研磨浆料的制作方法、研磨磨粒、研磨浆料、以及玻璃基板的制造方法与流程

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研磨浆料的制作方法、研磨磨粒、研磨浆料、以及玻璃基板的制造方法与制造工艺

本发明涉及研磨浆料的制作方法、研磨磨粒、研磨浆料、以及玻璃基板的制造方法。



背景技术:

对于磁盘、光掩模或作为其基板的掩模基板等中使用的玻璃基板,通常在使用以氧化铈(二氧化铈)为主要成分的研磨磨粒(下文中称为铈系研磨材料)进行研磨后,使用胶态二氧化硅进行抛光研磨。其中,铈系研磨材料由于包含昂贵的稀土元素的氧化物,因而在使用后进行回收而进行再利用。

关于用于将铈系研磨材料再利用的再生方法,例如,通过在从使用过的研磨浆料中去除异物后进行固液分离,并对其固体成分进行干燥、烧制、破碎,进而进行过滤来进行。作为现有的研磨材料的再生方法,已知:为了使已降低的使用过的研磨材料的研磨速率接近未使用的研磨材料的研磨速率,例如在进行固液分离前对使用过的研磨浆料实施酸处理(例如,专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-276055号公报



技术实现要素:

发明所要解决的课题

关于铈系研磨材料,可知:通过烧制而在晶界发生结合,在实际的研磨时作为颗粒发挥作用的粒径变大,从而研磨速率提高。但是,即便是通过利用专利文献1的方法进行再生而使研磨速率恢复至接近未使用的研磨材料的水平的研磨材料,晶界处的结合力也不充分,因而再使用时容易破碎而直径变小,研磨速率有时会降低。另外可知,若使用中研磨材料破碎而生成大量分解颗粒,则研磨材料的粒度分布变得不均匀,粒径大的研磨材料所受到的负荷变大,由此对玻璃基板施加的负荷局部变大,玻璃基板容易产生研磨瑕疵。

本发明的目的在于提供一种在研磨速率得到改善的同时还能够抑制玻璃基板的损伤的产生的研磨浆料的制作方法、研磨磨粒和研磨浆料。另外,本发明的目的在于提供使用了这样的研磨浆料、研磨磨粒的玻璃基板的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的第1方式为一种研磨浆料的制作方法,其为包含用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒的研磨浆料的制作方法,其特征在于,该制作方法具备:

向包含作为上述研磨磨粒的原料的原料磨粒的原料浆料中添加粘结剂的添加处理;

使包含上述粘结剂的原料浆料干燥而制作含有上述粘结剂的原料磨粒的块的干燥处理;和

对上述原料磨粒的块进行烧制而制作含有上述粘结剂的原料磨粒的集合体的烧制处理。

上述粘结剂优选包含二氧化硅颗粒。

上述粘结剂的平均粒径优选为3nm~20nm。

上述原料磨粒的平均粒径优选为0.3μm~2μm。

优选的是,进一步具备将上述原料磨粒的集合体破碎而制作上述研磨磨粒的破碎处理,

通过上述破碎处理制作的研磨磨粒的平均粒径为0.5μm~10μm。

优选的是,在上述添加处理中,进一步添加用于抑制上述粘结剂彼此的凝集的粘结剂凝集抑制剂,

在上述干燥处理中,上述粘结剂藉由上述粘结剂凝集抑制剂而被分散配置于上述原料磨粒的块中。

优选的是,在上述烧制处理中,通过对上述原料磨粒的块进行烧制而使上述粘结剂凝集抑制剂的至少一部分消失。

上述粘结剂凝集抑制剂优选为多糖类,更优选为通过加热而溶于水或发生凝胶化的多糖类。

优选在800℃以下的温度进行上述烧制。

在上述干燥处理中,优选通过喷雾干燥使包含上述粘结剂的原料浆料干燥。

上述原料浆料优选包含在玻璃基板的研磨处理中使用的二氧化铈颗粒。

上述第1方式的另一方式为一种研磨磨粒,其为在玻璃基板的研磨处理中使用的研磨磨粒,其特征在于,

在该研磨磨粒中,二氧化硅颗粒作为粘结剂存在于二氧化铈或氧化锆的颗粒之间。

上述研磨磨粒优选根据JIS R1639-5测定的抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa。

上述第1方式的另一方式为一种研磨浆料,其特征在于,

其包含上述另一方式的研磨磨粒。

上述第1方式的另一方式为一种玻璃基板的制造方法,其特征在于,

使用通过上述研磨浆料的制作方法制作的研磨浆料、上述研磨磨粒、或者上述研磨浆料而对玻璃基板的表面进行研磨。

本发明的第2方式为一种研磨浆料的制作方法,其为包含用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒的研磨浆料的制作方法,其特征在于,该制作方法具备:

向包含作为上述研磨磨粒的原料的原料磨粒的原料浆料中添加造孔剂的添加处理;

使包含上述造孔剂的原料浆料干燥而制作含有上述造孔剂的原料磨粒的块的干燥处理;和

对上述原料磨粒的块进行烧制而使上述造孔剂的至少一部分消失,从而在上述造孔剂所位于的上述原料磨粒的块的部分形成空隙的烧制处理。

上述造孔剂优选为多糖类,更优选为通过加热而溶于水或发生凝胶化的多糖类。

在上述原料磨粒的块中,上述造孔剂的平均粒径优选为3μm~20μm。

上述原料磨粒的平均粒径优选为0.3μm~2μm。

优选的是,进一步具备将上述原料磨粒的集合体破碎而制作上述研磨磨粒的破碎处理,

通过上述破碎处理制作的研磨磨粒的平均粒径为0.5μm~10μm。

在上述干燥处理中,优选通过喷雾干燥使包含上述造孔剂的原料浆料干燥。

上述原料浆料优选包含在玻璃基板的研磨处理中使用的二氧化铈颗粒。

优选的是,在上述添加处理中,进一步添加配置于上述原料磨粒的表面的粘结剂,

在上述干燥处理中,上述粘结剂藉由上述造孔剂而被分散配置于上述原料磨粒的块中。

上述研磨磨粒优选根据JIS R1639-5测定的抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa。

上述第2方式的另一方式为一种玻璃基板的制造方法,其特征在于,

使用通过上述研磨浆料的制作方法制作的研磨浆料而对玻璃基板的表面进行研磨。

发明的效果

根据本发明的研磨浆料的制作方法,原料磨粒的集合体的原料磨粒彼此藉由粘结剂结合,晶界的强度提高,因而由该原料磨粒的集合体制作的研磨磨粒在使用中难以破碎。因此,抑制了因破碎生成的分解颗粒而使玻璃基板产生损伤。另外,研磨磨粒是由原料磨粒被粘结剂接合而粒径变大的物质所制作的,由此研磨速率提高,同时由于难以破碎而可以维持高研磨速率。

本发明的研磨磨粒和研磨浆料包含在表面配置有粘结剂的二氧化铈或氧化锆的颗粒,与不具有粘结剂的研磨磨粒相比,研磨磨粒难以破碎,抑制了研磨速率的降低。

根据本发明的玻璃基板的制作方法,能够以高研磨速率对玻璃基板进行研磨,同时可得到损伤少的玻璃基板。

附图说明

图1中,图1的(a)是示出第1和第2实施方式的原料磨粒的块的图。图1的(b)是示出第1和第2实施方式的原料磨粒的集合体的图。

图2是概念性地示出通过第1和第2实施方式的研磨浆料的制作方法所制作的研磨磨粒的图。

具体实施方式

下面,对本发明的研磨浆料的制作方法、研磨磨粒、研磨浆料、和玻璃基板的制造方法进行详细说明。

<第1实施方式>

(研磨浆料的制作方法)

对本发明的第1实施方式进行说明。

第1实施方式的研磨浆料的制作方法为包含用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒的研磨浆料的制作方法,该制作方法具备添加处理、干燥处理、烧制处理的各处理。在添加处理中,向包含作为研磨磨粒的原料的原料磨粒的原料浆料中添加粘结剂。在干燥处理中,使包含粘结剂的原料浆料干燥而制作含有粘结剂的原料磨粒的块。在烧制处理中,对原料磨粒的块进行烧制而制作含有粘结剂的原料磨粒的集合体。

原料浆料是将水作为分散介质并使原料磨粒分散开而得到的。

原料磨粒的块是指2个以上的原料磨粒聚集而形成的块状物,原料磨粒的块具有原料磨粒、粘结剂和任选混配的粘结剂凝集抑制剂。原料磨粒的块例如具有下述形态:大量的原料磨粒附着于包含水分的粘结剂凝集抑制剂以覆盖其表面,在原料磨粒之间分散配置有粘结剂。

原料磨粒的集合体是指在原料磨粒的块中通过至少一部分的粘结剂(例如,通过粘结剂熔化并凝固)而使原料磨粒彼此接合而成的物质。原料磨粒的集合体具有原料磨粒和粘结剂。原料磨粒的集合体优选具有孔(空隙),该孔(空隙)是通过原料磨粒的块中包含的至少一部分的粘结剂凝集抑制剂消失而形成的。

另外,可以将干燥处理后、烧制处理前的状态称为原料磨粒的块,可以将烧制处理后、破碎处理前的状态称为原料磨粒的集合体。

需要说明的是,对玻璃基板的用途没有特别限定,例如为液晶显示装置等各种显示装置用的面板;光掩模或作为其基板的掩模基板;HDD装置用的磁盘。玻璃基板的研磨处理例如在后述的玻璃基板的制造方法中使用双面研磨装置来进行。

对研磨磨粒没有特别限制,从除了机械作用外还可利用化学作用对玻璃基板进行研磨的方面出发,优选使用铈系研磨材料、或以氧化锆(zirconia)为主要成分的氧化锆系研磨材料。研磨浆料是将水作为分散介质并使研磨磨粒分散开而得到的,研磨磨粒在研磨处理中作为游离磨粒而使用。研磨浆料除了包含研磨磨粒、水以外,例如还可以包含磷酸系分散剂等其它成分。对研磨浆料中的研磨磨粒的浓度没有特别限制,例如为1质量%~30质量%、优选为3质量%~20质量%。

(a)添加处理

原料磨粒是通过第1实施方式的方法所制作的研磨浆料中包含的研磨磨粒的原料,在使用后述使用过的研磨浆料中包含的研磨磨粒作为原料磨粒的情况下,原料磨粒是指该使用过的研磨磨粒。原料磨粒的平均粒径优选为0.3μm~2μm。通过使用这种平均粒径的原料磨粒,可以制作适于进行玻璃基板的研磨处理的大小的研磨磨粒。已知的是,在处于0.3μm~2.0μm的范围的原料磨粒中平均粒径比较小(例如0.3μm~小于0.5μm)的原料磨粒在固液分离中难以被回收,而且即便能够回收,利用现有方法所再生的原料磨粒在研磨处理中粒径也会变小,研磨速率降低,或者玻璃基板会产生损伤。根据第1实施方式的制作方法,如后所述制作适度硬度(抗压强度)的研磨磨粒,因此适合于将平均粒径比较小的物质作为原料磨粒来制作研磨浆料。需要说明的是,原料磨粒是几个至几十个一次颗粒凝集而成的二次颗粒,原料磨粒的平均粒径是指二次颗粒的平均粒径。需要说明的是,在实际的研磨时作为1个研磨磨粒的颗粒发挥作用的是二次颗粒。另外,本说明书中,平均粒径是指中值粒径(d50)。d50是例如基于激光衍射散射式粒度分布测定法的累积粒径自微粒侧起与累积50%相对应的粒径。

原料浆料可以为未使用的物质,也可以为使用过的研磨浆料。本说明书中,使用过是指在玻璃基板的研磨处理中至少使用了一次的情况。在利用使用过的研磨浆料制作研磨浆料的情况下,可以将使用过的研磨磨粒再循环,可以抑制研磨浆料的成本。需要说明的是,本说明书中,在利用使用过的研磨浆料作为原料浆料的情况下,可以将本实施方式的研磨浆料的制作方法称为使用过的研磨浆料的再生方法,在该研磨浆料包含以二氧化铈颗粒为主要成分的铈系研磨材料的情况下,可以称为使用过的二氧化铈浆料的再生方法。

另外,被用作原料磨粒的使用过的研磨浆料也可以是通过使用过的研磨浆料的再生方法所再生的研磨浆料。该情况下,通过将使用过的研磨浆料反复再生使用,可以将研磨浆料的成本抑制得更低。

粘结剂通过在烧制处理时熔化而将原料磨粒彼此接合,从而可以提高晶界的强度。需要说明的是,晶界是指相邻的原料磨粒之间的边界。由此,研磨磨粒的二次粒径(研磨时作为1个研磨磨粒的颗粒发挥作用的颗粒的粒径)变大,从而研磨磨粒的研磨速率提高,同时在研磨处理中难以破碎,可以维持高研磨速率。另一方面,与原料磨粒彼此直接接合的情况相比,在原料磨粒彼此藉由粘结剂接合的情况下,晶界的强度不会过强,因而可抑制研磨处理中玻璃基板产生损伤。

另外,若在研磨处理中容易破碎,则小颗粒的比例增加,研磨负荷较大地施加到相对减少的大颗粒,因此容易产生研磨瑕疵。由此,通过粘结剂使磨粒彼此接合,从而可以抑制研磨瑕疵的产生。

另一方面,包含粘结剂的原料磨粒的集合体由于晶界的强度不会过强,因而通过超声波照射等可以容易地破碎,能够以适合于研磨处理的尺寸得到粒度分布均匀的研磨磨粒。因此,不需要通过成本高的粉碎等进行破碎,而且也不需要分级,能够以低成本简便地制作研磨磨粒。

具体而言,粘结剂使用在烧制工序中不会消失的物质。从这方面考虑,粘结剂的分解温度优选为超过烧制工序中的烧制温度的温度。因此,优选不是有机物。这是因为,有机物的粘结剂在烧制工序中会消失。粘结剂优选为由无机化合物构成的颗粒,其中,从在原料浆料中的分散性优异的方面出发,优选由二氧化硅(silica)、二氧化钛(titania)等氧化物、或它们的水合物、铝硅酸盐等玻璃、氢氧化铈、氢氧化硅、氢氧化锆等氢氧化物构成的颗粒。其中,二氧化硅由于在比较低的温度(例如800℃以下)下熔化而将原料磨粒彼此接合,因此即便烧制处理时的烧制温度为这样的低温,也可以提高原料磨粒的晶界的强度。关于二氧化硅,认为其在浆料中以水合物的形式存在,在烧制处理时发生脱水而形成二氧化硅无水合物,由此将原料磨粒彼此接合。需要说明的是,晶界是指相邻的原料磨粒之间的边界。作为二氧化硅,例如可以举出胶态二氧化硅、气相法二氧化硅,从分散性更优异的方面出发,优选使用胶态二氧化硅。需要说明的是,在二氧化硅或玻璃熔化而将原料磨粒彼此接合的情况下,还认为一部分形成了玻璃化的结合。

粘结剂的平均粒径优选为3nm~20nm。这种平均粒径的粘结剂相对于原料磨粒足够小,在干燥处理、烧制处理中容易被分散配置于原料磨粒之间,作为将原料磨粒彼此接合的粘结剂可良好地发挥功能。粘结剂的平均粒径小于3nm的情况下,原料磨粒彼此的接合有时变得不充分,大于20nm时,粘结剂彼此接合而形成粗大颗粒,有时会引起研磨瑕疵。粘结剂的平均粒径可以使用激光衍射粒度分布测定装置来测定。

粘结剂优选为在后述玻璃基板的制造方法的第2研磨处理中使用的使用过的研磨磨粒。作为使用过的研磨磨粒,例如胶态二氧化硅通常在使用后被废弃,因此通过将其作为粘结剂使用,从而不需要原料成本,能够以低成本制作研磨浆料。另外,也可以将所回收的使用过的研磨浆料直接添加到原料浆料中,因而作业性优异。

相对于原料磨粒100质量份,粘结剂的添加量优选为1质量份~10质量份、更优选为1质量份~5质量份。若小于1质量份,则无法充分获得粘结剂的效果,研磨磨粒容易破碎,研磨速率有时会降低。另外,若多于10质量份,则粘结剂彼此发生凝集,有时会生成引起玻璃基板产生损伤的粗大颗粒。另外,若多于10质量份,则过量的粘结剂附着于二氧化铈的研磨磨粒的表面,从而磨粒表面所产生的研磨功能降低,研磨速率也可能会降低。特别是,在研磨磨粒为铈系研磨材料的情况下,据称对玻璃基板发挥出化学作用而形成高研磨速率,因此若二氧化铈以外的物质过量地覆盖表面,则与被研磨基板的接触面积减小,研磨速率降低。

在添加处理中,优选进一步添加用于抑制粘结剂彼此的凝集的粘结剂凝集抑制剂。若粘结剂凝集抑制剂存在于原料浆料中,则粘结剂彼此的凝集被抑制,粘结剂容易被分散配置于原料磨粒之间。特别是,二氧化硅的粒径越小则在水中越容易凝集,有时会形成引起玻璃基板产生损伤的粗大的二氧化硅颗粒,因此通过添加粘结剂凝集抑制剂,可以抑制这样的二氧化硅颗粒的凝集。特别是在二氧化硅的平均粒径为3nm~20nm的情况下,优选添加粘结剂凝集抑制剂。

粘结剂凝集抑制剂优选为与粘结剂的亲和性高的物质,作为这样的物质,例如可以举出表面具有羟基的物质。具体而言,可以举出多糖类。更优选为通过加热而溶于水或发生凝胶化的多糖类(以下,在本实施方式中也称为上述多糖类)。这样的多糖类在干燥处理中被干燥的过程中形成粘结剂容易附着的状态,因此具有在抑制粘结剂彼此的凝集的同时、帮助粘结剂被分散配置于原料磨粒之间的作用。关于该作用,认为通过下述方式来进行:通过包含水的多糖类捕捉粘结剂,从而相对于原料磨粒将粘结剂定位。

对上述多糖类溶于水或发生凝胶化的温度没有特别限制,优选的是,例如在干燥处理中的干燥温度下,上述多糖类溶于水或发生凝胶化。上述多糖类通过在干燥处理中包含水,从而其表面容易附着原料磨粒。另外,上述多糖类通过在比较低的温度下进行烧制,可以容易地消失。从这方面考虑,粘结剂凝集抑制剂的分解温度优选为600℃以下、更优选为500℃以下。另外,上述多糖类通过在烧制处理中至少部分消失,从而在原料磨粒的块中存在的部分在原料磨粒的集合体中形成空穴(空隙),因而可以使原料磨粒的集合体形成多孔质的物质。从这方面考虑,粘结剂凝集抑制剂可以称为造孔剂。

具体而言,上述多糖类优选使用淀粉、糖原、琼脂糖、果胶、或它们的组合。作为淀粉,例如可以举出玉米淀粉、小麦粉、山慈姑粉、米淀粉等,对其原料没有特别限制,例如使用甘蔗、小麦、大米、马铃薯、番薯等谷物。

相对于原料磨粒100质量份,粘结剂凝集抑制剂的添加量优选为10质量份~100质量份、更优选为10质量份~50质量份。在小于10质量份时,原料磨粒的集合体中无法充分形成空穴,有时难以破碎。另外,若多于100质量份,则粘结剂的效果受到阻碍,研磨磨粒(原料磨粒)无法充分变大,有时无法得到通过造粒而提高研磨速率的效果。

粘结剂凝集抑制剂例如以分散于水等溶剂中的状态添加到原料浆料中。

需要说明的是,在利用使用过的研磨浆料作为原料磨粒的情况下,优选在添加处理前预先对使用过的研磨浆料进行过滤、固液分离、破碎。在过滤中,将粗大尺寸(例如15μm以上)的异物去除。在固液分离中,将所回收的使用过的研磨浆料中包含的玻璃渣等玻璃成分去除。在破碎中,通过例如使用均化器的超声波照射将在固液分离中生成的固体成分破碎。为了容易地进行该破碎,可以在固液分离前在使用过的研磨浆料中预先添加防止固体成分变得过硬的硬饼(hard cake)防止剂(例如,不溶于水的多糖类)。

另外,在固液分离后,可以将作为上清液的残液进一步固液分离,将所得到的固体成分破碎,将所得到的物质用于原料浆料。由此,可以回收在最初的固液分离中未被回收的平均粒径小(例如0.3μm~2μm)的使用过的研磨磨粒,将其用作原料磨粒,使研磨磨粒再生。如此进行2次以上的固液分离的情况下,可提高特别是铈系研磨材料这样的昂贵的研磨磨粒的回收率,因此抑制研磨浆料的成本的效果提高。需要说明的是,该情况下,对于在最初的固液分离中得到的平均粒径大(例如0.5μm~5μm)固体成分,可以另行在注水后进行破碎,进而进行过滤,之后在进行玻璃基板的研磨处理的期间循环使用,也可以保存于存储研磨浆料的罐中,另外还可以使用本实施方式的研磨浆料的制作方法进行再生。

(b)干燥处理

在干燥处理中,优选通过喷雾干燥法使包含粘结剂的原料浆料干燥。通过进行喷雾干燥,可以控制原料磨粒的块的尺寸。与其它方法相比,喷雾干燥法可以减小平均粒径,进而可以减小粒径的偏差,因而优选。关于喷雾干燥,具体而言,可以使用旋转圆盘式、双液喷嘴式、压力喷嘴式等公知的喷雾单元进行喷雾,供给到喷雾干燥器的干燥室内使其干燥,从而进行。喷雾单元的种类、及喷嘴的孔径、原料浆料的供给压力等条件根据目标原料磨粒的块的尺寸而适当设定。通过喷雾干燥得到的原料磨粒的块的尺寸(平均粒径)例如优选为5μm~10μm左右的尺寸。若大于10μm,则破碎后粗大颗粒残留,有时会引起研磨瑕疵。另一方面,若小于5μm,则小颗粒的比例增多,研磨速率有时会降低。需要说明的是,此处的平均粒径是指对SEM观察中随机选择的100个上述原料磨粒的块分别求出长径并进行平均而得到的值。

另外,在喷雾干燥前的原料浆料中添加造孔剂的情况下,造孔剂的尺寸(造孔剂的平均粒径)优选为3μm~20μm。通过使造孔剂为这种尺寸的范围,可以使烧制后的原料磨粒的集合体的空穴的尺寸为适当尺寸,可以使破碎后的研磨磨粒的尺寸为适当尺寸(例如,平均粒径0.5μm~10μm)。关于干燥温度(干燥室内的气氛温度),例如,干燥室的入口温度为150℃~250℃。需要说明的是,干燥处理也可以不加热而进行。

此处,在图1的(a)中示出在干燥处理中制作的原料磨粒的块。此处,例示出使包含粘结剂凝集抑制剂的原料浆料干燥而制作的原料磨粒的球状的块。原料磨粒的块10在包含水分的粘结剂凝集抑制剂7上以覆盖其表面的方式附着有大量的原料磨粒3,在原料磨粒3之间分散配置有未图示的粘结剂。需要说明的是,原料磨粒的块10包含大量的原料磨粒3,但在图1的(a)中,为方便起见,省略了大量的原料磨粒3的边界的图示。

(c)烧制处理

对进行烧制处理的装置没有特别限制,例如可以举出马佛炉。烧制处理中的烧制温度优选为800℃以下。烧制温度是指进行烧制的空间内的气氛温度。通过使烧制温度为800度以下,可以降低制作研磨浆料的能源成本。若烧制温度超过800度,则在原料磨粒彼此的晶界处发生结合,研磨磨粒的晶界的强度有时变得过高。另外,粘结剂彼此有时会结合而形成粗大颗粒。这些情况下,容易产生玻璃基板的损伤。另外,若烧制温度超过800℃,则原料磨粒的组成发生变化、硬度增加,玻璃基板有时会产生损伤。另外,烧制处理中的烧制温度优选为500℃以上、更优选为600℃以上。在小于500℃的情况下,原料磨粒彼此的结合有时不充分。

在烧制处理中,原料浆料中添加有粘结剂凝集抑制剂的情况下,优选通过烧制使粘结剂凝集抑制剂的至少一部分消失。由此,在原料磨粒的块中配置有粘结剂凝集抑制剂的部分成为空穴,可制作出多孔质的原料磨粒的集合体。

此处,在图1的(b)中示出在烧制处理中所制作的原料磨粒的集合体。此处,例示出将包含粘结剂凝集抑制剂的原料浆料干燥、烧制而制作的原料磨粒的集合体。原料磨粒的集合体20具有通过粘结剂凝集抑制剂消失而形成的空穴9。需要说明的是,原料磨粒的集合体除了具有图示的空穴9以外,还具有通过配置于包围空穴9的原料磨粒彼此之间的粘结剂凝集抑制剂也消失而形成的、原料磨粒彼此之间的大量的微小空隙,从而形成了多孔质。原料磨粒的集合体20的尺寸(平均粒径)例如优选为5μm~10μm左右的尺寸。若大于10μm,则破碎后粗大颗粒残留,有时会引起研磨瑕疵。另一方面,若小于5μm,则小颗粒的比例增多,研磨速率有时会降低。需要说明的是,此处的平均粒径是指对SEM观察中随机选择的100个上述原料磨粒的块分别求出长径并进行平均而得到的值。关于原料磨粒的集合体20,在烧制处理中未图示的粘结剂发生熔融,之后凝固,此时将原料磨粒3彼此接合,由此形成了原料磨粒3的晶界的强度适度的大小(例如,后述抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa)。需要说明的是,在原料磨粒的集合体20中包含大量的原料磨粒3,但在图1的(b)中,为方便起见,省略了大量的原料磨粒3的边界的图示。例如,通过基于EDX(Energy Dispersive X-ray microanalyzer,能量色散X射线微分析仪)的元素分布图可以确认在原料磨粒3彼此之间夹杂有粘结剂。

(d)破碎处理

第1实施方式的研磨浆料的制作方法优选进一步具备将原料磨粒的集合体破碎而制作研磨磨粒的破碎处理。由此,可以得到适合于研磨处理的尺寸的研磨磨粒。在原料磨粒的集合体中形成有空穴的情况下,更容易破碎。

破碎例如通过使用均化器、对原料磨粒的集合体进行超声波照射来进行。超声波的频率优选为16kHz~120kHz。破碎也可以使用均化器以外的单元来进行。对破碎时间没有特别限制,例如为1分钟~20分钟。

破碎优选按照研磨磨粒的平均粒径达到0.5μm~10μm的方式进行。更优选为0.5μm~5μm、0.7μm~3μm。若使用这种平均粒径的研磨磨粒来进行研磨处理,能够以高研磨速率进行研磨,同时能够抑制玻璃基板的表面产生损伤。

破碎处理也可以为使用球磨机等以物理方式进行破坏的磨碎法,但上述超声波法在简便性方面优异。

破碎处理后,使研磨磨粒分散于水中,由此可以制作研磨浆料。此时,优选在注水前进行过滤,预先去除粗大尺寸(例如15μm以上)的颗粒。此处的粗大尺寸的颗粒是通过破碎处理未破碎成规定尺寸的原料磨粒的集合体的一部分。

根据第1实施方式的研磨浆料的制作方法,向原料浆料中添加粘结剂,并对其进行干燥、烧制,由此可以制作含有粘结剂的原料磨粒的集合体。该原料磨粒的集合体具有原料磨粒彼此藉由粘结剂接合而成的部分,因此与原料磨粒彼此直接接合的情况相比晶界的强度不会过强。因此,通过超声波照射等可以容易地破碎,能够以适合于研磨处理的尺寸得到粒度分布均匀的研磨磨粒。这样,根据第1实施方式的方法,不需要进行成本高的粉碎等,而且也不需要分级,因此能够以低成本简便地制作研磨磨粒。研磨磨粒通过原料磨粒粒径变大,从而研磨速率提高。另外,对于通过第1实施方式的方法所制作的研磨磨粒来说,通过藉由粘结剂将原料磨粒彼此接合,从而晶界的强度不会过强,因而可抑制玻璃基板产生损伤。另一方面,对于通过第1实施方式的方法所制作的研磨磨粒来说,通过原料磨粒彼此藉由粘结剂而接合,从而二次粒径变大,由此在研磨速率提高的同时晶界的强度增强,从而在研磨处理中难以破碎,可以维持高研磨速率。

另外,对于通过第1实施方式的方法所制作的研磨磨粒来说,通过原料磨粒彼此藉由粘结剂而接合、粒径变大,从而研磨速率提高,并且具有适度的晶界强度,由此在使用中难以破碎,可维持高研磨速率。

(研磨磨粒和研磨浆料)

在图2中概念性地示出第1实施方式的研磨磨粒1。

研磨磨粒1具备:用于玻璃基板的研磨处理的包含二氧化铈或氧化锆的颗粒的原料磨粒3;和配置于原料磨粒3的表面的粘结剂5。更具体而言,研磨磨粒1为用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒,二氧化硅颗粒作为粘结剂5存在于二氧化铈或氧化锆的颗粒之间。

需要说明的是,如图1所示,在原料磨粒的块10和原料磨粒的集合体20中分别大量包含原料磨粒3。

原料磨粒3与上述说明的原料磨粒中的铈系研磨材料或氧化锆系研磨材料相同。对于铈系研磨材料来说,除了二氧化铈以外,为了在实现高研磨速率的同时抑制玻璃基板产生损伤,优选为包含镧、镨、钕等其它稀土元素的氧化物、它们的氟化物等中的至少一种的混合物。对于氧化锆系研磨材料来说,可以为除了氧化锆以外还包含二氧化硅的混合物。

原料磨粒3的平均粒径例如为0.3μm~2μm,例如是一次粒径为80nm~150nm左右的颗粒凝集而成的。

粘结剂5与上述说明的粘结剂相同。需要说明的是,图2中,粘结剂5配置于作为二次颗粒的原料磨粒3的表面,但也可以配置于构成原料磨粒3的一次颗粒的表面。粘结剂5优选覆盖小于50%的原料磨粒3的表面的表面积。为50%以上时,研磨磨粒的表面与被研磨基板的接触面减小,研磨速率容易降低。

研磨磨粒1优选根据JIS R1639-5测定的抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa。通过使抗压强度的平均值为0.1MPa以上,可抑制在研磨处理中研磨磨粒容易发生破碎而使粒径变小,由此可抑制研磨速率的降低。需要说明的是,由于偏差大,因而抗压强度优选测定20点以上。从更可靠地抑制研磨速率的降低的方面考虑,抗压强度的平均值更优选为3MPa以上。另外,通过使抗压强度的平均值为20MPa以下,可以抑制在研磨处理中玻璃基板表面产生损伤。

研磨磨粒1的平均粒径例如为0.5μm~10μm。对研磨磨粒1中包含的原料磨粒3的数量没有特别限制,例如为几个~十几个。

第1实施方式的研磨浆料具备上述研磨磨粒1和分散研磨磨粒1的水等分散介质。

第1实施方式的研磨磨粒和研磨浆料例如通过上述说明的研磨浆料的制作方法进行制作。

<第2实施方式>

(研磨浆料的制作方法)

接着,对本发明的第2实施方式进行说明。

第2实施方式的研磨浆料的制作方法为包含用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒的研磨浆料的制作方法,该制作方法具备添加处理、干燥处理、烧制处理各处理。在添加处理中,向包含作为研磨磨粒的原料的原料磨粒的原料浆料中添加造孔剂。在干燥处理中,使包含造孔剂的原料浆料干燥而制作含有造孔剂的原料磨粒的块。在烧制处理中,对磨粒的块进行烧制而使造孔剂的至少一部分消失,从而在造孔剂所位于的原料磨粒的块的部分形成孔。

原料浆料是将水作为分散介质并使原料磨粒分散开而得到的。

原料磨粒的块是指2个以上的原料磨粒聚集而形成的块状物,原料磨粒的块具有原料磨粒、造孔剂和任选混配的粘结剂。原料磨粒的块例如具有下述形态:大量的原料磨粒附着于包含水分的造孔剂以覆盖其表面。在原料磨粒之间,优选分散配置有粘结剂。

原料磨粒的集合体是指在原料磨粒的块中通过至少一部分的造孔剂消失而形成了孔(空隙)的物质。原料磨粒的集合体具有原料磨粒和任选混配的粘结剂。在原料磨粒的集合体中,优选原料磨粒彼此通过粘结剂(例如,通过粘结剂熔化并凝固)而接合。

另外,可以将干燥处理后、烧制处理前的状态称为原料磨粒的块,可以将烧制处理后、破碎处理前的状态称为原料磨粒的集合体。

关于铈系研磨材料,通过烧制而在晶界发生结合,在实际的研磨时作为颗粒发挥作用的粒径变大,从而研磨速率提高。但是,对于通过烧制而使粒径变大的研磨材料来说,为了调整为适于研磨处理的尺寸,通常被粉碎。但是,研磨材料的粉碎需要成本和时间。另外,若进行粉碎,则研磨材料的粒度分布容易变得不均匀,因此粉碎后需要进行分级,由此也耗费成本和时间。因此,第2实施方式的目的在于以低成本简便地提供研磨速率得到改善的研磨浆料的制作方法。另外,第2实施方式的目的在于提供使用了这样的研磨浆料的玻璃基板的制造方法。

根据第2实施方式的研磨浆料的制作方法,通过使用造孔剂,可制作形成有孔(空隙)的、容易被破碎的原料磨粒的集合体。因此,能够用简单的方法将原料磨粒的集合体破碎,能够以低成本简便地制作研磨浆料。另外,研磨磨粒由于原料磨粒经过干燥、烧制而粒径变大,从而研磨速率提高。另外,根据第2实施方式的玻璃基板的制作方法,能够以高研磨速率对玻璃基板进行研磨。

需要说明的是,对玻璃基板的用途没有特别限定,例如为液晶显示装置等各种显示装置用的面板;光掩模或作为其基板的掩模基板;HDD装置用的磁盘。关于玻璃基板的研磨处理,例如在后述玻璃基板的制造方法中使用双面研磨装置来进行。

对研磨磨粒没有特别限制,从除了机械作用外还可利用化学作用对玻璃基板进行研磨的方面出发,优选使用铈系研磨材料、或以氧化锆(zirconia)为主要成分的氧化锆系研磨材料。研磨浆料是将水作为分散介质并使研磨磨粒分散开而得到的,研磨磨粒在研磨处理中作为游离磨粒而使用。研磨浆料除了包含研磨磨粒、水以外,例如还可以包含磷酸系分散剂等其它成分。对研磨浆料中的研磨磨粒的浓度没有特别限制,例如为1质量%~30质量%、优选为3质量%~20质量%。

(a)添加处理

原料磨粒是通过第2实施方式的方法所制作的研磨浆料中包含的研磨磨粒的原料,作为原料磨粒在使用后述使用过的研磨浆料的情况下,是指该使用过的研磨磨粒。原料磨粒的平均粒径优选为0.3μm~2μm。通过使用这种平均粒径的原料磨粒,可以制作适于进行玻璃基板的研磨处理的大小的研磨磨粒。已知的是,在处于0.3μm~2.0μm的范围的原料磨粒中平均粒径比较小(例如0.3μm~小于0.5μm)的原料磨粒在固液分离中难以被回收,而且即便能够回收,利用现有方法所再生的原料磨粒在研磨处理中粒径也会变小,研磨速率降低,或者玻璃基板会产生损伤。根据第2实施方式的制作方法,如后所述制作适度硬度(抗压强度)的研磨磨粒,因此适合于将平均粒径比较小的物质作为原料磨粒来制作研磨浆料。需要说明的是,原料磨粒是几个至几十个一次颗粒凝集而成的二次颗粒,原料磨粒的平均粒径是指二次颗粒的平均粒径。需要说明的是,在实际的研磨时作为1个研磨磨粒的颗粒发挥作用的是二次颗粒。另外,本说明书中,平均粒径是指中值粒径(d50)。d50是例如基于激光衍射散射式粒度分布测定法的累积粒径从微粒侧起与累积50%相对应的粒径。

原料浆料可以为未使用的物质,也可以为使用过的研磨浆料。本说明书中,使用过是指在玻璃基板的研磨处理中至少使用了一次的情况。在利用使用过的研磨浆料制作研磨浆料的情况下,可以将使用过的研磨磨粒再循环,可以抑制研磨浆料的成本。需要说明的是,本说明书中,在利用使用过的研磨浆料作为原料浆料的情况下,可以将本实施方式的研磨浆料的制作方法称为使用过的研磨浆料的再生方法,在该研磨浆料包含以二氧化铈颗粒为主要成分的铈系研磨材料的情况下,可以称为使用过的二氧化铈浆料的再生方法。

另外,被用作原料磨粒的使用过的研磨浆料也可以是通过使用过的研磨浆料的再生方法所再生的研磨浆料。该情况下,通过将使用过的研磨浆料反复再生使用,可以将研磨浆料的成本抑制得更低。

造孔剂优选为表面具有羟基的有机化合物,作为这样的物质,例如可以举出多糖类,优选可以举出通过加热而溶于水或发生凝胶化的多糖类(以下,在本实施方式中也称为上述多糖类)。上述多糖类可以在干燥处理中以包含水的状态在表面附着原料磨粒,并且在烧制处理中被烧制而至少一部分消失,从而在原料磨粒的块中所位于的部分在原料磨粒的集合体中形成空穴,因而可以制作多孔质的原料磨粒的集合体。对上述多糖类溶于水或发生凝胶化的温度没有特别限制,优选的是,例如在干燥处理中的干燥温度下,上述多糖类溶于水或发生凝胶化。关于造孔剂的分解温度,从通过在比较低的温度下进行烧制而容易地消失的方面出发,优选为600℃以下、更优选为500℃以下。

另外,对于上述多糖类来说,在原料浆料中添加有后述粘结剂的情况下,在干燥处理中被干燥的过程中形成粘结剂容易附着的状态,因此具有在抑制粘结剂彼此的凝集的同时、帮助粘结剂被分散配置于原料磨粒之间的作用。关于该作用,认为通过下述方式来进行:通过包含水的多糖类捕捉粘结剂,从而相对于原料磨粒将粘结剂定位。从这方面考虑,造孔剂可以称为粘结剂凝集抑制剂。

具体而言,上述多糖类优选使用淀粉、糖原、琼脂糖、果胶、或它们的组合。作为淀粉,例如可以举出玉米淀粉、小麦粉、山慈姑粉、米淀粉等,对其原料没有特别限制,例如使用甘蔗、小麦、大米、马铃薯、番薯等谷物。

相对于原料磨粒100质量份,造孔剂的添加量优选为10质量份~100质量份、更优选为10质量份~50质量份。在小于10质量份时,原料磨粒的集合体中无法充分形成空穴,有时难以破碎。另外,若多于100质量份,则粘结剂的效果受到阻碍,研磨磨粒(原料磨粒)无法充分变大,有时无法得到通过造粒而提高研磨速率的效果。

造孔剂例如以分散于水等溶剂中的状态添加到原料浆料中。

在添加处理中,优选进一步添加配置于原料磨粒的表面的粘结剂。粘结剂通过在烧制处理时熔化而将原料磨粒彼此接合,从而可以提高晶界的强度。需要说明的是,晶界是指相邻的原料磨粒之间的边界。由此,研磨磨粒的二次粒径(研磨时作为1个研磨磨粒的颗粒发挥作用的颗粒的粒径)变大,从而研磨磨粒的研磨速率提高,同时在研磨处理中难以破碎,可以维持高研磨速率。另一方面,原料磨粒彼此藉由粘结剂发生接合的情况下,与原料磨粒彼此直接接合的情况相比,晶界的强度不会过强,因而可抑制研磨处理中玻璃基板产生损伤。

另外,若在研磨处理中容易破碎,则小颗粒的比例增加,研磨负荷较大地施加到相对减少的大颗粒,因此容易产生研磨瑕疵。由此,通过粘结剂使磨粒彼此接合,从而可以抑制研磨瑕疵的产生。

另一方面,包含粘结剂的原料磨粒的集合体由于晶界的强度不会过强,因而通过超声波照射等可以容易地破碎,能够以适合于研磨处理的尺寸得到粒度分布均匀的研磨磨粒。因此,不需要通过成本高的粉碎等进行破碎,而且也不需要分级,能够以低成本简便地制作研磨磨粒。

具体而言,粘结剂使用在烧制工序中不会消失的物质。从这方面考虑,粘结剂的分解温度优选为超过烧制工序中的烧制温度的温度。因此,优选不是有机物。这是因为,有机物的粘结剂在烧制工序中会消失。粘结剂优选为由无机化合物构成的颗粒,其中,从在原料浆料中的分散性优异的方面出发,优选由二氧化硅(silica)、二氧化钛(titania)等氧化物、或它们的水合物、铝硅酸盐等玻璃、氢氧化铈、氢氧化硅、氢氧化锆等氢氧化物构成的颗粒。其中,二氧化硅由于在比较低的温度(例如800℃以下)下熔化而将原料磨粒彼此接合,因此即便烧制处理时的烧制温度为这样的低温,也可以提高原料磨粒的晶界的强度。关于二氧化硅,认为其在浆料中以水合物的形式存在,在烧制处理时发生脱水而形成二氧化硅无水合物,由此将原料磨粒彼此接合。作为二氧化硅,例如可以举出胶态二氧化硅、气相法二氧化硅,从分散性更优异的方面出发,优选使用胶态二氧化硅。需要说明的是,在二氧化硅或玻璃熔化而将原料磨粒彼此接合的情况下,还认为一部分形成了玻璃化的结合。

粘结剂具有容易凝集的性质,但通过在原料浆料中存在造孔剂,可抑制粘结剂彼此的凝集,粘结剂容易被分散配置于原料磨粒之间。特别是,二氧化硅在水中容易凝集,有时会形成引起玻璃基板产生损伤的粗大的二氧化硅颗粒,但通过添加造孔剂,可以抑制这样的二氧化硅颗粒的凝集。

粘结剂的平均粒径优选为3nm~20nm。这种平均粒径的粘结剂相对于原料磨粒足够小,在干燥处理、烧制处理中容易被分散配置于原料磨粒之间,作为将原料磨粒彼此接合的粘结剂可良好地发挥功能。粘结剂的平均粒径小于3nm的情况下,原料磨粒彼此的接合有时变得不充分,大于20nm时,粘结剂彼此接合而形成粗大颗粒,有时会引起研磨瑕疵。粘结剂的平均粒径可以使用激光衍射粒度分布测定装置来测定。

粘结剂优选为在后述玻璃基板的制造方法的第2研磨处理中使用的使用过的研磨磨粒。作为使用过的研磨磨粒,例如胶态二氧化硅通常在使用后被废弃,因此通过将其作为粘结剂使用,从而不需要原料成本,能够以低成本制作研磨浆料。另外,也可以将所回收的使用过的研磨浆料直接添加到原料浆料中,因而作业性优异。

相对于原料磨粒100质量份,粘结剂的添加量优选为1质量份~10质量份、更优选为1质量份~5质量份。若小于1质量份,则无法充分获得粘结剂的效果,研磨磨粒容易破碎,研磨速率有时会降低。另外,若多于10质量份,则粘结剂彼此发生凝集,有时会生成引起玻璃基板产生损伤的粗大颗粒。另外,若多于10质量份,则过量的粘结剂附着于二氧化铈的研磨磨粒的表面,从而磨粒表面所产生的研磨功能降低,研磨速率也可能会降低。特别是,在研磨磨粒为铈系研磨材料的情况下,据称对玻璃基板发挥出化学作用而形成高研磨速率,因此若二氧化铈以外的物质过量地覆盖表面,则与被研磨基板的接触面积减小,研磨速率降低。

需要说明的是,在利用使用过的研磨浆料作为原料磨粒的情况下,优选在添加处理前预先对使用过的研磨浆料进行过滤、固液分离、破碎。在过滤中,将粗大尺寸(例如15μm以上)的异物去除。在固液分离中,将所回收的使用过的研磨浆料中包含的玻璃渣等玻璃成分去除。在破碎中,通过例如使用均化器的超声波照射将在固液分离中生成的固体成分破碎。为了容易地进行该破碎,可以在固液分离前在使用过的研磨浆料中预先添加防止固体成分变得过硬的硬饼(hard cake)防止剂(例如,不溶于水的多糖类)。

另外,在固液分离后,可以将作为上清液的残液进一步固液分离,将所得到的固体成分破碎,将所得到的物质用于原料浆料。由此,可以回收在最初的固液分离中未被回收的平均粒径小(例如0.3μm~2μm)的使用过的研磨磨粒,将其用作原料磨粒,使研磨磨粒再生。如此进行2次以上的固液分离时,可提高特别是铈系研磨材料这样的昂贵的研磨磨粒的回收率,因此抑制研磨浆料的成本的效果提高。需要说明的是,该情况下,对于在最初的固液分离中得到的平均粒径大(例如0.5μm~5μm)固体成分,可以另行在注水后进行破碎,进而进行过滤,之后在进行玻璃基板的研磨处理的期间循环使用,也可以保存于存储研磨浆料的罐中,另外还可以使用本实施方式的研磨浆料的制作方法进行再生。

(b)干燥处理

在干燥处理中,优选通过喷雾干燥法使包含造孔剂的原料浆料干燥。通过进行喷雾干燥,可以控制原料磨粒的块的尺寸。与其它方法相比,喷雾干燥法可以减小平均粒径,进而可以减小粒径的偏差,因而优选。关于喷雾干燥,具体而言,可以使用旋转圆盘式、双液喷嘴式、压力喷嘴式等公知的喷雾单元进行喷雾,供给到喷雾干燥器的干燥室内使其干燥,从而进行。喷雾单元的种类、及喷嘴的孔径、原料浆料的供给压力等条件根据目标原料磨粒的块的尺寸而适当设定。通过喷雾干燥得到的原料磨粒的块的尺寸(平均粒径)例如优选为5μm~10μm左右的尺寸。若大于10μm,则破碎后粗大颗粒残留,有时会引起研磨瑕疵。另一方面,若小于5μm,则小颗粒的比例增多,研磨速率有时会降低。需要说明的是,此处的平均粒径是指对SEM观察中随机选择的100个上述原料磨粒的块分别求出长径并进行平均而得到的值。

另外,在喷雾干燥前的原料浆料中添加造孔剂的情况下,造孔剂的尺寸(造孔剂的平均粒径)优选为3μm~20μm。通过使造孔剂为这种尺寸的范围,可以使烧制后的原料磨粒的集合体的空穴的尺寸为适当尺寸,可以使破碎后的研磨磨粒的尺寸为适当尺寸(例如,平均粒径0.5μm~10μm)。关于干燥温度(干燥室内的气氛温度),例如,干燥室的入口温度为150℃~250℃。需要说明的是,干燥处理也可以不加热而进行。

此处,在图1的(a)中示出在干燥处理中制作的原料磨粒的块。此处,例示出使包含粘结剂的原料浆料干燥而制作的原料磨粒的球状的块。原料磨粒的块10在包含水分的造孔剂7上以覆盖其表面的方式附着有大量的原料磨粒3,在原料磨粒3之间分散配置有未图示的粘结剂。需要说明的是,原料磨粒的块10包含大量的原料磨粒3,但在图1的(a)中,为方便起见,省略了大量的原料磨粒3的边界的图示。

(c)烧制处理

对进行烧制处理的装置没有特别限制,例如可以举出马佛炉。烧制处理中的烧制温度优选为800℃以下。烧制温度是指进行烧制的空间内的气氛温度。通过使烧制温度为800度以下,可以降低制作研磨浆料的能源成本。若烧制温度超过800度,则在原料磨粒彼此的晶界处发生结合,研磨磨粒的晶界的强度有时变得过高。另外,粘结剂彼此有时会结合而形成粗大颗粒。这些情况下,容易产生玻璃基板的损伤。另外,若烧制温度超过800℃,则原料磨粒的组成发生变化、硬度增加,玻璃基板有时会产生损伤。另外,烧制处理中的烧制温度优选为500℃以上、更优选为600℃以上。在小于500℃的情况下,原料磨粒彼此的结合有时不充分。

在烧制处理中,原料浆料中添加有造孔剂的情况下,优选通过烧制使造孔剂的至少一部分消失。由此,在原料磨粒的块中配置有造孔剂的部分成为空穴,可制作出多孔质的原料磨粒的集合体。

此处,在图1的(b)中示出在烧制处理中所制作的原料磨粒的集合体。此处,例示出将包含粘结剂的原料浆料干燥、烧制而制作的原料磨粒的集合体。原料磨粒的集合体20具有通过造孔剂消失而形成的空穴9。需要说明的是,原料磨粒的集合体除了具有图示的空穴9以外,还具有通过配置于包围空穴9的原料磨粒彼此之间的粘结剂凝集抑制剂也消失而形成的、原料磨粒彼此之间的大量的微小空隙,从而形成了多孔质。原料磨粒的集合体20的尺寸(平均粒径)例如优选为5μm~10μm左右的尺寸。若大于10μm,则破碎后粗大颗粒残留,有时会引起研磨瑕疵。另一方面,若小于5μm,则小颗粒的比例增多,研磨速率有时会降低。需要说明的是,此处的平均粒径是指对SEM观察中随机选择的100个上述原料磨粒的块分别求出长径并进行平均而得到的值。关于原料磨粒的集合体20,在烧制处理中未图示的粘结剂发生熔融,之后凝固,此时将原料磨粒3彼此接合,由此形成了原料磨粒3的晶界的强度适度的大小(例如,后述抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa)。需要说明的是,在原料磨粒的集合体20中包含大量的原料磨粒3,但在图1的(b)中,为方便起见,省略了大量的原料磨粒3的边界的图示。例如,通过基于EDX(Energy Dispersive X-ray microanalyzer,能量色散X射线微分析仪)的元素分布图可以确认在原料磨粒3彼此之间夹杂有粘结剂。

(d)破碎处理

本实施方式的研磨浆料的制作方法优选进一步具备将原料磨粒的集合体破碎而制作研磨磨粒的破碎处理。由此,可以得到适合于研磨处理的尺寸的研磨磨粒。在原料磨粒的集合体中形成有空穴的情况下,更容易破碎。

破碎例如通过使用均化器并对原料磨粒的集合体进行超声波照射来进行。超声波的频率优选为16kHz~120kHz。破碎也可以使用均化器以外的单元来进行。对破碎时间没有特别限制,例如为1分钟~20分钟。

破碎优选按照研磨磨粒的平均粒径达到0.5μm~10μm的方式进行。更优选为0.5μm~5μm、0.7μm~3μm。若使用这种平均粒径的研磨磨粒来进行研磨处理,能够以高研磨速率进行研磨,同时能够抑制玻璃基板的表面产生损伤。

破碎处理也可以为使用球磨机等以物理方式进行破坏的磨碎法,但上述超声波法在简便性方面优异。

破碎处理后,使研磨磨粒分散于水中,由此可以制作研磨浆料。此时,优选在注水前进行过滤,预先去除粗大尺寸(例如15μm以上)的颗粒。此处的粗大尺寸的颗粒是通过破碎处理未破碎成规定尺寸的原料磨粒的集合体的一部分。

根据本实施方式的研磨浆料的制作方法,向原料浆料中添加造孔剂,并对其进行干燥、烧制,由此可以制作形成有孔的、多孔质的原料磨粒的集合体。这种原料磨粒的集合体通过超声波照射等可以容易地破碎,能够以适合于研磨处理的尺寸得到粒度分布均匀的研磨磨粒。这样,根据本实施方式的方法,不需要进行成本高的粉碎等,而且也不需要分级,因此能够以低成本简便地制作研磨磨粒。研磨磨粒通过原料磨粒粒径变大,从而研磨速率提高。

(研磨磨粒和研磨浆料)

在图2中概念性地示出通过上述方法制作的研磨磨粒1。

此处,以原料磨粒3为铈系研磨材料或氧化锆系研磨材料的情况为例进行说明。

研磨磨粒1具备:用于玻璃基板的研磨处理的包含二氧化铈或氧化锆的颗粒的原料磨粒3;和配置于原料磨粒3的表面的粘结剂5。更具体而言,研磨磨粒1为用于玻璃基板的研磨处理的研磨磨粒,二氧化硅颗粒作为粘结剂5存在于二氧化铈或氧化锆的颗粒之间。

需要说明的是,如图1所示,在原料磨粒的块10和原料磨粒的集合体20中分别大量包含原料磨粒3。

对于原料磨粒3中使用的铈系研磨材料来说,除了二氧化铈以外,为了在实现高研磨速率的同时抑制玻璃基板产生损伤,优选为包含镧、镨、钕等其它稀土元素的氧化物、它们的氟化物等中的至少一种的混合物。对于氧化锆系研磨材料来说,可以为除了氧化锆以外还包含二氧化硅的混合物。

原料磨粒3的平均粒径例如为0.3μm~2μm,例如是一次粒径为80nm~150nm左右的颗粒凝集而成的。

图2中,粘结剂5配置于作为二次颗粒的原料磨粒3的表面,但也可以配置于构成原料磨粒3的一次颗粒的表面。粘结剂5优选覆盖小于50%的原料磨粒3的表面的表面积。为50%以上时,研磨磨粒的表面与被研磨基板的接触面减小,研磨速率容易降低。

研磨磨粒1优选根据JIS R1639-5测定的抗压强度的平均值为0.1MPa~20MPa。通过使抗压强度为0.1MPa以上,可抑制在研磨处理中研磨磨粒容易发生破碎而使粒径变小,由此可抑制研磨速率的降低。需要说明的是,由于偏差大,因而抗压强度优选测定20点以上。从更可靠地抑制研磨速率的降低的方面考虑,抗压强度的平均值更优选为3MPa以上。另外,通过使抗压强度的平均值为20MPa以下,可以抑制在研磨处理中玻璃基板表面产生损伤。

研磨磨粒1的平均粒径例如为0.5μm~10μm。对研磨磨粒1中包含的原料磨粒3的数量没有特别限制,例如为几个~十几个。

研磨浆料具备上述研磨磨粒1和分散研磨磨粒1的水等分散介质。

(玻璃基板的制造方法)

接着,对本实施方式的玻璃基板的制造方法进行说明。

此处,以制造磁盘中所用的玻璃基板的情况为例来进行说明。

本实施方式的制造方法的特征在于,使用上述第1和第2实施方式中说明的研磨浆料来对玻璃基板的表面进行研磨。即,本实施方式的制造方法是能够通用第1和第2实施方式中说明的研磨浆料的方法。

对本实施方式的制造方法的概要进行说明,首先,进行形成具有一对主表面的板状的玻璃坯料的成型处理。玻璃坯料为磁盘用玻璃基板的原材料。接着,对该玻璃坯料实施粗磨削处理。之后,对玻璃坯料实施形状加工处理而形成玻璃基板,进一步实施端面研磨处理。之后,对玻璃基板实施使用固定磨粒的精磨削处理。之后,对玻璃基板实施第1研磨处理和第2研磨处理。需要说明的是,在本实施方式中,以上述流程进行,对于上述流程、处理的种类没有限制,此外,上述处理可以根据需要适当省略。以下,对上述的各处理进行说明。

(a)玻璃坯料的成型处理

在成型处理中,使用例如模压成型法进行成型。利用模压成型法,能够得到圆板状的玻璃坯料。可以使用下拉法、再拉法、熔融法等公知的成型方法代替模压法制造玻璃坯料。对于通过这些方法制作的板状玻璃坯料,适当实施后述的形状加工处理,由此得到圆板状的玻璃基板,其为磁盘用玻璃基板的原料。

(b)粗磨削处理

接着,进行粗磨削处理。在粗磨削处理中,在将上述玻璃坯料保持在众所周知的双面磨削装置的载具(未图示)上的同时,进行玻璃坯料的两侧的主表面的磨削。具体而言,将玻璃坯料保持在设置于载具上的保持孔上,同时夹持在上定盘与下定盘之间,向其供给含有磨削剂的磨削液的同时,使上定盘或下定盘的任一者或二者移动操作,由此使玻璃基板与各定盘相对移动,从而对玻璃基板的两主表面进行磨削。作为磨削剂,可以使用例如游离磨粒。在粗磨削处理中,按照玻璃坯料大致接近目标的板厚尺寸和主表面的平坦度的方式进行磨削。需要说明的是,粗磨削处理根据所成型的玻璃坯料的尺寸精度或表面粗糙度进行,但可以适当省略。

(c)形状加工处理

接着,进行形状加工处理。在形状加工处理中,使用公知的加工方法在玻璃坯料上形成圆孔,由此得到具有圆孔的圆板状的玻璃基板。之后,进行玻璃基板的端面的倒角。对于玻璃基板的内周侧和外周侧这二者的端面进行倒角。通过进行倒角,在玻璃基板的端面形成与主表面正交的侧壁面、和连接侧壁面与主表面的倒角面(中间面)。

(d)端面研磨处理

接着,进行玻璃基板的端面研磨处理。在端面研磨处理中,向研磨刷与玻璃基板的端面之间供给含有游离磨粒的研磨液,使研磨刷与玻璃基板在玻璃基板的厚度方向上相对移动,由此进行研磨。通过端面研磨处理,玻璃基板的内周侧和外周侧的端面经研磨,成为镜面状态。

(e)精磨削处理

接着,对玻璃基板的主表面实施精磨削处理。在精磨削处理中,优选使用定盘上粘贴有固定磨粒的双面磨削装置,对玻璃基板的主表面进行磨削。具体而言,使用固定磨粒代替上述游离磨粒进行磨削,除此之外,与上述粗磨削处理大致同样地对玻璃基板的两主表面进行磨削。

(f)第1研磨处理

接着,对玻璃基板的主表面实施第1研磨处理。第1研磨处理使用公知的双面研磨装置,使玻璃基板保持在载具上,进行玻璃基板的两侧的主表面的研磨。在第1研磨处理中,使用游离磨粒,使粘贴在定盘上的研磨垫与玻璃基板的主表面接触而进行研磨。第1研磨处理期间,含有游离磨粒的浆料从双面研磨装置的供给罐(未图示)经由配管(未图示)供给至玻璃基板与研磨垫之间。浆料优选循环使用。对于含有游离磨粒的浆料而言,使用上述实施方式中说明的研磨浆料。游离磨粒使用例如铈系研磨材料或氧化锆系研磨材料。

作为第1研磨处理的优选条件,可以举出下述条件。

·研磨磨粒浓度:1重量%~20重量%

·双面研磨装置的上定盘和下定盘对玻璃基板的负荷:50g/cm2~200g/cm2

·研磨时间:10分钟~120分钟

由于能够防止微小瑕疵的发生,因而研磨垫优选为绒面革型的研磨垫。从提高研磨速率和降低微小瑕疵的方面出发,研磨垫的硬度以ASKER C硬度计优选为60~90。

在第1研磨处理中,例如在进行利用固定磨粒的磨削的情况下,进行在主表面残留的裂纹或应变的去除,或因结晶化处理而在主表面产生的微小表面凹凸的去除。通过适当调整加工余量,能够防止主表面的端部的形状过度下陷或者突出,同时能够降低主表面的表面粗糙度、例如算术平均粗糙度Ra。另外,由于在第1研磨处理中使用的研磨浆料具有难以破碎的研磨磨粒,因而可抑制粒径变小、研磨速率降低。另外,研磨磨粒不会过硬,因而可抑制玻璃基板的主表面产生损伤。

需要说明的是,在第1研磨处理后可以回收研磨浆料,进而利用上述实施方式的研磨浆料的制作方法、即使用过的研磨浆料的再生方法进行再生,可以将再生后的研磨浆料进一步用于其它玻璃基板的研磨处理。

(g)第2研磨(镜面研磨)处理

接着,实施第2研磨处理。第2研磨处理的目的在于主表面的镜面研磨。第2研磨处理可以使用与第1研磨处理中使用的双面研磨装置和研磨方法同样的双面研磨装置和研磨方法,但优选研磨磨粒的尺寸小于第1研磨处理中使用的研磨磨粒的尺寸。由此,能够防止主表面的端部的形状过度下陷或者突出,同时能够降低主表面的粗糙度。第2研磨处理后,将玻璃基板连同载具一起从双面研磨装置中取出并进行清洗。第2研磨处理中使用的游离磨粒例如为胶态二氧化硅。需要说明的是,对于第2研磨处理中使用的使用过的研磨浆料,可以进行回收,并在上述实施方式的研磨浆料的制作方法的添加处理中添加到原料浆料中。

(实施例)

(1)关于第1实施方式的实施例

为了确认本发明的第1实施方式的效果,进行了下述实验。具体而言,对于作为原料磨粒的使用过的研磨浆料,如表1所示,使条件各不相同而进行再生,测定再生后的研磨磨粒(样品1~5)的抗压强度,进而测定进行了研磨处理时的研磨速率,评价了在玻璃基板产生的损伤的产生程度。

使用过的研磨浆料的再生通过依次进行下述处理1~7来进行。对于使用过的研磨浆料而言,使用下述浆料:利用包含平均粒径D50为1.0μm的未使用的铈系研磨材料的浆料进行1次上述实施方式的第1研磨处理,回收所得到的浆料。回收后的铈系研磨材料的平均粒径D50为0.7μm。第1研磨处理使用双面研磨装置,在与后述第1研磨处理的条件同样的条件下进行。

处理1:异物去除处理

通过过滤,将研磨垫屑、混入有研磨处理中进行干燥并粗大化的颗粒的物质、玻璃屑等异物从使用过的研磨浆料中去除。去除的颗粒等的尺寸为15μm以上。

处理2:固液分离处理

在处理1后,对于使用过的研磨浆料,使用离心分离机以800G进行20分钟固液分离,回收上清液。接着,使用离心分离机以800G将上清液固液分离1小时,回收固体成分。

处理3:破碎处理

按照固体成分的浓度为10重量%~30重量%的方式,向通过处理2的第2次固液分离所得到的固体成分中添加水,使用均化器以20kHz的频率进行超声波照射,从而进行了固体成分的破碎。需要说明的是,破碎处理的时间不固定,进行至被充分破碎为止。

处理4:造粒·干燥处理

按照固体成分的浓度为10重量%~30重量%的方式,向破碎后的固体成分中添加水,制作原料浆料,按照表1添加粘结剂和粘结剂凝集抑制剂。粘结剂的添加通过添加包含使用过的胶态二氧化硅(使用过的状态下的平均粒径为3nm~20nm)的使用过的研磨浆料来进行。粘结剂凝集抑制剂使用了玉米淀粉、小麦粉。

接着,使用并流型的喷雾干燥器对原料浆料进行喷雾干燥,从而进行造粒,制作出原料磨粒的块。并流型的喷雾干燥器为下述装置:通过向干燥室内喷雾浆料,并与此并行地喷射热风,从而使浆料干燥。喷雾单元使用了旋转圆盘式的喷雾单元。喷雾条件为:旋转圆盘(喷雾器)的直径为50mm、圆盘转速20000转/分钟、喷出量30mL/分钟、干燥室的入口温度(旋转圆盘位置温度)150度、出口温度50度。

处理5:烧制处理

将原料磨粒的块放入坩埚,在马佛炉内以表1所示的温度烧制2小时,制作原料磨粒的集合体。

处理6:破碎处理

对于在800℃以下进行了烧制的原料磨粒的集合体,使用均化器以频率20kHz进行超声波照射,从而进行固体成分的破碎,制作出研磨磨粒。另一方面,对于在超过800℃的温度进行了烧制的原料磨粒的集合体,使用球磨机进行了4小时粉碎。

处理7:粗大颗粒去除处理

通过过滤将混入研磨磨粒的15μm以上的粗大颗粒去除。

(抗压强度的测定)

根据JIS R1639-5,对通过处理7得到的各样品的研磨磨粒的抗压强度进行了测定。结果示于表1。表1中,用测定值的范围和平均值示出从各样品中随机抽出的n(n=20以上)个样品的抗压强度。

(研磨速率、损伤产生的程度的评价)

将各样品的研磨磨粒分散于水中,制作研磨浆料,使用所制作的研磨浆料,作为具备行星齿轮机构的双面研磨装置,使用日本特开2012-133882号公报中记载的第1研磨处理中所用的双面研磨装置400,以下述研磨条件对玻璃基板进行上述实施方式的第1研磨处理。需要说明的是,上下定盘的表面使用了发泡聚氨酯制的绒面革型的研磨垫。另外,研磨后从定盘排出的浆料再次返回到研磨装置中,从而循环使用。

·研磨磨粒浓度:10重量%

·上定盘和下定盘对玻璃基板的负荷:100g/cm2

·研磨时间:60分钟

玻璃基板使用了2.5英寸的铝硅酸盐玻璃。1次研磨处理中被研磨的玻璃基板的片数为100片。

在进行了第1研磨处理后,对玻璃基板进行清洗、干燥,之后由研磨前后的玻璃基板的重量差计算研磨速率。另外,使用激光器式的表面检查装置对玻璃基板表面两面的刮痕和凹坑的数量进行计算,将小于20个/单面的情况评价为A,将20以上且小于100个/单面的情况评价为B,将100个/单面以上的情况评价为C。若为A和B,则可以抑制玻璃的损伤的产生。研磨速率以将样品4设为100%的相对值来表示。结果示于表1。

表1中,混配比表示原料磨粒、粘结剂、粘结剂凝集抑制剂这3种成分的混配比(质量份)。

[表1]

如表1所示,可知:关于未添加粘结剂而再生的样品1、2的研磨磨粒,在800℃以下的温度下进行了烧制的样品1虽然未产生玻璃基板的损伤,但是抗压强度小,研磨速率低。另外可知,在超过800℃的温度下进行了烧制的样品2虽然抗压强度大、研磨速率高,但产生了许多玻璃基板的损伤。

另一方面,关于添加粘结剂而再生的样品3~5的研磨磨粒,可知:抗压强度为0.1MPa~20MPa的范围内,研磨速率高,抑制了玻璃基板的损伤的产生。特别是,关于添加了粘结剂凝集抑制剂的样品4、5的研磨磨粒,可知:虽然抗压强度与样品3为相同程度,但研磨速率足够高,未产生玻璃基板的损伤。

需要说明的是,利用显微镜对添加了粘结剂凝集抑制剂的样品4和5的原料磨粒的集合体进行了观察,结果确认到存在与所添加的粘结剂凝集抑制剂的尺寸大致同等的尺寸的空穴。另外,对于添加了粘结剂的样品3~5的研磨磨粒的表面,进行了基于EDX的元素分布图,结果确认到配置有粘结剂。

(烧制温度依赖)

另外,为了调查烧制温度的影响,将烧制温度变更为800℃、1000℃,除此以外在与样品3相同的条件下将使用过的浆料再生(样品6、7)。其结果,关于样品6,抗压强度的平均值为14MPa,研磨速率的相对值为112,损伤产生的程度为B等级。另一方面,样品7的抗压强度的平均值为53MPa,研磨速率的相对值为112,损伤产生的程度为B等级。其中,详细地比较了损伤产生的程度,结果样品3为31个/面,与此相对,样品7为87个/面。即,可知:根据烧制温度的不同,在B等级中也产生了差异。

(连续研磨检测)

另外,使用样品1、3~5的再生浆料,连续进行5个批次(加工基板片数为500片)的上述第1研磨处理,之后评价了损伤产生的程度。其结果,样品1为C等级,但其它样品分别为与表1所示的等级相同的等级。推测这是因为,由于样品1的再生浆料的抗压强度低,因而被研磨处理所破坏,小颗粒增加。

(2)关于第2实施方式的实施例

为了确认本发明第2实施方式的效果,进行了下述实验。具体而言,对于作为原料磨粒的使用过的研磨浆料,如表2和表3所示,使条件各不相同而进行再生,对于再生后的研磨磨粒(样品11~13、12A、13A),测定样品11、12A、13A的破碎所需要的时间,除此以外,对于样品11~13测定抗压强度,进而测定进行了研磨处理时的研磨速率。另外,关于样品11~13,评价了在玻璃基板产生的损伤的产生程度。

使用过的研磨浆料的再生通过依次进行下述处理1~7来进行。对于使用过的研磨浆料而言,使用下述浆料:利用包含平均粒径D50为1.0μm的未使用的铈系研磨材料的浆料进行1次上述实施方式的第1研磨处理,回收所得到的浆料。回收后的铈系研磨材料的平均粒径D50为0.7μm。第1研磨处理使用双面研磨装置,在与后述第1研磨处理的条件同样的条件下进行。

处理1:异物去除处理

通过过滤,将研磨垫屑、混入有研磨处理中进行干燥并粗大化的颗粒的物质、玻璃屑等异物从使用过的研磨浆料中去除。去除的颗粒等的尺寸为15μm以上。

处理2:固液分离处理

在处理1后,对于使用过的研磨浆料,使用离心分离机以800G进行20分钟固液分离,回收上清液。接着,使用离心分离机以800G将上清液固液分离1小时,回收固体成分。

处理3:破碎处理

按照固体成分的浓度为10重量%~30重量%的方式,向通过处理2的第2次固液分离所得到的固体成分中添加水,使用均化器以频率20kHz进行超声波照射,从而进行了固体成分的破碎。需要说明的是,破碎处理的时间不固定,进行至被充分破碎为止。

处理4:造粒·干燥处理

按照固体成分的浓度为10重量%~30重量%的方式,向破碎后的固体成分中添加水,制作原料浆料,根据表2和表3添加了造孔剂和粘结剂。粘结剂的添加通过添加包含使用过的胶态二氧化硅(使用过的状态下的平均粒径为3nm~20nm)的使用过的研磨浆料来进行。造孔剂使用了玉米淀粉、小麦粉。

接着,使用并流型的喷雾干燥器对原料浆料进行喷雾干燥,从而进行造粒,制作出原料磨粒的块。并流型的喷雾干燥器为下述装置:通过向干燥室内喷雾浆料,并与此并行地喷射热风,从而使浆料干燥。喷雾单元使用了旋转圆盘式的喷雾单元。喷雾条件为:旋转圆盘(喷雾器)的直径为50mm、圆盘转速20000转/分钟、喷出量30mL/分钟、干燥室的入口温度(旋转圆盘位置温度)150度、出口温度50度。

处理5:烧制处理

将原料磨粒的块放入坩埚,在马佛炉内以600度烧制2小时,制作原料磨粒的集合体。

处理6:破碎处理

对于原料磨粒的集合体,使用均化器以频率20kHz进行超声波照射,从而进行固体成分的破碎,制作出研磨磨粒。

处理7:粗大颗粒去除处理

通过过滤将混入研磨磨粒的15μm以上的粗大颗粒去除。

(抗压强度的测定)

根据JIS R1639-5,对通过处理7得到的各样品的研磨磨粒的抗压强度进行了测定。结果示于表3。表3中,用测定值的范围和平均值示出从各样品中随机抽出的n(n=20以上)个样品的抗压强度。

(研磨速率、损伤产生的程度的评价)

将各样品的研磨磨粒分散于水中,制作研磨浆料,使用所制作的研磨浆料,作为具备行星齿轮机构的双面研磨装置,使用日本特开2012-133882号公报中记载的第1研磨处理中所用的双面研磨装置400,以下述研磨条件对玻璃基板进行上述实施方式的第1研磨处理。需要说明的是,上下定盘的表面使用了发泡聚氨酯制的绒面革型的研磨垫。另外,研磨后从定盘排出的浆料再次返回到研磨装置中,从而循环使用。

·研磨磨粒浓度:10重量%

·上定盘和下定盘对玻璃基板的负荷:100g/cm2

·研磨时间:60分钟

玻璃基板使用了2.5英寸的铝硅酸盐玻璃。1次研磨处理中被研磨的玻璃基板的片数为100片。

在进行了第1研磨处理后,对玻璃基板进行清洗、干燥,之后由研磨前后的玻璃基板的重量差计算研磨速率。另外,使用激光器式的表面检查装置对玻璃基板表面两面的刮痕和凹坑的数量进行计算,将小于20个/单面的情况评价为A,将20以上且小于100个/单面的情况评价为B,将100个/单面以上的情况评价为C。若为A和B,则可以抑制玻璃的损伤的产生。研磨速率以将样品12设为100%的相对值来表示。结果示于表3。

表2和表3中,混配比表示原料磨粒、造孔剂、粘结剂这3种成分的混配比(质量份)。

[表2]

关于未添加造孔剂而再生的样品11,可知:在上述处理6中被充分破碎为止需要60分钟。这样,无法以比较短的时间充分地破碎,无法得到适合于研磨处理的尺寸的研磨磨粒。

(烧制温度依赖)

另外,为了调查烧制温度的影响,将烧制温度变更为500℃、800℃,除此以外在与样品11、12A、13A各自相同的条件下将使用过的浆料再生,与上述同样地评价了破碎所需要的时间,结果相同。

[表3]

关于添加造孔剂而再生的样品12、13,如表3所示,可知:抗压强度均为0.1MPa~20MPa的范围内,研磨速率均高。另外可知,样品12、13虽然是添加粘结剂而再生的物质,但几乎没有产生玻璃基板的损伤。

需要说明的是,利用显微镜对样品12、13的原料磨粒的集合体进行了观察,结果确认到存在与所添加的造孔剂的尺寸大致同等的尺寸的空穴。另外,对于添加了粘结剂的样品12、13的研磨磨粒的表面,进行了基于EDX的元素分布图,结果确认到配置有粘结剂。

以上,对本发明的研磨浆料的制作方法、研磨磨粒、研磨浆料、以及玻璃基板的制造方法进行了详细的说明,但本发明不限定于上述实施方式,当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良和变更。

符号说明

1 研磨磨粒

3 原料磨粒(磨粒)

5 粘结剂

7 粘结剂凝集抑制剂(造孔剂)

9 空穴

10 原料磨粒的块

20 原料磨粒的集合体

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