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JP6803823B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

本発明は、半導体デバイス製造等に使用される研磨剤として好適なセリア系複合微粒子分散液に関し、特に基板上に形成された被研磨膜を、化学機械的研磨（ケミカルメカニカルポリッシング：ＣＭＰ）で平坦化するためのセリア系複合微粒子分散液、その製造方法及びセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液に関する。
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。
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。
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。
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。
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。
さらに、特許文献２には、非晶質のシリカ粒子Ａの表面に、ジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた１種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Ｂを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。また、好ましい態様として、非晶質のシリカ粒子Ａの表面に、アルミニウム等の元素を含む非晶質の酸化物層であって、非晶質のシリカ層とは異なる非晶質の酸化物層Ｃを有し、さらに、その上にジルコニウム、チタニウム、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタニウム、ストロンチウムより選ばれた１種以上の元素を含む結晶質の酸化物層Ｂを有することを特徴とするシリカ系複合粒子が記載されている。そして、このようなシリカ系複合粒子は、非晶質のシリカ粒子Ａの表面に、結晶質の酸化物層Ｂを有するために、研磨速度を向上させることができ、かつ、シリカ粒子に前処理をすることにより、焼成時に粒子同士の焼結が抑制され研磨スラリー中での分散性を向上させることができ、さらに、酸化セリウムを含まない、あるいは酸化セリウムの使用量を大幅に低減することができるので、安価であって研磨性能の高い研磨材を提供することができると記載されている。また、シリカ系粒子Ａと酸化物層Ｂの間にさらに非晶質の酸化物層Ｃを有するものは、粒子の焼結抑制効果と研磨速度を向上させる効果に特に優れると記載されている。
特許第２,７４６,８６１号公報 特開２０１３−１１９１３１号公報
Ｓｅｕｎｇ−Ｈｏ Ｌｅｅ， Ｚｈｅｎｙｕ Ｌｕ， Ｓ．Ｖ．Ｂａｂｕ ａｎｄ Ｅｇｏｎ Ｍａｔｉｊｅｖｉｃ、"Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄｅ ｆｉｌｍｓ ｕｓｉｎｇ ｓｉｌｉｃａ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｏａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｃｅｒｉａ"、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｖｏｌｕｍｅ １７、Ｉｓｓｕｅ １０、２００２、ｐｐ２７４４−２７４９
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。
また、非特許文献１に記載のセリアコートシリカは焼成していないため、現実の研磨速度は低いと考えられ、また、シリカ粒子と固着一体化していないため、容易に脱落し、研磨速度の低下や、研摩の安定性を欠き、研磨基材の表面への粒子の残留も懸念される。
さらに、特許文献２に記載の酸化物層Ｃを有する態様のシリカ系複合粒子を用いて研磨すると、アルミニウム等の不純物が半導体デバイスの表面に残留し、半導体デバイスへ悪影響を及ぼすこともあることを、本発明者は見出した。
また、これら文献に記載されているセリア粒子は母粒子上に付着されたものであり、強く固着されていないので母粒子から脱落しやすい。
さらに、特許文献２の記載の真球状のシリカ母粒子上に結晶性セリア粒子を形成した砥粒を用いて研磨すると、セリア粒子の研摩時の機械的作用と同時に起こる化学的な反応によりシリカ膜の研磨速度は高いものの、高い圧力条件下では、セリア結晶が脱落や磨減、崩壊により、基板とセリアの接触面積が低下し、研磨速度が低くなる恐れがある。
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、シリカ膜、Ｓｉウェハや難加工材であっても高速で研磨することができ、同時に高面精度（低スクラッチ、基板上の砥粒残が少ない、基板Ｒａ値の良化等）を達成でき、さらに不純物を含まない場合、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができるセリア系複合微粒子分散液、その製造方法及びセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を提供することを目的とする。
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）〜（１７）である。
（１）下記［１］から［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
［１］前記セリア系複合微粒子は、核粒子からなる母粒子と、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、前記核粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
［２］前記子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）が１４〜４０％であること。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
（２）下記［６］の特徴をさらに備える前記セリア系複合微粒子を含む、上記（１）に記載のセリア系複合微粒子分散液。
［６］前記子粒子が含む結晶性セリアにケイ素原子が固溶していること。
（３）前記子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム―ケイ素原子間距離をＲ1とし、セリウム―セリウム原子間距離をＲ2としたときに、Ｒ1＜Ｒ2の関係を満たす、上記（２）に記載のセリア系複合微粒子分散液。
（４）０．５１μｍ以上の粗大粒子となっている前記セリア系複合微粒子の数が、ドライ換算で１００百万個／ｃｃ以下である、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
（５）前記セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の（ａ）及び（ｂ）のとおりであることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
（ａ）Ｎａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＺｎの含有率が、それぞれ１００ｐｐｍ以下。
（ｂ）Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率が、それぞれ５ｐｐｍ以下。
（６）前記母粒子が、核粒子およびその表面上の突起からなり、前記突起はシリカを主成分とする、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。
（７）前記母粒子に含まれる突起の幅が５〜２５ｎｍの範囲にあることを特徴とする、上記（６）に記載のセリア系複合微粒子分散液。
（８）カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式（１）で表される流動電位変化量（ΔＰＣＤ）と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量（Ｖ）との比（ΔＰＣＤ／Ｖ）が−１１０．０〜−１５．０となる流動電位曲線が得られる、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
ΔＰＣＤ／Ｖ＝（Ｉ−Ｃ）／Ｖ・・・式（１）
Ｃ：前記クニックにおける流動電位（ｍＶ）
Ｉ：前記流動電位曲線の開始点における流動電位（ｍＶ）
Ｖ：前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量（ｍｌ）
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
（１０）前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする上記（９）に記載の研磨用砥粒分散液。
（１１）下記の工程１〜工程３を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
工程１：シリカ系微粒子が溶媒に分散しているシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程２：前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、９５０〜１,２００℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、ｐＨ８．６〜１０．８の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程３：前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
（１２）前記工程１が、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を２０℃超９８℃以下、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、上記（１１）に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
（１３）前記工程１が、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を２０℃超９８℃以下、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、上記（１１）または（１２）に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
（１４）前記工程１における前記シリカ系微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の（ａ）及び（ｂ）のとおりであることを特徴とする上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
（ａ）Ｎａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＺｎの含有率が、それぞれ１００ｐｐｍ以下。
（ｂ）Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率が、それぞれ５ｐｐｍ以下。
（１５）前記工程１が、表面に幅５〜２５ｎｍの突起を有する前記シリカ系微粒子が溶媒に分散してなる前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を３〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程であり、上記（６）または（７）に記載のセリア系複合微粒子分散液が得られる、上記（１１）〜（１４）のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
（１６）下記［１］、［３］、［４］および［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
［１］前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
（１７）下記［１］および［３］から［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
［１］前記セリア系複合微粒子は、核粒子およびその表面上の突起からなる母粒子と、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、前記核粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記突起は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。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
本発明のセリア系複合微粒子分散液を、例えば、研磨用砥粒分散液として研磨用途に使用した場合、対象がシリカ膜、Ｓｉウェハなどを含む難加工材であっても、高速で研磨することができ、同時に高面精度（低スクラッチ、被研磨基板の表面粗さ（Ｒａ）が低いこと等）を達成することができる。本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法は、このような優れた性能を示すセリア系複合微粒子分散液を効率的に製造する方法を提供するものである。
本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法においては、セリア系複合微粒子に含まれる不純物を著しく低減させ、高純度化させることも可能である。本発明のセリア系複合微粒子分散液の製造方法の好適態様によって得られる、高純度化されたセリア系複合微粒子分散液は、不純物を含まないため、半導体基板、配線基板などの半導体デバイスの表面の研磨に好ましく用いることができる。
また、本発明のセリア系複合微粒子分散液は、研磨用砥粒分散液として使用した場合、半導体デバイス表面の平坦化に有効であり、特にはシリカ絶縁膜が形成された基板の研磨に好適である。
本発明の複合微粒子の断面の模式図である。 本発明の複合微粒子に含まれる一態様の断面の模式図である。 本発明の複合微粒子に含まれる一態様における母粒子の断面の模式図である。 図４（ａ）は実施例２の複合微粒子のＳＥＭ像であり、図４（ｂ）は実施例２の複合微粒子のＴＥＭ像である。 実施例２のＸ線回折パターンである。 図６（ａ）は実施例３の複合微粒子のＳＥＭ像であり、図６（ｂ）は実施例３の複合微粒子のＴＥＭ像である。 実施例３のＸ線回折パターンである。 比較例１のＸ線回折パターンである。
本発明について説明する。
本発明は、下記［１］、［３］、［４］および［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液である。
［１］前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
上記［１］、［３］、［４］および［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を、以下では「本発明の複合微粒子」ともいう。
また、このようなセリア系複合微粒子分散液を、以下では「本発明の分散液」ともいう。
本発明の複合微粒子は、さらに下記［２］を備え、加えて前記母粒子が核粒子からなるものであることが好ましい。
すなわち、本発明の複合微粒子は、下記［１ａ］および［２］から［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液であることが好ましい。
［１ａ］前記セリア系複合微粒子は、核粒子からなる母粒子と、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、前記核粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
［２］前記子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）が１４〜４０％であること。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
また、本発明の複合微粒子は、前記母粒子が核粒子およびその表面上の突起からなるものであり、加えて、前記突起がシリカを主成分とするものであることが好ましい。
すなわち、本発明の複合微粒子は、下記［１ｂ］および［３］から［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液であることが好ましい。
［１ｂ］前記セリア系複合微粒子は、核粒子およびその表面上の突起からなる母粒子と、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、前記核粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記突起は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。
［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
上記［１ａ］および［１ｂ］はいずれも［１］の下位概念である。
また、本発明は、下記の工程１〜工程３を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法である。
工程１：シリカ系微粒子が溶媒に分散しているシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
工程２：前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、９５０〜１,２００℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、ｐＨ８．６〜１０．８の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
工程３：前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
なお、相対遠心加速度とは、地球の重力加速度を１Ｇとして、その比で表したものである。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
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。
以下において、単に「本発明」と記した場合、本発明の分散液、本発明の複合微粒子及び本発明の製造方法のいずれをも意味するものとする。
＜本発明の複合微粒子＞
本発明の複合微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子は図１に例示する構造を備えている。図１（ａ）および図１（ｂ）は共に本発明の複合微粒子の断面の模式図である。図１（ａ）は、子粒子の一部が外部に露出しているタイプであり、図１（ｂ）は、全ての子粒子が外部に露出していない、埋没タイプである。
図１に示すように、本発明の複合微粒子２０は、母粒子１０と、母粒子１０の表面上のセリウム含有シリカ層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。
本発明の複合微粒子は図２に例示する構造を備えていてもよい。図２は、本発明の複合微粒子に含まれる１つの態様の概略断面図（模式図）である。図２に示すように、本発明の複合微粒子２０は、核粒子１０ａおよびその表面上の突起１０ｂからなる母粒子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１および図２中の▲は、後述するＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行う測定点Ｘ〜Ｚの例示である。
本発明の複合微粒子においてセリウム含有シリカ層が形成される機構およびそのセリウム含有シリカ層の内部に子粒子が分散して存在することになる機構について、本発明者は以下のように推定している。
例えば、正珪酸四エチル（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）にアンモニアを添加し、加水分解・縮重合の操作を行うことで得たシリカ系微粒子分散液（シリカゾル）あるいは水硝子の中和、脱塩、脱不純物の操作を行うことで得たシリカ系微粒子分散液に、セリウム塩の溶解液を添加しながら、並行してアルカリを添加すると、セリウム塩の溶解液が中和される。そうすると、シリカ系微粒子の表面のシラノール基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物（水酸化セリウム等）とが反応し、一例として、Ｃｅ（ＯＨ）・Ｓｉ（ＯＨ）様の化合物を経由して、シリカ系微粒子の表面にＣｅＯ2・ＳｉＯ2・ＳｉＯＨ等およびＣｅＯ2超微粒子（粒径が２．５ｎｍ以上、１０ｎｍ未満の範囲）を含む層（以下「ＣｅＯ2超微粒子含有層」ともいい、ＣｅＯ2超微粒子とセリウムシリケート層からなる層）が形成される。シリカ系微粒子の表面に形成されるＣｅＯ2超微粒子は焼成工程においてセリウムシリケート層から、分相したセリウム原子がＣｅＯ2超微粒子に沈着してセリアが粒子成長する。必要とする研磨速度を達成するためのセリア粒子の結晶の大きさ（１０〜２５ｎｍ）とするためには、調合で得た結晶子径が２．５ｎｍ未満であるとより高温焼成が必要とされる。しかし、高温で処理されると分相で生じたシリカが接着剤となって、当該発明の単結晶性セリア被覆複合粒子を、後工程における解砕によって得ることができない。
調合工程で２．５ｎｍ以上のＣｅＯ2超微粒子を得るためには、シリカとの反応を抑制するため、セリウム塩を添加する際のシリカ系微粒子分散液の温度は２０℃以下であることが好ましい。この際、一部のＣｅＯ2超微粒子は調合中の酸化還元電位を所定範囲に保つことにより、加熱・熟成がなくとも既に結晶化している。一方、２０℃以上の温度で調合した後、液相において加熱処理・熟成しても、ＣｅＯ2超微粒子は２．５ｎｍ以上に成長せず、また結晶化も生じ難い傾向にある。
前記ＣｅＯ2超微粒子含有層は、シリカ系微粒子表面のシラノール基と、セリウム塩の溶解液の中和による生成物（水酸化セリウム等）との反応によりシリカ系微粒子の表面が溶出し、これに（吹き込んだエアー等に由来する）酸素等が影響して、固化して形成されたものと推定される。
そして、その後、乾燥し、９５０〜１２００℃程度で焼成すると、前記ＣｅＯ2超微粒子含有層の内部に存在している、粒径が２．５ｎｍ以上、１０ｎｍ未満のＣｅＯ2超微粒子が、セリウムシリケート層内に存在しているセリウム原子を取り込んで粒径を成長させ、最終的には平均結晶子径が１０〜２５ｎｍ程度にまで成長した結晶性セリア粒子（セリア子粒子）となる。またセリウムシリケート層（例えばＣｅＯ2・ＳｉＯ2・ＳｉＯＨ）は、熱分解や熱拡散等によりセリウム含有シリカ層となる。そのため、結晶性セリア粒子はセリウム含有シリカ層内で分散した状態で存在することとなる。また、このような機構によって形成された結晶性セリア粒子（子粒子）は粒子どうしの合着が生じ難い。なお、セリウムシリケート層に含まれるセリウムの一部は結晶性セリア粒子になりきれず残存するため、セリウム含有シリカ層が形成される。
なお、調合温度が２０℃超でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合は、水酸化セリウム等とシリカ系微粒子との反応性が増し、シリカ系微粒子の溶出量が著しく増し、調合後のシリカ系微粒子は、例えば粒子径は１／２程度、体積は８０〜９０％減少する。そして溶解したシリカはＣｅＯ2超微粒子含有層に含まれ、前述の例の場合、ＣｅＯ2超微粒子含有層の組成はシリカ濃度が約４割、セリア濃度が約６割となり、ＣｅＯ2超微粒子含有層のシリカの割合が増える。そして焼成によりセリア子粒子を１０〜２５ｎｍに結晶成長させた際に、セリウムシリケート層から分相したセリウム原子がセリア子粒子に沈着・成長し、セリウム原子の分相（拡散）により結果的に生成したシリカがセリア粒子を被覆することになり、母粒子シリカに固着して、セリア子粒子がシリカ被膜で覆われた形態となる。この時に、焼成温度が高いとセリアで被覆された母粒子を被覆したシリカが接着剤となって、粒子の合着を促進するため、後工程の解砕で単分散状態に解砕することができない。焼成温度が低いと解砕は容易になるが、セリア粒子が成長しないので研磨速度が得られない。
さらに、調合温度が２０℃超でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合、調合後の結晶子径は２．５ｎｍ以下と小さくなり、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためには、セリウムシリケート層からより多くのセリウム原子の拡散が必要となり、結果的にセリウムシリケート層中のシリカ濃度が高まり、子粒子を覆うシリカ被膜が増大する傾向が強まる。
シリカ系微粒子分散液とセリウムの金属塩の反応時の調合温度が０〜２０℃でかつ酸化還元電位を所定範囲に保った場合は水酸化セリウム等とシリカ系微粒子との反応性が抑制され、シリカ系微粒子があまり溶解せず、調合後のシリカ系微粒子は、例えば粒子径は１〜５％程度、体積は３〜１５％程度の減少に抑えられる。そのため前述の例の場合、ＣｅＯ2超微粒子含有層の組成はシリカ濃度が約１割、セリア濃度が約９割になり、ＣｅＯ2超微粒子含有層のセリアの割合が増加し、焼成後にセリウム含有シリカ層が形成される。また調合後のセリアの結晶サイズは２．５ｎｍ以上、１０ｎｍ未満（一例として６〜８ｎｍ）程度となるため、焼成により所定サイズにセリア子粒子を結晶成長させるためのセリウム原子の拡散量が少なくてよく、結果的にセリウムシリケート層中に多くセリウムが残存し、低温焼成で結晶成長がおきて、１０〜２５ｎｍのセリア粒子が得られる。従って、０〜２０℃で調合した場合は、母粒子表面上にセリウム含有シリカ層が形成され、この層内にセリア子粒子が分散した形態となる。
また調合段階で、セリア粒子が１０ｎｍ以上となるとセリア粒子どうしの合着がおきて、母粒子表面に均一なセリア粒子が単分散配列しないので、優れた研磨特性が得られない。
また本発明の複合微粒子に含まれるシリカ系微粒子は、原料であるシリカ系微粒子の形状に関わらず、その断面は、大略、突起を有する形状になりやすい。調合により形成されたセリウムシリケート層は、焼成によってセリウム原子が拡散するが、その多くはセリウム原子が残存したセリウム含有シリカ層となる。一方で、セリウム原子がほぼ拡散しきった結果、セリウム濃度が著しく低くなった領域（シリカ）も生じる。この領域は、必然的にセリア子粒子とセリア子粒子の間に形成されやすく、また母粒子または核粒子と一体化して、突起となる。そのため複合微粒子に含まれる母粒子は、結果的に突起を有する形状となりやすい。
図１および図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上記のような機構によって形成されると推測されるため、実際のところは、これらは一体となって存在しており、ＳＴＥＭ／ＳＥＭ像におけるコントラストあるいはＥＤＳ分析以外では、母粒子１０、セリウム含有シリカ層１２および子粒子１４を明確に区別することは難しい。
ただし、本発明の複合微粒子の断面についてＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、ＣｅとＳｉの元素濃度を測定すると、図１および図２に示した構造であることを確認することができる。
すなわち、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）によって特定した箇所に電子ビームを選択的に照射するＥＤＳ分析を行い、図１および図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。
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。
本発明の複合微粒子は図１および図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）を有していることが多い。
＜核粒子＞
核粒子について説明する。
本発明の複合微粒子における核粒子は、母粒子に含まれる。また、母粒子は核粒子からなるもの、すなわち、母粒子は核粒子であってもよい。また、核粒子の表面上に突起が形成されたものが母粒子であってもよい。
核粒子は非晶質シリカを主成分とするものであり、通常はシリカ系微粒子である。シリカ系微粒子は球状で粒子径が揃ったものを調製し易く、また、多様な粒子径のものを調製することができるので好ましく用いることができる。
核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、核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、核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、核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、核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、核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、核粒子が非晶質シリカを主成分とするものとする。
核粒子の平均粒子径は、後述する母粒子よりも突起の分だけ小さい値となる。その平均粒子径の測定方法は、後述する母粒子の平均粒子径の測定方法と同様とする。
核粒子は、平均粒子径が揃ったものであることが好ましい。
核粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、俵状、短繊維状、四面体状（三角錐型）、六面体状、八面体状、板状、不定形、多孔質状のものであってよい。
核粒子は球状のものであってもよい。球状とは、全ての核粒子に占める短径／長径比が０．８以下の粒子の個数比率が１０％以下のものとする。核粒子は、全ての核粒子に占める短径／長径比が０．８以下の粒子の個数比率が５％以下のものであることがより好ましく、０％のものであることがさらに好ましい。
短径／長径比は、後述する本発明の複合微粒子の短径／長径比の測定方法（画像解析法）と同様の方法で測定する。このような球状で平均粒子径が揃った核粒子上にシリカを主成分とする突起を形成した場合、母粒子も平均粒子径が揃ったものを得やすい。
＜突起＞
突起について説明する。
本発明の複合微粒子における突起は、母粒子に含まれる。ただし、母粒子は突起を含まなくてもよい。すなわち、母粒子は核粒子のみからなるものであってもよい。核粒子の表面上に突起が形成されたものが母粒子であってもよい。
突起は核粒子の表面に結合しているものであることが好ましい。
本発明の複合微粒子における突起について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の複合微粒子における母粒子の断面の模式図である。前述のように、ＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行って得られる元素マップにおいてＣｅモル濃度とＳｉモル濃度の合計に対するＣｅモル濃度の比（百分率）（Ｃｅ／（Ｃｅ＋Ｓｉ）×１００）が３％となるラインを求めると、図３に示すような形状の母粒子の輪郭を得ることができる。そして、突起を表す曲線の始点および終点を点Ａおよび点Ｂとすると、曲線ＡＢとして示されている部分の長さが、母粒子の外形を投影した輪郭に内接する最大の円の円周長さの４分の１を超えない。
また、突起は、本発明の複合微粒子の粒子径に比べて十分に小さい高さ及び幅を有する。
１つの突起の幅は、図３に示した点Ａと点Ｂとの直線距離を意味するものとする。
そして、母粒子の突起の幅は、任意の５０個の突起について点Ａと点Ｂとの直線距離を測定し、それらを単純平均した値を意味するものとする。
１つの突起の高さは、図３に示すように、直線ＡＢと直交する線分ＣＤの長さであって最長のものを意味するものとする。
そして母粒子の突起の高さは、任意の５０個の突起について、その高さ（直線ＡＢと直交する線分ＣＤの長さであって最長のもの）を測定し、それらを単純平均した値を意味するものとする。
突起の形状は特に限定されず、四面体状、球状などの粒子状であってもよい。
また、結晶でも非晶質でもゲル状物が核粒子の表面に付着して突起を形成していても良い。ここで母粒子の表面の突起は核粒子の表面に結合していることが好ましい。
核粒子の表面上に子粒子を形成することで、このような突起もしくは平滑でない面を備えていれば、子粒子の段差（核粒子の中心から各子粒子の最外面を結ぶ距離の違い）が生じるからである。
突起の幅は、５〜２５ｎｍであることが好ましい。突起の幅が２５ｎｍ以上であると子粒子が突起に埋もれた状態になりやすく、この場合、研摩効果が弱まる傾向がある。また、５ｎｍ以下では突起による効果が低くなる傾向がある。
突起の高さは、格別に制限されるものではなく、核粒子の表面より高ければ構わないが、好ましくは５〜２５ｎｍの範囲が推奨される。
突起は、その主成分がシリカであることが好ましい。
また「主成分」とは、含有率が９０質量％以上であることを意味する。すなわち、突起におけるシリカの含有率は９０質量％以上である。この含有率は９５質量％以上であることが好ましく、９８質量％以上であることがより好ましく、９９．５質量％以上であることがより好ましい。
以下に示す本発明の説明において「主成分」の文言は、特に説明がない限り、このような意味で用いるものとする。
突起の主成分がシリカであることは、突起に対するＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行って得られる元素マップにおいて、Ｓｉの成分の存在を分析することで確認できる。
＜母粒子＞
母粒子について説明する。
本発明の複合微粒子における母粒子は核粒子を含み、核粒子のみからなってもよい。
母粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、俵状、短繊維状、繭型、四面体状（三角錐型）、六面体状、八面体状、板状、不定形、多孔質状、オコシ状、金平糖状、ラズベリー状（球状粒子又は略球状粒子の表面に突起部ないしは粒状の部位が点在している状態）のものであってよい。
母粒子は球状のものであってもよい。球状とは、前述の短径（ＤＳ）／長径（ＤＬ）の比が０．８以下の粒子個数比が１０％以下であることを意味するものとする。ここで粒子個数比は、５０個の母粒子について測定して求めるものとする。母粒子は、短径／長径比が０．８以下の粒子個数比が５％以下のものであることがより好ましく、０％のものであることがさらに好ましい。
本発明の複合微粒子における母粒子が核粒子およびその表面上の突起からなる場合、その外見形状は、オコシ状、金平糖状またはラズベリー状（球状粒子又は略球状粒子の表面に突起部ないしは粒状の部位が点在してなる）とのもの考えられる。
なお、原料に用いたシリカ系微粒子がどのような形状であっても、本発明の複合微粒子のシリカ母粒子の断面は、オコシ状、金平糖状、ラズベリー状などの突起を有する形状になりやすい。
前述の通り、本発明の複合微粒子についてＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、図１に示した本発明の複合微粒子の断面におけるＣｅとＳｉの元素濃度を測定した場合に、母粒子はＣｅモル濃度とＳｉモル濃度の合計に対する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。
後述のとおり本発明の複合微粒子の平均粒子径は５０〜３５０ｎｍの範囲にあるので、その母粒子の平均粒子径は必然的に３５０ｎｍより小さい値となる。なお、本願において母粒子の平均粒子径は、後述する本発明の製造方法が含む工程１で使用するシリカ系微粒子分散液に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径と同様の範囲とする。この母粒子の平均粒子径が３０〜３３０ｎｍの範囲である本発明の複合微粒子が好適に使用される。
平均粒子径が３０〜３３０ｎｍの範囲にある母粒子を原料として用いて得られる本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨に伴うスクラッチの発生が少なくなる。母粒子の平均粒子径が３０ｎｍ未満の場合、その様な母粒子を用いて得られた分散液を研磨剤として用いると、研磨レートが実用的な水準に達さない傾向がある。また、母粒子の平均粒子径が３３０ｎｍを超える場合も同じく研磨レートが実用的な水準に達さない傾向があり、研磨対象の基板の面精度低下を招く傾向もある。なお、母粒子は、単分散性を示すものがより好ましい。
母粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析によって８０万倍で観察し、Ｃｅモル濃度とＳｉモル濃度との合計に対するＣｅモル濃度の比（百分率）（Ｃｅ／（Ｃｅ＋Ｓｉ）×１００）が３％となるラインを特定することで母粒子を特定する。次に、その母粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径（ＤＬ）とする。また、長軸上にて長軸を２等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる２点を求め、同２点間の距離を測定し短径（ＤＳ）とする。そして、長径（ＤＬ）と短径（ＤＳ）との幾何平均値を求め、これをその母粒子の粒子径とする。
このようにして５０個の母粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値を平均粒子径とする。
母粒子は核粒子と突起とからなる場合、核粒子は非晶質シリカを主成分とするが、突起に対する核粒子の質量が格段に大きいため、母粒子は非晶質シリカを主成分とすることになる。
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く、１０００ｐｐｍ以下であることが望ましく、１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。さらに５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、１ｐｐｍ以下であることがよりいっそう好ましい。また、前記母粒子におけるＵ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの各元素（以下、「特定不純物群２」と称する場合がある）の含有率は、それぞれ５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
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系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系微粒子）に含まれる固形分の質量に対する測定対象物（特定不純物群１または特定不純物群２）の重量の比（百分率）の値を意味するものとする。なお、母粒子の不純分は、汚染等による混入が無ければ、シリカ系微粒子の不純分と概ね一致する。
一般に水硝子を原料として調製したシリカ系微粒子またはシリカ微粒子は、原料水硝子に由来する前記特定不純物群１と前記特定不純物群２を合計で数千ｐｐｍ程度含有する。
このようなシリカ系微粒子またはシリカ微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、イオン交換処理を行って前記特定不純物群１と前記特定不純物群２の含有率を下げることは可能であるが、その場合でも前記特定不純物群１と前記特定不純物群２が合計で数ｐｐｍから数百ｐｐｍ残留する。そのため水硝子を原料としたシリカ系微粒子またはシリカ微粒子を用いる場合は、酸処理等で不純物を低減させることも行われている。
これに対し、アルコキシシランを原料として合成したシリカ系微粒子またはシリカ微粒子が溶媒に分散してなる分散液の場合、通常、前記特定不純物群１における各元素の含有率は、それぞれ１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、前記特定不純物群２における各元素と各陰イオンの含有率は、それぞれ２０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
なお、本発明において、母粒子（または核粒子）におけるＮａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの各々の含有率は、それぞれ次の方法を用いて測定して求めた値とする。
・Ｎａ及びＫ：原子吸光分光分析
・Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、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
＜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。
また、本発明の複合微粒子における母粒子は核粒子を含み、核粒子のみからなってもよいが、本発明の複合微粒子における母粒子が核粒子およびその表面上の突起からなる場合、セリア子粒子は、次の（ａ）、（ｂ）または（ｃ）の形態が主として存在する。
（ａ）母粒子の突起に子粒子が、セリウム含有シリカ層の一部を介して、結合した形態。
（ｂ）母粒子の突起と突起でない部分との両方に子粒子が、セリウム含有シリカ層の一部を介して、結合した形態。
（ｃ）母粒子の突起でない部分に子粒子が、セリウム含有シリカ層の一部を介して結合した形態
これら（ａ）、（ｂ）または（ｃ）の形態が同時に存在していることが望ましい。なぜならば、本発明の分散液を研磨用砥粒分散液として使用した場合、母粒子が段差を有しているため、研磨時は最初に（ａ）の形態の子粒子が、研磨対象の基板と接触して研磨が行われる。仮に（ａ）の形態の子粒子が研磨圧力により外れや磨滅、破壊が生じても次に（ｂ）、そして（ｃ）の形態のセリア子粒子が研磨対象の基板と接触し、接触面積を高く保つことができるため、効率よく研磨速度が安定した研磨が行われるからである。
後述する本発明の製造方法によると、これら（ａ）、（ｂ）または（ｃ）の形態の子粒子が同時に存在している本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすい。
また、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く、突起あるいは平滑でない形状が形成された母粒子に起因したセリア子粒子の段差が生じていてもよい。
前記セリア子粒子は、前記セリウム含有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。
前述の通り、本発明の複合微粒子についてＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、図１および図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。
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、該子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）が１４〜４０％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。
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１４〜４０％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。
本発明において、子粒子の粒子径分布は、次のように測定するものとする。
初めに本発明の複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析によって８０万倍で観察し、Ｃｅモル濃度と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。
本発明において、子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）は、上記のようにして得た粒子径分布を母集団として標準偏差と個数平均値を得た後、標準偏差を個数平均値で除し、１００を乗じること（すなわち、標準偏差／個数平均値×１００）により、算出する。
子粒子の平均粒子径は、１０〜２５ｎｍが好ましく、１４〜２３ｎｍであることがより好ましい。
子粒子の平均粒子径が２５ｎｍを超える場合、工程２において、そのようなセリア子粒子を有した前駆体粒子は、焼成後に焼結や凝結が生じ解砕も困難となる傾向がある。このようなセリア系複合微粒子分散液は、研磨用途に使用しても研磨対象でのスクラッチ発生を招き、好ましくない。子粒子の平均粒子径が１０ｎｍ未満の場合、同じく研磨用途に使用すると、実用的に充分な研磨速度を得難い傾向がある。
本発明において、子粒子の平均粒子径は、上記のようにして得た粒子径分布における個数平均径を意味するものとする。
子粒子は積層されていてもよい。すなわち、セリウム含有シリカ層の内部における、母粒子の中心からの放射状の線上において複数存在していてもよい。
また、子粒子はセリウム含有シリカ層中に埋没していてよいし、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。
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。
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。
本発明において、子粒子は結晶性セリアを主成分とする。
前記子粒子が結晶性セリアを主成分とすることは、例えば、本発明の分散液を乾燥させた後、得られた固形物を乳鉢を用いて粉砕する等して本発明の複合微粒子を得た後、これを例えば従来公知のＸ線回折装置（例えば、理学電気株式会社製、ＲＩＮＴ１４００）を用いてＸ線分析し、得られたＸ線回折パターンにおいて、セリアの結晶相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。
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。
セリア子粒子の平均結晶子径は、本発明の複合微粒子をＸ線回折に供して得られるチャートに現れる最大ピークの半値全幅を用いて算出される。そして、例えば（１１１）面の平均結晶子径は１０〜２５ｎｍ（半値全幅は０．８６〜０．３４°）であり、１４〜２３ｎｍ（半値全幅は０．６２〜０．３７°）であることが好ましく、１５〜２２ｎｍ（半値全幅は０．５８〜０．３８°）であることがより好ましい。なお、多くの場合は（１１１）面のピークの強度が最大になるが、他の結晶面、例えば（１００）面のピークの強度が最大であってもよい。その場合も同様に算出でき、その場合の平均結晶子径の大きさは、上記の（１１１）面の平均結晶子径と同じであってよい。
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
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。
従来、砥粒としてセリア粒子を用いてシリカ膜付基板やガラス基材を研磨すると、他の無機酸化物粒子を用いた場合に比べて、特異的に高い研磨速度を示すことが知られている。セリア粒子がシリカ膜付基板に対して、特に高い研磨速度を示す理由の一つとして、セリア粒子中に含まれる三価のセリウムが被研磨基板上のシリカ被膜に対して、高い化学反応性を持つことが指摘されている。酸化セリウム中のセリウムは三価と四価の価数となりうるが、半導体用の研磨材として用いられる純度の高い酸化セリウム粒子は、炭酸セリウムなどの高純度なセリウム塩を７００℃の高温で焼成するプロセスを経ている。そのため、焼成型セリア粒子中のセリウムの価数は四価を主としており、例え三価のセリウムを含んでいたとしてもその含有量は十分でない。
本発明の複合微粒子の好適態様は、その外表面側に存在する子粒子（セリア微粒子）において、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。
なお、上記のＲ1、Ｒ2等の、セリウム原子およびケイ素原子の原子間距離は、後述する実施例に説明する方法で測定して得た平均原子間距離を意味するものとする。
＜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。
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。
前述の通り、本発明の複合微粒子についてＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、図１および図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、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。
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。
セリウム含有シリカ層の平均の厚さは１０〜４０ｎｍであることが好ましく、１２〜３０ｎｍであることがより好ましい。
なお、セリウム含有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。
本発明の複合微粒子におけるセリウム含有シリカ層は、焼成過程でセリウム含有シリカ層に分散し成長した子粒子（結晶性セリアを主成分とするセリア微粒子）と母粒子との結合力を助長すると考えられる。よって、例えば、本発明の分散液を得る工程で、焼成して得られた焼成体解砕分散液について必要な場合は乾式にて予備解砕を行った後、湿式による解砕を行い、さらに遠心分離処理を行うことでセリア系複合微粒子分散液が得られるが、セリウム含有シリカ層により、子粒子が母粒子から外れる事を防ぐ効果があるものと考えられる。この場合、局部的な子粒子の脱落は問題なく、また、子粒子の表面の全てがセリウム含有シリカ層の一部で覆われていなくてもよい。子粒子が解砕工程で母粒子から外れない程度の強固さがあればよい。
このような構造により、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨速度が高く、面精度やスクラッチの悪化が少ないと考えられる。
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。
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。
子粒子の電位を調節するために、ポリアクリル酸等の高分子有機物による電位調節も可能であるが、本発明では表面にソフトに付着したシリカが電位を調節するので、有機物の使用が低減され、基盤における有機物起因のディフェクト（有機物の残留等）が生じにくい。またこのソフトに付着したシリカは、焼成工程を経ていないため、低密度で軟質な易溶解性のシリカ層である。この易溶解性のシリカ層は基板との凝着作用を有しており、研磨速度を向上させる効果が認められる。この易溶解性のシリカ層は、本発明の分散液をｐＨ９に保ち、固液分離した溶液中のシリカ濃度を測定することで、確認することができる。
なお、本発明の分散液において、シリカの存在する態様は多様であり、本発明の複合微粒子を構成しておらず、溶媒中に分散又は溶解したり、本発明の複合微粒子の表面上に付着した状態で存在している場合もある。
＜本発明の複合微粒子＞
本発明の複合微粒子について説明する。
本発明の複合微粒子は、前述のように、［１］前記セリア系複合微粒子は、母粒子と、前記母粒子の表面上のセリウム含有シリカ層と、前記セリウム含有シリカ層の内部に分散している子粒子とを有し、前記母粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とし、［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出され、［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍである。
ここで前記母粒子は核粒子からなることが好ましい。また、［２］前記子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）が１４〜４０％であることが好ましい。また、前記母粒子が核粒子およびその表面上の突起からなるものであり、加えて、前記突起がシリカを主成分とするものであることが好ましい。
そして、本発明の複合微粒子は、さらに、［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であるという特徴を備えている平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子である。
本発明の複合微粒子において、シリカ（ＳｉＯ2）とセリア（ＣｅＯ2）との質量比は１００：１１〜３１６であり、１００：３０〜２３０であることが好ましく、１００：３０〜１５０であることがより好ましく、１００：６０〜１００：１２０であることがさらに好ましい。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。
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。
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。
本発明の複合微粒子は母粒子の表面にセリウム含有シリカ層が形成され、強固に結合し、そのセリウム含有シリカ層内に粒子状の結晶性セリア（子粒子）が分散したものであるので、凹凸の表面形状を有している。
本発明の複合微粒子の粒度分布は、「粒子連結型」であっても「単分散型」であっても良いが、基板との接触面積を高く保つことができ、研磨速度が速いことから、粒子連結型が望ましい。粒子連結型とは、２以上の母粒子同士が各々一部において結合しているもので、連結は３以下が好ましい。母粒子同士は少なくとも一方（好ましくは双方）がそれらの接点において溶着し、あるいはセリアが介在することで固化した履歴を備えることで、強固に結合しているものと考えられる。ここで、母粒子同士が結合した後に、その表面にセリウム含有シリカ層が形成された場合の他、母粒子の表面にセリウム含有シリカ層が形成された後、他のものに結合した場合であっても、粒子連結型とする。
連結型であると基板との接触面積を多くとることができるため、研磨エネルギーを効率良く基板へ伝えることができる。そのため、研磨速度が高い。
本発明の複合微粒子は、粒子連結型であって、かつ、画像解析法で測定された短径／長径比が０．８０未満（好ましくは０．６７以下）である粒子の個数割合は４５％以上であることが好ましい。
ここで、画像解析法で測定された短径／長径比が０．８０未満である粒子は、粒子結合型のものと考えられる。
本発明の複合微粒子の形状は、格別に制限されるものではなく、粒子連結型粒子であっても、単粒子（非連結粒子）であってもよく、通常は両者の混合物である。
ここで、該複合微粒子を含む複合微粒子分散液を研磨用途に使用する場合であって、被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合は、該複合微粒子の画像解析法で測定された短径／長径比が０．８０未満（好ましくは０．６７以下）である粒子の個数割合は４５％以上（より好ましくは５１％以上）であることが好ましい。
また、同じく被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合は、該複合微粒子の画像解析法で測定された短径／長径比が０．８０以上（好ましくは０．９以上）である粒子の個数割合は４０％以上であることが好ましく、５１％以上がより好ましい。
なお、前記粒子連結型粒子とは、粒子間に再分散できない程度の化学結合が生じて粒子が連結してなるもの（凝結粒子）を意味する。また、単粒子とは、複数粒子が連結したものではなく、粒子のモルホロジーに関係なく凝集していないものを意味する。
前記の被研磨基板に対する研磨レート向上を重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様１を挙げることができる。
［態様１］本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径／長径比が０．８未満である粒子の個数割合が４５％以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
また、前記被研磨基板上の表面粗さが低い水準にあることを重視する場合における、本発明の複合微粒子分散液としては、次の態様２を挙げることができる。
［態様２］本発明の複合微粒子が、更に、画像解析法で測定された短径／長径比が０．８以上である粒子の個数割合が４０％以上であることを特徴とする、本発明の分散液。
画像解析法による短径／長径比の測定方法を説明する。透過型電子顕微鏡により、本発明の複合微粒子を倍率３０万倍（ないしは５０万倍）で写真撮影して得られる写真投影図において、粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径（ＤＬ）とする。また、長軸上にて長軸を２等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる２点を求め、同２点間の距離を測定し短径（ＤＳ）とする。これより、短径／長径比（ＤＳ／ＤＬ）を求める。そして、写真投影図で観察される任意の５０個の粒子において、短径／長径比が０．８０未満または０．８０以上である粒子の個数割合（％）を求める。
本発明の複合微粒子は前述の粒子連結型であることがより好ましいが、その他の形状のもの、例えば球状粒子を含んでいてもよい。
本発明の分散液中に含まれ得る０．５１μｍ以上の粗大粒子数は、ドライ換算で１００百万個／ｃｃ以下であることが好ましい。粗大粒子数は、１００百万個／ｃｃ以下が好ましく、８０百万個／ｃｃ以下がより好ましい。０．５１μｍ以上の粗大粒子は研磨傷の原因となり、さらに研磨基板の表面粗さを悪化させる原因となり得る。通常研磨速度が高い場合、研磨速度が高い反面、研磨傷が多発し基板の表面粗さが悪化する傾向にある。しかし、本発明の複合微粒子が粒子連結型である場合、高い研磨速度が得られ、その一方で０．５１μｍ以上の粗大粒子数が１００百万個／ｃｃ以下であると研磨傷が少なく、表面粗さを低く抑えることができる。
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。
本発明の複合微粒子は、比表面積が４〜１００ｍ2／ｇであることが好ましく、２０〜７０ｍ2／ｇであることがより好ましい。
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。
本発明の複合微粒子の平均粒子径は５０〜３５０ｎｍであることが好ましく、１００〜３００ｎｍであることがより好ましい。本発明の複合微粒子の平均粒子径が５０〜３５０ｎｍの範囲にある場合、研磨材として適用した際に研磨速度が高くなり好ましい。
本発明の複合微粒子の平均粒子径は、画像解析法で測定された平均粒子径の個数平均値を意味する。
画像解析法による平均粒子径の測定方法を説明する。透過型電子顕微鏡により、本発明の複合微粒子を倍率３０万倍（ないしは５０万倍）で写真撮影して得られる写真投影図において、粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径（ＤＬ）とする。また、長軸上にて長軸を２等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる２点を求め、同２点間の距離を測定し短径（ＤＳ）とする。そして、長径（ＤＬ）と短径（ＤＳ）との幾何平均値を求め、これを複合微粒子の平均粒子径とする。
このようにして５０個以上の複合粒子について平均粒子径を測定し、それらの個数平均値を算出する。
本発明の複合微粒子において、前記特定不純物群１の各元素の含有率は、それぞれ１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。さらに５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、１ｐｐｍ以下であることがよりいっそう好ましい。
また、本発明の複合微粒子における前記特定不純物群２の各元素の含有率は、それぞれ５ｐｐｍ以下であることが好ましい。本発明の複合微粒子における特定不純物群１及び前記特定不純物群２それぞれの元素の含有率を低減させる方法は、前述の通りである。
なお、本発明の複合微粒子における前記特定不純物群１および前記特定不純物群２の各々の元素の含有率は、前述の母粒子に含まれる前記特定不純物群１および前記特定不純物群２を測定する場合と同じ方法によって測定することができる。
＜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。
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。
また、本発明の分散液を備える分散溶媒として、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、メチルイソカルビノールなどのアルコール類；アセトン、２−ブタノン、エチルアミルケトン、ジアセトンアルコール、イソホロン、シクロヘキサノンなどのケトン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドなどのアミド類；ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、３，４−ジヒドロ−２Ｈ−ピランなどのエーテル類；２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールエーテル類；２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテートなどのグリコールエーテルアセテート類；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、エチレンカーボネートなどのエステル類；ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類；ヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素類；塩化メチレン、１，２−ジクロルエタン、ジクロロプロパン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類；ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−オクチル−２−ピロリドンなどのピロリドン類などの有機溶媒を用いることができる。これらを水と混合して用いてもよい。
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。
本発明の分散液は、カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式（１）で表される流動電位変化量（ΔＰＣＤ）と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量（Ｖ）との比（ΔＰＣＤ／Ｖ）が―１１０．０〜−５．０となる流動電位曲線が得られるものであることが好ましい。
ΔＰＣＤ／Ｖ＝（Ｉ−Ｃ）／Ｖ・・・式（１）
Ｃ：前記クニックにおける流動電位（ｍＶ）
Ｉ：前記流動電位曲線の開始点における流動電位（ｍＶ）
Ｖ：前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量（ｍｌ）
ここで、カチオンコロイド滴定は、固形分濃度を１質量％に調整した本発明の分散液８０ｇにカチオンコロイド滴定液を添加することで行う。カチオンコロイド滴定液として、０．００１Ｎポリ塩化ジアリルジメチルアンモニウム溶液を用いる。
このカチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線とは、カチオン滴定液の添加量（ｍｌ）をＸ軸、本発明の分散液の流動電位（ｍＶ）をＹ軸に取ったグラフである。
また、クニックとは、カチオンコロイド滴定によって得られる流動電位曲線において急激に流動電位が変化する点（変曲点）である。そして変曲点における流動電位をＣ（ｍＶ）とし、変曲点におけるカチオンコロイド滴定液の添加量をＶ（ｍｌ）とする。
流動電位曲線の開始点とは、滴定前の本発明の分散液における流動電位である。具体的にはカチオンコロイド滴定液の添加量が０である点を開始点とする。この開始点における流動電位をＩ（ｍＶ）とする。
上記のΔＰＣＤ／Ｖの値が−１１０．０〜−５．０であると、本発明の分散液を研磨剤として用いた場合、研磨剤の研磨速度がより向上する。このΔＰＣＤ／Ｖは、本発明の複合微粒子表面におけるセリウム含有シリカ層による子粒子の被覆具合及び／又は複合微粒子の表面における子粒子の露出具合あるいは脱離しやすいシリカの存在を反映していると考えられる。ΔＰＣＤ／Ｖの値が上記範囲内であると、湿式による解砕時において子粒子は脱離する事が少なく、研磨速度も高いと本発明者は推定している。逆にΔＰＣＤ／Ｖの値が−１１０．０よりもその絶対値が大きい場合は、複合微粒子表面がセリウム含有シリカ層で全面覆われているため解砕工程にて子粒子脱落は起き難いが研磨時にシリカが脱離しがたく研磨速度が低下する。一方、−５．０よりもその絶対値が小さい場合は脱落が起きやすいと考えられる。上記範囲内であると、研磨時において子粒子表面が適度に露出して子粒子の脱落が少なく、研磨速度がより向上すると本発明者は推定している。ΔＰＣＤ／Ｖは、−１００．０〜−５．０であることがより好ましく、−１００．０〜−１０．０であることがさらに好ましい。
本発明の分散液は、そのｐＨ値を３〜８の範囲とした場合に、カチオンコロイド滴定を始める前、すなわち、滴定量がゼロである場合の流動電位がマイナスの電位となるものであることが好ましい。これは、この流動電位がマイナスの電位を維持する場合、同じくマイナスの表面電位を示す研磨基材への砥粒（セリア系複合微粒子）の残留が生じ難いからである。
＜本発明の製造方法＞
本発明の製造方法について説明する。
本発明の製造方法は以下に説明する工程１〜工程３を備える。
＜工程１＞
工程１ではシリカ系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。
シリカ系微粒子の態様は特に限定されないが、前述の核粒子と同様の平均粒子径や形状等であることが好ましい。また、シリカ系微粒子は、前述の核粒子と同様に、非晶質シリカを主成分とするものである。ここで主成分の定義も核粒子の場合と同様である。
工程１では、表面に幅５〜２５ｎｍの突起を有するシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を原料として使用してもよい。
なお、原料に用いたシリカ系微粒子がどのような形状であっても、本発明の複合微粒子の生成メカニズムから、本発明の複合微粒子に含まれる母粒子の断面構造は、大略、突起を有する形状になりやすいが、原料に使用したシリカ系微粒子が突起を有する形状の場合は、さらに突起が形成されやすくなる。
このようなシリカ系微粒子分散液及びその製造方法は公知であり、例えば、特許第4,907,317号、特許第4,963,825号、特開2009-78936号、特許第5,137,521号、特許第4,949,209号、特開2009-137791号、特許第5,700,944号、特許第5,860,587号、特許第5,587,957号等を挙げることができる。
これらのうち、特開2015-63451号では、粒子径の揃ったシリカを主成分とするシリカ微粒子分散液のｐＨを９以下とした溶液を用意する。ついで、突起を形成させるためにζ電位の異なる粒子、例えば母粒子の１／１０の粒子径の粒子と前者を混合し、ヘテロ凝集させるためにｐＨ＜６とすることで、シリカ微粒子の上に突起を形成させるための粒子を凝集させる。この際に粒子の結合を促進させるために予め珪酸液、水硝子、テトラアルコキシシランの加水分解物等の結合剤となるものを混在させることが好ましい。
また特許5137521号では、粒子径の揃ったシリカに、アルミン酸ナトリウムを添加し、表面の一部にシリカアルミナ層を形成し、さらにシリカで被覆することで、数ｎｍのシリカ突起を有するシリカ系微粒子を調製している。この方法では、特開2015-63451号よりも突起高さは高くならないが、シリカ微粒子上に強固に結合した突起が形成される。
さらに特開2010-58985号では、シリカ微粒子にメチルトリメトキシランを添加させて加水分解させることで、シリカ微粒子表面の一部にメチルトリメトキシランの加水分解物層を形成し、さらにシリカ層を形成することで、突起を有するシリカ系微粒子を調製している。
シリカ系微粒子の平均粒子径は、次のように測定するものとする。
初めにＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析によって、本発明の製造方法によって得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子を採取し、８０万倍で観察し、Ｃｅモル濃度とＳｉモル濃度との合計に対するＣｅモル濃度の比（百分率）（Ｃｅ／（Ｃｅ＋Ｓｉ）×１００）が３％となるラインを特定することでシリカ系微粒子を特定する。次に、そのシリカ系微粒子の最大径を長軸とし、その長さを測定して、その値を長径（ＤＬ）とする。また、長軸上にて長軸を２等分する点を定め、それに直交する直線が粒子の外縁と交わる２点を求め、同２点間の距離を測定し短径（ＤＳ）とする。そして、長径（ＤＬ）と短径（ＤＳ）との幾何平均値を求め、これをそのシリカ系微粒子の粒子径とする。
このようにして５０個のシリカ系微粒子について粒子径を測定し、これを単純平均して得た値をシリカ系微粒子の平均粒子径とする。
なお、仕込み原料や他の組成分析から、（Ｃｅ／（Ｃｅ＋Ｓｉ）×１００）が３％以上になるラインが無いことが明白な場合は、ＥＤＳ分析を省いても構わない。
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系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、シリカ系微粒子に含まれる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系微粒子として、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。
また、シリカ系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系微粒子の溶解重量）が適度なものが好適に用いられる。シリカ系微粒子は、本発明の製造方法における工程１の調合工程でセリウムの金属塩を添加することで、シリカの一部が水酸化セリウム等によって溶解し、シリカ系微粒子のサイズが小さくなり、溶解したシリカ系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、シリカ系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、シリカ系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。
工程１では、シリカ系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７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、セリウムの金属塩を中和することで、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る。
シリカ系微粒子が突起を有するものである場合、セリウムの金属塩を添加する際のシリカ系微粒子分散液の温度は３〜２０℃であることが好ましい。
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。
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。
本発明の製造方法において、例えば、工程１におけるシリカ系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、シリカ系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１２００℃以上とすることでセリア子粒子の平均結晶子径を１０ｎｍ以上とすることは可能であるが、この場合は、セリウム含有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。
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。
工程１では、上記のようなシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨ範囲を７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加する。酸化還元電位が低いと、棒状等の結晶が生成するために、シリカ系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。
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系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系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。
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。
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、シリカ系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。またシリカ系微粒子は、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系微粒子の場合は、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系微粒子は、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、シリカ系微粒子分散液を撹拌する際の時間は０．５〜２４時間であることが好ましく、０．５〜１８時間であることがより好ましい。この時間が短すぎるとＣｅＯ2超微粒子が凝集して、シリカ系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、シリカ系微粒子に付着せず遊離したＣｅＯ2超微粒子をシリカ系微粒子上に付着させる効果があるからである。
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、撹拌する際のシリカ系微粒子分散液のｐＨ範囲は７．０〜９．０とするが、７．６〜８．６とすることが好ましい。この際、アルカリ等を添加しｐＨ調整を行うことが好ましい。このようなアルカリの例としては、公知のアルカリを使用することができる。具体的には、アンモニア水溶液、水酸化アルカリ、アルカリ土類金属、アミン類の水溶液などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
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、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系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、シリカ系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。
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。
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７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加するが、その後、温度を２０℃超９８℃以下、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
すなわち、工程１では、温度０〜２０℃にて処理を行うが、その後に、温度２０℃超９８℃以下に変更して処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程１を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を２０℃超９８℃以下として処理する場合のｐＨおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度０〜２０℃にて処理する場合と同様とする。
また、逆に、温度０〜２０℃にて処理を行う前に、温度２０℃超９８℃以下にて処理を行って前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。すなわち、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を２０℃超９８℃以下、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得ることが好ましい。
このような工程１を行うと、子粒子の粒子径分布における変動係数が好適値である本発明の複合微粒子を含む本発明の分散液を得やすいからである。
なお、温度を２０℃超９８℃以下として処理する場合のｐＨおよび酸化還元電位の好適値、調整方法等は、温度０〜２０℃にて処理する場合と同様とする。
このように調合中に温度を変化させて調合した場合であっても、温度が０〜２０℃にて調合が行われる工程が含まれていれば、複合微粒子は前述と同様の生成機構となる。
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。
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。
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。
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。
＜工程２＞
工程２では、前駆体粒子分散液を乾燥させた後、９５０〜１,２００℃で焼成する。
乾燥する方法は特に限定されない。従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。具体的には、箱型乾燥機、バンド乾燥機、スプレードライアー等を使用することができる。
なお、好適には、さらに乾燥前の前駆体粒子分散液のｐＨを６．０〜７．０とすることが推奨される。乾燥前の前駆体粒子分散液のｐＨを６．０〜７．０とした場合、表面活性を抑制できるからである。
乾燥後、焼成する温度は９５０〜１２００℃であるが、１０００〜１１００℃であることが好ましく、１０１０〜１０９０℃であることがより好ましく、１０３０〜１０９０℃であることがもっとも好ましい。このような温度範囲において焼成すると、セリアの結晶化が十分に進行し、また、セリア子粒子が分散しているセリウム含有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。
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、シリカ系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系微粒子との反応性が低下する。さらにシリカ系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。
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。
工程２では、焼成して得られた焼成体に溶媒を加えて、ｐＨ８．６〜１０．８の範囲にて、湿式で解砕処理をして、焼成体解砕分散液を得る。
ここで、焼成体に湿式で解砕処理を施す前に焼成体を乾式で解砕し、その後、湿式で解砕処理を施してもよい。
乾式の解砕装置としては従来公知の装置を使用することができるが、例えば、アトライター、ボールミル、振動ミル、振動ボールミル等を挙げることができる。
湿式の解砕装置としても従来公知の装置を使用することができるが、例えば、バスケットミル等のバッチ式ビーズミル、横型・縦型・アニュラー型の連続式のビーズミル、サンドグラインダーミル、ボールミル等、ロータ・ステータ式ホモジナイザー、超音波分散式ホモジナイザー、分散液中の微粒子同士をぶつける衝撃粉砕機等の湿式媒体攪拌式ミル（湿式解砕機）が挙げられる。湿式媒体攪拌ミルに用いるビーズとしては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコニア、スチール、フリント石、有機樹脂等を原料としたビーズを挙げることができる。
焼成体を湿式で解砕するときに用いる溶媒としては、水及び／又は有機溶媒が使用される。例えば、純水、超純水、イオン交換水のような水を用いることが好ましい。また、焼成体解砕分散液の固形分濃度は、格別に制限されるものではないが、例えば、０．３〜５０質量％の範囲にあることが好ましい。
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。
＜工程３＞
工程３では、工程２において得られた前記焼成体解砕分散液について、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子散液を得る。
具体的には、前記焼成体解砕分散液について、遠心分離処理による分級を行う。遠心分離処理における相対遠心加速度は３００Ｇ以上とする。遠心分離処理後、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液を得ることができる。相対遠心加速度の上限は格別に制限されるものではないが、実用上は１０，０００Ｇ以下で使用される。
工程３では、上記の条件を満たす遠心分離処理を備えることが必要である。遠心加速度が上記の条件に満たない場合は、セリア系複合微粒子分散液中に粗大粒子が残存するため、セリア系複合微粒子分散液を用いた研磨材などの研磨用途に使用した際に、スクラッチが発生する原因となる。
本発明では、上記の製造方法によって得られるセリア系複合微粒子分散液を、更に乾燥させて、セリア系複合微粒子を得ることができる。乾燥方法は特に限定されず、例えば、従来公知の乾燥機を用いて乾燥させることができる。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
本発明の研磨用砥粒分散液に含まれる固形分濃度は０．３〜５０質量％の範囲にあることが好ましい。この固形分濃度が低すぎると研磨速度が低下する可能性がある。逆に固形分濃度が高すぎても研磨速度はそれ以上向上する場合は少ないので、不経済となり得る。
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。
＜実験１＞
初めに、実施例及び比較例における各測定方法及び試験方法の詳細について説明する。各実施例及び比較例について、以下の各測定結果及び試験結果を第１表〜第３表に記す。
［成分の分析］
［ＳｉＯ2含有量の測定］
シリカ系微粒子分散液におけるＳｉＯ2含有量について、珪酸ナトリウムを原料とした場合は、シリカ系微粒子分散液に１０００℃灼熱減量を行い秤量し、得られたものの全てがＳｉＯ2であるとして、その含有量を求めた。また、アルコキシシランを原料とした場合は、シリカ系微粒子分散液を１５０℃で１時間乾燥させた後に秤量し、得られたものの全てがＳｉＯ2であるとして、その含有量を求めた。なお、ここでシリカ系微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
また、セリア系複合微粒子におけるＳｉＯ2含有量は、セリア系複合微粒子分散液に１０００℃灼熱減量を行い、固形分の質量を求めた後、後述するＡｌ〜Ｔｈ等の場合と同様に、ＩＣＰプラズマ発光分析装置（例えば、ＳＩＩ製、ＳＰＳ５５２０）を用いて標準添加法によってＣｅ含有率を測定してＣｅＯ2質量％を算出し、ＣｅＯ2以外の固形分の成分はＳｉＯ2であるとして、ＳｉＯ2の含有量を求めた。なお、セリア系複合微粒子におけるＳｉＯ2含有率、ＣｅＯ2含有率およびシリカ１００質量部に対するセリアの質量部は、ここで求めたＣｅＯ2含有量およびＳｉＯ2含有量に基づいて算出した。なお、ここでセリア系複合微粒子分散液の固形分濃度も求めることができる。
以下に説明する特定不純物群１および特定不純物群２の含有率の測定では、このようにして求めた固形分の質量に基づいて、ｄｒｙ量に対する各成分の含有率を求めた。
［セリア系複合微粒子またはシリカ系微粒子の成分分析］
各元素の含有率は、以下の方法によって測定するものとする。
初めに、セリア系複合微粒子またはセリア系複合微粒子分散液からなる試料約１ｇ（固形分２０質量％に調整したもの)を白金皿に採取する。リン酸３ｍｌ、硝酸５ｍｌ、弗化水素酸１０ｍｌを加えて、サンドバス上で加熱する。乾固したら、少量の水と硝酸５０ｍｌを加えて溶解させて１００ｍｌのメスフラスコにおさめ、水を加えて１００ｍｌとする。この溶液でＮａ、Ｋは原子吸光分光分析装置（例えば日立製作所社製、Ｚ−２３１０）で測定する。次に、１００ｍｌにおさめた溶液から分液１０ｍｌを２０ｍｌメスフラスコに採取する操作を５回繰り返し、分液１０ｍｌを５個得る。そして、これを用いて、Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｕ及びＴｈについてＩＣＰプラズマ発光分析装置（例えばＳＩＩ製、ＳＰＳ５５２０）にて標準添加法で測定を行う。ここで、同様の方法でブランクも測定して、ブランク分を差し引いて調整し、各元素における測定値とする。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、ｄｒｙ量に対する各成分の含有率を求めた。
各陰イオンの含有率は、以下の方法によって測定するものとする。
＜Ｃｌ＞
セリア系複合微粒子またはセリア系複合微粒子分散液からなる試料２０ｇ（固形分２０質量％に調整したもの）にアセトンを加え１００ｍｌに調整し、この溶液に、酢酸５ｍｌ、０．００１モル塩化ナトリウム溶液４ｍｌを加えて０．００２モル硝酸銀溶液で電位差滴定法（京都電子製：電位差滴定装置ＡＴ−６１０）で分析を行う。
別途ブランク測定として、アセトン１００ｍｌに酢酸５ｍｌ、０．００１モル塩化ナトリウム溶液４ｍｌを加えて０．００２モル硝酸銀溶液で滴定を行った場合の滴定量を求めておき、試料を用いた場合の滴定量から差し引き、試料の滴定量とした。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、ｄｒｙ量に対する各成分の含有率を求めた。
＜ＮＯ3、ＳＯ4、Ｆ＞
セリア系複合微粒子またはセリア系複合微粒子分散液からなる試料５ｇ（固形分２０質量％に調整したもの）を水で希釈して１００ｍｌにおさめ、遠心分離機（日立製 ＨＩＭＡＣ ＣＴ０６Ｅ）にて４０００ｒｐｍで２０分遠心分離して、沈降成分を除去して得た液をイオンクロマトグラフ（ＤＩＯＮＥＸ製 ＩＣＳ−１１００）にて分析した。
そして、前述の方法で求めた固形分の質量に基づいて、ｄｒｙ量に対する各成分の含有率を求めた。
［Ｘ線回折法、平均結晶子径の測定］
実施例及び比較例で得られたセリア系複合微粒子分散液またはシリカ系複合微粒子を従来公知の乾燥機を用いて乾燥し、得られた粉体を乳鉢にて１０分粉砕し、Ｘ線回折装置（理学電気(株)製、ＲＩＮＴ１４００）によってＸ線回折パターンを得て、結晶型を特定した。
また、前述の方法によって、得られたＸ線回折パターンにおける２θ＝２８度近傍の（１１１）面（２θ＝２８度近傍）のピークの半価全幅を測定し、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式により、平均結晶子径を求めた。
＜平均粒子径＞
実施例及び比較例で得られたシリカ系微粒子分散液及びセリア系複合微粒子分散液について、これに含まれる粒子の平均粒子径は、前述の画像解析法によって測定を行った。
＜粗大粒子数＞
セリア系複合微粒子の粗大粒子数は、Particle sizing system Inc.社製Accusizer 780APSを用いて測定を行った。また測定試料を純水で０．１質量％に希釈調整した後、測定装置に５ｍＬを注入して、以下の条件にて測定を行い、３回測定した後、得られた測定データの０．５１μｍ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１０００倍して、セリア系複合微粒子のドライ換算の粗大粒子数とした。なお測定条件は以下の通り。
＜System Setup＞
・Stir Speed Control / Low Speed Factor 1500 / High Speed Factor 2500
＜System Menu＞
・Data Collection Time 60 Sec.
・Syringe Volume 2.5ml
・Sample Line Number ：Sum Mode
・Initial 2nd-Stage Dilution Factor 350
・Vessel Fast Flush Time 35 Sec.
・System Flush Time / Before Measurement 60 Sec. / After Measurement 60 Sec.
・Sample Equilibration Time 30 Sec./ Sample Flow Time 30 Sec.
［研磨試験方法］
＜ＳｉＯ2膜の研磨＞
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は０．６質量％で硝酸を添加してｐＨは５．０とした。
次に、被研磨基板として、熱酸化法により作製したＳｉＯ2絶縁膜（厚み１μｍ）基板を準備した。
次に、この被研磨基板を研磨装置（ナノファクター株式会社製、ＮＦ３００）にセットし、研磨パッド（ニッタハース社製「ＩＣ-１０００／ＳＵＢＡ４００同心円タイプ」）を使用し、基板荷重０．５ＭＰａ、テーブル回転速度９０ｒｐｍで研磨用砥粒分散液を５０ｍｌ／分の速度で１分間供給して研磨を行った。
そして、研磨前後の被研磨基材の重量変化を求めて研磨速度を計算した。
また、研磨基材の表面の平滑性（表面粗さＲａ）を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ、株式会社日立ハイテクサイエンス社製）を用いて測定した。平滑性と表面粗さは概ね比例関係にあるため、第３表には表面粗さを記載した。
なお研磨傷の観察は、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察することで行った。
＜アルミハードディスクの研磨＞
実施例及び比較例の各々において得られたセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液を調整した。ここで固形分濃度は９質量％で硝酸を添加してｐＨを２．０に調整した。
アルミハードディスク用基板を研磨装置（ナノファクター株式会社製、ＮＦ３００）にセットし、研磨パッド（ニッタハース社製「ポリテックスφ１２」）を使用し、基板負荷０．０５ＭＰａ、テーブル回転速度３０ｒｐｍで研磨スラリーを２０ｍｌ／分の速度で５分間供給して研磨を行い、超微細欠陥・可視化マクロ装置（ＶＩＳＩＯＮ ＰＳＹＴＥＣ社製、製品名：Ｍａｉｃｒｏ―Ｍａｘ）を使用し、Ｚｏｏｍ１５にて全面観察し、６５．９７ｃｍ2に相当する研磨処理された基板表面に存在するスクラッチ（線状痕）の個数を数えて合計し、次の基準に従って評価した。
線状痕の個数 評価
５０個未満 「非常に少ない」
５０個から８０個未満 「少ない」
８０個以上 「多い」
＊少なくとも８０個以上で総数をカウントできないほど多い 「※」
以下に実施例を記す。なお、単に「固形分濃度」とある場合は、化学種を問わず溶媒に分散した微粒子の濃度を意味する。
［準備工程１］
＜高純度シリカ系微粒子分散液（シリカ系微粒子の平均粒子径１１３ｎｍ）の調製＞
<< シリカ系微粒子分散液（シリカ系微粒子の平均粒子径６３ｎｍ）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％、画像解析法による平均粒子径６３ｎｍのシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾルを９，６４６．３ｇ得た。
<< シリカ系微粒子分散液（シリカ系微粒子の平均粒子径：１１３ｎｍ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６３ｎｍのシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカゾル９２２．１ｇを加えた。
そして、このシリカゾル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、限外膜、ロータリーエバポレーターで濃縮し、固形分濃度（ＳｉＯ2固形分濃度）を１９質量％に調整し、画像解析法による平均粒子径１１３ｎｍのシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子分散液を３，６００ｇ得た。
得られたシリカ系微粒子分散液１，０５３ｇに陽イオン交換樹脂（三菱化学社製ＳＫ−１ＢＨ）１１４ｇを徐々に添加し、３０分間攪拌し樹脂を分離した。この時のｐＨは５．１であった。
また、陽イオン交換樹脂による処理を行った後のシリカ系微粒子分散液に含まれる粒子のＮａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率（シリカｄｒｙ量に対する各成分の含有率）は何れも１ｐｐｍ以下であった。
［準備工程２］
＜高純度酸性珪酸液の調製＞
珪酸ナトリウム水溶液（シリカ濃度２４．０６質量％、Ｎａ2Ｏ濃度７．９７質量％）に純水を加えて、珪酸ナトリウム水溶液（シリカ濃度５質量％）を得た。
得られた珪酸ナトリウム水溶液１８ｋｇを、６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＫ１ＢＨ、三菱化学社製）に、空間速度３．０ｈ-1で通液させ、酸性珪酸液１８ｋｇ（シリカ濃度４．６質量％、ｐＨ２．７）を得た。次いで、得られた酸性珪酸液１８ｋｇを６Ｌのキレート型イオン交換樹脂（三菱化学社製ＣＲ−１１）に、空間速度３．０ｈ-1で通液させ、高純度酸性珪酸液１８ｋｇ（シリカ濃度４．５質量％、ｐＨ２．７）を得た。
＜実施例１＞
上記の準備工程１によって得られたシリカ系微粒子分散液に超純水を加えて、ＳｉＯ2固形分濃度３質量％の分散液６,０００ｇ（ＳｉＯ2 ｄｒｙ１８０ｇ）（以下、Ａ液ともいう）を得た。
次に、硝酸セリウム（III）６水和物（関東化学社製、４Ｎ高純度試薬）にイオン交換水を加え、ＣｅＯ2換算で３．０質量％の硝酸セリウム水溶液（以下、Ｂ液ともいう）を得た。
次に、Ａ液（６，０００ｇ）を１０℃に保ち、撹拌しながら、ここへＢ液（７，１８６．７ｇ、ＣｅＯ2 ｄｒｙ２１５．６ｇ）を１８時間かけて添加した。この間、液温を１０℃に維持しておき、また、必要に応じて３％アンモニア水を添加して、ｐＨ８．６から８．８を維持するようにした。そして、添加終了後に、液温１０℃で４時間熟成を行った。なお、Ｂ液の添加中および熟成中は調合液にエアーを吹き込みながら調合を行い、酸化還元電位を１００〜２００ｍＶに保った。
その後、限外膜にてイオン交換水を補給しながら洗浄を行った。洗浄を終了して得られた前駆体粒子分散液は、固形分濃度が４．７質量％、ｐＨが８．８（２５℃にて）、電導度が４４μｓ／ｃｍ（２５℃にて）であった。
次に、得られた前駆体粒子分散液を１２０℃の乾燥機中で１６時間乾燥させた後、１０３０℃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。
焼成後に得られた粉体（焼成体）１００ｇにイオン交換水３００ｇを加え、さらに３％アンモニア水溶液を用いてｐＨを９．２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）にて湿式解砕（カンペ（株）製バッチ式卓上サンドミル）を１２０分行った。
そして、解砕後に４４メッシュの金網を通してビーズを分離した。得られた焼成体解砕分散液の固形分濃度は３．１質量％で重量は１１１５ｇ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。
さらに解砕した分散液を遠心分離装置（日立工機株式会社製、型番「ＣＲ２１Ｇ」）にて、１７００Ｇで１０２秒処理し、軽液を回収し、セリア系複合微粒子分散液を得た。得られたセリア系複合微粒子分散液の平均粒子径を測定した。測定方法は前述の通りの画像解析法である。平均粒子径の測定結果を第３表に示す。またセリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
次に、得られたセリア系複合微粒子分散液を用いて研磨試験を行った。
なお、原料としたシリカ系微粒子分散液に含まれるシリカ系微粒子の平均粒子径、不純物の含有率を第１表に示す。また、セリア系複合微粒子分散液に含まれるシリカ含有率とセリア含有率（及びシリカ１００質量部に対するセリアの質量部）、焼成温度、セリア系複合微粒子の平均結晶子径、結晶型、比表面積、セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有率（ｄｒｙ量に対する各成分の含有率）、セリア系複合微粒子の平均粒子径、研磨性能の測定結果を第３表に示す。以降の実施例、比較例も同様である。
＜実施例２＞
実施例１では１０３０℃で焼成を行ったが、この焼成温度を１０７８℃として焼成を行ったこと以外は、実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様の評価を行った。
また、実施例２で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてＳＥＭおよびＴＥＭを用いて観察した。図４（ａ）にＳＥＭ像を、図４（ｂ）にＴＥＭ像示す。図４に示すように、セリア系複合微粒子の最表面に、薄いセリウム含有シリカ層が覆うように存在している様子が観察された。また、ＳＥＭ像から、セリウム含有シリカ層がシリカからなる母粒子の表面を覆っており、その層内に子粒子が分散している様子が観察された。またセリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
さらに、実施例２で得られたセリア系複合微粒子分散液に含まれるセリア系複合微粒子のＸ線回折法によって測定した。得られたＸ線回折パターンを図５に示す。図５に示すように、Ｘ線回折パターンには、かなりシャープなＣｅｒｉａｎｉｔｅの結晶パターンが観察された。
＜実施例３＞
実施例１では１０３０℃で焼成を行ったが、この焼成温度を１１０７℃として焼成を行ったこと以外は、実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様の評価を行った。
また、実施例３で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてＳＥＭおよびＴＥＭを用いて観察した。図６（ａ）にＳＥＭ像を、図６（ｂ）にＴＥＭ像示す。図６に示すように、セリア系複合微粒子の最表面に、セリウム含有シリカ層が覆うように存在している様子が観察された。また、ＳＥＭ像から、セリウム含有シリカ層がシリカからなる母粒子の表面を覆っており、その層内に子粒子が分散している様子が観察された。またセリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
さらに、実施例３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７に示す。図７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。
＜実施例４＞
実施例１ではＡ液（６，０００ｇ）を１０℃に保ち、撹拌しながらＢ液（７，１８６．７ｇ）を１８時間かけて添加し、この間、液温１０℃を維持し、必要に応じて３％アンモニア水を添加して、ｐＨを８．６〜８．８を維持するように調合したが、実施例４では、Ａ液（６，０００ｇ）を１０℃に保ち、撹拌しながら、ここへＢ液（４，７９０．７ｇ）を１２時間かけて添加し、添加終了後に１０℃で２時間熟成を行った。ついで温度を５０℃に昇温し、昇温後にＢ液（２，３９６ｇ）を６時間かけて添加した（Ｂ液合計７１８６．７ｇ）。Ｂ液添加中は、必要に応じて３％アンモニア水を添加して、１０℃調合時にはｐＨ８．９から９．１を維持するようにし、５０℃調合時には７．２〜７．４を維持するようにした。そして添加終了後に、液温５０℃で４時間熟成を行った。なお、Ｂ液の添加中および熟成中は調合液にエアーを吹き込みながら調合を行い、酸化還元電位を１００〜２００ｍＶに保った。
また、焼成温度は実施例１では１０３０℃で焼成したが、実施例４では１１００℃で焼成を行った。
それら以外は実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様の評価を行った。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜実施例５＞
実施例４では、Ａ液の温度を１０℃に保ち、撹拌しながら所定量のＢ液を添加し、３％アンモニア水を添加して所定ｐＨを保ったのち、１０℃で２時間熟成し、さらに５０℃に昇温して、所定量のＢ液を添加しながら３％アンモニア水を添加して所定ｐＨを保った後、５０℃で４時間熟成をおこなったが、実施例５では、Ａ液の温度を５０℃に保ち、撹拌しながら所定量のＢ液を添加し、３％アンモニア水を添加してｐＨを７．２〜７．４に保ったのち、５０℃で２時間熟成し、さらに１０℃に冷却して、所定量のＢ液を添加しながら３％アンモニア水を添加してｐＨを８．９〜９．１に保った後、１０℃で４時間熟成をおこなった。それ以外は実施例４と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様の評価を行った。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜実施例６＞
実施例１では解砕中にアンモニア水溶液を添加してｐＨを９．２に保ったが、実施例６ではｐＨを８．６に保った。そして、それ以外は、実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様に評価を行った。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜実施例７＞
実施例１の解砕工程で得られた、３．１質量％の焼成体解砕分散液３２２５．８ｇ（ｄｒｙ１００ｇ）を撹拌しながら、純水を１６６５４．２ｇを添加した。ついで準備工程２で得られた高純度酸性珪酸液に純水を加えて０．２％に希釈した希釈高純度酸性珪酸液２００ｇ（ｄｒｙ０．４ｇ）を添加した（合計重量２００８０ｇ、合計ｄｒｙ１００．４ｇ）。添加後に撹拌を続けながら５０℃で２４時間熟成を行った。熟成後にロータリーエバポレーターで濃縮し３．０質量％の熟成濃縮液を得た。
得られた熟成濃縮液を遠心分離装置（日立工機株式会社製、型番「ＣＲ２１Ｇ」）にて、１７００Ｇで１０２秒処理し、軽液を回収し、セリア系複合微粒子分散液を得た。そして実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様に評価を行った。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜比較例１＞
準備工程１で得られたシリカ系微粒子分散液１，０５３ｇに陽イオン交換樹脂（三菱化学社製ＳＫ−１ＢＨ）１１４ｇを徐々に添加し、３０分間攪拌し樹脂を分離した。この時のｐＨは５．１であった。
次に、このシリカ系微粒子分散液に超純水を加えて、ＳｉＯ2固形分濃度３質量％の分散液６,０００ｇ（ＳｉＯ2 ｄｒｙ１８０ｇ）（以下、Ａ−１液ともいう）を得た。
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（６，０００ｇ）を５０℃まで昇温して、撹拌しながら、ここへＢ−１液（８１２０ｇ、ＳｉＯ2の１００質量部に対して、ＣｅＯ2が１１２．８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−１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−１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。
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、１０８８℃のマッフル炉を用いて２時間焼成を行い、粉体を得た。
焼成後に得られた粉体３１０ｇと、イオン交換水４３０ｇとを、１Ｌの柄付きビーカーに入れ、そこへ３％アンモニア水溶液を加え、撹拌しながら超音波浴槽中で１０分間超音波を照射し、ｐＨ１０（温度は２５℃）の懸濁液を得た。
次に、事前に設備洗浄と水運転を行った粉砕機（アシザワファインテック株式会社製、ＬＭＺ０６）にφ０．２５ｍｍの石英ビーズ５９５ｇを投入し、さらに上記の懸濁液を粉砕機のチャージタンクに充填した（充填率８５％）。なお、粉砕機の粉砕室及び配管中に残留したイオン交換水を考慮すると、解砕時の濃度は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を行った。また、解砕時の懸濁液のｐＨを１０に維持するように、パス毎に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％のセリア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、セリア系複合微粒子分散液を得た。
比較例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８に示す。
＜比較例２＞
比較例１で得られた１００℃の乾燥機中で１６時間乾燥させた乾燥粉体を１２０５℃で焼成した以外は、比較例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様に評価を行った。
＜実施例８＞
実施例１では焼成体紛体をｐＨ９．２に調整した懸濁液を解砕する際の解砕時間は１２０分であったが、実施例８では解砕時間を６００分とした以外は、実施例１と同様の操作（セリア系微粒子分散液の調製）を行い、同様に評価を行った。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜実験２＞
［Ｓｉ固溶状態の測定］
実施例１および比較例２で調製したセリア系複合微粒子分散液を、Ｘ線吸収分光測定装置（Ｒｉｇａｋｕ社製のＲ−ＸＡＳ Ｌｏｏｐｅｒ）を用いて、ＣｅＬ ＩＩＩ吸収端（５７２７ｅＶ）におけるＸ線吸収スペクトルを測定し、そのＸ線吸収スペクトルに現れるＥＸＡＦＳ振動を得た。解析にはＲｉｇａｋｕ製ソフトウエアＲＥＸ−２０００を使用し、セリウム周辺の酸素及びセリウムの平均配位原子数Ｎ、平均結合距離Ｒを得た。結果を第４表に示す。
第４表の結果から、実施例１の場合、セリウムの周辺には酸素、ケイ素およびセリウムが存在し、セリウム−酸素原子間距離は２．４Åで、セリウム―セリウム原子間距離は３．８Åであるのに対して、セリウム−ケイ素の原子間距離は３．１Åであることが確認された。またＸＲＤの分析結果から、セリウムはＣｅｒｉａｎｉｔｅの結晶型でＣｅＯ2として存在していることから、酸化セリウム中にＳｉが固溶していると考えられる。それに対して比較例２ではＣｅ中心のＳｉ配位は検出されなかった。
＜実験３＞
実施例及び比較例における各測定方法及び試験方法は実験１と同様とした。
ただし、ＳｉＯ2、ＣｅＯ2並びに突起成分のシリカについて、次の通りとした。
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５表、第６表、第７表に記す。
なお、特に断りのない限り、「シリカ濃度」はシリカ固形分濃度を意味する。また、単に「固形分濃度」とある場合は、化学種を問わず溶媒に分散した微粒子の濃度を意味する。
＜合成例１＞（突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液の調製）
シリカ微粒子が分散している分散液（日揮触媒化成(株)製：カタロイドＳＩ−８０Ｐ、平均粒子径８０ｎｍ、シリカ濃度４０重量％、ｐＨ１０．２）にイオン交換水を添加して希釈し、シリカ濃度２１質量％に希釈したシリカ微粒子の分散液７５０ｇを得た後、ここへ陽イオン交換樹脂（ＲＯＨＭＨＡＲＳ(株)製：デュオライト）１５０ｇを混合し、０．５時間撹拌した。
ついで、陽イオン交換樹脂を分離した後、陰イオン交換樹脂（三菱化学(株)製：ＳＵＮＮＵＰ−Ｃ）１３５ｇを混合し、０．５時間撹拌し、ついで、陰イオン交換樹脂を分離して、シリカ濃度２０質量％の精製シリカ微粒子分散液７５０ｇを調製した。
ついで、この精製シリカ微粒子分散液７５０ｇにポリ塩化アルミニウム（多木化学(株)製：タキバイン＃１０００、アルミナ濃度２３．５５質量％）５．１ｇを添加し、常温で０．５時間撹拌した。ついで、純水２９０３ｇを添加し、希釈してシリカ濃度４．１質量％の基体用金属酸化物粒子（Ａ−２）の分散液３６５９ｇ（ｐＨ３．７）を調製した。
ついで前記基体用金属酸化物微粒子（Ａ−２）分散液３６５９ｇに、被覆用金属酸化物粒子としてシリカ超微粒子の分散液（日揮触媒化成(株)製：カタロイドＳＮ−３５０、比表面積換算粒子径７ｎｍ、ＴＥＭ観察粒子径９ｎｍ、シリカ濃度１６．６質量％、ｐＨ３．７）３６７ｇを混合し、混合分散液（シリカ濃度４．８質量％、ｐＨ３．５）を得た。
ついで、混合分散液に陰イオン交換樹脂（三菱化学(株)製：ＳＵＮＮＵＰ−Ｃ）１３５ｇを混合し、０．５時間撹拌し、ついで、陰イオン交換樹脂を分離した。さらに９３℃で３時間熟成し冷却した後、濃度３質量％の酢酸水溶液を添加して溶液のｐＨを５．５に調整した。その後１２０℃で１５時間乾燥し、１０００℃で２時間焼成した。
得られた焼成粉を純水に分散させ、シリカ濃度１０重量％のシリカ系微粒子分散液とし、サンドミル（シンマルエンタープライゼス(株)製：ガラスビーズ０．５ｍｍφ１１００ｇ）にて２１６０ｒｐｍで１８０分間解砕し、ついで、ガラスビーズを分離したシリカ微粒子の分散液を得た。
このシリカ微粒子の分散液にイオン交換水と塩酸を加え、固形分３．０％、塩酸濃度３．０％に希釈し、６０℃に昇温し、６０℃を保ったまま６ｈ熟成した。室温で放冷して冷却を行ったのち、陰イオン交換樹脂を加えて室温で１ｈ撹拌し、ついでイオン交換樹脂を分離した。さらに陽イオン交換樹脂を加えて室温で１ｈ撹拌し、イオン交換樹脂を分離した。同様の操作を繰り返し行ったのち、さらに分離後の分散液を、遠心分離機（日立製作所(株)製：高速冷却遠心機）により、２０００ｒｐｍで３分間遠心分離処理を行い、上澄液を分離し、得られた上澄液をロータリーエバポレーターで濃縮し、突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液（シリカ濃度１０質量％）を調製した。
シリカ系微粒子Ａを透過型電子顕微鏡を用いて３０万倍に拡大した写真を観察したところ、金平糖状であることが確認できた。また、任意の５０個の突起の幅を計測したところ、その平均値は（すなわち突起の幅は）、９ｎｍであった。
＜合成例２＞（突起を有するシリカ系微粒子Ｂの分散液の調製）
［精製シリカ系微粒子分散液の調製］
日揮触媒化成社製のシリカゾル：商品名カタロイドＳＩ−８０Ｐ（比表面積換算粒子径８０ｎｍ、シリカ濃度４０．５質量％）１，０００ｇに超純水を３０５０ｇを添加して、シリカ濃度１０質量％のシリカゾル４０５０ｇを得た。ついで撹拌しながら陽イオン交換樹脂（三菱化学社製ＳＫ１ＢＨ）５００ｇを徐々に添加した。添加後に８０℃に昇温して６時間温度を保持し、冷却後に樹脂を分離した。得られたシリカ微粒子の分散液をロータリーエバポレーターで濃縮し、精製シリカ微粒子分散液（シリカ濃度４０．５質量％）を得た。
［酸性珪酸液の調製］
珪酸ナトリウム水溶液（シリカ濃度２４．０６質量％、Ｎａ2Ｏ濃度７．９７質量％）に純水を加えて、珪酸ナトリウム水溶液（シリカ濃度５質量％）を得た。
得られた珪酸ナトリウム水溶液１８ｋｇを、６Ｌの強酸性陽イオン交換樹脂（ＳＫ１ＢＨ、三菱化学社製）に、空間速度３．０ｈ-1で通液させ、酸性珪酸液１８ｋｇ（シリカ濃度４．６質量％、ｐＨ２．７）を得た。
［アルミン酸ナトリウム希釈液の調製］
アルミン酸ナトリウム１３．８ｇ（アルミナ濃度２２質量％）に超純水３２４．２ｇを添加し、アルミン酸ナトリウム希釈液（アルミナ濃度０．９質量％）を得た。
［突起を有するシリカ系微粒子Ｂの調製］
前記精製シリカ微粒子分散液１３００ｇに超純水１１４３２ｇを添加して、シリカ濃度４．１質量％まで希釈し、撹拌しながら９８℃に昇温した後、前記アルミン酸ナトリウム希釈液（アルミナ濃度０．９質量％）を５分間かけて添加し、添加後９８℃で１時間保持した。
更に珪酸ナトリウム水溶液（シリカ濃度２４．３１質量％、Ｎａ2Ｏ濃度８．００質量％）１０２．５ｇを１０分かけて添加し、９８℃を保持したまた１時間熟成を行った。
続いて前記酸性珪酸液（シリカ濃度４．６質量％）１８４９ｇを７時間かけて添加し、添加終了後は９８℃を保持したまま１時間熟成を行った。熟成終了後は室温で放置することで冷却を行い、シリカ微粒子の分散液（固形分濃度４．２５質量％）を得た。
得られたシリカ微粒子の分散液に、イオン交換水と塩酸を加え、固形分３．０％、塩酸濃度３．０％に希釈し、６０℃に昇温し、６０℃を保ったまま６ｈ熟成した。室温で放冷して冷却を行ったのち、陰イオン交換樹脂を加えて室温で１ｈ撹拌し、ついでイオン交換樹脂を分離した。さらに陽イオン交換樹脂を加えて室温で１ｈ撹拌し、イオン交換樹脂を分離した。同様の操作を繰り返し行ったのち、さらに分離後の分散液を、遠心分離機（日立製作所(株)製：高速冷却遠心機）により、２０００ｒｐｍで３分間遠心分離処理を行い、上澄液を分離し、得られた上澄液をロータリーエバポレーターで濃縮し、突起を有するシリカ系微粒子Ｂの分散液（シリカ濃度１０質量％）を調製した。
シリカ系微粒子Ｂを透過型電子顕微鏡を用いて３０万倍に拡大した写真を観察したところ、金平糖状であることが確認できた。任意の５０個の突起の幅を計測したところ、その平均値は（すなわち突起の幅は）、８ｎｍであった。
＜合成例３＞（突起を有するシリカ系微粒子Ｃの分散液の調整）
［シリカ系微粒子の分散液（シリカ微粒子の平均粒子径６３ｎｍ）の調製］
以下の様に混合液Ａ１、混合液Ｂ１及び敷き水（１）を調製した。
混合液Ａ−３：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Ａ−３とした。
混合液Ｂ−３：超純水６，１２０ｇと２９％アンモニア水４４４．９ｇとを混合し、混合液Ｂ−３とした。
敷き水（１）：超純水１９２．９ｇとエタノール４４４．９ｇとを混合して敷き水（１）とした。
そして、敷き水（１）を撹拌しながら加温して７５℃に調整し、ここへ、混合液Ａ−３及び混合液Ｂ−３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、シリカ濃度１９質量％、画像解析法による平均粒子径６３ｎｍのシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ微粒子の分散液を９，６４６．３ｇ得た。
［シリカ系微粒子の分散液（シリカ系微粒子の平均粒子径：１１３ｎｍ）の調製］
以下の様に混合液Ａ−４、混合液Ｂ−４及び敷き水（２）を調製した。
混合液Ａ−４：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Ａ−４とした。
混合液Ｂ−４：超純水１，８６０．７ｇと２９％アンモニア水４０．６ｇとを混合し、混合液Ｂ−４とした。
敷き水（２）：超純水５９ｇとメタノール１，２０８．９ｇとを混合して敷き水（２）とした。
敷き水（２）に、上記のようにして得た平均粒子径が６３ｎｍであるシリカ系微粒子が溶媒に分散してなるシリカ系微粒子の分散液９２２．１ｇを加え、撹拌しながら６５℃に調整し、ここへ、混合液Ａ−４及び混合液Ｂ−４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、シリカ濃度の調製を行って３，６００ｇの高純度シリカ系微粒子分散液（シリカ濃度１９質量％、画像解析法による平均粒子径１１３ｎｍを得た。
［突起を有するシリカ系微粒子Ｃの分散液の調製］
前記高純度シリカ系微粒子分散液（シリカ濃度１９質量％）に超純水を加えてシリカ濃度７．４質量％に調整した希釈液４０００ｇ（シリカ固形分換算２９６ｇを含む）を調製した。この希釈液にアンモニア水（アンモニア濃度２８質量％）を添加して、ｐＨを１１．２に調整した。この溶液を６５℃に昇温し、続いてメチルトリメトキシシランのメタノール希釈液（信越化学工業（株）製ＫＢＭ−１３Ｓの１．６３ｇを、メタノール８．３２ｇで希釈したもの）を６０分かけて添加し、温度を６５℃に保持してさらに１時間熟成を行い、熟成終了後に冷却を行って溶液を得た。
この溶液に、超純水を添加してシリカ濃度３．０質量％に希釈した液８０００ｇ（シリカ固形分換算２４０ｇを含む）を６５℃に昇温して、この分散液にテトラエトキシシラン（多摩化学社製、正珪酸エチル）２５３．６ｇとメタノール４８１．５ｇを混合した溶液と、超純水３４３ｇと２８％のアンモニア水１９ｇとを混合した溶液を、１０時間かけて添加して加水分解を行った。添加終了後、温度を６５℃に保持してさらに３時間熟成を行った。続いて限外ろ過膜（旭化成社製ＳＩＰ−１０１３）で固形分濃度を１２質量％までに濃縮し、さらにロータリーエバポレーターでメタノールをほぼ完全に除去することで、固形分濃度をさらに２０質量％濃度に濃縮し、５ｎｍの突起を有するシリカ系微粒子Ｃの分散液を得た。
この分散液に含まれる粒子は、Ｎａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率は何れも１ｐｐｍ以下であった。
＜実施例９＞
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％の硝酸セリウム水溶液（以下、Ｂ−５液と呼ぶ）を得た。
合成例１で得た突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液にイオン交換水を添加して、シリカ濃度３．０質量％の分散液６０００ｇ（以下Ａ−５液と呼ぶ）を調製した。
ついでＡ−５液を１５℃に保ち、強撹拌しながら、ここへＢ−５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１５℃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−５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１００〜２００ｍＶを保った。
そして、Ｂ−５液の添加が終了したら、液温を１５℃保って４時間熟成を行った。熟成終了後に、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％であった。
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、マッフル炉を用いて９６０℃で２時間焼成を行い、粉体（焼成体）を得た。
焼成後に得られた粉体（焼成体）３１０ｇと、イオン交換水４３０ｇとを、１Ｌの柄付きビーカーに入れ、そこへ３％アンモニア水溶液を加え、撹拌しながら超音波浴槽中で１０分間超音波を照射し、ｐＨ１０(温度は２５℃)の懸濁液を得た。
次に、事前に設備洗浄と水運転を行った粉砕機（アシザワファインテック株式会社製、ＬＭＺ０６）にφ０．２５ｍｍの石英ビーズ５９５ｇを投入し、さらに上記の懸濁液を粉砕機のチャージタンクに充填した（充填率８５％）。なお、粉砕機の粉砕室及び配管中に残留したイオン交換水を考慮すると、粉砕時の濃度は２５質量％である。そして、粉砕機におけるディスクの周速を１２ｍ／ｓｅｃで湿式解砕を行った。また、解砕時の懸濁液のｐＨを１０に維持するように、パス毎に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％の焼成体解砕分散液を得た。
次いで得られた焼成体解砕分散液を遠心分離装置（日立工機株式会社製、型番「CR21G」）にて、相対遠心加速度６７５Ｇで１分間遠心分離処理し、沈降成分を除去し、セリア系複合微粒子分散液を得た。
次にセリア系複合微粒子分散液を用いて研磨試験を行った。
なお、原料としたシリカ系微粒子Ａの分散液に含まれるシリカ系微粒子Ａの平均粒子径、不純物の含有率を第５表に示す。またセリア系複合微粒子に含まれるシリカ含有率とセリア含有率（及びシリカ１００質量部に対するセリアの質量部）、セリア系複合微粒子調製時の焼成温度、セリア系複合微粒子の結晶子径、結晶型、比表面積、セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有率、セリア系複合微粒子の平均粒子径、研磨性能の測定結果を第６表、第７表に示す。以降の実施例、比較例も同様である。
また、実施例９で得られたセリア系複合微粒子分散液が含むセリア系複合微粒子についてＳＥＭ-ＥＤＳ，ＴＥＭを用いて観察したところ、セリア系複合微粒子の最表面に、薄いセリウム含有シリカ層が覆うように存在している様子が観察された。また母粒子の突起上に形成された子粒子や、突起部ではない箇所に形成された子粒子、突起と突起部ではない箇所とにまたがって形成された子粒子が観察された。さらにＴＥＭやＳＥＭ像からセリウム含有シリカ層がシリカ表面を覆っており、その層内に子粒子が分散している様子が観察された。
さらに、実施例９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線回折パターンには、かなりシャープなＣｅｒｉａｎｉｔｅの結晶パターンが観察された。
＜実施例１０＞
突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液に代えて突起を有するシリカ系微粒子Ｂの分散液を用いてシリカ濃度３．０質量％の分散液６０００ｇを調製した以外は、実施例９と同様に行ってセリア系複合微粒子分散液を調製した。得られたセリア系複合微粒子分散液について、実施例９と同様に測定した結果を第５表〜第７表に示す。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜実施例１１＞
突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液に代えて突起を有するシリカ系微粒子Ｃの分散液を用いてシリカ濃度３．０質量％の分散液６０００ｇを調製した以外は、実施例９と同様に行ってセリア系複合微粒子分散液を調製した。得られたセリア系複合微粒子分散液について、実施例９と同様に測定した結果を第５表〜第７表に示す。
セリア系複合微粒子をＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、セリア系複合微粒子に含まれる母粒子の形状を観察したところ５〜２５ｎｍの突起を有する形状であった。
＜比較例３＞
合成例１で調製した突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液について実施例９と同様の測定を行った。その結果を第５表〜第７表に示す。
＜比較例４＞
合成例２で調製した突起を有するシリカ系微粒子Ｂの分散液について実施例９と同様の測定を行った。その結果を第５表〜第７表に示す。
＜比較例５＞
合成例３で調製した突起を有するシリカ系微粒子Ｃの分散液について実施例９と同様の測定を行った。その結果を第５表〜第７表に示す。
＜比較例６＞
突起を有するシリカ系微粒子Ａの分散液に代えて合成例３で調製した高純度シリカ系微粒子分散液（平均粒子径１０８ｎｍ、シリカ濃度１９質量％の突起を有さないシリカ系微粒子の分散液）を用いてシリカ濃度３．０質量％の分散液６０００ｇを調製したことと、調合温度を５０℃としたことと、焼成温度を１０９０℃にしたこと以外は、実施例９と同様に行ってセリア系複合微粒子分散液を調製した。得られたセリア系複合微粒子分散液について、実施例９と同様に測定した結果を第５表〜第７表に示す。
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。

Claims (15)

  1. 下記［１］から［５］の特徴を備える平均粒子径５０〜３５０ｎｍのセリア系複合微粒子を含む、セリア系複合微粒子分散液。
    ［１］前記セリア系複合微粒子は、核粒子からなる母粒子と、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、前記核粒子は非晶質シリカを主成分とし、前記子粒子は結晶性セリアを主成分とすること。
    ［２］前記子粒子の粒子径分布における変動係数（ＣＶ値）が１４〜４０％であること。
    ［３］前記セリア系複合微粒子は、シリカとセリアとの質量比が１００：１１〜３１６であること。
    ［４］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供すると、セリアの結晶相のみが検出されること。
    ［５］前記セリア系複合微粒子は、Ｘ線回折に供して測定される、前記結晶性セリアの平均結晶子径が１０〜２５ｎｍであること。
  2. 下記［６］の特徴をさらに備える前記セリア系複合微粒子を含む、請求項１に記載のセリア系複合微粒子分散液。
    ［６］前記子粒子が含む結晶性セリアにケイ素原子が固溶していること。
  3. 前記子粒子に含まれるセリウム原子およびケイ素原子について、セリウム―ケイ素原子間距離をＲ1とし、セリウム―セリウム原子間距離をＲ2としたときに、Ｒ1＜Ｒ2の関係を満たす、請求項２に記載のセリア系複合微粒子分散液。
  4. ０．５１μｍ以上の粗大粒子となっている前記セリア系複合微粒子の数が、ドライ換算で１００百万個／ｃｃ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
  5. 前記セリア系複合微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の（ａ）及び（ｂ）のとおりであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
    （ａ）Ｎａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＺｎの含有率が、それぞれ１００ｐｐｍ以下。
    （ｂ）Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率が、それぞれ５ｐｐｍ以下。
  6. 前記母粒子が、核粒子およびその表面上の突起からなり、前記突起はシリカを主成分とする、請求項１〜５のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
  7. 前記母粒子に含まれる突起の幅が５〜２５ｎｍの範囲にあることを特徴とする、請求項６に記載のセリア系複合微粒子分散液。
  8. カチオンコロイド滴定を行った場合に、下記式（１）で表される流動電位変化量（ΔＰＣＤ）と、クニックにおけるカチオンコロイド滴定液の添加量（Ｖ）との比（ΔＰＣＤ／Ｖ）が−１１０．０〜−１５．０となる流動電位曲線が得られる、請求項１〜７のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液。
    ΔＰＣＤ／Ｖ＝（Ｉ−Ｃ）／Ｖ・・・式（１）
    Ｃ：前記クニックにおける流動電位（ｍＶ）
    Ｉ：前記流動電位曲線の開始点における流動電位（ｍＶ）
    Ｖ：前記クニックにおける前記カチオンコロイド滴定液の添加量（ｍｌ）
  9. 請求項１〜８のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液を含む研磨用砥粒分散液。
  10. 前記研磨用砥粒分散液が、シリカ膜が形成された半導体基板の平坦化用であることを特徴とする請求項９に記載の研磨用砥粒分散液。
  11. 下記の工程１〜工程３を含むことを特徴とするセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
    工程１：シリカ系微粒子が溶媒に分散しているシリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程。
    工程２：前記前駆体粒子分散液を乾燥させ、９５０〜１,２００℃で焼成し、得られた焼成体に溶媒を加えて、ｐＨ８．６〜１０．８の範囲にて、湿式で解砕処理をして焼成体解砕分散液を得る工程。
    工程３：前記焼成体解砕分散液を、相対遠心加速度３００Ｇ以上にて遠心分離処理を行い、続いて沈降成分を除去することによりセリア系複合微粒子分散液を得る工程。
  12. 前記工程１が、前記シリカ系微粒子分散液を撹拌し、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を２０℃超９８℃以下、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、請求項１１に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
  13. 前記工程１が、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７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、その後、温度を０〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへ前記セリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子分散液を得る工程である、請求項１１または１２に記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
  14. 前記工程１における前記シリカ系微粒子に含まれる不純物の含有割合が、次の（ａ）及び（ｂ）のとおりであることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
    （ａ）Ｎａ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＺｎの含有率が、それぞれ１００ｐｐｍ以下。
    （ｂ）Ｕ、Ｔｈ、Ｃｌ、ＮＯ3、ＳＯ4及びＦの含有率が、それぞれ５ｐｐｍ以下。
  15. 前記工程１が、
    表面に幅５〜２５ｎｍの突起を有する前記シリカ系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３〜２０℃、ｐＨを７．０〜９．０、酸化還元電位を５０〜５００ｍＶに維持しながら、ここへセリウムの金属塩を連続的又は断続的に添加し、前記前駆体粒子を含む前駆体粒子分散液を得る工程であり、請求項６または７記載のセリア系複合微粒子分散液が得られる、請求項１１〜１４のいずれかに記載のセリア系複合微粒子分散液の製造方法。
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