JP2024111808A - Hollow silica particle dispersion and method for producing same - Google Patents

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JP2024111808A JP2024001233A JP2024001233A JP2024111808A JP 2024111808 A JP2024111808 A JP 2024111808A JP 2024001233 A JP2024001233 A JP 2024001233A JP 2024001233 A JP2024001233 A JP 2024001233A JP 2024111808 A JP2024111808 A JP 2024111808A
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彰吾 林
宏忠 荒金
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Abstract

【課題】屈折率が低く、被膜付基材に使用した場合、優れた反射防止性能を発揮する中空シリカ粒子の分散液及びその製造方法を提供する。【解決手段】この粒子は、珪素を含む外殻と、その内側に空洞を有する粒子であって、粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積が、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下である。この粒子を含む分散液を被膜付基材に使用した場合、優れた反射防止性能を発揮する。特に、レジスト材に使用した場合、優れた現像性を発揮する。【選択図】なし[Problem] To provide a dispersion of hollow silica particles that has a low refractive index and exhibits excellent anti-reflective performance when used on a coated substrate, and a method for producing the same. [Solution] The particles have a silicon-containing shell and a cavity inside, and the volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15% by volume of the particles at 1,000,000 G is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation. When a dispersion containing these particles is used on a coated substrate, it exhibits excellent anti-reflective performance. In particular, when used in a resist material, it exhibits excellent developability. [Selected Figure] None

Description

本発明は、中空シリカ粒子の分散液、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a dispersion of hollow silica particles and a method for producing the same.

近年、半導体素子、プリント基板、液晶ディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル等の製造に用いられるフォトリソグラフィでは、基板上に感光性の物質を塗布し、パターン状に露光及び現像させることにより加工する技術が普及している。このフォトリソグラフィに使用される感光性材料(レジスト材)は、基板表面に、例えば、低屈折率膜(あるいは高屈折率膜)や絶縁膜といった機能膜をパターン状に形成させる材料である。このため、高感度、高解像度、及び高透明性が要求される。このような機能膜は、レジスト材を用いて所望する形状にパターニングされながら形成される。このレジスト材は、樹脂成分と、重合開始剤、及び溶剤といった成分で構成される。 In recent years, photolithography, which is used in the manufacture of semiconductor elements, printed circuit boards, liquid crystal display panels, organic EL display panels, etc., has become widespread as a processing technique in which a photosensitive substance is applied to a substrate, and then exposed and developed in a pattern. The photosensitive material (resist material) used in this photolithography is a material that forms a functional film, such as a low refractive index film (or a high refractive index film) or an insulating film, in a pattern on the substrate surface. For this reason, high sensitivity, high resolution, and high transparency are required. Such functional films are formed by patterning into the desired shape using the resist material. This resist material is composed of components such as a resin component, a polymerization initiator, and a solvent.

これまで、膜の低屈折率化の手段として、中空シリカ粒子や、粒子内部が多孔質な低屈折率粒子を塗布液に使用することが知られている。例えば、特開2019-119848号公報(特許文献1)や特開2020-166156号公報(特許文献2)には、感光性樹脂組成物として、膜の屈折率を低くするために、粒子内に気体が包含されているシリカ粒子を使用することが示されている。また、特開2018-123043号公報(特許文献3)には、平均粒径が50nmよりも小さいシリカ系中空粒子分散液の製造方法が示されている。更に、特開2009-020520号公報(特許文献4)には、低誘電性、接着力、耐熱性等に優れた感光性樹脂組成物について記載され、有機シランで表面処理されたコロイド状ナノ粒子無機物の使用について示されている。 To date, it has been known that hollow silica particles or low-refractive-index particles with a porous interior are used in coating solutions as a means of lowering the refractive index of films. For example, JP 2019-119848 A (Patent Document 1) and JP 2020-166156 A (Patent Document 2) disclose the use of silica particles containing gas in the particles as a photosensitive resin composition to lower the refractive index of the film. In addition, JP 2018-123043 A (Patent Document 3) discloses a method for producing a silica-based hollow particle dispersion having an average particle size of less than 50 nm. Furthermore, JP 2009-020520 A (Patent Document 4) discloses a photosensitive resin composition that is excellent in low dielectric properties, adhesive strength, heat resistance, etc., and discloses the use of colloidal inorganic nanoparticles that have been surface-treated with an organic silane.

特開2019-119848号公報JP 2019-119848 A 特開2020-166156号公報JP 2020-166156 A 特開2018-123043号公報JP 2018-123043 A 特開2009-020520号公報JP 2009-020520 A

近年、回路の高密度化に伴い、パターン部のピッチ幅を100nm程度とするファインピッチ化が求められている。このファインピッチ化のためには、パターン部の高い直線性、高い平滑性、及び基板上の残渣が少ないことが求められ、レジスト膜として高い現像性を実現する必要がある。また、レジスト膜の低屈折率化の手段としては、粒子に占める空洞の割合(空隙率)の高い中空粒子すなわち粒子径の大きい中空粒子を配合することが挙げられる。ところが、粒子径の大きい中空粒子を配合すると、パターン部の表面凹凸が大きくなるためシャープなパターンが得られ難い。一方、このパターン部の表面凹凸を抑制するために粒子径の小さい中空粒子を配合すると、粒子径の大きい中空粒子に比べて、中空粒子の空隙率が低く屈折率が高いため、膜の屈折率の低下が不十分となる。このように、中空粒子の粒子径と空隙率との間には相関性がある。また、膜の低屈折率化を図って中空粒子の配合量を増加しても、粒子間に存在し得る樹脂成分が少ないことに起因して、表面凹凸が大きくなり、シャープなパターンが得られ難くなる。すなわち、屈折率と表面凹凸とはトレードオフの関係にある。 In recent years, with the increasing density of circuits, fine pitches with a pitch width of about 100 nm are required. To achieve this fine pitch, the pattern portion is required to have high linearity, high smoothness, and little residue on the substrate, and it is necessary to achieve high developability as a resist film. In addition, as a means of lowering the refractive index of the resist film, hollow particles with a high ratio of cavities to the particle (porosity), that is, hollow particles with a large particle diameter, can be blended. However, when hollow particles with a large particle diameter are blended, the surface unevenness of the pattern portion increases, making it difficult to obtain a sharp pattern. On the other hand, when hollow particles with a small particle diameter are blended to suppress the surface unevenness of the pattern portion, the hollow particles have a low porosity and a high refractive index compared to hollow particles with a large particle diameter, so the reduction in the refractive index of the film is insufficient. Thus, there is a correlation between the particle diameter and porosity of the hollow particles. In addition, even if the amount of hollow particles blended is increased to lower the refractive index of the film, the surface unevenness increases due to the small amount of resin components that can exist between the particles, making it difficult to obtain a sharp pattern. In other words, there is a trade-off between refractive index and surface roughness.

特許文献1や特許文献2に記載の粒子を100nm程度のピッチ幅が求められるレジスト材に使用する場合は、屈折率の低い膜を得ることは期待できるが、ピッチ幅に対して粒子径が大きいため、シャープなパターンが得られ難い問題がある。また、膜中の粒子の充填率としては低いため、レジスト膜の屈折率は不十分である。逆に、粒子径を小さくすると、粒子の空隙率は低く、屈折率は高くなるため、所望する膜の屈折率が得られない問題がある。更に、アルカリ現像液との相溶性が低いため、シャープなパターンを形成することが困難となる問題や、基板上に粒子に由来する残渣が生じる問題がある。特許文献3に記載の粒子を使用する場合は、ピッチ幅に対して粒子径が小さい点ではシャープなパターンが得られやすいが、膜中の粒子の充填率は低いため、レジスト膜の屈折率が高くなる問題がある。また、粒子表面のシラノール基の数密度が低いため、アルカリ現像液との相溶性が低く、シャープなパターンを形成することが困難となる問題や、基板上に粒子に由来する残渣が生じる問題がある。特許文献4は、粒子は、有機シランで表面処理されているためレジスト膜中の分散性は高いものの、粒子の充填率は低い。また、アルカリ現像液との相溶性も低いため、シャープなパターンが形成することが困難となる問題や、基板上に粒子に由来する残渣が生じる問題がある。 When the particles described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are used in a resist material requiring a pitch width of about 100 nm, it is expected that a film with a low refractive index can be obtained, but since the particle diameter is large relative to the pitch width, it is difficult to obtain a sharp pattern. In addition, since the particle packing rate in the film is low, the refractive index of the resist film is insufficient. Conversely, if the particle diameter is made small, the porosity of the particles is low and the refractive index is high, so there is a problem that the desired refractive index of the film cannot be obtained. Furthermore, since the compatibility with an alkaline developer is low, it is difficult to form a sharp pattern, and there is a problem that particle-derived residues are generated on the substrate. When the particles described in Patent Document 3 are used, it is easy to obtain a sharp pattern because the particle diameter is small relative to the pitch width, but since the particle packing rate in the film is low, there is a problem that the refractive index of the resist film is high. In addition, since the number density of the silanol groups on the particle surface is low, there is a problem that the compatibility with an alkaline developer is low, making it difficult to form a sharp pattern, and there is a problem that particle-derived residues are generated on the substrate. In Patent Document 4, the particles are surface-treated with an organic silane, so the dispersibility in the resist film is high, but the particle packing rate is low. In addition, it has low compatibility with alkaline developers, which makes it difficult to form sharp patterns and can cause particle-derived residues to appear on the substrate.

このような課題を解決するため、以下のような中空シリカ粒子の分散液を見出した。この中空シリカ粒子は、珪素を含む外殻と、その内側に空洞を有する。この粒子は、粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積が、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下である。 To solve these problems, we have discovered the following dispersion of hollow silica particles. These hollow silica particles have an outer shell containing silicon and a cavity inside. The volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15% by volume of particles at 1,000,000 G is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation.

以下、この中空シリカ粒子を単に「粒子」あるいは「分散液中の粒子」ということがある。 Hereinafter, these hollow silica particles may be simply referred to as "particles" or "particles in dispersion liquid."

この粒子は、屈折率が低く、被膜付基材に使用した場合、優れた反射防止性能を発揮する。特に、レジスト材に使用した場合、優れた現像性を発揮する。 These particles have a low refractive index and exhibit excellent anti-reflection performance when used on coated substrates. In particular, when used in resist materials, they exhibit excellent developability.

この粒子を得るために、以下のような製造方法を見出した。 To obtain these particles, we discovered the following manufacturing method.

まず、珪素以外の、両性酸化物となる元素を含むアルカリ水溶液を準備する(第一工程)。この時、アルカリ水溶液中の両性酸化物となる元素が、酸化物基準で5.0質量%以上となるように調製する。これに、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを、珪素の酸化物をSiOと表し、珪素以外の無機元素の酸化物をMOxと表した時、添加終了時の反応液のモル比(MOx/SiO)が0.5~25となるように、同時に添加して、複合酸化物粒子aの分散液を調製する(第二工程)。次に、第二工程のモル比よりも小さいモル比(MOx/SiO)で、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを添加して、複合酸化物粒子bの分散液を調製する(第三工程)。次に、複合酸化物粒子bの分散液に酸を加えて、複合酸化物粒子bを構成する珪素以外の元素の少なくとも一部を除去して、シリカ系粒子の分散液を調製する(第四工程)。このシリカ系粒子の分散液を昇温速度3.0℃/分以下で60~200℃まで加温し、その後50℃未満に降温する(第五工程)。 First, an alkaline aqueous solution containing an element other than silicon that can be an amphoteric oxide is prepared (first step). At this time, the amount of the element that can be an amphoteric oxide in the alkaline aqueous solution is adjusted to be 5.0 mass% or more based on the oxide. A solution of a compound containing silicon and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon are simultaneously added to the alkaline aqueous solution so that the molar ratio (MOx/SiO 2 ) of the reaction solution at the end of the addition is 0.5 to 25, where the oxide of silicon is represented as SiO 2 and the oxide of the inorganic element other than silicon is represented as MOx, to prepare a dispersion of composite oxide particles a (second step). Next, a solution of a compound containing silicon and an aqueous solution of the alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon are added at a molar ratio (MOx/SiO 2 ) smaller than the molar ratio in the second step to prepare a dispersion of composite oxide particles b (third step). Next, an acid is added to the dispersion liquid of the composite oxide particles b to remove at least a part of the elements other than silicon that constitute the composite oxide particles b, thereby preparing a dispersion liquid of silica-based particles (fourth step). The dispersion liquid of the silica-based particles is heated to 60 to 200°C at a heating rate of 3.0°C/min or less, and then cooled to less than 50°C (fifth step).

この製造方法で得られた分散液中の粒子の性状は、前述の分散液中の粒子の性状に準じる。 The properties of the particles in the dispersion obtained by this manufacturing method are similar to those of the particles in the dispersion described above.

本発明の粒子の分散液をレジスト材に使用した場合、パターン形成時に高い現像性が実現できる。ここで得られるレジスト膜としては、低い屈折率、低いヘイズ、高い解像度、及び、パターン数の高密度化(ファインピッチ化)を兼ね備えている。 When the dispersion of the particles of the present invention is used in a resist material, high developability can be achieved during pattern formation. The resist film obtained here has a low refractive index, low haze, high resolution, and a high density of patterns (fine pitch).

[粒子の分散液]
本発明に係る粒子の分散液(以下、これを単に「分散液」ということがある)について説明する。
[Particle Dispersion]
The particle dispersion according to the present invention (hereinafter, this may be simply referred to as "dispersion") will be described.

本発明の分散液は、珪素を含む外殻とその内側に空洞を有する粒子と、分散媒とを含む。この粒子は、粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積が、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下である。 The dispersion of the present invention contains particles having a silicon-containing shell with a cavity inside the shell, and a dispersion medium. The volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15% by volume of the particles at 1,000,000 G is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation.

粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積は、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下である。この割合がこの範囲にあると、膜中で粒子が緻密な充填状態となるため低屈折率なレジスト膜を形成することができる。 The volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15% by volume of particles at 1,000,000 G is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation. If this ratio is within this range, the particles are densely packed in the film, making it possible to form a resist film with a low refractive index.

ここで、この割合が25%を超えると、膜中の粒子の充填率が低く、低屈折率なレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。この割合の下限値としては、特に設定されないが、例えば、20%である。この値は、より好ましくは20~24%、更に好ましくは20~23%である。 If this ratio exceeds 25%, the particle filling rate in the film will be low, and it may be difficult to obtain a resist film with a low refractive index. There is no particular lower limit for this ratio, but it is, for example, 20%. This value is more preferably 20 to 24%, and even more preferably 20 to 23%.

この粒子は、粒子径の変動係数(CV値)が20~55%であることが好ましい。CV値がこの範囲にあると、低屈折率でシャープなパターンが形成できる。これは、粒子間隙に、それに相当する小径の粒子が存在することで、CV値が小さい粒子よりも膜中の粒子が密に充填されるため、膜表面の凹凸を抑制しつつ、より低屈折率なレジスト膜が得られるためである。 The particles preferably have a particle size coefficient of variation (CV value) of 20 to 55%. When the CV value is in this range, a sharp pattern with a low refractive index can be formed. This is because the presence of particles with a correspondingly small diameter in the gaps between the particles allows the particles to be packed more densely in the film than particles with a smaller CV value, resulting in a resist film with a lower refractive index while suppressing unevenness on the film surface.

ここで、CV値が20%未満であると、膜中の粒子の充填率が低く、低屈折率なレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。逆に、CV値が55%を超えると、低屈折率なレジスト膜は得られるものの、膜の表面凹凸が大きくなり、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれがある。このCV値は、より好ましくは22~45%、更に好ましくは25~35%である。 If the CV value is less than 20%, the particle filling rate in the film will be low, and it may be difficult to obtain a resist film with a low refractive index. Conversely, if the CV value exceeds 55%, a resist film with a low refractive index will be obtained, but the film surface irregularities will be large, and it may be difficult to form a sharp pattern. This CV value is more preferably 22 to 45%, and even more preferably 25 to 35%.

粒子のシアーズ測定法によって算出される粒子表面のシラノール基の数密度は、0.5~2.5個/nmが好ましい。シラノール基の数密度がこの範囲にあると、アルカリ現像液との相溶性が高いため、現像性に優れたレジスト膜が得られる。 The number density of silanol groups on the particle surface, calculated by the Sears measurement method, is preferably 0.5 to 2.5/ nm2 . When the number density of silanol groups is within this range, compatibility with an alkaline developer is high, and therefore a resist film with excellent developability can be obtained.

ここで、シラノール基の数密度が0.5個/nm未満であると、アルカリ現像液との相溶性が低いため、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれや、基板上に粒子由来の残渣が生じるおそれがある。逆に、2.5個/nmを超えると、感光性樹脂との結合が不十分となるため、樹脂との結合が弱く、パターンを形成すること自体が困難となるおそれがある。このシラノール基密度は、好ましくは0.8~2.2個/nm、より好ましくは1.0~2.0個/nmである。 Here, if the number density of silanol groups is less than 0.5/ nm2 , the compatibility with the alkaline developer is low, which may make it difficult to form a sharp pattern or may cause particle-derived residues on the substrate. Conversely, if the number density exceeds 2.5/ nm2 , the bond with the photosensitive resin becomes insufficient, and the bond with the resin is weak, which may make it difficult to form a pattern. The silanol group density is preferably 0.8 to 2.2/ nm2 , more preferably 1.0 to 2.0/ nm2 .

粒子のシラノール基の数密度は、シアーズ数と比表面積によって算出される。シアーズ数は、SearsによるAnalytical Chemistry 28(1956)、12、1981-1983.の記載に沿って、水酸化ナトリウムの滴定によって測定する。具体的には、シリカ粒子濃度が1質量%になるように、純水で希釈したもの150gに対し、30gの塩化ナトリウムを加え、塩酸でpHを4.0に調整した後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を0.1ml/秒で滴定し、pHが9.0になるまでに要した水酸化ナトリウム水溶液の量(Q)で表される。すなわち、シアーズ数(A)は、粒子1.5gに対して必要な0.1NのNaOH水溶液の滴定量であり、下記式(1)で表される。 The number density of silanol groups of the particles is calculated from the Sears number and the specific surface area. The Sears number is measured by titration with sodium hydroxide according to the description in Analytical Chemistry 28 (1956), 12, 1981-1983 by Sears. Specifically, 30 g of sodium chloride is added to 150 g of silica particles diluted with pure water to a concentration of 1% by mass, and the pH is adjusted to 4.0 with hydrochloric acid. Then, 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is titrated at 0.1 ml/sec. The Sears number is expressed by the amount (Q) of aqueous sodium hydroxide solution required to reach a pH of 9.0. In other words, the Sears number (A) is the amount of 0.1 N aqueous NaOH solution required to titrate 1.5 g of particles, and is expressed by the following formula (1).

A=(Q×f×100×1.5)/(W×C) ・・・(1)
(ただし、式中、fは使用した0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液の力価、Cは分散液中の粒子濃度(質量%)、及び、Wは分散液の採取量(g)を表す。)
A=(Q×f×100×1.5)/(W×C)...(1)
(In the formula, f represents the titer of the 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution used, C represents the particle concentration (mass%) in the dispersion, and W represents the amount (g) of the dispersion collected. )

また、シラノール基の数密度(ρ)については、下記式(2)で表される。 The number density (ρ) of silanol groups is expressed by the following formula (2):

ρ=(B×N)/(1018×M×SBET) ・・・(2)
(ただし、式中、Bはシアーズ数(A)から算出した粒子1.5gあたりのpH4.0から.9.0になるのに要した水酸化ナトリウム量(mol)、Nはアボガドロ数(個/mol)、Mは粒子量(1.5g)、及び、SBETは窒素吸着によるBET法を用いて測定される比表面積(m/g)を表す。)
ρ=(B× NA )/( 1018 ×M×S BET )...(2)
(In the formula, B is the amount (mol) of sodium hydroxide required to change the pH from 4.0 to 9.0 per 1.5 g of particles calculated from the Sears number (A), and N is the Avogadro number ( particles/mol), M is the particle amount (1.5 g), and S BET is the specific surface area (m 2 /g) measured using the BET method by nitrogen adsorption.

粒子の屈折率は1.12~1.35が好ましい。屈折率がこの範囲にあると、この粒子をレジスト材に使用することにより、屈折率の低いレジスト膜が得られる。ここで、屈折率が1.12未満の粒子は得ることが困難である。逆に、1.35を超えると、レジスト膜の低屈折率化が不十分となるおそれがある。この屈折率は、好ましくは1.12~1.30、より好ましくは1.12~1.25である。 The refractive index of the particles is preferably 1.12 to 1.35. If the refractive index is within this range, a resist film with a low refractive index can be obtained by using these particles in a resist material. However, it is difficult to obtain particles with a refractive index of less than 1.12. Conversely, if the refractive index exceeds 1.35, the refractive index of the resist film may not be sufficiently low. This refractive index is preferably 1.12 to 1.30, and more preferably 1.12 to 1.25.

粒子の平均粒子径は、被膜付基材の用途や、その被膜の厚みにもよるため、特に限定されるものではないが、レジスト材として使用する場合、15~55nmが好ましい。これは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて所定の倍率で撮影し、その写真(TEM写真)の任意の300個の粒子について、画像処理を行い粒子の面積を求め、その面積から円相当径を算出したものの平均値である。 The average particle diameter of the particles is not particularly limited, as it depends on the application of the coated substrate and the thickness of the coating, but when used as a resist material, 15 to 55 nm is preferable. This is the average value of the equivalent circle diameter calculated from the area of 300 random particles taken at a specified magnification using a transmission electron microscope (TEM) and then processed to determine the particle area.

ここで、平均粒子径が15nm未満の粒子は、空隙率が低く、屈折率が十分に低くならないため、レジスト膜の屈折率が十分に低くならないおそれがある。逆に、55nmを超えると、その含有量にもよるが、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。この平均粒子径は、好ましくは20~50nm、より好ましくは25~45nmである。 Here, particles with an average particle size of less than 15 nm have a low porosity and an insufficient refractive index, so the refractive index of the resist film may not be sufficiently low. Conversely, if the particle size exceeds 55 nm, it may be difficult to obtain a sharp pattern, depending on the content. The average particle size is preferably 20 to 50 nm, and more preferably 25 to 45 nm.

粒子の外殻の厚さは3~7nmが好ましい。これは、上述の平均粒子径と同様に、TEM写真の任意の300個の粒子について、画像処理を行い粒子の空洞部の面積を求め、その面積から円相当径を算出し、これを各粒子径から減じて、2で除したものの平均値である。 The thickness of the particle shell is preferably 3 to 7 nm. As with the average particle diameter described above, this is the average value of 300 random particles in a TEM photograph, image processing is performed to determine the area of the cavity of the particle, the circle equivalent diameter is calculated from this area, this is subtracted from each particle diameter, and the result is divided by 2.

ここで、外殻の厚さが3nm未満の粒子は、粒子の形状を維持するための強度を得ることが困難となるおそれがある。逆に、7nmを超えると、粒子屈折率が高いため、低屈折率なレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。この外殻の厚さは、好ましくは3~6nm、より好ましくは3~5nmである。 Here, particles with a shell thickness of less than 3 nm may have difficulty in obtaining the strength necessary to maintain the particle shape. Conversely, if it exceeds 7 nm, the particle refractive index is high, so it may be difficult to obtain a resist film with a low refractive index. The thickness of this shell is preferably 3 to 6 nm, and more preferably 3 to 5 nm.

粒子のヘリウムガスによる密度と、窒素ガスによる密度との差は0.2~1.0g/cmが好ましい。密度の差がこの範囲にあると、粒子配合により低屈折率なレジスト膜が得られる。 The difference between the density of the particles in helium gas and the density in nitrogen gas is preferably 0.2 to 1.0 g/cm 3. When the density difference is in this range, a resist film with a low refractive index can be obtained by blending the particles.

ここで、密度の差が0.2g/cm未満であると、粒子の空隙率が低く、低屈折率なレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。逆に、1.0g/cmを超える粒子を得ることは困難である。これらの密度の差は、より好ましくは0.3~1.0g/cm、更に好ましくは0.4~1.0g/cmである。 Here, if the density difference is less than 0.2 g/ cm3 , the porosity of the particles will be low, and it may be difficult to obtain a resist film with a low refractive index. Conversely, it is difficult to obtain particles with a density difference exceeding 1.0 g/ cm3 . The difference in these densities is more preferably 0.3 to 1.0 g/ cm3 , and even more preferably 0.4 to 1.0 g/ cm3 .

粒子の形状は、特に限定されない。例えば、球状、楕球体(ラグビーボール)状、繭状、金平糖状、鎖状、サイコロ状等が挙げられる。中でも、球状粒子は、分散性が高く、膜中で均一に分散できるため好ましい。 The shape of the particles is not particularly limited. Examples include spherical, ellipsoidal (rugby ball), cocoon, confetti, chain, and dice shapes. Among these, spherical particles are preferred because they have high dispersibility and can be uniformly dispersed in the film.

粒子の真球度は0.80~1.00が好ましい。真球度がこの範囲にあると、シャープなパターンが形成できる。 The sphericity of the particles is preferably 0.80 to 1.00. If the sphericity is in this range, a sharp pattern can be formed.

ここで、真球度が0.80未満であると、膜の表面凹凸が大きくなり、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれがある。この真球度は、より好ましくは0.85~1.00、更に好ましくは0.90~1.00、特に好ましくは0.95~1.00である。 Here, if the sphericity is less than 0.80, the surface irregularities of the film will become large, and it may become difficult to form a sharp pattern. This sphericity is more preferably 0.85 to 1.00, even more preferably 0.90 to 1.00, and particularly preferably 0.95 to 1.00.

粒子の粒子径に対する外殻の厚みの割合は5~25%が好ましい。この割合がこの範囲にあると、低屈折率なレジスト膜を得ることができる。 The ratio of the shell thickness to the particle diameter of the particles is preferably 5 to 25%. If this ratio is within this range, a resist film with a low refractive index can be obtained.

ここで、この割合が5%未満であると、粒子の形状を維持するための強度を得ることが困難となるおそれがあるため、粒子自体を得ることが難しい。逆に、25%を超える粒子は、屈折率が十分に低くならないため、所望するレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。この割合は、より好ましくは7~20%、更に好ましくは7~15%である。 If this ratio is less than 5%, it may be difficult to obtain the strength required to maintain the particle shape, and therefore difficult to obtain the particles themselves. Conversely, if the ratio exceeds 25%, the refractive index may not be sufficiently low, and it may be difficult to obtain the desired resist film. This ratio is more preferably 7 to 20%, and even more preferably 7 to 15%.

粒子の外殻内側の空洞は、粒子外形に沿った形状が好ましい。これは、外殻の厚みにもよるが、粒子に対して応力が加わった場合に、外殻が均一な厚みを有することにより、粒子の形状を維持するための強度を得ることが容易なためである。更には、空洞も球状粒子の形状と相似の球状であることが好ましい。 The cavity inside the outer shell of the particle preferably has a shape that follows the outer shape of the particle. This is because, although it depends on the thickness of the outer shell, it is easy to obtain the strength required to maintain the particle shape when stress is applied to the particle, as the outer shell has a uniform thickness. Furthermore, it is preferable that the cavity is also spherical, similar to the shape of the spherical particle.

この空洞は、屈折率を低下させ透明な膜を得るには実質的に一つの空洞であることが好ましい。ここで、「実質的に一つの空洞である」とは、粒子の中には、粒子の合着等によって「外殻の内側に複数個の空洞が存在する粒子」は含まれ得るが、「外殻の内側の空洞が一つである粒子の割合」が90%以上であることを意味する。「外殻の内側の空洞が一つである粒子の個数割合」は、より好ましくは95%以上、更に好ましくは98%以上、特に好ましくは99%以上、最も好ましくは100%である。 In order to reduce the refractive index and obtain a transparent film, it is preferable that the cavity is substantially one cavity. Here, "substantially one cavity" means that although some particles may have "multiple cavities inside the outer shell" due to particle coalescence or the like, the "proportion of particles with one cavity inside the outer shell" is 90% or more. The "number proportion of particles with one cavity inside the outer shell" is more preferably 95% or more, even more preferably 98% or more, particularly preferably 99% or more, and most preferably 100%.

粒子の空隙率は10~70%が好ましい。空隙率がこの範囲にあると、低屈折率なレジスト膜を得ることができる。 The porosity of the particles is preferably 10 to 70%. If the porosity is in this range, a resist film with a low refractive index can be obtained.

ここで、空隙率が10%未満であると、屈折率が十分に低くならないため、所望するレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。逆に、70%を超える粒子は、粒子の形状を維持するための強度を得ることが困難となるおそれがあるため、粒子自体を得ることが難しい。この空隙率は、より好ましくは20~65%、更に好ましくは30~60%である。 Here, if the porosity is less than 10%, the refractive index will not be sufficiently low, and it may be difficult to obtain the desired resist film. Conversely, if the porosity is more than 70%, it may be difficult to obtain the strength required to maintain the particle shape, and it may be difficult to obtain the particles themselves. This porosity is more preferably 20 to 65%, and even more preferably 30 to 60%.

粒子の窒素ガス吸着によるBET法から求められる比表面積は90~400m/gが好ましい。比表面積がこの範囲にあると、低屈折率かつシャープなパターンのレジスト膜を得ることができる。 The specific surface area of the particles, as determined by the BET method using nitrogen gas adsorption, is preferably 90 to 400 m 2 /g. If the specific surface area is in this range, a resist film with a low refractive index and a sharp pattern can be obtained.

ここで、比表面積が90m/g未満であると、その含有量にもよるが、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。逆に、400m/gを超えると、空隙率が低いため、レジスト膜の屈折率が十分に低くならないおそれがある。この比表面積は、より好ましくは100~300m/g、更に好ましくは110~200m/gである。 If the specific surface area is less than 90 m 2 /g, it may be difficult to obtain a sharp pattern, although this depends on the content. Conversely, if it exceeds 400 m 2 /g, the porosity is low, so the refractive index of the resist film may not be sufficiently low. This specific surface area is more preferably 100 to 300 m 2 /g, and even more preferably 110 to 200 m 2 /g.

粒子中の珪素の含有量は、粒子を構成する金属元素の量の合計を酸化物基準で100質量部と表した時、珪素をシリカ(SiO)として98質量部以上含むことが好ましい。SiO含有量が98質量部以上であれば、屈折率が低い膜が得られやすくなる。このような粒子は、レジスト膜に好適に使用される。このSiO含有量は、より好ましくは99質量部以上、更に好ましくは99.5質量部以上、特に好ましくは実質的に100質量部である。 The content of silicon in the particle is preferably 98 parts by mass or more of silicon as silica (SiO 2 ) when the total amount of metal elements constituting the particle is expressed as 100 parts by mass based on oxide. If the SiO 2 content is 98 parts by mass or more, a film with a low refractive index is easily obtained. Such particles are preferably used for resist films. The SiO 2 content is more preferably 99 parts by mass or more, even more preferably 99.5 parts by mass or more, and particularly preferably substantially 100 parts by mass.

ここで、実質的に100質量部とは、珪素以外の金属元素が不純分として含まれ得るが、その珪素以外の金属元素の総量が酸化物基準として0.05質量部未満であることを表す。このような高純度な粒子は、高集積なロジックやメモリー等の半導体回路や光センサー等に使用するレジスト膜に好適に使用される。 Here, substantially 100 parts by mass means that metal elements other than silicon may be contained as impurities, but the total amount of metal elements other than silicon is less than 0.05 parts by mass on an oxide basis. Such high-purity particles are suitable for use in resist films used in semiconductor circuits such as highly integrated logic and memory, and optical sensors, etc.

このように、粒子の構成成分は、珪素(Si)を主要元素として含むことが好ましい。ここで、粒子の構成成分としては、次の(a)~(c)に挙げる何れであっても構わない。これらの元素は、粒子を調製する上で好適に使用される材料に由来する。 As such, it is preferable that the constituent components of the particles contain silicon (Si) as the main element. Here, the constituent components of the particles may be any of the following elements (a) to (c). These elements are derived from materials that are preferably used in preparing the particles.

(a)SiO
(b)Siと、Al、As、B、Bi、Cd、Co、Fe、Ga、Ge、In、Pb、Sb、Sn、Ti、V、Zn、及び、Zrから選ばれる元素の少なくとも1種と、を含む酸化物。なお、これらの元素を含む酸化物は、混合物でも、複合酸化物でも構わない。
(c)上記(a)と上記(b)との混合物
(a) SiO2
(b) An oxide containing Si and at least one element selected from Al, As, B, Bi, Cd, Co, Fe, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn, and Zr. The oxide containing these elements may be a mixture or a composite oxide.
(c) A mixture of the above (a) and (b).

ところで、上記(b)項のSi以外の元素の粒子中の含有量は、粒子を構成する金属元素の量の合計を酸化物基準で100質量部と表した時、酸化物基準で2質量部未満であることが好ましい。ここで、この含有量が2質量部以上であれば、粒子の屈折率が上昇するおそれや、着色等により透明な膜を得ることが困難となるおそれがある。この含有量は、より好ましくは1質量部未満、更に好ましくは0.5質量部未満、特に好ましくは実質的に0質量部である。ここで、実質的に0質量部とは、珪素以外の金属元素の総量が酸化物基準として0.05質量部未満であることを表す。このような高純度な粒子は、高集積なロジックやメモリー等の半導体回路や光センサー等に使用するレジスト膜に好適に使用される。 The content of elements other than Si in the particles in the above item (b) is preferably less than 2 parts by mass on an oxide basis when the total amount of metal elements constituting the particles is expressed as 100 parts by mass on an oxide basis. Here, if this content is 2 parts by mass or more, there is a risk that the refractive index of the particles will increase, or it may become difficult to obtain a transparent film due to coloring or the like. This content is more preferably less than 1 part by mass, even more preferably less than 0.5 parts by mass, and particularly preferably substantially 0 parts by mass. Here, substantially 0 parts by mass means that the total amount of metal elements other than silicon is less than 0.05 parts by mass on an oxide basis. Such high-purity particles are suitable for use in resist films used in semiconductor circuits such as highly integrated logic and memory, optical sensors, etc.

また、前述の粒子の屈折率範囲を逸脱しない程度であれば、上記(a)~(c)に挙げる粒子以外に、「外殻とその内側に空洞を有する粒子」や、粒子内部に空洞を有さない、いわゆる「中実粒子」が存在していても構わない。これら、本発明の粒子とは別の粒子の割合は、その粒子を構成する元素の種類や組成比によっても変化する。例えば、本発明の粒子と同様に、珪素をSiOとして98質量部以上含み、同様の平均粒子径を有する「中実粒子」の場合、粒子全体に対する中実粒子の個数割合は20%未満が好ましい。この割合は、例えば、TEM写真の所定の視野における本発明の粒子、及び中実粒子の数を数えることによって求められる。もし、この割合が20%以上であれば、屈折率が所望する範囲よりも高くなり、所望するレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。このような中実粒子の場合の個数割合は、より好ましくは10%未満、更に好ましくは5%未満、特に好ましくは1%未満、最も好ましくは0%である。もし、違う元素種の粒子が存在する場合であれば、例えば、所定の視野の粒子についてエネルギー分散型X線分析(EDS)によるマッピングを行い、本発明の粒子、及び違う元素種の粒子の数をかぞえることによって、本発明の粒子と、それとは別の粒子の割合が求められる。 In addition, in addition to the particles listed in (a) to (c) above, "particles having a shell and a cavity inside it" and so-called "solid particles" that do not have a cavity inside the particle may be present, so long as the refractive index range of the above-mentioned particles is not exceeded. The ratio of these particles other than the particles of the present invention also varies depending on the type and composition ratio of the elements constituting the particles. For example, in the case of "solid particles" that contain 98 parts by mass or more of silicon as SiO 2 and have the same average particle size as the particles of the present invention, the ratio of the number of solid particles to the total number of particles is preferably less than 20%. This ratio can be determined, for example, by counting the number of particles of the present invention and solid particles in a predetermined field of view of a TEM photograph. If this ratio is 20% or more, the refractive index will be higher than the desired range, and it may be difficult to obtain the desired resist film. In the case of such solid particles, the ratio of the number is more preferably less than 10%, even more preferably less than 5%, particularly preferably less than 1%, and most preferably 0%. If particles of different element types are present, the ratio of the particles of the present invention to other particles can be determined, for example, by mapping the particles in a specified field of view using energy dispersive X-ray analysis (EDS) and counting the number of particles of the present invention and particles of different element types.

粒子の水分散液のパルスNMR測定から求められる比表面積(A1)と、粒子の画像解析による平均粒子径(D)から求められる粒子の比表面積(A2)との比(A1/A2)は、0.60以上であることが好ましい。比(A1/A2)の上限としては1.00である。比(A1/A2)がこの範囲にあることは、アルカリ現像液との相溶性が高いことを表している。このような粒子をレジスト材に使用すると、優れた現像性を有するレジスト膜が得られる。 The ratio (A1/A2) of the specific surface area (A1) determined from pulse NMR measurement of an aqueous dispersion of particles to the specific surface area (A2) of the particles determined from the average particle diameter (D) by image analysis of the particles is preferably 0.60 or more. The upper limit of the ratio (A1/A2) is 1.00. The ratio (A1/A2) being in this range indicates high compatibility with an alkaline developer. When such particles are used in a resist material, a resist film with excellent developability is obtained.

ここで、比(A1/A2)が0.60未満の場合は、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。この比(A1/A2)は、より好ましくは0.65以上、更に好ましくは0.70以上である。 Here, if the ratio (A1/A2) is less than 0.60, it may be difficult to obtain a sharp pattern. This ratio (A1/A2) is more preferably 0.65 or more, and even more preferably 0.70 or more.

このパルスNMRとは、静磁場内で熱平衡状態にある磁化をパルス状の数十MHzのラジオ波を照射して励起させ、励起された磁化が時間の経過とともに元の熱平衡状態に戻る現象を観測する測定方法である。粒子表面に接触又は吸着している液体分子と、粒子表面と接触していない自由な状態の液体分子とでは、磁場の変化に対する応答が異なる。 Pulsed NMR is a measurement method in which magnetization in a thermal equilibrium state in a static magnetic field is excited by irradiating it with pulsed radio waves of several tens of MHz, and the phenomenon in which the excited magnetization returns to its original thermal equilibrium state over time is observed. Liquid molecules in contact with or adsorbed to the particle surface and free liquid molecules not in contact with the particle surface respond differently to changes in the magnetic field.

一般に、粒子表面に吸着している液体分子の運動は制限を受けるが、粒子表面に吸着していない液体分子は自由に動くことができる。その結果、粒子表面に吸着している液体分子の緩和時間は、それ以外の液体分子の緩和時間よりも短くなる。粒子を分散させた液体で観測される緩和時間は、粒子表面上の液体体積濃度と自由状態の液体体積濃度とを反映した二つの緩和時間の平均値となる。 In general, the movement of liquid molecules adsorbed to particle surfaces is restricted, while liquid molecules not adsorbed to particle surfaces can move freely. As a result, the relaxation time of liquid molecules adsorbed to particle surfaces is shorter than the relaxation time of other liquid molecules. The relaxation time observed in a liquid with dispersed particles is the average value of two relaxation times reflecting the liquid volume concentration on the particle surfaces and the liquid volume concentration in the free state.

ところで、パルスNMR測定から求められる分散液中の粒子の比表面積(A1)は、分散媒に濡れている部分の粒子の比表面積を示す。有機珪素化合物によって表面処理された粒子は、有機珪素化合物と粒子表面のシラノール基の反応により、元の粒子よりも粒子表面のシラノール基が少なくなっているため、親水性の分散媒に濡れている部分の粒子の比表面積は小さい値となる。このことから、この比表面積(A1)は、粒子への有機珪素化合物の表面処理の度合によって値が変化する。なお、比表面積(A1)は、測定時の分散媒の種類によっても値が変化する。 Incidentally, the specific surface area (A1) of particles in a dispersion liquid determined from pulsed NMR measurement indicates the specific surface area of the particle in the portion wetted by the dispersion medium. Particles that have been surface-treated with an organosilicon compound have fewer silanol groups on the particle surface than the original particles due to the reaction between the organosilicon compound and the silanol groups on the particle surface, so the specific surface area of the particle in the portion wetted by the hydrophilic dispersion medium is smaller. For this reason, the value of this specific surface area (A1) changes depending on the degree of surface treatment of the particles with an organosilicon compound. The value of the specific surface area (A1) also changes depending on the type of dispersion medium used during measurement.

したがって、比(A1/A2)は、表面処理された粒子に含まれる有機珪素化合物の量の多少についての指標となる。 Therefore, the ratio (A1/A2) is an indicator of the amount of organosilicon compound contained in the surface-treated particles.

粒子の比表面積(A1)については、下記式(3)で求められる粒子の体積濃度(Ψp)を用いて、式(4)により得られる。 The specific surface area (A1) of the particles is calculated by the following formula (4) using the particle volume concentration (Ψp) calculated by the following formula (3):

Ψp=(Sc/Sd)/[(1-Sc)/Td] ・・・式(3)
(ただし、式中、Scは分散液の粒子の固形分濃度(質量%)、Sdは粒子の密度(g/cm)、及びTdは25℃における分散媒の密度(g/cm)を示す。)
Ψp=(Sc/Sd)/[(1-Sc)/Td]...Formula (3)
(In the formula, Sc is the solid concentration (mass %) of the particles in the dispersion, Sd is the density of the particles (g/cm 3 ), and Td is the density of the dispersion medium at 25° C. (g/cm 3 ). show.)

ここで、固形分濃度とは、粒子を分散液中の固形分として換算した濃度である(以下同様)。Sdは、粒子の構成成分の密度にその体積割合を乗じた値と、粒子内部の構成成分の密度にその体積割合を乗じた値の和である。例えば、粒子の構成成分がシリカの場合は2.2、アルミナの場合は3.9、酸化ヒ素(III)の場合は3.7、酸化硼素の場合は1.9、酸化ビスマス(III)の場合は8.9、酸化カドミウムの場合は8.2、酸化コバルト(II)の場合は6.1、酸化鉄(III)の場合は5.2、酸化ガリウム(III)の場合は5.9、酸化ゲルマニウム(II)の場合は4.2、酸化インジウムの場合は7.2、酸化鉛(II)の場合は9.5、酸化アンチモン(V)の場合は5.2、酸化スズの場合は6.9、チタニア(アナターゼ)の場合は3.0、チタニア(ルチル)の場合は4.3、酸化バナジウム(II)の場合は5.8、酸化亜鉛の場合は5.6、及び、ジルコニアの場合は6.0を用いる(単位はg/cm)。なお、粒子が、複合酸化物粒子や、酸化物が混合している粒子、酸化物粒子の混合物といった場合は、Sdは、その酸化物の割合に応じて求めることができる。また、粒子内部の構成成分が空気の場合は0.0g/cm、その他ガスあるいは液体の場合もそれに応じた密度を用いる。例えば、本発明の粒子の場合、空洞部の体積割合として空隙率を用いる。粒子の空隙率は、粒子に占める粒子中の空洞部の割合として定義される。具体的には、まず、粒子のTEM写真を撮影する。この時、粒子の空洞部分は密度が低いため、その部分のコントラストが低くなる。逆に、外殻部分は密度が高いため、その部分のコントラストは高くなる。粒子の空洞部分と外殻部分は、このコントラストの差で確認することができる。より具体的には、TEM写真の任意の300個の粒子について、画像処理を行い、空洞部分の面積を求め、その面積から円相当径を求め、これを空洞部の径の平均とする。この時の粒子の形状を真球と仮定し、一次粒子の平均体積と空洞部の平均体積とを求める。空隙率は、この一次粒子の平均体積に対する空洞部の平均体積の割合で表される。またTdは、例えば、分散媒が水の場合は1.00g/cmを用いる。もし、他の種類の分散媒あるいは分散媒の混合物を使用する場合は、それに応じた密度を用いる。 Here, the solid content concentration is the concentration of the particles converted into the solid content in the dispersion liquid (hereinafter the same). Sd is the sum of the value obtained by multiplying the density of the constituent components of the particle by their volume ratio and the value obtained by multiplying the density of the constituent components inside the particle by their volume ratio. For example, when the particle is a component of silica, 2.2 is used, when it is alumina, 3.9 is used, when it is arsenic oxide (III), 3.7 is used, when it is boron oxide, 1.9 is used, when it is bismuth oxide (III), 8.9 is used, when it is cadmium oxide, 8.2 is used, when it is cobalt oxide (II), 6.1 is used, when it is iron oxide (III), 5.2 is used, when it is gallium oxide (III), 5.9 is used, when it is germanium oxide (II), 4.2 is used, when it is indium oxide, 7.2 is used, when it is lead oxide (II), 9.5 is used, when it is antimony oxide (V), 5.2 is used, when it is tin oxide, 3.0 is used, when it is titania (anatase), 4.3 is used, when it is titania (rutile), 5.8 is used, when it is vanadium oxide (II), 5.6 is used, and when it is zirconia, 6.0 is used (unit: g/cm 3 ). In addition, when the particle is a composite oxide particle, a particle in which oxides are mixed, or a mixture of oxide particles, Sd can be obtained according to the ratio of the oxides. In addition, when the constituent component inside the particle is air, 0.0 g/cm 3 is used, and in the case of other gases or liquids, the density corresponding thereto is used. For example, in the case of the particles of the present invention, the porosity is used as the volume ratio of the cavity. The porosity of a particle is defined as the ratio of the cavity in the particle to the total volume of the particle. Specifically, first, a TEM photograph of the particle is taken. At this time, the cavity part of the particle has a low density, so the contrast of that part is low. Conversely, the outer shell part has a high density, so the contrast of that part is high. The cavity part and the outer shell part of the particle can be confirmed by this contrast difference. More specifically, image processing is performed on any 300 particles in the TEM photograph to determine the area of the cavity part, and the circle equivalent diameter is calculated from the area, which is taken as the average diameter of the cavity part. The shape of the particle at this time is assumed to be a perfect sphere, and the average volume of the primary particles and the average volume of the cavity part are calculated. The porosity is expressed as the ratio of the average volume of the cavity part to the average volume of the primary particles. Furthermore, for example, when the dispersion medium is water, 1.00 g/cm 3 is used as Td. If other types of dispersion media or mixtures of dispersion media are used, the appropriate densities should be used.

A1={[(Ra/Rb)-1]×Rb}/(Ka×Ψp) ・・・式(4)
(ただし、式中、A1は粒子の比表面積(m/g)、Raは分散液の測定におけるパルスNMRの緩和時間の逆数、及びRbは分散媒の測定におけるパルスNMRの緩和時間の逆数、Kaは使用する分散媒と粒子による係数を示す。)
A1={[(Ra/Rb)-1]×Rb}/(Ka×Ψp) ...Formula (4)
(wherein, A1 is the specific surface area (m 2 /g) of the particles, Ra is the inverse of the pulse NMR relaxation time in the measurement of the dispersion, and Rb is the inverse of the pulse NMR relaxation time in the measurement of the dispersion medium. Ka indicates a coefficient depending on the dispersion medium and particles used.)

係数Kaは、粒子の平均粒子径(D)から得られる比表面積(A2)と、表面処理をしていない粒子の分散液のパルスNMR測定により得られる比表面積(A3)とが同じ値になるものとして算出される。 The coefficient Ka is calculated assuming that the specific surface area (A2) obtained from the average particle diameter (D) of the particles is the same as the specific surface area (A3) obtained by pulse NMR measurement of a dispersion of particles that have not been surface-treated.

粒子の比表面積(A2)については、粒子の平均粒子径(D)を用いて、下記式(5)により比表面積(A2)を求めることができる。 The specific surface area (A2) of the particles can be calculated using the average particle diameter (D) of the particles according to the following formula (5):

A2=6000/Sd/D ・・・式(5)
(式中、Sdは、粒子の密度(g/cm)を示す。)
A2=6000/Sd/D...Formula (5)
(In the formula, Sd represents the density of the particles (g/cm 3 ).)

表面処理をしていない粒子の比表面積(A3)については、式(3)で求められる粒子の体積濃度(Ψp)を用いて、式(6)により得られる。 The specific surface area (A3) of particles that have not been surface-treated can be calculated using the particle volume concentration (Ψp) calculated using equation (3) using equation (6).

A3={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ka×Ψp) ・・・式(6)
(ただし、式中、A3は粒子の比表面積(m/g)、Rcは粒子の分散液の測定におけるパルスNMRの緩和時間の逆数、及びRdは分散媒の測定におけるパルスNMRの緩和時間の逆数、Kaは使用する分散媒と粒子による係数を示す。)
A3={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ka×Ψp) ...Formula (6)
(In the formula, A3 is the specific surface area (m 2 /g) of the particles, Rc is the inverse of the pulse NMR relaxation time in the measurement of the particle dispersion, and Rd is the inverse of the pulse NMR relaxation time in the measurement of the dispersion medium.) The reciprocal, Ka, is a coefficient depending on the dispersion medium and particles used.)

ここで、係数Kaは、比表面積(A2)と比表面積(A3)とが同じ値になるように設定されるので、式(5)及び式(6)より、
Ka={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ψp×A2) ・・・式(7)
として求めることができる。
Here, the coefficient Ka is set so that the specific surface area (A2) and the specific surface area (A3) have the same value. Therefore, from the formulas (5) and (6),
Ka={[(Rc/Rd)-1]×Rd}/(Ψp×A2) ...Equation (7)
It can be calculated as:

粒子の29Si-NMRスペクトル法における化学シフト-78~-88ppmに現れるピークの面積Qと、化学シフト-88~-98ppmに現れるピークの面積Qと、化学シフト-98~-108ppmに現れるピークの面積Qと、化学シフト-108~-120ppmに現れるピークの面積Qにおいて、(Q/ΣQ)×100が90%未満であることが好ましい。ここで、ΣQ=Q+Q+Q+Qである。 In the area Q1 of the peak appearing at a chemical shift of -78 to -88 ppm, the area Q2 of the peak appearing at a chemical shift of -88 to -98 ppm, the area Q3 of the peak appearing at a chemical shift of -98 to -108 ppm, and the area Q4 of the peak appearing at a chemical shift of -108 to -120 ppm in the 29Si-NMR spectroscopy of the particles, it is preferable that ( Q4 /ΣQ)×100 is less than 90%, where ΣQ= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 .

このQに帰属するピークはSi原子に1つの(-OSi)基と3つの(-OH)基が結合したもの、Qに帰属するピークはSi原子に2つの(-OSi)基と2つの(-OH)基が結合したもの、Qに帰属するピークはSi原子に3つの(-OSi)基と1つの(-OH)基が結合したもの、Qに帰属するピークはSi原子に4つの(-OSi)基が結合したものである。(Q/ΣQ)の割合がこの範囲にあれば、シラノール基量が多く、アルカリ現像液との相溶性が高くなるため、現像性に優れたレジスト膜が得られる。 The peak assigned to Q1 is one in which one (--OSi) group and three (--OH) groups are bonded to a Si atom, the peak assigned to Q2 is one in which two (--OSi) groups and two (--OH) groups are bonded to a Si atom, the peak assigned to Q3 is one in which three (--OSi) groups and one (--OH) group are bonded to a Si atom, and the peak assigned to Q4 is one in which four (--OSi) groups are bonded to a Si atom. If the ratio of ( Q4 /ΣQ) is within this range, the amount of silanol groups is large and compatibility with an alkaline developer is high, resulting in a resist film with excellent developability.

ここで、(Q/ΣQ)の割合が90%以上であると、シラノール基が少ないため、アルカリ現像液との相溶性が低く、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれや、基板上に粒子由来の残渣が生じるおそれがある。(Q/ΣQ)の割合は、85%未満がより好ましい。 Here, if the ratio of ( Q4 /ΣQ) is 90% or more, the number of silanol groups is small, so that the compatibility with an alkaline developer is low, and it may be difficult to form a sharp pattern or particle-derived residues may be generated on the substrate. The ratio of ( Q4 /ΣQ) is more preferably less than 85%.

前述のように、粒子は、所定のシラノール基の数密度を有する。 As mentioned above, the particles have a given number density of silanol groups.

また、このシラノール基以外にも、粒子外殻には、アルキル基、アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、メルカプト基、及びエポキシ基から選ばれる少なくとも1種の官能基を含むことが好ましい。粒子に、これらの官能基が存在すると、分散液中、レジスト膜形成用塗布液中、及び樹脂中での分散性が高く、樹脂との結合性も向上する。中でも、樹脂との結合性が高い点で、アルキル基、エポキシ基、アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基が好ましい。 In addition to the silanol groups, the particle shell preferably contains at least one functional group selected from an alkyl group, an acryloyl group, a (meth)acryloyl group, a vinyl group, a mercapto group, and an epoxy group. The presence of these functional groups in the particles improves dispersibility in the dispersion liquid, the coating liquid for forming the resist film, and the resin, and also improves bonding with the resin. Among these, the alkyl group, the epoxy group, the acryloyl group, and the (meth)acryloyl group are preferred because of their high bonding with the resin.

更に、粒子外殻には、水酸基、カルボキシル基、及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種の官能基を含むことが好ましい。ここで、水酸基については、シラノール基に由来するものでもそれ以外のものでも構わない。粒子に、これらの官能基が存在すると、粒子とアルカリ現像液との相溶性が向上する。中でも、粒子外殻への官能基の導入のしやすさの点で、水酸基、及びカルボキシル基がより好ましい。 Furthermore, it is preferable that the particle shell contains at least one functional group selected from hydroxyl groups, carboxyl groups, and amino groups. Here, the hydroxyl group may be derived from a silanol group or may be something other than hydroxyl groups. When these functional groups are present in the particles, the compatibility of the particles with the alkaline developer is improved. Among these, hydroxyl groups and carboxyl groups are more preferable in terms of the ease of introducing functional groups into the particle shell.

これら官能基については、粒子の乾燥粉体をフーリエ変換型赤外分光装置(FT-IR)で測定し、解析することで特定できる。 These functional groups can be identified by measuring and analyzing the dry powder of the particles using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR).

粒子は、有機珪素化合物で表面処理されていてもよい。この有機珪素化合物としては、前述の官能基をもつものが好ましい。例えば、下記式(8)で表されるものが挙げられる。粒子が、このような有機珪素化合物で表面処理されていると、粒子の分散液中やレジスト膜形成用塗布液中、あるいは樹脂中で高い分散性を示し、シャープなパターンを得ることができる。 The particles may be surface-treated with an organosilicon compound. The organosilicon compound is preferably one having the functional group described above. For example, one represented by the following formula (8) can be mentioned. When the particles are surface-treated with such an organosilicon compound, they exhibit high dispersibility in the particle dispersion, the coating liquid for forming a resist film, or in the resin, and a sharp pattern can be obtained.

-SiX4-n ・・・式(8)
(式中、Rは炭素数1~10の非置換又は置換炭化水素基で、互いに同一であっても異なっていてもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、ビニル基、エポキシ基、アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基、アルコキシ基、メルカプト基、グリシドキシ基、カルボキシル基、アミノ基、フェニル基、フェニルアミノ基が挙げられる。Xは炭素数1~4のアルコキシ基、水酸基、水素原子であり、nは0~4の整数を示す。)
R n -SiX 4-n ...Formula (8)
(In the formula, R is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and may be the same or different. Examples of the substituent include an alkyl group, a vinyl group, an epoxy group, an acryloyl group, and the like.) X is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group, or a hydrogen atom. , n represents an integer of 0 to 4.

具体的には、次表1に示す有機珪素化合物が挙げられる。中でも、樹脂との結合力が高い点でアルキル基、エポキシ基、アクリロイル基、及び(メタ)アクリロイル基の少なくとも一つを含む有機珪素化合物がより好ましい。 Specific examples include the organosilicon compounds shown in Table 1 below. Among these, organosilicon compounds containing at least one of an alkyl group, an epoxy group, an acryloyl group, and a (meth)acryloyl group are more preferred because of their strong bonding strength with resins.

Figure 2024111808000001
Figure 2024111808000001

粒子の炭素含有量は、炭素硫黄分析装置にて測定できる。例えば、遠心分離処理により粒子に有機珪素化合物によって表面処理された粒子と、未反応の有機珪素化合物とを分離する。そして、有機珪素化合物が表面処理された粒子のみを取り出し、乾燥を行う。これによって得られた粒子粉末について測定することで、粒子の炭素含有量を求めることができる。 The carbon content of the particles can be measured using a carbon-sulfur analyzer. For example, the particles that have been surface-treated with an organosilicon compound are separated from the unreacted organosilicon compound by centrifugal separation. Only the particles that have been surface-treated with the organosilicon compound are then taken out and dried. The carbon content of the particles can be determined by measuring the particle powder obtained in this way.

粒子の炭素含有量は3質量%以下が好ましい。炭素含有量がこの範囲にあると、粒子は分散液中での分散性が良く、アルカリ現像液との相溶性も高いため、優れた現像性を有するレジスト膜を得ることができる。 The carbon content of the particles is preferably 3% by mass or less. When the carbon content is within this range, the particles have good dispersibility in the dispersion liquid and high compatibility with the alkaline developer, making it possible to obtain a resist film with excellent developability.

ここで、炭素含有量が3質量%を超えても更に分散性や安定性の向上や、シャープなパターンが得られやすくなることはない。むしろ、樹脂との結合が過剰となり現像し難くなるおそれや、アルカリ現像液への相溶性が低下し、基板上に粒子由来の残渣が発生するおそれがある。炭素含有量の下限は特に設定されないが、例えば0.1質量%である。炭素含有量が0.1質量%よりも少ないと、レジスト膜形成用塗布液や樹脂中において十分な分散性や安定性を得ることが困難となる場合がある。このような粒子をレジスト膜に使用した場合、樹脂との結合が不十分となり、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれがある。この炭素含有量は、より好ましくは0.1~2.5質量%、更に好ましくは0.1~2.0質量%である。 Here, even if the carbon content exceeds 3% by mass, there is no further improvement in dispersibility or stability, and no tendency to obtain a sharp pattern. Rather, excessive bonding with the resin may make development difficult, or compatibility with the alkaline developer may decrease, resulting in particle-derived residues on the substrate. There is no particular lower limit for the carbon content, but it is, for example, 0.1% by mass. If the carbon content is less than 0.1% by mass, it may be difficult to obtain sufficient dispersibility and stability in the coating liquid for forming the resist film or in the resin. When such particles are used in a resist film, bonding with the resin may be insufficient, making it difficult to form a sharp pattern. This carbon content is more preferably 0.1 to 2.5% by mass, and even more preferably 0.1 to 2.0% by mass.

この炭素含有量は、表面処理された有機珪素化合物の構造や量によって変化する。この炭素含有量は、粒子外殻に含まれる官能基に由来することが好ましい。ここで、例えば、有機珪素化合物で表面処理される前の「元の粒子」を調製するために使用される原料が有機珪素化合物に因らずに、式(8)の有機珪素化合物を元の粒子に対して表面処理剤として使用する場合、前述の好ましい炭素含有量0.1~3質量%は、元の粒子100質量部に対して、有機珪素化合物を固形分(R-SiO(4-n)/2)として概ね0.2~7.5質量部、表面処理された粒子に含まれていることになる。ちなみに、「元の粒子」を調製するための有機珪素化合物原料としては、例えば、テトラメトキシシラン(TMOS)、テトラエトキシシラン(TEOS)、フェニルトリメトキシシランといったアルコキシシラン類が挙げられる。 This carbon content varies depending on the structure and amount of the surface-treated organosilicon compound. This carbon content is preferably derived from the functional group contained in the particle shell. Here, for example, when the raw material used to prepare the "original particles" before surface treatment with the organosilicon compound is not dependent on the organosilicon compound, and the organosilicon compound of formula (8) is used as a surface treatment agent for the original particles, the above-mentioned preferred carbon content of 0.1 to 3 mass% is contained in the surface-treated particles in an amount of about 0.2 to 7.5 parts by mass of the organosilicon compound as a solid content (R n -SiO (4-n)/2 ) per 100 parts by mass of the original particles. Incidentally, examples of the organosilicon compound raw material for preparing the "original particles" include alkoxysilanes such as tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), and phenyltrimethoxysilane.

ここで、表面処理された粒子に含まれている有機珪素化合物の量が、元の粒子100質量部に対して0.2質量部よりも少ないと、十分な分散性や安定性が得られず、この粒子をレジスト膜に使用した場合、樹脂との結合が不十分となり、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれがある。逆に、上述の有機珪素化合物の量が7.5質量部を超えても更に分散性や安定性が向上したり、シャープなパターンが得られやすくなったりすることはない。むしろ、樹脂との結合が過剰となり現像し難くなるおそれや、アルカリ現像液への相溶性が低下し、基板上に粒子由来の残渣が発生する場合がある。この表面処理された量は、より好ましくは0.2~6.0質量部、更に好ましくは0.2~4.5質量部である。ちなみに、「元の粒子」が有機珪素化合物を原料として調製されている場合は、「元の粒子」に炭素が含まれているので、本発明の粒子の目標とする炭素含有量を得るために、粒子に表面処理として導入される有機珪素化合物の固形分量は、「炭素を含まない元の粒子」に表面処理する場合と比べて、「元の粒子」の炭素含有量に応じて少なくなる。 Here, if the amount of the organosilicon compound contained in the surface-treated particles is less than 0.2 parts by mass relative to 100 parts by mass of the original particles, sufficient dispersibility and stability cannot be obtained, and when the particles are used in a resist film, the bonding with the resin becomes insufficient, and it may be difficult to form a sharp pattern. Conversely, even if the amount of the above-mentioned organosilicon compound exceeds 7.5 parts by mass, the dispersibility and stability are not further improved, and sharp patterns are not easily obtained. Rather, excessive bonding with the resin may make development difficult, or the compatibility with the alkaline developer may decrease, causing particle-derived residues to occur on the substrate. The amount of this surface treatment is more preferably 0.2 to 6.0 parts by mass, and even more preferably 0.2 to 4.5 parts by mass. Incidentally, when the "original particles" are prepared using an organosilicon compound as a raw material, the "original particles" contain carbon, so that the solid content of the organosilicon compound introduced into the particles as a surface treatment to obtain the target carbon content of the particles of the present invention is reduced according to the carbon content of the "original particles" compared to the case of surface treating "original particles not containing carbon".

この粒子の炭素含有量をR、前述の粒子のシアーズ測定法によって算出される粒子表面のシラノール基の数密度をRとすると、(R/R)の値が0.2~25であることが好ましい。この値がこの範囲にあれば、粒子の分散液中、レジスト膜形成用塗布液中、及び樹脂中での高分散性、及び樹脂との高い結合性と、粒子とアルカリ現像液との高い相溶性とが、過不足なく得られる。 If the carbon content of the particles is R A and the number density of silanol groups on the particle surface calculated by the Sears measurement method described above is R B , then the value of (R B /R A ) is preferably 0.2 to 25. If this value is within this range, high dispersibility in the particle dispersion, in the coating liquid for forming a resist film, and in the resin, high binding property with the resin, and high compatibility of the particles with the alkaline developer can be obtained without excess or deficiency.

ここで、この値が0.2未満であると、アルカリ現像液との相溶性が低いため、シャープなパターンを形成することが困難となるおそれや、基板上に粒子由来の残渣が生じるおそれがある。逆に、この値が25を超えると、樹脂との結合が不十分となるため、樹脂との結合が弱く、パターンの形成自体が困難となるおそれがある。この値は、より好ましくは0.5~15、更に好ましくは1.0~10である。 If this value is less than 0.2, the compatibility with the alkaline developer is low, which may make it difficult to form a sharp pattern or may result in particle-derived residues on the substrate. Conversely, if this value exceeds 25, the bond with the resin is insufficient, so the bond with the resin is weak and the formation of the pattern itself may be difficult. This value is more preferably 0.5 to 15, and even more preferably 1.0 to 10.

粒子中には、不純分として、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素やアンモニアが含まれる場合がある。これらのいずれか1種でも多く存在すると、粒子が合着して、分散液や塗布液の安定性が低下するおそれがある。そのため、レジスト膜としてシャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素の各々の含有量は、当該元素を酸化物で表した時、粒子に対して好ましくは100ppm未満、より好ましくは10ppm未満である。また、アンモニアは、NHとして、粒子に対して好ましくは1000ppm未満、より好ましくは100ppm未満である。なお、アルカリ金属とは、Li、Na、K、Rb、Cs、及びFrを、アルカリ土類金属とは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及びRaを表す。 The particles may contain elements belonging to alkali metals and alkaline earth metals and ammonia as impurities. If any one of these elements is present in a large amount, the particles may coalesce, and the stability of the dispersion or coating liquid may decrease. Therefore, it may be difficult to obtain a sharp pattern as a resist film. The content of each element belonging to alkali metals and alkaline earth metals, when the element is expressed as an oxide, is preferably less than 100 ppm, more preferably less than 10 ppm, relative to the particles. In addition, ammonia, as NH 3 , is preferably less than 1000 ppm, more preferably less than 100 ppm, relative to the particles. The alkali metals represent Li, Na, K, Rb, Cs, and Fr, and the alkaline earth metals represent Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Ra.

また、粒子中には、不純分として、U、Th、Pd、Ag、Mn、Mo、Ni、及びCrが含まれる場合がある。これら元素の含有量が多くなると、分散液が着色するおそれや、所望するレジスト膜としての屈折率や、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。これらの元素において、U及びThの各々の含有量は0.3ppb未満、それ以外の元素の各々の含有量は100ppm未満であることが好ましい。 The particles may contain U, Th, Pd, Ag, Mn, Mo, Ni, and Cr as impurities. If the content of these elements is high, the dispersion may become colored, and it may be difficult to obtain the desired refractive index of the resist film or a sharp pattern. Of these elements, it is preferable that the content of each of U and Th is less than 0.3 ppb, and the content of each of the other elements is less than 100 ppm.

また、粒子を高純度が要求される高集積なロジックやメモリー等の半導体回路や光センサー等に使用する場合は、これら、アルカリ金属及びアルカリ土類金属に属する元素や、Pd、Ag、Mn、Mo、Ni、及びCrといった元素はもちろん、前述のAl、As、B、Bi、Cd、Co、Fe、Ga、Ge、In、Pb、Sb、Sn、Ti、V、Zn、及び、Zrといった元素で粒子中に固定化されていないものについても、各々の含有量は0.1ppm未満であることが好ましい。これら元素の含有量が0.1ppm以上であると、金属元素が回路の絶縁不良を起こしたり、回路を短絡させたり、光透過率が低下する。これによって、絶縁膜の誘電率低下や、金属配線のインピーダンスの増大、応答速度の遅れ、消費電力の増大等が起こるおそれがある。特に、U、Thの場合は、放射能を発生するため、微量でも存在した場合、放射能による半導体の誤作動を引き起こすため好ましくない。 In addition, when the particles are used in semiconductor circuits such as highly integrated logic and memory, which require high purity, or optical sensors, the content of these elements belonging to the alkali metals and alkaline earth metals, as well as elements such as Pd, Ag, Mn, Mo, Ni, and Cr, as well as the above-mentioned elements such as Al, As, B, Bi, Cd, Co, Fe, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn, and Zr that are not fixed in the particles, is preferably less than 0.1 ppm. If the content of these elements is 0.1 ppm or more, the metal elements may cause poor insulation of the circuit, short the circuit, or reduce the light transmittance. This may cause a decrease in the dielectric constant of the insulating film, an increase in the impedance of the metal wiring, a delay in the response speed, an increase in power consumption, etc. In particular, U and Th are not preferable because they generate radioactivity and, even if present in small amounts, may cause semiconductors to malfunction due to radioactivity.

このような元素の含有量が少ない粒子を得るには、粒子を製造する際の装置の材質をこれらの元素を含まず、かつ耐薬品性が高いものにすることが好ましい。具体的には、テフロン(登録商標)、FRP、カーボンファイバー等のプラスチック、無アルカリガラス等が好ましい。また、使用する原料については、蒸留・イオン交換・フィルター除去で精製することが好ましい。 To obtain particles with low content of such elements, it is preferable to use equipment that does not contain these elements and has high chemical resistance when manufacturing the particles. Specifically, plastics such as Teflon (registered trademark), FRP, and carbon fiber, and alkali-free glass are preferable. In addition, it is preferable to refine the raw materials used by distillation, ion exchange, and filter removal.

また、高純度な粒子を得る方法としては、前述のように、予めこれらの元素の少ない原料を準備したり、粒子製造用の装置からの混入を抑えたりする方法がある。これ以外にも、そのような対策を十分にとらずに製造された粒子からこれらの元素を低減することも可能である。 As mentioned above, methods for obtaining high-purity particles include preparing raw materials with low levels of these elements in advance and preventing contamination from the equipment used to manufacture the particles. It is also possible to reduce the levels of these elements in particles manufactured without taking sufficient measures.

分散液の分散媒及び濃度は、液中で粒子が凝集や沈殿を生じることなく安定して分散していれば特に限定されない。 There are no particular limitations on the dispersion medium and concentration of the dispersion liquid, so long as the particles are stably dispersed in the liquid without aggregation or precipitation.

分散媒としては、例えば、水、アルコール類、エステル類、グリコール類、エーテル類、ケトン類、及び非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。特に、レジスト材用では、この分散媒は、レジスト材としての作業性も考慮して、溶解パラメータ(Solubility Parameter:SP値)が10以上で、大気圧下で沸点が100℃を超える有機溶媒が分散媒中に少なくとも1種含まれるものを使用する。ここで、SP値が10未満であると、粒子の分散性が低く、凝集するおそれがある。また、沸点が100℃ 以下の有機溶剤だと、塗工時の乾燥が早く、レベリングされる前に造膜されてしまうため、塗膜に粒子由来の凝集物等の欠陥が発生してしまうおそれがある。 Examples of the dispersion medium include water, alcohols, esters, glycols, ethers, ketones, and aprotic polar solvents. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, for resist materials, the dispersion medium should have a solubility parameter (SP value) of 10 or more and contain at least one organic solvent with a boiling point of over 100°C at atmospheric pressure, taking into account the workability of the resist material. If the SP value is less than 10, the particles will have low dispersibility and may aggregate. In addition, if the organic solvent has a boiling point of 100°C or less, the particles will dry quickly during application and form a film before leveling, which may cause defects such as particle-derived aggregates in the coating film.

SP値が10以上で、沸点が100℃を超える有機溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノノルマルブチルエーテル、アセチルアセトン、エチレングリコール、ジフェニルエーテル、グリセロール、フォルムアミド、ベンジルアルコール、N-メチルピロリドン、グリセリン、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、γ-ブチロラクトン、フタル酸ジエチル、フタル酸ジメチル、ジメチルスルホキシド、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン(DAA)、1-ブタノール、2-ブタノール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,4-ジオキサン等が挙げられる。この中でもレジスト用途としてはプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)やプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)が好ましい。 Examples of organic solvents with an SP value of 10 or more and a boiling point exceeding 100°C include propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-normal butyl ether, acetylacetone, ethylene glycol, diphenyl ether, glycerol, formamide, benzyl alcohol, N-methylpyrrolidone, glycerin, cyclohexanone, diethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, γ-butyrolactone, diethyl phthalate, dimethyl phthalate, dimethyl sulfoxide, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone (DAA), 1-butanol, 2-butanol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and 1,4-dioxane. Among these, propylene glycol monomethyl ether (PGME) and propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) are preferred for resist applications.

分散液の濃度は、粒子の固形分濃度が1~40質量%であることが好ましい。ここで、固形分濃度が1質量%未満であると、塗布液の製造に際して加工に時間がかかるおそれがある。逆に、40質量%を超えると、分散液の安定性が低下するおそれがある。分散液の濃度は、より好ましくは5~35質量%、更に好ましくは10~30質量%である。 The concentration of the dispersion liquid is preferably such that the solid content of the particles is 1 to 40% by mass. If the solid content is less than 1% by mass, the processing time required for producing the coating liquid may be long. Conversely, if the solid content exceeds 40% by mass, the stability of the dispersion liquid may decrease. The concentration of the dispersion liquid is more preferably 5 to 35% by mass, and even more preferably 10 to 30% by mass.

[粒子の分散液の製造方法]
本発明に係る粒子の分散液の製造方法は、両性酸化物となる元素を酸化物基準として5.0質量%以上含むアルカリ水溶液を準備する第一工程と、これに、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを、珪素の酸化物をSiOと表し、珪素以外の無機元素の酸化物をMOxと表した時、添加終了時の反応液のモル比(MOx/SiO)が0.5~25となるように、同時に添加して、複合酸化物粒子aの分散液を調製する第二工程と、次に、第二工程のモル比よりも小さいモル比(MOx/SiO)で、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを添加して、複合酸化物粒子bの分散液を調製する第三工程と、次に、複合酸化物粒子bの分散液に酸を加えて、複合酸化物粒子bを構成する珪素以外の元素の少なくとも一部を除去して、シリカ系粒子の分散液を調製する第四工程と、このシリカ系粒子の分散液を、昇温速度3.0℃/分以下で60~200℃まで加温し、その後50℃未満に降温する第五工程と、を順に含む。これによって、中空シリカ粒子の分散液が得られる。
[Method for producing particle dispersion]
The method for producing a particle dispersion according to the present invention includes a first step of preparing an alkaline aqueous solution containing 5.0 mass % or more of an element that becomes an amphoteric oxide based on the oxide, a second step of preparing a dispersion of composite oxide particles a by simultaneously adding a solution of a silicon-containing compound and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon to the first step such that the molar ratio (MOx/SiO2) of the reaction solution at the end of the addition is 0.5 to 25, where the oxide of silicon is represented as SiO2 and the oxide of the inorganic element other than silicon is represented as MOx, and the molar ratio (MOx/ SiO2 ) of the reaction solution at the end of the addition is 0.5 to 25, and a third step of preparing a dispersion of composite oxide particles a by simultaneously adding a solution of a silicon-containing compound and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon to the first step such that the molar ratio (MOx/SiO2 ) of the reaction solution at the end of the addition is 0.5 to 25. a third step of adding a solution of a silicon-containing compound and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon to prepare a dispersion of composite oxide particles b, a fourth step of adding an acid to the dispersion of composite oxide particles b to remove at least a portion of the elements other than silicon that constitute composite oxide particles b to prepare a dispersion of silica-based particles, and a fifth step of heating the dispersion of silica-based particles to 60 to 200° C. at a heating rate of 3.0° C./min or less, and then cooling to less than 50° C. This results in a dispersion of hollow silica particles.

このようにして製造された粒子は、低屈折率で粒子表面のシラノール基の数密度が特定の範囲にあるため、レジスト膜に使用した場合、パターン形成時に高い現像性が実現できる。以下に、各工程について述べる。 The particles produced in this way have a low refractive index and the number density of silanol groups on the particle surface is within a specific range, so when used in a resist film, high developability can be achieved during pattern formation. Each process is described below.

[第一工程]
まず、珪素以外の、両性酸化物となる元素を含むアルカリ水溶液を準備する。
[First step]
First, an alkaline aqueous solution containing an element other than silicon that will become an amphoteric oxide is prepared.

ここで、「珪素以外の、両性酸化物となる元素」としては、その元素を含む酸化物が、pH3以下の酸に溶解すること、及び、pH10以上のアルカリに溶解することを意味する。より具体的には、Al、As、B、Bi、Cd、Co、Fe、Ga、Ge、In、Pb、Sb、Sn、Ti、V、Zn、及び、Zrから選ばれる少なくとも1種の元素を含む。 Here, "an element other than silicon that can form an amphoteric oxide" means that an oxide containing that element dissolves in an acid with a pH of 3 or less, and dissolves in an alkali with a pH of 10 or more. More specifically, it includes at least one element selected from Al, As, B, Bi, Cd, Co, Fe, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn, and Zr.

これらの元素の中でも、珪素を含む化合物と反応し、複合酸化物粒子を形成することが容易である点でAlが好ましい。また、そのアルカリ水溶液としては、例えば、アルミン酸ナトリウム、水酸化アルミニウムの水溶液が挙げられる。 Among these elements, Al is preferred because it reacts easily with silicon-containing compounds to form composite oxide particles. Examples of the alkaline aqueous solution include aqueous solutions of sodium aluminate and aluminum hydroxide.

アルカリ水溶液中の「珪素以外の、両性酸化物となる元素」の濃度としては、酸化物基準で5.0質量%以上である。この濃度であれば、比較的CV値の高い粒子を得ることができる。その濃度の上限としては、続く第二工程での溶液添加の際に十分に混合でき、所望する粒子の分散液が得られれば特に制限されない。ただし、例えば、真球度の高い粒子を得るためには、酸化物基準で20.0質量%程度とすることが好ましい。 The concentration of "elements other than silicon that become amphoteric oxides" in the alkaline aqueous solution is 5.0% by mass or more based on the oxide. At this concentration, particles with a relatively high CV value can be obtained. There is no upper limit to the concentration, so long as the solution can be mixed sufficiently when added in the subsequent second step and a dispersion of the desired particles is obtained. However, for example, to obtain particles with high sphericity, it is preferable to set the concentration to about 20.0% by mass based on the oxide.

ここで、その濃度が5.0質量%未満であると、前述の「粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積が、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下」の粒子とはならないおそれがある。この濃度は、好ましく5.0~15.0質量%、より好ましくは5.0~10.0質量%である。 If the concentration is less than 5.0% by mass, the particles may not have the volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15% by volume of particles at 1,000,000 G, which is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation. This concentration is preferably 5.0 to 15.0% by mass, and more preferably 5.0 to 10.0% by mass.

また、第二工程にて調製される複合酸化物粒子a中の「珪素以外の、両性酸化物となる元素」の割合としては、複合酸化物粒子aを100質量部とした時、酸化物基準で20~95質量部であることが好ましい。第一工程で準備されるアルカリ水溶液中の両性酸化物となる元素の割合がこの範囲にあると、後述する第四工程での酸処理において、粒子空洞部の形成と外殻の薄層化が容易になり、低屈折率な粒子を得ることができ、比較的CV値の高い粒子を得ることができる。 The proportion of "elements other than silicon that become amphoteric oxides" in the composite oxide particles a prepared in the second step is preferably 20 to 95 parts by mass on an oxide basis when the composite oxide particles a are taken as 100 parts by mass. If the proportion of elements that become amphoteric oxides in the alkaline aqueous solution prepared in the first step is within this range, the formation of particle cavities and thinning of the outer shell becomes easier in the acid treatment in the fourth step described below, making it possible to obtain particles with a low refractive index and particles with a relatively high CV value.

ここで、この割合が20質量部未満であると、外殻の薄層化が困難であり、低屈折率な粒子を得ることが困難となるおそれがある。逆に、95質量部を超えると、第二工程での粒子成長が不十分となるおそれがある。この割合は、より好ましくは25~80質量部、更に好ましくは30~65質量部である。 If this ratio is less than 20 parts by mass, it may be difficult to thin the outer shell, making it difficult to obtain particles with a low refractive index. Conversely, if it exceeds 95 parts by mass, particle growth in the second step may be insufficient. This ratio is more preferably 25 to 80 parts by mass, and even more preferably 30 to 65 parts by mass.

なお、アルカリ金属やアルカリ土類金属等の「両性酸化物となる元素」ではなく、「粒子を構成する元素」でもない不純分として扱われる元素は、上記複合酸化物粒子aの100質量部としては計上しないこととする。 In addition, elements that are treated as impurities, such as alkali metals and alkaline earth metals, and are not "elements that become amphoteric oxides" and are not "elements that constitute particles", will not be counted in the 100 parts by mass of the above composite oxide particles a.

ところで、珪素は、両性酸化物となる元素の一つである。しかしながら、第一工程でのアルカリ水溶液中の「両性酸化物となる元素」としては、この元素が珪素のみであること、又は、珪素が「珪素以外の、両性酸化物となる元素」に対して過剰に存在することは好ましくない。本工程において、珪素が多く存在すると、最終的に得られる粒子の屈折率が高くなりすぎるおそれがある。そのため、このアルカリ水溶液中に含まれる珪素の酸化物をSiOと表し、珪素以外の両性元素の酸化物をMOxと表した時、モル比(MOx/SiO)が10以上であることが好ましい。このアルカリ水溶液中には、珪素を含まない場合もあるので、モル比(MOx/SiO)の上限は設定されない。 Incidentally, silicon is one of the elements that become amphoteric oxides. However, it is not preferable that the "element that becomes an amphoteric oxide" in the alkaline aqueous solution in the first step is silicon alone, or that silicon is present in excess relative to the "elements that become amphoteric oxides other than silicon". If a large amount of silicon is present in this step, the refractive index of the particles finally obtained may be too high. Therefore, when the oxide of silicon contained in this alkaline aqueous solution is expressed as SiO 2 and the oxide of the amphoteric element other than silicon is expressed as MOx, it is preferable that the molar ratio (MOx/SiO 2 ) is 10 or more. Since there are cases where this alkaline aqueous solution does not contain silicon, no upper limit is set for the molar ratio (MOx/SiO 2 ).

このアルカリ水溶液のpHとしては、10以上であることが好ましい。pHが10以上であれば、両性元素が溶解して存在するので好ましい。このpHは、より好ましくは11以上、更に好ましくは12以上である。 The pH of this alkaline aqueous solution is preferably 10 or higher. A pH of 10 or higher is preferable because the amphoteric element is dissolved and present. The pH is more preferably 11 or higher, and even more preferably 12 or higher.

[第二工程]
第一工程で準備した「珪素以外の、両性酸化物となる元素を含むアルカリ水溶液」に、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを、珪素の酸化物をSiOと表し、珪素以外の無機元素の酸化物をMOxと表した時、添加終了時の反応液のモル比(MOx/SiO)が0.5~25となるように、同時に添加して、複合酸化物粒子aの分散液を調製する。
[Second step]
A solution of a compound containing silicon and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon are simultaneously added to the "alkaline aqueous solution containing an element other than silicon that can become an amphoteric oxide" prepared in the first step so that the molar ratio (MOx/ SiO2 ) of the reaction solution at the end of the addition is 0.5 to 25, where SiO2 is the oxide of silicon and MOx is the oxide of an inorganic element other than silicon, to prepare a dispersion of composite oxide particles a.

ここで、珪素を含む化合物としては、例えば、珪酸塩、酸性珪酸液、有機珪素化合物から選ばれる少なくとも一つが挙げられる。 Here, examples of compounds containing silicon include at least one selected from silicates, acidic silicic acid solutions, and organic silicon compounds.

珪酸塩としては、アルカリ金属珪酸塩、アンモニウム珪酸塩及び有機塩基の珪酸塩から選ばれる1種又は2種以上の珪酸塩が好ましい。アルカリ金属珪酸塩としては、例えば、珪酸ナトリウムや珪酸カリウムが挙げられる。有機塩基としては、例えば、テトラエチルアンモニウム塩等の第4級アンモニウム塩、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン類が挙げられる。アンモニウムの珪酸塩又は有機塩基の珪酸塩には、珪酸液にアンモニア、第4級アンモニウム水酸化物、アミン化合物等を添加したアルカリ性溶液も含まれる。 The silicate is preferably one or more silicates selected from alkali metal silicates, ammonium silicates, and silicates of organic bases. Examples of the alkali metal silicate include sodium silicate and potassium silicate. Examples of the organic base include quaternary ammonium salts such as tetraethylammonium salts, and amines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine. Examples of ammonium silicates or silicates of organic bases include alkaline solutions in which ammonia, quaternary ammonium hydroxide, amine compounds, etc. are added to a silicic acid solution.

酸性珪酸液としては、珪酸アルカリ水溶液を陽イオン交換樹脂で処理すること等によって、アルカリを除去して得られる珪酸液を用いることができ、特に、pH2~4の酸性珪酸液が好ましい。 As an acidic silicic acid solution, a silicic acid solution obtained by removing the alkali by treating an aqueous alkali silicate solution with a cation exchange resin, etc., can be used, and an acidic silicic acid solution with a pH of 2 to 4 is particularly preferred.

有機珪素化合物としては、前述の式(8)で表す有機珪素化合物において、nが0~3のものが好ましい。 As the organosilicon compound, an organosilicon compound represented by the above formula (8) in which n is 0 to 3 is preferred.

ところで、式(8)の有機珪素化合物において、nが1~3の化合物は親水性に乏しいので、予め加水分解して反応系に均一に混合できるようにすることが好ましい。加水分解には、周知の方法を採用できる。加水分解触媒として、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア水、アミン等の塩基性のものを用いた場合、加水分解後にこれらの塩基性触媒を除去して、酸性溶液にして用いることもできる。また、有機酸や無機酸等の酸性触媒を用いて加水分解物を調製した場合、加水分解後にイオン交換等によって酸性触媒を除去することが好ましい。なお、得られた有機珪素化合物の加水分解物は、水溶液の形態で使用することが望ましい。ここで水溶液とは加水分解物がゲルとして白濁した状態になく透明性を有している状態を意味する。 In the organosilicon compound of formula (8), compounds where n is 1 to 3 are poorly hydrophilic, so it is preferable to hydrolyze them in advance so that they can be mixed uniformly in the reaction system. Well-known methods can be used for the hydrolysis. When a basic catalyst such as an alkali metal hydroxide, aqueous ammonia, or amine is used as a hydrolysis catalyst, the basic catalyst can be removed after hydrolysis and the solution can be used as an acidic solution. When an acidic catalyst such as an organic acid or inorganic acid is used to prepare a hydrolyzate, it is preferable to remove the acidic catalyst by ion exchange or the like after hydrolysis. The obtained hydrolyzate of the organosilicon compound is preferably used in the form of an aqueous solution. Here, an aqueous solution means that the hydrolyzate is not in a cloudy gel state but is transparent.

有機珪素化合物としては、例えば、前述の表1に記載のnが0~3の有機珪素化合物が挙げられる。中でも、粒子の炭素含有量と、粒子表面のシラノール基の数密度との(R/R)の値を所望する範囲へ調整することが容易である点で、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルジメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、8-メタクリロキシオクチルトリメトキシシランが好ましい。 Examples of the organosilicon compound include organosilicon compounds in which n is 0 to 3 as shown in Table 1. Among them, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, 3-methacryloxypropyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltriethoxysilane, and 8-methacryloxyoctyltrimethoxysilane are preferred, in that the value (R B /R A ) between the carbon content of the particles and the number density of silanol groups on the particle surface can be easily adjusted to a desired range.

また、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物としては、珪素以外の無機元素の酸化物を構成する金属又は非金属のオキソ酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、第4級アンモニウム塩を挙げられる。具体的には、アルミン酸ナトリウム、四硼酸ナトリウム、炭酸ジルコニルアンモニウム、アンチモン酸カリウム、錫酸カリウム、アルミノ珪酸ナトリウム、モリブデン酸ナトリウム、硝酸セリウムアンモニウム、燐酸ナトリウム等が挙げられる。 Alkali-soluble compounds of inorganic elements other than silicon include alkali metal salts or alkaline earth metal salts, ammonium salts, and quaternary ammonium salts of metal or nonmetallic oxoacids that form oxides of inorganic elements other than silicon. Specific examples include sodium aluminate, sodium tetraborate, ammonium zirconyl carbonate, potassium antimonate, potassium stannate, sodium aluminosilicate, sodium molybdate, ammonium cerium nitrate, and sodium phosphate.

「珪素を含む化合物」及び「珪素以外の無機元素の化合物」は、アルカリ側で高い溶解度をもつ。しかしながら、この溶解度の高いpH領域で両者を混合すると、珪酸イオン及びアルミン酸イオン等のオキソ酸イオンの溶解度が低下し、これらの複合物が析出してコロイド粒子を形成する。 "Compounds containing silicon" and "compounds of inorganic elements other than silicon" have high solubility on the alkaline side. However, when the two are mixed in this high-solubility pH range, the solubility of oxoacid ions such as silicate ions and aluminate ions decreases, and these compounds precipitate to form colloidal particles.

次に、モル比(MOx/SiO)について説明する。 Next, the molar ratio (MOx/SiO 2 ) will be described.

前述の「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物」を酸化物として表すと、好適な例として、Al、As、B、Bi、CdO、CoO、Fe、Ga、GeO、In、PbO、Sb、SnO、TiO、VO、ZnO、及びZrO等の1種又は2種以上が挙げられる。また、これら珪素以外の無機元素の複合酸化物として、酸化亜鉛アルミナ、酸化インジウムスズ等が挙げられる。これら酸化物をMOxと称し、そのモル数をモル比の計算に使用する。もし、反応系内にこれら酸化物が複数種存在する場合は、各々の酸化物のモル数の合計を使用する。また、前述の「珪素を含む化合物」をSiOとして表した時のモル数をここでのモル比の計算に使用する。 When the aforementioned "alkali-soluble compound of inorganic elements other than silicon" is expressed as an oxide, suitable examples include one or more of Al2O3 , As2O3 , B2O3 , Bi2O3 , CdO, CoO, Fe2O3 , Ga2O3 , GeO2 , In2O3 , PbO , Sb2O3 , SnO2 , TiO2 , VO, ZnO2 , and ZrO2 . In addition, examples of composite oxides of inorganic elements other than silicon include zinc alumina oxide and indium tin oxide. These oxides are referred to as MOx, and the number of moles is used to calculate the molar ratio. If multiple types of these oxides are present in the reaction system, the total number of moles of each oxide is used. In addition, the number of moles of the aforementioned "silicon-containing compound" expressed as SiO2 is used in calculating the molar ratio here.

なお、第二工程におけるモル比の計算については、第一工程で使用した「両性酸化物となる元素」も含めて行う。 The molar ratio calculation in the second step includes the "elements that become amphoteric oxides" used in the first step.

また、アルカリ金属やアルカリ土類金属については、「粒子を構成する元素」ではなく、不純分として扱われる元素であるため、上記MOxとしては計上しないこととする。 Alkali metals and alkaline earth metals are not "elements that make up particles" but are treated as impurities, so they will not be counted in the above MOx.

これらのことは、後述の第三工程でも同様に扱う。 These matters will also be covered in the third step described below.

第二工程のモル比(MOx/SiO)がこの範囲にあると、複合酸化物粒子の構造は主として、珪素と珪素以外の元素が酸素を介在して交互に結合した構造となる。即ち、珪素原子の4つの結合手に酸素原子が結合し、この酸素原子に珪素以外の元素Mが結合した構造が多く生成する。これによって、後述する第四工程で珪素以外の元素Mを除去する際に、複合酸化物粒子の形状を破壊することなく、元素Mに随伴させて珪素原子も珪酸モノマーやオリゴマーとして除去できる。 When the molar ratio (MOx/ SiO2 ) in the second step is within this range, the structure of the composite oxide particles is mainly a structure in which silicon and elements other than silicon are alternately bonded with oxygen interposed therebetween. That is, many structures are produced in which oxygen atoms are bonded to the four bonds of a silicon atom, and an element M other than silicon is bonded to these oxygen atoms. As a result, when the element M other than silicon is removed in the fourth step described below, the silicon atoms can also be removed as silicic acid monomers or oligomers accompanying the element M without destroying the shape of the composite oxide particles.

ここで、モル比が0.5未満であると、後述する第四工程で除去される「珪素以外の元素」の割合が小さいため、最終的に得られる粒子の空隙率が十分に高くならないおそれがある。逆に、モル比が25を超えると、粒子成長が抑制され、複合酸化物粒子aの所望する平均粒子径を満足するまでの生産効率が低くなるおそれがある。このモル比は、好ましくは0.9~8.0、より好ましくは1.2~4.0である。 If the molar ratio is less than 0.5, the proportion of "elements other than silicon" removed in the fourth step described below is small, and the porosity of the final particles may not be sufficiently high. Conversely, if the molar ratio exceeds 25, particle growth is suppressed, and the production efficiency until the desired average particle size of the composite oxide particles a is satisfied may decrease. This molar ratio is preferably 0.9 to 8.0, and more preferably 1.2 to 4.0.

このように、第二工程で得られる複合酸化物粒子aは、後述の第四工程にて酸処理により除去され、最終的に得られる粒子の外殻内側の空洞部を形成する。そのため、複合酸化物粒子aは、酸処理により除去されやすい形態であることが好ましい。 In this way, the composite oxide particles a obtained in the second step are removed by acid treatment in the fourth step described below, forming a cavity inside the outer shell of the finally obtained particles. Therefore, it is preferable that the composite oxide particles a are in a form that is easily removed by acid treatment.

例えば、第一工程のモル比(MOx/SiO)が10以上である「両性酸化物となるアルカリ水溶液」に対して、第二工程にて「珪素を含む化合物の溶液」と「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液」とを添加する場合、反応液中のモル比(MOx/SiO)を添加が進むに従って減少させることができる。このように反応液中のモル比(MOx/SiO)を減少させることによって、得られる複合酸化物粒子aも粒子の中心部から外側に向かうに従ってモル比(MOx/SiO)を小さくすることができる。このように粒子中のモル比に勾配があると、後述する第四工程での酸処理において、複合酸化物粒子bを構成する珪素以外の元素の少なくとも一部を除去する際に、複合酸化物粒子aに相当する部分を効率よく除去でき、粒子空洞部の形成と外殻の薄層化が容易になり、低屈折率な粒子を得ることができるため好ましい。 For example, when "a solution of a compound containing silicon" and "a solution of an inorganic element other than silicon that is alkali-soluble" are added in the second step to an "alkali aqueous solution that becomes an amphoteric oxide" having a molar ratio (MOx/SiO 2 ) of 10 or more in the first step, the molar ratio (MOx/SiO 2 ) in the reaction solution can be reduced as the addition proceeds. By reducing the molar ratio (MOx/SiO 2 ) in the reaction solution in this way, the molar ratio (MOx/SiO 2 ) of the resulting composite oxide particles a can also be reduced from the center of the particles toward the outside. If there is a gradient in the molar ratio in the particles in this way, when at least a part of the elements other than silicon that constitute the composite oxide particles b is removed in the acid treatment in the fourth step described later, the part corresponding to the composite oxide particles a can be efficiently removed, which is preferable because it facilitates the formation of particle cavities and the thinning of the outer shell, and particles with a low refractive index can be obtained.

「珪素を含む化合物」の溶液の濃度、及び「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物」の水溶液の濃度は、各々SiO、MOxとして0.05~2.0質量%であることが好ましい。濃度がこの範囲にあると、粒子同士の合着や凝集が抑制され、真球度が大きく、所望するCV値の粒子を得ることができる。 The concentration of the solution of the "silicon-containing compound" and the concentration of the aqueous solution of the "alkali-soluble compound of inorganic elements other than silicon" are preferably 0.05 to 2.0 mass % as SiO2 and MOx, respectively. When the concentrations are within this range, adhesion and aggregation of particles are suppressed, and particles with large sphericity and a desired CV value can be obtained.

ここで、「珪素を含む化合物」の溶液の濃度、及び「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物」の水溶液の濃度が、各々SiO、MOxとして0.05質量%未満であると、粒子の成長速度が遅く、複合酸化物粒子aの所望する平均粒子径を満足するまでの生産効率が低くなったり、CV値の小さい粒子となったりするおそれがある。逆に、濃度が2.0質量%を超えると、粒子同士が合着し、いびつな粒子形状であったり、粒子同士が凝集したりするおそれがある。この濃度は、より好ましくは0.1~2.0質量%、更に好ましくは0.3~2.0質量%である。 Here, if the concentration of the solution of the "silicon-containing compound" and the concentration of the aqueous solution of the "alkali-soluble compound of inorganic elements other than silicon" are less than 0.05 mass% as SiO2 and MOx, respectively, the particle growth rate will be slow, and the production efficiency until the desired average particle size of the composite oxide particles a is satisfied may be low, or the particles may have a small CV value. Conversely, if the concentration exceeds 2.0 mass%, the particles may coalesce with each other, resulting in irregular particle shapes or aggregation of the particles. This concentration is more preferably 0.1 to 2.0 mass%, and even more preferably 0.3 to 2.0 mass%.

本工程での溶液の添加においては、反応系のpHは10以上、温度は50~98℃であることが好ましい。pH及び温度がこの範囲であれば、「珪素を含む化合物の溶液」と「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液」の添加により、複合酸化物粒子aが効率的に粒子成長することができる。このpHは、より好ましくは10.5以上、更に好ましくは10.5~13である。また、温度は、より好ましくは65~98℃、更に好ましくは80~98℃である。 When adding the solutions in this step, it is preferable that the pH of the reaction system is 10 or higher, and the temperature is 50 to 98°C. If the pH and temperature are within these ranges, the addition of the "solution of a compound containing silicon" and the "aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon" allows the composite oxide particles a to grow efficiently. The pH is more preferably 10.5 or higher, and even more preferably 10.5 to 13. The temperature is more preferably 65 to 98°C, and even more preferably 80 to 98°C.

複合酸化物粒子aの平均粒子径(Da)は、概ね10~50nmになるように調製することが好ましい。 It is preferable to adjust the average particle diameter (Da) of the composite oxide particles a to be approximately 10 to 50 nm.

ここで、平均粒子径(Da)が10nm未満であると、最終的に得られる粒子の外殻が厚くなり、粒子の空隙率が十分に高くならないおそれがある。逆に、50nmを越えると、粒子径が大きくなることによりシャープなパターンを形成することが困難になるおそれがある。平均粒子径(Da)は、より好ましくは15~45nm、更に好ましくは20~40nmである。 Here, if the average particle diameter (Da) is less than 10 nm, the outer shell of the final particle may be thick and the porosity of the particle may not be sufficiently high. Conversely, if it exceeds 50 nm, the particle diameter may become too large and it may become difficult to form a sharp pattern. The average particle diameter (Da) is more preferably 15 to 45 nm, and even more preferably 20 to 40 nm.

[第三工程]
本工程では、複合酸化物粒子aの分散液に、第二工程のモル比よりも小さいモル比(MOx/SiO)で、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液と、を添加する。これによって、複合酸化物粒子aを成長させて、複合酸化物粒子bの分散液を調製する。
[Third step]
In this step, a solution of a silicon-containing compound and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon are added to the dispersion of composite oxide particles a in a molar ratio (MOx/ SiO2 ) smaller than that in the second step, thereby growing the composite oxide particles a and preparing a dispersion of composite oxide particles b.

この複合酸化物粒子bは、複合酸化物粒子aの周囲に、複合酸化物粒子aよりもモル比(MOx/SiO)が低い層が形成される。この層は、複合酸化物粒子aよりも酸に侵され難いため、最終的に得られる粒子の外殻を形成する。 In the composite oxide particles b, a layer having a lower molar ratio (MOx/ SiO2 ) than that of the composite oxide particles a is formed around the composite oxide particles a. This layer is less susceptible to acid attack than the composite oxide particles a, and therefore forms the outer shell of the final particles.

第三工程で使用する珪素を含む化合物と、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物は、第二工程で例示したものから選ばれる。これらの化合物は、第二工程で使用したものと同じ種類でも構わないし、第二工程で例示した別の種類でも構わない。 The silicon-containing compound and the alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon used in the third step are selected from those exemplified in the second step. These compounds may be the same type as those used in the second step, or may be a different type from those exemplified in the second step.

第二工程におけるモル比(MOx/SiO)をA、第三工程におけるモル比(MOx/SiO)をBとすると、比(B/A)を0.25未満とすることが好ましい。比(B/A)が0.25未満であれば、複合酸化物粒子の表層のシリカ成分が多くなり、外殻の形成が容易となる。その結果、後述する第四工程で珪素以外の元素を除去しても複合酸化物粒子の形状が破壊されることはなく、中空シリカ粒子を安定的に得ることができる。比(B/A)が0.25以上であると、シリカ成分の多い外殻を形成することが困難であるため、第四工程で珪素以外の元素を除去する際に複合酸化物粒子が破壊されて、粒子形状を維持することが困難となる。このため、中空シリカ粒子を得ることが困難となるおそれがある。比(B/A)は、より好ましくは0.20以下、更に好ましくは0.15以下である。 If the molar ratio (MOx/SiO 2 ) in the second step is A and the molar ratio (MOx/SiO 2 ) in the third step is B, it is preferable to set the ratio (B/A) to less than 0.25. If the ratio (B/A) is less than 0.25, the silica component in the surface layer of the composite oxide particles increases, and the formation of the outer shell becomes easy. As a result, even if elements other than silicon are removed in the fourth step described below, the shape of the composite oxide particles is not destroyed, and hollow silica particles can be stably obtained. If the ratio (B/A) is 0.25 or more, it is difficult to form an outer shell containing a large amount of silica components, so that the composite oxide particles are destroyed when elements other than silicon are removed in the fourth step, making it difficult to maintain the particle shape. For this reason, there is a risk that it may be difficult to obtain hollow silica particles. The ratio (B/A) is more preferably 0.20 or less, and even more preferably 0.15 or less.

ところで、第三工程にて調製される複合酸化物粒子bの平均粒子径は、特に限定されるものではない。ただし、最終的に得られる粒子をレジスト材として使用する場合は、この平均粒子径(Db)を15~55nmとなるように調製することが好ましい。このような範囲に調製することで、所望する粒子の平均粒子径への調整が容易となる。 The average particle diameter of the composite oxide particles b prepared in the third step is not particularly limited. However, if the final particles are to be used as a resist material, it is preferable to prepare the average particle diameter (Db) to be 15 to 55 nm. By preparing the particles in this range, it is easy to adjust the average particle diameter of the particles to the desired size.

ここで、平均粒子径(Db)が15nm未満であると、粒子の空隙率が低くなり、低屈折率なレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。逆に、55nmを越えると、粒子径が大きくなることによりシャープなパターンを形成することが困難となるおそれがある。平均粒子径(Db)は、好ましくは20~50nm、より好ましくは25~45nmである。 Here, if the average particle size (Db) is less than 15 nm, the porosity of the particles will be low, and it may be difficult to obtain a resist film with a low refractive index. Conversely, if it exceeds 55 nm, the particle size will be large, and it may be difficult to form a sharp pattern. The average particle size (Db) is preferably 20 to 50 nm, and more preferably 25 to 45 nm.

また、第三工程にて調製される複合酸化物粒子bの平均粒子径(Db)から複合酸化物粒子aの平均粒子径(Da)を減じて2で除した値(Dc)は、3~9nmとなるように調製することが好ましい。このような範囲に調製することで、所望する粒子の外殻の厚さの調整が容易となる。 In addition, it is preferable to prepare the value (Dc) obtained by subtracting the average particle diameter (Da) of the composite oxide particles a from the average particle diameter (Db) of the composite oxide particles b prepared in the third step and dividing the result by 2 to be 3 to 9 nm. By preparing it in such a range, it becomes easy to adjust the thickness of the outer shell of the desired particles.

ここで、値(Dc)が3nm未満であると、最終的に得られる外殻が薄くなりすぎて、粒子の形状を維持することが困難となるおそれがある。逆に、9nmを超える粒子は、屈折率が十分に低くならないため、所望するレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。値(Dc)は、より好ましくは3~7nm、更に好ましくは3~6nmである。 Here, if the value (Dc) is less than 3 nm, the resulting shell may be too thin, making it difficult to maintain the particle shape. Conversely, if the particle is more than 9 nm, the refractive index may not be sufficiently low, making it difficult to obtain the desired resist film. The value (Dc) is more preferably 3 to 7 nm, and even more preferably 3 to 6 nm.

また、比(Dc/Db)は0.05~0.35が好ましい。この比がこの範囲にあると、低屈折率なレジスト膜を得ることができる。 The ratio (Dc/Db) is preferably 0.05 to 0.35. If this ratio is in this range, a resist film with a low refractive index can be obtained.

ここで、この比が0.05未満であると、粒子の形状を維持するための強度を得ることが困難となるおそれがあるため、粒子自体を得ることが難しい。逆に、0.35を超える粒子は、屈折率が十分に低くならないため、所望するレジスト膜を得ることが困難となるおそれがある。比(Dc/Db)は、より好ましくは0.06~0.28、更に好ましくは0.07~0.20である。 If this ratio is less than 0.05, it may be difficult to obtain the strength required to maintain the particle shape, and therefore difficult to obtain the particles themselves. Conversely, if the ratio exceeds 0.35, the refractive index may not be sufficiently low, and it may be difficult to obtain the desired resist film. The ratio (Dc/Db) is more preferably 0.06 to 0.28, and even more preferably 0.07 to 0.20.

第三工程において、複合酸化物粒子aの分散液に、電解質塩を添加しても良い。 In the third step, an electrolyte salt may be added to the dispersion of composite oxide particles a.

ここで、電解質塩としては、具体的に、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム等の水溶性の電解質塩が挙げられる。 Specific examples of electrolyte salts include water-soluble electrolyte salts such as sodium chloride, potassium chloride, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate, potassium sulfate, ammonium nitrate, ammonium sulfate, magnesium chloride, and magnesium nitrate.

電解質塩を添加することによって、第四工程で珪素以外の元素を除去する際に外殻が形成されやすくなる。このような効果が得られるメカニズムについては明らかではないが、粒子成長した複合酸化物粒子の表面にシリカが多くなり、酸に不溶性のシリカが複合酸化物粒子の保護膜的な作用をしているものと考えている。 By adding the electrolyte salt, it becomes easier for an outer shell to form when elements other than silicon are removed in the fourth step. The mechanism by which this effect is achieved is unclear, but it is thought that silica increases on the surface of the grown composite oxide particles, and that the acid-insoluble silica acts as a protective film for the composite oxide particles.

電解質塩の添加量は、電解質塩のモル数をM,第三工程で使用する珪素を含む化合物をSiOと表した時のモル数をMとした時、比(M/M)が10以下であることが好ましい。 The amount of electrolyte salt added is preferably such that the ratio (ME/MS) is 10 or less, where ME is the number of moles of the electrolyte salt and MS is the number of moles of the silicon -containing compound used in the third step expressed as SiO2 .

ここで、比(M/M)を10よりも大きくしても電解質塩を添加する効果が向上することはなく、これが緩衝剤となるためか、第三工程での粒子成長が損なわれたり、第四工程での珪素以外の元素の除去に時間を要したりして、生産効率が低下するおそれがある。比(M/M)の下限は特に設定されないが、電解質塩の添加の効果を見出すには、比(M/M)が0.1以上であることが好ましい。なお、電解質塩は、第三工程の開始時に全量を添加しても良いし、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを添加している際に、連続的にあるいは断続的に添加しても良い。 Here, even if the ratio ( ME / MS ) is made larger than 10, the effect of adding the electrolyte salt is not improved, and the electrolyte salt acts as a buffer, which may impair particle growth in the third step or require time to remove elements other than silicon in the fourth step, resulting in a risk of reduced production efficiency. Although the lower limit of the ratio ( ME / MS ) is not particularly set, in order to obtain the effect of adding the electrolyte salt, it is preferable that the ratio ( ME / MS ) is 0.1 or more. The electrolyte salt may be added in its entirety at the start of the third step, or may be added continuously or intermittently while adding the solution of the compound containing silicon and the aqueous solution of the compound of an inorganic element other than silicon that is alkali-soluble.

本工程で使用する複合酸化物粒子aの分散液は、pH10以上であることが好ましい。 The dispersion of composite oxide particles a used in this process preferably has a pH of 10 or higher.

「珪素を含む化合物」の溶液の濃度、及び「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物」の水溶液の濃度は、各々SiO、MOxとしてとして0.05~3.0質量%であることが好ましい。濃度がこの範囲にあると、粒子同士の合着や凝集が抑制され、単分散の粒子を得ることができる。 The concentration of the solution of the "silicon-containing compound" and the concentration of the aqueous solution of the "alkali-soluble compound of inorganic elements other than silicon" are preferably 0.05 to 3.0 mass % as SiO 2 and MOx, respectively. When the concentrations are within this range, adhesion and aggregation of particles are suppressed, and monodisperse particles can be obtained.

本工程での溶液の添加においては、反応系のpHは10以上、温度は50~98℃であることが好ましい。pH及び温度がこの範囲であれば、「珪素を含む化合物の溶液」と「アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の化合物の水溶液」の添加により、複合酸化物粒子bが効率的に粒子成長することができる。このpHは、より好ましくは10.5以上、更に好ましくは10.5~13である。また、温度は、より好ましくは65~98℃、更に好ましくは80~98℃である。 When adding the solutions in this step, it is preferable that the pH of the reaction system is 10 or higher, and the temperature is 50 to 98°C. If the pH and temperature are within this range, the addition of the "solution of a compound containing silicon" and the "aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon" allows the composite oxide particles b to grow efficiently. The pH is more preferably 10.5 or higher, and even more preferably 10.5 to 13. The temperature is more preferably 65 to 98°C, and even more preferably 80 to 98°C.

[第四工程]
本工程では、複合酸化物粒子bの分散液に酸を加えて、複合酸化物粒子bを構成する珪素以外の元素の少なくとも一部を除去して、シリカ系粒子の分散液を調製する。元素の除去は、例えば、鉱酸や有機酸を使用して溶解除去したり、陽イオン交換樹脂と接触させてイオン交換除去したり、あるいは、これらの方法を組合せることによって除去する。
[Fourth step]
In this step, an acid is added to the dispersion of composite oxide particles b to remove at least a portion of the elements other than silicon that constitute the composite oxide particles b, thereby preparing a dispersion of silica-based particles. The elements are removed, for example, by dissolving them using a mineral acid or an organic acid, by contacting them with a cation exchange resin to remove them by ion exchange, or by a combination of these methods.

複合酸化物粒子bの分散液の濃度は、処理温度によっても異なるが、複合酸化物粒子bを酸化物に換算して0.1~30質量%が好ましい。 The concentration of the dispersion of composite oxide particles b varies depending on the treatment temperature, but is preferably 0.1 to 30 mass % of composite oxide particles b converted into oxide.

ここで、濃度が0.1質量%未満だと、シリカの溶解量が多くなるため、複合酸化物粒子の形状を維持することが困難となるおそれがある。また、低濃度であるために処理効率が低くなる。逆に、濃度が30質量%よりも高いと、粒子の分散性が不十分となるおそれがある。また、珪素以外の元素の含有量が多い複合酸化物粒子では、均一に、あるいは効率的に、珪素以外の元素を除去することが困難となるおそれがある。複合酸化物粒子bの分散液の濃度は、より好ましくは0.5~25質量%である。 Here, if the concentration is less than 0.1% by mass, the amount of dissolved silica will be large, which may make it difficult to maintain the shape of the composite oxide particles. In addition, the low concentration will result in low processing efficiency. Conversely, if the concentration is higher than 30% by mass, the particles may not be sufficiently dispersible. In addition, in composite oxide particles that contain a large amount of elements other than silicon, it may be difficult to remove elements other than silicon uniformly or efficiently. The concentration of the dispersion of composite oxide particles b is more preferably 0.5 to 25% by mass.

上記元素の除去は、得られる粒子のモル比(MOx/SiO)が、0.03以下となるまで行うことが好ましい。 The removal of the above elements is preferably carried out until the molar ratio (MOx/SiO 2 ) of the resulting particles becomes 0.03 or less.

ここで、モル比(MOx/SiO)が0.03よりも大きいと、最終的に得られる中空シリカ粒子の屈折率が十分に低くならないおそれや、粒子の形状を維持するための強度を得ることが困難となるおそれがある。モル比(MOx/SiO)は、より好ましくは0.01以下である。 Here, if the molar ratio (MOx/ SiO2 ) is greater than 0.03, the refractive index of the hollow silica particles finally obtained may not be sufficiently low, or it may be difficult to obtain the strength required to maintain the particle shape. The molar ratio (MOx/ SiO2 ) is more preferably 0.01 or less.

本工程では、第三工程と同様に電解質塩を添加しても構わない。その添加量も、第三工程と同様に、比(M/M)として10以下が好ましい。なお、電解質塩は、第四工程の開始時に全量を添加しても良いし、珪素以外の元素の少なくとも一部を除去する際に、連続的にあるいは断続的に添加しても良い。ただし、第四工程での添加量は、第三工程で電解質塩を添加した場合、それを除去しない限り、第三工程と第四工程の合計量が、上記の範囲内となるように添加する。 In this step, an electrolyte salt may be added in the same manner as in the third step. The amount of the electrolyte salt added is preferably 10 or less as a ratio (M E /M S ) in the same manner as in the third step. The electrolyte salt may be added in its entirety at the start of the fourth step, or may be added continuously or intermittently when removing at least a part of the elements other than silicon. However, the amount of electrolyte salt added in the fourth step is such that the total amount of the third and fourth steps is within the above range unless the electrolyte salt is removed in the third step.

珪素以外の元素の少なくとも一部を除去したシリカ系粒子の分散液は、必要に応じて限外濾過等の公知の洗浄方法により洗浄することができる。洗浄によって溶解した珪素以外の元素の少なくとも一部を除去する。この場合、予め分散液中のアルカリ金属イオン等の一部を除去した後に限外濾過すれば、分散安定性の高いシリカ系粒子の分散液が得られる。 The dispersion of silica-based particles from which at least some of the elements other than silicon have been removed can be washed by a known washing method such as ultrafiltration as necessary. At least some of the dissolved elements other than silicon are removed by washing. In this case, if some of the alkali metal ions, etc. in the dispersion are first removed before ultrafiltration, a dispersion of silica-based particles with high dispersion stability can be obtained.

また、この「珪素以外の元素の少なくとも一部を除去した」分散液は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の少なくとも一方と接触させることによっても、溶解した珪素以外の元素の一部あるいはアルカリ金属イオン等を除去することができる。洗浄する際には、加温して行うと効果的に洗浄することができる。 This dispersion "from which at least some of the elements other than silicon have been removed" can also be contacted with at least one of a cation exchange resin and an anion exchange resin to remove some of the dissolved elements other than silicon or alkali metal ions, etc. When washing, heating the solution can be used for effective washing.

このように洗浄することによって、第五工程でシリカ系粒子を加熱処理することで得られる粒子中の不純分であるアルカリ金属等の含有量を効果的に低減することができる。これらの含有量は、前述の粒子の不純分の含有量に準じる。 By washing in this manner, the content of impurities such as alkali metals in the particles obtained by heat treating the silica-based particles in the fifth step can be effectively reduced. The content of these impurities corresponds to the content of the impurities in the particles described above.

もし、シリカ系粒子中の不純分の含有量が、前述の粒子の不純分の範囲内であれば、本工程での洗浄は特に必要としない。 If the impurity content in the silica-based particles is within the range of impurities in the particles described above, there is no need to perform washing in this process.

[第五工程]
本工程では、シリカ系粒子の分散液を昇温速度3.0℃/分以下で60~200℃まで加温した後50℃未満に降温する。
[Fifth step]
In this step, the dispersion liquid of the silica-based particles is heated to 60 to 200°C at a heating rate of 3.0°C/min or less, and then cooled to less than 50°C.

このように、シリカ系粒子の分散液を加温することでシリカ系粒子から珪素分を溶解させる。次いで、分散液を降温して、溶解した珪素分をシリカ系粒子に固定化することで本発明の粒子を得る。本発明の粒子の所望する「屈折率」、及び「シアーズ測定法によって算出される粒子表面のシラノール基の数密度」を得るための大きな因子の一つとして、この昇温速度と加温する温度、及び降温する温度が挙げられる。 In this way, the dispersion of silica-based particles is heated to dissolve the silicon from the silica-based particles. The dispersion is then cooled to fix the dissolved silicon to the silica-based particles, thereby obtaining the particles of the present invention. The rate of heating, the heating temperature, and the cooling temperature are some of the major factors in obtaining the desired "refractive index" and "number density of silanol groups on the particle surface calculated by the Sears measurement method" of the particles of the present invention.

ここで、昇温速度が3.0℃/分よりも速いと、粒子表面の珪素分の溶解が急激に起こり、中空粒子としての形状が崩壊し、低屈折率粒子を得ることが困難となるおそれがある。昇温速度の下限は特に設定されないが、例えば、0.3℃/分である。昇温速度が極端に遅いと、目標とする温度まで昇温する時間がかかりすぎるため、生産効率が低くなるおそれがある。昇温速度は、好ましくは0.5~2.8℃/分、より好ましくは0.8~2.5℃/分である。 Here, if the heating rate is faster than 3.0°C/min, the silicon content on the particle surface may dissolve rapidly, causing the hollow particle shape to collapse and making it difficult to obtain low refractive index particles. There is no particular lower limit for the heating rate, but it is, for example, 0.3°C/min. If the heating rate is extremely slow, it may take too long to heat up to the target temperature, resulting in low production efficiency. The heating rate is preferably 0.5 to 2.8°C/min, more preferably 0.8 to 2.5°C/min.

次に、加温した温度が60℃未満だと、粒子中の珪素分の溶解が不十分となり、中空粒子としての形状に固定化されないおそれがある。逆に、温度が200℃を超えると、粒子中の珪素分の溶解が過剰となり、外殻部の低減に伴い中空形状が崩壊するおそれや、粒子表面のシラノール基の数密度が不十分となるおそれがある。目標とする温度まで加温した後は降温しても構わないが、安定的に生産するために、その温度を30分間以上保持することが好ましい。加温は好ましくは70~180℃、より好ましくは80~160℃である。 Next, if the heating temperature is less than 60°C, the silicon content in the particles will not dissolve sufficiently, and the particles may not be fixed in their hollow particle shape. Conversely, if the temperature exceeds 200°C, the silicon content in the particles will dissolve excessively, and the hollow shape may collapse as the outer shell is reduced, or the number density of silanol groups on the particle surface may become insufficient. After heating to the target temperature, the temperature may be lowered, but for stable production, it is preferable to maintain that temperature for 30 minutes or more. Heating is preferably performed at 70 to 180°C, more preferably 80 to 160°C.

分散液を加温した後、50℃未満まで降温する。50℃未満まで降温することで、溶解した珪素分のシリカ系粒子への固定化が容易となる。ここでの降温は、取り扱いを容易にするために常温まで温度を下げても構わない。 After heating the dispersion liquid, the temperature is lowered to less than 50°C. Lowering the temperature to less than 50°C makes it easier to fix the dissolved silicon to the silica-based particles. The temperature may be lowered to room temperature to make handling easier.

このようにして得られる粒子の分散液は、前述の粒子の性状を満足する。また、この粒子をレジスト膜に使用した場合、低い屈折率と優れた現像性が実現できる。 The particle dispersion thus obtained satisfies the particle properties described above. Furthermore, when these particles are used in a resist film, a low refractive index and excellent developability can be achieved.

[粒子の表面処理]
本発明では、第五工程の後、有機珪素化合物を添加して、粒子を表面処理してもよい。使用する有機珪素化合物としては、前述の式(8)に示すnが1~3の有機珪素化合物を用いることが好ましい。ここで、nが0の有機珪素化合物を用いる場合は、有機珪素化合物の部分加水分解物を用いることが好ましい。これにより、シアーズ測定法によって算出される粒子表面のシラノール基の数密度を調整できる。また、官能基の導入により、粒子と樹脂成分との相溶性が向上するため、塗布液及び膜中での分散性が高い粒子が得られる上で好ましい。この有機珪素化合物は、単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。
[Surface treatment of particles]
In the present invention, after the fifth step, an organosilicon compound may be added to surface-treat the particles. As the organosilicon compound to be used, it is preferable to use an organosilicon compound represented by the above formula (8) in which n is 1 to 3. Here, when an organosilicon compound in which n is 0 is used, it is preferable to use a partial hydrolyzate of the organosilicon compound. This allows the number density of silanol groups on the particle surface calculated by the Sears measurement method to be adjusted. In addition, the introduction of a functional group improves the compatibility between the particles and the resin component, which is preferable in terms of obtaining particles with high dispersibility in the coating solution and film. The organosilicon compounds may be used alone or in combination.

粒子の表面処理の方法としては、まず、粒子の分散液を準備する。分散媒としては、メタノール、エタノールといったアルコール類を使用することが好ましい。これに、式(8)に表される有機珪素化合物を所定量加えて、有機珪素化合物を加水分解して行う。この加水分解には、必要に応じて水を添加することも可能である。使用する水のモル数(Mw)と有機珪素化合物のモル数(Mo)との比(Mw/Mo)は、1以上であることが好ましい。 The method of surface treatment of particles is to first prepare a dispersion liquid of particles. As the dispersion medium, it is preferable to use alcohols such as methanol and ethanol. A predetermined amount of an organosilicon compound represented by formula (8) is added to the dispersion liquid, and the organosilicon compound is hydrolyzed. Water can be added to this hydrolysis as necessary. It is preferable that the ratio (Mw/Mo) of the number of moles of water (Mw) to the number of moles of the organosilicon compound (Mo) used is 1 or more.

ここで、比(Mw/Mo)が1未満の場合は、加水分解が不十分となり、被膜の透明性、及びヘイズ等が不十分となるおそれがある。この比の上限は特に設定されないが、この比が500を超えると、加水分解反応が激しくなり、有機珪素化合物同士が重合して、粒子表面への効率的な処理が困難となるおそれがある。この比は、より好ましくは1~100である。 Here, if the ratio (Mw/Mo) is less than 1, hydrolysis will be insufficient, and the transparency and haze of the coating may be insufficient. There is no particular upper limit to this ratio, but if this ratio exceeds 500, the hydrolysis reaction will become intense, and the organosilicon compounds may polymerize with each other, making it difficult to efficiently treat the particle surfaces. This ratio is more preferably 1 to 100.

また、この加水分解においては、必要に応じて、加水分解用触媒として酸又はアルカリを使用することも可能である。中でもアンモニアが好ましい。それは、アンモニアを用いると、分散液中に残存しても除去が容易であり、分散液の安定性が維持されやすいためである。使用するアンモニアのモル数(M)と、有機珪素化合物のモル数(Mo)との比(M/Mo)は、0.05~50の範囲にあることが好ましい。 In this hydrolysis, an acid or alkali can be used as a hydrolysis catalyst, if necessary. Among these, ammonia is preferred. This is because if ammonia is used, it is easy to remove even if it remains in the dispersion, and the stability of the dispersion is easily maintained. The ratio (M N /Mo) of the number of moles of ammonia used (M N ) to the number of moles of the organosilicon compound (Mo) is preferably in the range of 0.05 to 50.

ここで、比(M/Mo)が0.05未満の場合は、加水分解が不十分となり、被膜の透明性、及びヘイズ等が不十分となるおそれがある。この比が50を超える場合は加水分解反応が激しくなるため、有機珪素化合物同士が重合し、粒子表面への効率的な処理が困難となるおそれがある。この比は、より好ましくは0.1~10である。 If the ratio (M N /Mo) is less than 0.05, the hydrolysis will be insufficient, and the transparency and haze of the coating may be insufficient. If this ratio exceeds 50, the hydrolysis reaction will be so vigorous that the organosilicon compounds may polymerize with each other, making it difficult to efficiently treat the particle surfaces. This ratio is more preferably 0.1 to 10.

表面処理は、均一系で行うことが好ましく、粒子と有機珪素化合物との反応を促進させるために、分散媒の沸点未満の温度(例えば、室温~120℃)で0.5~48時間加熱することが好ましい。 The surface treatment is preferably carried out in a homogeneous system, and in order to promote the reaction between the particles and the organosilicon compound, it is preferable to heat the particles for 0.5 to 48 hours at a temperature below the boiling point of the dispersion medium (for example, room temperature to 120°C).

この表面処理によって粒子の表面と有機珪素化合物とが化学結合された粒子は、レジスト材に使用する場合、膜中での粒子の分散性が高く、シャープなパターンを得ることが容易になる。 When particles whose surfaces have been chemically bonded to an organosilicon compound by this surface treatment are used in resist materials, the particles are highly dispersible in the film, making it easier to obtain sharp patterns.

有機珪素化合物としては、例えば、前述の表1に示すものが挙げられる。これらの有機珪素化合物は、粒子に単独で含まれていても良いし、複数種が含まれていても良い。表面処理においては、これら有機珪素化合物を単独で処理したり、混合して処理したりすることはもちろん、同一の種類、複数の種類を混合したもの、あるいは複数の種類を別々に、段階的に処理することも可能である。 Examples of organosilicon compounds include those shown in Table 1 above. These organosilicon compounds may be contained alone or in combination in the particles. In surface treatment, these organosilicon compounds can be used alone or in combination, and it is also possible to treat in stages with the same type, a mixture of multiple types, or multiple types separately.

この有機珪素化合物の量は、表面処理前の「元の粒子」100質量部に対して、固形分(R-SiO(4-n)/2)として0.2~7.5質量部となるように表面処理することが好ましい。 The amount of this organosilicon compound is preferably 0.2 to 7.5 parts by mass in terms of solid content (R n —SiO (4−n)/2 ) per 100 parts by mass of the “original particles” before surface treatment.

ここで、0.2質量部未満であると、その添加効果を十分に得ることが困難となるおそれがある。逆に、7.5質量部よりも多いと、粒子の屈折率が上昇するため所望の屈折率を有する粒子を得ることが困難となるおそれがある。有機珪素化合物量は、より好ましくは0.2~6.0質量部、更に好ましくは0.2~4.5質量部である。 If the amount is less than 0.2 parts by mass, it may be difficult to obtain the full effect of the addition. Conversely, if the amount is more than 7.5 parts by mass, the refractive index of the particles may increase, making it difficult to obtain particles with the desired refractive index. The amount of the organosilicon compound is more preferably 0.2 to 6.0 parts by mass, and even more preferably 0.2 to 4.5 parts by mass.

表面処理量としては、有機珪素化合物を所望する量だけ粒子表面に反応させ、かつ最終的に得られる粒子の炭素含有量の範囲を満足すればよい。この炭素含有量は、化学結合された有機珪素化合物の構造や量によって変化する。ここで、表面処理前の「元の粒子」を調製するために使用される原料が有機珪素化合物に因らずに、式(8)の有機珪素化合物を「元の粒子」に対して表面処理剤として使用する場合、前述の炭素含有量0.1~3質量%は、「元の粒子」100質量部に対して、有機珪素化合物を固形分(R-SiO(4-n)/2)として概ね0.2~7.5質量部、表面処理されていることになる。もちろん、「元の粒子」を調製するにあたって有機珪素化合物を使用し、その炭素分が「元の粒子」に存在する場合は、その炭素分も最終的に得られる粒子の炭素含有量として加えられる。そのため、本発明の粒子の目標とする炭素含有量を得るために表面処理される有機珪素化合物の固形分量は、「炭素を含まない元の粒子」に表面処理する場合と比べて、「元の粒子」の炭素含有量に応じて少なくなる。 The amount of surface treatment is sufficient if the desired amount of organosilicon compound is reacted with the particle surface and the range of the carbon content of the finally obtained particles is satisfied. This carbon content varies depending on the structure and amount of the chemically bonded organosilicon compound. Here, when the raw material used to prepare the "original particles" before surface treatment does not depend on the organosilicon compound, and the organosilicon compound of formula (8) is used as a surface treatment agent for the "original particles", the above-mentioned carbon content of 0.1 to 3 mass% is approximately 0.2 to 7.5 parts by mass of the organosilicon compound as solid content (R n -SiO (4-n) / 2 ) per 100 parts by mass of the "original particles". Of course, when an organosilicon compound is used to prepare the "original particles" and the carbon content is present in the "original particles", the carbon content is also added to the carbon content of the finally obtained particles. Therefore, the solid content amount of the organosilicon compound to be surface-treated to obtain the target carbon content of the particles of the present invention is reduced according to the carbon content of the "original particles" compared to the case of surface-treating "original particles not containing carbon".

なお、最終的に得られる粒子、及びその分散液に係る物性、及びその好ましい範囲は、前述の粒子、及びその分散液と同様である。 The physical properties and preferred ranges of the final particles and their dispersion are the same as those of the particles and their dispersion described above.

[被膜形成用塗布液]
本発明の粒子は、被膜形成用の塗布液に適用できる。この塗布液は、粒子とマトリックス形成成分と分散媒とを含む。この分散媒は、水と有機系分散媒の少なくとも一方を含む。これ以外に、重合開始剤、レベリング剤、界面活性剤等の添加剤を含んでいてもよい。
[Coating liquid for film formation]
The particles of the present invention can be applied to a coating liquid for forming a film. The coating liquid contains the particles, a matrix-forming component, and a dispersion medium. The dispersion medium contains at least one of water and an organic dispersion medium. In addition, the composition may contain additives such as a polymerization initiator, a leveling agent, and a surfactant.

塗布液中の粒子の濃度は、含まれる粒子やマトリックス形成成分等の固形分の合計量に対して、固形分として5~95質量%が好ましい。ここで、粒子の濃度が5質量%未満であると、被膜の屈折率を十分に低減することが困難となるおそれがある。逆に、95質量%より多いと、被膜にクラックが発生するおそれ、表面凹凸が大きくなるおそれ、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれ、透明性及びヘイズ等が悪化するおそれがある。この粒子の濃度は、より好ましくは20~90質量%、更に好ましくは35~85質量%である。 The concentration of particles in the coating solution is preferably 5 to 95% by mass as solids based on the total amount of solids such as the particles and matrix-forming components contained. If the particle concentration is less than 5% by mass, it may be difficult to sufficiently reduce the refractive index of the coating. Conversely, if it is more than 95% by mass, cracks may occur in the coating, the surface irregularities may become large, it may be difficult to obtain a sharp pattern, and transparency and haze may deteriorate. The particle concentration is more preferably 20 to 90% by mass, and even more preferably 35 to 85% by mass.

マトリックス形成成分としては、アルカリ可溶性基を含むことが好ましい。 The matrix-forming component preferably contains an alkali-soluble group.

このアルカリ可溶性基としては、例えば、水酸基、フェノール性水酸基、カルボキシル基、フッ素化アルコール基、スルホンイミド基、ビス(アルキルカルボニル)メチレン基、及びアルキレンオキシド基等が挙げられる。 Examples of such alkali-soluble groups include hydroxyl groups, phenolic hydroxyl groups, carboxyl groups, fluorinated alcohol groups, sulfonimide groups, bis(alkylcarbonyl)methylene groups, and alkylene oxide groups.

また、アルカリ可溶性基を含むマトリックス形成成分としては、例えは、有機珪素化合物の重縮合物、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、及び熱可塑性樹脂等が挙げられる。 Matrix-forming components containing alkali-soluble groups include, for example, polycondensates of organosilicon compounds, ultraviolet-curable resins, thermosetting resins, and thermoplastic resins.

ここで、紫外線硬化性樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂等がある。 Here, examples of UV-curable resins include (meth)acrylic resins, urethane resins, vinyl resins, etc.

熱硬化性樹脂としては、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、ブチラール樹脂、反応性シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂等がある。 Thermosetting resins include urethane resin, melamine resin, silicon resin, butyral resin, reactive silicone resin, phenolic resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, and thermosetting acrylic resin.

熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、熱可塑性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーンゴム等がある。 Thermoplastic resins include polyester resin, polycarbonate resin, polyamide resin, polyphenylene oxide resin, thermoplastic acrylic resin, polyvinyl chloride resin, fluororesin, vinyl acetate resin, silicone rubber, etc.

これらの樹脂は、2種以上の共重合体や変性体でもよく、組み合わせて使用してもよい。また、これらの樹脂は、エマルジョン樹脂、水溶性樹脂、親水性樹脂であってもよい。 These resins may be copolymers or modified products of two or more kinds, or may be used in combination. These resins may also be emulsion resins, water-soluble resins, or hydrophilic resins.

これらの樹脂を形成する成分は、粒子の分散性、塗膜の容易さから、モノマーやオリゴマーが好ましい。 The components that form these resins are preferably monomers or oligomers, due to their particle dispersibility and ease of coating.

塗布液中のマトリックス形成成分の濃度は、含まれる粒子やマトリックス形成成分等の固形分の合計量に対して、固形分として5~95質量%が好ましい。 The concentration of the matrix-forming components in the coating solution is preferably 5 to 95% by mass in terms of solid content relative to the total amount of solid content, such as the particles and matrix-forming components, contained therein.

ここで、マトリックス形成成分の濃度が5質量%未満であると、被膜化が困難である。また、被膜が得られたとしても、被膜にクラックが発生するおそれ、表面凹凸が大きくなるおそれ、シャープなパターンを得ることが困難となるおそれ、透明性、及びヘイズ等が悪化するおそれがある。逆に、95質量%よりも多いと、粒子の量が少ないため、屈折率を十分に低減することが困難となるおそれがある。このマトリックス形成成分の濃度は、より好ましくは10~80質量%、更に好ましくは15~65質量%である。 Here, if the concentration of the matrix-forming component is less than 5% by mass, it is difficult to form a coating. Even if a coating is obtained, there is a risk that cracks will occur in the coating, the surface irregularities will become large, it will be difficult to obtain a sharp pattern, and the transparency and haze will deteriorate. Conversely, if it is more than 95% by mass, the amount of particles will be small, making it difficult to sufficiently reduce the refractive index. The concentration of this matrix-forming component is more preferably 10 to 80% by mass, and even more preferably 15 to 65% by mass.

有機系分散媒としては、粒子を均一に分散でき、マトリックス形成成分や重合開始剤等の添加剤を溶解あるいは分散できるものが用いられる。中でも、親水性の分散媒や極性を有する分散媒が好ましい。表2に示すように、親水性の分散媒としては、例えば、アルコール類、エステル類、グリコール類、エーテル類等が挙げられる。また、極性を有する分散媒としては、例えば、エステル類、ケトン類、非プロトン性等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。 As the organic dispersion medium, one that can disperse particles uniformly and dissolve or disperse additives such as matrix-forming components and polymerization initiators is used. Among them, hydrophilic dispersion media and polar dispersion media are preferred. As shown in Table 2, examples of hydrophilic dispersion media include alcohols, esters, glycols, and ethers. Examples of polar dispersion media include esters, ketones, and aprotic dispersion media. These may be used alone or in a mixture of two or more.

Figure 2024111808000002
Figure 2024111808000002

添加剤としては、被膜形成に従来使用可能なものが任意に使用できる。例えば、マトリックス形成成分の重合促進や造膜性を向上させるために、重合開始剤、レベリング剤等が使用される。 Any additive that can be used conventionally for film formation can be used. For example, polymerization initiators, leveling agents, etc. are used to promote polymerization of the matrix-forming components and improve film-forming properties.

重合開始剤としては、例えば、表3に示すものが挙げられる。 Examples of polymerization initiators include those shown in Table 3.

Figure 2024111808000003
Figure 2024111808000003

レベリング剤としては、例えば、アクリル系レベリング剤、シリコーン系レベリング剤、フッ素系レベリング剤、ノニオン性レベリング剤、カチオン性レベリング剤、アニオン性レベリング剤等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。レベリング剤の含有量は、分散液の不揮発成分100質量%中、0.001~1.0質量%が好ましい。この範囲のレベリング剤を含有することで、塗工性に優れ、表面凹凸の小さい膜を得ることが容易になる。 Examples of leveling agents include acrylic leveling agents, silicone leveling agents, fluorine-based leveling agents, nonionic leveling agents, cationic leveling agents, and anionic leveling agents. These may be used alone or in combination of two or more. The content of the leveling agent is preferably 0.001 to 1.0 mass% based on 100 mass% of the nonvolatile components of the dispersion. By containing a leveling agent in this range, it becomes easier to obtain a film with excellent coatability and small surface unevenness.

これらの添加剤の塗布液中の濃度は、被膜化した際に固形分として含まれるものは、便宜上、マトリックス形成成分として計上し、被膜化後はマトリックスとして計上する。 For the sake of convenience, the concentrations of these additives in the coating solution that are contained as solids when the coating is formed are counted as matrix-forming components, and after coating, they are counted as the matrix.

塗布液の固形分濃度(塗布液に対する、粒子の固形分とマトリックス形成成分の固形分とを合計した固形分の割合)は、0.1~60質量%が好ましい。 The solids concentration of the coating solution (the ratio of the total solids of the particles and the matrix-forming components to the coating solution) is preferably 0.1 to 60% by mass.

ここで、塗布液の固形分濃度が0.1質量%未満であると、所望する膜厚を得ることが困難となるおそれや、被膜付基材の製造に際して加工に時間がかかるため、生産性が低下するおそれがある。逆に、60質量%より高いと、塗布液の安定性が低下するおそれがある。また、塗布液の粘度が高くなるため、塗工性が低下するおそれがある。塗布液の固形分濃度は、より好ましくは1~50質量%である。 If the solids concentration of the coating solution is less than 0.1% by mass, it may be difficult to obtain the desired film thickness, or the production of the coated substrate may take time, resulting in reduced productivity. Conversely, if it is more than 60% by mass, the stability of the coating solution may decrease. In addition, the viscosity of the coating solution may increase, resulting in reduced applicability. The solids concentration of the coating solution is more preferably 1 to 50% by mass.

[被膜付基材]
前述の塗布液を用いて、被膜を基材に形成する。
[Coated substrate]
The coating solution is used to form a coating on a substrate.

具体的には、基材上に塗布液を塗布後、乾燥して、基材上に被膜を形成する。次いで、この被膜に紫外線等を照射(露光)し、現像することで、所望の形状にパターン形成することができる。なお、パターン形成は、ウエットエッチング処理が好ましい。 Specifically, the coating liquid is applied onto a substrate, and then dried to form a film on the substrate. This film is then irradiated (exposed) to ultraviolet light or the like, and developed to form a pattern in the desired shape. For pattern formation, a wet etching process is preferably used.

塗布液の塗布方法としては、基材に被膜を形成できるものであれば特に制限されない。例えば、スプレー法、スピンコート法、ロールコート法、ディップコート法、バーコート法等の周知の方法が採用できる。乾燥は、例えば、50~150℃程度に加熱し、分散媒を蒸発させて除去する。露光は、マスクを介して行われる。この露光に適用し得る活性光線又は放射線としては、赤外光、g線、h線、i線、KrF光、ArF光、X線、電子線等が挙げられる。その後、被膜の露光部についてアルカリ現像液を用いてパターン形成を行う。被膜は、主に粒子とマトリックスとで形成される。 There are no particular limitations on the method of applying the coating liquid, so long as it can form a coating on the substrate. For example, well-known methods such as spraying, spin coating, roll coating, dip coating, and bar coating can be used. Drying is performed by heating to, for example, about 50 to 150°C, and evaporating and removing the dispersion medium. Exposure is performed through a mask. Examples of actinic rays or radiation that can be used for this exposure include infrared light, g-rays, h-rays, i-rays, KrF light, ArF light, X-rays, and electron beams. Thereafter, a pattern is formed on the exposed parts of the coating using an alkaline developer. The coating is mainly formed of particles and a matrix.

被膜では、塗布液中の粒子とマトリックス形成成分の固形分の割合が、そのまま被膜中の粒子とマトリックスの割合となる。前述のように、塗布液中の添加剤の内、固形分として残存するものはマトリックスとして計上する。 In the case of a coating, the ratio of particles to solids of the matrix-forming components in the coating liquid is the same as the ratio of particles to matrix in the coating. As mentioned above, any additives in the coating liquid that remain as solids are counted as matrix.

被膜の膜厚は、例えば、反射防止膜用であれば50~250nmが好ましく、レジスト膜用であれば、500nm~5μmが好ましい。 For example, the thickness of the coating is preferably 50 to 250 nm for an anti-reflective coating, and 500 nm to 5 μm for a resist coating.

アルカリ現像液としては、無機系又は有機系のアルカリ性化合物のいずれでもよい。 The alkaline developer may be either an inorganic or organic alkaline compound.

無機系アルカリ性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア等が挙げられる。また、有機系アルカリ性化合物としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、2-ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノイソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン又はエタノールアミン等が挙げられる。これらの無機系及び有機系アルカリ性化合物は、各々単独で又は2種以上を混合して使用してもよい。アルカリ現像液中のアルカリ性化合物の濃度は、好ましくは0.01~5質量%である。 Examples of inorganic alkaline compounds include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium silicate, potassium silicate, sodium carbonate, potassium carbonate, and ammonia. Examples of organic alkaline compounds include tetramethylammonium hydroxide, 2-hydroxyethyltrimethylammonium hydroxide, monomethylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, triethylamine, monoisopropylamine, diisopropylamine, and ethanolamine. These inorganic and organic alkaline compounds may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the alkaline compound in the alkaline developer is preferably 0.01 to 5% by mass.

被膜の屈折率は1.15~1.38が好ましい。 The refractive index of the coating is preferably 1.15 to 1.38.

ここで、被膜の屈折率が1.15未満のものは得ることが困難である。逆に、屈折率が1.38を越えると、基材の屈折率あるいは必要に応じて形成される該被膜の下層に形成される他の膜の屈折率によっても異なるが、被膜の低屈折率化が不十分になるおそれがある。被膜の屈折率は、より好ましくは1.15~1.34、更に好ましくは1.15~1.30である。 Here, it is difficult to obtain a coating with a refractive index of less than 1.15. Conversely, if the refractive index exceeds 1.38, the coating may not achieve a sufficiently low refractive index, although this will depend on the refractive index of the substrate or the refractive index of other films formed below the coating if necessary. The refractive index of the coating is more preferably 1.15 to 1.34, and even more preferably 1.15 to 1.30.

被膜付基材の光透過率は、80.0%以上が好ましい。ここで、光透過率が80.0%未満であると、被膜の硬化が不均一になったり、不十分になったりして、パターン形成時に高い現像性を得ることが困難となるおそれがある。この光透過率は、より好ましくは85.0%以上、更に好ましくは90.0%以上である。 The light transmittance of the coated substrate is preferably 80.0% or more. If the light transmittance is less than 80.0%, the coating may harden unevenly or insufficiently, making it difficult to obtain high developability during pattern formation. This light transmittance is more preferably 85.0% or more, and even more preferably 90.0% or more.

また、被膜付基材のヘイズは、好ましくは1.5%以下、より好ましくは1.2%以下、更に好ましくは0.8%以下である。 The haze of the coated substrate is preferably 1.5% or less, more preferably 1.2% or less, and even more preferably 0.8% or less.

また、被膜付基材のパターンの表面凹凸は、5nm未満が好ましい。 In addition, the surface irregularities of the pattern on the coated substrate are preferably less than 5 nm.

ここで、表面凹凸が5nm以上であると、現像によりシャープなパターンを得ることが困難となるおそれがある。この表面凹凸は、より好ましくは4nm未満、更に好ましくは3nm未満である。 Here, if the surface unevenness is 5 nm or more, it may be difficult to obtain a sharp pattern by development. This surface unevenness is more preferably less than 4 nm, and even more preferably less than 3 nm.

また、被膜付基材のパターンの直線性は、パターンエッジ部にギザギザが認められないのが好ましい。ここで、パターンエッジ部にギザギザが存在すると、後工程での回路のパターンに悪影響を与えるおそれや、パターン間のクロストークが発生するおそれがある。 In addition, it is preferable that the linearity of the pattern on the coated substrate is such that no jagged edges are observed at the pattern edges. Here, if jagged edges are present at the pattern edges, this may adversely affect the circuit pattern in subsequent processes or cause crosstalk between patterns.

また、被膜付基材上のシリカ粒子由来の残渣は、存在しないことが好ましい。基板上に残渣が存在すると、後工程での回路のパターンに悪影響を与えるおそれや、パターン間のクロストークが発生するおそれがある。 It is also preferable that there be no residue from the silica particles on the coated substrate. If residue is present on the substrate, it may adversely affect the circuit pattern in a later process or cause crosstalk between patterns.

以下、本発明の実施例を説明する。 The following describes an embodiment of the present invention.

[実施例1]
〈粒子の分散液の製造〉
純水に、Alとしての濃度が22質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液を添加して、Alとしての濃度が6.0質量%で、pHが12.6のアルミン酸ナトリウム水溶液10.0kgを準備した。(第一工程)
[Example 1]
<Preparation of Particle Dispersion>
A sodium aluminate aqueous solution having an Al2O3 concentration of 22 mass% was added to pure water to prepare 10.0 kg of a sodium aluminate aqueous solution having an Al2O3 concentration of 6.0 mass% and a pH of 12.6. (First Step)

次に、これを80℃に加温して、SiOとしての濃度が1.5質量%の珪酸ナトリウム水溶液30.0kg、Alとしての濃度が0.5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液30.0kgとを同時に添加した。その後、遠心沈降法で洗浄を行い、複合酸化物粒子(a1)の分散液を得た。この複合酸化物粒子の平均粒子径は32nmであった。(第二工程) Next, this was heated to 80°C, and 30.0 kg of a sodium silicate aqueous solution having a SiO2 concentration of 1.5 mass% and 30.0 kg of a sodium aluminate aqueous solution having an Al2O3 concentration of 0.5 mass% were added simultaneously. After that, washing was performed by centrifugal sedimentation to obtain a dispersion of composite oxide particles (a1). The average particle diameter of the composite oxide particles was 32 nm. (Second step)

この複合酸化物粒子(a1)の分散液を95℃に加温して、SiOとしての濃度が1.5質量%の珪酸ナトリウム水溶液120.0kgと、Alとしての濃度が0.5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液40.0kgとを同時に添加した。その後、限外濾過膜を用いて洗浄し、固形分濃度を13質量%に調整した。その後、目開き1μmのカプセルフィルターで濾過し、複合酸化物粒子(b1)の分散液を得た。この複合酸化物粒子の平均粒子径は42nmであった。(第三工程) The dispersion of the composite oxide particles (a1) was heated to 95°C, and 120.0 kg of an aqueous sodium silicate solution having a SiO2 concentration of 1.5 mass% and 40.0 kg of an aqueous sodium aluminate solution having an Al2O3 concentration of 0.5 mass% were added simultaneously. The mixture was then washed using an ultrafiltration membrane to adjust the solid content to 13 mass%. The mixture was then filtered using a capsule filter with a mesh size of 1 μm to obtain a dispersion of the composite oxide particles (b1). The average particle size of the composite oxide particles was 42 nm. (Third step)

この複合酸化物粒子(b1)の分散液5000gに純水11250gを加え、更に濃塩酸(濃度35.5質量%)を滴下してpH1.0とした。これに、pH3の塩酸水溶液10Lと純水5Lを加えながら、限外濾過膜を用いて、溶解したアルミニウム塩を分離・洗浄して、濃度10質量%のシリカ系粒子(c1)を得た。(第四工程) 11,250 g of pure water was added to 5,000 g of the dispersion of composite oxide particles (b1), and concentrated hydrochloric acid (concentration 35.5% by mass) was added dropwise to adjust the pH to 1.0. 10 L of an aqueous hydrochloric acid solution with a pH of 3 and 5 L of pure water were added to the dispersion, and the dissolved aluminum salt was separated and washed using an ultrafiltration membrane to obtain silica-based particles (c1) with a concentration of 10% by mass. (Fourth step)

次に、シリカ系粒子(c1)の分散液500gにアンモニア水を添加して分散液のpHを10.5に調整し、耐圧容器に移した。次に、これを昇温速度1.5℃/分で140℃まで加温して10時間保持した後、25℃に冷却した。(第五工程) Next, ammonia water was added to 500 g of the dispersion of silica-based particles (c1) to adjust the pH of the dispersion to 10.5, and the dispersion was transferred to a pressure-resistant container. Next, the dispersion was heated to 140°C at a heating rate of 1.5°C/min and held for 10 hours, and then cooled to 25°C. (Fifth step)

その後、陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製 ダイヤイオンSK1B)800gを用いて3時間イオン交換し、次いで、陰イオン交換樹脂(三菱化学(株)製 ダイヤイオンSA20A)400gを用いて3時間イオン交換した。その後、更に、陽イオン交換樹脂(三菱化学(株)製 ダイヤイオンSK1B)400gを用い、80℃で3時間イオン交換して洗浄を行い、粒子(d1)の水分散液を得た。 Then, ion exchange was performed for 3 hours using 800 g of a cation exchange resin (Diaion SK1B, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and then ion exchange was performed for 3 hours using 400 g of anion exchange resin (Diaion SA20A, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). After that, ion exchange was further performed for 3 hours at 80°C using 400 g of a cation exchange resin (Diaion SK1B, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and washing was performed to obtain an aqueous dispersion of particles (d1).

この粒子(d1)の水分散液を、限外濾過膜を用いて溶媒をメタノールに置換して、固形分濃度20質量%の粒子(P1)のメタノール分散液を製造した。 The solvent in the aqueous dispersion of particles (d1) was replaced with methanol using an ultrafiltration membrane to produce a methanol dispersion of particles (P1) with a solids concentration of 20% by mass.

〈有機珪素化合物による粒子の表面処理〉
粒子(P1)のメタノール分散液200gに、濃度28質量%のアンモニア水0.4gと純水4.0gを添加し、室温で0.5時間撹拌した。
<Surface treatment of particles with organosilicon compounds>
To 200 g of the methanol dispersion of the particles (P1), 0.4 g of 28% by mass ammonia water and 4.0 g of pure water were added, and the mixture was stirred at room temperature for 0.5 hours.

次に、有機珪素化合物としてγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製 KBM-503)1.2gを添加し、50℃で6時間撹拌して、粒子(P1)が表面処理された粒子(S1)の分散液を得た。これを、限外濾過膜を用いて溶媒をメタノールに置換して、固形分濃度20質量%の粒子(S1)のメタノール分散液を製造した。 Next, 1.2 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-503, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added as an organic silicon compound and stirred at 50°C for 6 hours to obtain a dispersion of particles (S1) in which the particles (P1) were surface-treated. The solvent was replaced with methanol using an ultrafiltration membrane to produce a methanol dispersion of particles (S1) with a solids concentration of 20% by mass.

また、この粒子(S1)のメタノール分散液をエバポレーターにて分散媒をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)に置換し、固形分濃度20.5質量%の粒子(S1)のPGME分散液を得た。これを後述するレジスト膜形成用の塗布液の製造に供した。 The dispersion medium of the methanol dispersion of the particles (S1) was replaced with propylene glycol monomethyl ether (PGME) in an evaporator to obtain a PGME dispersion of the particles (S1) with a solid content concentration of 20.5% by mass. This was used to manufacture a coating liquid for forming a resist film, which will be described later.

粒子、及びその分散液について、以下の方法で測定した。 The particles and their dispersions were measured using the following methods.

粒子の各製造工程における特徴、及び粒子及び分散液の性状を表4~7に示す(以下の実施例及び比較例も同様)。 The characteristics of each manufacturing process of the particles, and the properties of the particles and dispersion liquid are shown in Tables 4 to 7 (the same applies to the following examples and comparative examples).

(1)遠心分離することで得られる沈降物の体積
粒子の分散液を110℃まで加温して3時間保持して乾燥させた。得られた粉末3.0gを乾式自動密度計(Micromeritics(株)製 アキュピックII1340)を使用して、粒子密度(ρ)を測定した。この際、測定ガスとしてNを用いた。粒子の15体積%分散液となる粒子の質量%濃度(W%)は、式(12)によって求められる。
(1) Volume of sediment obtained by centrifugation The particle dispersion was heated to 110°C and held for 3 hours to dry. The particle density (ρ P ) of 3.0 g of the obtained powder was measured using a dry automatic density meter (AccuPic II 1340, manufactured by Micromeritics Co., Ltd.). N 2 was used as the measurement gas. The mass % concentration (W P %) of the particles in a 15 volume % dispersion of the particles is calculated by the formula (12).

=W%/ρ ・・・式(9)
=W%/ρ=(100-W%)/ρ ・・・式(10)
%=V/(V+V)×100 ・・・式(11)
(ただし、式中、Vは粒子の体積(cm/g)、Vは分散媒の体積(cm/g)、W%は粒子の15体積%分散液となる分散媒の質量%濃度(=85)(g)、ρは分散媒の密度(g/cm)を示す。)
V P = W P %/ρ P ...Formula (9)
V S = W S %/ρ S = (100-W P %)/ρ S ...Formula (10)
V P %=V P /(V P +V S )×100...Formula (11)
(In the formula, Vp is the volume of the particles ( cm3 /g), Vs is the volume of the dispersion medium ( cm3 /g), and Ws % is the mass of the dispersion medium that provides a 15% by volume dispersion of the particles. % concentration (=85) (g), and ρS indicates the density of the dispersion medium (g/cm 3 ).

式(9)(10)(11)より、V%=15とすると、
%=-(1500/ρ)/{[(-85)/ρ]-(15/ρ)}・・・式(12)
From the formulas (9), (10), and (11), if V P %=15,
W P %=-(1500/ρ S )/{[(-85)/ρ P ]-(15/ρ S )}...Equation (12)

式(12)で得られた粒子の質量%濃度(W%)となるように粒子の分散液を調製した。得られた分散液を、小型超遠心機(日立工機(株)製 CS150GXL)を用いて、温度を10℃、回転数を1,370,000rpm(1,000,000G)の条件下で30分間遠心処理した。処理液の沈降物の体積について測定し、遠心分離する前の分散液中の粒子の体積に対する割合を求めた。 A particle dispersion was prepared so as to have a mass % concentration ( WP %) of the particles obtained by formula (12). The obtained dispersion was centrifuged for 30 minutes using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) at a temperature of 10°C and a rotation speed of 1,370,000 rpm (1,000,000 G). The volume of the sediment in the treatment liquid was measured, and the ratio of the volume of the sediment to the volume of the particles in the dispersion before centrifugation was calculated.

(2)平均粒子径(D)、外殻の厚さ、複合酸化物粒子aの平均粒子径(Da)、及び、複合酸化物粒子bの平均粒子径(Db)
粒子の分散液を0.01質量%に希釈した後、電子顕微鏡用銅セルのコロジオン膜上で乾燥させた。次に、これを電界放出型透過電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製 HF5000)にて、所定の倍率で写真撮影した。得られた写真投影図(TEM写真)の任意の300個の粒子について、画像処理から粒子の面積を求め、その面積から円相当径を求めた。その円相当径の平均値を粒子の平均粒子径(D)とした。
(2) Average particle diameter (D), shell thickness, average particle diameter (Da) of composite oxide particles a, and average particle diameter (Db) of composite oxide particles b
The particle dispersion was diluted to 0.01% by mass, and then dried on a collodion film of a copper cell for an electron microscope. Then, the dispersion was photographed at a predetermined magnification using a field emission transmission electron microscope (HF5000 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The particle area of 300 random particles in the obtained photographic projection (TEM photograph) was calculated by image processing, and the circle equivalent diameter was calculated from the area. The average value of the circle equivalent diameters was taken as the average particle diameter (D) of the particles.

また、これら任意の300個の粒子について、画像処理を行い粒子の空洞部の面積を求め、その面積から円相当径を算出し、これを各粒子径から減じ、2で除したものの平均値を外殻の厚さとした。 In addition, for these 300 randomly selected particles, image processing was performed to determine the area of the cavity of the particle, and the equivalent circle diameter was calculated from the area. This was then subtracted from each particle diameter, and the average value obtained by dividing by 2 was used as the thickness of the outer shell.

更に、粒子の平均粒子径(D)の求め方と同様にして、複合酸化物粒子aの平均粒子径(Da)及び複合酸化物粒子bの平均粒子径(Db)について求めた。 Furthermore, the average particle diameter (Da) of composite oxide particles a and the average particle diameter (Db) of composite oxide particles b were determined in the same manner as the average particle diameter (D) of the particles.

(3)粒子の粒子径変動係数(CV値)
下記の式より求めた。なお、CV値を求める際の個々の粒子径、及び平均粒子径は、前述の粒子の平均粒子径(D)を求める際に撮影したTEM写真より求めたものを用いた。
(3) Particle size coefficient of variation (CV value)
It was determined from the following formula: The individual particle sizes and average particle size used in determining the CV value were those determined from the TEM photographs taken when determining the average particle size (D) of the particles described above.

Figure 2024111808000004
Figure 2024111808000004

(4)粒子表面のシラノール基の数密度
粒子のシラノール基密度は、シアーズ数と比表面積によって算出される。具体的には、前述の式(1)及び式(2)によって求められる。
(4) Number Density of Silanol Groups on Particle Surface The number density of silanol groups on a particle is calculated from the Sears number and the specific surface area. Specifically, it is determined by the above-mentioned formulas (1) and (2).

シアーズ数は、SearsによるAnalytical Chemistry 28(1956)、12、1981-1983.の記載に沿って、水酸化ナトリウムの滴定によって測定する。具体的には、粒子のメタノール分散液について、エバポレーターを用いて水に溶媒置換を行い、この粒子の水分散液をシリカ粒子濃度が1質量%になるように、純水で希釈したもの150gに対し、30gの塩化ナトリウムを加え、塩酸でpHを4.0に調整した後、0.1Nの水酸化ナトリウム水溶液を0.1ml/秒で滴定し、pHが9.0になるまでに要した水酸化ナトリウム水溶液の量で表した(すなわち、シアーズ数は、粒子1.5gに対する0.1NのNaOH水溶液の滴定量である)。なお、0.1NのNaOH水溶液の滴定は、自動滴定装置を用い、滴定速度を0.1ml/秒に固定して行った。 The Sears number is measured by titration with sodium hydroxide according to the description in Analytical Chemistry 28 (1956), 12, 1981-1983 by Sears. Specifically, the methanol dispersion of the particles is solvent-substituted with water using an evaporator, and the aqueous dispersion of the particles is diluted with pure water so that the silica particle concentration becomes 1% by mass. 30 g of sodium chloride is added to 150 g of the diluted solution, and the pH is adjusted to 4.0 with hydrochloric acid. Then, 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution is titrated at 0.1 ml/sec., and the amount of aqueous sodium hydroxide required to reach a pH of 9.0 is expressed (i.e., the Sears number is the amount of 0.1 N aqueous NaOH solution titrated to 1.5 g of particles). The titration of the 0.1 N aqueous NaOH solution was performed using an automatic titrator with a fixed titration speed of 0.1 ml/sec.

比表面積は、窒素吸着によるBET法を用いて測定する。なお、測定用試料は、粒子の水分散液を105℃で乾燥させ、粉末状にしたものを用いた。 The specific surface area is measured using the BET method with nitrogen adsorption. The measurement sample was a powder made by drying an aqueous dispersion of particles at 105°C.

(5)屈折率
粒子の分散液をエバポレーターに採り分散媒を蒸発させた。次に、これを120℃で24時間、真空乾燥することで、粒子粉末を得た。ガラス板上に、屈折率が既知の標準屈折液を2、3滴滴下し、これに上記粉末を混合した。この操作を種々の標準屈折液で行い、混合液が透明になった時の標準屈折液の屈折率を粒子の屈折率とした。
(5) Refractive index The particle dispersion liquid was taken in an evaporator and the dispersion medium was evaporated. Next, this was vacuum dried at 120°C for 24 hours to obtain a particle powder. A few drops of a standard refractive index liquid with a known refractive index were dropped onto a glass plate, and the above powder was mixed therein. This operation was performed with various standard refractive index liquids, and the refractive index of the standard refractive index liquid when the mixed liquid became transparent was taken as the refractive index of the particles.

(6)粒子のヘリウムガスによる密度、及び窒素ガスによる密度
粒子の分散液を110℃まで加温して3時間保持して乾燥させた。得られた粉末3.0gを乾式自動密度計(Micromeritics(株)製 アキュピックII1340)を使用して、密度を測定した。この際、測定ガスとしてHe及びNを用いて、各々の測定ガスにおける密度を測定した。
(6) Density of particles by helium gas and density by nitrogen gas The particle dispersion was heated to 110°C and kept for 3 hours to dry. The density of 3.0 g of the obtained powder was measured using a dry automatic density meter (AccuPic II 1340, manufactured by Micromeritics Co., Ltd.). At this time, He and N2 were used as the measurement gas, and the density in each measurement gas was measured.

(7)粒子形状
前述の粒子の平均粒子径(D)を求める際に撮影したTEM写真の任意の300個の粒子について、粒子外観を観察した。
(7) Particle Shape The appearance of 300 randomly selected particles in the TEM photograph taken when determining the average particle diameter (D) of the above-mentioned particles was observed.

(8)粒子の真球度
前述の粒子の平均粒子径(D)を求める際に撮影したTEM写真の任意の300個の粒子について、各々粒子の最大径と、これと直行する短径との比を求め、その平均値を粒子の真球度とした。
(8) Sphericity of Particles For 300 randomly selected particles in the TEM photograph taken when determining the average particle diameter (D) of the above-mentioned particles, the ratio of the maximum diameter of each particle to the minor axis perpendicular thereto was determined, and the average value thereof was regarded as the sphericity of the particles.

(9)粒子外殻内側の空洞形状、その空洞が一つである粒子の個数割合、及び、中実粒子の個数割合
前述の粒子の平均粒子径(D)を求める際に撮影したTEM写真の任意の300個の粒子について、粒子の外殻内側の空洞形状を観察し、その空洞が一つである粒子の個数割合について求めた。また、中実粒子の個数割合についても求めた。
(9) Cavity shape inside the particle shell, the number ratio of particles with one cavity, and the number ratio of solid particles The shape of the cavity inside the particle shell was observed for 300 random particles in the TEM photograph taken when determining the average particle diameter (D) of the above-mentioned particles, and the number ratio of particles with one cavity was calculated. The number ratio of solid particles was also calculated.

(10)粒子の空隙率、及び密度(Sd)
前述の粒子の平均粒子径(D)を求める際に撮影したTEM写真の任意の300個の中空粒子について、粒子の空洞部分の面積を求め、その面積から円相当径を算出し、その円相当径の平均値を空洞部径の平均とした。粒子及び空洞部の形状を真球と仮定し、粒子の平均体積及び空洞部の平均体積を求め、粒子の平均体積に対する空洞部の平均体積の割合として空隙率を算出した。また、得られた空隙率と粒子の構成成分の割合とその密度から、粒子の密度(Sd)を求めた。
(10) Particle porosity and density (Sd)
The area of the hollow part of the particle was determined for 300 arbitrary hollow particles in the TEM photograph taken when determining the average particle diameter (D) of the above-mentioned particles, and the circle equivalent diameter was calculated from the area, and the average value of the circle equivalent diameter was taken as the average cavity diameter. The shape of the particle and the cavity was assumed to be a perfect sphere, and the average volume of the particle and the average volume of the cavity were determined, and the porosity was calculated as the ratio of the average volume of the cavity to the average volume of the particle. In addition, the density of the particle (Sd) was determined from the obtained porosity, the ratio of the constituent components of the particle, and its density.

(11)BET法による比表面積
比表面積測定装置(ユアサアイオニクス(株)製 マルチソーブ12)を用いて窒素吸着によるBET法を用いて、窒素の吸着量から比表面積を算出した。
(11) Specific Surface Area by BET Method The specific surface area was calculated from the amount of adsorbed nitrogen by the BET method using a specific surface area measuring device (Multisorb 12, manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.).

(12)パルスNMRによる比表面積(A1)
粒子のメタノール分散液について、エバポレーターを用いて水に溶媒置換を行い、シリカ粒子濃度が10.0質量%の水分散液を調製した。パルスNMR(Xigo nanotools製 Acorn Area)を使用して、分散液及び分散媒について各々の緩和時間を測定し、前述の式(3)及び式(4)より比表面積(A1)を求めた。なお、測定条件は、磁場を0.3T、測定周波数を13MHz、測定核をH NMR、測定方法はCPMGパルスシークエンス法にて、サンプル量を1ml、Ka値を0.000027、温度を25℃で行った。ここで、Ka値は、粒子(P1)のメタノール分散液を、エバポレーターを用いて水に溶媒置換を行い、固形分濃度10.0質量%に調整した水分散液、及び水分散媒について、25℃にてパルスNMR測定を行い、前述の式(5)~(7)により算出したものを使用した。
(12) Specific surface area (A1) by pulsed NMR
The methanol dispersion of the particles was subjected to solvent replacement with water using an evaporator to prepare an aqueous dispersion with a silica particle concentration of 10.0% by mass. The relaxation times of the dispersion and the dispersion medium were measured using a pulse NMR (Acorn Area manufactured by Xigo nanotools), and the specific surface area (A1) was calculated from the above-mentioned formulas (3) and (4). The measurement conditions were a magnetic field of 0.3 T, a measurement frequency of 13 MHz, a measurement nucleus of 1 H NMR, a measurement method of CPMG pulse sequence method, a sample amount of 1 ml, a Ka value of 0.000027, and a temperature of 25 ° C. Here, the Ka value was calculated by performing a pulse NMR measurement at 25 ° C. for the aqueous dispersion and the aqueous dispersion medium in which the solid content concentration was adjusted to 10.0% by mass by replacing the solvent of the methanol dispersion of the particles (P1) with water using an evaporator, and calculating the Ka value according to the above-mentioned formulas (5) to (7).

(13)比表面積(A2)
粒子の平均粒子径(D)及び密度(Sd)を用いて、前述の式(5)により、比表面積(A2)を求めた。
(13) Specific surface area (A2)
The specific surface area (A2) was calculated using the average particle diameter (D) and density (Sd) of the particles according to the above formula (5).

(14)粒子の29Si-NMR解析によるQ4構造を表すピークの面積の割合
粒子の分散液を専用のジルコニア試料管に入れ、NMR装置(Agilent(株)製 VNMRS-600)の固体用6mmφ試料管用プローブにて、試料回転をせず、シングルパルスノンデカップリング法にて測定する。二次標準としてポリジメチルシロキサンを用い、ケミカルシフトを-34.44ppmとする。得られたスペクトルは、解析ソフトOriginにて波形分離を行い、各ピークの面積を算出する。より具体的には、29Si-NMRスペクトル法における化学シフト-78~-88ppmに現れるピークの面積(Q)と、化学シフト-88~-98ppmに現れるピークの面積(Q)と、化学シフト-98~-108ppmに現れるピークの面積(Q)と、化学シフト-108~-120ppmに現れるピークの面積(Q)において、(Q/ΣQ)×100を求めた。ここで、ΣQ=Q+Q+Q+Qである。
(14) Ratio of the area of the peak representing the Q4 structure by 29Si -NMR analysis of particles A dispersion of particles is placed in a dedicated zirconia sample tube, and measured by a single pulse non-decoupling method using a probe for a solid 6 mmφ sample tube of an NMR device (VNMRS-600, manufactured by Agilent Corp.) without sample rotation. Polydimethylsiloxane is used as a secondary standard, and the chemical shift is set to -34.44 ppm. The spectrum obtained is subjected to waveform separation using analysis software Origin, and the area of each peak is calculated. More specifically, (Q4/ΣQ) ×100 was calculated for the areas of the peaks appearing at chemical shifts of −78 to −88 ppm ( Q1 ), −88 to −98 ppm ( Q2 ), −98 to −108 ppm ( Q3 ), and −108 to −120 ppm ( Q4 ) in 29Si -NMR spectroscopy, where ΣQ= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 .

(15)粒子の外殻に含まれる官能基
粒子外殻に含まれる官能基の有無、及びその種類については、次の方法により求めた。
(15) Functional Groups Contained in the Outer Shell of Particles The presence or absence of functional groups contained in the outer shell of particles and the types thereof were determined by the following method.

まず、分散液をエバポレーターにて乾燥させた後、150℃で乾燥させた。その乾燥粉体をフーリエ変換型赤外分光装置(FT-IR)(日本分光(株)製 FT/IR-6100)を使用して、拡散反射法にて、波数領域を700cm-1~4000cm-1、検出器をTGS、分解能を4.0cm-1、積算回数を50回で測定を行い、ピークを検出して、有機化合物のスペクトルデータベースSDBS(https://sdbs.db.aist.go.jp(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2021.01))を参照して、官能基を特定した。 First, the dispersion was dried in an evaporator and then dried at 150 ° C. The dried powder was measured by a diffuse reflectance method using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) (FT / IR-6100 manufactured by JASCO Corporation) in a wave number region of 700 cm -1 to 4000 cm -1 , a TGS detector, a resolution of 4.0 cm -1 , and an accumulation count of 50 times, and the peak was detected. The functional group was identified by referring to the organic compound spectrum database SDBS (https://sdbs.db.aist.go.jp (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 2021.01)).

(16)炭素含有量
分散液を、小型超遠心機(日立工機(株)製 CS150GXL)を用いて、温度を10℃、回転数を1,370,000rpm(1,000,000G)の条件下で30分間遠心処理した。処理液の沈殿物を回収し、120℃で24時間、真空乾燥することで粒子粉末を得た。この粉末について、炭素硫黄分析装置(LECOジャパン(同)製 CS844)を用いて粒子の炭素含有量を測定した。
(16) Carbon Content The dispersion was centrifuged for 30 minutes using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) at a temperature of 10° C. and a rotation speed of 1,370,000 rpm (1,000,000 G). The precipitate in the treatment solution was collected and vacuum dried at 120° C. for 24 hours to obtain a particle powder. The carbon content of the particles in this powder was measured using a carbon-sulfur analyzer (CS844 manufactured by LECO Japan Co., Ltd.).

(17)金属元素、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属の含有量
粒子中の金属元素(Si、Al、As、B、Bi、Cd、Co、Fe、Ga、Ge、In、Pb、Sb、Sn、Ti、V、Zn、及び、Zr)の含有量、不純分元素として、Pd、Ag、Mn、Mo、Ni、Cr、U、Th、アルカリ金属、及び、アルカリ土類金属の含有量については、粒子をフッ酸で溶解し、加熱してフッ酸を除去した後、必要に応じて純水を加え、得られた溶液についてICP誘導結合プラズマ発光分光質量分析装置((株)島津製作所製 ICPM-8500)を用いて測定した。表中の不純分元素の含有量は、含有量を規定する各群において、最も含有量が多い値を基準に示したものである。なお、上記不純分元素以外の金属元素については、粒子に含まれる炭素以外の金属元素の量の合計を酸化物基準で100質量部となるように算出した。
(17) Content of metal elements, alkali metals, and alkaline earth metals The content of metal elements (Si, Al, As, B, Bi, Cd, Co, Fe, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn, and Zr) in the particles, and the content of impurity elements such as Pd, Ag, Mn, Mo, Ni, Cr, U, Th, alkali metals, and alkaline earth metals were measured by dissolving the particles in hydrofluoric acid, heating to remove hydrofluoric acid, adding pure water as necessary, and measuring the resulting solution using an ICP inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICPM-8500 manufactured by Shimadzu Corporation). The content of impurity elements in the table is based on the highest content value in each group that specifies the content. Note that, for metal elements other than the above impurity elements, the total amount of metal elements other than carbon contained in the particles was calculated to be 100 parts by mass on an oxide basis.

(18)官能基を有する有機珪素化合物の固形分量
分散液を、小型超遠心機(日立工機(株)製 CS150GXL)を用いて、温度を10℃、回転数を1,370,000rpm(1,000,000G)の条件下で30分間遠心処理した。処理液の沈殿物を回収し、120℃で24時間、真空乾燥することで粒子粉末を得た。この粉末について、熱重量示差熱分析装置(日立ハイテクサイエンス(株)製 TG/DTA EXSTAR6000 MSD)を用いて、500℃加熱前後の質量減少量を測定し、元の粒子量との差から、有機珪素化合物由来の珪素分量を求めた。次に、これを、表面処理に使用した有機珪素化合物の構造から有機珪素化合物由来の固形分(R-SiO(4-n)/2)量に換算し、官能基を有する有機珪素化合物の固形分量を求めた。
(18) Solid content of organosilicon compound having functional group The dispersion was centrifuged for 30 minutes using a small ultracentrifuge (CS150GXL manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.) at a temperature of 10°C and a rotation speed of 1,370,000 rpm (1,000,000 G). The precipitate of the treatment liquid was collected and vacuum dried at 120°C for 24 hours to obtain a particle powder. The mass loss of this powder before and after heating at 500°C was measured using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG/DTA EXSTAR6000 MSD manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), and the silicon content derived from the organosilicon compound was calculated from the difference with the original particle amount. Next, this was converted from the structure of the organosilicon compound used in the surface treatment into the amount of solid content (R n -SiO (4-n)/2 ) derived from the organosilicon compound, and the solid content of the organosilicon compound having a functional group was calculated.

〈レジスト用被膜形成用の塗布液の製造〉
PGME73.4g、アルカリ可溶UV硬化型アクリルポリマー(大成ファインケミカル(株)製 アクリット8KQ-2001、固形分濃度40.0質量%)3.0g、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(IGM RESINS B.V.製 Оmnirad 651)0.05g、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイド(IGM RESINS B.V.製 Оmnirad 819)0.05g、及びフッ素系レベリング剤(DIC(株)製 メガファックRS-90、固形分濃度10質量%)0.1gを混合した。次いで、これに、粒子(S1)のPGME分散液23.4gを混合して固形分濃度6質量%のレジスト用被膜形成用塗布液を製造した。
<Production of Coating Solution for Forming Resist Film>
73.4 g of PGME, 3.0 g of an alkali-soluble UV-curable acrylic polymer (Acrit 8KQ-2001, manufactured by Taisei Fine Chemical Co., Ltd., solid content concentration 40.0% by mass), 0.05 g of 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one (Omnirad 651, manufactured by IGM RESINS B.V.), 0.05 g of bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide (Omnirad 819, manufactured by IGM RESINS B.V.), and 0.1 g of a fluorine-based leveling agent (Megafac RS-90, manufactured by DIC Corporation, solid content concentration 10% by mass) were mixed. Next, 23.4 g of the PGME dispersion of the particles (S1) was mixed with this to prepare a coating solution for forming a resist film with a solid content concentration of 6 mass %.

〈レジスト用被膜付基材の製造〉
レジスト膜形成用塗布液を2インチ角のガラス基板(コーニング(株)製 #1737)にスピンコーターで塗布し、80℃ で1分間乾燥した後、露光装置(ニコン(株)製 NSR-S302) を用いて、フォトマスク(5μmのライン&スペースパターン)を介してArFエキシマレーザ(193nm)を照射して硬化させた。その後、0.3質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液をスプレーして未露光部分を溶解除去し、150℃ で5分間加熱してレジスト用被膜付基材を製造した。
<Production of Resist-Coated Substrate>
The resist film-forming coating liquid was applied to a 2-inch square glass substrate (#1737, manufactured by Corning Incorporated) using a spin coater, dried at 80°C for 1 minute, and then cured by irradiating with an ArF excimer laser (193 nm) through a photomask (5 μm line & space pattern) using an exposure device (NSR-S302, manufactured by Nikon Corporation). Thereafter, a 0.3 mass % aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was sprayed to dissolve and remove the unexposed portions, and the substrate was heated at 150°C for 5 minutes to produce a substrate with a resist coating.

被膜付基材を以下の項目について測定した。結果を表8に示す(以下の実施例及び比較例も同様)。なお、性能を比較しやすいように、基材の種類、被膜中の粒子とマトリックスの割合、及び、膜厚を各実施例及び比較例において同じとなるようにした。 The coated substrates were measured for the following items. The results are shown in Table 8 (the same applies to the following Examples and Comparative Examples). In order to make it easier to compare performance, the type of substrate, the ratio of particles and matrix in the coating, and the coating thickness were the same for each Example and Comparative Example.

(19)被膜の膜厚、及び屈折率
被膜付基材の膜厚、及び屈折率は、エリプソメーター(ULVAC社製 EMS-1)により測定した。これを以下の様に分類して屈折率を評価した。
被膜の屈折率の評価基準:
◎:1.30以下
○:1.31~1.34
△:1.35~1.38
×:1.39以上
(19) Film Thickness and Refractive Index of Coating Film thickness and refractive index of the coated substrate were measured using an ellipsometer (EMS-1 manufactured by ULVAC). The refractive index was evaluated according to the following classification.
Evaluation criteria for refractive index of coating:
◎: 1.30 or less ○: 1.31 to 1.34
△: 1.35-1.38
×: 1.39 or more

(20)全光線透過率、及びヘイズ
被膜付基材の全光線透過率、及びヘイズは、ヘーズメーター(日本電色工業(株)製 NDH-5000)により測定した。これらを以下の様に分類して評価した。
全光線透過率の評価基準:
◎:90%以上
○:85~89%
△:80~84%
×:79%以下
ヘイズの評価基準:
◎:0.8%以下
○:0.9~1.2%
△:1.3~1.5%
×:1.6%以上
(20) Total Light Transmittance and Haze The total light transmittance and haze of the coated substrate were measured using a haze meter (NDH-5000, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) and were evaluated according to the following classification.
Evaluation criteria for total light transmittance:
◎: 90% or more ○: 85-89%
△: 80-84%
×: 79% or less Haze evaluation criteria:
◎: 0.8% or less ○: 0.9-1.2%
△: 1.3-1.5%
×: 1.6% or more

(21)被膜付基材のパターンの表面凹凸
被膜付基材のパターンの表面凹凸は、表面粗さとして、原子間力顕微鏡(ブルカージャパン(株)製 Dimension Icon)を用いて、コンタクトモード、スキャンスピード0.50Hz、スキャンサイズ20μm×20μmの条件で走査した。これを以下の様に分類して表面粗さを評価した。
評価基準:
◎:3nm未満
○:3nm以上4nm未満
△:4nm以上5nm未満
×:5nm以上
(21) Surface Unevenness of a Pattern of a Coated Substrate The surface unevenness of a pattern of a coated substrate was measured by scanning the surface with an atomic force microscope (Dimension Icon, manufactured by Bruker Japan Co., Ltd.) under the conditions of contact mode, scan speed of 0.50 Hz, and scan size of 20 μm×20 μm. The surface roughness was evaluated by classifying it as follows.
Evaluation criteria:
◎: Less than 3 nm ○: 3 nm or more and less than 4 nm △: 4 nm or more and less than 5 nm ×: 5 nm or more

(22)被膜付基材のパターンの直線性、及び残渣
パターンエッジ部の直線性、基板上のシリカ粒子由来の残渣は、光学顕微鏡及び電界放出形走査電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製 S-5500)にて、撮影して得られた写真投影図(SEM像)により評価した。これらを以下の様に分類して評価した。
パターン直線性の評価基準:
◎:パターンエッジ部にギザギザが認められない
○:パターンエッジ部にギザギザが一部認められる
×:パターンエッジ部にギザギザが全体にわたり認められる
残渣の評価基準:
◎:基板上に残渣が認められない
○:基板上に残渣が一部認められる
×:基板上に残渣が全体にわたり認められる
(22) Linearity of the pattern on the coated substrate and residues The linearity of the pattern edge and residues derived from silica particles on the substrate were evaluated from photographic projection images (SEM images) taken with an optical microscope and a field emission scanning electron microscope (S-5500, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). These were classified and evaluated as follows:
Pattern linearity evaluation criteria:
⊚: No jagged edges are observed on the pattern edge. ◯: Jagged edges are partially observed on the pattern edge. ×: Jagged edges are observed throughout the pattern edge. Evaluation criteria for residue:
◎: No residue was found on the substrate. ○: Residue was found in some areas on the substrate. ×: Residue was found over the entire substrate.

[実施例2]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を11.1kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を11.1kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を66.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を22.0kgとし、第五工程の昇温速度を0.3℃/分として80℃まで加温したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 2]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the second step, 11.1 kg of the sodium silicate aqueous solution and 11.1 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, in the third step, 66.0 kg of the sodium silicate aqueous solution and 22.0 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, and in the fifth step, the temperature was increased to 80° C. at a rate of 0.3° C./min.

[実施例3]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を5.3kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を5.3kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を123.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を41.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 3]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al2O3 in the first step was 5.0 mass%, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 5.3 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 5.3 kg in the second step, and the amount of the sodium silicate aqueous solution was 123.0 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 41.0 kg in the third step.

[実施例4]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を1.6kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を1.6kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を48.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を16.0kgとし、第五工程の昇温速度を0.3℃/分として80℃まで加温したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 4]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al2O3 in the first step was 5.0 mass%, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 1.6 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 1.6 kg in the second step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 48.0 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 16.0 kg in the third step, and the temperature increase rate in the fifth step was 0.3°C/min and the mixture was heated to 80°C.

[実施例5]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を78.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を78.0kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を234.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を78.0kgとし、第五工程の昇温速度を3.0℃/分として200℃まで加温して10時間保持した後、48℃に冷却したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 5]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the second step, 78.0 kg of the sodium silicate aqueous solution and 78.0 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, in the third step, 234.0 kg of the sodium silicate aqueous solution and 78.0 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, and in the fifth step, the temperature increase rate was 3.0°C/min, the solution was heated to 200°C, maintained at that temperature for 10 hours, and then cooled to 48°C.

[実施例6]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を14.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液のSiOとしての濃度を0.9質量%、添加量を83.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を83.5kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を204.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を68.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 6]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al 2 O 3 in the first step was 14.0 mass%, the concentration of the sodium silicate aqueous solution in terms of SiO 2 in the second step was 0.9 mass%, the addition amounts were 83.5 kg, and the sodium aluminate aqueous solution was 83.5 kg, and the sodium silicate aqueous solution in the third step was 204.0 kg and 68.0 kg, respectively.

[実施例7]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液のSiOとしての濃度を0.9質量%、添加量を6.3kg、アルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を0.3質量%、添加量を6.3kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を93.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を31.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 7]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the first step, the concentration of the sodium aluminate aqueous solution as Al 2 O 3 was 5.0 mass%, in the second step, the concentration of the sodium silicate aqueous solution as SiO 2 was 0.9 mass% and the amount added was 6.3 kg, in the second step, the concentration of the sodium aluminate aqueous solution as Al 2 O 3 was 0.3 mass% and the amount added was 6.3 kg, and in the third step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 93.0 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 31.0 kg.

[実施例8]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を9.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を50.2kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を50.2kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を183.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を61.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 8]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al2O3 in the first step was 9.0 mass%, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 50.2 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 50.2 kg in the second step, and the amount of the sodium silicate aqueous solution was 183.0 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 61.0 kg in the third step.

[実施例9]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を89.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を89.0kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を234.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を78.0kgとし、第五工程での昇温速度を0.8℃/分としたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 9]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the second step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 89.0 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 89.0 kg, in the third step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 234.0 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 78.0 kg, and in the fifth step, the heating rate was 0.8° C./min.

[実施例10]
第五工程での加熱温度を180℃とし、粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン4.0gを使用し、50℃で24時間撹拌したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 10]
A PGME dispersion of particles was produced in the same manner as in Example 1, except that the heating temperature in the fifth step was set to 180°C, 4.0 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane was used as the organosilicon compound in the surface treatment of the particles, and stirring was performed at 50°C for 24 hours. A coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1.

[実施例11]
粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン3.0gを使用し、50℃で24時間撹拌したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 11]
In the surface treatment of the particles, 3.0 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane was used as the organosilicon compound, and the mixture was stirred at 50° C. for 24 hours in the same manner as in Example 1, to produce a PGME dispersion of the particles, and to produce a coating solution and a coated substrate.

[実施例12]
第五工程での昇温速度を0.6℃/分、加熱温度を70℃とし、粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン0.12gを使用した以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 12]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the fifth step, the heating rate was set to 0.6°C/min, the heating temperature was set to 70°C, and 0.12 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane was used as the organosilicon compound in the surface treatment of the particles.

[実施例13]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を3.1kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を3.1kgと、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を79.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を26.5kgとした。また、第四工程の濃塩酸を滴下した後の分散液のpHをpH3.0に調整し、これに、pH3の塩酸水溶液7.0Lと純水3.5Lを加えながら、限外濾過膜を用いて、溶解したアルミニウム塩を分離・洗浄し、第五工程の昇温速度を0.8℃/分として80℃まで加温したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 13]
The concentration of sodium aluminate aqueous solution in the first step as Al 2 O 3 is 5.0 mass%, the sodium silicate aqueous solution is 3.1 kg, the sodium aluminate aqueous solution is 3.1 kg, and the sodium silicate aqueous solution is 79.5 kg, and the sodium aluminate aqueous solution is 26.5 kg in the third step. In addition, the pH of the dispersion after the concentrated hydrochloric acid is dropped in the fourth step is adjusted to pH 3.0, and while adding 7.0 L of hydrochloric acid aqueous solution of pH 3 and 3.5 L of pure water, the dissolved aluminum salt is separated and washed using an ultrafiltration membrane, and the heating rate in the fifth step is set to 0.8 ° C. / min and heated to 80 ° C., except that, the PGME dispersion of particles is produced in the same manner as in Example 1, and a coating liquid and a coated substrate are produced.

[実施例14]
粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてテトラエトキシシラン(多摩化学工業(株)製 正珪酸エチルES28)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 14]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that tetraethoxysilane (ethyl orthosilicate ES28, manufactured by Tama Chemicals Co., Ltd.) was used as the organosilicon compound in the surface treatment of the particles.

[実施例15]
粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてγ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製 KBM-5103)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 15]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that γ-acryloxypropyltrimethoxysilane (KBM-5103, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as the organosilicon compound in the surface treatment of the particles.

[実施例16]
第一工程において、純水にAlとしての濃度が22質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液と、SiOとしての濃度が28質量%の珪酸ナトリウム水溶液とを添加して、Alとしての濃度が5.0質量%、SiOとしての濃度が0.5質量%の水溶液10.0kgを準備し、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を6.3kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を6.3kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を150.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を50.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 16]
In the first step, a sodium aluminate aqueous solution having an Al2O3 concentration of 22% by mass and a sodium silicate aqueous solution having a SiO2 concentration of 28% by mass were added to pure water to prepare 10.0 kg of an aqueous solution having an Al2O3 concentration of 5.0% by mass and a SiO2 concentration of 0.5% by mass. In the second step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 6.3 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 6.3 kg. In the third step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 150.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 50.0 kg. Except for this, a PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1.

[実施例17]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を1.4kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を2.8kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を68.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を36.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Example 17]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the sodium silicate aqueous solution in the second step was 1.4 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 2.8 kg, and the amount of the sodium silicate aqueous solution in the third step was 68.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 36.0 kg.

[実施例18]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を12.8kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を12.8kgとし、複合酸化物粒子(a18)を得た。第三工程において、複合酸化物粒子(a17)の分散液に3質量%の硫酸ナトリウム12.8kgと水酸化ナトリウムとを添加して、pH12.0に調整した。これに、珪酸ナトリウム水溶液を108.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液36.0kgを添加したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造した。なお、本工程における比(M/M)は0.1であった。
[Example 18]
In the second step, 12.8 kg of sodium silicate aqueous solution and 12.8 kg of sodium aluminate aqueous solution were used to obtain composite oxide particles (a18). In the third step, 12.8 kg of 3 mass% sodium sulfate and sodium hydroxide were added to the dispersion of composite oxide particles (a17) to adjust the pH to 12.0. A PGME dispersion of particles was produced in the same manner as in Example 1, except that 108.0 kg of sodium silicate aqueous solution and 36.0 kg of sodium aluminate aqueous solution were added to this. The ratio (M E /M S ) in this step was 0.1.

また、この粒子のPGME分散液を使用したこと以外は実施例1と同様にして、塗布液及び被膜付基材を製造した。 The coating solution and the coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that a PGME dispersion of these particles was used.

[比較例1]
第一工程において、純水に水酸化ナトリウムのみを添加して、pH12.6の水溶液10.0kgを準備した。
[Comparative Example 1]
In the first step, only sodium hydroxide was added to pure water to prepare 10.0 kg of an aqueous solution having a pH of 12.6.

次に、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を8.9kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を8.9kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を91.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を30.5kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。 Next, a PGME dispersion of particles was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of sodium silicate aqueous solution in the second step was 8.9 kg, the amount of sodium aluminate aqueous solution was 8.9 kg, and the amount of sodium silicate aqueous solution in the third step was 91.5 kg, and the amount of sodium aluminate aqueous solution was 30.5 kg. A coating solution and a coated substrate were produced.

[比較例2]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を6.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を72.0kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を165.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を55.0kgとした。また、第四工程の濃塩酸を滴下した後の分散液のpHをpH3.0に調整し、これに、pH3の塩酸水溶液4Lと純水2Lを加えながら、限外濾過膜を用いて、溶解したアルミニウム塩を分離・洗浄したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 2]
In the second step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 6.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 72.0 kg, and in the third step, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 165.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 55.0 kg. In addition, in the fourth step, the pH of the dispersion after the dropwise addition of concentrated hydrochloric acid was adjusted to pH 3.0, and while adding 4 L of a hydrochloric acid aqueous solution of pH 3 and 2 L of pure water, the dissolved aluminum salt was separated and washed using an ultrafiltration membrane, in the same manner as in Example 1, a PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced.

[比較例3]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を3.8kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を3.8kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を150.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を50.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 3]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the amounts of the sodium silicate aqueous solution and the sodium aluminate aqueous solution in the second step were 3.8 kg and 3.8 kg, respectively, and that the amounts of the sodium silicate aqueous solution and the sodium aluminate aqueous solution in the third step were 150.0 kg and 50.0 kg, respectively.

[比較例4]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を129.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を129.0kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を375.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を125.0kgとし、第五工程の昇温速度を3.0℃/分として200℃まで加温したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 4]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the second step, 129.0 kg of the sodium silicate aqueous solution and 129.0 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, in the third step, 375.0 kg of the sodium silicate aqueous solution and 125.0 kg of the sodium aluminate aqueous solution were used, and in the fifth step, the temperature increase rate was 3.0°C/min and the mixture was heated to 200°C.

[比較例5]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を1.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を123.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を20.5kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を224.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を28.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 5]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al2O3 in the first step was 1.0 mass%, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 123.0 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 20.5 kg in the second step, and the amount of the sodium silicate aqueous solution was 224.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 28.0 kg in the third step.

[比較例6]
粒子の表面処理において、有機珪素化合物としてγ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン8.0gを使用し、50℃で24時間撹拌したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 6]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the surface treatment of the particles, 8.0 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane was used as the organosilicon compound and the mixture was stirred at 50° C. for 24 hours.

[比較例7]
第五工程において加熱温度を50℃までとしたこと、及び、有機珪素化合物による粒子の表面処理を実施しなかったこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 7]
A PGME dispersion of particles was prepared, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that in the fifth step, the heating temperature was set to 50° C. and the surface treatment of the particles with an organosilicon compound was not performed.

[比較例8]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を14.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を14.5kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を102.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を34.0kgとし、第五工程の加熱温度を250℃まで加温して10時間保持したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 8]
A PGME dispersion of particles was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the sodium silicate aqueous solution in the second step was 14.5 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 14.5 kg, the amount of the sodium silicate aqueous solution in the third step was 102.0 kg, and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 34.0 kg, and the heating temperature in the fifth step was raised to 250° C. and maintained for 10 hours. A coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1.

[比較例9]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を3.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を6.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を6.0kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を55.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を18.5kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 9]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in terms of Al2O3 in the first step was 3.0 mass%, the amount of the sodium silicate aqueous solution was 6.0 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 6.0 kg in the second step, and the amount of the sodium silicate aqueous solution was 55.5 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 18.5 kg in the third step.

[比較例10]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を9.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液のSiOとしての濃度を4.5質量%、添加量を16.8kg、アルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を4.5質量%、添加量を5.6kgとしたこと以外は実施例1と同様にしたが、第二工程で得られた複合酸化物粒子aが平均粒子径100nm以上の凝集粒子となったため、以降の工程は実施せず、塗布液及び被膜付基材の製造も実施しなかった。
[Comparative Example 10]
The same procedures as in Example 1 were carried out except that the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in the first step was 9.0 mass% as Al 2 O 3 , the concentration of the sodium silicate aqueous solution in the second step was 4.5 mass% as SiO 2 and the amount added was 16.8 kg, and the concentration of the sodium aluminate aqueous solution in the Al 2 O 3 was 4.5 mass% and the amount added was 5.6 kg. However, since the composite oxide particles a obtained in the second step became agglomerated particles with an average particle diameter of 100 nm or more, the subsequent steps were not carried out, and neither the production of a coating liquid nor a coated substrate was carried out.

[比較例11]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%、pH12.6のアルミン酸ナトリウム水溶液を5.0kg準備し、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液のSiOとしての濃度を0.9質量%、添加量を115.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を0.3質量%、添加量を57.5kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を189.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を63.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 11]
In the first step, the sodium aluminate aqueous solution had an Al2O3 concentration of 5.0 mass%, and 5.0 kg of a sodium aluminate aqueous solution with a pH of 12.6 was prepared; in the second step, the sodium silicate aqueous solution had an SiO2 concentration of 0.9 mass%, and an added amount of 115.0 kg, and the sodium aluminate aqueous solution had an Al2O3 concentration of 0.3 mass%, and an added amount of 57.5 kg; in the third step, the sodium silicate aqueous solution was 189.0 kg, and the sodium aluminate aqueous solution was 63.0 kg. Except for this, a PGME dispersion of particles was produced, and a coating liquid and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1.

[比較例12]
第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を82.5kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を27.5kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。ただし、この粒子のTEM写真を観察した結果、中空粒子が得られていなかった。
[Comparative Example 12]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the sodium silicate aqueous solution in the third step was 82.5 kg and the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 27.5 kg. However, when a TEM photograph of the particles was observed, it was found that no hollow particles were obtained.

[比較例13]
第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を11.1kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を11.1kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を66.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を22.0kgとして、第五工程の昇温速度を5.0℃/分として150℃まで加温したこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。ただし、この粒子のTEM写真を観察した結果、中空粒子が得られていなかった。
[Comparative Example 13]
A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the sodium silicate aqueous solution in the second step was 11.1 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 11.1 kg, the amount of the sodium silicate aqueous solution in the third step was 66.0 kg, the amount of the sodium aluminate aqueous solution was 22.0 kg, and the temperature increase rate in the fifth step was 5.0° C./min, and the mixture was heated to 150° C. A PGME dispersion of particles was produced, and a coating solution and a coated substrate were produced. However, a TEM photograph of the particles was observed, and it was found that no hollow particles were obtained.

[比較例14]
第一工程でのアルミン酸ナトリウム水溶液のAlとしての濃度を5.0質量%とし、第二工程での珪酸ナトリウム水溶液を39.3kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を39.3kgとし、第三工程での珪酸ナトリウム水溶液を120.0kg、アルミン酸ナトリウム水溶液を40.0kgとしたこと以外は実施例1と同様にして、シリカ系粒子(Rd14)の水分散液を得た。その後、分散液をエバポレーターにて乾燥させた後、昇温速度3.0℃/分で500℃まで加温して3時間保持した後、25℃に冷却し、表面処理工程において有機珪素化合物による粒子の表面処理を実施しなかったこと以外は実施例1と同様にして、粒子のPGME分散液を製造し、塗布液及び被膜付基材を製造した。
[Comparative Example 14]
The concentration of the sodium aluminate aqueous solution as Al 2 O 3 in the first step is 5.0 mass%, the sodium silicate aqueous solution in the second step is 39.3 kg, the sodium aluminate aqueous solution is 39.3 kg, and the sodium silicate aqueous solution in the third step is 120.0 kg, and the sodium aluminate aqueous solution is 40.0 kg, except that the aqueous dispersion of silica-based particles (Rd14) is obtained in the same manner as in Example 1. Thereafter, the dispersion is dried by an evaporator, and then heated to 500 ° C. at a heating rate of 3.0 ° C. / min and kept for 3 hours, and then cooled to 25 ° C., and the PGME dispersion of particles is produced in the same manner as in Example 1, except that the surface treatment of particles with an organic silicon compound is not carried out in the surface treatment step.

Figure 2024111808000005
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Figure 2024111808000006
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Figure 2024111808000007
Figure 2024111808000007

Figure 2024111808000009
Figure 2024111808000009

Claims (15)

珪素を含む外殻と、その内側に空洞を有する粒子であって、
前記粒子の15体積%に調整された分散液を1,000,000Gで遠心分離することで得られる沈降物の体積が、遠心分離前の分散液の体積に対して25%以下であることを特徴とする中空シリカ粒子の分散液。
A particle having an outer shell containing silicon and a cavity therein,
A dispersion of hollow silica particles, characterized in that the volume of the sediment obtained by centrifuging a dispersion adjusted to 15 volume % of the particles at 1,000,000 G is 25% or less of the volume of the dispersion before centrifugation.
前記粒子の粒子径の変動係数が20~55%であることを特徴とする請求項1に記載の分散液。 The dispersion liquid according to claim 1, characterized in that the coefficient of variation of the particle diameter of the particles is 20 to 55%. 前記粒子のシアーズ測定法によって算出される粒子表面のシラノール基の数密度が0.5~2.5個/nmであることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 3. The dispersion according to claim 1, wherein the number density of silanol groups on the particle surface calculated by the Sears measurement method is 0.5 to 2.5 groups/ nm2 . 前記粒子の屈折率が1.12~1.35であることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 The dispersion according to claim 1 or 2, characterized in that the refractive index of the particles is 1.12 to 1.35. 前記粒子の平均粒子径が15~55nmであることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 The dispersion liquid according to claim 1 or 2, characterized in that the average particle size of the particles is 15 to 55 nm. 前記外殻の厚さが3~7nmであることを特徴とする請求項1に記載の分散液。 The dispersion liquid described in claim 1, characterized in that the thickness of the outer shell is 3 to 7 nm. 前記粒子のヘリウムガスによる密度と窒素ガスによる密度との差が、0.2~1.0g/cmであることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 3. The dispersion according to claim 1, wherein the difference between the density of the particles in helium gas and the density in nitrogen gas is 0.2 to 1.0 g/cm 3 . 前記粒子が、SiOと、
Siと、Al、As、B、Bi、Cd、Co、Fe、Ga、Ge、In、Pb、Sb、Sn、Ti、V、Zn、及び、Zrから選ばれる元素の少なくとも1種と、を含む酸化物、
の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。
The particles are composed of SiO2 and
an oxide containing Si and at least one element selected from Al, As, B, Bi, Cd, Co, Fe, Ga, Ge, In, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn, and Zr;
3. The dispersion according to claim 1, further comprising at least one of the following:
前記粒子が、前記粒子を構成する金属元素の量の合計を酸化物基準で100質量部と表した時、珪素をSiOとして98質量部以上含むことを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 3. The dispersion according to claim 1, wherein the particles contain 98 parts by mass or more of silicon as SiO2 when the total amount of metal elements constituting the particles is expressed as 100 parts by mass on an oxide basis. 前記粒子の水分散液のパルスNMR測定から求められる粒子の比表面積(A1)と、前記粒子の平均粒子径から求められる粒子の比表面積(A2)との比(A1/A2)が0.60以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 The dispersion according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio (A1/A2) of the specific surface area (A1) of the particles determined from pulse NMR measurement of the aqueous dispersion of the particles to the specific surface area (A2) of the particles determined from the average particle diameter of the particles is 0.60 or more. 前記粒子の29Si-NMR解析によるケミカルシフトが-78~-120ppmに現れる珪素原子のQ~Q構造を表す各々のピークの面積の合計に対する、ケミカルシフトが-108~-120ppmに現れるQ構造を表すピークの面積の割合が90%未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。 The dispersion according to claim 1 or 2 , characterized in that the ratio of the area of the peak representing the Q4 structure appearing at a chemical shift of -108 to -120 ppm to the total area of each peak representing the Q1 to Q4 structures of silicon atoms appearing at a chemical shift of -78 to -120 ppm by 29Si-NMR analysis of the particles is less than 90%. 前記粒子が、アルキル基、アクリロイル基、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、メルカプト基、及びエポキシ基から選ばれる少なくとも1種の官能基と、
水酸基、カルボキシル基、及びアミノ基から選ばれる少なくとも1種の官能基と、
を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の分散液。
the particles have at least one functional group selected from an alkyl group, an acryloyl group, a (meth)acryloyl group, a vinyl group, a mercapto group, and an epoxy group;
at least one functional group selected from a hydroxyl group, a carboxyl group, and an amino group;
3. The dispersion according to claim 1, further comprising:
珪素以外の、両性酸化物となる元素を酸化物基準として5.0質量%以上含むアルカリ水溶液を準備する第一工程と、
珪素の酸化物をSiOと表し、アルカリ可溶の珪素以外の無機元素の酸化物をMOxと表した時、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを、添加終了時の反応液のモル比(MOx/SiO)が0.5~25となるように、前記アルカリ水溶液に同時に添加して、複合酸化物粒子aの分散液を調製する第二工程と、
次に、前記第二工程のモル比よりも小さいモル比(MOx/SiO)で、珪素を含む化合物の溶液と、アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液とを添加して、複合酸化物粒子bの分散液を調製する第三工程と、
次に、複合酸化物粒子bの分散液に酸を加えて、前記複合酸化物粒子bを構成する珪素以外の元素の少なくとも一部を除去して、シリカ系粒子の分散液を調製する第四工程と、
前記シリカ系粒子の分散液を、昇温速度3.0℃/分以下で60~200℃まで加温し、その後50℃未満に降温する第五工程と、
を含む中空シリカ粒子の分散液の製造方法。
A first step of preparing an alkaline aqueous solution containing 5.0 mass% or more of an element other than silicon that can be an amphoteric oxide, based on the oxide;
a second step of preparing a dispersion of composite oxide particles a by simultaneously adding a solution of a silicon-containing compound and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon to the aqueous alkaline solution, the molar ratio (MOx/ SiO2 ) of the reaction solution at the end of the addition being 0.5 to 25, where SiO2 is an oxide of silicon and MOx is an alkali-soluble oxide of an inorganic element other than silicon;
Next, a third step of preparing a dispersion liquid of composite oxide particles b by adding a solution of a compound containing silicon and an aqueous solution of an alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon in a molar ratio (MOx/SiO 2 ) smaller than that in the second step;
Next, a fourth step of adding an acid to the dispersion liquid of the composite oxide particles b to remove at least a part of the elements other than silicon constituting the composite oxide particles b, thereby preparing a dispersion liquid of silica-based particles;
a fifth step of heating the dispersion of silica-based particles to 60 to 200° C. at a heating rate of 3.0° C./min or less, and then cooling the dispersion to less than 50° C.;
A method for producing a dispersion of hollow silica particles comprising the steps of:
前記第二工程における前記珪素を含む化合物の溶液が、SiO換算濃度として0.05~2.0質量%であり、前記アルカリ可溶の前記珪素以外の無機元素の化合物の水溶液が、MOx換算濃度として0.05~2.0質量%であることを特徴とする請求項9に記載の分散液の製造方法。 The method for producing a dispersion liquid according to claim 9, characterized in that the solution of the compound containing silicon in the second step has a SiO2 equivalent concentration of 0.05 to 2.0 mass%, and the aqueous solution of the alkali-soluble compound of an inorganic element other than silicon has a MOx equivalent concentration of 0.05 to 2.0 mass%. 前記第五工程の後に、前記分散液に、下記式(8)で表される有機珪素化合物とその部分加水分解物の少なくとも一方を添加する工程を含むことを特徴とする請求項9に記載の分散液の製造方法。
-SiX4-n (8)
(式中、Rは炭素数1~10の非置換又は置換炭化水素基で、Xは炭素数1~4のアルコキシ基、水酸基、水素原子であり、nは0~4の整数を示す。)
10. The method for producing a dispersion according to claim 9, further comprising the step of adding at least one of an organosilicon compound represented by the following formula (8) and a partial hydrolyzate thereof to the dispersion after the fifth step:
R n -SiX 4-n (8)
(In the formula, R is an unsubstituted or substituted hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, X is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group, or a hydrogen atom, and n is an integer of 0 to 4.)
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