JP4132366B2

JP4132366B2 - Free abrasive polishing slurry composition

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Publication number: JP4132366B2
Application number: JP06828199A
Authority: JP
Inventors: 康之鈴木; 智弘賀来; 一也折井; 恭敏藤田; 正雄山口; 正博佐々木
Original assignee: TDK Corp; Toppan TDK Label Co Ltd
Current assignee: TDK Corp; Toppan Infomedia Co Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000265159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬度の異なる複数の異硬度材料から構成される複合材料間における研磨量の差、即ち選択研磨を生じることなく均一に削る加工工程で使用するのに適した遊離砥粒研磨スラリー組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学部品、電子部品や精密機器部品などに対して、ますます高機能化、高性能化が要求されてきており、使われている材料も、金属結晶材料、セラミックス、ガラス、プラスチックと非常に多岐にわたっている。そのため硬度の異なる複数の材料から構成される部品の研磨用途が多くなってきている。このような複合材料の研磨加工の一例として、電子部品に関してはＬＳＩの多層配線工程における配線金属と層間絶縁膜との均一加工や光学部品では光ファイバーコネクタの端面研磨などが挙げられる。
【０００３】
またコンピューターの記録媒体であるハードディスクドライブは年々その記録密度の向上が計られており、高記録密度を達成する一つの手段として、ハードディスクと磁気ヘッドの浮上隙間を狭め、ディスク／ヘッド間のスペーシングを低減させる、所謂ヘッドの低浮上化が試みられている。
ハードディスクドライブに搭載されている磁気ヘッドは薄膜型磁気ヘッドが主流であり、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ）などの基材となるセラミックスとパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）、センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ）などの磁性材料である金属膜等による複合材料で構成されている（図２）。
【０００４】
また現在浮上型磁気へッドは一般的に以下のような工程で製造されている：
１．バーの切り出し工程（このバーは図１に示すように多数の磁気交換素子がマトリックス状に形成されたウエハを切断したものであり、複数のスライダーが列状に配列されている。）、２．バーを加工治具に接着する工程（図３参照）、３．バーのラッピング処理（図４参照、ラッピング処理とは、図４に示すように錫等を主材料とした定盤を回転させこの上に被研磨物をおいて、遊離砥粒研磨スラリー組成物等を供給しながら行う、スライダーのＡＢＳの研磨加工をいう。）、４．加工治具からバーを剥離する工程、５．レールエッチング工程、及び６．バーをスライダーに切断分離する工程。
これらの工程の中で、この発明は３．バーのラッピング処理における研磨に関する。
【０００５】
従来の遊離砥粒研磨スラリー組成物を用いて、セラミックスと金属膜との複合材料である薄膜磁気ヘッドのＡＢＳの研磨加工を行う場合、材料間の硬度の違いにより、磁極部に使用されている軟質材料であるパーマロイやセンダストなどの金属膜が選択的に加工され、段差が発生するものがほとんどであった。このパーマロイやセンダストなどの金属膜によって構成されている磁極部材料の選択研磨は、セラミックスからなるＡＢＳより磁極部などの金属膜を後退させることになり、記録媒体との磁気間隔を増大させる所謂ポールチップリセッション（ＰｏｌｅＴｉｐＲｅｃｅｓｓｉｏｎ：ＰＴＲ）が発生し、実質的なへッドの浮上量を増大させてしまうものである。
【０００６】
従来、異硬度材料が混在する複合材料を研磨するために潤滑剤が用いられてきたが、この潤滑剤は被研磨物に対する潤滑効果の作用機構から一般的に１）ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸である油性剤、２）リン酸エステル、Zn-DTPなどの耐摩耗剤、３）有機Mo化合物などの極圧添加剤の3つに大別されている。
このうち、耐摩耗剤は、油性剤では潤滑効果が消失する様な過酷な研磨条件においても、その効果が維持するために摩擦を低減する。低〜高荷重、高温条件では摩擦表面とのトライボケミカル反応による潤滑膜を形成して摩擦を低減する（広中清一郎；潤滑油添加剤の作用機構、塑性加工シンポジウム、33-43、1994、R.J.ハートレイら；耐摩耗剤・極圧剤、トライボロジスト、326-331、1995）。
【０００７】
この様な耐摩耗剤のうち、分子鎖に硫黄を含む化合物は摩擦面で発生する摩擦熱によって分解し、被研磨物との間に硫化物から成る無機質の被膜を形成し、潤滑特性を維持する。
同様に分子鎖にリンを含む耐摩耗剤は摩擦面で発生する摩擦熱によって分解して被研磨物との間にリン化物またはリン酸化物から成る無機質の被膜を形成する。リンを含む化合物の中でも、亜リン酸エステル系は摩擦熱によって加水分解し、無機質の被膜を形成すると考えられている。（大森俊英ら；リン系極圧添加剤の鉄表面における吸着と反応（第2報）、トライボロジスト、188-194、1990）。
【０００８】
硫黄及びリンを両方含む化合物もそれぞれ単独に含有する化合物と同様な効果がある（益子正文；潤滑剤の化学と物理、トライボロジーにおける基礎と応用、15-34、1996）。
これらの無機質の被膜は被研磨物と化学吸着しているために、有機分子の物理吸着に比べて吸着力が強く高温まで安定に存在する。無機質の被膜を除去するには大きなエネルギーが必要であるために、無機質の被膜を除去する程の過酷な研磨条件でない限り、被研磨物に対する潤滑効果が維持されることが知られている（桜井俊男；潤滑と摩耗の化学、潤滑、635-642、1982）。
【０００９】
また耐摩耗剤として含硫有機モリブデンが研究されており（P.C.H. Mitchell“Oil Soluble Mo-S Compounds as Lubricant additive”Wear, 100 (1984) 281-300、岡部平八朗編“石油製品添加剤の開発と最新技術”シーエムシー（1998）p99〜106等）、含硫有機モリブデンは異硬度材料が混在する複合材料を研磨するための潤滑剤として検討されている（特願平10−255022）。
この様に耐摩耗剤の効果は広く一般に知られているが、これらの耐摩耗剤は従来、機械部品、例えば、ギヤやタービン等のしゅう動面の摩擦を低減させる用途に用いられている。従来、異硬度材料から構成される薄膜型磁気ヘッド等の複合材料の研磨に加わる荷重はギアなどのしゅう動面に加わる荷重よりもはるかに低い。従って、耐磨耗剤を用いなくとも、複合材料の研磨面を加工することが可能であったが、均一加工は出来なかった。従って、本発明の様に耐摩耗剤を遊離砥粒スラリー組成物に添加し、異硬度材料から構成される複合材料の選択研磨防止に成功裏に応用されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、異硬度材料が混在する複合材料を、異硬度材料間における研磨量の差、即ち選択研磨を生じることなく均一に削る加工工程で使用するのに適した遊離砥粒研磨スラリー組成物を提供することである。また薄膜型磁気ヘッドの研磨加工において薄膜型磁気ヘッドのＡＢＳ面をスクラッチを発生することなく均一に加工する遊離砥粒研磨スラリー組成物及びそれを用いた研磨方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の主題は、異硬度材料が混在する複合材料を研磨するための遊離砥粒研磨スラリー組成物であって、研磨剤粒子、耐摩耗剤及び分散媒を含む遊離砥粒研磨スラリー組成物、更に界面活性剤、高分子系表面改質剤及びカップリング剤から成る群から選択される少なくとも一種を含む前記組成物、前記耐摩耗剤がその分子鎖中にイオウ又はリンを含有する前記組成物、並びに前記耐摩耗剤の添加量が０．１重量％以上である前記組成物である。
ここに使用される耐磨耗剤は、その分子鎖中にイオウ又はリンを含有する、式
【化１】

で表されるリン酸エステル、式
【化２】

で表されるリン酸トリクレジル（ TCP ）、式
【化３】

で表されるリン酸トリアリル、式
【化４】

で表されるジチオリン酸亜鉛（ Zn-DTP ）、式
【化５】

で表されるリン硫化ポリオレフィン、式
【化６】

で表されるバリウムチオピロホスフェート、式
【化７】

で表されるニッケルチオホスフェート、式
【化８】

で表される硫化脂肪酸エステル、
から選ばれる。
更に本発明の主題は、薄膜磁気へッドの製造における薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面となる面の研磨加工において、前記研磨加工が前記遊離砥粒研磨スラリー組成物を用いる薄膜磁気へッドの研磨方法である。
【００１２】
このような遊離砥粒研磨スラリー組成物を使用することにより、異硬度材料が混在する複合材料を研磨する段階で、固体接触が発生している部分の比率を低下させ、選択的に硬度の低い被研磨物表面の摩擦係数を下げることになる。つまり加工除去されやすい硬度の低い材質の除去量を小さくすることにより、異硬度材料間における研磨量の差を生じることなく均一に加工することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のスラリーは、研磨剤粒子、耐摩耗剤及び分散媒を含む遊離砥粒研磨スラリー組成物である。各成分について以下説明する。
耐摩耗剤は遊離砥粒スラリーの研磨性能を向上させる効果を有し、特に、硫黄及びリン単独若しくは両方を含有する耐摩耗剤は境界潤滑における摩擦特性を改善する。具体的には、低〜中荷重、高温条件で摩擦表面とのトライボケミカル反応による潤滑膜を形成し、摩擦を低減する。
【００１４】
この耐摩耗剤にはリン酸エステル、金属ジチオリン酸塩、リン酸エステルアミン塩及び硫黄系化合物がある。リン酸エステルとしては、式
【化１】

で表されるリン酸エステル、式
【化２】

で表されるリン酸トリクレジル（TCP）、亜リン酸トリクレジル（TCPi）、リン酸トリフェニル(TPP)、リン酸ジフェニル(DPP)、亜リン酸トリフェニル(TPPi)、亜リン酸ジフェニル（DPPi）、リン酸クレジルジフェニル(CDP)、式
【化３】

で表されるリン酸トリアリル、リン酸トリオレイル、モリブテンリン酸エステルがあり、リン酸エステル（上式のＲはアルキル基）、リン酸トリクレジル及びリン酸トリアリルが好ましい。
【００１５】
金属ジチオリン酸塩としては、式
【化４】

で表されるジチオリン酸亜鉛（Zn-DTP）、式
【化５】

で表されるリン硫化ポリオレフィン、式
【化６】

で表されるバリウムチオピロホスフェート、式
【化７】

で表されるニッケルチオホスフェート、ジチオリン酸ニッケル(Ni-DTP)、ジチオリン酸コバルト(Co-DTP)などがあり、ジチオリン酸亜鉛（Zn-DTP）、リン硫化ポリオレフィン、バリウムチオピロホスフェート、ニッケルチオホスフェートが好ましい。
【００１６】
硫黄系化合物としては式
【化８】

で表される硫化脂肪酸エステル、硫化イソブチレン、硫化スパーム油、硫化テルペン、硫化抹香油、ジフェニルモノサルファイド(DPMS)、ジフェニルジサルファイド(DPDS)などがあり、硫化脂肪酸エステルが好ましい。
これら耐摩耗剤の中で、リン酸エステル及び金属ジチオリン酸塩が好ましく、特にジチオリン酸亜鉛、リン酸エステル（上式のＲはアルキル基）、リン酸トリクレジル及びリン酸トリアリルがより好ましい。
【００１７】
これらの耐摩耗剤は被研磨物との間に無機質の被膜を形成するために、高荷重、高温条件下でも摩耗や焼付きを防ぐ効果がある。これらの耐摩耗剤は、所望の研磨特性に合わせて単体でも、２種以上の混合でも使用することが出来る。
耐摩耗剤の濃度は0.1wt%以上、好ましくは0.5wt%以上、より好ましくは1.0wt%以上である。0.1wt%より低濃度では被研磨物に作用する添加剤が少なく、複数の異硬度材料を均一に研磨することは難しい。
【００１８】
本発明で用いる分散媒は、耐摩耗剤を溶解する溶媒であれば限定されないが、薄膜型磁気ヘッドに用いる場合には構成材料であるパーマロイ及びセンダストなどの金属膜が一般的に水に対して弱く腐食や錆を発生するので分散媒として非水系溶媒を用いることが望ましく、更に極性の弱い非極性溶媒を用いることが望ましい。
ここで、分散媒の極性とは普通に使用される意味で溶媒分子内の原子とその結合の種類、原子配列とその位置などによって分子内に生じる双極子に基づく性質である。この極性の大きさは相互作用する分子の極性によって相対的に決まるものである。
溶媒の極性は、定性的に、Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄの溶解性パラメーター（ｓｐ値）δ値で表される。この値δが大きい程極性が大きく、小さいものほど極性は小さい。このδ値は、更に分散、極性による配向及び水素結合などの分子間相互作用によっていくつかに分けられるが、これらの値は、その溶媒がどのような化合物を良く溶かすかという、化合物に対する溶解の選択性を決定するものである。
【００１９】
本発明の遊離砥粒研磨スラリー研磨液の分散媒に適した有機溶媒は、このδ値が低いものが望ましい。これは、極性成分が増加することにより分散媒の臭気が問題になったり、分散媒自体が人体や被研磨物に対して悪影響を与えるからである。さらに本発明では、研磨加工中の研磨スラリーの蒸発を無くし、安定な研磨加工を行うために分散媒の蒸発速度が遅い溶媒が適している。これは、蒸発速度の速い分散媒は研磨作業中に分散媒が蒸発してしまい、安定な研磨加工が困難になるからである。
これらのことから、本発明に用いる分散媒は溶解性パラメーターｓｐ値が１０．０以下、好ましくは８．０以下、相対速度が５．０以下、より好ましくは２．０以下のものが適している。これらの分散媒としては例えば、エクソン化学（株）製、無臭イソパラフィン系溶媒：アイソパーシリーズや低臭ナフテン系溶媒：ＥＸＸＳＯＬシリーズ、モービル化学製ｎ−パラフィン系溶媒：ホワイトレックスシリーズおよび工業用脂肪族系溶媒であるペガソール、ペガホオワイト、サートレックスなどがある。
【００２０】
本発明に用いられる研磨材粒子は、研磨加工一般に用いられるものであれば特に限定されることなく使用することが出来る。具体的には、ダイヤモンド、アルミナ、シリコーンカーバイド、酸化セリウム、酸化ケイ素、酸化鉄などが挙げられる。研磨材粒子は、被研磨物の硬度や複合材料種、研磨除去量および研磨仕上げ面精度などによって任意に設定することが可能であるが、薄膜磁気ヘッドのラッピング加工の場合、呼称粒度が０〜１／１０μｍ、０〜１／８μｍおよび０〜１／４μｍなど１μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下のダイヤモンド微粒子研磨材が一般的に使用されている。また、研磨材粒子のスラリー組成物中における濃度は０．０１〜１．０重量％程度、好ましくは０．０５〜０．４重量％程度が一般的であり、研磨能率や研磨精度を考慮し調製させる必要がある。
【００２１】
粉体の状態から安定な分散系を作るには、固／液界面でのぬれ性が良くなければならない。ここでぬれ性とは、液体が固体表面から気体を押しのける現象を言うが、乾燥した粉体の表面には空気が強く吸着しているため、これを液体で置換する必要がある。また、ぬれ性を良くするには、固／液の化学的親和性を強めればよく、親和性は両者の極性や化学構造が近いものほど大きくなる。
研磨材粒子に用いられる粒子表面には、表面水酸基などの極性官能基が存在するため親水性を示し水のようなδ値の高い極性溶媒中ではぬれ性が良いため容易に分散させることが可能である。しかし、本発明で用いる分散媒は、非極性溶媒であるため、親水性粒子である研磨材を非極性溶媒中に均一に分散させるには、粒子表面と分散媒との親和性を高めなければならず、疎水化処理を施す必要がある。
【００２２】
粒子表面を疎水化処理するために、本発明の遊離砥粒研磨スラリー組成物に界面活性剤、高分子系表面改質剤、カップリング剤などの表面改質剤を添加してもよい。
界面活性剤を用いる方法は、界面活性剤が分子中に疎水性の長い炭化水素鎖と末端に強い極性基（＝親水基）を持つ両親媒性物質であることを利用している。親水性である粒子表面と界面活性剤の極性基との相互作用により疎水性である炭化水素鎖を外側に向けて吸着するため、全体的に見ると粒子の表面性は親水性から疎水性に変化し、非極性溶媒中で沈降することなく安定に存在することが可能となる。
【００２３】
本発明に界面活性剤を使用する場合は、その界面活性剤は非極性溶媒に溶解するものでなければならず、そのような界面活性剤は、その分子骨格中に二重結合や三重結合を有するか、又は分岐が存在するものが一般的である。磁気ヘッドの磁性部に対して腐食などを引き起こしうるイオン性界面活性剤を用いるより、好ましくは非イオン性界面活性剤を用いることが望ましい。そのような界面活性剤としては、例えばソルビタン脂肪酸エステル系であるモノオレイン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン、グリセリンエステル系としてはペンタオレイン酸デカグリセリル、ペンタインステアリン酸デカグリセリル、トリオレイン酸デカグリセリル、ペンタオレイン酸ヘキサグリセリル、モノイソステアリン酸グリセリル、モノイソステアリン酸ジグリセリルなど、ポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル系であるテトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル系であるモノオレイン酸ポリエチレングリコール２ＥＯ、６ＥＯ、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系であるＰＯＥ（２）オレイルエーテル、ＰＯＥ（３）２級アルキルエーテルなどがある。
【００２４】
本発明に使用される界面活性剤濃度は、粒子に飽和吸着を起こす濃度以上であれば良く、使用する研磨材粒子の表面性および界面活性剤により変化するが、０．０１重量％以上が好ましい。また一般的に５０重量％以下で用いられる。これは、非極性溶媒中では水系に比べ、一層目での界面活性剤の吸着量は小さいため、界面活性剤同士が疎水−疎水相互作用を利用し二層吸着することは困難となり、水系のように界面活性剤の添加濃度とともに表面性が変化することがないためである。
【００２５】
高分子系表面改質剤には、ポリマーの一端が界面に強く吸着し、その他の部分が溶媒中に伸長する、ポリ（２−ビニルピリジン）-ポリスチレン（ＰＶＰｙ-ＰＳ）やポリ（２−ビニルピリジン）-ポリイソプレン（ＰＶＰｙ-ＰＩＳ）等のポリマーブラシが挙げられる。これらは粒子表面に吸着し厚い吸着層を形成する。この厚い吸着層によって、粒子同士の接近を立体障害的に防止することを利用している。
【００２６】
またカップリング剤には、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（β-メトキシエトキシ）シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ-（メタクリロキシプロピル９トリメトキシシラン、β-（３，４-エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ-β-（アミノエチル）γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ-β-（アミノエチル）γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート（味の素株式会社製プレンアクトＫＲ１３８Ｓ）、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オエチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミドエチルアミノエチル）チタネート、ジクミルフェニルオキシアセテートチタネート、ジイソステアロイルエチレンチタネート等のチタネート系カップリング剤、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート（味の素株式会社製プレンアクトＡｌ-Ｍ）や、アセトアルコキシジイソプロピレート、イソブチロキシド、２-オクタデシロキシド、２−エチルヘキシルイソプロポキシド等の有機アルミニウム系カップリング剤などが挙げられる。
本発明に使用される高分子系表面改質剤やカップリング剤の濃度は、使用する研磨材粒子の表面性等により変化するが、０．０１重量％以上が好ましい。また一般的に５０重量％以下で用いられる。
これらを用いる方法では、粒子表面にある表面官能基と表面改質剤を化学反応により結合させ粒子の表面性を親水性から疎水性へと変化させることを利用している。疎水化処理は上記の方法に限定されることはなく、親水性である研磨剤粒子を非極性溶媒中に均一に分散させる疎水化処理であるならいかなる処理でも用いてもよい。
【００２７】
本発明の遊離砥粒研磨スラリー組成物の製造方法は、一般的な遊離砥粒研磨スラリー組成物の製造方法が適用出来る。即ち、分散媒に界面活性剤を適量溶解し研磨材粒子を適量混合する。この状態では研磨材粒子は親水性であるために非極性溶媒中では凝集状態で存在している。そこで、凝集した研磨材粒子を一次粒子に解砕するために粒子の分散を実施する。分散工程では一般的な分散方法および分散装置を用いることが出来る。具体的には、例えば超音波分散機、各種ビーズミル分散機、ニーダー、ボールミルなどが適用できる。
分散装置の使用によって、粒子が一次粒子まで解砕され現れた表面に界面活性剤が吸着しぬれ性を改善することにより凝集することなく分散安定性が良好なスラリーを調製することが可能となる。
【００２８】
この発明の被研磨物は、主にＨｖ硬度が２６〜３６０の軟材料とＨｖ硬度が７００〜４０００の異硬度材料が混在する複合材料である。ここに含まれる軟材料と硬材料はそれぞれ一種類又は複数であってもよい。この軟材料は特に金属であり、例えばＴｉ（Ｈｖ硬度：６０），Ｐｂ（Ｈｖ硬度：３７），Ａｇ（Ｈｖ硬度：２６），Ｗ（Ｈｖ硬度：３６０），Ｖ（Ｈｖ硬度：５５），Ｎｂ（Ｈｖ硬度：８０），Ｔａ（Ｈｖ硬度：３５５），Ｐｄ（Ｈｖ硬度：３８），Ｃｒ（Ｈｖ硬度：１３０），Ｒｕ（Ｈｖ硬度：３５０），Ｃｕ（Ｈｖ硬度：１１７），Ｐｔ（Ｈｖ硬度：３９），Ｍｏ（Ｈｖ硬度：１６０），Ｔｈ（Ｈｖ硬度：３８），Ｎｉ（Ｈｖ硬度：６０），センダスト（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｈｖ硬度：６００）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ、Ｈｖ硬度：２００）、アルミニウム（Ｈｖ硬度：２００）が挙げられる。硬材料はセラミックス、ガラス等であり、例えば、石英ガラス（Ｈｖ硬度：６２０）、アルティック（Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣ、Ｈｖ硬度：２５００）、ＴｉＣ（Ｈｖ硬度：3200），ＡｌＮ（Ｈｖ硬度：1370），Ｓｉ₃Ｎ₄（Ｈｖ硬度：2160），ＺｒＯ₂（Ｈｖ硬度：700），ｃＢＮ（Ｈｖ硬度：4000），ＳｉＯ₂（Ｈｖ硬度：620），ＳｉＣ（Ｈｖ硬度：2400），ｈＢＮ（Ｈｖ硬度：4700），ＡｌＴｉＣ（Ｈｖ硬度：2500），Ａｌ₂Ｏ₃（Ｈｖ硬度：2000），Ｓｉ₃Ｎ₄（Ｈｖ硬度：2160），ＡｌＮ（Ｈｖ硬度：1370），ＭｇＯ（Ｈｖ硬度：920），Ｂ₄Ｃ（Ｈｖ硬度：3200），ＴａＮ（Ｈｖ硬度：1080）が挙げられる。
また特に、被研磨物が薄膜磁気ヘッドの場合には、この被研磨物は例えば図２に示すようなアルティック、センダスト、パーマロイ、アルミナ等の異硬度材料が混在する構造になる。
【００２９】
ハードビッカース硬度（Ｈｖ硬度）の測定法はJIS Z2251に規定されている。具体的には、対面角が136°のダイヤモンド正四角錐圧子を用い、試験片にくぼみを付けた時の試験荷重とくぼみの対角線長さから求めた表面積とから、次式を用いて算出する。
【数１】
HV=0.102(F/S)＝0.102・(2Fsinθ/2)/d²=0.18909F/d²
ここで、HVはＨｖ硬度、Fは試験荷重(N)、Sはくぼみの表面積、Dはくぼみの対角線の長さの平均(mm)、θはダイヤモンド圧子の対面角を表わす。なお、Ｈｖ硬度の試験機はJIS B7725に、硬度の基準となる基準片は鋼製（JIS G4401, JIS G4805）、黄銅製(JIS H3100)、銅製(JIS H3100)とそれぞれ定められている。また、基準片の使用範囲の表面粗さはJIS B0601(表面粗さ)により0.1sの鏡面、基準片の表面および裏面の平行度はJIS B0621(形状および位置の精度の定義および表示)により、50mm当たり0.02mm以下と定められている。
【００３０】
【実施例】
実施例１〜８、比較例１〜３
本実施例では、アルティック、センダスト及びパーマロイによって構成される薄膜型磁気ヘッドを研磨加工する際の潤滑剤の添加効果について検討した。
本実施例に用いた遊離砥粒研磨スラリー組成物の組成を表１に示す。分散媒として非極性溶媒であるアイソパーMを用い、界面活性剤として非イオン性界面活性剤であるモノオレイン酸ソルビタン（花王（株）製、SP-O10）を用いた。
【００３１】
潤滑剤（耐摩耗剤）としてジチオリン酸亜鉛（旭電化工業、Ｚ−１１２）、リン硫化ポリオレフィン（日本油脂、ＡＤＤＩＴＩＮ）、バリウムチオピロホスフェート（日本ルーブリゾール、ＬＵＢＲＩＺＯＬ）、ニッケルチオホスフェート（チバ・スペシャルティ・ケミカル、イルガルーブ）、リン酸トリクレジル（関東化学（試薬））、リン酸トリアリル（関東化学（試薬））、リン酸エステル（東邦化学工業、ＰＨＯＳＰＨＡＮＯＬ）、硫化脂肪酸エステル（大日本インキ化学、ＭｏｂｉｌａｄｃｅＤＯ）を用いた。
また比較のため、潤滑剤（耐摩耗剤）を使用していないスラリーと、潤滑剤として油性剤であるオレイン酸（和光純薬（試薬））及びマカデミアナッツ油（日光ケミカルス（試薬））を添加したスラリーについても同様の試験を行った。
【００３２】
研磨実験には、日本エンギス（株）製、自動精密ラッピングマシンＨＹＰＥＲＥＺＥＪ−３８０１Ｎ型を用いた。研磨条件はラップ盤に錫／鉛定盤、定盤回転速度６０ｒｐｍ、スラリー研磨液供給量を３０秒間隔に３秒間噴霧、加工荷重１３００ｇ／ｃｍ２、加工時間３０分間とした。
研磨特性の評価は研磨加工後の薄膜磁気型ヘッドのアルミナチタンカーバイド／金属膜間の段差、つまりポールチップリセッション値（ＰＴＲ値）を走査型プローブ顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定した。このＰＴＲ値は、要求性能によっても異なるが一般的に約１０ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下が良好と考えられている。また、スクラッチの評価は、ＡＦＭおよび微分干渉光学顕微鏡を用いた。試験結果を表１にまとめる。
【００３３】
【表１】

本実施例の結果から、硫黄及び／又はリンを含む耐摩耗剤を用いて研磨した薄膜型磁気ヘッドのPTR値はいずれも比較例であるオレイン酸、マカデミアナッツ及び無添加を用いたときよりも低くなり、硬度の異なる複合材料から構成される薄膜型磁気ヘッドをより均一に研磨できた。
【００３４】
実施例９
本実施例は、遊離砥粒研磨スラリー組成物中の耐摩耗剤の有効添加量について評価した。耐摩耗剤としてジチオリン酸亜鉛を用いてその添加量を変化させた。磨耗試験についても実施例１と同様に行った。用いたスラリーの処方及び結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
実施例の結果から、硫黄及びリンを両方含有する耐摩耗剤を0.075wt%添加することによって、PTR値が5nm以下になり良好であった。また、耐摩耗剤の添加量を0.1wt%以上にすることによってPTR値が安定した。このことから、添加量が0.1wt%以上であれば、異硬度材料から構成される複合材料を均一に加工することが出来た。
【００３７】
【発明の効果】
これらの実施例の結果から、遊離砥粒スラリー組成物中に硫黄及びリンを単独若しくは両方含有する耐摩耗剤を0.1wt%以上添加することにより、硬度の異なる複合材料を材料間の硬度差によって発生する軟質材料の選択研磨を防止した均一な研磨加工が可能になった。
以上、本発明では主として異硬度材料からなる薄膜磁気ヘッドの研磨加工について述べたが、本発明の遊離砥粒研磨スラリー組成物の用途はこれにとどまるものでなく異なる硬度の材料で構成される複合材料の選択研磨の防止に広く応用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被研磨物が磁気ヘッド素子の場合の、ウェハから切り出されたバーを示す。
【図２】磁気ヘッド素子の構成の一例を示す、図１のバーのＡ−Ａ断面図である。
【図３】バーを加工治具に接着させた様子を示す斜視図である。
【図４】バーのラッピング処理の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１アルティック (Al₂O₃・TiC)
２、４、６、８、１０アルミナ (Al₂O₃)
３センダスト (Fe-Al-Si)
５ＭＲ素子
７、９パーマロイ (Fe-Ni)
１１銅[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a composition of a free abrasive polishing slurry suitable for use in a machining process in which a difference in polishing amount between composite materials composed of a plurality of different hardness materials having different hardnesses, that is, uniform polishing without causing selective polishing. Related to things.
[0002]
[Prior art]
In recent years, optical parts, electronic parts, precision equipment parts, etc. have been required to have higher functionality and higher performance, and the materials used are also extremely high, such as metal crystal materials, ceramics, glass, and plastics. There are a wide variety. For this reason, there are an increasing number of applications for polishing parts composed of a plurality of materials having different hardnesses. As an example of polishing processing of such a composite material, for electronic parts, uniform processing of wiring metal and interlayer insulating film in an LSI multilayer wiring process, and end polishing of an optical fiber connector for optical parts, and the like can be mentioned.
[0003]
In addition, hard disk drives, which are computer recording media, are improving their recording density year by year. As a means to achieve high recording density, the gap between the hard disk and the magnetic head is narrowed, and the spacing between the disk and head is reduced. Attempts have been made to reduce the flying height of the so-called head.
Thin film type magnetic heads are the mainstream of magnetic heads mounted on hard disk drives, and ceramics such as Altic (Al ₂ O ₃ —TiC), permalloy (Fe—Ni), Sendust (Fe—Al—) It is comprised with the composite material by the metal film etc. which are magnetic materials, such as Si) (FIG. 2).
[0004]
Currently, levitated magnetic heads are generally manufactured in the following process:
1. 1. Bar cutting process (this bar is obtained by cutting a wafer in which a large number of magnetic exchange elements are formed in a matrix as shown in FIG. 1, and a plurality of sliders are arranged in a row). 2. bonding the bar to the processing jig (see FIG. 3); Bar lapping treatment (see FIG. 4, the lapping treatment is a loose abrasive polishing slurry composition, etc., as shown in FIG. 4 in which a surface plate made of tin or the like is rotated to place an object to be polished thereon. 3. This refers to the polishing of the slider ABS performed while supplying 4. a step of peeling the bar from the processing jig; 5. rail etching process; The process of cutting and separating bars into sliders.
Among these steps, the present invention is 3. The present invention relates to polishing in lapping processing of bars.
[0005]
When a conventional thin abrasive polishing slurry composition is used to polish ABS of a thin film magnetic head, which is a composite material of a ceramic and a metal film, it is used for the magnetic pole part due to the difference in hardness between the materials. Most metal films such as permalloy and sendust, which are soft materials, are selectively processed to generate steps. This selective polishing of the magnetic pole part material composed of a metal film such as permalloy or sendust causes the metal film such as the magnetic pole part to recede from the ABS made of ceramics, thereby increasing the magnetic spacing with the recording medium. Chip recession (Pole Tip Recession: PTR) occurs, and the flying height of the head is substantially increased.
[0006]
Conventionally, a lubricant has been used to polish a composite material in which different hardness materials are mixed. However, this lubricant is generally 1) stearic acid, oleic acid, etc. from the mechanism of lubrication effect on an object to be polished. It is roughly divided into three types: oil-based agents that are fatty acids, 2) antiwear agents such as phosphate esters and Zn-DTP, and 3) extreme pressure additives such as organic Mo compounds.
Among these, the antiwear agent reduces friction in order to maintain the effect even under severe polishing conditions in which the lubricating effect disappears with the oil-based agent. Reduces friction by forming a lubricating film by tribochemical reaction with the friction surface under low to high load and high temperature conditions (Keiichiro Hironaka; Mechanism of action of lubricant additives, Plastic working symposium, 33-43, 1994, RJ Hartley Et al., Antiwear / extreme pressure agent, tribologist, 326-331, 1995).
[0007]
Among these anti-wear agents, compounds containing sulfur in the molecular chain are decomposed by frictional heat generated on the friction surface, forming an inorganic film composed of sulfides between the objects to be polished and maintaining lubrication characteristics. To do.
Similarly, the antiwear agent containing phosphorus in the molecular chain is decomposed by frictional heat generated on the friction surface, and forms an inorganic coating composed of a phosphide or a phosphor oxide with the object to be polished. Among the compounds containing phosphorus, the phosphite ester system is considered to be hydrolyzed by frictional heat to form an inorganic film. (Omori Toshihide et al. Adsorption and reaction of phosphorus-based extreme pressure additives on iron surfaces (2nd report), tribologists, 188-194, 1990).
[0008]
A compound containing both sulfur and phosphorus has the same effect as a compound containing each alone (Masashi Masuko; Lubricant Chemistry and Physics, Basics and Applications in Tribology, 15-34, 1996).
Since these inorganic coatings are chemically adsorbed to the object to be polished, they have a strong adsorbing power compared to physical adsorption of organic molecules and exist stably up to a high temperature. Since a large amount of energy is required to remove the inorganic coating, it is known that the lubrication effect on the object to be polished is maintained unless the polishing conditions are severe enough to remove the inorganic coating (Sakurai). Toshio; Lubrication and wear chemistry, lubrication, 635-642, 1982).
[0009]
Sulfur-containing organomolybdenum has also been studied as an antiwear agent (PCH Mitchell “Oil Soluble Mo-S Compounds as Lubricant additive” Wear, 100 (1984) 281-300, edited by Heihachiro Okabe, “Development of Petroleum Products Additives” The latest technology "CMC (1998) p99-106 etc.", sulfur-containing organic molybdenum has been studied as a lubricant for polishing composite materials mixed with different hardness materials (Japanese Patent Application No. 10-255022).
As described above, the effect of the antiwear agent is widely known, but these antiwear agents are conventionally used for reducing friction of sliding surfaces of machine parts such as gears and turbines. Conventionally, the load applied to the polishing of a composite material such as a thin film type magnetic head made of a different hardness material is much lower than the load applied to a sliding surface such as a gear. Therefore, it was possible to process the polished surface of the composite material without using an antiwear agent, but it was not possible to perform uniform processing. Therefore, an antiwear agent is added to the free abrasive slurry composition as in the present invention, and it has not been successfully applied to prevent selective polishing of composite materials composed of different hardness materials.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a free abrasive polishing slurry suitable for use in a machining process in which a composite material containing different hardness materials is uniformly ground without causing a difference in polishing amount between different hardness materials, that is, selective polishing. It is to provide a composition. Another object of the present invention is to provide a free abrasive polishing slurry composition that uniformly processes the ABS surface of a thin film type magnetic head without generating scratches in the polishing process of the thin film type magnetic head, and a polishing method using the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The subject of the invention is a free abrasive polishing slurry composition for polishing a composite material different hardness material are mixed, the abrasive particles, the free abrasive slurry composition comprising antiwear agents及 beauty dispersant The composition further comprising at least one selected from the group consisting of a surfactant, a polymeric surface modifier, and a coupling agent, and the antiwear agent contains sulfur or phosphorus in its molecular chain. And the composition in which the addition amount of the antiwear agent is 0.1% by weight or more.
The antiwear agent used here is a compound containing sulfur or phosphorus in its molecular chain.
[Chemical 1]

Phosphate ester represented by the formula
[Chemical 2]

Tricresyl phosphate ( TCP ), represented by the formula
[Chemical 3]

Triallyl phosphate represented by the formula
[Formula 4]

Zinc dithiophosphate ( Zn-DTP ), represented by the formula
[Chemical formula 5]

A phosphosulfurized polyolefin represented by the formula
[Chemical 6]

Barium thiopyrophosphate represented by the formula
[Chemical 7]

Nickel thiophosphate represented by the formula
[Chemical 8]

In sulfurized fatty ester represented,
Chosen from.
Furthermore, the subject of the present invention is a polishing process of a surface to be an air bearing surface of a thin film magnetic head in the manufacture of a thin film magnetic head, wherein the polishing process uses the loose abrasive polishing slurry composition. Polishing method.
[0012]
By using such a free abrasive polishing slurry composition, at the stage of polishing a composite material in which different hardness materials are mixed, the ratio of the portion where solid contact occurs is reduced, and the hardness is selectively low. This reduces the friction coefficient of the surface of the workpiece. That is, by reducing the removal amount of a material with low hardness that is easily processed and removed, uniform processing can be performed without causing a difference in polishing amount between different hardness materials.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The slurry of the present invention is a free abrasive polishing slurry composition comprising abrasive particles, an antiwear agent and a dispersion medium. Each component will be described below.
The antiwear agent has the effect of improving the polishing performance of the loose abrasive slurry, and in particular, the antiwear agent containing sulfur and phosphorus alone or both improves the friction characteristics in boundary lubrication. Specifically, a lubricating film is formed by a tribochemical reaction with a friction surface under low to medium load and high temperature conditions to reduce friction.
[0014]
Such antiwear agents include phosphate esters, metal dithiophosphates, phosphate amine salts and sulfur compounds. As phosphate esters, the formula:

A phosphate ester represented by the formula:

Tricresyl phosphate (TCP), tricresyl phosphite (TCPi), triphenyl phosphate (TPP), diphenyl phosphate (DPP), triphenyl phosphite (TPPi), diphenyl phosphite (DPPi) , Cresyl diphenyl phosphate (CDP), formula

There are triallyl phosphate, trioleyl phosphate, and molybdate phosphate ester represented by the formula, and phosphate ester (R in the above formula is an alkyl group), tricresyl phosphate and triallyl phosphate are preferable.
[0015]
The metal dithiophosphate is represented by the formula:

Zinc dithiophosphate (Zn-DTP), represented by the formula

A phosphosulfurized polyolefin represented by the formula:

Barium thiopyrophosphate represented by the formula:

Nickel thiophosphate, nickel dithiophosphate (Ni-DTP), cobalt dithiophosphate (Co-DTP), zinc dithiophosphate (Zn-DTP), phosphosulfurized polyolefin, barium thiopyrophosphate, nickel thiophosphate Is preferred.
[0016]
Sulfur compounds are represented by the formula

And sulfurized fatty acid ester, sulfurized isobutylene, sulfurized sulfur oil, sulfurized terpene, sulfurized fragrant oil, diphenyl monosulfide (DPMS), diphenyl disulfide (DPDS), and the like, and sulfurized fatty acid ester is preferred.
Among these antiwear agents, phosphate esters and metal dithiophosphates are preferable, and zinc dithiophosphate, phosphate esters (R in the above formula is an alkyl group), tricresyl phosphate and triallyl phosphate are more preferable.
[0017]
Since these antiwear agents form an inorganic film with the object to be polished, they have the effect of preventing wear and seizure even under high load and high temperature conditions. These antiwear agents can be used alone or in combination of two or more according to the desired polishing characteristics.
The concentration of the antiwear agent is 0.1 wt% or more, preferably 0.5 wt% or more, more preferably 1.0 wt% or more. When the concentration is lower than 0.1 wt%, there are few additives acting on the object to be polished, and it is difficult to uniformly polish a plurality of different hardness materials.
[0018]
The dispersion medium used in the present invention is not limited as long as it is a solvent that dissolves the antiwear agent. However, when used in a thin-film magnetic head, a metal film such as permalloy or sendust that is a constituent material is generally free from water. Since it is weak and generates corrosion and rust, it is desirable to use a non-aqueous solvent as a dispersion medium, and it is further desirable to use a non-polar solvent having a weak polarity.
Here, the polarity of the dispersion medium is a property based on a dipole generated in the molecule depending on the atom in the solvent molecule and the type of its bond, the atomic arrangement and its position, etc., in the meaning commonly used. The magnitude of this polarity is relatively determined by the polarity of the interacting molecules.
The polarity of the solvent is qualitatively expressed by the solubility parameter (sp value) δ value of Hildebrand. The greater the value δ, the greater the polarity, and the smaller the value δ, the smaller the polarity. This δ value can be further divided into several groups depending on intermolecular interactions such as dispersion, orientation by polarity, and hydrogen bonding. These values are used to determine what kind of compound the solvent dissolves well. The selectivity is determined.
[0019]
The organic solvent suitable for the dispersion medium of the free abrasive polishing slurry polishing liquid of the present invention is preferably one having a low δ value. This is because the odor of the dispersion medium becomes a problem due to an increase in the polar component, or the dispersion medium itself adversely affects the human body and the object to be polished. Furthermore, in the present invention, a solvent having a low evaporation rate of the dispersion medium is suitable for eliminating the evaporation of the polishing slurry during the polishing process and performing a stable polishing process. This is because a dispersion medium having a high evaporation rate evaporates during the polishing operation, which makes stable polishing difficult.
From these facts, it is suitable that the dispersion medium used in the present invention has a solubility parameter sp value of 10.0 or less, preferably 8.0 or less, and a relative speed of 5.0 or less, more preferably 2.0 or less. Yes. Examples of these dispersion media include Exxon Chemical Co., Ltd., odorless isoparaffinic solvent: Isopar series, low odor naphthenic solvent: EXXSOL series, Mobil Chemical n-paraffinic solvent: White Rex series, and industrial aliphatics. Examples of such solvents include pegasol, pegawhoyite and satorex.
[0020]
The abrasive particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are generally used for polishing. Specific examples include diamond, alumina, silicone carbide, cerium oxide, silicon oxide, and iron oxide. Abrasive particles can be arbitrarily set depending on the hardness of the object to be polished, the type of composite material, the amount of polishing removal and the accuracy of the polished surface, but in the case of thin film magnetic head lapping, the nominal particle size is 0 to 0. Diamond fine particle abrasives of 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, such as 1/10 μm, 0 to 1/8 μm, and 0 to 1/4 μm, are generally used. Further, the concentration of abrasive particles in the slurry composition is generally about 0.01 to 1.0% by weight, preferably about 0.05 to 0.4% by weight, in consideration of polishing efficiency and polishing accuracy. Need to be prepared.
[0021]
In order to make a stable dispersion from the state of powder, the wettability at the solid / liquid interface must be good. Here, wettability refers to a phenomenon in which a liquid pushes a gas off a solid surface, but air is strongly adsorbed on the surface of a dried powder, and this needs to be replaced with a liquid. Further, in order to improve the wettability, it is only necessary to increase the chemical affinity of the solid / liquid, and the affinity increases as the polarities and chemical structures of the two are closer.
The surface of particles used for abrasive particles has polar functional groups such as hydroxyl groups on the surface, so they are hydrophilic and can be easily dispersed in polar solvents with high δ values, such as water. It is. However, since the dispersion medium used in the present invention is a nonpolar solvent, in order to uniformly disperse the abrasive, which is hydrophilic particles, in the nonpolar solvent, the affinity between the particle surface and the dispersion medium must be increased. In other words, it is necessary to perform a hydrophobic treatment.
[0022]
In order to hydrophobize the particle surface, a surface modifying agent such as a surfactant, a polymeric surface modifying agent, or a coupling agent may be added to the free abrasive polishing slurry composition of the present invention.
The method using a surfactant utilizes the fact that the surfactant is an amphiphilic substance having a long hydrophobic hydrocarbon chain in the molecule and a strong polar group (= hydrophilic group) at the end. Hydrophobic hydrocarbon chains are adsorbed outward due to the interaction between the hydrophilic particle surface and the polar group of the surfactant, so that the particle surface properties change from hydrophilic to hydrophobic as a whole. It is possible to change and exist stably without sedimentation in a nonpolar solvent.
[0023]
When a surfactant is used in the present invention, the surfactant must be soluble in a nonpolar solvent, and such a surfactant has a double bond or triple bond in its molecular skeleton. It is common to have or have branches. It is preferable to use a nonionic surfactant rather than an ionic surfactant that can cause corrosion or the like on the magnetic part of the magnetic head. Examples of such surfactants include sorbitan monooleate sorbitan, sorbitan sesquioleate, sorbitan trioleate, and glycerin esters such as decaglyceryl pentaoleate, decaglyceryl pentain stearate, trio. Polyoxyethylene sorbite ester polyoxyethylene sorbite, polyethylene glycol fatty acid ester monooleic acid such as decaglyceryl oleate, hexaglyceryl pentaoleate, glyceryl monoisostearate, diglyceryl monoisostearate Polyethylene glycol 2EO, 6EO, polyoxyethylene alkyl ether POE (2) oleyl ether, POE (3) secondary alkyl Ether and the like.
[0024]
The concentration of the surfactant used in the present invention is not limited as long as it is a concentration that causes saturated adsorption on the particles, and varies depending on the surface properties of the abrasive particles used and the surfactant, but is preferably 0.01% by weight or more. . Further, it is generally used at 50% by weight or less. This is because the amount of surfactant adsorbed in the first layer is smaller in nonpolar solvents than in aqueous systems, making it difficult for the surfactants to adsorb in two layers using hydrophobic-hydrophobic interactions. This is because the surface property does not change with the addition concentration of the surfactant.
[0025]
For polymer surface modifiers, poly (2-vinylpyridine) -polystyrene (PVPy-PS) or poly (2-vinyl), in which one end of the polymer is strongly adsorbed at the interface and the other part extends into the solvent. Examples thereof include polymer brushes such as pyridine) -polyisoprene (PVPy-PIS). These adsorb on the particle surface and form a thick adsorption layer. This thick adsorption layer is used to prevent particles from approaching each other sterically.
[0026]
Coupling agents include vinyltrichlorosilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, γ- (methacryloxypropyl-9trimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl). ) Ethyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, N-β- (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) ) Silane coupling agents such as γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, etc. , Isopropyltriisos Aroyl titanate, isopropyltridodecylbenzenesulfonyl titanate, isopropyltris (dioctylpyrophosphate) titanate, tetraisopropylbis (dioctylphosphite) titanate, tetraoctylbis (ditridecylphosphite) titanate, tetra (2,2-diallyloxymethyl) -1-butyl) bis (ditridecyl) phosphite titanate, bis (dioctylpyrophosphate) oxyacetate titanate (Ajinomoto Co., Ltd., Plenact KR138S), bis (dioctylpyrophosphate) oethylene titanate, isopropyltrioctanoyl titanate, isopropyldimethacrylic acid Isostearoyl titanate, isopropyl isostearoyl diacryl titanate, isopropyl Titanate coupling agents such as rutri (dioctyl phosphate) titanate, isopropyl tricumylphenyl titanate, isopropyl tri (N-amidoethylaminoethyl) titanate, dicumylphenyloxyacetate titanate, diisostearoylethylene titanate, acetoalkoxyaluminum diisopropyl And organoaluminum coupling agents such as acetoalkene (Preneact Al-M manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) and acetoalkoxydiisopropylate, isobutyroxide, 2-octadecyloxide, 2-ethylhexylisopropoxide, and the like.
The concentration of the polymer surface modifier or coupling agent used in the present invention varies depending on the surface properties of the abrasive particles used, but is preferably 0.01% by weight or more. Further, it is generally used at 50% by weight or less.
In the method using these, the surface functional group on the particle surface and the surface modifier are combined by a chemical reaction to change the surface property of the particle from hydrophilic to hydrophobic. The hydrophobic treatment is not limited to the above method, and any treatment may be used as long as it is a hydrophobic treatment for uniformly dispersing hydrophilic abrasive particles in a nonpolar solvent.
[0027]
As a method for producing the free abrasive polishing slurry composition of the present invention, a general method for producing a free abrasive polishing slurry composition can be applied. That is, an appropriate amount of a surfactant is dissolved in a dispersion medium, and an appropriate amount of abrasive particles are mixed. In this state, since the abrasive particles are hydrophilic, they exist in an agglomerated state in the nonpolar solvent. Therefore, the particles are dispersed to break up the aggregated abrasive particles into primary particles. In the dispersion step, a general dispersion method and dispersion apparatus can be used. Specifically, for example, an ultrasonic disperser, various bead mill dispersers, a kneader, a ball mill, and the like can be applied.
By using a dispersing device, it is possible to prepare a slurry having good dispersion stability without agglomeration by adsorbing the surfactant onto the surface where the particles are broken up to primary particles and improving wettability. .
[0028]
The object to be polished of the present invention is a composite material in which a soft material having an Hv hardness of 26 to 360 and a different hardness material having an Hv hardness of 700 to 4000 are mixed. One or more soft materials and hard materials may be included. This soft material is particularly a metal, for example, Ti (Hv hardness: 60), Pb (Hv hardness: 37), Ag (Hv hardness: 26), W (Hv hardness: 360), V (Hv hardness: 55), Nb (Hv hardness: 80), Ta (Hv hardness: 355), Pd (Hv hardness: 38), Cr (Hv hardness: 130), Ru (Hv hardness: 350), Cu (Hv hardness: 117), Pt ( Hv hardness: 39), Mo (Hv hardness: 160), Th (Hv hardness: 38), Ni (Hv hardness: 60), Sendust (Fe-Al-Si, Hv hardness: 600), Permalloy (Fe-Ni, Hv hardness: 200) and aluminum (Hv hardness: 200). The hard material is ceramic, glass or the like, for example, quartz glass (Hv hardness: 620), Altic (Al ₂ O ₃ —TiC, Hv hardness: 2500), TiC (Hv hardness: 3200), AlN (Hv hardness: 1370), Si ₃ N ₄ (Hv hardness: 2160), ZrO ₂ (Hv hardness: 700), cBN (Hv hardness: 4000), SiO ₂ (Hv hardness: 620), SiC (Hv hardness: 2400), hBN ( Hv hardness: 4700), AlTiC (Hv hardness: 2500), Al ₂ O ₃ (Hv hardness: 2000), Si ₃ N ₄ (Hv hardness: 2160), AlN (Hv hardness: 1370), MgO (Hv hardness: 920 ), B ₄ C (Hv hardness: 3200), TaN (Hv hardness: 1080).
In particular, when the object to be polished is a thin film magnetic head, the object to be polished has a structure in which different hardness materials such as Altic, Sendust, Permalloy, and alumina are mixed as shown in FIG.
[0029]
A method for measuring hard Vickers hardness (Hv hardness) is defined in JIS Z2251. Specifically, a diamond regular pyramid indenter with a diagonal angle of 136 ° is used, and the following formula is used to calculate from the test load when the dent is attached to the test piece and the surface area obtained from the diagonal length of the dent.
[Expression 1]
HV = 0.102 (F / S) = 0.102 ・ (2Fsinθ / 2) / d ² = 0.18909F / d ²
Here, HV is the Hv hardness, F is the test load (N), S is the surface area of the dent, D is the average length of the diagonal of the dent (mm), and θ is the diagonal angle of the diamond indenter. The Hv hardness tester is specified in JIS B7725, and the standard pieces for hardness are specified as steel (JIS G4401, JIS G4805), brass (JIS H3100), and copper (JIS H3100). Also, the surface roughness of the use range of the reference piece is JIS B0601 (surface roughness) according to the mirror surface of 0.1 s, and the parallelism of the front and back surfaces of the reference piece is based on JIS B0621 (definition and display of shape and position accuracy) It is determined to be 0.02mm or less per 50mm.
[0030]
【Example】
Examples 1-8, Comparative Examples 1-3
In this example, the effect of adding a lubricant when polishing a thin film type magnetic head composed of Altic, Sendust, and Permalloy was examined.
Table 1 shows the composition of the free abrasive polishing slurry composition used in this example. Isopar M, which is a nonpolar solvent, was used as a dispersion medium, and sorbitan monooleate (SP-O10, manufactured by Kao Corporation), which is a nonionic surfactant, was used as a surfactant.
[0031]
As lubricants (antiwear agents), zinc dithiophosphate (Asahi Denka Kogyo, Z-112), phosphosulfurized polyolefin (Nippon Yushi, ADDITIN), barium thiopyrophosphate (Nippon Lubrizol, LUBRIZOL), nickel thiophosphate (Ciba Specialty)・ Chemical, Irgarve), tricresyl phosphate (Kanto Chemical (reagent)), triallyl phosphate (Kanto Chemical (reagent)), phosphate ester (Toho Chemical Industry, PHOSPHANOL), sulfurized fatty acid ester (Dainippon Ink Chemical Co., Mobilead DO) ) Was used.
For comparison, a slurry that does not use a lubricant (antiwear agent) and oleic acid (Wako Pure Chemicals (reagent)) and macadamia nut oil (Nikko Chemicals (reagent)), which are oily agents, were added as lubricants. A similar test was performed on the slurry.
[0032]
For the polishing experiment, an automatic precision lapping machine HYPERZ EJ-3801N type manufactured by Nippon Engis Co., Ltd. was used. The polishing conditions were a tin / lead surface plate on a lapping machine, a surface plate rotational speed of 60 rpm, a slurry polishing liquid supply amount sprayed at 30 second intervals for 3 seconds, a processing load of 1300 g / cm 2, and a processing time of 30 minutes.
For the evaluation of the polishing characteristics, the step between the alumina titanium carbide / metal film of the thin film magnetic head after polishing, that is, the pole tip recession value (PTR value) was measured with a scanning probe microscope (AFM). The PTR value varies depending on the required performance, but is generally considered to be good at about 10 nm or less, particularly 5 nm or less. For evaluation of scratch, AFM and differential interference optical microscope were used. The test results are summarized in Table 1.
[0033]
[Table 1]

From the results of this example, the PTR value of the thin film type magnetic head polished with an antiwear agent containing sulfur and / or phosphorus is lower than that when oleic acid, macadamia nut and no additive are used as comparative examples. Thus, a thin film magnetic head composed of composite materials having different hardnesses could be polished more uniformly.
[0034]
Example 9
In this example, the effective addition amount of the antiwear agent in the free abrasive polishing slurry composition was evaluated. The amount of addition was changed using zinc dithiophosphate as an antiwear agent. The wear test was performed in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the formulation and results of the slurry used.
[0035]
[Table 2]

[0036]
From the results of the examples, the addition of 0.075 wt% of an antiwear agent containing both sulfur and phosphorus was good, with a PTR value of 5 nm or less. Moreover, the PTR value was stabilized by making the addition amount of the antiwear agent 0.1% by weight or more. From this, when the addition amount is 0.1 wt% or more, it was possible to uniformly process a composite material composed of different hardness materials.
[0037]
【The invention's effect】
From the results of these examples, by adding 0.1 wt% or more of an anti-wear agent containing sulfur and phosphorus alone or both in the free abrasive slurry composition, composite materials having different hardnesses can be obtained depending on the hardness difference between the materials. A uniform polishing process that prevents selective polishing of the generated soft material is now possible.
As described above, the polishing process of the thin-film magnetic head mainly made of a material having a different hardness has been described in the present invention. However, the use of the free abrasive polishing slurry composition of the present invention is not limited to this, and a composite composed of materials having different hardnesses. It can be widely applied to prevent selective polishing of materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a bar cut from a wafer when an object to be polished is a magnetic head element.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the bar in FIG. 1, showing an example of the configuration of the magnetic head element.
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a bar is bonded to a processing jig.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of bar lapping processing;
[Explanation of symbols]
1 Altic (Al ₂ O ₃・ TiC)
2, 4, 6, 8, 10 Alumina (Al ₂ O ₃ )
3 Sendust (Fe-Al-Si)
5 MR elements 7, 9 Permalloy (Fe-Ni)
11 Copper

Claims

A free abrasive polishing slurry composition for polishing a composite material mixed with different hardness materials, comprising abrasive particles, an antiwear agent and a non-aqueous solvent, wherein the antiwear agent is contained in the molecular chain thereof. Formula containing sulfur or phosphorus

Phosphate ester represented by the formula

Tricresyl phosphate ( TCP ), represented by the formula

Triallyl phosphate represented by the formula

Zinc dithiophosphate ( Zn-DTP ), represented by the formula

A phosphosulfurized polyolefin represented by the formula

Barium thiopyrophosphate represented by the formula

Nickel thiophosphate represented by the formula

A sulfurized fatty acid ester represented by
A free abrasive polishing slurry composition selected from:

The composition according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of a surfactant, a polymeric surface modifier, and a coupling agent.

The composition according to claim 1 or 2 , wherein the amount of the antiwear agent added is 0.1% by weight or more.

A method of manufacturing a thin film magnetic head including a step of performing polishing of a surface to be the air bearing surface of the thin-film magnetic head, the free abrasive slurry of the polishing process according to any one of claims 1 to 3 A method of polishing a thin film magnetic head using the composition.