JPH10509747A

JPH10509747A - ミルド炭素繊維強化されたポリマー組成物

Info

Publication number: JPH10509747A
Application number: JP8511710A
Authority: JP
Inventors: メッセンゲール、ブライアン; シャウアー、ポール; ダール、チャールズ; グレガーソン、バリー; バックマン、ボニー; オエステール、トーマス
Original assignee: エムパックインコーポレイテッド
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1998-09-22
Also published as: CN1165523A; EP0783532A1; US5686521A; TW279883B; WO1996010046A1; KR970706343A

Abstract

(57)【要約】改良された耐磨耗特性を有するミルド炭素繊維強化されたポリマー。この強化されたポリマーはポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂を含む。ベース樹脂を所定量のミルド炭素繊維と組合せ、さらにポリテトラフルオロエチレンと組み合わせることもできる。得られる複合材料は優秀な摩擦および磨耗特性を有し、射出成形部品の製造に有用である。成形部品は高い衝撃強さを有し、寸法安定性を示し、耐磨耗性であると共に静電散逸性であり、この複合材料はある種の処理作用に際し半導体の支持固定具としての特定の用途を有する。

Description

【発明の詳細な説明】ミルド炭素繊維強化されたポリマー組成物Ｉ．発明の分野本発明は一般に繊維強化されたポリマーおよびそれから加工された物品に関し、より詳細には向上した耐磨耗性を有すると共に静電気をも散逸させるミルド炭素繊維強化された高温熱可塑性ポリマーに関するものである。この組成物は卓越した摩擦および磨耗に関する特性、並びに低いガス発生を含む望ましい機械的および物理的性質を備え、したがってこの組成物をある種の射出成形部品の製造につき有用にする。ＩＩ．関連技術の説明過去において、各種の耐磨耗性ポリマー組成物が射出成形部品の製造に使用されている。耐磨耗性配合物の使用に関する１つの特定分野は半導体ウェファーの加工に使用されるある種の装置を包含する。これら装置は半導体ウェファーカセット、半導体ウェファー輸送用箱および他の関連装置を包含する。これら装置は耐磨耗性ポリマー配合物から成形することができる。これら装置の表面は加工、輸送および貯蔵の際に磨耗を受けるという理由からである。これら装置の１つの表面が他の表面と接触すれば、磨耗を生ずるに至る。したがって、磨耗した表面から微粒子が放出される可能性が増大する。半導体ウェファーの製造はたとえば磨耗微粒子のような汚染物を含まない極めて清浄な環境を必要とし、さらに低いガス発生を有し、それ故ウェファー表面に対するフィルム蓄積を減少しうる材料の使用が必要である。環境における小粒子、蒸気または静電気による放電の存在は、ウェファー自身を含め半導体の製造を阻害する。空気を媒介とする粒子問題に対処し或いは減少させるために耐磨耗性ポリマーが使用され、種々の作用に際し形成された磨耗微粒子の量を減少させる。半導体ウェファーを静電気帯電の蓄積に基づく損傷から保護すると共に静電気帯電に基づく空気を媒介とする粒子の吸引を減少させるため、工業界は炭素粉末充填ポリプロピレンからＳＥＭＩ標準ウェファーキャリヤ、ＳＭＩＦポッドおよびボックスを製造している。炭素粉末充填コポリマーの表面抵抗は典型的には１０⁵〜１０⁹オームであると共に、この抵抗値は空気を媒介とする微粒子の吸引を減少させる。しかしながら、炭素粉末充填ポリプロピレンを用いて成形された装置は、磨耗を受けると小粒子を発生することが判明している。これら磨耗粒子は、処理途上において、処理装置および半導体ウェファーを損傷する危険性を示す。したがって、ＳＥＭＩ基準に合致する装置および半導体ウェファー製造過程で使用する他の装置を製造すべく使用しうる改良された耐磨耗性ポリマーにつきニーズが存在する。タナカ等による米国特許第５，１６２，１５７号は平面支持用もしくは自己潤滑用物品を製造すべく利用される複合材料を開示している。タナカの材料は５〜３０容量％の金属鉛と５．５〜５０容量％の充填材とを含有し、残部はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。タナカは炭素繊維を好適な充填剤と認めている。複合材料は、この材料から製造される装置の摩擦および磨耗特性を向上させることが認められた。この複合材料を裏打金属に含浸させると共に、熱を加えて裏打金属に摺動表面を形成させた。開示された複合材料は１０⁵〜１０⁹オームの表面抵抗を持たない。したがって、磨耗から放出された微粒子はタナカの複合材料から成形された装置に吸引される。その結果、複合材料は半導体ウェファーの加工に使用される半導体ウェファー装置に使用するには有利でない。さらに、射出成形過程で使用する際、流動および収縮が一貫せずに生じて成形装置に歪みを生ぜしめる。したがって、１０⁵〜１０⁹オームの表面抵抗を有して一貫した部品を製造する射出成形法に有用である複合材料につきニーズが存在する。タケウチ等による米国特許第５，０７９，２８１号は、ポリプロピレンとカルボキシル基と塩水処理された強化用繊維と着色料とよりなる複合材料を開示している。カルボキシル基はグラフト重合により組み合わせたポリプロピレンを含有する。タケウチの複合材料は強度を増大させるべく炭素繊維を使用する。典型的には、炭素繊維は射出成形過程に際し流動方向の部分の収縮を阻止する。しかしながら、流動方向に交差する方向では炭素繊維は収縮を阻止しない。したがって、収縮の差は歪みを形成もしくは拡大させると共に、部品における寸法的一貫性を減少させる。したがって、射出成形過程で使用しうる１０⁵〜１０⁹の表面抵抗を有すると共に磨耗した際に微粒子を放出せず、成形に際し、歪まないような材料につきニーズが存在する。本発明は、低い磨耗特性を有すると共に加工された物品から発生するガスも低い強化ポリマーを提供することにより関連する複合材料の欠点を解消するためになされたものである。さらに複合材料は１０⁵〜１０⁹オームの範囲の高い表面抵抗を有し、したがって半導体ウェファー製造過程で使用される装置の製造に際し使用するのに適した材料を提供するためになされたものである。さらに、この独特な複合材料は一貫した射出性頚部品を提供するためになされたものである。発明の要約本発明の主たる目的は、１０⁵〜１０⁹オームの表面抵抗を有する強化ポリマーもしくは複合材料を提供することであり、これにより強化ポリマーが磨耗を受けた際に微粒子は減少された状態でしか放出されない。このポリマーはポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂で構成される。ミルド炭素繊維（ＭＣＦ）を強化用充填剤としてベース樹脂に添加する。他の強化用充填剤でなくＭＣＦを使用すれば、射出成形過程に際し流動方向および流動方向に交差する両方向において一貫することのない部分的収縮を減少させるのに役立つ。本発明の組成物をたとえば半導体ウェファーカセットおよび／またはウェファー輸送用箱の作成のような半導体加工分野で使用する場合、高純度のミルド炭素繊維を使用するのが好適である。この種の繊維は容易に市場から入手しうることは勿論である。ＭＣＦの添加は、耐磨耗性が増大した強化ポリマーをもたらす。磨耗微粒子の放出量をさらに減少させるために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を複合材料に添加することができる。ＰＴＦＥ粉末は、その薬品耐性プラス潤滑性および靭性のあることが知られている。複合材料にＰＴＦＥを含ませることによりＭＣＦは磨耗を受けた際に一層しっかり保持される。ＰＴＦＥ粉末（球体もしくはビーズ）はさらに平滑なすべすべした表面を形成する。平滑なすべすべした表面は、磨耗微粒子の放出量をさらに減少させる。本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリフタラミド（ＰＰＡ）が半導体ウェファーの加工に用いられる射出成形装置において使用するためのベース樹脂として特に有用であることを当業者であるならば認識するであろう。本発明を半導体ウェファー加工装置を成形すべく使用されるベース樹脂としてのＰＰ、ＰＥＥＫおよびＰＰＡの利用に関して説明するが、これに限定されるものではない。ある種の他のポリオレフィンおよびポリアミドを、強化耐磨耗性ポリマーを必要とすると共に１０⁵〜１０⁹の誘電特性を有して射出成形につき静電気を一定の収縮ファクターまで散逸させる装置に用いるべくベース樹脂として使用することができることは、当業者であるならば諒解することができよう。したがって、本発明の主たる目的は、射出成形過程で使用して１０⁵〜１０⁹の表面抵抗を有する一貫した、成形された装置を製造するために、静電気散逸を促進すると共に静電気放電を最小化させうるＭＣＦ強化ポリマーを提供することにある。本発明の他の目的は、磨耗を受けた際に発生する微粒子の量を最小にすることが可能な強化複合材料を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、射出成形過程に際し最少量の歪みしか示さない強化複合材料を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、半導体ウェファーを加工する際に使用される装置を成形すべく使用しうる強化複合材料を提供することにあり、成形された装置は１０⁵〜１０⁹オームの抵抗を有すると共に磨耗性表面にさらされた際に磨耗および小粒子の発生の程度を減少させる。これらの目的および他の目的、並びに本発明のこれらの特徴および利点は、以下の好適な実施の形態に対する詳細な説明を鑑みれば当業者にとって容易に明らかとなるであろう。好適な実施の形態の詳細な説明本発明の強化ポリマーもしくは複合材料は所定量のホモポリマーベース樹脂と所定量の純粋なミルド炭素繊維（ＭＣＦ）とで構成される。ベース樹脂はポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される。好適な実施の形態において、複合材料は６６〜８１容量％の量のベース樹脂を含有する。得られる強化ポリマーは磨耗した際に他の強化ポリマーと比較してより少ない微粒子を放出する。さらに、強化ポリマーは射出成形に際し、流動方向および流動方向に交差する方向の両方において一貫した部分収縮を生じる。さらに複合材料は所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を含むこともできる。ＰＴＦＥ粉末を含ませれば、放出される磨耗微粒子の量がさらに減少する。好適な実施の形態において、８〜１０容量％の量のＰＴＦＥをベース樹脂およびＭＣＦと組み合わせる。ＭＣＦは平均して約０．０１０インチ未満の繊維長さと０．０００７〜０．０００９インチの直径とを有する。ＭＣＦの寸法および長さは、ベース樹脂が射出成形過程において、ＭＣＦの周囲で自由に流動することを許容する。ＭＣＦは、射出成形過程において、流動軸線および流動軸線に交差する方向の両方に沿って一貫して部分的収縮を阻止する。したがって、成形された部品は寸法的に一貫し、歪みが拡大することはない。ある種のＭＣＦの製造に際し、典型的には汚染物がＭＣＦに混入しうる。純粋なＭＣＦの使用が成形部品の寸法一貫性を増大させることは当業者であれば容易に理解できよう。ＭＣＦは、樹脂材料との編込みによって選択ベースされた樹脂を強化させる。編込み樹脂から成形された部品の表面は、その表面が磨耗された際に大して微粒子を放出しない。さらにＭＣＦの量は複合材料の表面抵抗にも影響を及ぼす。予想通り、含ませるＭＣＦの量が増加するにつれて表面抵抗が減少する。好適な実施の形態において、ＭＣＦの量は１９〜３４容量％である。本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが、半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置に使用するにはポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリフタラミド（ＰＰＡ）がベース樹脂として特に有用であることは当業者であれば認識できよう。ＭＣＦと組み合わせるベース樹脂としてのＰＰ、ＰＰＡもしくはＰＥＥＫの使用は、１０⁵〜１０⁹オームの表面抵抗を有すると共に表面磨耗に対し耐性のある複合材料を生成する。ＰＰＡは高温度かつ高性能の半結晶質熱可塑性ポリマーである。ＰＰＡは生産され、米国イリノイ州シカゴ所在のアモコ・パーフォーマンス・プロダクツ社で商品名「Ａｍｏｄｅ１」として生産され、市場から入手しうる。ＰＥＥＫも高温度かつ高性能の熱可塑性ポリマーであって、米国デラウェア州ウィルミントン所在のイー・アイ・デュポン・デ・メモアス・アンド・カンパニー社から入手しうる。ポリアミドおよびポリオレフィンの群から選択されるベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫは全て次の特性を示すことが当業者であれば諒解されよう。すなわち、高温安定性、良好な寸法安定性、良好な磨耗および摩擦特性、射出成形のための良好な流動特性がそれである。これらの一般的な性質は、これらホモポリマーを、半導体ウェファーの加工に使用するために射出成形部品に利用するベース樹脂に適する。実施例以下、本発明の実施例につき説明する。所定量のベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫを個々に所定量のＭＣＦと組み合わせた。さらに所定量のベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫを個々に所定量のＭＣＦおよび所定量のＰＴＦＥと組み合わせた。一般に、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨＰ）を用いる。この種の材料は市販されている。これら複合材料の特質を詳述するデータを第１表および第２表に示す。全ての特質データに関する試験方法はアメリカン・ソサエティ・フォー・テステング・マテリアルス（ＡＳＴＭ）に従っている。ＡＳＴＭは、標準化された試験を確立することにより試験された組成物につき示された特質データが均一となるようにする科学的かつ工学的機関である。複合材料の流動特性は、これら材料が高温安定性を有するかどうかを示す。流動特性は射出成形部品の寸法安定性に影響を及ぼす。少ないバリと寸法安定性とを有する肉薄部分を成形する能力も複合材料の流動特性により影響を受ける。各複合材料の溶融流動性が第１表および第２表に含まれている。第３表および第４表は複合材料の熱特性を示す。複合材料の熱特性は射出成形過程にも重要である。ＤＳＣ試験は各複合材料の熱特性を示す。各複合材料のピーク最大、ピーク開始および融解熱も第３表および第４表に含まれている。これら複合材料を半導体製造用途に使用する場合、成形に先立ちバルク材料につき典型的なガス抜き操作を行うことが望ましい。ガス抜きは硬化後の操作としても行うことができる。通常の条件および操作パラメータがこのガス抜き操作に用いられる。実施例Ｉポリプロピレンのベース樹脂を高純度のＭＣＦ繊維と配合し、繊維が３０容量％を占め、残部７０％をポリプロピレンとした。このＭＣＦ材料は平均して約０．０１インチの繊維長さと０．０００８インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料を成形作用にかけて複合部品試料を作成した。配合された複合材料は成形に際し良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。強化ポリマーは増大した耐磨耗性を有することが判明した。実施例Ｉに記載した種類の各種複合材料に関する磨耗試験からのデータを第５表および第６表に詳細に記載する。１ｋｇの重錘を厚さ１ｃｍの複合材料片の上に置いた。全磨耗表面は約０．８ｃｍ²であった。次いで複合材料をステンレス鋼テーブルの上で２．５フィートの外周において回転させた。５００回の回転サイクルの後、ステンレス鋼テーブルを清浄し、複合材料を秤量した。各複合材料につき全部で５，０００サイクルを行った。次いで、５００サイクルにわたる複合材料の重量変化を全試験につき標準化した。実施例ＩＩポリフタラミド樹脂をＭＣＦ繊維と配合し、繊維が３０容量％を占め、残部７０％をポリフタラミドとした。このＭＣＦ材料は平均して約０．０１インチの繊維長さと０．０００８インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料が成形作用に付され複合部品からなる試料を作成した。配合された複合材料は成形の間良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。実施例ＩＩＩポリエーテルエーテルケトンベース樹脂をＭＣＦ繊維と配合し、繊維が２２容量％を占め、残部７８％をポリエーテルエーテルケトンとした。このＭＣＦ材料は平均して約０．０１インチの繊維長さと０．０００８インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料に成形作用を施し、複合部品試料を作成した。配合された複合材料は成形の間に良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するため異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。実施例Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩにしたがって作成した試験試料の特質はその結果が一般的に以下に示す第１表〜第６表に述べられているように、有望な結果であった。さらに、成形に先立ちガス抜きにかけた際に、この複合材料から成形された物品が優秀な特質を有することを示した。特質データＤＳＣ試験磨耗試験第１表〜第６表から明らかなように、ＭＣＦとＰＰＨＰ、ＰＰＡもしくはＰＥＥＫを包含するＰＰとの組合せは、改良された耐磨耗特性と１０⁵〜１０⁹オームの表面抵抗とを有すると共に一貫した部品を製造する射出成形に使用しうる複合材料を生成する。以上、本発明を説明したが、これを多くの方法で改変しうることは明らかである。この種の改変は本発明の精神および範囲から逸脱するものでなく、この種の全ての改変も本発明の範囲に包含されることは当業者にとって明らかであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年１１月１２日【補正内容】３４条に基づく補正半導体ウェファーを静電気帯電の蓄積に基づく損傷から保護すると共に静電気帯電に基づく空気を媒介とする粒子の吸引を減少させるため、工業界は炭素粉末充填ポリプロピレンからＳＥＭＩ標準ウェファーキャリヤ、ＳＭＩＦポッドおよびボックスを製造する。炭素粉末充填コポリマーの表面抵抗は典型的には１０⁵ 〜１０⁹オーム／ｃｍ²であると共に、この抵抗力は空気を媒介とする微粒子の吸引を減少させる。しかしながら、炭素粉末充填ポリプロピレンを用いて成形された装置は、磨耗を受けると小粒子を発生することが判明している。これら磨耗によって生じた粒子は、処理中に加工装置および半導体ウェファーを損傷する危険性を生じる。したがって、ＳＥＭＩの基準に合致する装置および半導体ウェファー製造過程で使用する他の装置を製造すべく使用可能な改良された耐磨耗性ポリマーにつきニーズが存在する。タナカ等による米国特許第５，１６２，１５７号は平面支持用もしくは自己潤滑用物品を製造すべく利用される複合材料を開示している。タナカの材料は５〜３０容量％の金属鉛と５．５〜５０容量％の充填材とを含有し、残部はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。タナカは炭素繊維を好適な充填剤と認めている。複合材料は、この材料から製造される装置の摩擦および磨耗特性を向上させることが認められた。この複合材料を裏打金属に含浸させると共に、熱を加えて裏打金属に摺動表面を形成させた。開示された複合材料は１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を持たない。したがって、磨耗から放出された微粒子はタナカの複合材料から成形された装置に吸引される。その結果、複合材料は半導体ウェファーの加工に使用される半導体ウェファー装置に使用するには有利でない。さらに射出成形過程で使用する際、流動および収縮が一貫せずに生じて成形装置において歪みを生ぜしめる。したがって、１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有して一貫した部品を製造する射出成形法に有用である複合材料につきニーズが存在する。タケウチ等による米国特許第５，０７９，２８１号は、ポリプロピレンとカルボキシル基と塩水処理された強化用繊維と着色料とよりなる複合材料を開示している。カルボキシル基はグラフト重合により組み合わせたポリプロピレンを含有する。タケウチの複合材料は強度を増大させるべく炭素繊維を使用する。典型的には、炭素繊維は射出成形過程に際し流動方向の部分の収縮を阻止する。しかしながら、流動方向に交差する方向において炭素繊維は収縮を阻止しない。したがって、収縮の差は歪みを形成もしくは拡大させると共に、部品における寸法的一貫性を減少させる。したがって、射出成形過程で使用しうる１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有すると共に磨耗した際に微粒子を放出せず、成形に際し歪まないような材料につきニーズが存在する。本発明は、低い磨耗特性を有すると共に加工された物品から発生するガス発生も低い強化ポリマーを提供することにより関連する複合材料の欠点を解消するためになされたものである。さらに複合材料は１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の範囲の高い表面抵抗を有し、したがって、半導体ウェファー製造過程で使用される装置の製造に際し使用するのに適した材料を提供するためになされたものである。さらに、この独特な複合材料は一貫した射出性成形品を提供するためになされたものである。発明の要約本発明の主たる目的は１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有する強化ポリマーもしくは複合材料を提供することであり、これにより強化ポリマーが磨耗を受けた際に微粒子は減少した量しか放出しない。このポリマーはポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂で構成される。ミルド炭素繊維（ＭＣＦ）を強化用充填剤としてベース樹脂に添加する。他の強化用充填剤でなくＭＣＦを使用すれば、射出成形過程中に、流動方向および流動方向に交差する方向の両者において一貫することのない部分的収縮を減少させるのに役立つ。本発明の組成物をたとえば半導体ウェファーカセットおよび／またはウェファー輸送用箱の作成のような半導体加工分野で用いる場合、高純度のミルド炭素繊維を使用するのが好適である。この種の繊維は、市場から容易に入手しうることは勿論である。ＭＣＦの添加は、耐磨耗性が増大した強化ポリマーをもたらす。磨耗微粒子の放出量をさらに減少させるために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を複合材料に添加することができる。ＰＴＦＥ粉末は、その薬品耐性プラス潤滑性および靭性のあることが知られている。複合材料にＰＴＦＥを含ませることによりＭＣＦは磨耗を受けた際に一層しっかり保持される。ＰＴＦＥ粉末（球体もしくはビーズ）はさらに平滑なすべすべした表面を形成する。平滑なすべすべした表面は、磨耗微粒子の放出される量をさらに減少させる。本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリフタラミド（ＰＰＡ）が半導体ウェファーの加工に用いられる射出成形装置において使用するためのベース樹脂として特に有用であることが当業者であるならば認識するであろう。本発明を半導体ウェファー加工装置を成形すべく使用されるベース樹脂としてＰＰ、ＰＥＥＫおよびＰＰＡの利用に関して説明するが、これは限定的ではない。ある種の他のポリオレフィンおよびポリアミドを、強化耐磨耗性ポリマーを必要とすると共に１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の誘電特性を有して射出成形につき静電気を一定の収縮ファクターまで散逸させる装置に使用すべくベース樹脂として使用することができることは当業者であれば、諒解されよう。したがって、本発明の主たる目的は、射出成形過程で使用して１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有する一貫した、成形された装置を製造するために、静電気散逸を促進すると共に静電気放電を最小化させうるＭＣＦ強化ポリマーを提供することにある。本発明の他の目的は、磨耗を受けた際に発生する微粒子の量を最小にすることが可能な強化複合材料を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、射出成形過程に際し最少量の歪みしか示さない強化複合材料を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、半導体ウェファーを加工する際に使用される装置を成形すべく使用しうる強化複合材料を提供することにあり、成形された装置は１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の抵抗を有すると共に磨耗性表面にさらされた際に磨耗および小粒子の発生の程度を減少させる。これらの目的および他の目的、並びに本発明のこれらの特徴、利点および他の特徴および利点は、好適な実施の形態に係る以下の詳細な説明に鑑み、当業者には容易に明瞭となるであろう。好適な実施の形態の詳細な説明本発明の強化ポリマーもしくは複合材料は所定量のホモポリマーベース樹脂と所定量の純粋なミルド炭素繊維（ＭＣＦ）とで構成される。ベース樹脂はポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択される。好適な実施の形態において、複合材料は６６〜８１重量％の量のベース樹脂を含有する。得られる強化ポリマーは磨耗した際に他の強化ポリマーと比較して微粒子をより少なく放出する。さらに強化ポリマーは射出成形に際し流動方向および流動方向と交差する方向の両方において一貫した部分収縮を生じる。さらに複合材料は所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末を含むこともできる。ＰＴＦＥ粉末を含ませれば、放出される磨耗微粒子の量がさらに減少する。好適な実施の形態において、８〜１０重量％の量のＰＴＦＥをベース樹脂およびＭＣＦと組み合わせる。ＭＣＦは平均して約０．０１０インチ未満の繊維長さと０．０００７〜０．０００９インチの直径とを有する。ＭＣＦの寸法および長さは、ベース樹脂が射出成形過程において、ＭＣＦの周囲で自由に流動することを許容する。ＭＣＦは、射出成形過程において、流動軸線および流動軸線に交差する軸線の両者に沿って一貫して部品の収縮を阻止する。したがって、成形された部品は寸法的に一貫し、歪みが拡大することはない。ある種のＭＣＦの製造に際し、典型的には汚染物がＭＣＦに混入しうる。純粋なＭＣＦの使用は成形部品の寸法一貫性を増大させることは当業者であれば理解できよう。ＭＣＦは、樹脂材料との編込みによって選択されたベース樹脂を強化させる。編込み樹脂から成形された部品の表面は、その表面が磨耗された際に大して微粒子を放出しない。さらにＭＣＦの量は複合材料の表面抵抗にも影響を及ぼす。予想通り、含ませるＭＣＦの量が増加するにつれて表面抵抗が減少する。好適な実施の形態において、ＭＣＦの量は１９〜３４重量％である。本発明はベース樹脂としてポリオレフィンもしくはポリアミドを使用しうるが、半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置に使用するにはポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリフタラミド（ＰＰＡ）がベース樹脂として特に有用であることは当業者であれば認識できよう。ＭＣＦと組み合わせるベース樹脂としてのＰＰ、ＰＰＡもしくはＰＥＥＫの使用は、１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有すると共に表面磨耗に対し耐性のある複合材料を生成する。ＰＰＡは高温度かつ高性能の半結晶質熱可塑性ポリマーである。ＰＰＡは米国イリノイ州シカゴ所在のアモコ・パーフォーマンス・プロダクツ社から商品名「アモデル」として生産され、市場から入社可能である。ＰＥＥＫも高温度かつ高性能の熱可塑性ポリマーであって、デラウェア州、ウィルミントン所在のイー・アイ・デュポン・デ・メモアス・アンド・カンパニー社から入手しうる。ポリアミドおよびポリオレフィンの群から選択されるベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫは全て次の特性を示すことが当業者であれば諒解される。すなわち、高温安定性、良好な寸法安定性、良好な磨耗および摩擦特性、射出成形のための良好な流動特性がそれである。これら一般的な性質は、これらのホモポリマーを、半導体ウェファーの加工に使用するために射出成形部品に利用するベース樹脂に適する。実施例以下、本発明の実施例につき説明する。所定量のベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫを個々に所定量のＭＣＦと組み合わせた。さらに所定量のベース樹脂ＰＰ、ＰＰＡおよびＰＥＥＫを個々に所定量のＭＣＦおよび所定量のＰＴＦＥと組み合わせた。一般に、ポリプロピレンホモポリマー（ＰＰＨＰ）を用いる。この種の材料は市販されている。これら複合材料の特質を詳述するデータを第１表および第２表に示す。全ての特質データに関する試験方法はアメリカン・ソサエティ・フォー・テステング・マテリアルス（ＡＳＴＭ）にしたがう。ＡＳＴＭは、標準化された試験を確立することにより、試験された組成物につき示された特質データが均一となるようにする科学的かつ工学的機関である。複合材料の流動特性は、これら材料が高温安定性を有するかどうかを示す。流動特性は射出成形部品の寸法安定性に影響を及ぼす。少ないバリと寸法安定性とを有する肉薄部分を成形する能力も複合材料の流動特性により影響を受ける。各複合材料の溶融流動性が第１表および第２表に含まれている。第３表および第４表は複合材料の熱特性を示す。複合材料の熱特性は射出成形過程にも重要である。ＤＳＣ試験は各複合材料の熱特性を示す。各複合材料のピーク最大、ピーク開始および融解熱も第３表および第４表に含まれている。これら複合材料を半導体製造用途に使用する場合、成形に先立ちバルク材料につき典型的なガス抜き操作を行うことが望ましい。ガス抜きは硬化後の操作としても行うことができる。通常の条件および操作パラメータがこのガス抜き操作に用いられる。実施例Ｉポリプロピレンのベース樹脂を高純度のＭＣＦ繊維と配合し、繊維が３０重量％を占め、残部７０％をポリプロピレンとした。このＭＣＦ材料は平均して約０．０１インチの繊維長さと０．０００８インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料を成形作用にかけて複合部品試料を作成した。配合された複合材料は成形の間良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。強化ポリマーは増大した耐磨耗性を有することが判明した。実施例Ｉに記載した種類の各種複合材料に関する磨耗試験からのデータを第５表および第６表に詳細に記載する。１ｋgの重錘を厚さ１ｃｍの複合材料片の上に置いた。全磨耗表面は約０．８ｃｍ²であった。次いで、複合材料をステンレス鋼テーブルの上で２．５フィートの外周において回転させた。５００回の回転サイクルの後、ステンレス鋼テーブルを清浄し、複合材料を秤量した。各複合材料につき全部で５，０００サイクルを行った。次いで５００サイクルにわたる複合材料の重量変化を全試験につき標準化した。実施例ＩＩポリフタラミド樹脂をＭＣＦ繊維と配合し、繊維が３０重量％を占め、残部７０％をポリフタラミドとした。このＭＣＦ材料は平均して約０．０１インチの繊維長さと０．０００８インチの繊維直径とを有した。配合の後、複合材料が成形作用に付されて複合部品からなる試料を作成した。配合された複合材料は成形の間良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するための異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。実施例ＩＩＩポリエーテルエーテルケトンのベース樹脂をＭＣＦ繊維と配合し、繊維が２２重量％を占め、残部７８％をポリエーテルエーテルケトンとした。このＭＣＦ材料は約０．０１インチの平均繊維長さと０．０００８インチの平均繊維直径とを有した。配合の後、複合材料を成形作用に付して複合部品試料を作成した。配合された複合材料は成形の間に良好に流動し、成形作用を達成すると共に完結するため異常もしくは特殊または例外的な工程もしくは装置を必要としない。実施例Ｉ、ＩＩおよびＩＩＩにしたがって作成した試験試料の特質はその結果が一般的に以下に示す第１表〜第６表に述べられているように有望な結果であった。さらに、この複合材料から成形された物品が成形に先立ちガス抜きにかけた際に優秀な特質を有することを示した。請求の範囲１．ポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂と、約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、複合材料が約６６〜８１重量％の量のベース樹脂を含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。２．ベース樹脂が６６〜７５重量％の量のポリプロピレンよりなる請求項１記載の複合材料。３．ベース樹脂が６８〜７４重量％の量のポリフタラミドよりなる請求項１記載の複合材料。４．ベース樹脂が７５〜８１重量％の量のポリエーテルエーテルケトンよりなる請求項１記載の複合材料。５．ベース樹脂がポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるホモポリマーからなる請求項１記載の複合材料。６．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全容積に対し５４〜７２重量％の量のベース樹脂と２０〜３４重量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２重量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項１記載の複合材料。７．半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリプロピレンのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面電気抵抗を有し、複合材料が６６〜７５重量％の量のポリプロピレンを含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。８．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、ポリプロピレンが５４〜６７重量％の量で存在し、ミルド炭素繊維充填剤が２５〜３４重量％の量で存在し、さらにＰＴＦＥ粉末が８〜１２重量％の量で存在する請求項７記載の複合材料。９．半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリフラタミドのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面電気抵抗を有し、複合材料が６８〜７４重量％の量のポリフタラミドを含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。１０．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全重量に対し５６〜６６重量％の量のポリフタラミドと２６〜３２重量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２重量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項９記載の複合材料。１１．加工の際に半導体を搬送するためのキャリヤにおいて、強化された耐磨耗性複合材料がポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とよりなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面電気抵抗を有し、材料が７５〜８１重量％の量のＰＥＥＫを含有すると共に、残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とするキャリヤ。１２．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全重量に対し６４〜７２重量％の量のＰＥＥＫと２０〜２４重量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２重量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項１１記載の複合材料。１３．ポリオレフィン、ポリエーテルエーテルケトンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂と、約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、ベース樹脂とミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨耗性を有すると共に１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有する複合材料を形成するのに充分な量にて組み合せたことを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。１４．ベース樹脂がポリプロピレンよりなる請求項１３記載の複合材料。１５．ベース樹脂がポリフタラミドよりなる請求項１３記載の複合材料。１６．ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をさらに含む請求項１３記載の複合材料。１７．半導体ウェファーの加工に使用される装置の射出成形において使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリプロピレンのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記ポリプロピレンと前記ミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨耗性を有すると共に１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有する複合材料を形成するのに充分な量にて組み合わせたことを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。１８．半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置にて使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリフタラミドのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記ポリフタラミドとミルド炭素繊維充填剤とを耐表面磨耗性を有すると共に１０⁵〜１０⁹オーム／ｃｍ²の表面抵抗を有する複合材料を形成させるのに充分な量にて組み合わせたことを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。１９．（２回補正）ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）をさらに含む請求項１８記載の複合材料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｔ 23/00 23/00 Ｚ // Ｂ２９Ｋ 105:06 (72)発明者ダール、チャールズアメリカ合衆国、コロラド州 80863、ウッドランドパーク、クレストウッドドライブ 150 (72)発明者グレガーソン、バリーアメリカ合衆国、コロラド州 80906、コロラドスプリングス、カブルストーンドライブ 386 (72)発明者バックマン、ボニーアメリカ合衆国、コロラド州 80302、ボウルダー、マウンテンリッジプレイス 9627 (72)発明者オエステール、トーマスアメリカ合衆国、コロラド州 80915、コロラドスプリングス、ヒーサークレストドライブ 2055

Claims

【特許請求の範囲】１．ポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるベース樹脂と、約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、複合材料が約６６〜８１容量％の量のベース樹脂を含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。２．ベース樹脂が６６〜７５容量％の量のポリプロピレンよりなる請求項１記載の複合材料。３．ベース樹脂が６８〜７４容量％の量のポリフタラミドよりなる請求項１記載の複合材料。４．ベース樹脂が７５〜８１容量％の量のポリエーテルエーテルケトンよりなる請求項１記載の複合材料。５．ベース樹脂がポリオレフィンおよびポリアミドよりなる群から選択されるホモポリマーからなる請求項１記載の複合材料。６．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全容積に対し５４〜７２容量％の量のベース樹脂と２０〜３４容量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２容量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項１記載の複合材料。７．半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリプロピレンのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オームの表面電気抵抗を有し、複合材料が６６〜７５容量％の量のポリプロピレンを含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。８．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、ポリプロピレンが５４〜６７容量％の量で存在し、ミルド炭素繊維充填剤が２５〜３４容量％の量で存在し、さらにＰＴＦＥ粉末が８〜１２容量％の量で存在する請求項７記載の複合材料。９．半導体ウェファーの加工に使用される射出成形装置において使用するための強化された耐磨耗性複合材料において、ポリフラタミドのホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とからなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オームの表面電気抵抗を有し、複合材料が６８〜７４容量％の量のポリフタラミドを含有すると共に残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とする強化された耐磨耗性複合材料。１０．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全容積に対し５６〜６６容量％の量のポリフタラミドと２６〜３２容量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２容量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項９記載の複合材料。１１．加工の際に半導体を搬送するためのキャリヤにおいて、強化された耐磨耗性複合材料がポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）のホモポリマーと約０．０１０インチ未満の平均繊維長さおよび０．０００７〜０．０００９インチの平均繊維直径を有するミルド炭素繊維充填剤とよりなり、前記材料が１０⁵〜１０⁹オームの表面電気抵抗を有し、材料が７５〜８１容量％の量のＰＥＥＫを含有すると共に、残部がミルド炭素繊維充填剤であることを特徴とするキャリヤ。１２．所定量のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粉末をさらに含み、複合材料がこの複合材料の全容積に対し６４〜７２容量％の量のＰＥＥＫと２０〜２４容量％の量のミルド炭素繊維充填剤と８〜１２容量％の量のＰＴＦＥ粉末とを含有する請求項１１記載の複合材料。