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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-06
(45)【発行日】2024-11-14
(54)【発明の名称】異形シリカ系微粒子分散液およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C01B 33/143 20060101AFI20241107BHJP
B24B 37/00 20120101ALI20241107BHJP
C09G 1/02 20060101ALI20241107BHJP
C09K 3/14 20060101ALI20241107BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20241107BHJP
【ＦＩ】
C01B33/143
B24B37/00 H
C09G1/02
C09K3/14 550D
H01L21/304 622B
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020203938
(22)【出願日】2020-12-09
(65)【公開番号】P2022091234
(43)【公開日】2022-06-21
【審査請求日】2023-08-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000190024
【氏名又は名称】日揮触媒化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】中山 和洋
(72)【発明者】
【氏名】山田 大輔
【審査官】佐藤 慶明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１３７８２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１４９４９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１３１８７４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１６３９９２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３７／００ －３７／３４
Ｃ０１Ｂ ３３／１４ －３３／１５９
Ｃ０９Ｇ １／０２
Ｃ０９Ｋ ３／１４
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記工程（ａ）～下記工程（ｆ）を備える、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。工程（ａ）：珪酸アルカリ水溶液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５以上１０以下の範囲となるように調整し、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上２５質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整して、種粒子前駆体分散液を得る工程
工程（ｂ）：前記工程（ａ）で得られた種粒子前駆体分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｃ）：前記工程（ｂ）に続いて、加熱熟成した種粒子前駆体分散液に、酸性珪酸液を、種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）が０．５以上１０以下の範囲となるように添加して、種粒子分散液を得る工程
工程（ｄ）：前記工程（ｃ）で得られた種粒子分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上１５質量％以下、かつ、イオン強度を０．２５以上に調整する工程
工程（ｅ）：前記工程（ｄ）に続いて、ＳｉＯ２濃度およびイオン強度を調整した種粒子分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｆ）：前記工程（ｅ）に続いて、加熱熟成した種粒子分散液に、酸性珪酸液を、種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）が５以上２０以下の範囲となるように添加して、異形シリカ系微粒子を含有する異形シリカ系微粒子分散液を得る工程
【請求項2】
前記工程（ａ）において、前記種粒子前駆体分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を５質量％以上２０質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整する、請求項１に記載の異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
【請求項3】
前記異形シリカ系微粒子の平均異形度が１．２以上１０以下である、請求項１または請求項２に記載の異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
【請求項4】
前記工程（ｂ）および前記工程（ｄ）で用いるアルカリが、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群から選択される少なくとも１種のイオン強度調整剤である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
【請求項5】
前記工程（ａ）～前記工程（ｆ）のいずれでも、ハロゲン化アルカリを使用しない、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
【請求項6】
下記［１］～［４］の条件を満たす異形シリカ系微粒子を含む、異形シリカ系微粒子分散液。［１］動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
［２］窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
［３］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２以上１０以下である。
［４］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ａ］とし、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ｂ］としたとき、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上である。
【請求項7】
前記［４］の条件において、［Ａ］の値が１．１３以上である、請求項６に記載の異形シリカ系微粒子分散液。
【請求項8】
前記異形シリカ系微粒子が、下記［５］の条件を満たす、請求項６または請求項７に記載の異形シリカ系微粒子分散液。［５］走査型電子顕微鏡写真を解析して粒子の異形度を求めたとき、全粒子に占める異形粒子率（［異形度が１．２以上の粒子の個数］／［全粒子の個数］×１００％）が４５％以上である。
【請求項9】
前記異形シリカ系微粒子が、下記［６］の条件を満たす、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の異形シリカ系微粒子分散液。［６］走査型電子顕微鏡写真を解析して、立体構造を備える粒子の個数をＴとし、全粒子の個数をＳとしたとき、立体構造率（Ｔ／Ｓ×１００％）が１０％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異形シリカ系微粒子分散液およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
研磨用粒子としては、従来、シリカゾルやヒュームドシリカおよびヒュームドアルミナ等が用いられている。半導体の集積回路付基板の製造においては、シリコンウェハー上にアルミニウムの配線を形成し、この上に絶縁膜としてシリカ等の酸化膜を設ける。この場合に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。このような基板の研磨において、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、および高い研磨速度が求められている。
【0003】
例えば、特許文献１には、７～１０００ｎｍの長径と０．３～０．８の短径／長径比を有するコロイダルシリカ粒子の数が全粒子中５０％以上を占めるコロイダルシリカで研磨する半導体ウェーハーの研磨方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００１－１５０３３４号公報
【文献】特許第６２０７３４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の半導体ウェーハーの研磨方法においては、短径／長径比が０．３～０．８と、シリカ粒子の平均異形度が高いために、研磨速度を向上できる。しかしながら、シリカ粒子の平均異形度が高すぎる場合には、研磨後の基板にスクラッチが発生しやすく、基板表面の平滑性が低下するという点で問題があった。
また、特許文献２に記載の研磨方法においては、シリカ一次粒子が少なくとも４個以上クラスター化した異形シリカ粒子を使用することで高い研磨速度が得られることが示されている。しかしながら、少なくとも４個以上のクラスター化した構造を備えているため研磨速度は速いものの、クラスター構造を形成させる目的で凝集剤を使用しており、粗大粒子も多く、さらにクラスター化していない小さなサイズの球状粒子が多く含まれていることが判明した。その結果、粗大粒子によって研磨傷が発生しやすく、その一方で、研磨傷の修復効果や平滑化効果の高い、サイズの小さな粒子は真球状であり、研磨速度が遅いため、修復効果が小さいという点で改善の余地があることが判明した。
また、特許文献２に記載の研磨方法においては、シリカ一次粒子が少なくとも４個以上クラスター化した異形シリカ粒子を使用することで高い研磨速度が得られることが示されている。しかしながら、少なくとも４個以上のクラスター化した構造を備えているため研磨速度は速いものの、クラスター構造を形成させる目的で凝集剤を使用しており、粗大粒子も多く、さらにクラスター化していない小さなサイズの球状粒子が多く含まれていることが判明した。その結果、粗大粒子によって研磨傷が発生しやすく、その一方で、研磨傷の修復効果や平滑化効果の高い、サイズの小さな粒子は真球状であり、研磨速度が遅いため、修復効果が小さいという点で改善の余地があることが判明した。
【0006】
本発明は、研磨スラリーとして使用した場合に、基板表面の平滑性を向上でき、かつ研磨速度を高くできる異形シリカ系微粒子分散液、並びに、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によれば、下記工程（ａ）～下記工程（ｆ）を備える、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法が提供される。
下記工程（ａ）～下記工程（ｆ）を備える、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
工程（ａ）：珪酸アルカリ水溶液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５以上１０以下の範囲となるように調整し、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上２５質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整して、種粒子前駆体分散液を得る工程
工程（ｂ）：前記工程（ａ）で得られた種粒子前駆体分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｃ）：前記工程（ｂ）に続いて、加熱熟成した種粒子前駆体分散液に、酸性珪酸液を、種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）が０．５以上１０以下の範囲となるように添加して、種粒子分散液を得る工程
工程（ｄ）：前記工程（ｃ）で得られた種粒子分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上１５質量％以下、かつ、イオン強度を０．２５以上に調整する工程
工程（ｅ）：前記工程（ｄ）に続いて、ＳｉＯ２濃度およびイオン強度を調整した種粒子分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｆ）：前記工程（ｅ）に続いて、加熱熟成した種粒子分散液に、酸性珪酸液を、種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）が５以上２０以下の範囲となるように添加して、異形シリカ系微粒子を含有する異形シリカ系微粒子分散液を得る工程
下記工程（ａ）～下記工程（ｆ）を備える、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法。
工程（ａ）：珪酸アルカリ水溶液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５以上１０以下の範囲となるように調整し、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上２５質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整して、種粒子前駆体分散液を得る工程
工程（ｂ）：前記工程（ａ）で得られた種粒子前駆体分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｃ）：前記工程（ｂ）に続いて、加熱熟成した種粒子前駆体分散液に、酸性珪酸液を、種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）が０．５以上１０以下の範囲となるように添加して、種粒子分散液を得る工程
工程（ｄ）：前記工程（ｃ）で得られた種粒子分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上１５質量％以下、かつ、イオン強度を０．２５以上に調整する工程
工程（ｅ）：前記工程（ｄ）に続いて、ＳｉＯ２濃度およびイオン強度を調整した種粒子分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程
工程（ｆ）：前記工程（ｅ）に続いて、加熱熟成した種粒子分散液に、酸性珪酸液を、種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）が５以上２０以下の範囲となるように添加して、異形シリカ系微粒子を含有する異形シリカ系微粒子分散液を得る工程
【0008】
本発明の一態様によれば、下記［１］～［４］の条件を満たす異形シリカ系微粒子を含む、異形シリカ系微粒子分散液が提供される。
［１］動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
［２］窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
［３］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２以上１０.０以下である。
［４］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ａ］とし、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ｂ］としたとき、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上である。
［１］動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
［２］窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
［３］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２以上１０.０以下である。
［４］走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ａ］とし、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ｂ］としたとき、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、研磨スラリーとして使用した場合に、基板表面の平滑性を向上でき、かつ研磨速度を高くできる異形シリカ系微粒子分散液、並びに、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施例１で得られた異形シリカ系微粒子を示す走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
［異形シリカ系微粒子分散液の製造方法］
以下、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法について説明する。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法は、下記の工程（ａ）～工程（ｆ）を備えることを特徴としている。
なお、本明細書において、異形シリカ系微粒子とは、球状シリカ系粒子以外の形状が異形の粒子のことをいう。ここで、球状シリカ系粒子は、形状が球状のシリカ系粒子のことをいう。また、異形シリカ系微粒子としては、球状シリカ系粒子が粉砕されたシリカ一次微粒子や、シリカ一次微粒子が連結した粒子、シリカ一次微粒子が連結した粒子を更にシリカで粒子成長させた形状等、球状以外の形状の粒子が全て挙げられる。シリカ一次微粒子が連結したとは、隣接するシリカ一次微粒子の間に生成した結合によって、隣接するシリカ一次微粒子同士が互いに固定化したことをいう。ここで結合の種類は特に限定されるものではないが、例えば隣接するシリカ一次微粒子のそれぞれの表面シラノール基同士の縮合反応により生じたシロキサン結合等の化学的結合を挙げられる。
以下、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法について説明する。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法は、下記の工程（ａ）～工程（ｆ）を備えることを特徴としている。
なお、本明細書において、異形シリカ系微粒子とは、球状シリカ系粒子以外の形状が異形の粒子のことをいう。ここで、球状シリカ系粒子は、形状が球状のシリカ系粒子のことをいう。また、異形シリカ系微粒子としては、球状シリカ系粒子が粉砕されたシリカ一次微粒子や、シリカ一次微粒子が連結した粒子、シリカ一次微粒子が連結した粒子を更にシリカで粒子成長させた形状等、球状以外の形状の粒子が全て挙げられる。シリカ一次微粒子が連結したとは、隣接するシリカ一次微粒子の間に生成した結合によって、隣接するシリカ一次微粒子同士が互いに固定化したことをいう。ここで結合の種類は特に限定されるものではないが、例えば隣接するシリカ一次微粒子のそれぞれの表面シラノール基同士の縮合反応により生じたシロキサン結合等の化学的結合を挙げられる。
【0012】
［工程（ａ）］
工程（ａ）は、珪酸アルカリ水溶液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５以上１０以下の範囲となるように調整し、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上２５質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整して、種粒子前駆体分散液を得る工程である。
種粒子前駆体分散液におけるアルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５未満の場合、アルカリ金属を多量に添加する必要があり、非経済的である。また、凝集し粗大な粒子が生じやすいため沈降が生じやすく、単分散した種粒子が生成し難いという点で問題がある。他方、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が１０を超えると、生成する種粒子のサイズが非常に小さくなり、研磨用として必要なサイズに粒子成長させる手間が非常にかかり非経済的であること、また粒子成長幅が大きくなるため、得られる異形粒子の異形度が低下するという点で問題がある。また、同様の観点から、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、１以上５以下であることが好ましい。
工程（ａ）は、珪酸アルカリ水溶液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５以上１０以下の範囲となるように調整し、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上２５質量％以下、かつ、イオン強度を０．４以上に調整して、種粒子前駆体分散液を得る工程である。
種粒子前駆体分散液におけるアルカリ金属に対するシリカのモル数の比が０．５未満の場合、アルカリ金属を多量に添加する必要があり、非経済的である。また、凝集し粗大な粒子が生じやすいため沈降が生じやすく、単分散した種粒子が生成し難いという点で問題がある。他方、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が１０を超えると、生成する種粒子のサイズが非常に小さくなり、研磨用として必要なサイズに粒子成長させる手間が非常にかかり非経済的であること、また粒子成長幅が大きくなるため、得られる異形粒子の異形度が低下するという点で問題がある。また、同様の観点から、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、１以上５以下であることが好ましい。
【0013】
珪酸アルカリ水溶液におけるアルカリ金属としては、カリウムおよびナトリウム、リチウム等が挙げられる。珪酸アルカリ水溶液において、ＳｉＯ２濃度およびアルカリ濃度（Ａ２Ｏ濃度）は、特に限定されない。例えば、ＳｉＯ２濃度は、２質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、５質量％以上２５質量％以下であることがさらに好ましい。Ａ２Ｏ濃度は、０．５質量％以上２５質量％以下であることが好ましく、２質量％以上２０質量％以下がさらに好ましい。
【0014】
種粒子前駆体分散液におけるＳｉＯ２濃度が２質量％未満では、得られる種粒子の異形度が低下してしまう。他方、このＳｉＯ２濃度が２５質量％を超えると、凝集が進み、沈殿や粗大粒子が生じるという点で問題がある。また、同様の観点から、このＳｉＯ２濃度は、５質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、８質量％以上１８質量％以下であることがより好ましい。
【0015】
種粒子前駆体分散液におけるイオン強度が０．４未満では、イオン強度が不足するため、種粒子前駆体や工程（ｂ）および（ｃ）等で生成した核粒子の会合が進まないため、種粒子の異形度が低下する。また、同様の観点から、このイオン強度は、０．８以上２．５以下であることが好ましく、１．２以上２.０以下であることがより好ましい。
なお、本明細書において、分散液におけるイオン強度は、下式から算出される値を意味するものとする。なお、ここでイオン強度の計算に用いる元素は、粒子の凝集や会合に大きく影響を及ぼすアルカリ金属とアルカリ土類金属、ハロゲンのみをいう。
なお、本明細書において、分散液におけるイオン強度は、下式から算出される値を意味するものとする。なお、ここでイオン強度の計算に用いる元素は、粒子の凝集や会合に大きく影響を及ぼすアルカリ金属とアルカリ土類金属、ハロゲンのみをいう。
【0016】
【数1】
【0017】
ここで、式中のＪはイオン強度を表す。Ｃｉは系中のアルカリ金属とアルカリ土類金属、ハロゲンのモル濃度を表し、Ｚｉは各イオンの価数を表す。
なお、各イオンのモル濃度は、各物質が溶解した液のｐＨにおいて解離する物質のイオン濃度であり、各物質の酸解離定数ｐＫａあるいは塩基解離定数ｐＫｂを用いて算出する。例えば、水中でＡ（－）とＢ（＋）とに解離する塩を、分散液に添加する場合は、酸ＡＨ、塩基ＢＯＨとに分け、Ａ（－）とＨ（＋）、およびＢ（＋）とＯＨ（－）各々のイオン濃度を算出する。また、ｐＨ調整等で使用する酸についても同様で、ＡＨをＡ（－）とＨ（＋）に分けて、それぞれイオン濃度を算定し、上記計算式にあてはめて算出する。
なお、各イオンのモル濃度は、各物質が溶解した液のｐＨにおいて解離する物質のイオン濃度であり、各物質の酸解離定数ｐＫａあるいは塩基解離定数ｐＫｂを用いて算出する。例えば、水中でＡ（－）とＢ（＋）とに解離する塩を、分散液に添加する場合は、酸ＡＨ、塩基ＢＯＨとに分け、Ａ（－）とＨ（＋）、およびＢ（＋）とＯＨ（－）各々のイオン濃度を算出する。また、ｐＨ調整等で使用する酸についても同様で、ＡＨをＡ（－）とＨ（＋）に分けて、それぞれイオン濃度を算定し、上記計算式にあてはめて算出する。
【0018】
アルカリとしては、適宜公知のアルカリを用いることができる。また、アルカリとしては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群から選択される少なくとも１種のイオン強度調整剤を用いることが好ましい。
【0019】
［工程（ｂ）］
工程（ｂ）は、前記工程（ａ）で得られた種粒子前駆体分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程である。
この工程（ｂ）により、分散液中のシリカ溶解度の均一化や種粒子前駆体の均一化等の溶液中の均質化等を行うことができる。本明細書においては、この安定化させる操作をシーディングと称する場合がある。
工程（ｂ）は、前記工程（ａ）で得られた種粒子前駆体分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程である。
この工程（ｂ）により、分散液中のシリカ溶解度の均一化や種粒子前駆体の均一化等の溶液中の均質化等を行うことができる。本明細書においては、この安定化させる操作をシーディングと称する場合がある。
【0020】
加熱熟成する際の種粒子前駆体分散液におけるｐＨは、種粒子前駆体分散液におけるイオン強度を高めるという観点から、１０以上であることが好ましく、１１以上であることが好ましい。
【0021】
加熱熟成する際の加熱温度が４０℃未満では、シーディングの効果が得られない。他方、この加熱温度が１００℃以上であると、反応液が沸騰するため安定的に生産できないという点で問題がある。また、同様の観点から、加熱熟成する際の温度は、６０℃以上９５℃以下であることが好ましい。
加熱熟成する際の熟成時間は、シーディングの効果の観点から、２０分間以上１２０分間以下であることが好ましく、６０分間以上１００分間以下であることがより好ましい。
加熱熟成する際の熟成時間は、シーディングの効果の観点から、２０分間以上１２０分間以下であることが好ましく、６０分間以上１００分間以下であることがより好ましい。
【0022】
アルカリとしては、適宜公知のアルカリを用いることができる。また、アルカリとしては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムからなる群から選択される少なくとも１種のイオン強度調整剤を用いることが好ましい。
【0023】
［工程（ｃ）］
工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）に続いて、加熱熟成した種粒子前駆体分散液に、酸性珪酸液を、種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）が０．５以上１０以下の範囲となるように添加して、種粒子分散液を得る工程である。
種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比が０．５未満では、シリカ量が不足するため種粒子が生成し難く、仮に種粒子が生成したとしてもサイズが小さく安定性も悪いという点で問題がある。他方、このシリカ量のモル比が１０を超えると、種粒子の異形度が低下するという点で問題がある。また、同様の観点から、このシリカ量のモル比は、０．７以上５以下であることが好ましく、１以上２以下であることがより好ましい。
工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）に続いて、加熱熟成した種粒子前駆体分散液に、酸性珪酸液を、種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）が０．５以上１０以下の範囲となるように添加して、種粒子分散液を得る工程である。
種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比が０．５未満では、シリカ量が不足するため種粒子が生成し難く、仮に種粒子が生成したとしてもサイズが小さく安定性も悪いという点で問題がある。他方、このシリカ量のモル比が１０を超えると、種粒子の異形度が低下するという点で問題がある。また、同様の観点から、このシリカ量のモル比は、０．７以上５以下であることが好ましく、１以上２以下であることがより好ましい。
【0024】
酸性珪酸液を添加する際の保持温度は、酸性珪酸液の溶解と粒子への沈着促進という観点から、４０℃以上１００℃未満であることが好ましく、６０℃以上９５℃以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加する際の添加時間は、１時間未満の場合は、酸性珪酸液の添加速度が速すぎるため、自己核生成しやすい傾向にある。他方、１５時間を超えると生産性が低下する傾向にある。また、同様の観点から、この添加時間は、２時間以上８時間以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加した後の保持時間は、１０分間以上１２０分間以下であることが好ましい。
得られる種粒子分散液において、種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、工程（ｄ）（ｅ）で研磨用として必要なサイズに粒子成長させるが、種粒子が５ｎｍ未満の場合は、粒子成長幅をかなり大きくさせる必要があるため、異形度が低下する傾向にある。他方、１００ｎｍ超の場合は、粒子成長後にサイズが大きくなり過ぎるため沈降しやすくなるという問題がある。また、同様の観点から、種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加する際の添加時間は、１時間未満の場合は、酸性珪酸液の添加速度が速すぎるため、自己核生成しやすい傾向にある。他方、１５時間を超えると生産性が低下する傾向にある。また、同様の観点から、この添加時間は、２時間以上８時間以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加した後の保持時間は、１０分間以上１２０分間以下であることが好ましい。
得られる種粒子分散液において、種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、工程（ｄ）（ｅ）で研磨用として必要なサイズに粒子成長させるが、種粒子が５ｎｍ未満の場合は、粒子成長幅をかなり大きくさせる必要があるため、異形度が低下する傾向にある。他方、１００ｎｍ超の場合は、粒子成長後にサイズが大きくなり過ぎるため沈降しやすくなるという問題がある。また、同様の観点から、種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0025】
酸性珪酸液としては、珪酸アルカリ（珪酸アルカリ金属および珪酸アンモニウム等）の水溶液を陽イオン交換樹脂で脱アルカリし、得られる酸性珪酸液を使用できる。酸性珪酸液のＳｉＯ２濃度は、０．１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、１質量％以上７質量％以下であることがより好ましい。
【0026】
［工程（ｄ）および工程（ｅ）］
工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）で得られた種粒子分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上１５質量％以下、かつ、イオン強度を０．２５以上に調整する工程である。
ここで、アルカリとしては、工程（ｂ）で用いるアルカリと同様である。
工程（ｅ）は、前記工程（ｄ）に続いて、ＳｉＯ２濃度およびイオン強度を調整した種粒子分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程である。
工程（ｄ）は、前記工程（ｃ）で得られた種粒子分散液を、必要に応じてアルカリを添加することで、ＳｉＯ２濃度を２質量％以上１５質量％以下、かつ、イオン強度を０．２５以上に調整する工程である。
ここで、アルカリとしては、工程（ｂ）で用いるアルカリと同様である。
工程（ｅ）は、前記工程（ｄ）に続いて、ＳｉＯ２濃度およびイオン強度を調整した種粒子分散液を、温度４０℃以上１００℃未満の範囲で加熱熟成する工程である。
【0027】
ＳｉＯ２濃度を調整した種粒子分散液におけるＳｉＯ２濃度が２質量％未満では、濃度が薄いため生産性が低下する。他方、このＳｉＯ２濃度が１５質量％を超えると、凝集が進み過ぎて沈殿や粗大粒子が生じるという点で問題がある。また、同様の観点から、このＳｉＯ２濃度は、３質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、４質量％以上８質量％以下であることがより好ましい。
【0028】
イオン強度を調整した種粒子分散液におけるイオン強度が０．２５未満では、異形シリカ系微粒子が成長するほど、異形度が低下してしまう。また、同様の観点から、このイオン強度は、０．３以上０．７以下であることが好ましい。
【0029】
加熱熟成する際の種粒子分散液におけるｐＨは、種粒子分散液におけるイオン強度を高めるという観点から、１０以上であることが好ましい。
【0030】
加熱熟成する際の加熱温度が４０℃未満では、シーディングの効果が得られない。他方、この加熱温度が１００℃以上であると、反応液が沸騰し、安定して生産できないという点で問題がある。また、同様の観点から、加熱熟成する際の温度は、８０℃以上１００℃未満であることが好ましい。
加熱熟成する際の熟成時間は、シーディングの効果の観点から、２０分間以上１２０分間以下であることが好ましく、２０分間以上６０分間以下であることがより好ましい。
加熱熟成する際の熟成時間は、シーディングの効果の観点から、２０分間以上１２０分間以下であることが好ましく、２０分間以上６０分間以下であることがより好ましい。
【0031】
［工程（ｆ）］
工程（ｆ）は、前記工程（ｅ）に続いて、加熱熟成した種粒子分散液に、酸性珪酸液を、種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）が５以上２０以下の範囲となるように添加して、異形シリカ系微粒子を含有する異形シリカ系微粒子分散液を得る工程である。
ここで、酸性珪酸液としては、工程（ｃ）で用いる酸性珪酸液と同様である。
工程（ｆ）は、前記工程（ｅ）に続いて、加熱熟成した種粒子分散液に、酸性珪酸液を、種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）が５以上２０以下の範囲となるように添加して、異形シリカ系微粒子を含有する異形シリカ系微粒子分散液を得る工程である。
ここで、酸性珪酸液としては、工程（ｃ）で用いる酸性珪酸液と同様である。
【0032】
種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比が５未満では、粒子が所望のサイズに成長しないため研磨速度が遅くなるという点で問題がある。他方、このシリカ量のモル比が２０を超えると、粒子を成長させ過ぎるため、粒子異形度が低下して研磨速度が遅くなるという点で問題がある。また、同様の観点から、このシリカ量のモル比は、６以上１５以下であることが好ましい。
【0033】
酸性珪酸液を添加する際の保持温度は、酸性珪酸液の溶解と粒子への沈着反応の促進という観点から、４０℃以上１００℃未満であることが好ましく、８０℃以上１００℃未満であることが好ましい。
酸性珪酸液を添加する際の添加時間は、短すぎると珪酸が自己核生成するため好ましくない。また添加時間が長すぎると、経済性が悪化するため、５時間以上３６時間以下であることが好ましく、８時間以上２４時間以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加した後の保持時間は、１０分間以上１２０分間以下であることが好ましい。
酸性珪酸液を添加する際の添加時間は、短すぎると珪酸が自己核生成するため好ましくない。また添加時間が長すぎると、経済性が悪化するため、５時間以上３６時間以下であることが好ましく、８時間以上２４時間以下であることがより好ましい。
酸性珪酸液を添加した後の保持時間は、１０分間以上１２０分間以下であることが好ましい。
【0034】
この工程（ｆ）においては、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が３０以上１５０以下であることが好ましく、３５以上１３０以下であることがより好ましく、４０以上１２０以下であることが特に好ましい。なお、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比とは、工程（ｆ）の終了時において、シリカの総モル数をアルカリ金属の総モル数で割った値である。
アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が前記下限未満となると、アルカリ金属に対するシリカの量が不足していることになり、反応液のｐＨが高くなり過ぎるため、粒子の凝集が生じる傾向にある。また、仮に凝集が生じない場合でも、経時安定性が悪く、経時変化で粒子径が大きくなったり、凝集が生じる場合がある。他方、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が１５０を超えると、アルカリ金属に対するシリカの量が多すぎることになり、反応液中のｐＨが低くなるため、粒子成長のために添加した酸性珪酸液が粒子成長に寄与せず、自己核生成が生じる傾向にある。
アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が前記下限未満となると、アルカリ金属に対するシリカの量が不足していることになり、反応液のｐＨが高くなり過ぎるため、粒子の凝集が生じる傾向にある。また、仮に凝集が生じない場合でも、経時安定性が悪く、経時変化で粒子径が大きくなったり、凝集が生じる場合がある。他方、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比が１５０を超えると、アルカリ金属に対するシリカの量が多すぎることになり、反応液中のｐＨが低くなるため、粒子成長のために添加した酸性珪酸液が粒子成長に寄与せず、自己核生成が生じる傾向にある。
【0035】
［各工程の作用効果］
工程（ｅ）および（ｆ）では、工程（ｃ）で得られた種粒子をさらに会合させ、所望のサイズや異形度に調整し、かつ粒子成長させる工程である。この工程では種粒子を含む溶液にアルカリ金属等を添加して系内のイオン強度を所定値以上に調整し、さらに種粒子の濃度、すなわち工程（ｅ）におけるシリカ濃度を所定範囲内に調整することで、種粒子を会合させ、会合度を制御できる。次いで、工程（ｆ）で、この溶液に酸性珪酸液を添加することで、会合させた粒子のネック部をシリカで埋めることで会合構造を補強しながら、所望のサイズ、異形度を備える粒子を得ることができる。
会合させた種粒子は酸性珪酸液で粒子成長させているため、種粒子同士が強固に結合している。そのため研磨に使用しても粒子が崩壊することはない。また異形粒子率が高く、さらに異形形状によって、基板との接触面積が高いため、高い研磨速度を示す。さらにサイズの小さい粒子の異形度も高いことから、大粒子によって生じた研磨傷の修復効果が高い。
工程（ｅ）および（ｆ）では、工程（ｃ）で得られた種粒子をさらに会合させ、所望のサイズや異形度に調整し、かつ粒子成長させる工程である。この工程では種粒子を含む溶液にアルカリ金属等を添加して系内のイオン強度を所定値以上に調整し、さらに種粒子の濃度、すなわち工程（ｅ）におけるシリカ濃度を所定範囲内に調整することで、種粒子を会合させ、会合度を制御できる。次いで、工程（ｆ）で、この溶液に酸性珪酸液を添加することで、会合させた粒子のネック部をシリカで埋めることで会合構造を補強しながら、所望のサイズ、異形度を備える粒子を得ることができる。
会合させた種粒子は酸性珪酸液で粒子成長させているため、種粒子同士が強固に結合している。そのため研磨に使用しても粒子が崩壊することはない。また異形粒子率が高く、さらに異形形状によって、基板との接触面積が高いため、高い研磨速度を示す。さらにサイズの小さい粒子の異形度も高いことから、大粒子によって生じた研磨傷の修復効果が高い。
【0036】
この際、工程（ｅ）のシリカ濃度が２％未満では種粒子が会合し難く、仮に会合したとしても異形度の低い粒子しか得られない。また反応濃度が低いため生産性効率も悪い。シリカ濃度が１５％超の場合は、高濃度であるため生産効率は高いが、種粒子の凝集が生じ、粗大な粒子が生成し沈殿が生じる傾向にある。
また、イオン強度調整剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン及びこれらの塩や水酸化物等が挙げられるが、工程（ｅ）で使用するイオン強度調整剤はアルカリ金属の水酸化物が好ましい。アルカリ金属の水酸化物は、イオン強度調整とともに核生成や粒子成長の触媒を兼ねることができるからである。アルカリ金属の水酸化物としてはＮａＯＨ、ＫＯＨを添加してもよく、原料の珪酸アルカリから持ち込まれるアルカリ金属の水酸化物を利用してもよい。
また、イオン強度調整剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン及びこれらの塩や水酸化物等が挙げられるが、工程（ｅ）で使用するイオン強度調整剤はアルカリ金属の水酸化物が好ましい。アルカリ金属の水酸化物は、イオン強度調整とともに核生成や粒子成長の触媒を兼ねることができるからである。アルカリ金属の水酸化物としてはＮａＯＨ、ＫＯＨを添加してもよく、原料の珪酸アルカリから持ち込まれるアルカリ金属の水酸化物を利用してもよい。
【0037】
一方、ＫＣｌやＣａＣｌ２等のハロゲン化物の塩（ハロゲン化アルカリ）をイオン強度調整剤として使用した場合、これらは凝集剤として作用するため、種粒子の凝集が生じ、粗大粒子や沈殿が生じる傾向にある。沈殿が生じないように凝集剤を少量添加して、反応をさせると異形粒子は得られるものの、凝集剤量が少ないため、一部の粒子は異形化するものの、異形でない真球や略真球粒子が多く存在する。そのため、得られた異形粒子は、異形粒子率が低くなる傾向にある。すなわち、粒子径の小さい粒子は異形度が低い粒子となり、粒子径が大きな凝集粒子は異形度が高くなり、異形度の二極化が生じる。通常、サイズの小さな粒子は研磨基板の平滑化効果が高いが、分布が広い粒子の場合、大粒子と小粒子が共存し小粒子は研磨速度が低いため、大粒子によって悪化した表面粗さの平滑化効果が小さくなる。その結果、研磨傷が多発しやすい傾向にある。
イオン強度が０．２５未満では、イオン強度が不足するため粒子の会合が進まず、仮に会合したとしても異形度の低い粒子しか得られない。また、イオン強度が０．７以上の場合は、凝集が生じ沈殿が生じる傾向にある。
イオン強度が０．２５未満では、イオン強度が不足するため粒子の会合が進まず、仮に会合したとしても異形度の低い粒子しか得られない。また、イオン強度が０．７以上の場合は、凝集が生じ沈殿が生じる傾向にある。
【0038】
［異形シリカ系微粒子分散液］
次に、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液について説明する。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、下記［１］～［４］の条件を満たす異形シリカ系微粒子を含むことを特徴としている。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、前記本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法により作製できる。
次に、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液について説明する。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、下記［１］～［４］の条件を満たす異形シリカ系微粒子を含むことを特徴としている。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、前記本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液の製造方法により作製できる。
【0039】
［条件１］
条件１は、動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることである。
動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ未満では、研磨スラリーとして使用した場合に研磨速度が低くなってしまう。他方、この平均粒子径が３００ｎｍを超えると、基板表面の粗さやうねり、およびスクラッチ等が悪化するという点で問題がある。また、同様の観点から、この平均粒子径は、３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。
条件１は、動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることである。
動的光散乱法による平均粒子径が１０ｎｍ未満では、研磨スラリーとして使用した場合に研磨速度が低くなってしまう。他方、この平均粒子径が３００ｎｍを超えると、基板表面の粗さやうねり、およびスクラッチ等が悪化するという点で問題がある。また、同様の観点から、この平均粒子径は、３０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0040】
［条件２］
条件２は、窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることである。
窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ未満では、必要な研磨速度が得られにくく、さらに小さな粒子が基板に残留しやすい。他方、この平均粒子径が２００ｎｍを超えると、スクラッチが発生したり、研磨後の基板の表面粗さが悪化したり、うねりが悪化する。また、同様の観点から、この平均粒子径は、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
条件２は、窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることである。
窒素吸着法により換算される平均粒子径が５ｎｍ未満では、必要な研磨速度が得られにくく、さらに小さな粒子が基板に残留しやすい。他方、この平均粒子径が２００ｎｍを超えると、スクラッチが発生したり、研磨後の基板の表面粗さが悪化したり、うねりが悪化する。また、同様の観点から、この平均粒子径は、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。
【0041】
［条件３］
条件３は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２以上１０以下であることである。
走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２未満では、異形度が不足しており、基板との接触面積が小さいため、研磨スラリーとして使用した場合に研磨速度が低くなってしまう。他方、この平均異形度が１０を超えると、そのような粒子は製造プロセスが複雑であるため工業的に安定的な生産が難しく、また経済性も悪い。仮に異形度が１０以上の粒子が得られとしても研磨速度はそれ以上向上せず、スクラッチが発生しやすいという点で問題がある。また、同様の観点から、この平均異形度は、１．２以上５以下であることがより好ましい。
条件３は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２以上１０以下であることである。
走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた平均異形度が１．２未満では、異形度が不足しており、基板との接触面積が小さいため、研磨スラリーとして使用した場合に研磨速度が低くなってしまう。他方、この平均異形度が１０を超えると、そのような粒子は製造プロセスが複雑であるため工業的に安定的な生産が難しく、また経済性も悪い。仮に異形度が１０以上の粒子が得られとしても研磨速度はそれ以上向上せず、スクラッチが発生しやすいという点で問題がある。また、同様の観点から、この平均異形度は、１．２以上５以下であることがより好ましい。
【0042】
本明細書において、平均異形度は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求められる。具体的には、走査型電子顕微鏡写真を観察し、各粒子に外接する外接長方形のうち最も面積が小さい長方形を求める。そして、外接長方形における長辺および短辺の長さを求め、短辺に対する長辺の比（［長辺］／［短辺］）を異形度とする。各粒子について異形度を算出し、これらの平均値を平均異形度として算出できる。
【0043】
［条件４］
条件４は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ａ］とし、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ｂ］としたとき、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であることである。
なお、粒子径の個数割合を求める際に用いた粒子径は、面積等価円の直径を用いた。面積等価円直径とは、走査型電子顕微鏡写真を解析して求められる。具体的には、走査型電子顕微鏡写真を観察し、各粒子の面積を求め、この面積と等しい円の直径を面積等価円直径として用いた。
［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であれば、スクラッチを抑制しつつ、研磨速度を向上できる。
ここで、［Ａ］は、比較的に小さな粒子群の平均異形度であり、［Ｂ］は、比較的に大きな粒子群の平均異形度である。そのため、［Ｂ］／［Ａ］の値が、１以上であるということは、大きな粒子であるほど、異形度が大きくなる傾向があることを示す。
また、平均異形度が所定の範囲（１.２以上１０以下）にあり、さらにＢ／Ａ比が１．２以上の場合は、全体的に異形度が高く、さらに小粒子側成分も大粒子成分の異形度も高いことを示す。
通常、小さな粒子と大きな粒子は研磨性能への影響が大きい。サイズの大きな粒子は研磨速度が非常に高く、異形度が高まるにつれて研磨速度も向上するため、砥粒全体の研磨速度向上への寄与が非常に大きい。しかし、その一方で、サイズの大きな粒子は基板表面の粗さを悪化させたり、研磨傷の原因となる傾向にある。
一方、サイズの小さな粒子は研磨速度が低いため、砥粒全体の研磨速度を低下させるという意味で影響が大きい。その一方で、基板表面の平滑化への寄与が大きく、粗大粒子等が原因で生じたスクラッチの修復効果や平滑化の効果がある。従って、サイズの小さな粒子の異形度が適度に高ければ、表面粗さやスクラッチ等の修復効果が高まり、更に研磨速度の底上げにもなることから、小粒子の異形度が高いことが望ましい。
従って、小粒子の異形度が高く、さらにＢ／Ａ比が高い場合は、研磨速度は十分に高く、更に平滑でスクラッチの少ない基板表面を得ることができる。
このようなメカニズムにより、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であれば、スラッチを抑制しつつ、研磨速度を向上できるものと本発明者らは推察する。
また、同様の観点から、［Ｂ］／［Ａ］の値は、１．２以上２以下であることが好ましく、１．２以上１．８０以下であることがより好ましい。
また、上記の観点から、［Ａ］の値は、１．１３以上であることが好ましく、１．１５以上１．８以下であることがより好ましい。［Ａ］の値が１．１３未満の場合、異形度が低く研磨速度が遅いため、表面平滑効果が小さくなるからである。他方、［Ａ］の値が１．８超の場合、異形度が高いため研磨速度が高くなるが、平滑化効果よりも粗さを悪化させる効果が大きくなるからである。
条件４は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ａ］とし、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度を［Ｂ］としたとき、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であることである。
なお、粒子径の個数割合を求める際に用いた粒子径は、面積等価円の直径を用いた。面積等価円直径とは、走査型電子顕微鏡写真を解析して求められる。具体的には、走査型電子顕微鏡写真を観察し、各粒子の面積を求め、この面積と等しい円の直径を面積等価円直径として用いた。
［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であれば、スクラッチを抑制しつつ、研磨速度を向上できる。
ここで、［Ａ］は、比較的に小さな粒子群の平均異形度であり、［Ｂ］は、比較的に大きな粒子群の平均異形度である。そのため、［Ｂ］／［Ａ］の値が、１以上であるということは、大きな粒子であるほど、異形度が大きくなる傾向があることを示す。
また、平均異形度が所定の範囲（１.２以上１０以下）にあり、さらにＢ／Ａ比が１．２以上の場合は、全体的に異形度が高く、さらに小粒子側成分も大粒子成分の異形度も高いことを示す。
通常、小さな粒子と大きな粒子は研磨性能への影響が大きい。サイズの大きな粒子は研磨速度が非常に高く、異形度が高まるにつれて研磨速度も向上するため、砥粒全体の研磨速度向上への寄与が非常に大きい。しかし、その一方で、サイズの大きな粒子は基板表面の粗さを悪化させたり、研磨傷の原因となる傾向にある。
一方、サイズの小さな粒子は研磨速度が低いため、砥粒全体の研磨速度を低下させるという意味で影響が大きい。その一方で、基板表面の平滑化への寄与が大きく、粗大粒子等が原因で生じたスクラッチの修復効果や平滑化の効果がある。従って、サイズの小さな粒子の異形度が適度に高ければ、表面粗さやスクラッチ等の修復効果が高まり、更に研磨速度の底上げにもなることから、小粒子の異形度が高いことが望ましい。
従って、小粒子の異形度が高く、さらにＢ／Ａ比が高い場合は、研磨速度は十分に高く、更に平滑でスクラッチの少ない基板表面を得ることができる。
このようなメカニズムにより、［Ｂ］／［Ａ］の値が１．２以上であれば、スラッチを抑制しつつ、研磨速度を向上できるものと本発明者らは推察する。
また、同様の観点から、［Ｂ］／［Ａ］の値は、１．２以上２以下であることが好ましく、１．２以上１．８０以下であることがより好ましい。
また、上記の観点から、［Ａ］の値は、１．１３以上であることが好ましく、１．１５以上１．８以下であることがより好ましい。［Ａ］の値が１．１３未満の場合、異形度が低く研磨速度が遅いため、表面平滑効果が小さくなるからである。他方、［Ａ］の値が１．８超の場合、異形度が高いため研磨速度が高くなるが、平滑化効果よりも粗さを悪化させる効果が大きくなるからである。
【0044】
［条件５］
条件５は、走査型電子顕微鏡写真を解析して粒子の異形度を求めたとき、全粒子に占める異形粒子率（［異形度が１．２以上の粒子の個数］／［全粒子の個数］×１００％）が４５％以上であることである。なお、本実施形態においては、この条件５を満たすことがより好ましい。
全粒子に占める異形粒子率が４５％以上であれば、研磨速度を更に向上できる。また、同様の観点から、この異形粒子率は、４８％以上９５％以下であることが好ましく、５０％以上９０％以下であることがより好ましい。異形粒子率が９５％超の場合、研磨速度は高いものの基板表面粗さが悪化したり、スクラッチが生じやすい傾向にある。異形粒子率が４５％未満の場合は、球形粒子が多くなるため研磨速度が低下するからである。
条件５は、走査型電子顕微鏡写真を解析して粒子の異形度を求めたとき、全粒子に占める異形粒子率（［異形度が１．２以上の粒子の個数］／［全粒子の個数］×１００％）が４５％以上であることである。なお、本実施形態においては、この条件５を満たすことがより好ましい。
全粒子に占める異形粒子率が４５％以上であれば、研磨速度を更に向上できる。また、同様の観点から、この異形粒子率は、４８％以上９５％以下であることが好ましく、５０％以上９０％以下であることがより好ましい。異形粒子率が９５％超の場合、研磨速度は高いものの基板表面粗さが悪化したり、スクラッチが生じやすい傾向にある。異形粒子率が４５％未満の場合は、球形粒子が多くなるため研磨速度が低下するからである。
【0045】
［条件６］
条件６は、走査型電子顕微鏡写真を解析して、立体構造を備える粒子の個数をＴとし、全粒子の個数をＳとしたとき、立体構造率（Ｔ／Ｓ×１００％）が１０％以上であることである。なお、本実施形態においては、この条件６を満たすことがより好ましい。粒子が立体的な構造を備える場合、球状や平面状の粒子と比較して、立体部分が存在するため、基板への応力を集中させることで研磨速度を向上させることができる。
立体構造率が１０％以上であれば、研磨速度を向上できる。また、同様の観点から、立体構造率は、１２％以上９５％以下であることが好ましく、１５％以上９０％以下であることがより好ましい。立体構造率が９５％を超えると、研磨速度は高いものの研磨傷が多発したり、表面の平滑性が悪化する傾向にあるからである。
ここで、粒子が立体構造を備えているか否かの判定は、走査型電子顕微鏡写真での色合いで判断できる。なお、透過型電子顕微鏡写真を併用して、粒子の立体部分を見分けることもできる。
条件６は、走査型電子顕微鏡写真を解析して、立体構造を備える粒子の個数をＴとし、全粒子の個数をＳとしたとき、立体構造率（Ｔ／Ｓ×１００％）が１０％以上であることである。なお、本実施形態においては、この条件６を満たすことがより好ましい。粒子が立体的な構造を備える場合、球状や平面状の粒子と比較して、立体部分が存在するため、基板への応力を集中させることで研磨速度を向上させることができる。
立体構造率が１０％以上であれば、研磨速度を向上できる。また、同様の観点から、立体構造率は、１２％以上９５％以下であることが好ましく、１５％以上９０％以下であることがより好ましい。立体構造率が９５％を超えると、研磨速度は高いものの研磨傷が多発したり、表面の平滑性が悪化する傾向にあるからである。
ここで、粒子が立体構造を備えているか否かの判定は、走査型電子顕微鏡写真での色合いで判断できる。なお、透過型電子顕微鏡写真を併用して、粒子の立体部分を見分けることもできる。
【0046】
［用途］
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、研磨スラリーとして使用した場合に、基板表面の平滑性を向上でき、かつ研磨速度を高くできる。そのため、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、研磨用組成物または研磨スラリーの成分として好適に使用できる。
なお、研磨用組成物および研磨スラリーは、さらに他の成分を含むことができる。他の成分として、研磨促進剤、界面活性剤、親水性化合物、複素環化合物、ｐＨ調整剤およびｐＨ緩衝剤から選ばれる１以上の成分を使用することができる。
本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、研磨スラリーとして使用した場合に、基板表面の平滑性を向上でき、かつ研磨速度を高くできる。そのため、本実施形態に係る異形シリカ系微粒子分散液は、研磨用組成物または研磨スラリーの成分として好適に使用できる。
なお、研磨用組成物および研磨スラリーは、さらに他の成分を含むことができる。他の成分として、研磨促進剤、界面活性剤、親水性化合物、複素環化合物、ｐＨ調整剤およびｐＨ緩衝剤から選ばれる１以上の成分を使用することができる。
【実施例】
【0047】
以下、実施例および比較例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（種粒子分散液の調製）
純水３２９ｇに、珪酸カリウム水溶液（富士化学社製２号珪酸カリの水溶液、ＳｉＯ２濃度２０．５質量％、Ｋ２Ｏ濃度９．４質量％、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比２．０４）１．０ｋｇを加え、さらに水酸化カリウム水溶液（東亜合成社製「スーパーカリＲ」ＫＯＨ濃度４８．０質量％）１５７ｇ添加し、均一になるまで攪拌した（工程（ａ））。この溶液のｐＨは１２．９で、電気伝導度は９２．３ｍＳ／ｃｍで、ＳｉＯ２濃度は１３．８質量％で、イオン強度は１．３０５であった。そして、この溶液を攪拌しながら７２℃に昇温し、８０分間保持し、加熱熟成した種粒子前駆体分散液を得た（工程（ｂ））。
次いで、この溶液の温度を保ったまま、酸性珪酸液（ＳｉＯ２濃度４．５５質量％）６．５１ｋｇを５時間かけて添加した。この種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）は、１．４４であった。添加終了後も７２℃に保持したまま、１時間攪拌を行い、その後室温になるまで放冷して、種粒子分散液を得た（工程（ｃ））。得られた種粒子分散液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、５．０であった。得られた種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、２７ｎｍであった。
［実施例１］
（種粒子分散液の調製）
純水３２９ｇに、珪酸カリウム水溶液（富士化学社製２号珪酸カリの水溶液、ＳｉＯ２濃度２０．５質量％、Ｋ２Ｏ濃度９．４質量％、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比２．０４）１．０ｋｇを加え、さらに水酸化カリウム水溶液（東亜合成社製「スーパーカリＲ」ＫＯＨ濃度４８．０質量％）１５７ｇ添加し、均一になるまで攪拌した（工程（ａ））。この溶液のｐＨは１２．９で、電気伝導度は９２．３ｍＳ／ｃｍで、ＳｉＯ２濃度は１３．８質量％で、イオン強度は１．３０５であった。そして、この溶液を攪拌しながら７２℃に昇温し、８０分間保持し、加熱熟成した種粒子前駆体分散液を得た（工程（ｂ））。
次いで、この溶液の温度を保ったまま、酸性珪酸液（ＳｉＯ２濃度４．５５質量％）６．５１ｋｇを５時間かけて添加した。この種粒子前駆体分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子前駆体分散液のシリカ量］）は、１．４４であった。添加終了後も７２℃に保持したまま、１時間攪拌を行い、その後室温になるまで放冷して、種粒子分散液を得た（工程（ｃ））。得られた種粒子分散液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、５．０であった。得られた種粒子の動的光散乱法による平均粒子径は、２７ｎｍであった。
【0048】
（異形シリカ系微粒子分散液の調製）
得られた種粒子分散液７００ｇに、純水１４４ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。この種粒子分散液において、ＳｉＯ２濃度は５．２質量％であり、イオン強度は０．３６８であった（工程（ｄ））。さらに、この種粒子分散液を攪拌しながら９７．５℃まで昇温し、３０分間９７．５℃を保持した（工程（ｅ））。次いで、９７．５℃を保持したまま、４．５５質量％の酸性珪酸液８．９６ｋｇを１２時間かけて添加した。この種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）は、９．３であった。添加終了後も９７．５℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、その後室温になるまで放冷して、異形シリカ系微粒子分散液を得た（工程（ｆ））。得られた異形シリカ系微粒子分散液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、５１．２であった。
得られた異形シリカ系微粒子分散液を、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた異形シリカ系微粒子の比表面積換算粒子径は４９ｎｍで、動的光散乱法粒子径は１２４ｎｍであった。
なお、この異形シリカ系微粒子分散液の製造方法における各条件等について、表１に示した。
得られた種粒子分散液７００ｇに、純水１４４ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。この種粒子分散液において、ＳｉＯ２濃度は５．２質量％であり、イオン強度は０．３６８であった（工程（ｄ））。さらに、この種粒子分散液を攪拌しながら９７．５℃まで昇温し、３０分間９７．５℃を保持した（工程（ｅ））。次いで、９７．５℃を保持したまま、４．５５質量％の酸性珪酸液８．９６ｋｇを１２時間かけて添加した。この種粒子分散液のシリカ量に対する酸性珪酸液のシリカ量のモル比（［酸性珪酸液のシリカ量］／［種粒子分散液のシリカ量］）は、９．３であった。添加終了後も９７．５℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、その後室温になるまで放冷して、異形シリカ系微粒子分散液を得た（工程（ｆ））。得られた異形シリカ系微粒子分散液において、アルカリ金属に対するシリカのモル数の比は、５１．２であった。
得られた異形シリカ系微粒子分散液を、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた異形シリカ系微粒子の比表面積換算粒子径は４９ｎｍで、動的光散乱法粒子径は１２４ｎｍであった。
なお、この異形シリカ系微粒子分散液の製造方法における各条件等について、表１に示した。
【0049】
［実施例２～３］
表１に示す各条件等に従い各工程を行い、異形シリカ系微粒子分散液を得た。
表１に示す各条件等に従い各工程を行い、異形シリカ系微粒子分散液を得た。
【0050】
［比較例１］
（種粒子（ａ）調製）
珪酸カリウム（ＳｉＯ２濃度２０．５質量％、Ｋ２Ｏ濃度９．３７質量％）８７．８ｇに純水１，１２７ｇを添加し、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ濃度３質量％）３１．４ｇを添加し、攪拌した後に８３℃に昇温し、８３℃にて３０分保持して前駆体分散液とした。この溶液のＳｉＯ２濃度は１．４５質量％であった。
次に、ＳｉＯ２濃度４．６質量％の酸性珪酸液１，４９４ｇを３時間かけて連続的に添加した。続いて、酸性珪酸液８，９６３ｇを１２時間かけて連続的に添加した。添加終了後、８３℃にて１時間保った後、室温まで冷却した。得られた種粒子（ａ）の動的光散乱法粒子径は３５ｎｍであった。
得られたシリカゾルを、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。
（種粒子（ａ）調製）
珪酸カリウム（ＳｉＯ２濃度２０．５質量％、Ｋ２Ｏ濃度９．３７質量％）８７．８ｇに純水１，１２７ｇを添加し、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ濃度３質量％）３１．４ｇを添加し、攪拌した後に８３℃に昇温し、８３℃にて３０分保持して前駆体分散液とした。この溶液のＳｉＯ２濃度は１．４５質量％であった。
次に、ＳｉＯ２濃度４．６質量％の酸性珪酸液１，４９４ｇを３時間かけて連続的に添加した。続いて、酸性珪酸液８，９６３ｇを１２時間かけて連続的に添加した。添加終了後、８３℃にて１時間保った後、室温まで冷却した。得られた種粒子（ａ）の動的光散乱法粒子径は３５ｎｍであった。
得られたシリカゾルを、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。
【0051】
（粒子（Ａ）の調製）
純水１，６９２ｇにＫＯＨ濃度４８.５質量％の水酸化カリウム水溶液２６．０ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。攪拌を継続しながら４．６質量％の酸性珪酸液４６０．７ｇを添加し、次いで、種粒子（ａ）３５５ｇを添加した。この溶液のＳｉＯ２濃度は６．５質量％であった。さらに、８７℃まで昇温し３０分間８７℃を保持した。次いで、８７℃を保持したまま４．６質量％の酸性珪酸液１１，３８８ｇを１４時間かけて添加した。添加終了後も８７℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、室温になるまで放冷して、粒子（Ａ）を含むシリカゾルを得た。
次に、このシリカゾを、限外ろ過膜を用いて１２質量％まで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ａ）の動的光散乱法粒子径は６４ｎｍで、比表面積換算粒子径は４３ｎｍであった。
純水１，６９２ｇにＫＯＨ濃度４８.５質量％の水酸化カリウム水溶液２６．０ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。攪拌を継続しながら４．６質量％の酸性珪酸液４６０．７ｇを添加し、次いで、種粒子（ａ）３５５ｇを添加した。この溶液のＳｉＯ２濃度は６．５質量％であった。さらに、８７℃まで昇温し３０分間８７℃を保持した。次いで、８７℃を保持したまま４．６質量％の酸性珪酸液１１，３８８ｇを１４時間かけて添加した。添加終了後も８７℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、室温になるまで放冷して、粒子（Ａ）を含むシリカゾルを得た。
次に、このシリカゾを、限外ろ過膜を用いて１２質量％まで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ａ）の動的光散乱法粒子径は６４ｎｍで、比表面積換算粒子径は４３ｎｍであった。
【0052】
［比較例２］
（粒子（Ｂ）の調製）
純水２３，１４２ｇにＫＯＨ濃度４８．５質量％の水酸化カリウム水溶液２７４．７ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。攪拌を継続しながら４．５２質量％の酸性珪酸液４，９５１ｇを添加し、次いで、比較例１の粒子（Ａ）の調製と同様にして得られたシリカゾル３，３３６．８ｇを添加した。この溶液のＳｉＯ２濃度は５．０質量％であった。さらに、９８℃まで昇温し３０分間９８℃を保持した。次いで、９８℃を保持したまま４．５２質量％の酸性珪酸液１２８．６５ｋｇを１８時間かけて添加した。添加終了後も９８℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、室温になるまで放冷して、粒子（Ｂ）を含むシリカゾルを得た。
次に、このシリカゾを、限外ろ過膜を用いて１２質量％まで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｂ）の動的光散乱法粒子径は１１０ｎｍで、比表面積換算粒子径は８０ｎｍであった。
（粒子（Ｂ）の調製）
純水２３，１４２ｇにＫＯＨ濃度４８．５質量％の水酸化カリウム水溶液２７４．７ｇを添加し、均一になるまで攪拌した。攪拌を継続しながら４．５２質量％の酸性珪酸液４，９５１ｇを添加し、次いで、比較例１の粒子（Ａ）の調製と同様にして得られたシリカゾル３，３３６．８ｇを添加した。この溶液のＳｉＯ２濃度は５．０質量％であった。さらに、９８℃まで昇温し３０分間９８℃を保持した。次いで、９８℃を保持したまま４．５２質量％の酸性珪酸液１２８．６５ｋｇを１８時間かけて添加した。添加終了後も９８℃を１時間保ったまま攪拌を継続し、室温になるまで放冷して、粒子（Ｂ）を含むシリカゾルを得た。
次に、このシリカゾを、限外ろ過膜を用いて１２質量％まで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｂ）の動的光散乱法粒子径は１１０ｎｍで、比表面積換算粒子径は８０ｎｍであった。
【0053】
［比較例３］
実施例１と同様にして得られた種粒子分散液を使用し、実施例１の工程（ｄ）において、種粒子分散液に添加する純水の量を１９０９ｇとした以外は実施例１と同様に行って、異形シリカ系微粒子分散液を得た。
得られた異形シリカ系微粒子分散液を、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた異形シリカ系微粒子の動的光散乱法粒子径は４７ｎｍで、比表面積換算粒子径は２７ｎｍであった。
実施例１と同様にして得られた種粒子分散液を使用し、実施例１の工程（ｄ）において、種粒子分散液に添加する純水の量を１９０９ｇとした以外は実施例１と同様に行って、異形シリカ系微粒子分散液を得た。
得られた異形シリカ系微粒子分散液を、限外ろ過膜を用いてシリカ濃度が１２質量％になるまで濃縮した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた異形シリカ系微粒子の動的光散乱法粒子径は４７ｎｍで、比表面積換算粒子径は２７ｎｍであった。
【0054】
［比較例４］
（粒子（Ｄ）の調製）
純水９，４８３ｇに珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２４．３質量％）３，２９４ｇを添加して均一になるまで攪拌したのち、４．５質量％の酸性珪酸液３４７ｇと濃度２０質量％のＫＣｌ（凝集剤）２５４ｇを５分間で添加して混合した（工程（ａ））。この溶液のＳｉＯ２濃度は６．１質量％であった。
次いで、これを９７℃に昇温し、９７℃で３０分間保持した。（工程（ｂ））
工程（ａ）および工程（ｂ）における攪拌羽根の回転数を２．５／ｓｅｃとした。その後、酸性珪酸液２８１．８ｋｇを１５時間かけて添加し、添加終了後も９７℃で３０分放置した。このときのレイノルズ数は、使用したタンク形状、羽根形状、羽根サイズ、分散密度、粘度から１．３６×１０５と算出された。続いて、室温まで冷却し、限外モジュールを用いて濃縮して、固形分濃度１０質量％の粒子（Ｄ）を含むシリカゾルを得た。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｄ）の動的光散乱法粒子径は１５５ｎｍで、比表面積換算粒子径は６５ｎｍであった。
（粒子（Ｄ）の調製）
純水９，４８３ｇに珪酸ナトリウム水溶液（ＳｉＯ２濃度２４．３質量％）３，２９４ｇを添加して均一になるまで攪拌したのち、４．５質量％の酸性珪酸液３４７ｇと濃度２０質量％のＫＣｌ（凝集剤）２５４ｇを５分間で添加して混合した（工程（ａ））。この溶液のＳｉＯ２濃度は６．１質量％であった。
次いで、これを９７℃に昇温し、９７℃で３０分間保持した。（工程（ｂ））
工程（ａ）および工程（ｂ）における攪拌羽根の回転数を２．５／ｓｅｃとした。その後、酸性珪酸液２８１．８ｋｇを１５時間かけて添加し、添加終了後も９７℃で３０分放置した。このときのレイノルズ数は、使用したタンク形状、羽根形状、羽根サイズ、分散密度、粘度から１．３６×１０５と算出された。続いて、室温まで冷却し、限外モジュールを用いて濃縮して、固形分濃度１０質量％の粒子（Ｄ）を含むシリカゾルを得た。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｄ）の動的光散乱法粒子径は１５５ｎｍで、比表面積換算粒子径は６５ｎｍであった。
【0055】
［比較例５］
（珪酸カリウム溶液の調製）
超純水３．６９９ｋｇに水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ濃度４８．７質量％）２．７６６ｋｇを添加し、均一になるまで攪拌した。この水酸化カリウム水溶液にシリカ粉末（含水率２０質量％）２．８２ｋｇを添加して混合した。この混合液を９５℃に昇温し、４時間保持し、珪酸カリウム溶液を得た。
得られた珪酸カリウム溶液において、ＳｉＯ２濃度は２４．５質量％であり、Ｋ２Ｏ濃度は１２．４質量％であり、ＳｉＯ２／Ｋ２Ｏ（モル比）は３．１０であった（以下、この珪酸カリウム溶液ないしそれと同等の珪酸カリウム溶液を「珪酸カリウム溶液（１）」と記す。）。
（前駆体分散液の調製）
超純水２．３４４ｋｇに珪酸カリウム溶液（１）０．８８ｋｇを添加して均一になるまで撹拌し、アルカリ水溶液を得た。このアルカリ水溶液に、酸性珪酸液０．１５ｋｇを添加して混合した。この混合液を９８．５℃に昇温し、１．３時間保持し、前駆体分散液を得た。前駆体分散液は、ＳｉＯ２濃度６．６質量％であり、ＳｉＯ２／Ａ２Ｏ（モル比）は３．２であった。
（珪酸カリウム溶液の調製）
超純水３．６９９ｋｇに水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ濃度４８．７質量％）２．７６６ｋｇを添加し、均一になるまで攪拌した。この水酸化カリウム水溶液にシリカ粉末（含水率２０質量％）２．８２ｋｇを添加して混合した。この混合液を９５℃に昇温し、４時間保持し、珪酸カリウム溶液を得た。
得られた珪酸カリウム溶液において、ＳｉＯ２濃度は２４．５質量％であり、Ｋ２Ｏ濃度は１２．４質量％であり、ＳｉＯ２／Ｋ２Ｏ（モル比）は３．１０であった（以下、この珪酸カリウム溶液ないしそれと同等の珪酸カリウム溶液を「珪酸カリウム溶液（１）」と記す。）。
（前駆体分散液の調製）
超純水２．３４４ｋｇに珪酸カリウム溶液（１）０．８８ｋｇを添加して均一になるまで撹拌し、アルカリ水溶液を得た。このアルカリ水溶液に、酸性珪酸液０．１５ｋｇを添加して混合した。この混合液を９８．５℃に昇温し、１．３時間保持し、前駆体分散液を得た。前駆体分散液は、ＳｉＯ２濃度６．６質量％であり、ＳｉＯ２／Ａ２Ｏ（モル比）は３．２であった。
【0056】
（種粒子（ｅ）の調製）
得られた前駆体粒子分散液全量に酸性珪酸液６．９７ｋｇを、９８．５℃で、４．９時間かけて添加した。添加終了後も９８．５℃で０．５時間放置し、種粒子（ｅ）の分散液を得た。
この種粒子分散液のＳｉＯ２濃度は５．２質量％でＫ２Ｏ濃度は１．１質量％であった。また、動的光散乱粒子径測定装置で測定した平均粒子径は１０５ｎｍであった。
（粒子（Ｅ）の調製）
超純水０．１１３ｋｇに珪酸カリウム溶液（１）０．００６ｋｇを添加した。これに種粒子（ｅ）を含む種粒子分散液１０．３４ｋｇを添加して混合した。この溶液のＳｉＯ２濃度は５．２質量％であった。次いで、これを９７．５℃に昇温し、０．５時間保持した。
その後、９７．５℃で、酸性珪酸液１４２．９４ｋｇを１２時間かけて添加した。添加終了後も９７．５℃で１時間放置し、続いて室温まで冷却し、粒子（Ｅ）を含むシリカ粒子分散液を得た。得られたシリカ粒子分散液において、ＳｉＯ２濃度は４．６質量％であり、Ｋ２Ｏ濃度は０．０７質量％であった。
続いて限外モジュールを用いて濃縮してＳｉＯ２濃度１１．７質量％のシリカ粒子分散液を調製した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｅ）の比表面積換算粒子径は４１ｎｍで、動的光散乱法粒子径は１３１ｎｍであった。
得られた前駆体粒子分散液全量に酸性珪酸液６．９７ｋｇを、９８．５℃で、４．９時間かけて添加した。添加終了後も９８．５℃で０．５時間放置し、種粒子（ｅ）の分散液を得た。
この種粒子分散液のＳｉＯ２濃度は５．２質量％でＫ２Ｏ濃度は１．１質量％であった。また、動的光散乱粒子径測定装置で測定した平均粒子径は１０５ｎｍであった。
（粒子（Ｅ）の調製）
超純水０．１１３ｋｇに珪酸カリウム溶液（１）０．００６ｋｇを添加した。これに種粒子（ｅ）を含む種粒子分散液１０．３４ｋｇを添加して混合した。この溶液のＳｉＯ２濃度は５．２質量％であった。次いで、これを９７．５℃に昇温し、０．５時間保持した。
その後、９７．５℃で、酸性珪酸液１４２．９４ｋｇを１２時間かけて添加した。添加終了後も９７．５℃で１時間放置し、続いて室温まで冷却し、粒子（Ｅ）を含むシリカ粒子分散液を得た。得られたシリカ粒子分散液において、ＳｉＯ２濃度は４．６質量％であり、Ｋ２Ｏ濃度は０．０７質量％であった。
続いて限外モジュールを用いて濃縮してＳｉＯ２濃度１１．７質量％のシリカ粒子分散液を調製した。次いで、ロータリーエバポレーターで２０質量％まで濃縮した。得られた粒子（Ｅ）の比表面積換算粒子径は４１ｎｍで、動的光散乱法粒子径は１３１ｎｍであった。
【0057】
［異形シリカ系微粒子分散液およびその製造方法の評価］
まず、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法における各条件等について、表１に纏めた。
また、異形シリカ系微粒子の物性測定と、異形シリカ系微粒子分散液の評価を、下記の方法により行った。得られた結果を表２に示す。なお、実施例１で得られた異形シリカ系微粒子の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。
（１）平均粒子径の測定
得られた種粒子分散液および異形シリカ系微粒子分散液の動的光散乱法による平均粒子径を測定した。また異形シリカ系微粒子分散液について、窒素吸着法により換算される平均粒子径を測定した。
まず、異形シリカ系微粒子分散液の製造方法における各条件等について、表１に纏めた。
また、異形シリカ系微粒子の物性測定と、異形シリカ系微粒子分散液の評価を、下記の方法により行った。得られた結果を表２に示す。なお、実施例１で得られた異形シリカ系微粒子の走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。
（１）平均粒子径の測定
得られた種粒子分散液および異形シリカ系微粒子分散液の動的光散乱法による平均粒子径を測定した。また異形シリカ系微粒子分散液について、窒素吸着法により換算される平均粒子径を測定した。
【0058】
（２）異形シリカ系微粒子の走査型電子顕微鏡写真による解析
（２－１）平均異形度
平均異形度は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた。具体的には、走査型電子顕微鏡写真を観察し、任意の１００個以上の粒子について各粒子に外接する外接長方形のうち、面積が最小となる最小外接長方形を求める。そして、最小外接長方形における長辺および短辺の長さを求め、短辺に対する長辺の比（［長辺］／［短辺］）を異形度とする。各粒子について異形度を算出し、これらの平均値を平均異形度として算出した。
（２－２）面積等価円平均粒子径
面積等価円粒子径とは、走査型電子顕微鏡写真を観察し、任意の１００個以上の粒子について各粒子の投影面積に等しい面積をもつ円の直径を、各粒子の粒子径としたものである。
（２－３）粒子群の平均異形度［Ａ］、［Ｂ］、および［Ｂ］／［Ａ］の値
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について粒子径分布を求めた。なお、ここでの粒子径は、面積等価円平均粒子径である。この粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度［Ａ］を求め、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度［Ｂ］を求め、さらに、［Ｂ］／［Ａ］の値を算出した。
（２－４）異形粒子率
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について各粒子の異形度を求めた。そして、全粒子に占める異形粒子率（［異形度が１．２以上の粒子の個数］／［全粒子の個数］×１００％）を算出した。
（２－５）立体構造率
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について立体構造を有する粒子の個数Ｓを求めた。そして、全粒子個数Ｔとの比、Ｔ／Ｓ×１００％を立体構造率として求めた。
（２－６）粗大粒子数
異形シリカ系微粒子分散液の粗大粒子数は、Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．社製Ａｃｃｕｓｉｚｅｒ ７８０ＡＰＳを用いて測定を行った。また測定試料を純水で１質量％に希釈調整した後、測定装置に５ｍＬを注入して、以下の条件にて測定を行い、３回測定した後、得られた測定データの０．５１μｍ以上の粗大粒子数の値の平均値を算出した。さらに平均値を１００倍して、異形シリカ系微粒子分散液のドライ換算の粗大粒子数とした。なお、測定条件は以下の通りである。
＜Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｔｕｐ＞
・Ｓｔｉｒ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ／ Ｌｏｗ Ｓｐｅｅｄ Ｆａｃｔｏｒ １５００ ／ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｆａｃｔｏｒ ２５００
＜Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｅｎｕ＞
・Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ６０ Ｓｅｃ.
・Ｓｙｒｉｎｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ ２．５ｍＬ
・Ｓａｍｐｌｅ Ｌｉｎｅ Ｎｕｍｂｅｒ：Ｓｕｍ Ｍｏｄｅ
・Ｉｎｉｔｉａｌ ２ｎｄ－Ｓｔａｇｅ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ ３５０
・Ｖｅｓｓｅｌ Ｆａｓｔ Ｆｌｕｓｈ Ｔｉｍｅ ３５ Ｓｅｃ．
・Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｌｕｓｈ Ｔｉｍｅ ／ Ｂｅｆｏｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ６０ Ｓｅｃ． ／ Ａｆｔｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ６０ Ｓｅｃ．
・Ｓａｍｐｌｅ Ｅｑｕｉｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ３０ Ｓｅｃ．／ Ｓａｍｐｌｅ Ｆｌｏｗ Ｔｉｍｅ ３０ Ｓｅｃ．
（２－１）平均異形度
平均異形度は、走査型電子顕微鏡写真を解析して求めた。具体的には、走査型電子顕微鏡写真を観察し、任意の１００個以上の粒子について各粒子に外接する外接長方形のうち、面積が最小となる最小外接長方形を求める。そして、最小外接長方形における長辺および短辺の長さを求め、短辺に対する長辺の比（［長辺］／［短辺］）を異形度とする。各粒子について異形度を算出し、これらの平均値を平均異形度として算出した。
（２－２）面積等価円平均粒子径
面積等価円粒子径とは、走査型電子顕微鏡写真を観察し、任意の１００個以上の粒子について各粒子の投影面積に等しい面積をもつ円の直径を、各粒子の粒子径としたものである。
（２－３）粒子群の平均異形度［Ａ］、［Ｂ］、および［Ｂ］／［Ａ］の値
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について粒子径分布を求めた。なお、ここでの粒子径は、面積等価円平均粒子径である。この粒子径分布において、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が０超１／１０以下の範囲の粒子の平均異形度［Ａ］を求め、粒子径の小さい側からの個数割合（［個数］／［全個数］）が９／１０超１０／１０以下の範囲の粒子の平均異形度［Ｂ］を求め、さらに、［Ｂ］／［Ａ］の値を算出した。
（２－４）異形粒子率
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について各粒子の異形度を求めた。そして、全粒子に占める異形粒子率（［異形度が１．２以上の粒子の個数］／［全粒子の個数］×１００％）を算出した。
（２－５）立体構造率
走査型電子顕微鏡写真を解析して、任意の１００個以上の粒子について立体構造を有する粒子の個数Ｓを求めた。そして、全粒子個数Ｔとの比、Ｔ／Ｓ×１００％を立体構造率として求めた。
（２－６）粗大粒子数
異形シリカ系微粒子分散液の粗大粒子数は、Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．社製Ａｃｃｕｓｉｚｅｒ ７８０ＡＰＳを用いて測定を行った。また測定試料を純水で１質量％に希釈調整した後、測定装置に５ｍＬを注入して、以下の条件にて測定を行い、３回測定した後、得られた測定データの０．５１μｍ以上の粗大粒子数の値の平均値を算出した。さらに平均値を１００倍して、異形シリカ系微粒子分散液のドライ換算の粗大粒子数とした。なお、測定条件は以下の通りである。
＜Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｅｔｕｐ＞
・Ｓｔｉｒ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ／ Ｌｏｗ Ｓｐｅｅｄ Ｆａｃｔｏｒ １５００ ／ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｆａｃｔｏｒ ２５００
＜Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｅｎｕ＞
・Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ６０ Ｓｅｃ.
・Ｓｙｒｉｎｇｅ Ｖｏｌｕｍｅ ２．５ｍＬ
・Ｓａｍｐｌｅ Ｌｉｎｅ Ｎｕｍｂｅｒ：Ｓｕｍ Ｍｏｄｅ
・Ｉｎｉｔｉａｌ ２ｎｄ－Ｓｔａｇｅ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ ３５０
・Ｖｅｓｓｅｌ Ｆａｓｔ Ｆｌｕｓｈ Ｔｉｍｅ ３５ Ｓｅｃ．
・Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｌｕｓｈ Ｔｉｍｅ ／ Ｂｅｆｏｒｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ６０ Ｓｅｃ． ／ Ａｆｔｅｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ６０ Ｓｅｃ．
・Ｓａｍｐｌｅ Ｅｑｕｉｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ ３０ Ｓｅｃ．／ Ｓａｍｐｌｅ Ｆｌｏｗ Ｔｉｍｅ ３０ Ｓｅｃ．
【0059】
（３）異形シリカ系微粒子分散液の研磨特性
（３－１）評価用の研磨スラリーの調製
異形シリカ系微粒子分散液に純水を加え、ＳｉＯ２濃度１．０質量％に調整し、さらに５％硝酸を滴下し、ｐＨを６．０に調整して、評価用の研磨スラリーとした。
（３－２）ＴＥＯＳ膜研磨速度
研磨装置は、ナノファクター社製ＮＦ－３００を用い、研磨パッドはＩＣ－１０００／ＳＵＢＡ４００の２層パッドを用いた。基板は８インチのプラズマＴＥＯＳ膜（膜厚２μｍ）を２９ｍｍ角にカットしたものを用いた。研磨荷重は０．０８ＭＰａで、回転数ヘッドとプラテンの回転数は、それぞれ９３ｒｐｍ、８７ｒｐｍとし、スラリー流量５０ｇ／ｍｉｎで１５分間研磨を行った。研磨膜厚は、研磨前後の基板重量差を研磨膜厚として算出した。
（３－１）評価用の研磨スラリーの調製
異形シリカ系微粒子分散液に純水を加え、ＳｉＯ２濃度１．０質量％に調整し、さらに５％硝酸を滴下し、ｐＨを６．０に調整して、評価用の研磨スラリーとした。
（３－２）ＴＥＯＳ膜研磨速度
研磨装置は、ナノファクター社製ＮＦ－３００を用い、研磨パッドはＩＣ－１０００／ＳＵＢＡ４００の２層パッドを用いた。基板は８インチのプラズマＴＥＯＳ膜（膜厚２μｍ）を２９ｍｍ角にカットしたものを用いた。研磨荷重は０．０８ＭＰａで、回転数ヘッドとプラテンの回転数は、それぞれ９３ｒｐｍ、８７ｒｐｍとし、スラリー流量５０ｇ／ｍｉｎで１５分間研磨を行った。研磨膜厚は、研磨前後の基板重量差を研磨膜厚として算出した。
【0060】
（３－３）研磨傷
［研磨試験］
・被研磨基板
被研磨基板として、ハードディスク用ニッケルメッキしたアルミ基板（東洋鋼鈑社製ニッケルメッキサブストレート）を使用した。本基板はドーナツ形状の基板である（外径９５ｍｍφ、内径２５ｍｍφ、厚さ１．２７ｍｍ）。
・研磨試験
９質量％のシリカ系粒子分散液３４４ｇを作製し、これに３１質量％過酸化水素水を５．６５ｇ加えた後に１０質量％硝酸にてｐＨを１．５に調整して研磨スラリーを作製した。
上記被研磨基板を研磨装置（ナノファクター社製：ＮＦ３００）にセットし、研磨パッド（ＦＩＬＷＥＬ社製「ベラトリックスＮＯ１７８」）を使用し、基板荷重０．０５ＭＰａ、定盤回転数５０ｒｐｍ、ヘッド回転数５０ｒｐｍで、研磨スラリーを４０ｇ／分の速度で供給しながら１μｍ研磨を行った。
・基板の研磨傷
研磨試験により得られた研磨基板を、超微細欠陥・可視化マクロ装置（ＶＩＳＩＯＮ ＰＳＹＴＥＣ社製、製品名：Ｍａｉｃｒｏ―Ｍａｘ ＶＭＸ－３１００）を使用し、観察条件はＭＭＥ－２５０Ｗの白色光を１０％に調整し、ＬＡ－１８０Ｍｅは０％にて観察した。
この観察では、基板表面にスクラッチ等で欠陥が存在すると白色光が乱反射され、欠陥部分が白く観察される。一方、欠陥が無い部分は白色光が正反射され、全面が黒く観察される。このように観察を行い、基板表面に存在するスクラッチ（線状痕）等によって生じる欠陥の面積（基板が白く観察される面積）を、次の基準に従って評価した。
「非常に少ない」：欠陥の面積が、３％未満である。
「少ない」：欠陥の面積が、３％以上、２０％未満である。
「多い」：欠陥の面積が、２０％以上、４０％未満である。
「非常に多い」：欠陥の面積が、４０％以上である。
［研磨試験］
・被研磨基板
被研磨基板として、ハードディスク用ニッケルメッキしたアルミ基板（東洋鋼鈑社製ニッケルメッキサブストレート）を使用した。本基板はドーナツ形状の基板である（外径９５ｍｍφ、内径２５ｍｍφ、厚さ１．２７ｍｍ）。
・研磨試験
９質量％のシリカ系粒子分散液３４４ｇを作製し、これに３１質量％過酸化水素水を５．６５ｇ加えた後に１０質量％硝酸にてｐＨを１．５に調整して研磨スラリーを作製した。
上記被研磨基板を研磨装置（ナノファクター社製：ＮＦ３００）にセットし、研磨パッド（ＦＩＬＷＥＬ社製「ベラトリックスＮＯ１７８」）を使用し、基板荷重０．０５ＭＰａ、定盤回転数５０ｒｐｍ、ヘッド回転数５０ｒｐｍで、研磨スラリーを４０ｇ／分の速度で供給しながら１μｍ研磨を行った。
・基板の研磨傷
研磨試験により得られた研磨基板を、超微細欠陥・可視化マクロ装置（ＶＩＳＩＯＮ ＰＳＹＴＥＣ社製、製品名：Ｍａｉｃｒｏ―Ｍａｘ ＶＭＸ－３１００）を使用し、観察条件はＭＭＥ－２５０Ｗの白色光を１０％に調整し、ＬＡ－１８０Ｍｅは０％にて観察した。
この観察では、基板表面にスクラッチ等で欠陥が存在すると白色光が乱反射され、欠陥部分が白く観察される。一方、欠陥が無い部分は白色光が正反射され、全面が黒く観察される。このように観察を行い、基板表面に存在するスクラッチ（線状痕）等によって生じる欠陥の面積（基板が白く観察される面積）を、次の基準に従って評価した。
「非常に少ない」：欠陥の面積が、３％未満である。
「少ない」：欠陥の面積が、３％以上、２０％未満である。
「多い」：欠陥の面積が、２０％以上、４０％未満である。
「非常に多い」：欠陥の面積が、４０％以上である。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【図1】
