JP7148919B2

JP7148919B2 - シリコーンゴム成形体

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Publication number: JP7148919B2
Application number: JP2018119422A
Authority: JP
Inventors: 裕明安田; 武広浜村; 晋米沢; 在虎金; 文宏西村; 光夫車屋; 武志神谷; 常俊本田
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Jemco Inc; University of Fukui
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; University of Fukui; Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co Ltd
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2038-06-25
Also published as: US20210269610A1; JP2020002183A; CN112292420A; TW202010778A; KR20210023848A; CN112292420B; WO2020003961A1; TWI786304B

Description

本発明は、シリコーンゴム成形体に関する。

一般的に、シリコーンゴムは、表面に粘着性がある。例えば、化学機械研磨装置（chemical mechanical polishing装置（以下「ＣＭＰ装置」という。））では、弾性膜によってウエハを吸着保持し、それを研磨パッドに押接させて研磨を行うが、この弾性膜をシリコーンゴム成形体で構成した場合、シリコーンゴムの粘着性のため、ウエハが弾性膜に密着して離れず、それを強制的に剥離しようとすると、ウエハが破損する虞があるという問題がある。また、ロボットアームの物品把持部のパッドをシリコーンゴム成形体で構成した場合、把持した物品を所望の場所に置こうとするとき、シリコーンゴムの粘着性のため、物品がパッドに密着して離れず、それによって物品を所望の場所に置き損ねる虞があるという問題がある。さらに、携帯電子機器のケースをシリコーンゴム成形体で構成した場合、シリコーンゴムの粘着性のため、掴んだときの不快な手触りを伴うという問題がある。

そこで、これらの問題の対策として、シリコーンゴム成形体の物品との接触表面にコーティングを施して粘着性を低減することが提案されている（例えば、特許文献１～４）。

米国特許公開公報２００５／０２２１７３４号特許第４０８６７２２号公報特許第３７９１０６０号公報特開平２－６４１０９号公報

ところが、コーティングの場合、コーティング層が剥離して異物を発生するという問題がある。

本発明の課題は、物品の密着が抑制されるとともに、異物が発生しないシリコーンゴム成形体を提供することである。

本発明は、物品との接触表面を有するシリコーンゴム成形体であって、前記物品との接触表面が、フッ素化処理されることにより、転がり抵抗係数が下げられている。

本発明は、本発明のシリコーンゴム成形体の製造方法であって、シリコーンゴム製の表面未処理成形体の物品との接触表面に、分圧が３．００ｋＰａ以上のフッ素ガスを含む表面処理ガスを接触させてフッ素化処理する工程を含む。

本発明によれば、物品との接触表面が、フッ素化処理されて転がり抵抗係数が下げられていることにより、物品の密着を抑制することができ、また、フッ素化処理では、コーティング処理の場合のようにコーティング層の剥離に起因する異物が発生することもない。

実施形態に係るＣＭＰ装置のウエハ保持用の弾性膜の断面図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係るＣＭＰ装置Ａのウエハ保持用の弾性膜１０（シリコーンゴム成形体）を示す。この実施形態に係る弾性膜１０は、ウエハ保持側の表面１１（物品との接触表面）が外部に露出するようにＣＭＰ装置Ａに装着され、そのウエハ保持側の表面１１にウエハＳ（物品）を吸着保持し、それを研磨パッドＰに均一な圧力で当接させて研磨するように構成されている。

実施形態に係る弾性膜１０は、架橋したシリコーンゴムで形成されたシリコーンゴム製の成形体である。シリコーンゴムとしては、例えば、（メタ）アクリロイルオキシ基含有ポリシロキサン、ビニルポリシロキサン、メルカプトアルキル基含有ポリシロキサン等が挙げられる。シリコーンゴムは、これらのうちの１種又は２種以上が用いられていることが好ましい。シリコーンゴムの架橋は、有機過酸化物が用いられて行われていても、縮合重合によって行われていても、白金触媒が用いられて行われていても、いずれでもよい。

実施形態に係る弾性膜１０は、ウエハ保持側の表面１１がフッ素化処理されている。つまり、ウエハ保持側の表面１１にＳｉ－Ｆ結合が導入されている。

ウエハ保持側の表面１１は、フッ素化処理されていることにより、転がり抵抗係数が下げられている。つまり、フッ素化処理後のウエハ保持側の表面１１におけるＳｉ－Ｆ結合が導入されたシリコーンゴムの転がり抵抗係数が、フッ素化処理前のウエハ保持側の表面１１におけるシリコーンゴムの転がり抵抗係数よりも低い。

本発明者らは、シリコーンゴムの表面に、フッ素化処理を施すことにより、転がり抵抗係数が下げられ、それにより物品の密着を抑制することができることを見出した。そして、この知見に基づく実施形態に係る弾性膜１０によれば、ウエハ保持側の表面１１が、フッ素化処理されて転がり抵抗係数が下げられていることにより、ウエハＳの密着を抑制することができ、また、コーティング処理の場合のようにコーティング層の剥離に起因する異物が発生することもない。

フッ素化処理後のウエハ保持側の表面１１の転がり抵抗係数は、好ましくは０．０４０以下、より好ましくは０．０３０以下、更に好ましくは０．０２０以下である。フッ素化処理前後の転がり抵抗係数の差のフッ素化処理前の転がり抵抗係数に対する百分率で表される転がり抵抗係数の低下率は、好ましくは２０％以上、より好ましくは４０％以上、更に好ましくは６０％以上である。ここで、本出願における転がり抵抗係数は、測定面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間以上保持した後、同雰囲気下において、測定面に、ＳＵＳ３０４製の直径３０ｍｍの外周面が平滑なロール状の測定子を、１０００ｇの荷重が負荷されるように押接させるとともに、移動速度２０００ｍｍ／分で転動させたとき、定常時の転がり抵抗値を荷重で除した値として求められるものである。

また、ウエハ保持側の表面１１は、フッ素化処理されていることにより、静止摩擦係数が高められていることが好ましい。つまり、フッ素化処理後のウエハ保持側の表面１１におけるＳｉ－Ｆ結合が導入されたシリコーンゴムの静止摩擦係数が、フッ素化処理前のウエハ保持側の表面１１におけるシリコーンゴムの静止摩擦係数よりも高い。このようにウエハ保持側の表面１１の静止摩擦係数がフッ素化処理により高められていることにより、ウエハＳに対する高いグリップ性能が得られ、研磨時のウエハＳの空回りを抑制することができる。

フッ素化処理後のウエハ保持側の表面１１の静止摩擦係数は、好ましくは０．７５以上、より好ましくは１．００以上、更に好ましくは１．２５以上であり、また、好ましくは２．００以下である。フッ素化処理前後の静止摩擦係数の差のフッ素化処理前の静止摩擦係数に対する百分率で表される静止摩擦係数の上昇率は、好ましくは６０％以上、より好ましくは１００％以上、更に好ましくは１５０％以上である。ここで、本出願における静止摩擦係数は、測定面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間以上保持した後、同雰囲気下において、測定面に、ＳＵＳ３０４製の測定子における直径１０ｍｍの半球状先端を、１００ｇの荷重が負荷されるように押接させるとともに、移動速度７５ｍｍ／分で摺動させたとき、その移動開始直後の摩擦抵抗ピーク値を荷重で除した値として求められるものである。

ウエハ保持側の表面１１の接触角（濡れ性）は、研磨時に使用するスラリーの付着を抑制する観点から、１００°以上であることが好ましい。この接触角（濡れ性）は、θ／２法に基づき、測定面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間以上保持した後、同雰囲気下において、測定面に蒸留水の液滴を滴下して測定される。

フッ素化処理前後におけるウエハ保持側の表面１１のタイプＡデュロメータで測定される硬さの上昇は、圧力分散性の低下を抑制する観点から、Ａ１０以下であることが好ましい。この硬さは、ＪＩＳＫ６２５３-３：２０１２に基づいて測定される。

次に、実施形態に係る弾性膜１０の製造方法について説明する。

実施形態に係る弾性膜１０の製造方法では、まず、シリコーンゴム製の表面未処理弾性膜（表面未処理成形体）を作製した後、そのウエハ保持側の表面に、分圧が３．００ｋＰａ以上のフッ素ガスを含む表面処理ガスを接触させてフッ素化処理する。

未架橋のシリコーンゴム材料から表面未処理弾性膜を作製方法としては、例えば、プレス成形や射出成形等が挙げられる。表面未処理弾性膜のフッ素化処理方法としては、典型的には、チャンバー内に表面未処理弾性膜を配置して密閉した後、そのチャンバー内に表面処理ガスを封入し、表面未処理弾性膜を表面処理ガスに暴露する方法が挙げられる。

このとき、フッ素化処理の処理温度は、ウエハ保持側の表面１１の転がり抵抗係数を下げ、しかも処理時間を短くして生産性を高める観点から、好ましくは０℃以上１００℃以下、より好ましくは１０℃以上５０℃以下である。処理圧力（全圧）は、同様の観点から、好ましくは３ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下、より好ましくは３ｋＰａ以上１１０ｋＰａ以下である。フッ素ガスの分圧は、３．００ｋＰａ以上であるが、同様の観点から、好ましくは３．００ｋＰａ以上２０．０ｋＰａ以下、より好ましくは３．００ｋＰａ以上１０．０ｋＰａ以下である。処理時間は、処理時間を短くして生産性を高める観点から、好ましくは１分以上６０分以下、より好ましくは１分以上１０分以下である。

表面処理ガスは、フッ素ガスの含有量が１００体積％、すなわち、フッ素ガスのみで構成されていてもよい。また、表面処理ガスは、１種又は２種以上のフッ素ガス以外のガスを含んでいてもよい。かかるフッ素ガス以外のガスとしては、例えば、窒素ガス、アルゴンなどの不活性ガス等が挙げられる。この場合、表面処理ガスは、汎用性の観点から、窒素ガスを含んでいることが好ましい。また、表面処理ガスは、ウエハ保持側の表面１１の静止摩擦係数を高めるとともに、転がり抵抗係数を下げる観点から、酸素ガスを含んでいないことが好ましい。表面処理ガスにおけるフッ素ガスの含有量は、ウエハ保持側の表面１１の静止摩擦係数を高めるとともに、転がり抵抗係数を下げる観点から、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは２０体積％以上、更に好ましくは３０体積％以上である。

上記実施形態では、シリコーンゴム成形体として、ＣＭＰ装置Ａのウエハ保持用の弾性膜１０を示したが、特にこれに限定されるものではなく、その他のものであってもよい。例えば、上記実施形態で用いたシリコーンゴム成形体でロボットアームの物品把持部のパッドを構成した場合、異物を発生させることなく、物品の密着を抑制することができ、そのため、把持した物品を所望の場所で離して置くことができる。加えて、フッ素化処理により静止摩擦係数が高められていれば、物品に対する高いグリップ性能を得ることができる。また、上記実施形態で用いたシリコーンゴム成形体で、携帯電話やタブレット端末等の携帯電子機器のケース（筐体や保護ケース）を構成した場合、異物を発生させることなく、物品の密着を抑制することができ、そのため、掴んだときの不快な手触りを少なくすることができる。加えて、フッ素化処理により静止摩擦係数が高められていれば、しっかりと掴むことができ、滑って落とすことを少なくすることができる。

（ゴムシート）
実施例１～２及び比較例１～４のゴムシートを作製した。

＜実施例１＞
長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、及び厚さ２ｍｍのシリコーンゴムシートをプレス成形で作製し、その表面をフッ素化処理したゴムシートを実施例１とした。フッ素化処理は、処理温度を２５℃、処理圧力（全圧）を２２．０ｋＰａ、及び処理時間を１０分とした。表面処理ガスには、フッ素ガス３０体積％及び窒素ガス７０体積％の混合ガスを用いた。したがって、フッ素ガスの分圧は６．６０ｋＰａである。

＜実施例２＞
表面処理ガスにフッ素ガス１００体積％の単独ガスを用い、処理圧力（全圧）、したがって、フッ素ガスの分圧を６．６７ｋＰａとしたことを除いて実施例１と同様に作製したゴムシートを実施例２とした。

＜比較例１＞
フッ素化処理を行わなかったことを除いて実施例１と同様のゴムシートを比較例１とした。

＜比較例２＞
フッ素化処理に代えて表面にパリレンコート層を設けたことを除いて実施例１と同様のゴムシートを比較例２とした。

＜比較例３＞
フッ素化処理に代えて表面にＤＬＣコート層を設けたことを除いて実施例１と同様のゴムシートを比較例３とした。

＜比較例４＞
フッ素化処理に代えて表面にフッ素樹脂コート層を設けたことを除いて実施例１と同様のゴムシートを比較例４とした。

（試験方法）
＜転がり抵抗係数＞
実施例１～２及び比較例１～４のそれぞれのゴムシートについて、表面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間保持した後、同雰囲気下において、その洗浄した表面に、ＳＵＳ３０４製の直径３０ｍｍの外周面が平滑なロール状の測定子を、１０００ｇの荷重が負荷されるように押接させるとともに、移動速度２０００ｍｍ／分で転動させた。そして、そのときの定常時の転がり抵抗値を荷重で除して転がり抵抗係数を求めた。なお、転がり抵抗の測定には、新東科学社製の表面性測定機 Heidon Type14を用いた。

＜静止摩擦係数＞
実施例１～２及び比較例１～４のそれぞれのゴムシートについて、表面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間保持した後、同雰囲気下において、その洗浄した表面に、ＳＵＳ３０４製の測定子における直径１０ｍｍの半球状先端を、１００ｇの荷重が負荷されるように押接させるとともに、移動速度７５ｍｍ／分で摺動させた。そして、そのときの移動開始直後の摩擦抵抗ピーク値を荷重で除して静止摩擦係数を求めた。なお、摩擦抵抗の測定には、新東科学社製の表面性測定機 Heidon Type14を用いた。

＜接触角（濡れ性）＞
実施例１～２及び比較例１～４のそれぞれのゴムシートについて、θ／２法に基づき、表面をメタノールで洗浄し、温度２０℃及び湿度４０％の雰囲気下で２４時間保持した後、同雰囲気下において、その洗浄した表面に蒸留水の液滴を滴下して接触角を測定した。

＜硬さ上昇＞
実施例１～２のそれぞれのフッ素化処理前後のゴムシートについて、ＪＩＳＫ６２５３-３：２０１２に基づき、タイプＡデュロメータで硬さを測定し、その差、つまり、硬さ上昇を算出した。

＜５０％伸張試験＞
実施例１～２及び比較例１～４のそれぞれのゴムシートについて、５０％伸張して元に戻した後、表面をＳＥＭで観察してクラックの有無を確認した。そして、クラックの認められないものをＡ及び認められるものをＢと評価した。

＜クロスカット試験＞
実施例１～２及び比較例１～４のそれぞれのゴムシートについて、ＪＩＳＫ５６００-５-６：１９９９に基づくクロスカット試験を行い、表面を目視して剥離の有無を確認した。そして、剥離の認められないものをＡ及び認められるものをＢと評価した。

（試験結果）
試験結果を表１に示す。

表１によれば、表面に厳しい条件のフッ素化処理を施した実施例１及び２と、フッ素化処理を施していない比較例１とを比較すると、実施例１及び２では、転がり抵抗係数が下げられていることが分かる。これにより、物品の密着を抑制することが期待される。また、実施例１及び２では、静止摩擦係数が高められていることが分かる。これにより、物品に対する高いグリップ性能を得ることが期待される。さらに、実施例１及び２では、撥水性も付与されることが分かる。このことから、これをＣＭＰ装置のウエハ保持用の弾性膜に適用した場合には、研磨時に使用するスラリーの付着抑制を期待することができる。また、実施例１及び２では、フッ素化処理による表面改質によって、５０％伸張試験での表面へのクラックの発生やクロスカット試験での表層の剥離による異物の発生が認められないことも分かる。

表面にコーティング層を設けた比較例２～４では、転がり抵抗係数が低減されていることが分かる。しかしながら、比較例２～４では、５０％伸張試験での表面のコーティング層へのクラックの発生やクロスカット試験での表面のコーティング層の剥離による異物の発生が認められることが分かる。

本発明は、シリコーンゴム成形体の技術分野について有用である。

ＡＣＭＰ装置
Ｐ研磨パッド
Ｓウエハ（物品）
１０弾性膜（シリコーンゴム成形体）
１１ウエハ保持側の表面（物品との接触表面）

Claims

物品との接触表面を有するシリコーンゴム成形体であって、
前記物品との接触表面は、フッ素化処理されることにより、転がり抵抗係数が０．０２０以下とされているとともに、静止摩擦係数が１．２５以上とされており、
前記シリコーンゴム成形体が化学機械研磨装置のウエハ保持用の弾性膜であるシリコーンゴム成形体。
物品との接触表面を有するシリコーンゴム成形体であって、
前記物品との接触表面は、フッ素化処理されることにより、転がり抵抗係数が０．０２０以下とされているとともに、静止摩擦係数が１．２５以上とされており、
前記シリコーンゴム成形体がロボットアームの物品把持部のパッドであるシリコーンゴム成形体。
物品との接触表面を有するシリコーンゴム成形体であって、
前記物品との接触表面は、フッ素化処理されることにより、転がり抵抗係数が０．０２０以下とされているとともに、静止摩擦係数が１．２５以上とされており、
前記シリコーンゴム成形体が携帯電子機器のケースであるシリコーンゴム成形体。
請求項１乃至３のいずれかに記載されたシリコーンゴム成形体において、
前記物品との接触表面の転がり抵抗係数の低下率が２０％以上であるシリコーンゴム成形体。
請求項１乃至４のいずれかに記載されたシリコーンゴム成形体において、
前記物品との接触表面の静止摩擦係数の上昇率が１５０％以上であるシリコーンゴム成形体。