(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材料の研磨工程に使われる酸化セリウム研磨材をリサイクルする方法であって、
前記酸化セリウム研磨材の廃スラリーに強アルカリ溶液を添加するステップ；
前記強アルカリ溶液を添加した廃スラリーにフッ化ナトリウムを添加して、アルカリ原子、フッ素原子、及びシリコン原子を含む粒子を形成するステップ；及び
前記強アルカリ溶液を添加してからフッ化ナトリウムを添加した廃スラリーに含まれた酸化セリウム粒子を前記フッ化ナトリウムの添加ステップで形成されたアルカリ原子、フッ素原子、及びシリコン原子を含む粒子と分離するステップ
を含むことを特徴とする酸化セリウム研磨材のリサイクル方法。
【請求項２】
前記強アルカリ溶液は、ＮａＯＨ溶液及びＫＯＨ溶液から選択された何れか一つまたはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１に記載の酸化セリウム研磨材のリサイクル方法。
【請求項３】
前記フッ化ナトリウムの添加ステップの後、
前記強アルカリ溶液を添加してからフッ化ナトリウムを添加した廃スラリーに炭酸ナトリウムを添加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化セリウム研磨材のリサイクル方法。
【請求項４】
前記酸化セリウム粒子の分離ステップは、沈降法、遠心分離法、比重分離法、浮遊選鉱法及びフィルター分離法からなる群より選択された一つ以上の方法を利用して行われることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の酸化セリウム研磨材のリサイクル方法。
【請求項５】
前記フッ化ナトリウムの添加ステップの後、
前記強アルカリ溶液を添加してからフッ化ナトリウムを添加した廃スラリーのｐＨを中性に調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の酸化セリウム研磨材のリサイクル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月１２日出願の韓国特許出願第１０‐２０１０‐００２２３９１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書および図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【０００２】
本発明は、酸化セリウム研磨材のリサイクル方法に関するものであって、さらに詳しくは、ガラス基板またはフォトマスクなどガラス材料の研磨に使われる酸化セリウム研磨材を、使用後に効率的にリサイクルすることで研磨材の再使用ができるようにする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス基板やフォトマスクをはじめとして数々の半導体基板、またはその上に形成された皮膜の表面を平坦化するために研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が行われる。そして、このような研磨工程では研磨効率を高めるために研磨材が使われるのが一般的である。研磨材としては多様な種類が存在しているが、そのうち一般的な研磨材として酸化セリウム研磨材が広く使われている。
【０００４】
酸化セリウム（ｃｅｒｉｕｍ ｏｘｉｄｅ, ＣｅＯ２）は、触媒、蛍光体、化粧品などの多様な用途で使われる高機能性セラミックス物質であって、このような酸化セリウムを主成分とする酸化セリウム研磨材は様々なガラス材料の研磨に使われている。特に、最近にはＬＣＤのガラス基板、ハードディスクなどの記録媒体用ガラスのような電気・電子機器で広く使われており、その応用範囲は漸次拡大されている。
【０００５】
このような酸化セリウム研磨材はガラス材料の研磨工程において機械的反応を通じて研磨性能を向上させる。すなわち、酸化セリウム研磨材と研磨パッド、そしてガラス材料との間の摩擦力を利用して研磨工程での研磨効率が改善されるようにする。また、このような酸化セリウム研磨材は化学的な反応を通じて研磨性能を向上させることもできる。すなわち、ガラスやフォトマスクの主な原料は酸化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ, ＳｉＯ２）であるが、このような酸化シリコンは水溶液で粒子表面に存在するシリコン（Ｓｉ）原子がＯＨ基と反応してＳｉ‐ＯＨの形態として存在することがある。このとき、酸化セリウム研磨材がこのようなＳｉ‐ＯＨのＯＨ基と結合する化学的反応を起こすことで、ガラスまたはフォトマスクからシリコン原子を分離させることになる。
【０００６】
通常酸化セリウム研磨材は、酸化セリウム、水、分散剤などが結合されたスラリー形態でスラリータンクにあってから、研磨工程が行われるとき研磨機に供給されて研磨に使われる。ところが、このような酸化セリウム研磨材は高価であり、一回の研磨工程に使われる量も少なくないので、酸化セリウム研磨材は数回の研磨工程に繰り返し使われている。すなわち、スラリー形態の酸化セリウム研磨材は、スラリータンクから研磨機に供給されて研磨に使われた後、スラリータンクに循環されて再使用される過程を経ることになる。
【０００７】
しかし、このように研磨工程で酸化セリウム研磨材を繰り返して使うと、酸化セリウム研磨材の研磨性能が低下する。図１及び図２は、従来技術による研磨工程時、酸化セリウム研磨材が繰り返し使われて酸化セリウム粒子１００の表面にＳｉ‐ＯＨ層２００や微細粉末３００が付着された状態を示す図面である。
【０００８】
すなわち、酸化セリウム研磨材は前述したように酸化シリコンからＳｉ‐ＯＨ構造を分離させる役割をするので、繰り返し使われれば図１に示すように、酸化セリウム（ＣｅＯ２）粒子１００の表面にＳｉ‐ＯＨ層２００が形成され得る。それだけでなく、図２に示すように、研磨工程で発生した微細粉末３００が酸化セリウム粒子１００の表面に付着され得る。ここで、微細粉末３００は、ガラス材料（ＳｉＯ２）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）の微細粉末であり得る。
【０００９】
このように酸化セリウム粒子１００にＳｉ‐ＯＨ層２００が形成されるか、微細粉末３００が付着されれば、酸化セリウム研磨材は研磨性能をまともに発揮できなくなるという問題が発生する。このようなＳｉ‐ＯＨ層２００や微細粉末３００が酸化セリウム粒子１００の露出面積を減少させて研磨工程における酸化セリウム粒子１００の化学的反応はもちろん、機械的反応もまともに起こらないように妨害するからである。したがって、結局このような問題点を解決するためには使用することによって研磨効率が低下した酸化セリウム研磨材を交換するしかないが、前述のように研磨材のコストが高いので、これは結局ガラス材料を使う製品の製造コストを高める原因として作用することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような問題点を解決するために創案されたものであって、ガラス材料の研磨工程において酸化セリウム研磨材を効率的に再使用できるようにする酸化セリウム研磨材をリサイクルする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の他の目的及び長所は下記の説明によって理解され得、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は特許請求の範囲に示された手段及びその組み合わせによって実現できることが容易に分かるであろう。
【００１２】
前記のような目的を達成するための本発明によるガラス材料の研磨工程に使われる酸化セリウム研磨材をリサイクルする方法は、前記酸化セリウム研磨材の廃スラリーに強アルカリ溶液を添加するステップ；前記廃スラリーにフッ化ナトリウムを添加するステップ；及び前記廃スラリーに含まれた酸化セリウム粒子を他の粒子と分離するステップを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガラス材料の研磨工程に使われる酸化セリウム研磨材の廃スラリーから酸化セリウム粒子の表面に形成されたＳｉ‐ＯＨ層や微細粉末などを有効に除去し、酸化セリウム粒子と他の粒子間の層分離を確実にすることで、酸化セリウム研磨材を効率的にリサイクルすることができる。
【００１４】
したがって、研磨工程における酸化セリウム研磨材の繰り返し再使用が可能にして研磨材の交換周期を実質的に延長させることで、研磨工程のコストを有効に減少させ、結果的に当該ガラス材料が使われた製品の製造コストを削減することに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本明細書に添付される下記の図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
【図１】従来技術による研磨工程時、酸化セリウム研磨材が繰り返し使われて酸化セリウム粒子の表面にＳｉ‐ＯＨ層が付着された状態を示す図面である。
【図２】従来技術による研磨工程時、酸化セリウム研磨材が繰り返し使われて酸化セリウム粒子の表面に微細粉末が付着された状態を示す図面である。
【図３】本発明の望ましい実施例による酸化セリウム研磨材をリサイクルする方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。
【００１７】
従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成とは本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００１８】
図３は、本発明の望ましい実施例による酸化セリウム研磨材をリサイクルする方法を概略的に示すフローチャートである。
【００１９】
図３を参照すれば、本発明による酸化セリウム研磨材のリサイクル方法は、強アルカリ溶液の添加ステップ（Ｓ１１０）、フッ化ナトリウムの添加ステップ（Ｓ１２０）及び粒子分離ステップ（Ｓ１４０）を含む。
【００２０】
前記強アルカリ溶液の添加ステップ（Ｓ１１０）は、酸化セリウム研磨材の廃スラリーに強アルカリ溶液を添加するステップをいう。このとき、前記強アルカリ溶液はＯＨ成分を含む化学種であり得る。望ましくは、前記強アルカリ溶液はＮａＯＨ溶液及びＫＯＨ溶液から選択された何れか一つまたはこれらの組み合わせを含み得る。
【００２１】
このような強アルカリ溶液は酸化セリウム研磨材の廃スラリーに含まれた酸化セリウム粒子のＳｉ‐ＯＨ層やガラス材料（ＳｉＯ２）などの微細粉末を除去することができる。すなわち、研磨工程で繰り返し使われた酸化セリウム研磨材の廃スラリーにおいて酸化セリウム粒子の表面には、図１及び図２に示すようにＳｉ‐ＯＨ層が形成されるか、またはＳｉＯ２微細粉末が付着され得る。前記強アルカリ溶液はこのようなＳｉ‐ＯＨ層やＳｉＯ２微細粉末を酸化セリウム粒子の表面から分離させることができる。
【００２２】
一実施例として、前記Ｓ１１０ステップにおいて強アルカリ溶液としてＮａＯＨ溶液が使われて酸化セリウム研磨材の廃スラリーに添加される場合、ＮａＯＨのナトリウム（Ｎａ）原子はＳｉ‐ＯＨ層またはＳｉＯ２微細粉末のシリコン（Ｓｉ）原子と結合してＮａ‐Ｓｉ‐Ｏ構造を形成することができる。従って、酸化セリウム粒子の表面からＳｉ‐ＯＨ層やＳｉＯ２微細粉末を分離させることができる。
【００２３】
一方、前記のようにＳ１１０ステップにおいてＮａＯＨ溶液が使われる場合、その濃度は６ｇ／Ｌであり得る。また、前記Ｓ１１０ステップは８５℃ないし９５℃の温度範囲で行われ得る。しかし、本発明がこのようなＮａＯＨ溶液の濃度範囲や温度範囲によって必ず制限されるのではない。
【００２４】
前記実施例は強アルカリ溶液としてＮａＯＨ溶液が使われる場合を説明したが、他の強アルカリ溶液、例えばＫＯＨ溶液などを使う場合にもそれに類似する説明が可能である。
【００２５】
前記フッ化ナトリウム（ＮａＦ）の添加ステップ（Ｓ１２０）は、酸化セリウム研磨材の廃スラリーにフッ化ナトリウムを添加するステップである。このように、廃スラリーにフッ化ナトリウムを添加すれば、前記強アルカリの添加ステップ（Ｓ１１０）で強アルカリで処理され除去された成分と酸化セリウムとの層分離がよくなされるようにする。
【００２６】
例えば、前記実施例のようにＳ１１０ステップで強アルカリ溶液としてＮａＯＨが使われた場合、フッ化ナトリウムが添加されれば、ナトリウム、シリコン、フッ素（Ｆ）原子が結合されてＮａ‐Ｆ‐Ｓｉ‐Ｏ構造が形成される。このようなＮａ‐Ｆ‐Ｓｉ‐Ｏ構造の粒子は酸化セリウム粒子（ＣｅＯ２）と相互分離が容易であるので、粒子を分離するステップ（Ｓ１４０）での分離効率を高める。
【００２７】
このとき、前記添加されるフッ化ナトリウム溶液の濃度は１ｇ／Ｌであり得るが、本発明がこのようなフッ化ナトリウムの濃度範囲によって制限されるのではない。
【００２８】
一方、図３では、前記強アルカリ溶液の添加ステップ（Ｓ１１０）の後、フッ化ナトリウムの添加ステップ（Ｓ１２０）が行われると説明したが、前記強アルカリ溶液の添加ステップ（Ｓ１１０）と前記フッ化ナトリウムの添加ステップ（Ｓ１２０）とが同時に行われるか、その順序が逆順で行われても構わない。
【００２９】
前記粒子分離ステップ（Ｓ１４０）は、前記廃スラリーに含まれた酸化セリウム粒子を他の粒子と分離するステップである。例えば、前記Ｓ１１０ステップで強アルカリ溶液としてＮａＯＨ溶液が使われ、前記Ｓ１２０ステップでフッ化ナトリウムが添加された場合、酸化セリウム研磨材の廃スラリーにはＮａ‐Ｆ‐Ｓｉ‐Ｏ構造の水ガラスと酸化セリウム粒子とが存在することになる。前記粒子分離ステップ（Ｓ１４０）では、酸化セリウム粒子をＮａ‐Ｆ‐Ｓｉ‐Ｏ構造を有する粒子などの他の粒子と分離する過程が行われる。
【００３０】
前記Ｓ１４０ステップにおいて、酸化セリウム粒子の分離方法としては様々な方法が使われ得る。望ましくは、前記酸化セリウム粒子の分離方法は、沈降法、遠心分離法、比重分離法、浮遊選鉱法及びフィルター分離法からなる群より選択された一つ以上の方法であり得る。
【００３１】
すなわち、攪拌及び静置過程を経て一定時間が経過した後上澄み液を分離する沈降法や、遠心力によって大粒子は固相抽出され微粒子は溶液中に存在する特性を利用して粒子を分離する遠心分離法や、粒子間の比重差を利用して酸化セリウム粒子を分離する比重分離法などを通じて前記酸化セリウム粒子を分離することができる。また、浮遊選鉱法やフィルターを利用するフィルター分離法などを通じて酸化セリウム粒子を分離することも可能である。
【００３２】
本発明による酸化セリウム研磨材のリサイクル方法は、フッ化ナトリウムの添加ステップ（Ｓ１２０）の後、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）の添加ステップ（Ｓ１３０）をさらに含むことが望ましい。
【００３３】
このように強アルカリ溶液及びフッ化ナトリウムが添加された酸化セリウム研磨材の廃スラリーに炭酸ナトリウムを添加すれば、炭酸ナトリウムが水ガラスの形成を促進し酸化セリウムを沈降させる沈降剤として作用し得る。すなわち、水ガラスの形成を促進し酸化セリウム粒子がよく沈降されるようにすることで、他の粒子、例えばＮａ‐Ｆ‐Ｓｉ‐Ｏ構造の水ガラスと層分離がよくなされるようにする。従って、前記粒子分離ステップ（Ｓ１４０）において酸化セリウム粒子の分離がより容易に行われ得る。
【００３４】
また、本発明による酸化セリウム研磨材のリサイクル方法は、廃スラリーのｐＨを中性に調節するステップ（Ｓ１５０）をさらに含むことが望ましい。すなわち、超純水（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ）で洗浄するなどの過程を通じて酸化セリウム研磨材の廃スラリーに対してｐＨを適正ｐＨに調節することで、リサイクルされた酸化セリウム研磨材を直に研磨工程に投入することができる。一方、このようなｐＨ調節ステップ（Ｓ１５０）は、図３に示すように粒子分離ステップ（Ｓ１４０）の後に行われることが望ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明をより具体的に説明するために実施例及び比較例を挙げて詳しく説明する。すなわち、実施例及び比較例を通じて、本発明のようにガラス材料の研磨工程に使われる酸化セリウム研磨材のリサイクル時、強アルカリ溶液とフッ化ナトリウムとを添加した場合、そして、これに炭酸ナトリウムをさらに添加した場合の酸化セリウム粒子の分離性向上効果を調べてみる。但し、本発明による実施例は種々の形態に変形され得、本発明の範囲が以下で詳述する実施例に限定されると解釈されてはいけない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を持つ者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００３６】
実施例１
本発明による実施例１として、超純水１０００ｃｃに、ＮａＯＨ６ｇ、ＮａＦ１ｇ及び酸化セリウム研磨材８０ｇを入れ２時間攪拌した。このとき、溶液温度は９０℃に維持した。それから、５分経過後上澄み液を除去しその沈殿物をサンプリングした。そして、ＥＤＸ装備で沈殿物の構成成分を測定しその結果を表１に示した。
【００３７】
実施例２
本発明による実施例２として、超純水１０００ｃｃに、ＮａＯＨ６ｇ、ＮａＦ１ｇ、Ｎａ２ＣＯ３１.２ｇ及び酸化セリウム研磨材８０ｇを入れ２時間攪拌した。このとき、溶液温度は９０℃に維持した。それから、５分経過後上澄み液を除去しその沈殿物をサンプリングした。そして、ＥＤＸ装備で沈殿物の構成成分を測定しその結果を表１に示した。
【００３８】
比較例
前記実施例と比較するための比較例として、超純水１０００ｃｃに、酸化セリウム研磨材８０ｇを入れ２時間攪拌した。このとき、溶液温度は９０℃に維持した。それから、５分経過後上澄み液を除去しその沈殿物をサンプリングした。そして、ＥＤＸ装備で沈殿物の構成成分を測定しその結果を表１に示した。
【表１】
0005429647.tif 000002
【００３９】
表１を参照すれば、比較例の場合、沈殿物の中でＣｅイオンの比率が４９.１ｗｔ％であったが、実施例１の場合Ｃｅイオンの比率が５４.６ｗｔ％、実施例２の場合Ｃｅイオンの比率が５５.６ｗｔ％であった。すなわち、比較例に比べて実施例１及び２で沈殿物の中でＣｅイオンの比率が大きく増加したことが分かる。これに比べて、Ｓｉ, Ａｌ, Ｃのようなその他のイオンに対しては、比較例の場合１５.３ｗｔ％であったが、実施例１の場合６.３ｗｔ％、実施例２の場合３.３ｗｔ％であってその比率が著しく減少した。それだけでなく、Ｌａイオンに対しても、比較例の場合２２.０ｗｔ％であったが、実施例１の場合２４.２ｗｔ％、実施例２の場合２５.７ｗｔ％であってその比率が増加し、Ｆ, Ｐｒ, Ｎｄイオンに対しても、比較例の場合１３.６ｗｔ％であったが、実施例１の場合１４.９ｗｔ％、実施例２の場合１５.４ｗｔ％であってその比率が増加した。このような実験結果から、実施例１のように酸化セリウム研磨材のリサイクル時、強アルカリ溶液及びフッ化ナトリウムを添加する場合、酸化セリウム研磨材の成分と他の成分との分離効率が大きく改善することが分かる。また、実施例２のように強アルカリ溶液及びフッ化ナトリウムとともに炭酸ナトリウムを添加する場合には、水ガラスの形成が促進され酸化セリウム粒子の沈降効果が向上して酸化セリウム粒子の分離がより容易になることが確認できる。
【００４０】
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面とによって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
【図１】
0005429647.tif 000003
【図２】
0005429647.tif 000004
【図３】
0005429647.tif 000005