(57)【要約】【課題】非晶質固体が付着した酸化セリウム系研磨材から、酸化セリウム系研磨材を製造できる方法を提供する。【解決手段】非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を遠心分離し、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む分離堆積物を得る工程を行う。非晶質固体の溶解剤と分離堆積物とを水中で混合することにより、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を溶解させる溶解工程を行う。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化セリウム系研磨材と水とを用いて非晶質固体を研磨した際に得られる、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を遠心分離し、前記非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む分離堆積物を得る工程と、
非晶質固体の溶解剤と前記分離堆積物とを水中で混合することにより、前記酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を溶解させる溶解工程と、
を備える、酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質固体の溶解剤としてアルカリ成分を用いる、請求項１に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項３】
前記アルカリ成分として、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の少なくとも一方を用いる、請求項２に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項４】
前記非晶質固体は、アモルファスシリコンまたは酸化ケイ素を含むガラスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項５】
前記酸化ケイ素を含むガラスは、硼珪酸塩系ガラスまたは珪酸塩系ガラスである、請求項４に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項６】
前記溶解工程において、アルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのＯＨ−の量と、前記分離堆積物に含まれるＳｉの量との比（ＯＨ−の量（モル部）/Ｓｉの量（モル部））が１５〜２００となるように前記アルカリ成分と前記分離堆積物とを混合する、請求項４または５に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【請求項７】
前記非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材におけるＳｉの含有量がＳｉＯ２換算で０．３質量％以上である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の酸化セリウム系研磨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化セリウム系研磨材の製造方法に関する。特に、本発明は、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材から酸化セリウム系研磨材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス、アモルファスシリコンなどの無機非晶質固体の研磨方法として、酸化セリウム系研磨材を用いたケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）が広く用いられている。このケミカルメカニカルポリッシングは、例えばアルミナ粒子やシリカ粒子などのような、研磨される材料よりも硬い研磨材を用いて機械的に研磨する方法とは異なり、研磨材と研磨される材料との化学反応を主として利用する方法である。
【０００３】
例えば、酸化セリウム系研磨材を用いて珪酸塩ガラスを研磨する場合、酸化セリウムの硬度は珪酸塩ガラスの硬度よりも低いため、機械的に珪酸塩ガラスが研磨されるわけではない。酸化セリウム系研磨材を用いた研磨においては、酸化セリウム系研磨材の表面に露出している酸化セリウムと非晶質固体とが化学反応し、酸化セリウム系研磨材に非晶質固体片が付着していく。これにより、非晶質固体の表面が研磨されていく。
【０００４】
このように、酸化セリウム系研磨材を用いた研磨では、酸化セリウム系研磨材の表面と非晶質固体との化学反応によって進行していく。このため、酸化セリウムが酸化セリウム系研磨材の表面に露出している必要がある。しかしながら、非晶質固体の研磨に用いた酸化セリウム系研磨材の表面には、研磨により生じた非晶質固体片が付着している。このため、使用済みの酸化セリウム系研磨材は、研磨能力が低い。よって、使用済みの酸化セリウム系研磨材を再生するためには、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を除去する必要がある。
【０００５】
これに鑑み、例えば特許文献１や特許文献２では、使用済みの酸化セリウム系研磨材の懸濁液に分散剤を添加した後、この懸濁液にアルカリ成分をさらに添加することによって酸化セリウム系研磨材の表面に付着したケイ素成分を除去し、酸化セリウム系研磨材を再生する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２０５４６０号公報
【特許文献２】特許第３４１３３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び２で提案された方法では、酸化セリウム系研磨材の再生に大量のアルカリ成分を使用する必要がある。よって、これらの方法では、使用したアルカリ成分の後処理に大きな労力がかかり、環境への負荷も大きいという問題点がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラスなどの非晶質固体が付着した酸化セリウム系研磨材から、酸化セリウム系研磨材を好適に製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述のように、酸化セリウム系研磨材は、酸化セリウム系研磨材と非晶質固体とが化学的に反応することを利用して非晶質固体の研磨を行うためのものである。このため、従来、研磨された非晶質固体の多くは、酸化セリウム系研磨材に付着しているものと考えられていた。また、非晶質固体の付着により酸化セリウム系研磨材による研磨速度が低下することからも、研磨された非晶質固体の多くが酸化セリウム系研磨材に付着した状態で存在しているものと考えられていた。
【００１０】
しかしながら、本発明者が鋭意研究した結果、酸化セリウム系研磨材によりガラスなどの非晶質固体を研磨した場合、研磨された非晶質固体のごく一部のみが酸化セリウム系研磨材の表面に付着しており、大部分は、非溶解の状態で使用済みの酸化セリウム系研磨材の懸濁液（廃液）中に分散していることが見出された。このことは、上述の酸化セリウム系研磨材の研磨原理や、経時的に研磨速度が低下する事実などからして、本発明者にとって驚くべき事実であった。なかでも、使用済みの酸化セリウム系研磨材の懸濁液中の非晶質固体の多くが、固体として廃液中に分散していることは特に驚くべきことであった。
【００１１】
本発明者は、この新たに発見された事実に基づき、さらに鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の酸化セリウム系研磨材の製造方法は、酸化セリウム系研磨材と水とを用いて非晶質固体を研磨した際に得られる、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を遠心分離する。これにより、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む分離堆積物を得る。その後、非晶質固体の溶解剤と分離堆積物とを水中で混合する。これにより、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を溶解させる。
【００１３】
なお、本発明において、酸化セリウム系研磨材とは、酸化セリウムを主成分とする研磨材をいう。酸化セリウム系研磨材には、酸化セリウム以外の無機成分や界面活性剤などが含まれていてもよい。
【００１４】
本発明の酸化セリウム系研磨材の製造方法においては、非晶質固体の溶解剤としてアルカリ成分を用いてもよい。アルカリ成分としては、アルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の少なくとも一方を用いることができる。
【００１５】
本発明の酸化セリウム系研磨材の製造方法において、非晶質固体は、アモルファスシリコンまたは酸化ケイ素を含むガラスであってもよい。酸化ケイ素を含むガラスは、硼珪酸塩系ガラスまたは珪酸塩系ガラスであってもよい。
【００１６】
なお、本発明において、ガラスには、結晶化ガラスが含まれるものとする。
【００１７】
本発明の酸化セリウム系研磨材の製造方法では、溶解工程において、アルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのＯＨ−の量と、分離堆積物に含まれるＳｉの量との比（ＯＨ−の量（モル部）/Ｓｉの量（モル部））が１５〜２００となるようにアルカリ成分と分離堆積物とを混合することが好ましい。
【００１８】
本発明の酸化セリウム系研磨材の製造方法において、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材におけるＳｉの含有量は、ＳｉＯ２換算で０．３質量％以上であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ガラスなどの非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材から、酸化セリウム系研磨材を好適に製造できる。特に、本発明によれば、アルカリ成分などの非晶質固体の溶解剤の使用量を抑えられるため、従来の方法に比して、労力が小さく、環境への負荷も小さい、酸化セリウム系研磨材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
【００２１】
（分離堆積物を得る工程）
まず、無機非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を用意する。この懸濁液は、酸化セリウム系研磨材と水とを用いて非晶質固体を研磨した際に得られるものである。より具体的には、懸濁液は、非晶質固体の研磨に使用され、研磨能力が低下して使用済みとなった酸化セリウム系研磨材の懸濁液であってもよい。
【００２２】
非晶質固体を研磨する際に使用される酸化セリウム系研磨材は、公知の酸化セリウム系研磨材であってよい。酸化セリウム系研磨材は、市販品が容易に入手可能である。
【００２３】
酸化セリウム系研磨材のメディアン径（Ｄ５０）は、通常０．３μｍ〜５μｍ程度である。
【００２４】
酸化セリウム系研磨材によって研磨される非晶質固体としては、例えばアモルファスシリコン、酸化ケイ素を含むガラスなどのケイ素を含有するもの等が挙げられる。酸化ケイ素を含むガラスとしては、例えば硼珪酸塩系ガラス、珪酸塩系ガラス（ソーダ石灰ガラスを含む）などが挙げられる。
【００２５】
酸化セリウム系研磨材は、非晶質固体の表面に接触した際に、非晶質固体と化学反応する。このとき、非晶質固体片が酸化セリウム系研磨材の表面に付着する。これにより、非晶質固体の研磨が進行すると考えられている。従って、使用済みの酸化セリウム系研磨材には、研磨した非晶質固体から発生した非晶質固体片が付着している。すなわち、本実施形態において、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体は、アモルファスシリコン、酸化ケイ素を含むガラスなどの非晶質固体である。
【００２６】
例えばケイ素（Ｓｉ）を含む非晶質固体の研磨を行った場合、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材におけるＳｉの含有量は、ＳｉＯ２換算で通常０．３質量％以上となる。非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材におけるＳｉの含有量は、ＳｉＯ２換算で０．３質量％〜７．０質量％程度であってもよい。
【００２７】
次に、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を遠心分離して、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む分離堆積物を得る。
【００２８】
酸化セリウムの比重は、７．２程度である。一方、アモルファスシリコンや酸化ケイ素を含むガラスなどの非晶質固体の比重は、通常２．０〜３．０程度である。よって、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液を遠心分離することで、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を分離堆積物とし、懸濁液中に分散している非晶質固体を上澄み液中に存在させることができる。
【００２９】
なお、懸濁液の遠心分離の条件は、懸濁液中に分散している非晶質固体の比重等に応じて適宜設定することができる。懸濁液の遠心分離は、例えば、５００Ｇ〜２００００Ｇ程度の加速度で行うことができる。
【００３０】
分離堆積物を得る工程における堆積物の回収率は、通常８０％以上である。堆積物の回収率は、９０％以上であることが好ましい。但し、堆積物の回収率をあまりに高めようとすると、懸濁液中に分散した非晶質固体が遠心分離によって堆積する量が増える。すなわち、堆積物中に含まれる非晶質固体の量が多くなってしまう。よって、堆積物の回収率は、９９％以下とすることが好ましい。
【００３１】
（溶解工程）
次に、分離堆積物を得る工程で得られた堆積物と、非晶質固体の溶解剤とを水中で混合する。これにより、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を水中に溶解させる。この溶解工程において、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体を水中に溶解させることにより、表面に非晶質固体が付着していない酸化セリウム系研磨剤の水懸濁液が得られる。
【００３２】
非晶質固体の溶解剤としては、例えばアルカリ成分などを用いることができる。
【００３３】
アルカリ成分としては、例えばアルカリ金属の水酸化物及びアルカリ金属の炭酸塩の少なくとも一方を用いることができる。アルカリ金属の水酸化物の中でも、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムがより好ましく用いられる。また、アルカリ金属の炭酸塩の中でも、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムがより好ましく用いられる。アルカリ成分は、水と混合してアルカリ水溶液として用いればよい。
【００３４】
溶解剤としてアルカリ成分を使用する場合、アルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのＯＨ−の量と、分離堆積物に含まれるＳｉの量との比（ＯＨ−の量（モル部）/Ｓｉの量（モル部））が、１５〜２００となるようにアルカリ成分と分離堆積物とを混合することが好まく、２０〜１５０となるようにアルカリ成分と分離堆積物とを混合することがより好ましい。すなわち、アルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのＯＨ−の量が、分離堆積物に含まれるＳｉの量の１５倍〜２００倍程度となるようにアルカリ成分と分離堆積物とを混合することが好ましく、２０倍〜１５０倍程度となるようにアルカリ成分と分離堆積物とを混合することがより好ましい。ＯＨ−の量とＳｉの量との比（ＯＨ−の量（モル部）/Ｓｉの量（モル部））が小さすぎると、酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体の溶解が不十分となる場合がある。一方、ＯＨ−の量とＳｉの量との比（ＯＨ−の量（モル部）/Ｓｉの量（モル部））が大きすぎると、溶解剤の量が過剰となり、後処理の労力が増え、環境への負荷も大きくなる場合がある。
【００３５】
溶解工程の条件は、酸化セリウム系研磨剤に付着している非晶質固体の種類や、溶解剤の種類等に応じて適宜設定することができる。溶解工程は、例えば、４０℃〜７０℃程度で行うことができる。溶解剤としてアルカリ成分を使用する場合、溶解工程において、アルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのｐＨは、例えば１１〜１３程度とすることができる。
【００３６】
溶解工程では、非晶質固体の溶解剤と酸化セリウム系研磨材の表面に付着した非晶質固体とを十分に接触させることが重要である。従って、溶解工程において、溶解剤と分離堆積物との混合は、撹拌棒や撹拌羽などにより撹拌して行うことが好ましい。溶解剤と分離堆積物との混合時間は、例えば、１時間〜１０時間程度とすることができる。
【００３７】
（分離工程）
次に、溶解工程で得られた水懸濁液から、固体として存在する酸化セリウム系研磨材と、溶解剤により溶解した非晶質固体や溶解剤などの水溶液とを分離する。分離する方法は、特に限定されない。分離する方法は、例えば濾過や遠心分離により行うことができる。
【００３８】
ところで、従来のように、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨剤を含む懸濁液に遠心分離を行うことなく溶解剤を加えた場合は、酸化セリウム系研磨剤の表面に付着している非晶質固体の溶解にのみならず、酸化セリウム系研磨剤に付着しておらず、懸濁液中に独立して分散している非晶質固体の溶解にも溶解剤が消費される。このため、酸化セリウム系研磨剤の表面に付着した非晶質固体を溶解させるためには、酸化セリウム系研磨剤の表面に付着している非晶質固体の量と、懸濁液中に独立して分散している非晶質固体の量との総和に対応した量の溶解剤を投入する必要がある。よって、多量の溶解剤を投入する必要がある。
【００３９】
それに対して本実施形態では、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材を含む懸濁液に非晶質固体の溶解剤を加える前に、懸濁液を遠心分離する。このため、非晶質固体の溶解工程に先立って、懸濁液中に独立して分散していた非晶質固体の大部分が、非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨剤から分離される。本実施形態では、その後に、溶解剤による非晶質固体の溶解を行う。このため、酸化セリウム系研磨剤の表面に付着した非晶質固体のみの量に対応した量の溶解剤を投入すれば足りる。よって、溶解剤の使用量を少なくすることができる。
【００４０】
より詳細には、本発明者らが鋭意研究した結果、懸濁液中に含まれる非晶質固体が表面に付着した酸化セリウム系研磨材の量は、通常０．５質量％〜４０質量％程度である。また、懸濁液を乾燥して得られる固形分中に占める非晶質固体の量は、通常５〜１０質量％程度であるが、懸濁液から遠心分離により分離した後の分離堆積物における非晶質固体の量（酸化セリウム研磨材の表面に付着した非晶質固体の量）は、１質量％以下であることが判った。すなわち、懸濁液に含まれる非晶質固体の、実に８０質量％〜９５質量％が懸濁液中に独立して分散している。懸濁液に含まれる非晶質固体の大部分を占める、独立して分散した非晶質固体の大部分を遠心分離により予め除去しておくことにより、溶解対象となる非晶質固体の量を、８０質量％以上低減することができる。従って、溶解剤の使用量を、８０％以上少なくすることができる。
【００４１】
以下、本発明について、具体的な実験例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実験例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００４２】
（実験例１）
メディアン径（Ｄ５０）が２．４８μｍであり、酸化セリウム（ＣｅＯ２）の含有量が９６．７質量％であり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有量が０．０１質量％である酸化セリウム系研磨材を水と混合し、酸化セリウム系研磨材を２０質量％で含む酸化セリウム系研磨材懸濁液５ｋｇを用意した。
【００４３】
酸化セリウム系研磨材懸濁液を適宜供給しながら、１２枚のガラス板（ホウ珪酸ガラス）の表面（鏡面）を６０分間研磨した。その際に、研磨開始から６０分までの間に研磨されたガラス板の厚みから、研磨開始から６０分までの研磨速度の平均値を算出した。その結果、研磨開始から６０分までの研磨速度の平均値は、０．１７μｍ／分であった。研磨開始から６０分までの間には、ガラス板の表面に傷及び汚れが発生したものはなかった。結果を下記表１に示す。なお、傷及び汚れの確認方法は、以下の通りである。
【００４４】
（傷の確認方法）
ガラス板表面２５ｃｍ２に５０万ＬＵＸの光を照射し、目視で表面観察して、傷の数を確認した。
【００４５】
（汚れの確認方法）
ガラス板表面２５ｃｍ２に５０万ＬＵＸの光を照射し、目視で表面観察して、汚れの数を確認した。
【００４６】
（比較例１）
研磨時間を７万分間とした以外は、実験例１と同様にして１２枚のガラス板の表面を研磨した。７万分間研磨後の研磨材について、実験例１と同様にして６０分までの研磨速度の平均値を算出した。さらに、実験例１と同様にして、研磨後のガラス板１２枚について、傷と汚れを確認した。結果を下記表１に示す。
【００４７】
（参考例１）
研磨時間を７万分間とした以外は、実験例１と同様にして１２枚のガラス板の表面を研磨した。研磨後に得られた懸濁液５ｋｇを加速度８００Ｇの条件で２分間遠心分離し、分離堆積物を０．８ｋｇ得た（回収率８０％）。得られた分離堆積物を酸化セリウム系研磨材とし、実験例１と同様にして酸化セリウム系研磨材懸濁液を調製して、６０分までの研磨速度の平均値を算出した。結果を下記表１に示す。なお、参考例１では、研磨速度が十分に高くなかったため、研磨後のガラス板表面の傷と汚れは確認しなかった。
【００４８】
（実施例１）
研磨時間を７万分間とした以外は、実験例１と同様にして１２枚のガラス板の表面を研磨した。次に、参考例１と同様にして、研磨後に得られた懸濁液４４ｋｇを遠心分離し、分離堆積物を７ｋｇ得た。得られた分離堆積物７ｋｇに水酸化ナトリウム水溶液を４７Ｌを加え、６０℃に保温しながら撹拌棒で５時間撹拌した。なお、水酸化ナトリウム水溶液の量は、水酸化ナトリウム水溶液中のＯＨ−の量（モル部）が分離堆積物中に含まれるＳｉの量（モル部）の９５倍となるように調整した。水酸化ナトリウム水溶液のｐＨは１１．２であった。次に、得られた水懸濁液を遠心分離し、分離堆積物５ｋｇを得た。
【００４９】
得られた堆積物を酸化セリウム系研磨材とし、実験例１と同様にして酸化セリウム系研磨材懸濁液を調製して、６０分までの研磨速度の平均値を算出した。さらに、実験例１と同様にして、研磨後のガラス板１２枚について、傷と汚れを確認した。結果を下記表１に示す。
【００５０】
（実施例２）
水酸化ナトリウム水溶液中のＯＨ−の量（モル部）が分離堆積物中に含まれるＳｉの量（モル部）の１０倍となるように調整したこと以外は、実施例１と同様にして分離堆積物を得た。得られた分離堆積物を研磨材とし、実験例１と同様にして６０分までの研磨速度の平均値を算出した。さらに、得られた分離堆積物を酸化セリウム系研磨材とし、実験例１と同様にして酸化セリウム系研磨材懸濁液を調製して、研磨後のガラス板１２枚について、表面の傷と汚れを確認した。結果を下記表１に示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１に示すように、分離堆積物を得る工程を有さない比較例１の研磨材、すなわち７万分間使用した使用済みの研磨材を含む懸濁液には、４．２２質量％のＳｉＯ２が含まれていた。一方、参考例１において、分離堆積物を得る工程を経て得られた懸濁液中には、０．５３質量％しかＳｉＯ２が含まれていなかった。すなわち、分離堆積物を得る工程で懸濁液を遠心分離することより、懸濁液中に分散している非晶質固体（ＳｉＯ２）が効率的に取り除かれていることが分かる。
【００５３】
実施例１及び２の方法では、アルカリ成分による溶解工程をさらに行った。溶解工程を経て得られた懸濁液中に含まれるＳｉＯ２の量は、さらに少なくなっている。これにより、実施例１及び２で得られた研磨材は、比較例１や参考例１で得られた研磨材に比して、高い研磨速度でガラスを研磨することが可能となっている。
【００５４】
実施例１では、溶解工程において加えるアルカリ成分をアルカリ水溶液としたときのＯＨ−の量が、分離堆積物に含まれるＳｉの量の９５倍であり、実施例２における１０倍よりも高い値になっている。これにより、実施例１で得られた研磨材は、より傷と汚れが生じ難い。