(57)【要約】【課題】  分散性が良好な研磨材粉、特に液体媒体に分散させてスラリー状にしたときに、スラリー状で供給される研磨材と同等の研磨性能を提供できる研磨材粉、その製造方法及びその使用方法を提供する。【解決手段】  研磨材スラリー１４を、パルス燃焼装置５から放出されるパルス燃焼ガスに接触させることにより乾燥させて研磨材粉を得る。またこの研磨材粉を液体媒体と混合して研磨材スラリーを製造する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材スラリーをパルス燃焼ガスにより乾燥させて、研磨材粉を得ること特徴とする、研磨材粉の製造方法。
【請求項２】
前記乾燥において、前記研磨材粉の残留水分量を１〜５質量％にする、請求項１に記載の研磨材粉の製造方法。
【請求項３】
前記研磨材スラリーが、アルミナ、シリカ、ダイヤモンド、希土類酸化物、又はジルコニアの研磨材を含む研磨材スラリーである、請求項１又は２に記載の研磨材粉の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の研磨材粉の製造方法で得られる、研磨材粉。
【請求項５】
請求項４に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させてスラリー状にすることを含む、研磨材スラリーの製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の研磨材粉が液体媒体中に分散している、研磨スラリー。
【請求項７】
請求項４に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させて研磨材スラリーとし、このスラリーを用いて研磨を行う、研磨方法。
【請求項８】
請求項４に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させて研磨材スラリーとする工程、及びこのスラリーを用いて基板を研磨する工程を含む、基板の製造方法。
【請求項９】
請求項４に記載の研磨材粉を樹脂又はその前駆体と混合し、成形することを含む、固定砥粒研磨パッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の研磨材粉が樹脂中に分散して固定されている、固定砥粒研磨パッド。
【請求項１１】
樹脂又はその前駆体を含有する研磨材スラリーをパルス燃焼ガスにより乾燥させて、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物を得ること特徴とする、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物の製造方法で得られる、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物。
【請求項１３】
請求項１２に記載の研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物を成形することを含む、固定砥粒研磨パッドの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の固定砥粒研磨パッドの製造方法で得られる固定砥粒研磨パッド。
【請求項１５】
請求項１０又は１４に記載の固定砥粒研磨パッドを用いて研磨を行う、研磨方法。
【請求項１６】
請求項１０又は１４に記載の固定砥粒研磨パッドを用いて基板を研磨する工程を含む、基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨材粉、研磨材スラリー、固定砥粒研磨パッド及びそれらの製造方法、並びに研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨材を含有する研磨材スラリーは、ハードディスクのための磁気記録媒体用基板、光学レンズ、半導体材料、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板のような材料の表面研磨のために広く用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの用途で用いる研磨材は一般に、粗粒子を低減させるために湿式処理を行なわれている。この湿式処理としては、液体媒体中において粉砕媒体を用いて研磨材の粉砕を行う湿式粉砕、粉砕した研磨材を液体媒体中において分級する湿式分級を挙げることができる。これらの湿式処理によれば、研磨材中に粗大粒子が残留しないようにすることができる。
【０００４】
このようにして得られた研磨材、特に精密研磨の用途のための研磨材は、凝集を防ぐために、液体媒体と混合されたスラリーの状態で供給されている。しかしながら、スラリーでは、研磨組成物当たりの嵩が大きいため輸送コストが高価となり、また静置しておくと不均一となるため使用前に均一に混合する工程が必要となる。
【０００５】
精密研磨が特に要求されない用途では、研磨材を粉体として供給することもされている。従来、研磨材粉を得るための乾燥方法としては、静置乾燥法、媒体流動層乾燥法、噴霧乾燥法等が用いられてきた（特許文献１参照）。しかしこれらの方法により直接に微細粒子を製造することは困難であり、乾燥後更に機械的に粉砕するなどして微細粒子を得ることが必要であった。
【０００６】
また、このように乾燥して得られた研磨材粉を液体媒体に分散させてスラリー状にする場合、媒体に対する分散性が充分でなく、研磨材粒子が凝集し、研磨面にスクラッチを発生させることがあり、また高い研磨速度も得にくかった。
【０００７】
また上述のような材料の表面研磨のためには、樹脂をバインダーとして用いて研磨材粉（又は砥粒）を固定した固定砥粒研磨パッドを用いることも知られている。このような固定砥粒研磨パッドの製造においては、湿式粉砕等の湿式処理によって得られた砥粒を乾燥させ、バインダー中に研磨材を分散させ、バインダーを硬化させることによって、研磨材粉をバインダー中で固定する。ここでは一般的に、フェノール樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂をバインダーとして使用するが、熱可塑性樹脂、感光性樹脂等を使用することもできる（特許文献５及び６参照）。
【０００８】
このような固定砥粒研磨パッドの製造においては、研磨材粉の分散性が充分でないと、研磨材粉が凝集し、研磨面にスクラッチを発生させることがある。
【０００９】
尚、乾燥して粉体を得るための技術としてさまざまなものが考案されており、その中のひとつにパルス燃焼乾燥がある。パルス燃焼乾燥とは、原料をパルス燃焼ガスに接触させることにより乾燥させる乾燥方法である。パルス燃焼ガスとは、通常毎秒５０〜７００回のサイクルで脈動する燃焼ガスで、いわゆるパルス燃焼器により発生する（例えば特許文献２〜４参照）。このパルス燃焼ガス雰囲気中へ送入された含水原料は、熱風乾燥効果以外に、衝撃波（音波及び圧力変動を含む）の作用も受けて乾燥される。パルス燃焼器はジェットエンジン技術を基本とするもので、各種のタイプのものが提案され、それを応用した含水原料乾燥機は製品化されている。
【００１０】
【特許文献１】特許第３４６３９９９号公報
【特許文献２】特開平７−９８１７８号公報
【特許文献３】特開平８−０４０７２０号公報
【特許文献４】特公平６−３３９３９号公報
【特許文献５】特開２００３−１１０６６号公報
【特許文献６】特開２００３−１０９９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、分散性に優れた研磨材粉、特に液体媒体に分散させてスラリー状にしたときに、スラリー状で供給される研磨材と同等の研磨性能を提供できる研磨材粉、その製造方法及びその使用方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本件発明者らは、研磨材スラリーをパルス燃焼ガスに接触させることにより乾燥させて研磨材粉を得ると、分散性が良好な研磨材粉が得られること、特にこの研磨材粉を水などの液体媒体に分散させて研磨材スラリーとしたときに、分散性が良好で凝集が少なく、乾燥前の研磨材スラリーと同等又はそれに近い研磨性能を有する研磨材スラリーが得られることを見出して、本発明を完成させた。
【００１３】
本発明は、下記のようなものである。
【００１４】
（１）研磨材スラリーをパルス燃焼ガスにより乾燥させて、研磨材粉を得ること特徴とする、研磨材粉の製造方法。
【００１５】
（２）前記乾燥において、前記研磨材粉の残留水分量を１〜５質量％にする、前記（１）項に記載の研磨材粉の製造方法。
【００１６】
（３）前記研磨材スラリーが、アルミナ、シリカ、ダイヤモンド、希土類酸化物、又はジルコニアの研磨材を含む研磨材スラリーである、前記（１）又は（２）項に記載の研磨材粉の製造方法。
【００１７】
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨材粉の製造方法で得られる、研磨材粉。
【００１８】
（５）前記（４）項に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させてスラリー状にすることを含む、研磨材スラリーの製造方法。
【００１９】
（６）前記（４）項に記載の研磨材粉が液体媒体中に分散している、研磨スラリー。
【００２０】
（７）前記（４）項に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させて研磨材スラリーとし、このスラリーを用いて研磨を行う、研磨方法。
【００２１】
（８）前記（４）項に記載の研磨材粉を液体媒体に分散させて研磨材スラリーとする工程、及びこのスラリーを用いて基板を研磨する工程を含む、基板の製造方法。
【００２２】
（９）前記（４）項に記載の研磨材粉を樹脂又はその前駆体と混合し、成形することを含む、固定砥粒研磨パッドの製造方法。
【００２３】
（１０）前記（４）項に記載の研磨材粉が樹脂中に分散して固定されている、固定砥粒研磨パッド。
【００２４】
（１１）樹脂又はその前駆体を含有する研磨材スラリーをパルス燃焼ガスにより乾燥させて、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物を得ること特徴とする、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物の製造方法。
【００２５】
（１２）前記（１１）項に記載の研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物の製造方法で得られる、研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物。
【００２６】
（１３）前記（１２）項に記載の研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物を成形することを含む、固定砥粒研磨パッドの製造方法。
【００２７】
（１４）前記（１３）項に記載の固定砥粒研磨パッドの製造方法で得られる固定砥粒研磨パッド。
【００２８】
（１５）前記（１０）又は（１４）項に記載の固定砥粒研磨パッドを用いて研磨を行う、研磨方法。
【００２９】
（１６）前記（１０）又は（１４）項に記載の固定砥粒研磨パッドを用いて基板を研磨する工程を含む、基板の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の研磨材粉は、研磨材スラリーをパルス燃焼ガスに接触させることにより乾燥させて得られる。
【００３１】
本発明の方法は、アルミナ、シリカ、ダイヤモンド、希土類酸化物、ジルコニア等の研磨材に好ましく適用できる。特に好ましい研磨材は、精密研磨に用いられるセリウム系研磨材である。
【００３２】
原料として用いられる研磨材スラリーは、水のような液体媒体と研磨材のみのスラリーでもよいが、そのままあるいは希釈するだけで使用できるように調製された添加剤等を含むスラリーでもよい。添加剤として分散剤を含むスラリーを原料として用いることは、得られた研磨材粉を水等に投入したときに、簡単な攪拌だけで分散させることができる研磨材粉を得るために好ましい。また、樹脂又はその前駆体を含有する研磨材スラリーを原料として用いると、特に固定砥粒研磨パッドの製造に好ましく用いることができる研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物が得られる。
【００３３】
パルス燃焼ガスによる乾燥では、できるだけ乾燥品の残留水分量が少なくなるようにするのが一般的である。しかし、得られる研磨材粉の残留水分量が少なすぎると、良好な分散性を有する研磨材粉が得にくくなることが見出された。残留水分量は、好ましくは１〜５質量％、より好ましくは１．２〜３質量％、更により好ましくは１．３〜２．３質量％である。残留水分量が少なすぎると、研磨材粒子が凝集しやすくなり、スクラッチなどが発生しやすくなる。また、残留水分量が多すぎると、粉体とならないことがある。
【００３４】
この場合、研磨材粉に含有される水分は、乾燥時に残留水分として残したものであることが重要である。例えば、残留水分の少ない研磨材粉を得、その後、高湿度の環境に放置するなどして水分含有量を調節しても良好な研磨材性能は得られない。
【００３５】
残留水分量は、乾燥時の研磨材スラリーの供給速度、乾燥機の温度設定等により調整できる。
【００３６】
本発明の方法によって得られる研磨材粉から研磨材スラリーを製造する場合、この研磨材粉を任意の液体媒体と混合することができ、この液体媒体としては水又は有機溶媒、特に水を用いることができる。また、分散性、研磨性能に関する任意の添加剤を更に加えることもできる。また特許文献６でのように、感光性樹脂の粒子と組み合わせて用いることも当然に可能である。
【００３７】
このようにして得られる研磨材スラリーは一般的な研磨材スラリーと同様にして使用できる。
【００３８】
また本発明の研磨材粉は分散性が良好であるので、樹脂又はその前駆体との混合物とし、これを成形して固定砥粒研磨パッドを製造するためにも好ましい。ここで「（樹脂の）前駆体」は、少なくとも成形後には樹脂となるモノマーやオリゴマーのような材料を意味する。
【００３９】
特に、特許文献５でのように樹脂又はその前駆体を含有する研磨材スラリーを原料として用いる場合、このスラリーをパルス燃焼ガスに接触させて得た研磨材粉と樹脂又はその前駆体との混合物では、研磨材粉と樹脂又はその前駆体とが良好に混合されている。この混合物は、そのままで又は造粒した後で、成形することができる。
【００４０】
固定砥粒研磨パッドは例えば、研磨材粉と樹脂又はその前駆体と混合物を成形し、得られた成形体を随意に貼り付け等によって基材に固定し、必要に応じて外形加工及び平面加工を行うことによって製造できる。
【００４１】
本発明の固定砥粒研磨パッドで使用できる樹脂としては、成形可能な任意の樹脂、例えば熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂を挙げることができる。すなわち、本発明の固定砥粒研磨パッドにおいて熱可塑性樹脂を使用する場合、ホットプレス等によって加熱成形を行うことができる。また、本発明の固定砥粒研磨パッドにおいて熱硬化性樹脂を使用する場合、研磨材粉と樹脂との混合物を保持している型を加熱することによって成形を行うことができる。尚、本発明の固定砥粒研磨パッドでは感光性樹脂を使用することもでき、この場合には、紫外光などの光照射を伴って樹脂を加圧成形することができる。
【００４２】
ここで熱硬化性樹脂としては例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、特にフェノール樹脂及びウレタン樹脂が挙げられる。
【００４３】
熱可塑性樹脂としては例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂、ブタジエンスチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、及びアクリルゴム系ＭＢＳ樹脂等を挙げられる。
【００４４】
感光性樹脂としては例えば、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂メラミン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネイト樹脂、及びエポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４５】
このようにして得られる研磨材スラリー又は固定砥粒研磨パッドを用いて基板を研磨することができる。
【００４６】
これらの研磨材スラリー又は固定砥粒研磨パッドを用いて基板を研磨する場合、この基板としては、表面の平滑性を要求される任意の基板が挙げられる。特にハードディスクに用いられる磁気記録媒体用のガラス又はアルミニウム基板、及び集積回路用のシリコン等の半導体基板等が挙げられる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
〔実施例１〕
高精度ガラス用セリウム系研磨材スラリーＳＨＯＲＯＸ  Ｖ２１０４(昭和電工（株）製、固形分２０質量％)を、図１で示すパルス燃焼乾燥機(パルテック（株）製、ハイパルコン（R）ラボ・テスト機)を用いて乾燥し、研磨材粉を得た。
【００４９】
図１で示すパルス燃焼乾燥機においては、乾燥室１内のパルス燃焼装置５に燃料１１及び空気１２を供給してパルス燃焼ガスを発生させ、このパルス燃焼ガスに対してチューブポンプで研磨材スラリー１４を供給し、研磨材スラリー１４を乾燥させて研磨材粉を得た。ここで得られた研磨材粉は、燃焼ガス及び二次空気１３と共にサイクロン２及びバグフィルター３に輸送し、サイクロン２及びバグフィルター３の底部に配置された乾燥粉末回収容器６において回収した。また排気１５は、排気ブロワ４を経由させて排出した。
【００５０】
このときの研磨材スラリーの供給速度は２リットル／ｈであった。また、乾燥室温度は６７℃、乾燥室出口温度は６５℃、パルス燃焼ガス温度は２４０℃、パルスサイクルは１，０００回／ｓであった。得られた研磨材粉は、サイクロン２においてサイクロン分級を行って回収した。この研磨材粉の残留水分量を電子水分計(ザルトリウス（株）製、ＭＡ４０型)で測定した結果、残留水分量は１．３質量％であった。
【００５１】
次いで、上記方法で得られた研磨材粉を純水に混合して、固形分が１０質量％の研磨材スラリーを得、このスラリーを用いて研磨試験を行った。ここでこの研磨試験においては、研磨機として４ウエイタイプ両面研磨機（不二越機械工業（株）製５Ｂ型）を用い、研磨パッドとしてスウエードタイプ（千代田（株）製、シーガル１９００）を用いた。また、スラリー供給速度は６０ｍｌ／ｍｉｎ、下定盤回転数は９０ｒｐｍ、加工圧力は７５ｇ／ｃｍ2、研磨時間は１０ｍｉｎであった。
【００５２】
被加工物としては、市販の酸化セリウム系研磨材（東北金属化学（株）製ＳＨＯＲＯＸ  Ｈ−１）で予め研磨した２．５インチのアルミノシリケートを主成分とする強化ガラス基板（Ｒa＝９Å）を用いた。
【００５３】
研磨後のガラスディスクを研磨機より取り出し、純水による超音波洗浄を行い、乾燥して以下の（１）〜（３）の評価を行った。結果は表２でも示している。
【００５４】
（１）研磨レート
研磨前後でのディスクの重量変化から研磨レートを求めた。この測定の結果、研磨レートは０．６６μｍ／ｍｉｎであった。
【００５５】
（２）ディスク表面粗さ：Ｒａ
原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製、ＳＰＡ５００型）を用いて表面粗さＲａを測定した。このディスク表面粗さ測定の結果、ディスク表面粗さＲａは３．８Åであった。
【００５６】
（３）ディスク表面欠陥
微分干渉顕微鏡を用いて付着、ピット、スクラッチについて観察を行い、付着及びピットについてはそれらの有無を評価し、スクラッチについては相対本数で評価を行った。このディスク表面欠陥評価の結果、付着及びピットはどちらも無く、相対スクラッチ本数は１本／枚であった。
【００５７】
〔実施例２〜３〕
パルス燃焼乾燥機の運転条件を変えて残留水分量が異なる計２種類の条件を設定した以外は実施例１と同様な方法で、実施例２及び３の研磨材スラリーを製造し、評価を行った。実施例２及び３で用いた乾燥条件は表１に示している。また、評価の結果は表２に示している。
【００５８】
〔参考例〕
実施例１において原料として用いた研磨材スラリーを、乾燥せずにそのまま純水に混合し、固形分が１０質量％の研磨材スラリーを得た。この研磨材スラリーを用いて研磨評価を行った。結果は表２に示している。
【００５９】
〔比較例１〕
実施例１において原料として用いた研磨材スラリーをステンレスバットに入れ、熱風乾燥機で４８ｈにわたって１２０℃で静置乾燥した。乾燥後の残留水分量は０．５質量％未満であった。得られた乾燥塊を乾式解砕機(（株）レッチェ製、クロスビーターミルＳＫ１００型)で粉砕し、純水に混合して、固形分が１０質量％の研磨材スラリーを得た。この研磨材スラリーを用いて研磨評価を行った。結果は表２に示している。
【００６０】
〔比較例２〕
実施例１において原料として用いた研磨材スラリーを媒体流動層乾燥して研磨材粉とした。乾燥後の残留水分量は０．５質量％未満であった。得られた研磨材粉を純水に混合して、固形分が１０質量％の研磨材スラリーを得た。この研磨材スラリーを用いて研磨評価を行った。結果は表２に示している。
【００６１】
尚、この乾燥においては、媒体流動層乾燥機(（株）大川製作所製、スラリードライヤーＳＦＤ−０５型)を用いた。また、吹込温度１５０〜２００℃、排気温度１１０℃、風速４．６〜５．２ｍ／ｓ、スラリー供給量８〜２０ｋｇ／ｈであり、媒体ボールはφ２ｍｍジルコニアボール２０ｋｇを使用した。
【００６２】
【表１】
2006193711.tif 000003
【００６３】
【表２】
2006193711.tif 000004
【００６４】
〔実施例４〕
実施例１で得られた研磨材粉１ｋｇと、固定砥粒用バインダーとしての市販のアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂（テクノポリマー株式会社製ＴＥＣＨＮＯ  ＡＢＳ  １３０）２５９ｇを秤量し、両者を、市販の高速せん断型混合機（三井三池化工機製ヘンシェルミキサー）により混合した。次に、得られた混合物を成形温度２２０℃にて射出成形し、直径５５０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状成形物を得た。この成形物を台盤（ＣＭＰ装置に取り付けるためのカートリッジプレート）に接着剤で貼り付け、外形加工及び研磨作用面の平面加工を行って、外径５００ｍｍの固定砥粒研磨工具とした。
【００６５】
このようにして得られた研磨工具をＣＭＰ研磨試験機に取り付けて、研磨試験を行った。試験は、熱酸化膜を表面に成膜したＣＭＰ評価用のブランケットウエハーを用い、台盤の回転数を７０ｒｐｍにして行った。
【００６６】
研磨の前後での膜厚測定によって研磨速度を算出すると、研磨速度は毎分５００ｎｍであった。また、研磨後の表面欠陥測定によって表面欠陥の個数を測定すると、０．２μｍ以上の欠陥の数は合計３５８であった。ここで、表面欠陥のうちでスクラッチに相当するものは１２本であった。
【００６７】
〔比較例３〕
研磨材粉として比較例１で得られた研磨材粉を用いた以外は実施例４と同様な方法で円盤状成形物を得、台盤に接着し、そして外形加工及び平面加工して、固定砥粒研磨工具を作製した。
【００６８】
実施例４と同じ仕様の基板を用い、同じ条件で研磨試験を行った結果、研磨速度は毎分４００ｎｍ、表面欠陥の個数は８４２であった。また、表面欠陥のうちでスクラッチは５６本であった。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】実施例１〜３において研磨スラリーの乾燥のために使用した装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    乾燥室
２    サイクロン
３    バグフィルター
４    排気ブロワ
５    パルス燃焼装置
６    乾燥粉末回収容器
１１    燃料
１２    空気
１３    二次空気
１４    原料研磨材スラリー
１５    排気
【図１】
2006193711.tif 000005