JP7249114B2 - 熱溶融性フッ素樹脂射出成形品 - Google Patents
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Description
これらの合金は、耐食性を有するNiを主成分とし、さらに耐食性を保護、維持する目的でCr(クロム)およびMo(モリブデン)が添加された組成を有している(非特許文献4)。Ni基の耐熱耐食合金自身においては、室温~450℃の範囲で相変態温度を持たず、Ni基耐熱耐食合金の表面に形成された、Cr密度の高い薄い均一な不動態によって高い耐食性を示し、また合金中のMoが不動態を補修する機能を有している(非特許文献5)。また、射出成形に使用される(射出成形機に用いられる)金型も同様のNi基の耐熱耐食合金であるハステロイ、インコネルといった合金や、Ni系、またはCrを主成分とするメッキを用いることが一般的である。
これらの金属イオンは半導体製造工程中で熱溶融性フッ素樹脂射出成形品から溶出し、製造中の半導体デバイス上に腐蝕及び/又はエッチング効果をもたらしデバイス故障の原因となるため、熱溶融性フッ素樹脂射出成形品の金属イオンの低減が強く望まれている。
しかしながら、上記のフッ素化処理したフッ素樹脂(原料)は不安定末端基をまったく含有していないとしても、溶融成形する際に熱溶融性フッ素樹脂自身が熱分解しフッ素イオンが発生するため、射出成形に使用される(射出成形機に用いられる)耐食合金に形成された不動態を破壊するという問題を解決することはできなかった。
また、前述した熱溶融性フッ素樹脂を射出成形するための成形機や金型を構成する金属において不動態を構成する元素が、フッ素樹脂射出成形品中に含まれるか否かは、特にフッ素樹脂射出成形品の成形プロセスが健全であるか否かの判断において重要であるにもかかわらず、SEMI F57(非特許文献2)で規定される金属汚染の要求条件にCr及びNiは含まれているがMoは含まれていない点に本発明者等は着目し、さらに収縮率を大きくし、射出成形機金型表面との接触面積を減少させることにより、上述した問題点を解決し得る、フッ素イオン(溶出フッ素イオン)及び金属イオン(溶出金属イオン)の両方が低減された熱溶融性フッ素樹脂射出成形品を見出し、本発明に達成した。
本発明の他の目的は、界面活性剤の希水溶液、強酸、アルカリ、有機溶剤、超純水等による長時間の洗浄工程無しに、金属イオンが低減された熱溶融性フッ素樹脂射出成形品を提供することである。
0.5≦1-[(M1+M2)/(M1+M2+M3)]<1 ・・・(1)
(式中、M1は溶出Crイオン量(pg/cm2)、M2は溶出Moイオン量(pg/cm2)、M3は溶出Niイオン量(pg/cm2)を各々示す。)
を満たすことを特徴とする熱溶融性フッ素樹脂射出成形品が提供される。
(1)収縮率が3.70%以上であること、
(2)熱溶融性フッ素樹脂が、ASTM D1238に準拠して、荷重5kg、測定温度372±0.1℃で測定したメルトフローレート(MFR)が、1~100g/10分である熱溶融性フッ素樹脂であること、が好適な態様である。
本発明が、射出成形後の成形品の、界面活性剤の希水溶液、強酸、アルカリ、有機溶剤、超純水等による長時間の洗浄工程無しに、フッ素イオン(溶出フッ素イオン)及び金属イオン(溶出金属イオン)の低減を可能にしたことは、従来技術からは予想外であり格段に優れた効果である。
熱溶融性フッ素樹脂射出成形品からの溶出フッ素イオン濃度は、0~0.35μg/cm2、好ましくは0~0.16μg/cm2、より好ましくは0~0.13μg/cm2であることが望ましい。
前記非特許文献6にも記載されている通り、溶融状態にあるフッ素樹脂自身やフッ素樹脂の不安定末端基が熱分解したフッ素を含むガス状のフッ素樹脂分解物は、前述した射出成形機に使用される耐食合金(射出成形機および金型に使用される耐食合金)を腐食させ、不動態等の破壊を引き起こす。該フッ素樹脂分解物は射出成形時に射出成形品内に取り込まれ、熱溶融性フッ素樹脂射出成形品に接液する液中でフッ素イオンを溶出する。そのため、溶出するフッ素イオン濃度により、射出成形時のフッ素樹脂熱分解物の発生量を特定することが出来る。
前述したように、熱溶融性フッ素樹脂の射出成形には、Niを主成分とし、Cr及びMoを含有するNi基耐熱耐食合金から成る成形機が一般に使用されている。また、金型にも同様のNi基の耐熱耐食合金が用いられる場合もある。熱溶融性フッ素樹脂との接触面(Ni基耐熱耐食合金の表面)には、Cr密度の高い薄い均一な不動態が形成されている。この不動態が塩素イオンやフッ素イオンなどのハロゲンイオンによって破壊されると、Crイオンが溶出するが、Moには破壊された不動態を補修する機能があり、不動態が破壊されると同時に母材中のMoが表面に拡散し、不動態のCr欠陥部と置換した状態となって不動態の補修が行われるが、更に腐食が進むとMoによる修復が追いつかず、CrだけでなくMoも溶出するようになる。そのため、ハロゲンイオンによってNi基耐熱耐食合金の不動態が破壊される場合には、成形機内にCrおよびMoが多く存在する状態となり、射出成形中にそれらが熱溶融性フッ素樹脂射出成形品中に多く取り込まれることになる。従って、上記式(1)により算出される値によって、成形機に使用される耐食合金(射出成形機および金型に使用される耐食合金)の不動態破壊の程度(不動態保護率)を知ることができる。
尚、上記式(1)における値が1であることは不動態が全く破壊されていないことを意味する。一方、上記式(1)より算出される値が0.5未満の場合には、不動態の破壊が進み、成形機に使用される耐食合金(射出成形機および金型に使用される耐食合金)の耐食性が著しく損なわれている状態となる。この状態においては、耐食合金の腐食が進行し、熱溶融性フッ素樹脂射出成形品中のCr、Mo及び主成分であるNiの濃度が増大するのに加え、耐食合金中に添加元素として含まれている他の添加元素、例えばW(タングステン)、Nb(ニオブ)、Fe(鉄)などの濃度も増大するため好ましくない。
熱溶融性フッ素樹脂射出成形品は、射出成形機を用い、溶融した熱溶融性フッ素樹脂を金型内に射出後、冷却して金型より取り出すことにより得ることが出来る。本発明の熱溶融性フッ素樹脂は結晶性樹脂であるため、その収縮率は、金型内に射出される際の残留応力や冷却時の結晶化度の状態により影響を受けることが知られている。
熱溶融性フッ素樹脂射出成形品への、前記金属イオンの取り込みを低減させるためには、冷却時に金型と接触する面積が小さくなること、すなわち、収縮率が大きくなることが好ましい。そのため、収縮率は3.70%以上、好ましくは4%以上であることが望ましい。一方、収縮率は6%以下であることが、射出成形品の性能及び成形性の点から望ましい。
本発明に用いる熱溶融性フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレン(TFE)と共重合可能なフッ素化モノマー(コモノマー)との共重合体であって、ASTM D-1238に準じ372℃におけるメルトフローレート(MFR)が約1~100g/10分の共重合体である。メルトフローレート(MFR)は1~100g/10分、好ましくは5~70g/10分、より好ましくは10~70g/10分であることが望ましい。
上記FEP共重合体中のヘキサフルオロプロピレン(HFP)単位は、1~10mol%、より好ましくは2~8mol%であることが好ましい。
また、上記PFA共重合体中のパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)単位は、1~10mol%、より好ましくは1~8mol%であることが望ましい。
さらに、これらの共重合体を混合して用いることもできる。
溶出するフッ素イオンを低減して、溶出金属イオン量及び微粒子量を減少させるために、-CF2CH2OH、-CONH2および-COF等の不安定な末端基が、熱的に安定な-CF3末端基に変換された(フッ素化された)熱溶融性フッ素樹脂を用いることが、熱分解分解物少なくなるため好ましい。
特に、-CF2CH2OH、-CONH2および-COF等の不安定な末端基が、熱溶融性フッ素樹脂の炭素数106個当たり6個未満、特に0個の熱溶融性フッ素樹脂を用いることが好適である。このような熱的に安定な-CF3末端基に変換された(フッ素化された)熱溶融性フッ素樹脂は、前記特許文献2に記載される方法を用いて得ることが出来る。
本発明の熱溶融性フッ素樹脂射出成形品は、従来公知の射出成形方法を採用することにより成形することができるが、射出成形品の収縮率が3.70%以上となるように成形することが好適である。
射出成形における成形品の収縮率は、成形品の残留応力、結晶化度、密度等によって決定され、かかる特性は、射出圧力、射出速度、金型温度、成形温度(樹脂温度)等を適宜設定することにより調整することができる。射出圧力等の条件は、熱溶融性フッ素樹脂の種類、MFR等によって一概には規定できないが、射出圧力20~55MPa、射出速度2~30mm/min、金型温度150~200℃、成形温度320~370℃℃の範囲であることが望ましい。
本発明の射出成形品としては、ボトル、フィルム、チューブ、シート状成形品、パイプ、ガスケット、Oリング等が挙げられ、特に好ましくは、継手、バルブ、フィルターハウジング、レギュレーター、搬送用部材(ウエハキャリア)等を挙げることができる。
本発明において各物性の測定は、下記の方法によって行った。なお、下記方法に用いる超純水は、比抵抗率が18MΩ・cm以上かつ、TOC(全有機炭素)が5ppb以下で管理された超純水を用いた。
(1)溶出フッ素イオン濃度の測定
熱溶融性フッ素樹脂射出成形品43gから、縦3mm、横3mm、厚み3mmサイズにカットし10g分を、超純水、メタノール、TISBAS(II)を1:1:2で混合した溶出液20gに25℃で24時間浸漬し検液を得た。得られた検液中のフッ素イオンの濃度を、オリオンリサーチ製、EXPANDABLE ION ANALYZER ER940を用いて測定した。
(2)熱溶融性フッ素樹脂射出成形品からの溶出Crイオン量、溶出Moイオン量、溶出Niイオン量
熱溶融性フッ素樹脂射出成形品内に、12%硝酸水溶液を封入し、60℃で20時間溶出させた後の検液をICP質量分析法にて定量分析し、SEMI F57法に従い、溶出Niイオン量(pg/cm2)溶出Crイオン量(pg/cm2)、及び溶出Moイオン量(pg/cm2)を算出し、前述した式(1)を満たすか確認した。
ASTM D-1238-95に準拠した耐食性のシリンダー、ダイ、ピストンを備えたメルトインデクサー(東洋精機製)を用いて、5gの試料を372℃に保持されたシリンダーに充填して5分間保持した後、5kgの荷重(ピストン及び重り)下でダイオリフィスを通して押出し、この時の押出速度(g/10分)をMFRとした。
熱溶融性フッ素樹脂の融点の測定には入力補償型示差走査熱量計(DSC、パーキンエルマー社製)を用いた。試料約10mgを秤量して本装置用に用意したアルミパンに入れ、本装置用に用意したクリンパーによってクリンプした後、DSC本体に収納し、150℃から360℃まで10℃/分で昇温をする。この時得られる融解曲線から融解ピーク温度(Tm)を求めた。
本発明の実施例、及び比較例で用いた原料は下記の通りである。
(PFAペレット)
テトラフルオロエチレン/パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体、コモノマー含有量1.9mol%、MFR 30.4g/10分、融点306℃、不安定末端基(-CH2OH末端基、-CONH2末端基、-COF末端基)が炭素数106個あたり6個未満)
日精樹脂工業製NEX180-36E射出成形機(L/D=24、スクリュー径Φ45mm)にて、金型温度160℃、表1に示す成形温度、射出速度6mm/s、射出圧・保圧50MPaにて射出成形し、外径13mm、肉厚1.6mm、内表面積47cm2の中空形状を三方に有する三方継手型(T字継手型)の射出成形品を得た。
得られた射出成形品について、溶出フッ素イオン濃度を測定すると共に、溶出Niイオン量、溶出Crイオン量、溶出Moイオン量を測定し、前記式(1)の値を求めた。また、収縮率S(%)を下記の通り算出した。結果を表1に示す。
S(%)=(P-Q)/P×100
(P:金型の外径寸法 Q:射出成形品の外径寸法)
さらに詳しくは半導体製造装置に用いられる液体移送用成形品及び/又は液体接触用成形品などに用いられるフッ素イオン(溶出フッ素イオン)及び金属イオン(溶出金属イオン)が低減された熱溶融性フッ素樹脂射出成形品が提供される。
本発明が、界面活性剤の希水溶液、強酸、アルカリ、有機溶剤、超純水等による長時間の洗浄工程を必要とせず、フッ素イオン(溶出フッ素イオン)及び金属イオン(溶出金属イオン)が低減された熱溶融性フッ素樹脂射出成形品の提供を可能とした。
本発明により提供されるフッ素イオン(溶出フッ素イオン)及び金属イオン(溶出金属イオン)が低減された熱溶融性フッ素樹脂射出成形品は、半導体や半導体用薬液分野に好適に使用できるものである。
Claims (3)
- 熱溶融性フッ素樹脂を射出成形して成る半導体製造装置に用いられる液体移送用及び/又は接触用の中空形状の射出成形品において、
前記熱溶融性フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン(TFE)とパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)との共重合体(PFA)であって、PAVEの含有量が1.9~10mol%である共重合体であり、
溶出フッ素イオン濃度が0.35μg/cm2以下であり、且つ
ICP(誘導結合プラズマ)質量分析法にて定量分析される、12%硝酸を用い、60℃で20時間溶出させた後の検液中の溶出Niイオン量(pg/cm2)、溶出Crイオン量(pg/cm2)、及び溶出Moイオン量(pg/cm2)が、下記式
0.5≦1-[(M1+M2)/(M1+M2+M3)]<1
(式中、M1は溶出Crイオン量(pg/cm2)、M2は溶出Moイオン量(pg/cm2)、M3は溶出Niイオン量(pg/cm2)を各々示す。)
を満たすことを特徴とする熱溶融性フッ素樹脂射出成形品。 - 収縮率が3.70%以上である請求項1記載の熱溶融性フッ素樹脂射出成形品。
- 前記熱溶融性フッ素樹脂が、ASTM D1238に準拠して、荷重5kg、測定温度372℃で測定したメルトフローレート(MFR)が、1~100g/10分である熱溶融性フッ素樹脂である請求項1又は2記載の熱溶融性フッ素樹脂射出成形品。
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