を有し、前記シェル部１ｇ当たり０. １
〜３ｍｅｑのイオン交換点を有することを特徴とするも
のである。前記コア部はＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ
₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｎＯか
ら選ばれる１種または２種以上の酸化物からなることが
好ましい。本発明の研磨材は、前記研磨用粒子を含んで
なる。

【０００６】

【発明の具体的説明】以下、本発明について具体的に説
明する。研磨用粒子本発明に係る研磨用粒子は、コア・シェル構造を有する
研磨用粒子であって、平均粒子径（Ｄ）が５〜３００ｎ
ｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲にある。研磨用
粒子の平均粒子径が５ｎｍ未満の場合は、研磨用粒子分
散液あるいは研磨材の安定性が不充分となる傾向にあ
り、また粒子径が小さ過ぎて充分な研磨速度が得られな
いことがある。研磨用粒子の平均粒子径が３００ｎｍを
越えると、基板または絶縁膜の種類にもよるが傷（スク
ラッチ）が残存し、充分な平滑性が得られないことがあ
る。このため、要求される研磨速度、研磨精度等を考慮
して研磨用粒子の平均粒子径を選択することが望まし
い。

【０００７】研磨用粒子のシェル部は複合酸化物、特
に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏ、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｎＯから選ばれる２種以上
の酸化物からなることが好ましい。シェル部がこのよう
な複合酸化物で構成されている結果、イオン交換点を有
し、コア部にアルカリ（特にＮａ）を多く含む場合であ
っても、また、研磨用粒子以外にＮａを多く含む場合で
あっても、シェル部でＮａイオンとしてトラップされ、
Ｎａイオンが研磨基板に付着して残存することが少なく
なる。このため半導体基板に回路を形成しても長期にわ
たって絶縁不良を起こしたり回路が短絡することがな
く、また誘電率の低下等の少ない半導体材料等の製造に
好適に用いることができる。また、前記ＳｉＯ₂、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂、ＭｎＯのみからなる研磨用粒子の研磨特性（研磨
速度、研磨面の平滑性、ディッシング）を調節すること
もできる。

【０００８】複合酸化物の組成は、主成分が５０〜９５
重量％、主成分以外（第２成分）が５〜５０重量％の範
囲にあることが好ましい。この範囲にあると前記イオン
交換点が多く形成され、効果的にＮａをトラップするこ
とができる。複合酸化物の主成分はシリカであることが
好ましい。主成分がシリカであると、イオン交換点が多
く形成されるとともにコア粒子に密着したシェル部を形
成することが容易である。上記イオン交換点の濃度はシ
ェル部１ｇ当たり、０. １〜３ｍｅｑ、特に、０. ５〜
３ｍｅｑの範囲にあることが好ましい。イオン交換点の
濃度が０. １ｍｅｑ未満では、Ｎａを十分にトラップす
ることができない場合がある。他方、３ｍｅｑを越える
シェル部を形成することは困難であると共に、形成でき
たとしても研磨用粒子とはなり得ない。

【０００９】研磨用粒子のシェル部の厚さ（Ｓ_T）は１
〜５０ｎｍ、好ましくは１〜２０ｎｍの範囲にある。シ
ェル部の厚さ（Ｓ_T）が１ｎｍ未満の場合は、シェル部
を設ける効果が得られ難い。即ち、コア部にアルカリ金
属が多い場合や研磨用粒子以外にアルカリが存在する場
合に、このアルカリをシェル部にトラップしてアルカリ
が研磨基板に残存することを防止したり、シェル部を設
けてあるいはシェル部の成分を変えることによって研磨
特性を調整する効果が得られ難い。一方、シェル部の厚
さ（Ｓ_T）が５０ｎｍを越えると、前記アルカリ金属の
粒子外への拡散の抑制や研磨速度を調整する等の効果が
さらに向上することもなく、コア部の粒子径にもよるが
実質的にシェル部のみからなる研磨用粒子を作るのと相
違がなく、経済性が低下することがある。このようなシ
ェル部の厚さ（Ｓ_T）と研磨用粒子の平均粒子径（Ｄ）
との比（Ｓ_T）／（Ｄ）は概ね１／２〜１／２０の範囲
にあることが好ましい。

【００１０】また、シェル部のＮａの含有量は、アルカ
リをトラップすることができれば特に制限はなく、粒子
中のシェル部の割合およびシェル部の複合酸化物の種類
や複合割合等によって異なるが、Ｎａとして５０００ｐ
ｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、特に好まし
くは１００ｐｐｍ以下である。Ｎａ含有量が５０００ｐ
ｐｍを越えると、Ｎａをトラップする強さおよび量が低
下し、研磨した基板にＮａが残存し、このＮａが半導体
基板に形成された回路の絶縁不良を起こしたり回路が短
絡することがあり、絶縁用に設けた膜（絶縁膜）の誘電
率が低下し金属配線にインピーダンスが増大し、応答速
度の遅れ、消費電力の増大等が起きることがある。また
Ｎａイオンが移動（拡散）し、使用条件や使用が長期に
わたった場合に前記不具合を生じることがある。

【００１１】コア粒子研磨用粒子のコア部はＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ
Ｏ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｎＯ
から選ばれる１種または２種以上の酸化物とすることが
好ましく、被研磨基板の種類、要求される研磨速度や研
磨精度等によって適宜選択して用いることができる。な
お、本発明ではコア部のＮａ含有量は１００ｐｐｍ以下
である必要はない。これは、前記シェル部がアルカリイ
オンをトラップする能力を有するからである。コア部は
球状粒子であることが好ましく、コア粒子の平均粒子径
は４〜２５０ｎｍの範囲にあることが好ましい。

【００１２】本発明の研磨用粒子は水および／または有
機溶媒に分散させて用いることができる。有機溶媒とし
ては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロ
ピルアルコール等のアルコール類が好ましく、他にエー
テル類、エステル類、ケトン類など水溶性の有機溶媒を
用いることができる。このときの研磨用粒子分散液の濃
度は固形分として概ね５〜５０重量％の範囲にあること
が好ましい。分散液の濃度が５重量％未満の場合は、配
合して得られる研磨材中の研磨用粒子の濃度が低くなり
過ぎて充分な研磨速度が得られないことがあり、分散液
の濃度が５０重量％を越えると、分散液の安定性が低下
する傾向にあり、また研磨処理のために分散液を供給す
る工程で乾燥物が生成して付着することがあり、スクラ
ッチ発生の原因となることがある。

【００１３】研磨用粒子の製造方法次に、上記した研磨用粒子の製造方法について説明す
る。まず、前記したコア粒子の分散液を調製する。この
ときのコア粒子分散液の濃度は酸化物として０. ００５
〜２０重量％、さらには０. ０１〜１０重量％の範囲に
あることが好ましい。コア粒子の濃度が０. ００５重量
％未満の場合は生産性が低く、コア粒子の濃度が２０重
量％を越えると、後述するシェル部形成成分の添加速度
にもよるが、シェル部の密度が低く研磨能力に劣る傾向
があり、さらに得られる研磨用粒子が凝集することがあ
る。コア粒子分散液に、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ
₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｎＯか
ら選ばれる２種以上の複合酸化物を形成し得る化合物の
水溶液を２種以上同時に、または交互に、あるいは連続
的にまたは断続的に添加することができるが、同時に添
加することが好ましい。また、添加速度は、微細なゲル
や、コア粒子以外に新たな粒子が生成しない範囲で時間
を掛けて添加することが好ましい。

【００１４】前記複合酸化物を形成し得る化合物として
は、アルカリ金属珪酸塩、アルミン酸ナトリウム、アル
ミノ珪酸ナトリウム、塩化アルミニウム、硝酸ジルコニ
ウム、塩化第１錫、塩化第２錫、塩化亜鉛、硝酸セリウ
ム、硝酸セリウムアンモニウム、四塩化チタン、硫酸マ
ンガン等の他、シリカ源としてはアルカリ金属珪酸塩を
脱アルカリして得られる酸性珪酸液も好適に用いること
ができる。このときの各成分の混合比率は、得られるシ
ェルの組成が、主成分が酸化物として５０〜９５重量
％、主成分以外の成分が５〜５０重量％の範囲となるよ
うに添加する。Ｎａをトラップするイオン交換点をより
多くできる混合比率は概ね主成分酸化物が６０〜８０重
量％の範囲である。さらに、必要に応じて酸または塩基
を添加して、酸化物前駆体（水酸化物、複合水酸化物）
のコア粒子表面への析出速度や複合化を調節するために
分散液のｐＨを調節することができる。

【００１５】上記シリカ源としての酸性珪酸液として
は、前記した（１）アルカリ金属珪酸塩水溶液をイオン
交換樹脂等で脱アルカリして得られる酸性珪酸液の他、
（２）有機ケイ素化合物を塩酸、硝酸、硫酸などの酸で
加水分解して得られる酸性珪酸液、（３）アルカリ金属
水酸化物水溶液および／または有機塩基水溶液に有機ケ
イ素化合物を加えた水溶液をイオン交換樹脂等で脱アル
カリまたは脱有機塩基して得られる従来公知の酸性珪酸
液、等を用いることができる。前記アルカリ金属珪酸塩
水溶液、アルカリ金属水酸化物水溶液のアルカリとして
はＮａ以外のアルカリ特にＫが好ましく、この場合、得
られる酸性珪酸液中にＮａが実質的に存在しないので、
シェル部にＮａを実質的に含有しない研磨用粒子が得ら
れる。

【００１６】上記有機ケイ素化合物としては下記化学式
で表される有機ケイ素化合物およびこれらの混合物を用
いることができる。但し、式中、Ｒ¹は置換または非置
換の炭化水素基から選ばれる炭素数１〜１０の炭化水素
基を示し、Ｒ²は水素原子、炭素数１〜５のアルキル
基、炭素数２〜５のアシル基を示し、ｎは０または１の
整数である。Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 上記化学式において、ｎ＝０の有機ケイ素化合物は、ケ
イ素に直接結合した炭化水素基を待たないので、得られ
るシェル部の密度が高く、研磨に用いた場合、高い研磨
速度が得られる。具体的にはテトラエトキシシラン（Ｔ
ＥＯＳ）、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラ
プロポキシシラン（ＴＰＯＳ）、テトラブトキシシラン
（ＴＢＯＳ）等の４官能の有機ケイ素化合物が挙げられ
る。

【００１７】アルカリ金属水酸化物水溶液としてはＬｉ
ＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＲｂＯＨ、ＣｓＯＨおよびこ
れらの混合物を用いることができるが、通常、ＫＯＨ水
溶液が好適に用いられる。また、有機塩基水溶液として
は第４級アンモニウムハイドロオキサイドが好ましく、
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラ
エチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピ
ルアンモニウムハイドロオキサイドなどが好ましい。

【００１８】アルカリ金属水酸化物水溶液および／また
は有機塩基水溶液に加える有機ケイ素化合物の量は、水
溶液中の濃度がＳｉＯ₂に換算して１〜１０重量％、さ
らには２〜７重量％の範囲にあることが好ましい。添加
量がＳｉＯ₂に換算して１重量％未満の場合は、経時的
に加水分解して珪酸のオリゴメリゼーションなどが起
き、後工程の脱カチオンにより得られる酸性珪酸液にお
いて珪酸モノマーの割合が低く、珪酸オリゴマーの割合
の高い珪酸液が得られることがある。このような酸性珪
酸液を用いて得られる複合酸化物のシェルは密度が低
く、研磨に用いた場合、研磨速度が低下することがあ
る。前記添加量がＳｉＯ₂に換算して１０重量％を越え
ると、得られるアルカリ金属珪酸塩水溶液および／また
は有機塩基珪酸水溶液の粘度が高く、後工程で、イオン
交換樹脂などによるアルカリカチオンおよび／または有
機カチオンの除去が困難になるとともに、得られる酸性
珪酸液の安定性が低くゲル化することがある。このよう
な酸性珪酸液の濃度はＳｉＯ₂に換算して１〜１０重量
％、さらには２〜７重量％の範囲にある。また、珪酸液
のｐＨは１〜３. ５、さらには２〜３の範囲にあること
が好ましい。特に珪酸液のｐＨが２〜３の範囲にあれ
ば、酸性珪酸液中の残存カチオンが少なく安定性に優れ
ている。

【００１９】上記コア粒子分散液の温度を５０〜２００
℃、好ましくは６０〜１５０℃に維持しながらこれに前
記複合酸化物を形成し得る化合物の水溶液を連続的にま
たは断続的に添加してシェルを形成する。各成分の添加
速度は、コア粒子の平均粒子径や分散液中の濃度によっ
て異なり、概ねコア粒子の合計外部表面積に比例させて
変えることができる。即ち、合計外部表面積が高いと速
く添加することができ、合計外部表面積が低い場合に各
成分の添加速度が早過ぎると微細なゲルや、コア粒子以
外に新たな粒子が生成したり、得られる研磨用粒子が凝
集することがある。

【００２０】また、各成分の添加は所望の厚みのシェル
が形成できるまで１回であるいは複数回繰り返して添加
することができる。コア粒子分散液に各成分を添加した
後、必要に応じて７０〜１５０℃の温度範囲で０. ５〜
５時間熟成することができる。このような熟成を行うと
得られる粒子のシェル部密度を高め緻密なシェル部を形
成することができる。さらに必要に応じて、限外濾過膜
などを用いてイオンを除去したり、さらに所望の濃度に
濃縮したりあるいは希釈して研磨用粒子の分散液を得る
ことができる。また、限外濾過膜法、蒸留法などで水溶
媒を後述する有機溶媒に溶媒置換した研磨用粒子の分散
液を得ることもできる。

【００２１】研磨材本発明の研磨材は、前記研磨用粒子を含んでなる。研磨
用粒子として上述した研磨用粒子を用いる他、必要に応
じて研磨用粒子が分散した分散液の形態とすることがで
きる。分散媒として一般に水を用いるが、必要に応じて
有機溶媒としてメチルアルコール、エチルアルコール、
イソプロピルアルコール等のアルコール類を用いること
ができ、他にエーテル類、エステル類、ケトン類など水
溶性の有機溶媒を用いることができる。研磨材中の研磨
用粒子の濃度は５〜５０重量％、さらには５〜３０重量
％の範囲にあることが好ましい。研磨用粒子の濃度が５
重量％未満の場合は、基材や絶縁膜の種類によっては濃
度が低過ぎて研磨速度が遅く生産性が問題となることが
あり、研磨用粒子の濃度が５０重量％を越えると研磨材
の安定性が不充分となり、研磨速度や研磨効率がさらに
向上することもなく、また研磨処理のために分散液を供
給する工程で乾燥物が生成して付着することがあり傷
（スクラッチ）発生の原因となることがある。

【００２２】本発明の研磨材には、被研磨基板の種類に
よっても異なるが、必要に応じて従来公知の過酸化水
素、過酢酸、過酸化尿素など、およびこれらの混合物を
添加して用いることができる。このような過酸化水素等
を添加して用いると被研磨基板が金属の場合に効果的に
研磨精度を向上させることができる。さらに、錯生成剤
としてフタル酸、クエン酸等の有機酸あるいはこれらの
有機酸塩を添加して用いることができる。また、酸化を
抑制するためにベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）等を用い
ることができる。さらに、酸あるいは塩基を用いて研磨
材のｐＨを調整したり、研磨材の分散性や安定性を高め
るために界面活性剤などを添加してもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明の研磨用粒子はコア・シェル構造
を有しており、コア部に多量のアルカリ金属を含有して
いてもシェル部でこのアルカリ金属をイオン交換的にト
ラップ可能であることから、含有アルカリ金属に起因す
る前記各種不具合から無縁な研磨材を得ることができ
る。また、本発明はシェル部を設けて、あるいはシェル
部の成分、組成および厚みを変えることによって、コア
粒子単体からなる研磨用粒子の研磨速度、研磨精度（研
磨面の平滑性やスクラッチの程度）、またはディッシン
グ等の研磨特性を調節可能とするものである。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではない。

【００２５】〔実施例１〕研磨用粒子（Ａ）分散液の調製シリカゾル（触媒化成工業（株）製：ＳＩ−５０、平均
粒子径２５ｎｍ、ＳｉＯ₂濃度４８重量％、Ｎａ含有量
０. ３７重量％）を希釈して得たＳｉＯ₂濃度５重量％
のコア粒子分散液１００ｇを８３℃に昇温し、濃度２０
重量％のＫＯＨ水溶液にて分散液のｐＨを１０. ５に調
整した。ついで、珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ₂濃度
１. ５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ５重量％）１５３０ｇ
と、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ａｌ₂Ｏ₃濃度０.
５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ３８６重量％）１３００ｇ
とを同時に１７時間で添加してシェルを形成し、１時間
熟成した後、限外濾過膜にて、塩酸を加えながら分散液
のｐＨが７になるまで洗浄し、ついで加熱しながら濃縮
し、ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％のシリカ・ア
ルミナ被覆シリカ粒子分散液を調製した。ついで、シリ
カ・アルミナ被覆シリカ粒子分散液をイオン交換樹脂に
てイオン交換し、ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％
の研磨用粒子（Ａ）分散液を調製した。得られた研磨用
粒子（Ａ）の平均粒子径を測定すると共に、粒子中のＮ
ａを分析した。シェル部のＮａ含有量はコア粒子および
得られたシリカ粒子のＮａ含有量から算出した。コア部
の成分と性状およびシェル部の組成と性状を表１に示し
た。

【００２６】研磨材（Ａ）の調製上記で得たＳｉＯ₂濃度２０重量％の研磨用粒子（Ａ）
分散液に濃度１５重量％のＮＨ₄ＯＨ水溶液を添加して
分散液のｐＨを１０. ５に調整して研磨材（Ａ）を調製
した。研磨被研磨基板として熱酸化膜を形成したシリコンウェーハ
（研磨試験用：３０ｍｍ□）を用い、研磨装置（ナノフ
ァクター（株）製：ＮＦ３００）にセットし、基板荷重
０. １２ＭＰa 、テーブル回転速度３０ｒｐｍで研磨材
（Ａ）を１ｍｌ／秒の速度で３０秒間供給して研磨し
た。研磨前後の厚みを求めて研磨速度を算出し、また研
磨前後の基板の平滑性を評価し、結果を表２に示した。
平滑性の評価は、研磨後の表面を光学顕微鏡で観察し、
以下の評価基準により行った。 ○：研磨前の傷、筋等が殆ど無くなり、表面が平滑であ
る。 △：研磨前の傷、筋等が半分以下に減少し、表面が平滑
である。 ×：研磨前の傷、筋等が僅かに減少しているが、表面は
粗い。

【００２７】〔実施例２〕研磨用粒子（Ｂ）分散液と研磨材（Ｂ）の調製実施例１において、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ａｌ
₂Ｏ₃濃度０. ５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ３８６重量
％）１３００ｇの代わりに、アルミン酸ナトリウム水溶
液（Ａｌ₂Ｏ₃濃度０. ２重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. １
５５重量％）１５００ｇを用いた以外は同様にしてＳｉ
Ｏ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％の研磨用粒子（Ｂ）分
散液を調製した。研磨用粒子（Ｂ）分散液を用いた以外
は実施例１と同様にして研磨材（Ｂ）を調製し、研磨試
験を行った。

【００２８】〔実施例３〕研磨用粒子（Ｃ）分散液と研磨材（Ｃ）の調製実施例１において、アルミン酸ナトリウム水溶液（Ａｌ
₂Ｏ₃濃度０. ５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ３８６重量
％）１３００ｇの代わりに炭酸ジルコニルアンモニウム
水溶液（ＺｒＯ₂濃度０. ５重量％）１３００ｇを用い
た以外は同様にして、ＳｉＯ₂・ＺｒＯ₂濃度２０重量
％の研磨用粒子（Ｃ）分散液を調製した。研磨用粒子
（Ｃ）分散液を用いた以外は実施例１と同様にして研磨
材（Ｃ）を調製し、研磨試験を行った。

【００２９】〔実施例４〕研磨用粒子（Ｄ）分散液と研磨材（Ｄ）の調製コア粒子分散液の調製に、シリカゾル（触媒化成工業
（株）製：カタロイドＳＩ−４５Ｐ、平均粒子径４５ｎ
ｍ、ＳｉＯ₂濃度４０重量％、Ｎａ含有量０. ３０重量
％）を用いた以外は実施例１と同様にして、ＳｉＯ₂・
Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％の研磨用粒子（Ｄ）分散液を
調製した。研磨用粒子（Ｄ）分散液を用いた以外は実施
例１と同様にして研磨材（Ｄ）を調製し、研磨試験を行
った。

【００３０】〔実施例５〕研磨用粒子（Ｅ）分散液と研磨材（Ｅ）の調製正珪酸エチル（多摩化学（株）製：Ｎａ含有量０. ０１
ｐｐｍ）をＫＯＨに溶解して珪酸カリウム水溶液（Ｓｉ
Ｏ₂濃度２１重量％、ＳｉＯ₂／Ｋ₂Ｏモル比＝３.
５）を得た。ついで、これを希釈して得た希釈水硝子
（ＳｉＯ₂濃度５重量％）をイオン交換樹脂で脱アルカ
リして酸性珪酸液（ｐＨ２. ２、ＳｉＯ₂濃度３重量
％）８５０ｇを調製した。シリカゾル（触媒化成工業
（株）製：カタロイドＳＩ−４５Ｐ、平均粒子径４５ｎ
ｍ、ＳｉＯ₂濃度４０重量％、Ｎａ含有量０. ３０重量
％）を希釈して得たＳｉＯ₂濃度５重量％のコア粒子分
散液５００ｇを８３℃に昇温し、濃度２０重量％のＫＯ
Ｈ水溶液にて分散液のｐＨを１０. ５に調整した。つい
で、上記で得た酸性珪酸液８５０ｇと珪酸ナトリウム水
溶液（ＳｉＯ₂濃度１. ５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ５
重量％）４０００ｇと、アルミン酸ナトリウム水溶液
（Ａｌ₂Ｏ₃濃度０. ５重量％、Ｎａ₂Ｏ濃度０. ３８
６重量％）６８００ｇとを同時に３４時間で添加してシ
ェルを形成し、ついで１時間熟成した後、限外濾過膜に
て分散液のｐＨが１０になるまで洗浄し、加熱しながら
アルコールを留去して濃縮し、ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃
度２０重量％のシリカ・アルミナ被覆シリカ粒子分散液
を調製した。ついで、シリカ・アルミナ被覆シリカ粒子
分散液をイオン交換樹脂にてイオン交換し、ＳｉＯ₂・
Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％の研磨用粒子（Ｅ）分散液を
調製した。研磨用粒子（Ｅ）分散液を用いた以外は実施
例１と同様にして研磨材（Ｅ）を調製し、研磨試験を行
った。

【００３１】〔実施例６〕研磨用粒子（Ｆ）分散液と研磨材（Ｆ）の調製コア粒子分散液として、チタニアゾルゾル（触媒化成工
業（株）製：ネオサンベールＰＷ−１０１０、平均粒子
径１０ｎｍ、ＴｉＯ₂濃度１０重量％、Ｎａ含有量０.
０１重量％）を用いた以外は実施例１と同様にして、Ｔ
ｉＯ₂・ＳｉＯ ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％のシリカ
・アルミナ被覆チタニア粒子からなる研磨用粒子（Ｆ）
分散液を調製した。研磨用粒子（Ｆ）分散液を用いた以
外は実施例１と同様にして研磨材（Ｆ）を調製し、研磨
試験を行った。

【００３２】〔実施例７〕研磨用粒子（Ｇ）分散液と研磨材（Ｇ）の調製ジルコニウムイソプロピレート（（株）マツモト交商
製：オルガチックスＺＡ−５０、ＺｒＯ₂濃度３７.
７重量％）をエチルアルコールで希釈してＺｒＯ ₂濃度
３重量％のジルコニウムイソプロピレート溶液５０００
ｇを調製した。これに濃度１重量％のＮａＯＨ水溶液２
００ｇを５時間で添加し、１時間熟成した。限外濾過膜
にてジルコニア粒子分散液のｐＨが９になるまで洗浄
し、加熱しながらアルコールを留去して濃縮し、ＺｒＯ
₂濃度２０重量％のジルコニア粒子分散液を調製した。
上記ジルコニア粒子分散液をＺｒＯ₂濃度５重量％に希
釈し、これをコア粒子分散液として用いた以外は実施例
１と同様にしてＺｒＯ₂・ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ ₃濃度２
０重量％の研磨用粒子（Ｇ）分散液を調製した。研磨用
粒子（Ｇ）分散液を用いた以外は実施例１と同様にして
研磨材（Ｇ）を調製し、研磨試験を行った。

【００３３】〔実施例８〕研磨用粒子（Ｈ）分散液と研磨材（Ｈ）の調製ジエトキシ亜鉛（ＫＡＮＴＯ（株）製ジエトキシ亜鉛、
ＺｎＯ濃度５２重量％）をエチルアルコールで希釈して
ＺｎＯ濃度３重量％のジエトキシ亜鉛溶液５０００ｇを
調製した。これに濃度１重量％のＮａＯＨ水溶液１５０
ｇを４時間で添加し、１時間熟成した。限外濾過膜にて
酸化亜鉛粒子分散液のｐＨが９になるまで洗浄し、加熱
しながらアルコールを留去して濃縮し、ＺｎＯ濃度２０
重量％の酸化亜鉛粒子分散液を調製した。上記酸化亜鉛
粒子分散液をＺｎＯ濃度５重量％に希釈し、これをコア
粒子分散液として用いた以外は実施例１と同様にしてＺ
ｎＯ・ＳｉＯ₂・Ａｌ₂Ｏ₃濃度２０重量％の研磨用粒
子（Ｈ）分散液を調製した。研磨用粒子（Ｈ）分散液を
用いた以外は実施例１と同様にして研磨材（Ｈ）を調製
し、研磨試験を行った。

【００３４】〔比較例１〕研磨材（Ｉ）の調製シリカゾル（触媒化成工業（株）製：ＳＩ−５０、平均
粒子径２５ｎｍ、ＳｉＯ₂濃度４８重量％、Ｎａ含有量
０. ３７重量％）を希釈してＳｉＯ₂濃度２０重量％と
し、これに濃度１５重量％のＮＨ₄ＯＨ水溶液を添加し
て分散液のｐＨを１０. ５に調整して研磨材（Ｉ）を調
製し、実施例１と同様にして研磨試験を行った。

【００３５】〔比較例２〕研磨材（Ｊ）の調製シリカゾル（触媒化成工業（株）製：カタロイドＳＩ−
４５Ｐ、平均粒子径４５ｎｍ、ＳｉＯ₂濃度４０重量
％、Ｎａ含有量０. ３０重量％）を希釈してＳｉＯ₂濃
度２０重量％とし、これに濃度１５重量％のＮＨ₄ＯＨ
水溶液を添加して分散液のｐＨを１０. ５に調整して研
磨材（Ｊ）を調製し、実施例１と同様にして研磨試験を
行った。

【００３６】〔比較例３〕研磨材（Ｋ）の調製チタニアゾルゾル（触媒化成工業（株）製：ネオサンベ
ールＰＷ−１０１０、平均粒子径１０ｎｍ、ＴｉＯ₂濃
度１０重量％、Ｎａ含有量０. ０１重量％）に濃度１５
重量％のＮＨ₄ＯＨ水溶液を添加して分散液のｐＨを１
０. ５に調整して研磨材（Ｋ）を調製し、実施例１と同
様にして研磨試験を行った。

【００３７】〔比較例４〕研磨材（Ｌ）の調製実施例７で調製したＺｒＯ₂濃度２０重量％のジルコニ
ア粒子分散液に濃度１５重量％のＮＨ₄ＯＨ水溶液を添
加して分散液のｐＨを１０. ５に調整して研磨材（Ｌ）
を調製し、実施例１と同様にして研磨試験を行った。

【００３８】〔比較例５〕研磨材（Ｍ）の調製実施例８で調製したＺｎＯ濃度２０重量％の酸化亜鉛粒
子分散液に濃度１５重量％のＮＨ₄ＯＨ水溶液を添加
し、分散液のｐＨを１０. ５に調整して研磨材（Ｍ）を
調製し、実施例１と同様にして研磨試験を行った。

【００３９】

【表１】コア部シェル部粒子成分平均 Na含コア組成厚み Na含平均粒径有量割合主成分 (wt%) 有量粒径 (nm) (ppm) (wt%) 副成分 (wt%) (nm) (ppm) (nm) 実施例１ SiO₂ 25 3700 14.5 SiO₂ 77.9 10 2300 45 Al₂O₃ 22.1 実施例２ SiO₂ 25 3700 16.1 SiO₂ 88.2 9.5 1500 44 Al₂O₃ 11.8 実施例３ SiO₂ 25 3700 14.5 SiO₂ 77.9 10 750 45 ZrO₂ 22.1 実施例４ SiO₂ 45 3000 14.5 SiO₂ 77.9 17.5 2400 80 Al₂O₃ 22.1 実施例５ SiO₂ 45 3000 17.3 SiO₂ 77.9 16.5 800 78 Al₂O₃ 22.1 実施例６ TiO₂ 10 100 14.5 SiO₂ 77.9 7.5 1250 25 Al₂O₃ 22.1 実施例７ ZrO₂ 10 200 14.5 SiO₂ 77.9 7.0 1100 24 Al₂O₃ 22.1 実施例８ ZnO 10 150 14.5 SiO₂ 77.9 10 1300 30 Al₂O₃ 22.1 比較例１ SiO₂ 25 3700 100 − − − − 25 − − 比較例２ SiO₂ 45 3000 100 − − − − 45 − − 比較例３ TiO₂ 10 100 100 − − − − 10 − − 比較例４ ZrO₂ 10 200 100 − − − − 10 − − 比較例５ ZnO 10 150 100 − − − − 10

【００４０】 − −

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小松通郎福岡県北九州市若松区北湊町13−２触媒化成工業株式会社若松工場内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CA01 CB02 DA02 DA12 3C063 AA01 AB01 BB01 BB03 BB14 CC01 EE10 EE26 FF23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径（Ｄ）が５〜３００ｎｍの範
囲にあるコア・シェル構造を有し、シェル部の厚さ（Ｓ
_T）が１〜５０ｎｍの範囲にある複合酸化物からなるこ
とを特徴とする研磨用粒子。
【請求項２】前記複合酸化物が、シリカを主成分とす
るシリカ系複合酸化物である請求項１に記載の研磨用粒
子。
【請求項３】平均粒子径（Ｄ）が５〜３００ｎｍの範
囲にあり、シェル部の厚さ（Ｓ_T）が１〜５０ｎｍの範
囲にあるコア・シェル構造を有し、前記シェル部１ｇ当
たり０. １〜３ｍｅｑのイオン交換点を有することを特
徴とする研磨用粒子。
【請求項４】前記コア部がＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｒＯ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｅＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｍｎ
Ｏから選ばれる１種または２種以上の酸化物からなる請
求項１〜請求項３のいずれか記載の研磨用粒子。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
研磨用粒子を含んでなる研磨材。