(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-08
(45)【発行日】2022-03-16
(54)【発明の名称】保持具および製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/301 20060101AFI20220309BHJP
【FI】
H01L21/78 M
(21)【出願番号】P 2021551302
(86)(22)【出願日】2020-09-29
(86)【国際出願番号】 JP2020036861
(87)【国際公開番号】W WO2021065897
(87)【国際公開日】2021-04-08
【審査請求日】2021-09-17
(31)【優先権主張番号】P 2019181173
(32)【優先日】2019-10-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000236609
【氏名又は名称】フドー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100154405
【氏名又は名称】前島 大吾
(74)【代理人】
【識別番号】100201341
【氏名又は名称】畠山 順一
(74)【代理人】
【識別番号】100079005
【氏名又は名称】宇高 克己
(72)【発明者】
【氏名】西原 優作
(72)【発明者】
【氏名】村田 千智
(72)【発明者】
【氏名】蓮池 悠平
(72)【発明者】
【氏名】広岡 伸樹
【審査官】中田 剛史
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-222998(JP,A)
【文献】特開2000-301451(JP,A)
【文献】特表2016-531020(JP,A)
【文献】特許第6511577(JP,B1)
【文献】特開2007-062333(JP,A)
【文献】国際公開第2009/020243(WO,A1)
【文献】特開2008-044083(JP,A)
【文献】特開2015-181082(JP,A)
【文献】国際公開第2015/080295(WO,A1)
【文献】特開2019-018399(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/301
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維と樹脂とが用いられて構成された基板のダイシングフレームであって、
前記
ダイシングフレームは開口部を具備する略環状の板体であり、
前記基板は前記開口部に対応した位置において保持され、
前記板体は第1樹脂層を具備してなり、
前記第1樹脂層は繊維を含有してなり、
前記繊維は、その長手方向が前記基板が保持される開口部の周方向に沿って存在している
ダイシングフレーム。
【請求項2】
前記板体は第2樹脂層を更に具備してなり、
前記第2樹脂層は繊維を含有してなり、
前記第2樹脂層が含有する繊維は、その長手方向が前記周方向に対して交差する方向に沿って存在している
請求項1のダイシングフレーム。
【請求項3】
前記周方向に対して交差する方向は、前記基板が保持される開口部の中心を円の中心とした場合における前記円の半径方向から±45°の範囲内にある
請求項2のダイシングフレーム。
【請求項4】
周方向における曲げ弾性率が45GPa以上である
請求項1~3いずれかのダイシングフレーム。
【請求項5】
前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、各々、一層または二層以上有る
請求項2
または請求項3のダイシングフレーム。
【請求項6】
前記
ダイシングフレームの表面層は前記第1樹脂層である
請求項1~請求項5いずれかのダイシングフレーム。
【請求項7】
前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、
積層されてなり、
前記
ダイシングフレームの厚さ方向の真ん中位置の仮想面を中心にして上下対称となるよう設けられている
請求項2
または請求項3のダイシングフレーム。
【請求項8】
前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の層構成を少なくとも具備する
請求項2
または請求項3のダイシングフレーム。
【請求項9】
前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する
請求項2
または請求項3のダイシングフレーム。
【請求項10】
前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する
請求項2
または請求項3のダイシングフレーム。
【請求項11】
前記第1樹脂層は長手方向の長さが3mm以上の繊維を具備する
請求項1~10いずれかのダイシングフレーム。
【請求項12】
前記第2樹脂層は長手方向の長さが3mm以上の繊維を具備する
請求項2
、請求項3、請求項5、請求項7~請求項10いずれかのダイシングフレーム。
【請求項13】
前記繊維は導電性繊維である
請求項1のダイシングフレーム。
【請求項14】
前記繊維は炭素繊維である
請求項13のダイシングフレーム。
【請求項15】
周方向における曲げ弾性率が50GPa以上である
請求項1~請求項14いずれかのダイシングフレーム。
【請求項16】
反りが0.5mm以下である
請求項1~請求項15いずれかのダイシングフレーム。
【請求項17】
重量が100g以下である
請求項1~請求項16いずれかのダイシングフレーム。
【請求項18】
厚さが5mm以下である
請求項1~請求項17いずれかのダイシングフレーム。
【請求項19】
前記基板は半導体ウェハである
請求項1~請求項18いずれかのダイシングフレーム。
【請求項20】
基板の保持具の製造方法であって、
前記保持具は開口部を具備する略環状の板体であり、
前記基板は前記開口部に対応した位置において保持され、
前記板体は第1樹脂層および第2樹脂層を具備してなり、
前記第1樹脂層は繊維を含有してなり、
前記第2樹脂層は繊維を含有してなり、
前記第1樹脂層の繊維は、その長手方向が前記基板が保持される開口部の周方向に沿って存在しており、
前記第2樹脂層の繊維は、その長手方向が前記周方向に交差する方向に沿って少なくとも存在しており、
前記方法は第1の3Dプリンティング工程および第2の3Dプリンティング工程を具備してなり、
前記第1の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程であり、
前記第2の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程であり、
前記第1の3Dプリンティング工程における造形は前記基板が保持される開口部の周方向に沿って行われ、
前記第2の3Dプリンティング工程における造形は前記周方向に交差する方向に沿って行われる
方法。
【請求項21】
前記方法は加圧工程を更に具備してなり、
前記加圧工程は、前記3Dプリンティング工程を経て出来た樹脂層を加圧する工程である
請求項20の方法。
【請求項22】
前記加圧工程の加圧時における温度が90~500℃である
請求項21の方法。
【請求項23】
カット工程を具備する
請求項20又は請求項22の方法。
【請求項24】
前記保持具がダイシングフレームである
請求項20の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は保持具および製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
多くの半導体チップが形成された半導体ウェハ(以下、基板とも称される。)は、ダイシング装置によって、個々の半導体チップに分割される。前記分割は次のように行われる。前記基板は、先ず、保持具に保持(固定)される。前記保持具は、例えば前記基板の径より数cm大きい環状フレームである。前記基板は、前記環状フレーム(保持具)の中央開口部(保持部)に、ダイシングテープによって、固定される。前記基板が保持された保持具が前記ダイシング装置のチャックテーブル上に装着される。前記ダイシング装置のダイシングブレードが高速回転し、前記基板が分割される。前記分割によって、個々の半導体チップ(IC,LSI等)が得られる。前記ダイシング装置の一例がJP2008-300555Aに開示されている。前記保持具(環状フレーム:ダイシングフレーム)の一例がJP2008-300555Aに開示されている。
【0003】
他にも幾つかの保持具(環状フレーム:ダイシングフレーム)が提案されている。JP2013-106021Aは、曲げ弾性率(ASTM D790)が25GPa以上のダイシングフレームを開示している。JP2017-220628Aは、コア層の曲げ強度が200MPa以上、曲げ弾性率が35GPa以上のダイシングフレームを開示している。
【0004】
JP2000-301451Aは、研磨機用キャリア(ワークを保持するワーク保持孔を備えたキャリアであって、少なくとも前記ワーク保持孔の周縁部分が含まれる領域は樹脂を含浸したガラス繊維が同心円状に配向して構成された研磨機用キャリア)を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】JP2008-300555A
【文献】JP2013-106021A
【文献】JP2017-220628A
【文献】JP2000-301451A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前記特許文献1~前記特許文献3は、ダイシングフレームの機械的強度などの物性値を規定した提案に過ぎない。そのような物性値を持つダイシングフレームの具体的構成は提案されていない。
【0007】
前記特許文献4は次の内容である。ワーク(半導体ウェハ等)の表面を研磨する際、ワークを薄板状のキャリアで保持しながら上下一対の定盤で挟み込む。キャリアを遊星運動させながら研磨面に研磨液を供給する。各定盤の挟持面に取付けた研磨布でラッピング加工(ポリッシング加工)が行われる。この時、キャリアに形成されるワーク保持孔の内周面に対して略直交方向に交差する繊維の端が露出してシャープなエッジが出来る。この為、研磨中にワーク保持孔内で保持されるワークの外周面に傷が出来易い。摩耗が起き易い。前記傷(及び/又は摩耗)はワークの品質を低下させる。商品価値が低下する。特に、ワークが半導体ウェハの場合には、傷(摩耗)によって荒れた表面からパーティクルが発生し易い。これはIC(LSI等)の製造歩留りを大きく低下させる。前記特許文献4は、前記問題点を解決(即ち、研磨中に生じる薄板状ワークの外周端面の前記傷(及び/又は摩耗)を抑制)したキャリアの提供を目的としている。前記特許文献4は前記キャリアの機械的強度などに関しては触れる点が皆無である。
【0008】
本発明が解決しようとする第1の課題は、好ましい物性が満足された保持具を提案することである。
【0009】
本発明が解決しようとする第2の課題は、周方向における曲げ弾性率が45GPa以上の物性が満たされた保持具を提案することである。
【0010】
本発明が解決しようとする第3の課題は、反りが0.5mm以下の物性が満たされた保持具を提案することである。
【0011】
本発明が解決しようとする第4の課題は、静電気が帯電し難い(静電気が放電され易い)保持具を提案することである。
【0012】
本発明が解決しようとする第5の課題は、軽量な保持具を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、
炭素繊維と樹脂とが用いられて構成された保持具であって、
前記保持具は、
略環状であり、
基板保持部を具備し、
第1樹脂層を具備してなり、
前記第1樹脂層においては、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に沿って存在している
保持具を提案する。
【0014】
本発明は、
導電性繊維と樹脂とが用いられて構成された保持具であって、
前記保持具は、
略環状であり、
基板保持部を具備し、
第1樹脂層を具備してなり、
前記第1樹脂層においては、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に沿って存在している
保持具を提案する。
【0015】
本発明は、
繊維と樹脂とが用いられて構成された保持具であって、
前記保持具は、
周方向における曲げ弾性率が45GPa以上であり、
略環状であり、
基板保持部を具備し、
第1樹脂層を具備してなり、
前記第1樹脂層においては、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に沿って存在している
保持具を提案する。
【0016】
本発明は、前記保持具は、好ましくは、第2樹脂層を更に具備してなり、前記第2樹脂層においては、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に対して交差する方向に沿って存在している保持具を提案する。
【0017】
本発明は、前記保持具であって、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、好ましくは、各々、一層または二層以上有る保持具を提案する。
【0018】
本発明は、前記保持具であって、前記保持具の表面層は、好ましくは、前記第1樹脂層である保持具を提案する。
【0019】
本発明は、前記保持具であって、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、好ましくは、積層されてなる保持具を提案する。
【0020】
本発明は、前記保持具であって、前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、好ましくは、積層されてなり、前記保持具の厚さ方向の真ん中位置の仮想面を中心にして上下対称となるよう設けられている保持具を提案する。
【0021】
本発明は、前記保持具であって、例えば前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する保持具を提案する。
【0022】
本発明は、前記保持具であって、例えば前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する保持具を提案する。
【0023】
本発明は、前記保持具であって、例えば前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する保持具を提案する。
【0024】
本発明は、前記保持具であって、例えば前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の層構成を少なくとも具備する保持具を提案する。
【0025】
本発明は、前記保持具であって、例えば前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の層構成を少なくとも具備する保持具を提案する。
【0026】
本発明は、前記保持具であって、前記第1樹脂層は、長手方向の長さが、好ましくは、3mm以上の繊維を具備する保持具を提案する。
【0027】
本発明は、前記保持具であって、前記第2樹脂層は、長手方向の長さが、好ましくは、3mm以上の繊維を具備する保持具を提案する。
【0028】
本発明は、前記保持具であって、前記繊維は、好ましくは、導電性繊維である保持具を提案する。
【0029】
本発明は、前記保持具であって、前記繊維は、好ましくは、炭素繊維である保持具を提案する。
【0030】
本発明は、前記保持具であって、前記基板は、例えば半導体ウェハである保持具を提案する。
【0031】
本発明は、前記保持具であって、前記保持具は、周方向における曲げ弾性率が、好ましくは、50GPa以上である保持具を提案する。
【0032】
本発明は、前記保持具であって、前記保持具は、反りが、好ましくは、0.5mm以下である保持具を提案する。
【0033】
本発明は、前記保持具であって、重量が100g以下である保持具を提案する。
【0034】
本発明は、前記保持具であって、厚さが5mm以下である保持具を提案する。
【0035】
本発明は、
保持具の製造方法であって、
前記方法は第1の3Dプリンティング工程を具備してなり、
前記第1の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程であり、
前記造形が略環状方向に沿って行われる
方法を提案する。
【0036】
本発明は、
保持具の製造方法であって、
前記方法は第2の3Dプリンティング工程を具備してなり、
前記第2の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程であり、
前記造形が前記略環状方向に交差する方向に沿って行われる
方法を提案する。
【0037】
本発明は、
保持具の製造方法であって、
前記方法は、好ましくは、前記第1の3Dプリンティング工程と前記第2の3Dプリンティング工程とを具備する
方法を提案する。
【0038】
本発明は、保持具の製造方法であって、前記方法は、好ましくは、加圧工程を具備してなり、前記加圧工程は、前記3Dプリンティング工程を経て出来た樹脂層を加圧する工程である方法を提案する。
【0039】
本発明は、保持具の製造方法であって、前記方法は、前記加圧工程の加圧時における温度が、好ましくは、60~500℃である方法を提案する。
【0040】
本発明は、保持具の製造方法であって、前記方法は、好ましくは、カット工程を具備する方法を提案する。
【0041】
前記製造方法は前記保持具の製造方法である。
【発明の効果】
【0042】
好ましい物性が満足された保持具を提案する。
【0043】
請求項3の保持具は、周方向における曲げ弾性率が45GPa以上の物性を満足している。前記特許文献4にはガラス繊維が同心円状に配向した研磨機用キャリアが提案されている。しかし、前記特許文献4には繊維を同心円状に配向させた場合、曲げ弾性率が向上する旨の開示が無い。特に45GPa以上の曲げ弾性率の達成が出来る事を想起させる開示が前記特許文献4には皆無である。
【0044】
繊維が炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維の場合、保持具に静電気が帯電し難い。この場合、保持具に静電気が帯電し難いから、塵や埃が付着し難く、保持された基板の加工に際しての問題が起き難い。
【0045】
炭素繊維が用いられた場合には軽量な保持具が得られる。
【0046】
請求項15の保持具は、周方向における曲げ弾性率が50GPa以上の物性を満足している。
【0047】
請求項16の保持具は、反りが0.5mm以下の物性を満足している。
【0048】
前記保持具が簡単に得られた。3Dプリンタにより造形された場合、材料ロスが少なく、コストが安価である。
【0049】
本発明の保持具を用いる事により、多段階からなる半導体製造工程において、加熱や加工による基板の反りの抑制、搬送時の位置精度や加工精度の向上、搬送用キャリアへの格納を容易にする。軽量であることから、搬送時の負荷が軽減する。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【
図1】第1樹脂層に含有される繊維の方向を示す概略図
【
図2】第2樹脂層に含有される繊維の方向を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【0051】
本発明の実施形態が説明される。
【0052】
第1の発明は保持具である。前記保持具はサポート部材とも称される。前記保持具はワークを固定するフレームとも称される。前記保持具は、例えば基板(例えば、半導体ウェハ)の保持具とも称される。前記保持具は、例えばウェハリング(wafer ring)とも称される。前記保持具は前記基板(例えば、半導体ウェハ)の切断工程(ダイシング工程)に際して用いられる。ダイシング工程に際して用いられる場合には、前記保持具はダイシングフレームとも称される。或いは、搬送(輸送)工程に際して用いられる。他の用途(工程)で用いられても良い。例えば、成膜工程、熱処理工程、検査工程、バックメタル工程、洗浄工程、ウェハラッピング工程、フォトリソグラフィ工程、酸化・拡散・CVD・イオン注入工程、CMP工程などで用いる事が出来る。
【0053】
前記保持具は繊維と樹脂とが用いられて構成されている。繊維および樹脂以外の成分が含まれていても良い。前記保持具は、平面視で、略環状である。前記略環状とは、その外縁形状および/または内縁形状が略円形である。「略円形」の意味は数学的意味での真円以外の形であっても良いと言う意味である。前記略環状とは、その外縁形状および/または内縁形状が略四角形であっても良い。略楕円であっても良い。他の形であっても良い。一般的には略円形である。前記形状は、公知の形状でも良い。前記略環状の形は、例えばJP2008-300555A,JP2013-106021A,JP2017-220628Aに開示の形状であっても良い。勿論、これ等の形状に限定されない。前記形状は、これから提案される形状であっても良い。前記保持具が略環状である事から、前記保持具は環状フレームとも称される。
【0054】
前記保持具は保持部を具備する。例えば、基板の保持部を具備する。前記基板(例えば、半導体ウェハ)の配置位置は、例えば前記環状の内側(例えば、中央開口部)である。この場合は、前記環状の内側の空間が基板保持部(例えば、半導体ウェハ保持部)である。前記基板(例えば、半導体ウェハ)の配置位置は、前記環状の直上であっても良い。他の配置位置であっても良い。その配置は、一般的な配置でも良く、これから提案される配置であっても良い。
【0055】
前記保持具(前記略環状部分)は第1樹脂層を具備する。前記第1樹脂層は繊維を有する。繊維長が、好ましくは、3mm以上の繊維であった。更に好ましくは、5mm以上の繊維であった。もっと好ましくは、10mm以上の繊維であった。更に好ましくは少なくとも前記略環状部分の円周寸法以上の長さの繊維であった。長さの上限値には格別の制限は無い。前記繊維長の長さが上記のように規定されたのは、前記保持具の機械的強度(例えば、曲げ弾性率)の向上の観点からであった。前記繊維の長さは重量平均繊維長である。前記繊維の平均繊維径は、好ましくは、3μm以上であった。より好ましくは4μm以上であった。更に好ましくは5μm以上であった。好ましくは50μm以下であった。より好ましくは20μm以下であった。前記平均繊維径は、単糸の直径である。
【0056】
前記第1樹脂層に含まれる繊維は、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に沿って存在している(
図1参照)。勿論、前記繊維の長手方向が前記環状の周方向に沿って存在する繊維が有れば良い。渦巻状であっても良い。「前記略環状の周方向に沿って存在」とは「渦巻状」をも含む意味合いである。全体としては「円周方向」「渦巻状」であるが、一部において、蛇行が有っても良い。全ての繊維が前記環状の周方向に沿って存在でなくても良い。50質量%以上(より好ましくは、70質量%以上。更に好ましくは、90質量%以上。)が前記環状の周方向に沿って存在しておれば良い。後述の3Dプリンティング技術が採用されたならば、95質量%以上の繊維は環状の周方向に沿って(例えば、渦巻状に)存在している。全繊維の90質量%以上が前記環状の周方向に沿って存在せしめる為には、後述の3Dプリンティング技術の採用は大事であろう。
【0057】
前記樹脂(プラスチック)は、3Dプリンティング工程(付加製造技術)で用いることが出来る樹脂(マトリックス樹脂)ならば、如何なる樹脂でも良い。熱可塑性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂が用いられる。どちらか一方が用いられるのみでも良い。併用されても良い。樹脂は、一種類であっても、二種類以上であっても良い。前記樹脂の形態はフィルム状(又はシート状)であっても良い。前記樹脂の形態は繊維(糸、又はフィラメント)状であっても良い。前記樹脂が繊維状の場合は、所謂、混繊糸(例えば、WO2016/167136A1参照)である。混繊糸の場合、WO2016/167136A1に開示の技術を採用できる。前記樹脂は官能基(反応性基:極性基)を持つものが好ましい。官能基(反応性基:極性基)を持たない樹脂を用いることも出来る。
熱可塑性樹脂には、熱可塑性樹脂のみからなる場合と、熱可塑性樹脂を主成分とする場合とがある。本発明にあっては、何れの場合でも良い。熱可塑性樹脂の言葉には、特に、断らない限り、熱可塑性樹脂のみからなる場合と、熱可塑性樹脂を主成分とする場合との双方が含まれる。熱可塑性樹脂が主成分とは、熱可塑性樹脂が50質量%以上の場合である。好ましくは、80質量%以上であった。更に好ましくは90質量%以上であった。
熱硬化性樹脂には、熱硬化性樹脂のみからなる場合と、熱硬化性樹脂を主成分とする場合とがある。本発明にあっては、何れの場合でも良い。熱硬化性樹脂の言葉には、特に、断らない限り、熱硬化性樹脂のみからなる場合と、熱硬化性樹脂を主成分とする場合との双方が含まれる。熱硬化性樹脂が主成分とは、熱硬化性樹脂が50質量%以上の場合である。好ましくは、60質量%以上であった。より好ましくは70質量%以上であった。更に好ましくは80質量%以上であった。熱硬化性樹脂が90質量%以上の場合もあった。95質量%以上の場合もあった。99質量%以上の場合もあった。
【0058】
熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアネート樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂、アクリル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂などが例示される。
熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、熱可塑性ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂(ポリオキシメチレン樹脂)、ポリカーボネート樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルニトリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、熱可塑性ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、熱可塑性ポリベンゾイミダゾール樹脂などが例示される。
前記ポリオレフィン樹脂としては、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などが例示される。
前記ポリスチレン樹脂としては、例えばポリスチレン樹脂、アクリロニトリル-スチレン樹脂(AS樹脂)、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂(ABS樹脂)などが例示される。
熱可塑性樹脂が2種以上の樹脂成分からなる場合、前記2種以上の熱可塑性樹脂のSP値(Solubility Parameter)の差が、それぞれ、3以下の樹脂であることが好ましかった。前記ポリエステル樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ボリブチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリエステル等が例示される。前記(メタ)アクリル樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレートが例示される。前記変性ポリフェニレンエーテル樹脂としては、例えば変性ポリフェニレンエーテル等が例示される。前記熱可塑性ポリイミド樹脂としては、例えば熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などが例示される。前記ポリスルホン樹脂としては、例えば変性ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂などが例示される。前記ポリエーテルケトン樹脂としては、例えばポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂などが例示される。前記フッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等などが例示される。
【0059】
前記繊維は、機械的強度が向上する素材ならば如何なるものでも良い。例えば、無機繊維が挙げられる。有機繊維であっても良い。金属繊維であっても良い。前記無機繊維の例として、例えば炭素繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、ガラス繊維などが挙げられる。これ等に限られない。特に好ましくは導電性の繊維であった。導電性繊維が採用された場合、保持具に静電気が帯電し難いからである。静電気が帯電しても放電され易い。この結果、保持具に保持された基板(半導体ウェハ)の加工に際して問題が起き難かった。導電性繊維としては、炭素繊維や、導電性高分子からなる繊維、金属繊維などが挙げられる。最も好ましい導電性繊維は炭素繊維であった。炭素繊維が用いられた場合、保持具は軽量である。
【0060】
前記炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、石油・石炭ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、リグニン系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、気相成長系炭素繊維などが例示される。これ等の中から一種または二種以上が適宜用いられる。炭素繊維は、好ましくは、引張弾性率が100GPa~1000GPaのものであった。炭素繊維の形態は、特に限定されない。炭素繊維の形態は、連続繊維でも、不連続繊維でもよい。連続繊維としては、例えば炭素繊維を一方向に配置したもの(一方向材)が挙げられる。不連続繊維を用いる場合としては、樹脂中に、炭素繊維が特定の方向に配向するように配置された材料、面内方向にランダムに分散して配置された材料などが挙げられる。炭素繊維は、単糸状のもの、繊維束状のもの、両者の混在物でも良い。炭素繊維は、一般的に、数千~数万本のフィラメントが集合した繊維束状となっている。炭素繊維として炭素繊維束を用いる場合に、炭素繊維束をこのまま使用すると、繊維束の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉の端面を有する炭素繊維強化樹脂加工品を得ることが困難になる場合がある。従って、炭素繊維として炭素繊維束を用いる場合は、炭素繊維束を拡幅したり、又は開繊したりして使用するのが好ましい。
【0061】
前記金属繊維の例として、例えばAl繊維、Au繊維、Ag繊維、Fe繊維、Cu繊維、ステンレス繊維などが挙げられる。
有機繊維の例として、例えばアラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、セルロース繊維、ポリエチレン繊維、ポリ(パラフェニレンベンゾビスオキサゾール)繊維(Zylon(東洋紡社製))などが挙げられる。
【0062】
前記繊維は処理剤で処理されていても良い。前記処理剤としては集束剤が挙げられる。表面処理剤が挙げられる。例えば、JP4894982Bに開示の処理剤が挙げられる。前記繊維表面の処理剤と前記樹脂の官能基(反応性基:極性基)とが反応した場合、好都合である。前記処理剤は、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シランカップリング剤、水不溶性ポリアミド樹脂、及び水溶性ポリアミド樹脂の群の中から選ばれる。好ましくは、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、水不溶性ポリアミド樹脂、及び水溶性ポリアミド樹脂の群の中から選ばれる。一種であっても、二種以上が用いられても良い。処理剤による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、処理剤溶液中に前記繊維が浸漬される。これにより、繊維表面に処理剤が付着する。繊維表面に処理剤をエアブローする手法も採用できる。既に表面処理剤(又は処理剤)で処理されている繊維が用いられても良い。表面処理剤(又は処理剤)が付着している市販の繊維を洗浄し、再度、表面処理剤(又は処理剤)を付着させるようにしても良い。
【0063】
コミングルヤーン(混繊糸)が用いられても良い。前記混繊糸に用いられる好ましい樹脂として熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等)、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等)、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、熱可塑性ポリエーテルイミド等が挙げられる。ポリアミド樹脂は好ましい樹脂であった。前記熱可塑性樹脂組成物は、エラストマー成分を含んでいても良い。エラストマー成分としては、例えばポリオレフィン系エラストマー、ジエン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコン系エラストマー等が挙げられる。好ましくはポリオレフィン系エラストマー及びポリスチレン系エラストマーである。ラジカル開始剤の存在下(又は非存在下)で、α,β-不飽和カルボン酸及びその酸無水物、アクリルアミド並びにそれらの誘導体等で変性した変性エラストマーも好ましい。これらのエラストマーは、ポリアミド樹脂に対する相溶性を付与する為である。前記エラストマーが用いられた場合、エラストマー成分の配合量は、好ましくは、熱可塑性樹脂組成物の5~25質量%であった。前記混繊糸における前記樹脂の割合は、好ましくは、30質量%以上であった。好ましくは70質量%以下であった。更に好ましくは60質量%以下であった。場合によっては、40質量%以下の場合もある。前記混繊糸の場合、好ましくは、長さ30mmを超える強化用の繊維(例えば、炭素繊維など)と、熱可塑性樹脂繊維とを含む。前記混繊糸である場合、好ましくは、分散度が60~100%であった。より好ましくは65%以上であった。更に好ましくは70%以上であった。このような範囲の場合、混繊糸はより均一な物性を示す。成形体の外観が向上する。成形体の機械的特性が良い。前記熱可塑性樹脂繊維は、所謂、連続熱可塑性樹脂繊維である。その長さは、適宜、定められる。一例を挙げると、30mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維である。上限値は20,000mを挙げることが出来る。
【0064】
前記保持具は、好ましくは、前記第1樹脂層の他にも、第2樹脂層を具備する。前記第2樹脂層は繊維を有する。前記第2樹脂層の構成に用いられる樹脂や繊維は前記第1樹脂層で説明した樹脂や繊維を用いることが出来る。前記第2樹脂層の構成に用いられる樹脂や繊維は前記第1樹脂層の構成に用いられる樹脂や繊維と同じでも異なっていても良い。同種のものであることが好ましい。同一のものであれば一層好ましい。同一の混繊糸が用いられても良い。前記第2樹脂層に含まれる繊維の長さは前記第1樹脂層に含まれる繊維の長さよりも短くても良い。しかし、同じ程度の長さでも良い。繊維長が、好ましくは、3mm以上の繊維であった。更に好ましくは、5mm以上の繊維であった。もっと好ましくは、10mm以上の繊維であった。長さの上限値には格別の制限は無い。前記繊維の長さは重量平均繊維長である。前記繊維の平均繊維径は、好ましくは、3μm以上であった。より好ましくは4μm以上であった。更に好ましくは5μm以上であった。好ましくは50μm以下であった。より好ましくは20μm以下であった。更に好ましくは12μm以下であった。前記平均繊維径は、単糸の直径である。
前記第2樹脂層に含まれる繊維は、前記繊維の長手方向が前記略環状の周方向に対して交差する方向に沿って存在している(
図2参照)。前記交差する方向とは、前記環状を円形とした場合、例えば、その半径方向(動径方向)である。放射方向であるとも言える。前記半径方向(動径方向:放射方向)に対して傾斜していても良い。例えば、±45°の範囲内の角度で傾斜していても良い。勿論、半径方向(動径方向:放射方向)である場合が好ましい。前記第2樹脂層に含まれる繊維には折返部(U形状部、∩形状部)が有る(
図2参照)。
【0065】
前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、各々、一層または二層以上有る。前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、例えば積層されている。前記第1樹脂層と前記第2樹脂層とは、好ましくは、前記保持具の厚さ方向の真ん中位置の仮想面を中心にして上下対称(前記厚さ方向が上下方向)となるよう積層されている。
【0066】
前記第1樹脂層と前記第2樹脂層との積層構成は、例えば前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の層構成を少なくとも具備する。例えば、前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の3層構成である。或いは、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する。例えば、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の3層構成である。若しくは、前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の層構成を少なくとも具備する。例えば、前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の4層構成である。前記層構成にあっては、前記第1樹脂層-前記第1樹脂層を一つの第1樹脂層と見做す事も出来る。そうすると、前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層は前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層の3層構成であると言う事もできる。若しくは、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する。例えば、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の4層構成である。前記第2樹脂層-前記第2樹脂層を一つの第2樹脂層と見做す事も出来る。そうすると、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層は前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の3層構成であると言う事もできる。又は、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の層構成を少なくとも具備する。例えば、前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層-前記第2樹脂層-前記第1樹脂層の5層構成である。
前記積層構成とは、例えば前記第1樹脂層の主面(面積が最大面積の面)の上に、例えば前記第2樹脂層の主面(面積が最大面積の面)が設けられている事を意味する。
【0067】
前記第2樹脂層が表面に在る場合よりも、前記第1樹脂層が表面に在る場合の方が、表面平坦性が良い。表面に格別な塗膜層を設けなくても良い。
前記第1樹脂層の厚さは、好ましくは、0.1mm以上であった。より好ましくは、0.2mm以上であった。更に好ましくは、0.3mm以上であった。好ましくは、1mm以下であった。より好ましくは、0.8mm以下であった。更に好ましくは、0.6mm以下であった。
前記第2樹脂層の厚さは、好ましくは、0.1mm以上であった。より好ましくは、0.2mm以上であった。更に好ましくは、0.3mm以上であった。好ましくは、1mm以下であった。より好ましくは、0.8mm以下であった。更に好ましくは、0.6mm以下であった。
【0068】
前記保持具の曲げ弾性率(円周方向における曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定))が、好ましくは、約45GPa以上であった。更に好ましくは50GPa以上であった。もっと更に好ましくは55GPa以上であった。特に好ましくは60GPa以上であった。曲げ弾性率が非常に大きなものであった。
前記保持具一つの重量は、好ましくは、100g以下であった。更に好ましくは50g以下であった。特に好ましくは30g以下であった。好ましくは、1g以上であった。極めて軽量であった。
前記保持具の厚さは、好ましくは、5mm以下であった。更に好ましくは3mm以下であった。特に好ましくは1.5mm以下であった。好ましくは、0.1mm以上であった。
前記保持具の反りが、好ましくは、0.5mm以下であった。更に好ましくは0.4mm以下であった。もっと更に好ましくは0.3mm以下であった。反りが全く認められない物も有った。極めて平坦であった。
前記保持具の線膨張係数が、好ましくは10ppm/℃以下であった。更に好ましくは8ppm/℃以下であった。特に好ましくは5ppm/℃以下であった。線膨張係数が非常に小さなものであった。
【0069】
第2の発明は保持具の製造方法である。例えば、前記保持具の製造方法である。前記方法は第1の3Dプリンティング工程を具備する。前記第1の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程である。前記造形が略環状方向に沿って行われる。このようにして得られた保持具は、前記繊維の長手方向が前記略環状方向である(
図1参照)。従って、前記保持具の機械的特性は、前記略環状方向に沿った位置の違いによっても、変動が小さい。
【0070】
前記方法は第2の3Dプリンティング工程を具備する。前記第2の3Dプリンティング工程は、繊維と樹脂とが用いられて、3Dプリンタにより、造形が行われる工程である。前記造形が前記略環状方向に交差する方向に沿って行われる。このようにして得られた保持具は、前記繊維の長手方向が、例えば動径方向である(
図2参照)。従って、前記保持具は、反りが少ない。
【0071】
前記方法は、好ましくは、前記第1の3Dプリンティング工程と前記第2の3Dプリンティング工程とを具備する。
【0072】
前記第1の3Dプリンティング工程と前記第2の3Dプリンティング工程とが有る場合、どちらが先であっても良い。最初の3Dプリンティング工程に続いて次の3Dプリンティング工程が実施される場合、樹脂層が積層される形態になる。各層が得られた後で各々の樹脂層が積層されても良い。しかし、3Dプリンティング工程で得られた樹脂層の上に次の3Dプリンティング工程が実施されて樹脂層が積層されるようにする事が好ましい。その方が樹脂層の一体性に好ましい事は理解できるであろう。
【0073】
前記方法は、好ましくは、加圧工程を具備する。前記加圧工程は、前記3Dプリンティング工程を経て出来た樹脂層を加圧する工程である(
図3参照)。前記加圧工程の加圧時における温度は、好ましくは60~500℃(より好ましくは90℃以上)であった。
【0074】
前記方法は、好ましくは、カット工程を具備する。このカット工程で前記保持具が所望の形状になる(
図4参照)。例えば、略環状の基体の外形・内形が所望の形状になる。
図4中、1は保持具である。2は中央開口部である。中央開口部2が基板の保持部になる。
【0075】
前記3Dプリンタ(3D printer)は付加製造技術(Additive manufacturing)で知られている技術である。この技術は、“平成25年度 特許出願技術動向調査報告書(概要) 3Dプリンタ”において、次のように説明されている。3Dプリンタ造形技術(付加製造技術)は、材料を付着することによって、物体を、三次元形状の数値表現から、作成するプロセスを指す。多くの場合、層の上に層を積むことによって、実現される。3Dプリンタの表現が、紙に出力される二次元の対比から、使用されている。ASTM F2792-12a(Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies)においては、付加製造技術(Additive manufacturing)の用語が用いられている。前記3Dプリンティング工程は、繊維および樹脂(この表現には混繊糸も含まれる)を用いて3Dプリンタにより造形する工程である。前記3Dプリンティング工程としては次の例が挙げられる。例えば、繊維と樹脂とが用いられ、ノズルを具備する付加製造装置(3Dプリンタ)によって熱溶解積層法で成形される工程である。勿論、これに限られない。前記成形法は加圧工程を具備する。前記加圧工程は造形物を加圧する工程である。前記造形物は前記3Dプリンティング工程を経て得られた造形物である。前記3Dプリンティング工程では、樹脂(プラスチック)および繊維が用いられる。前記工程では、樹脂(マトリックスとなる樹脂)と、繊維とが、別々のノズルから、供給(排出)されても良い。各々の材料が同時に供給(排出)されても良い。時間差を持って供給(排出)されても良い。繊維強化プラスチック材料(樹脂中に繊維が分散した材料:混繊糸)が、一つのノズルから、供給(排出)されても良い。
【0076】
前記3Dプリンティング工程で得られた製品が、場合によっては、前記加圧工程の前において、予備成形される。前記予備成形によって、最終製品に近い形状の製品が得られる。勿論、予備成形が不要な場合も有る。ここで、予備成形とは、前記3Dプリンティング工程と前記加圧工程との間に行われる成形である。前記工程で得られた製品(繊維強化プラスチック製品)は、好ましくは、前記製品中の繊維が、プラスチック(マトリックス樹脂)中に、分散している。好ましくは、繊維がプラスチック(樹脂)中に分散しているように3Dプリンティング工程が行われた。前記3Dプリンティング工程は公知の条件下で行われても良い。或いは、格別な条件が採用されても良い。
【0077】
前記加圧工程は、前記3Dプリンティング工程で得られた製品(予備成形工程を有する場合は、予備成形された製品)が加圧される工程である。例えば、前記3Dプリンティング工程で得られた製品(予備成形工程を有する場合は、予備成形された製品)が所定形状の型(例えば、金型)内に入れられて加圧される工程である。例えば、前記3Dプリンティング工程で得られた製品(予備成形工程を有する場合は、予備成形された製品)が所定形状の型内に入れられて加圧される工程である。前記加圧工程時における前記製品(造形物)の温度は前記の通りである。本工程時に加熱されても、本工程の前に加熱されていても良い。但し、加圧時に加熱を行う事は、現実的には、熱損失が大きい。従って、好ましくは、加圧前に加熱されている事である。前記加圧工程は、好ましくは、1kPa以上の条件(圧力)下で行われた。より好ましくは5kPa以上であった。更に好ましくは1.0×102kPa以上であった。好ましくは1.0×106kPa以下であった。より好ましくは5.0×105kPa以下であった。更に好ましくは1.0×105kPa以下であった。圧力が低すぎた場合、本発明の特長が小さかった。圧力が高すぎた場合、特長の向上度が比例して大きくなるものではなかった。圧力が高すぎた場合、コストが高く付いた。このようなことから、上記の範囲が好ましかった。加圧時間は、好ましくは、0.5秒以上であった。より好ましくは1秒以上であった。前記加圧工程を経たことによって、前記加圧工程を経なかった場合に比べて、機械的強度(例えば、引張強度及び/又は曲げ強度)の向上が実現できた。反りが少なかった。
【0078】
本発明の目的・効果が損なわれない範囲で、前記保持具には、各種の添加剤(例えば、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤等)が含有されても良い。フィラーを含んでいても良い。但し、好ましくは、フィラーを含まない。熱可塑性樹脂組成物中のフィラーの含有量は、好ましくは、多くても3質量%である。好ましくは、無機物粉末(例えば、カーボンブラック)を含まない。金属粉末を含まない。勿論、微量な場合(例えば、3質量%以下)には問題が少ない。前記粉末が好ましくないのは次の理由による。保持具が使用されている中に、前記粉末が表面に漏れ出て来る。表面に漏れ出て来た前記粉末は半導体ウェハ表面に付着する恐れが有る。
【0079】
以下、本発明が具体的に説明される。下記実施例は本発明の一実施例に過ぎない。本発明は下記実施例に限定されない。本発明の特長が大きく損なわれない変形・応用例も本発明に含まれる。
【0080】
[実施例1]
原材料として複合材(コミングルヤーン:カジレーネ株式会社製)が用いられた。3Dプリンタ(Velleman社製K8200)が用いられた。付加製造技術(3Dプリンティング)が実施(ノズル温度:250℃、ステージ温度:25℃)された。
【0081】
3Dプリンティングによって、厚さが約0.3~0.4mmの環状板(ドーナツ状板:内径が250mmで外径が295mm)が作製された。炭素繊維は略円周方向に沿って配向している(
図1参照)。前記3Dプリンティング(第1回目の3Dプリンティング)の終了後に第2回目の3Dプリンティングが同様に行われた。前記第1回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第2回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。前記第2回目の3Dプリンティングの終了後に第3回目の3Dプリンティングが同様に行われた。前記第2回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第3回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。前記第3回目の3Dプリンティングの終了後に第4回目の3Dプリンティングが同様に行われた。前記第3回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第4回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。前記環状板の層構成は、第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向(
図1参照))-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向(
図1参照))-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向(
図1参照))-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向(
図1参照))である。この例は4層積層型と言える。しかし、第1樹脂層のみで出来ているから、1層型と見做す事も出来る。
前記積層になる環状板がカットされた(
図4参照)。
【0082】
この4層積層の環状板は最大反りが20mmであった。このままでは、環状板を半導体ウェハ保持具として用いるには不適切であろう。
プレス(180℃、2時間、圧力1.0×103kPa)が行われた。このプレスによって、最大反りが0.5mm程度になった。
前記環状板(保持具)の円周方向における曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定)は約60GPaであった。炭素繊維が円周方向に沿って存在している事から、曲げ弾性率にバラツキの小さな事が理解できる。
前記環状板(保持具)の厚さは約1mmであった。
前記環状板(保持具)の重量は24gであった。
【0083】
[実施例2]
前記実施例1に準じて行われた。但し、実施例2と実施例1とは層構造が異なる。
先ず、3Dプリンティングによって、厚さが約0.3~0.4mmの環状板(ドーナツ状板:内径が250mmで外径が295mm)が作製された(
図1参照)。炭素繊維は略円周方向に沿って配向している(
図1参照)。前記3Dプリンティング(第1回目の3Dプリンティング)の終了後に第2回目の3Dプリンティングが同様に行われた。前記第1回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第2回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。この第2回目の3Dプリンティングによる環状板の炭素繊維も略円周方向に沿って配向している(
図1参照)。
第3回目の3Dプリンティングが行われた。前記第2回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第3回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。この第3回目の3Dプリンティングによる環状板の炭素繊維は径方向(動径方向)に配向している(
図2参照)。炭素繊維の向きは、内縁側と外縁側とにおいて、反転(U形状、∩形状)している(
図2参照)。
第4回目の3Dプリンティングが行われた。前記第3回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第4回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。前記第4回目の3Dプリンティングによる環状板の炭素繊維も略円周方向に沿って配向している(
図1参照)。前記第4回目の3Dプリンティングの終了後に第5回目の3Dプリンティングが同様に行われた。前記第4回目の3Dプリンティングによる環状板の上に、前記第5回目の3Dプリンティングによる環状板が積層された。この第5回目の3Dプリンティングによる環状板の炭素繊維も略円周方向に沿って配向している(
図1参照)。
前記環状板の層構成は、第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向)-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向)-第2樹脂層(炭素繊維の長手方向が径方向に沿って配向)-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向)-第1樹脂層(炭素繊維の長手方向が周方向に沿って配向)である。
前記積層になる環状板がカットされた(
図4参照)。プレス(250℃、10分、圧力1.0×10
3kPa)が行われた(
図3参照)。
【0084】
この5層積層型(3層積層型と見做す事も出来る。)の環状板(保持具)は、反り矯正工程がなくても、最大反りが0.3mmであった。
前記環状板(保持具)の厚さは約1mmであった。
前記環状板(保持具)の重量は27gであった。
前記環状板(保持具)の円周方向における曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定)は約86.5GPa、曲げ強度は約1.05GPaであった。炭素繊維が円周方向に沿って存在している事から、曲げ弾性率にバラツキの小さな事が理解できる。
図4に示される位置Aでも位置Bでも位置Cでも、曲げ弾性率および曲げ強度は同じ値であった。
【0085】
[実施例3]
前記実施例2に準じて行われた。
実施例3では樹脂としてベンゾオキサジン(アイカ工業株式会社製CRP-974)が用いられた。炭素繊維として東レ株式会社製T800HB-6000が用いられた。すなわち、実施例3と実施例2とでは、用いられた材料が異なる。
本実施例で得られた環状板(保持具)の厚さは約1mmであった。
前記環状板(保持具)の重量は27gであった。
前記環状板(保持具)は、最大反りが0.3mmであった。
前記環状板(保持具)の円周方向における曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定)は約112GPa、曲げ強度は約1.98GPaであった。
【0086】
[実施例4]
前記実施例2に準じて行われた。
実施例4では樹脂として三菱ガス化学社製ナフトールアラルキル型シアネート樹脂が用いられた。炭素繊維として東レ株式会社製T800HB-6000が用いられた。すなわち、実施例4と実施例2では、用いられた材料が異なる。
本実施例で得られた環状板(保持具)の厚さは1mmであった。
前記環状板(保持具)の重量は27gであった。
前記環状板(保持具)は、最大反りが0.3mmであった。
前記環状板(保持具)の円周方向における曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定)は約102GPa、曲げ強度は約1.32GPaであった。
【0087】
前記実施例2の環状板(保持具)と本実施例4の環状板(保持具)とが200℃に加熱された状態で曲げ試験(JIS K7074に準じて測定)が行われた。
前記加熱後の前記実施例2の環状板(保持具)の樹脂は溶融した。加熱された状態での曲げ弾性率は約58GPa、曲げ強度は約0.20GPaであった。常温時の曲げ試験結果と比較すると曲げ弾性率の保持率は約67%、曲げ強度の保持率は約19%であった。
前記加熱後の前記実施例4の環状板(保持具)の樹脂には変化が認められなかった。加熱された状態での曲げ弾性率は約82GPa、曲げ強度は約1.00GPaであった。常温時の曲げ試験結果と比較すると曲げ弾性率の保持率は約80%、曲げ強度の保持率は約76%であった。
この事から、高温条件下で使用される保持具の樹脂は、熱可塑性樹脂であるよりも、熱硬化性樹脂である方が好ましい事が判った。
【0088】
[参考例1]
厚み方向に対称になるように1mm厚に積層された300mm×300mmのPAN系プリプレグ(250目付)が用意された。これがオートクレーブに入れられた。前記積層体は、離型フィルム(フッ素系樹脂フィルム)及びアルミ当て板で挟まれ、周囲が不織布およびバギングフィルムで覆われている。
オートクレーブ成形(130℃、2時間、圧力3.0×10
2kPa、真空引き)が行われた。
成型品が取り出された。所定形状にカットされた(
図4参照)。
得られた環状板(保持具)の円周方向における曲げ弾性率および曲げ強度に大きなバラツキが認められた。曲げ弾性率(JIS K7074に準じて測定)は、
図4に示される位置Aでは89.9GPa、位置Bでは17.7GPa、位置Cでは30.1GPaであった。曲げ強度は、
図4に示される位置Aでは1.59GPa、位置Bでは0.31GPa、位置Cでは0.68GPaであった。
前記保持具の重量は30gであった。