JP2000246787A - 熱可塑性高分子シートの製造方法 - Google Patents

熱可塑性高分子シートの製造方法

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JP2000246787A
JP2000246787A JP11051423A JP5142399A JP2000246787A JP 2000246787 A JP2000246787 A JP 2000246787A JP 11051423 A JP11051423 A JP 11051423A JP 5142399 A JP5142399 A JP 5142399A JP 2000246787 A JP2000246787 A JP 2000246787A
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sheet
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die
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Susumu Arai
進 新井
Junji Tanaka
順二 田中
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚み精度に優れ、シートの反りが少なく、耐
磨耗性が高い熱可塑性高分子シートの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 Tダイもしくはコートハンガーダーから
溶融押しだしされた熱可塑性高分子シートを、ダイから
押し出された前記熱可塑性高分子シートの流れ方向に対
し曲率のない形で接触している時間が20秒以上ある長
さの金属ベルトを用いて冷却シート化する熱可塑性高分
子シートの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性高分子シ
ートの作製方法について、厚み精度に優れ、シートの反
りが少なく、磨耗による重量減少が少ない熱可塑性高分
子シートの製造方法に関するものであり、厚み精度が要
求されるスペーサー等の用途に適しており、例えば、研
磨用のスベーサー、高精度のモーター部の摺動スペーサ
ー、プリンターヘッド等の分野に使用される。研磨用の
スペーサーとしては、Siウエハの研磨、表示デバイス
用のガラスの研磨、アルミ等からなるハードディスクの
研磨等に使用できる。
【0002】
【従来の技術】従来、溶融押し出し法で熱可塑性高分子
シートを製造する場合、厚み精度が悪く、カールが発生
するため、高精度なギャップを保持するためのスペーサ
ー用途としては信頼性を欠くものであった。例えば、研
磨用スペーサーとしてSiウエハの研磨用スペーサーを
考えた場合、耐磨耗性が要求されているが満足するもの
はなく、発塵等の問題があった。
【0003】高精度なギャップを保持するスペーサー用
途としては、アルミニウムや銅等の金属を使用する場合
があるが、特に、半導体用途のSiウエハ研磨スペーサ
ーとしては、Siウエハの場合と同様に金属スペーサー
が研磨され、その金属粉が後工程でのパターン回路作成
時のコンタミとなり、回路間で短絡するといった不具合
の原因となる。
【0004】高分子シートでは、厚み精度が難しく、ま
た、カール特性が課題となり高精度なギャップを保持す
るためのスペーサーとしては使用出来なかった。ガラス
フィラーの入ったエポキシ樹脂は、強靱な樹脂ではある
がガラスフィラーを含むため、コンタミとなるフィラー
粉を発生しやすく使用するには注意が必要であった。高
精度なギャップを保持し、後工程で不良の原因となるコ
ンタミを発生しないスペーサーが必要とされている。
【0005】厚み精度を向上させる手段として、一般的
に、Tダイやコートハンガーダイを使用した溶融押しだ
し法を使用する場合、熱可塑性高分子が通る流路内での
せん断応力や滞留によるダイス出口での圧力ばらつきを
低減する方法や、ダイラインと呼ばれる凹凸筋の原因と
なるダイスの面やリップの精度を向上させる方法、ダイ
スより押し出されたシートの幅方向、厚み方向に於ける
温度分布の改善、ネックインを減少させるために熱風を
吹き付けたり、ガイドロールを設けたりする方法等が挙
げられるが、解決に至っていないのが現状である。
【0006】厚み精度の良好な高分子シートの製造方法
の手段として、熱可塑性高分子を溶剤に溶解させ、フィ
ルムもしくは金属ベルト等にコーティングし乾燥させる
溶剤キャスト法が知られているが、シート厚みが厚くな
った場合の生産性及びシート中の溶剤の残留が問題とな
る。
【0007】寸法を高精度に仕上げた金型に熱可塑性高
分子を封入して成形する射出成形法もCDディスクの成
形で知られるように生産性も問題ないことから有力候補
と考えられるが、射出成形法では数mmオーダーの厚み
のシートが限界であり、数百μmのオーダーの厚みには
対応できない。
【0008】カール性を向上させるために後加工を行う
ことも知られているが、表面を高精度に仕上げた板で、
ある一定間隔でシートをプレスし、厚み精度を向上さ
せ、カールを改善する方法は生産性が悪く、大量生産に
は向いておらず製造方法としては適していない。シート
の反りについては、一般的に知られている冷却ロールで
の冷却方法は、冷却固化時に冷却ロールの円周を形取る
ことによりシートの反りが発生すると考えられている
が、その解決法として極めて大きな冷却ロールを使用し
曲率を増加させることが考えられるが経済的に適さな
い。
【0009】また、曲率のない平板上で高分子シートを
冷却固化する事により解決が見いだされると考えられる
が、冷却面に接触している高分子シートの表面温度と高
分子シートの反対側の表面温度との差によりシートの反
りが発生し易くなる。このように、厚み精度に優れ、且
つシートの反りが小さく、且つ耐磨耗性の高い熱可塑性
高分子シートを製造することは現状技術では困難であっ
た。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、高分子シートの厚み精度に優れ、且つ、高分子
シートの反りが小さく、高精度なギャップを保持するた
めのスペーサーとして使用され、例えば研磨用シートと
して問題なく使用できる熱可塑性高分子シートの製造方
法を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】従来技術では、到達し得
なかった厚み精度に優れ、且つシートの反りが小さく、
且つ、テーパ磨耗による重量減少が少ない高分子シート
を得んと鋭意検討した結果、Tダイもしくはコートハン
ガーダーから溶融押しだしされた熱可塑性高分子シート
を、ダイから押し出された前記熱可塑性高分子シートの
流れ方向に対し、曲率のない形で接触している時間が2
0秒以上ある長さの金属ベルトを用いて冷却シート化す
る熱可塑性高分子シートの製造方法である。
【0012】更に好ましい形態としては、該熱可塑性高
分子シートが該金属ベルトに接触する最初の部分の金属
ベルトの温度(V1)が、熱可塑性高分子の融点(T
g)に対し、Tg−10≦V1≦Tg+150(℃)の
範囲にあり、熱可塑性高分子シートの流れ方向に対し曲
率の無い前記金属ベルトの温度(V2)が、Tg−30
≦V2≦Tg+50(℃)の範囲にあり、冷却された熱
可塑性高分子シートが、上記金属ベルトから離れる部分
の金属ベルトの温度(V3)が、Tg−50≦V3≦T
g(℃)であり、且つ、V3≦V2≦V1(℃)の範囲
にあり、該金属ベルトに接触している側の該熱可塑性高
分子シートの表面温度と前記高分子シートの反対側の表
面温度をほぼ同じ温度にする熱可塑性高分子シートの製
造方法である。
【0013】更に、該Tダイもしくはコートハンガーダ
イのリップ間隙が該熱可塑性高分子シートの厚みに対
し、3倍以上50倍以下であり、且つ、該熱可塑性高分
子シートがダイのリップから押し出しされた後、金属ベ
ルトに接するまでの距離が10mm以上100mm以下
であり、該Tダイもしくはコートハンガーダイで溶融押
しだしされる該熱可塑性高分子シートが結晶性の樹脂で
あり、且つ、厚みが300μm以上1000μm以下で
あり、高分子シート面内での厚み公差(Rmax)が1
0μm以下であり、300mm角のシートの反り量が5
mm以下であり、テーパ磨耗による重量減少が10mg
/1000回転であり、さらに該熱可塑性高分子シート
が、ポリエーテルエーテルケトンである熱可塑性高分子
シートの製造方法である。
【0014】
【発明の実施の形態】詳細に説明すると、熱可塑性高分
子シートの厚みに関しては、300μm以上1000μ
m以下が好ましく、更に好ましくは400μm以上70
0μm以下である。高分子シートの厚みが300μm未
満であると通常の溶融押し出し法にて厚み精度、カール
性を満足するものが得られ、製造方法を限定する必要が
ない。1000μmを越えると機能上好ましくない。
【0015】高分子シートの面内厚み公差(Rmax)
は、10μm以下が好ましく、更に好ましくは、5μm
以下である。高分子シートの面内厚みの公差(Rma
x)が10μmを越えると、例えば、Siウエハを研磨
する際、高分子シートの厚み公差と同等レベルに研磨さ
れるため、10μm以下が好ましい。
【0016】高分子シートの反りは、300mm角の大
きさで5mm以下が好ましく、更に好ましくは3mm以
下であり、より好ましくは1mm以下である。高分子シ
ートの反りが5mmを越えると、厚み精度が良好であっ
てもその応力により高精度なギャップ保持が困難で、ま
た、取り扱いが難しく生産性が悪化する。
【0017】テーパ磨耗による重量減少は、10mg/
1000回以下が好ましく、更に好ましくは、5mg/
1000回である。研磨用のスペーサーとして使用する
場合、研磨によるスペーサー材料のコンタミにより、研
磨精度、及び研磨仕上げ度が悪化し、更には、後工程の
加工時にもコンタミとして作用し、生産性を悪化させ
る。10mg/1000回を越えると、例えば半導体用
のSiウエハ研磨の場合、後工程において精密な回路パ
ターンを作成する際、コンタミがあると不良率が激増
し、更に、導電性があるコンタミの場合には、短絡をも
引き起こす可能性がある。
【0018】ダイスのリップ間隙は、シート厚みに対
し、3倍以上50倍以下であることが好ましく、更に好
ましくは、5倍以上40倍以下である。ダイスのリップ
間隙がシート厚みに対し、3倍未満であるとダイスより
溶融押し出しされた高分子シートを引き延ばす作用が少
なくなり、高分子シートの厚み精度が悪化する。50倍
を越えると、厚み調整が難しく、厚みのばらつきが大き
くなる原因になる他、押し出し機の能力次第では、シー
トを押し出すことが出来ないこともある。
【0019】熱可塑性高分子シートがダイのリップから
押し出された後、金属ベルトに接するまでの距離、一般
的にエアギャップと呼ばれる距離は、10mm以上10
0mm以下が好ましく、更に好ましくは、30mm以上
70mm以下である。エアギャップは小さければ小さい
ほど厚み精度が良くなる傾向があるがエアギャップを1
0mm未満にするためには、ロールの径を小さくし、ダ
イスのリップ先端をロールに沿うような形状にする必要
があり、ロールに関しては、金属ベルトのベンディング
ストレスとの関係より、小さくすることに限界がある。
【0020】ダイスリップの形状に関しては、樹脂圧
力、温度分布等の関係上制約され、10mm未満にする
ことは困難である。また、エアギャップが100mmを
越えると、ネックインが大きく、ネックインの影響によ
り厚み精度が悪くなるほか、大気での冷却が伴い、不均
一な温度分布で延伸、厚み調整されるため、厚み精度が
悪くなる。
【0021】金属ベルトの長さは、高分子シートの流れ
方向に対し曲率がない位置での冷却時間が20秒以上あ
ることが好ましく、更に好ましくは、30秒以上であ
る。冷却時間が20秒未満となる金属ベルトを使用する
と高分子シートが十分に冷却されず、シートの反りが発
生する原因となる。
【0022】ダイスリップから溶融押しだしされた熱可
塑性高分子シートが最初に接触する金属ベルトの温度
(V1)は、熱可塑性高分子のガラス転移点(Tg)に
対し、Tg−10≦V1≦Tg+150(℃)の範囲が
好ましく、更に好ましくは、Tg≦V1≦Tg+120
(℃)である。V1がTg−10℃未満であるとダイス
より溶融押しだしされた高分子シートが急冷され、冷却
シワと呼ばれる外観不良となる他、結晶性の高分子の場
合、結晶化が進行せず、ペーパー磨耗による重量の減少
量が増加する。また、V1がTg+150℃以上である
とダイス温度より高い温度で冷却する不具合の他、高分
子シートが熱分解を起こす可能性がある。
【0023】シート流れ方向に対し曲率の無い金属ベル
トの温度(V2;中間部)は、Tg−30≦V2≦Tg
+50(℃)の範囲が好ましく、更に好ましくは、Tg
−30≦V2≦Tg+30である。V2の温度がTg−
30℃未満であるとV1の温度と同様に冷却シワが発生
してしまい、急冷による結晶化の進行が妨げられ、耐磨
耗性が悪化する。Tg+50℃を越えると、高分子シー
トの固化が十分に行われず、シートの反りが発生するこ
とが問題となる。V2の温度条件は、曲率のない金属ベ
ルト上でシートの流れに対し、温度が低くなるよう変化
をつけても構わない。
【0024】金属ベルトにより冷却された高分子シート
が金属ベルトから離れる時の金属ベルトの温度(V3)
は、Tg−50≦V3≦Tg(℃)が好ましく、更に好
ましくは、Tg−40≦V3≦Tg−10(℃)であ
る。V3の温度がTg−50℃未満であると、冷却シワ
が発生し、Tg℃を越えると金属ベルトから高分子シー
トを引き離す際に、高分子シートと金属シートが溶融密
着し、外観不良を引き起こす。更に、V1、V2、V3
の温度は、V3≦V2≦V1(℃)の関係にあるのが好
ましく、この関係にないと効率の良い高分子シートの冷
却が行われない。
【0025】また、高分子シートの金属ベルトに接触し
ている面と、その面とは反対側の高分子シートの表面温
度とを金属ベルト側とほぼ同じ温度にすることにより、
高分子シートの厚み方向の温度分布を低減し、熱履歴に
よる高分子シートの反りを改善できる。この場合のほぼ
同じ温度とは、それぞれの温度の差が20℃以内であ
り、好ましくは10℃以内であることをいう。温度差が
20℃を越えると高分子シートに反りが発生する。金属
ベルト及び高分子シートの反対面を加熱する方法として
は、赤外線ヒーター加熱、遠赤外線ヒーター加熱、熱媒
オイル、水蒸気等の加熱方法が考えられるがいずれであ
っても支障はない。
【0026】ダイスから溶融押しだしされた高分子シー
トを金属ベルトに密着させるために、金属ベルトと同様
の温度に制御されたエアを吹き付けたり、帯電固定によ
り密着させたり、ロールや金属ベルトで物理的にニップ
してもよい。
【0027】このような製造方法で作成された高分子シ
ートは、厚み精度が良好で、カールも少なく、高精度な
ギャップを保持するスペーサーとして使用することが出
来る。また、耐磨耗性が良好でありSiウエハ等の研磨
用のスペーサーとしても十分に使用できる。
【0028】本発明のシートの光学的物性は次の方法に
より測定した。 (1)シート厚み 接触式のダイヤルゲージで高分子シートの幅方向に20
mm間隔で測定した平均値。 (2)シート面内での厚み公差(Rmax) 接触式のダイヤルゲージで高分子シートの幅方向に20
mm間隔で測定した最大値と最小値の差。
【0029】(3)高分子シートの反り 高分子シートの流れ方向に300mm長さ、幅方向に3
00mm長さに切り取った正方形のサンプルを、定盤に
対して、高分子シートの表側を上にした場合と下にした
場合の、定盤の面から最大に離れた高分子シートの高さ
を測定し、その最大値をシートの反りとした。
【0030】(4)テーパ磨耗による重量減少 1kg荷重にてCS17WHEELの磨耗輪を使用し、
1000回転させた時の重量差を測定。(ATSM−D
1044)
【0031】
【実施例】以下本発明を実施例、比較例によって説明す
る。 《実施例1》住友化学工業(株)のポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂:ビクトレックスPEEK(Tg=143
℃)をリップ間隙が3mmのダイスを用い、エアギャッ
プを40mmとなるように金属ベルトとダイスを配置
し、ダイから押し出された高分子シートが流れ方向に対
し曲率のない形で接触している金属ベルトの長さが1.
5mの金属ベルトを使用したところ、接触している時間
は22秒であった。金属ベルトの温度(V1)を220
℃、(V2)の温度を130℃、(V3)の温度が10
0℃、高分子シートの金属ベルトに接触している面とは
反対側の面を赤外線ヒーターにより加熱し、金属ベルト
側のシート表面温度とほぼ同じ温度(熱電対で温度を測
定したところ、ベルト側の樹脂温度は132℃、その反
対側は127℃であった)とし、厚みが600μmのシ
ートを成形した。その結果、高分子シート面内での厚み
公差(Rmax)は、3μmであり、300mm角のシ
ートの反り量が2mmであり、且つ、テーパ磨耗による
重量減少が7mg/1000回転である高分子シートを
得ることが出来た。
【0032】《実施例1》で得られた高分子シートを用
いて、半導体用Siウエハを研磨したところ、Siウエ
ハの厚み精度が2μmで研磨することができ、研磨され
た表面は外観上、目視では傷もなく良好であった。ま
た、得られたSiウエハに回路を作成し、導通試験を行
ったところ、短絡は確認されなかった。
【0033】《比較例1》《実施例1》の条件の内、ダ
イスのリップ間隙を1mmにしたところ、ダイラインと
呼ばれる凹凸筋が発生し、高分子シート面内での厚み公
差(Rmax)が13μmとなった。上記高分子シート
を用いて半導体用Siウエハを研磨したところ、Siウ
エハの厚み精度が18μmとなり、スペーサーとしての
機能を果たすことが出来なかった。
【0034】《比較例2》《実施例1》の条件の内、エ
アギャップを130mmとなるようダイスと金属ベルト
を配置したところ、高分子シート面内での厚み公差(R
max)が30μmとなった。上記高分子シートを用い
て半導体用Siウエハを研磨したところ、Siウエハの
厚み精度が25μmとなり、スペーサーとしての機能を
果たすことが出来なかった。
【0035】《比較例3》《実施例1》の条件の内、V
1の温度を120℃としたところ、急冷されたため冷却
じわによる外観不良が発生し、また、結晶化が進行せ
ず、テーパ磨耗試験を実施したところ12mg/100
0回の結果となった。上記の高分子シートを用いて、半
導体用Siウエハを研磨したところ、Siウエハの厚み
精度が6μで研磨することができたが、PEEKフィル
ムが共に研磨された状態で、再現性、信頼性のおけるも
のではなかった。また、外観上、研磨方向に若干の傷が
目視により確認された。得られたSiウエハに回路を作
成し、導通試験を行ったところ、短絡は確認されなかっ
た。
【0036】《比較例4》《実施例1》の条件の内、V
2の温度を220℃としたところ、300mm角のシー
トの反り量が15mmとなった。上記の高分子シートを
用いて、半導体用Siウエハを研磨しようとしたところ
高分子シート反りが原因となって、Siウェハが定常の
位置に納めることが困難であった。また、その状態でS
iウエハを研磨したところ、研磨後のウエハに位置ずれ
が生じ、生産性に問題があった。 《比較例5》《実施例1》の条件の内、V2の温度を1
00℃としたところ、冷却じわが発生した。また、テー
パ磨耗試験を実施したところ、15mg/1000回と
悪化していた。
【0037】《比較例6》《実施例1》の条件の内、V
3の温度を160℃としたところ、金属ベルトからシー
トが離れる際に部分的に融着し、外観不良となったほ
か、300mm角のシートの反り量が10mmとなっ
た。上記の高分子シートを用いて、半導体用Siウエハ
を研磨しようとしたところ高分子シート反りが原因とな
って、Siウェハが定常の位置に納めることが困難であ
った。また、その状態でSiウエハを研磨したところ、
研磨後のウエハに位置ずれが生じ、生産性に問題があっ
た。 《比較例7》《実施例1》の条件の内、V3温度を60
℃としたところ、冷却じわが発生し、また、冷却じわが
原因で金属ベルトからシートが浮き、滑りが発生し、フ
ィルム表面にその際の傷が確認された。
【0038】《比較例8》《実施例1》の条件の内、高
分子シートの金属ベルトが接触している面とは反対側の
面の赤外線ヒーターを使用しなかったところ、300m
m角のシートの反り量が8mmとなった。上記の高分子
シートを用いて、半導体用Siウエハを研磨しようとし
たところ高分子シート反りが原因となって、Siウェハ
が定常の位置に納めることが困難であった。また、その
状態でSiウエハを研磨したところ、研磨後のウエハに
位置ずれが生じ、生産性に問題があった。
【0039】
【発明の効果】本発明により厚み精度に優れ、基板の反
りが少なく、耐磨耗性が高い熱可塑性高分子シートが開
発できた。また、本発明により得られたシートは高精度
のギャップ保持を行うスペーサー用として最適で、半導
体用のSiウエハの研磨、表示デバイス用のガラスの研
磨等のスペーサーとして有用である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Tダイもしくはコートハンガーダーから
    溶融押しだしされた熱可塑性高分子シートを、ダイから
    押し出された前記熱可塑性高分子シートの流れ方向に対
    し、曲率のない形で接触している時間が20秒以上ある
    長さの金属ベルトを用いて冷却シート化することを特徴
    とする熱可塑性高分子シートの製造方法。
  2. 【請求項2】 該熱可塑性高分子シートが該金属ベルト
    に接触する最初の部分の金属ベルトの温度(V1)が、
    熱可塑性高分子の融点(Tg)に対し、Tg−10≦V
    1≦Tg+150(℃)の範囲にあり、熱可塑性高分子
    シートの流れ方向に対し曲率の無い前記金属ベルトの温
    度(V2)が、Tg−30≦V2≦Tg+50(℃)の
    範囲にあり、冷却された熱可塑性高分子シートが、前記
    金属ベルトから離れる部分の金属ベルトの温度(V3)
    が、Tg−50≦V3≦Tg(℃)であり、且つ、V3
    ≦V2≦V1(℃)の範囲にある請求項1記載の熱可塑
    性高分子シートの製造方法。
  3. 【請求項3】 該金属ベルトに接触している側の該熱可
    塑性高分子シートの表面温度と前記高分子シートの反対
    側の表面温度をほぼ同じ温度にする請求項1又は2記載
    の熱可塑性高分子シートの製造方法。
  4. 【請求項4】 該Tダイもしくはコートハンガーダイの
    リップ間隙が該熱可塑性高分子シートの厚みに対し、3
    倍以上50倍以下であり、且つ、該熱可塑性高分子シー
    トがダイのリップから押し出しされた後、金属ベルトに
    接するまでの距離が10mm以上100mm以下である
    ことを特徴とする請求項1記載の熱可塑性高分子シート
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 該Tダイもしくはコートハンガーダイで
    溶融押しだしされる該熱可塑性高分子シートが結晶性の
    樹脂であり、且つ、厚みが300μm以上1000μm
    以下であり、高分子シート面内での厚み公差(Rma
    x)が10μm以下であり、300mm角のシートの反
    り量が5mm以下であり、テーパ磨耗による重量減少が
    10mg/1000回転以下である請求項1記載の熱可
    塑性高分子シートの製造方法。
  6. 【請求項6】 該熱可塑性高分子シートが、ポリエーテ
    ルエーテルケトンである請求項1又は5記載の熱可塑性
    高分子シートの製造方法。
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