JPH107898A - ポリエーテルケトン樹脂組成物および半導体ウエハ加工・処理用キャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】剛性、寸法安定性、帯電防止性ならびに耐摩耗
性に優れた半導体ウエハ加工・処理用キャリア、および
これらを与えるポリエーテルケトン樹脂組成物を提供す
ること。 【解決手段】ポリエーテルケトン樹脂１００重量部に対
して、平均繊維径５〜２０μｍ、平均繊維長３０〜５０
０μｍであることを特徴とする炭素繊維５〜１００重量
部を配合してなり、表面固有抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω
であるポリエーテルケトン樹脂組成物、及びこの樹脂組
成物で成形された半導体ウエハ加工・処理用キャリア。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、寸法安定性、機械
物性、帯電防止性ならびに耐摩耗性に優れた、半導体ウ
エハ加工・処理用キャリアおよびこれを与えるポリエー
テルケトン樹脂組成物に関するものであるものである。

【０００２】

【従来技術】シリコンウエハに代表される半導体ウエハ
は、目的製品であるＩＣチップが得られるまでに、多岐
にわたる加工・処理工程を必要とする。例えば、シリコ
ン半導体ＩＣは、原料硅石から製造されたミラーウエハ
を基に、酸化、フォトレジスト塗布、マスキング、露
光、エッチング、減圧ＣＶＤによる結晶成長、洗浄等の
工程の繰り返しにより作成される。このようなウエハ処
理工程で使用されるキャリア材料としては、テトラフル
オロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの
共重合体（以下ＰＦＡと略す）、金属アルミニウムおよ
びポリプロピレン等が使用されている。ＰＦＡ製キャリ
アは、主に洗浄用、および不純物拡散処理を施したウエ
ハの保管用として、金属アルミニウム用キャリアは、レ
ジストベーキング用として、ポリプロピレン製キャリア
は搬送用として使用されるのが一般的であった。また、
各工程間でのウエハの乗せ替えは通常ロボットにより行
われることが多い。一方、保管用あるいは２００℃まで
のレジストベーキング用にＰＦＡ製キャリアを用いる場
合、高温で軟化して変形しやすい、成形時の収縮が大き
く寸法精度に劣る等の問題が生じることがある。これを
解決するために、例えば、特開昭６０−１４７１２１号
公報においてはＰＦＡ樹脂の替わりにポリエーテルエー
テルケトン樹脂（以下ＰＥＥＫと略す）を用いてウエハ
処理用容器を製造することが開示されている。しかし、
ＰＥＥＫを単独でキャリア材料として用いた場合にも高
温での剛性に欠け、レジストベーキング時に変形が懸念
されること、ＰＥＥＫのガラス転移温度が１４３℃であ
るために、それ以上の温度での寸法精度に欠けること等
の欠点を有しており、実際に使用においては不都合を生
じることがあった。また、ウエハサイズの大型化に伴い
ＰＥＥＫ製キャリアの上記欠点はこれまで以上に実用上
の不都合をまねくことが予想される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決して、剛性、寸法安定性、帯電防止性ならびに
耐摩耗性に優れた半導体ウエハ加工・処理用キャリア、
およびこれを与えるポリエーテルケトン樹脂組成物を提
供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
点を解決するために鋭意検討した結果、ポリエーテルケ
トン樹脂に特定の炭素繊維を特定量配合することによ
り、上記目的が達成できる組成物を得ることができ、該
組成物から成形された半導体ウエハ加工・処理用キャリ
アは、その加工・処理工程において優れた適性を有する
ことを見いだし本発明に至った。すなわち、本発明は、
ポリエーテルケトン樹脂１００重量部に対して、平均繊
維径５〜２０μｍ、平均繊維長３０〜５００μｍである
炭素繊維５〜１００重量部を配合してなる、ポリエーテ
ルケトン樹脂組成物、及びこの樹脂組成物で成形された
半導体ウエハ加工・処理用キャリアに関する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明で使用されるポリエーテル
ケトン樹脂とは、フェニルケトン構造とフェニルエーテ
ル構造を主構造として併せもつ樹脂である。ポリエーテ
ルケトンの構造としては、例えば下記のものを例示する
ことができるがこれらに限定されるものではない。

【０００６】

【化２】 耐熱性、機械的物性、加工性のバランスから、特に好ま
しいポリエーテルケトンは、上式（Ｉ）で表される繰り
返し構造単位のものであり、市販品としては商品名Ｖｉ
ｃｔｒｅｘ ＰＥＥＫ（ＶＩＣＴＲＥＸ社製）が挙げら
れる。Ｖｉｃｔｒｅｘ ＰＥＥＫのグレードとしては、
１５０Ｐ、１５１Ｇ、３８０Ｐ、３８１Ｇ、４５０Ｐ、
４５０Ｇが挙げられ、下記に定義される溶融粘度は、そ
れぞれ１５００ポイズ、１５００ポイズ、３８００ポイ
ズ、３８００ポイズ、４５００ポイズ、４５００ポイズ
である。

【０００７】本発明で用いられる炭素繊維は、化学組成
の９０％以上が炭素より成る繊維状物質であり、原料と
してはポリアクリロニトリル、ピッチ、再生セルロース
などを用いることができる。これらの原料を用いて紡糸
された繊維前駆体を１０００〜２０００℃で処理したも
の、あるいは２０００〜３０００℃で黒鉛化したものが
高強度、高弾性を示すため、一般に用いられる。より高
強度、高弾性の繊維を得るためには、ポリアクリロニト
リルを原料とすることが好ましい。また、炭素繊維の平
均繊維長を５００μｍ以下にするための手段は特に限定
されないが、金属、セラミック等でのハンマリング粉砕
により製造されるのが一般的である。本発明で用いられ
る炭素繊維の平均繊維径は、５〜２０μｍ、平均繊維長
は３０〜５００μｍである。好ましい炭素繊維の平均繊
維径は５〜１５μｍ、平均繊維長は３０〜２００μｍで
ある。平均繊維径が５μｍ未満であっても本組成物の剛
性、寸法安定性、帯電防止性を向上させる効果は平均繊
維径５〜２０μｍのものとさほど変わらないが、組成物
製造のために押出機などを用いて溶融混練する場合に押
し出し物の引き取り性が悪くなるため好ましくない。ま
た、平均繊維径が２０μｍを越えると成形品の外観なら
びに成形品中での均一分散性が悪くなり好ましくない。
一方、平均繊維長が３０μｍ未満のものは、組成物の剛
性が不十分となるため好ましくない。また、平均繊維長
が５００μｍを越えるものは、それを用いた組成物の成
形体の表面に炭素繊維が浮き上がり、表面状態が悪くな
り、その組成物から成形した半導体ウエハ加工・処理用
キャリアは使用時に、その繊維の破片が発生し汚染の原
因となり好ましくない。本発明において、炭素繊維の平
均繊維径および平均繊維長は、それぞれ数平均値で示さ
れる。これらは、例えば、次に示す方法により求めるこ
とができる。すなわち、炭素繊維約１ｇをコニカルビー
カーに採取し、アセトン１５０ｍｌを加え十分に分散さ
せた後、約５ｍｌを分取し、スライドグラス上に全面に
滴下し自然乾燥を行う（炭素繊維約１０００本がスライ
ドグラス上に採取されるように行う）。さらにヘヤード
ライヤーにて、スライドグラス上の下側より加熱しアセ
トンを蒸発させる。次に、上記スライドグラスを投影機
にセットし、１００倍に拡大表示し、拡大投影された繊
維長さを直尺にて測定記録する。数平均の繊維径および
繊維長を次式により算出する。 数平均繊維径（または数平均繊維長）＝〔（ｘ₁ ＋ｘ₂
＋・・・・＋ｘ_n ）／ｎ〕×１／１００ （式中、ｘは各個の繊維径（または繊維長）の測定値、
ｎは各個の番号であり、例えば、４００、である。） ポリアクリロニトリルを原料とした炭素繊維の市販品と
しては、商品名パイロフィルＭ−ＦＥ、Ｍ−ＭＥ（三菱
レーヨン（株）製）、商品名ベスファイトＨＴＡ−ＣＭ
Ｆ−００７０Ｎ／Ｓ、ＨＴＡ−ＣＭＦ−０１６０Ｎ／Ｓ
（東邦レーヨン（株）製）などを例示することができ
る。また、ぴっちを原料とした炭素繊維の市販品として
は、商品名Ｍ２００７Ｓ（呉羽化学（株）製）などが挙
げられる。

【０００８】本発明のポリエーテルケトン樹脂組成物に
おいて、ポリエーテルケトン樹脂１００重量部に対し
て、平均繊維径５〜２０μｍ、平均繊維長３０〜１００
０μｍである炭素繊維の配合量は５〜１００重量部であ
ることが好ましい。特に好ましい配合量は１０〜５０重
量部である。炭素繊維の配合量が５重量部未満の場合
は、成形品の帯電防止性および剛性の改良効果が不十分
となり好ましくない。また、炭素繊維の配合量が１００
重量部を越える場合は、成形品の導電性が高くなり過
ぎ、半導体ウエハ加工・処理用キャリアとして使用する
際に通電によるトラブルを生じる危険があること、また
成形品の表面に粗れが生じるため好ましくない。本発明
のポリエーテルケトン樹脂組成物からつくられた成形体
の表面固有抵抗値は１０⁸〜１０¹²Ωが好ましい。表面
固有抵抗値が１０¹²Ωより大きくなると成形体の帯電防
止性が不十分となり、ほこり等の異物の付着が起こりや
すくなり、半導体ウエハを汚染することがあるため好ま
しくない。また、表面固有抵抗値が１０⁸Ω未満となる
と、成形体の導電性が高く成り過ぎ、半導体ウエハ加工
・処理用キャリアとして使用する際に通電によるトラブ
ルを生じる危険があること、また成形体の表面に粗れが
生じるため好ましくない。

【０００９】半導体ウエハ加工・処理用キャリアの用途
では、使用時に成形品からの包埋ガスの発生が多いと問
題となる。本発明の樹脂組成物については、ジフェニル
スルホンに代表されるポリエーテルケトンの重合溶媒が
上記包埋ガスとして若干量検出されることがあるが、こ
れらの発生ガスは成形品のアニール処理により実用上問
題の無いレベルまで低減することが可能である。一般的
なアニール条件としては、１８０〜２３０℃において１
時間〜１０時間処理が挙げられる。なお、本発明の組成
物に必要に応じてガラス繊維、シリカアルミナ繊維、ウ
ォラストナイト、チタン酸カリウムウィスカーなどの繊
維状あるいは針状の補強材、炭酸カルシウム、ドロマイ
ト、タルク、マイカ、クレイ、ガラスビーズなどの無機
充填材、フッ素樹脂などの離型改良剤、染料、顔料など
の着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電
防止剤、界面活性剤などの通常の添加剤を１種以上添加
することができる。また、少量の熱可塑性樹脂、例え
ば、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフ
ェニレンエーテルおよびその変性物、ポリスルフォン、
ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルイミド、液晶ポ
リマーなどや、少量の熱硬化性樹脂、例えば、フェノー
ル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの一種また
は、二種以上を添加することもできる。

【００１０】本発明のポリエーテルケトン樹脂組成物を
得るための原料成分の配合手段は特に限定されない。ポ
リエーテルケトン、炭素繊維、必要に応じてガラス繊維
などの補強剤や無機充填剤、離型改良剤、熱安定剤類等
をヘンシェルミキサー、タンブラー等を用いて混合した
後、押出機を用いて溶融混練することが好ましい。本発
明のポリエーテルケトン樹脂組成物より成形された半導
体ウエハ加工・処理用キャリアの形状については、特に
限定されるものではなく、公知の形状のものを用いるこ
とができる。複数のウエハを隔離した状態で支持するた
めの複数の溝をもつ形状のものが一般的である。尚、本
発明のポリエーテルケトン樹脂組成物は、ＬＣＤ製造の
各工程で使用されるキャリアに対しても、その優れた耐
熱性、寸法安定性、剛性、帯電防止性を生かして使用す
ることができる。

【００１１】

【発明の効果】本発明のポリエーテルケトン樹脂組成物
は、寸法安定性、機械物性、帯電防止性ならびに耐摩耗
性にすぐれている。該ポリエーテルケトン樹脂組成物を
用いて成形された半導体ウエハ加工・処理用キャリア
は、フォトレジストベーキング、洗浄、不純物拡散処理
等の多岐にわたる加工・処理工程ならびにそれらの保
管、搬送用に適しており、工程間でのウエハの乗せ替え
も省略できることから該用途に極めて有用なものであ
る。また、該ポリエーテルケトン樹脂組成物で成形され
た半導体ウエハ加工・処理用キャリアは、今後予想され
るウエハの大型化に対して特に有用なものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらに限定されるものではない。なお、実施例中の各種
物性の測定および試験は次の方法で行った。 （１）成形収縮率：６４ｍｍ角、厚み３ｍｍの平板形状
の試験片を成形し、流れ方向の成形収縮率を測定した。 （２）線膨張係数：ＡＳＴＭ４号ダンベルを成形し、ネ
ック部中央を切り出し、流れ方向の線膨張係数を熱機械
分析装置を用いて測定した。 （３）引張強度：ＡＳＴＭ４号引張ダンベルを成形し、
ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠して測定した。（４）曲げ弾
性率、荷重たわみ温度： 長さ１２７ｍｍ、幅１２．７
ｍｍ、厚み６．４ｍｍの試験片を成形し、それぞれＡＳ
ＴＭ Ｄ７９０、ＡＳＴＭ Ｄ６４８に準拠して測定し
た。 （５）表面固有抵抗：成形収縮率測定用の試験片を用
い、絶縁抵抗計（東亜電波工業社製ＳＥ−１０型）で、
電圧２５０Ｖで測定した。 （６）耐薬品性試験：ＡＳＴＭ４号ダンベルを成形し、
各種薬品に室温で所定時間浸漬した後の重量変化、およ
び引張強度の保持率を評価した。 （７）テーバー摩耗試験：１００ｍｍ角、厚み１．６ｍ
ｍの試験片を成形し、ＪＩＳ Ｋ７２０４に準拠し、荷
重１０００ｇｆの条件下で測定した。

【００１３】実施例１〜５、比較例１〜３ ポリエーテルケトン樹脂である商品名Ｖｉｃｔｒｅｘ
ＰＥＥＫ １５０Ｐ（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製）と平均繊維
径が６μｍで平均繊維長が表１に示したとおりの、ポリ
アクリロニトリル原料の炭素繊維を表１に示す組成でヘ
ンシェルミキサーで混合後、二軸押出機（池貝鉄工
（株）製ＰＣＭ−３０型）を用いて、シリンダー温度３
４０℃で造粒し、ポリエーテルケトン樹脂組成物を得
た。得られたペレットは、日精樹脂工業（株）製ＰＳ４
０Ｅ５ＡＳＥ型射出成形機を用いて、シリンダー温度３
６０℃、金型温度１６０℃で射出成形を行い、ＡＳＴＭ
４号ダンベル、ＪＩＳ１（１／２）号ダンベル、曲げ試
験片、成形収縮率評価用試験片およびテーバー摩耗試験
片を成形し、これらを用いて上記方法により成形収縮
率、線膨張係数、引張強度、曲げ弾性率の測定および耐
薬品性試験、耐摩耗性試験を行った。結果を表１および
表２に示す。本発明のポリエーテルケトン樹脂組成物
（実施例１〜５）は、帯電防止性に優れ、成形収縮率お
よび２００℃までの線膨張係数が極めて低い値を示すと
ともに、優れた耐薬品性、機械物性ならびに耐摩耗性を
有していた。また、ポリエーテルケトン樹脂組成物中の
炭素繊維の配合量が５重量％未満のもの（比較例１、
２）は、帯電防止効果が不十分であるとともに成形収縮
率、線膨張係数の低減効果が十分でない。特に、炭素繊
維を全く含まないもの（比較例１）は、１５０℃以上で
の線膨張係数著しく高かった。また、炭素繊維の配合量
が１００重量％を越えるもの（比較例３）は、表面固有
抵抗値が著しく小さくなるとともに成形品の表面状態が
悪くなり、またその摩耗量が多かった。

【００１４】比較例４、５ 炭素繊維として、平均繊維径６μｍ、平均繊維長１００
０μｍのものを用いる以外は、実施例１と同様に混合、
造粒した組成物について実施した結果（比較例４、５）
を表１に示す。炭素繊維の平均繊維長が５００μｍを越
えるもの（比較例４、５）は、成形品の外観が著しく悪
くなった。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリエーテルケトン樹脂１００重量部に対
   して、平均繊維径が５〜２０μｍ、平均繊維長が３０〜
   ５００μｍである炭素繊維５〜１００重量部を配合して
   なる、ポリエーテルケトン樹脂組成物。
2. 【請求項２】成形体にしたときの表面固有抵抗値が１０
   ⁸〜１０¹²Ωである請求項１記載のポリエーテルケトン
   樹脂組成物。
3. 【請求項３】ポリエーテルケトン樹脂が下記式で表され
   るものである、請求項１または２記載のポリエーテルケ
   トン樹脂組成物。 【化１】 （式中、ｎは平均繰り返し数である。）
4. 【請求項４】ポリエーテルケトン樹脂が、下記に定義さ
   れる溶融粘度５００〜３８００ポイズを有するものであ
   る、請求項１、２または３記載のポリエーテルケトン樹
   脂組成物。 溶融粘度：４００℃に加熱された樹脂を内径１ｍｍ。長
   さ１０ｍｍのノズルからせん断速度１０００ｓｅｃ-1で
   押し出す時の見掛けの溶融粘度。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４記載のポリエー
   テルケトン樹脂組成物で成形された半導体ウエハ加工・
   処理用キャリア。