JP2011222779A - Method of manufacturing substrate for thin film element, method of manufacturing thin film element, method for thin film transistor - Google Patents

Method of manufacturing substrate for thin film element, method of manufacturing thin film element, method for thin film transistor Download PDF

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俊治 福田
Katsuya Sakayori
勝哉 坂寄
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a substrate for a thin film element, which is superior in surface smoothness and can suppress characteristic deterioration of the thin film element.SOLUTION: In the method of manufacturing the substrate for the thin film element, a deaeration step of deaerating a polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation ratio calculated by a predetermined method becomes 95% or less, and an insulating layer-forming step of forming an insulating layer by coating the polyimide resin composition are provided. The surface roughness Ra of the insulating layer is 30 nm or less.

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、薄膜太陽電池、エレクトロルミネッセンス素子等の薄膜素子に用いられる、金属基材上にポリイミドを含む絶縁層が形成された薄膜素子用基板の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a substrate for a thin film element, which is used for a thin film element such as a thin film transistor, a thin film solar cell, and an electroluminescence element, and an insulating layer containing polyimide is formed on a metal substrate.

高分子材料は、加工が容易、軽量などの特性から身の回りのさまざまな製品に用いられている。1955年に米国デュポン社で開発されたポリイミドは、耐熱性に優れることから航空宇宙分野などへの適用が検討されるなど、開発が進められてきた。以後、多くの研究者によって詳細な検討がなされ、耐熱性、寸法安定性、絶縁特性といった性能が有機物の中でもトップクラスの性能を示すことが明らかとなり、航空宇宙分野にとどまらず、電子部品の絶縁材料等への適用が進められた。現在では、半導体素子の中のチップコーティング膜や、フレキシブルプリント配線板の基材などとして盛んに利用されてきている。   Polymer materials are used in various products around us because of their easy processing and light weight. The polyimide developed by DuPont in 1955 in the United States has been under development because it has excellent heat resistance and its application to the aerospace field has been studied. Since then, detailed research has been conducted by many researchers, and it has become clear that performance such as heat resistance, dimensional stability, and insulation properties are among the highest in organic materials. Application to materials was promoted. At present, it is actively used as a chip coating film in a semiconductor element, a base material of a flexible printed wiring board, and the like.

しかしながら、ポリイミド膜には気泡によるクレーターやピンホールが発生するという問題がある。クレーターやピンホールが存在すると性能が低下し、電子部品の絶縁層として使用することが困難となる。
膜中に気泡が発生する原因としては種々考えられるが、その一つとしてポリイミド膜の形成に用いられるポリイミド樹脂組成物が挙げられる。ポリイミド樹脂組成物を製造する際にポリイミド樹脂組成物中に気泡が混入し、この気泡が膜中に残留するのである。
However, the polyimide film has a problem that craters and pinholes are generated due to bubbles. If craters or pinholes are present, the performance will be reduced, making it difficult to use as an insulating layer for electronic components.
There are various causes for the generation of bubbles in the film. One of them is a polyimide resin composition used for forming a polyimide film. When the polyimide resin composition is produced, bubbles are mixed in the polyimide resin composition, and the bubbles remain in the film.

ポリイミドは、主にジアミンと酸二無水物から合成される高分子である。ジアミンと酸二無水物を溶液中で反応させることで、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸(ポリアミック酸)となり、その後、脱水閉環反応を経てポリイミドとなる。一般に、ポリイミドは溶媒への溶解性に乏しく加工が困難なため、前駆体の状態で所望の形状にし、その後、加熱を行うことでポリイミドとする場合が多い。ポリイミド前駆体は熱や水に対し不安定な場合が多く、冷凍保存が必要な場合がある等、保存安定性に劣る傾向がある。この点を考慮し、分子構造に溶解性に優れた骨格を導入する、もしくは、分子量を小さくするなどにより、ポリイミドとした後に溶媒に溶解して成形又は塗布できるように改良が施されたポリイミドも開発されたが、これを用いる場合にはポリイミド前駆体を用いる方式に比べ耐熱性、耐薬品性、線熱膨張係数、吸湿膨張係数などの膜物性などが劣る傾向にある。そのため、目的に応じてポリイミド前駆体を用いる方式と溶媒溶解性ポリイミドを用いる方式とが使い分けられている。   Polyimide is a polymer synthesized mainly from diamine and acid dianhydride. By reacting diamine and acid dianhydride in a solution, it becomes polyamic acid (polyamic acid) which is a precursor of polyimide, and then becomes a polyimide through a dehydration ring closure reaction. In general, since polyimide has poor solubility in a solvent and is difficult to process, it is often made into a polyimide by making it into a desired shape in a precursor state and then heating. Polyimide precursors are often unstable with respect to heat and water and tend to be inferior in storage stability, such as needing frozen storage. In consideration of this point, polyimide that has been improved so that it can be molded or applied by dissolving it in a solvent after introducing it into a polyimide by introducing a skeleton with excellent solubility in the molecular structure or reducing the molecular weight. Although it has been developed, when it is used, film properties such as heat resistance, chemical resistance, linear thermal expansion coefficient, hygroscopic expansion coefficient and the like tend to be inferior to those using a polyimide precursor. Therefore, a method using a polyimide precursor and a method using a solvent-soluble polyimide are selectively used according to the purpose.

ポリイミド樹脂組成物中に混入した気泡を除去するために、ポリアミック酸ワニスやポリイミドワニスを脱気する方法が提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。ポリアミック酸ワニスやポリイミドワニスの脱気方法としては、例えば特許文献1には減圧脱気法、薄膜式減圧脱気法、遠心薄膜脱気法が開示され、特許文献1,2には超音波を利用した脱気法が開示され、特許文献1,3にはフィルターを用いて濾過する脱気法が開示されている。   In order to remove bubbles mixed in the polyimide resin composition, a method of degassing a polyamic acid varnish or a polyimide varnish has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3). As degassing methods for polyamic acid varnish and polyimide varnish, for example, Patent Document 1 discloses a vacuum degassing method, a thin film vacuum degassing method, and a centrifugal thin film degassing method. A utilized deaeration method is disclosed, and Patent Documents 1 and 3 disclose a deaeration method of filtering using a filter.

特開平8−186343号公報JP-A-8-186343 特開平8−176505号公報JP-A-8-176505 特開2002−348388号公報JP 2002-348388 A

近年、ポリイミドが電子部品の絶縁材料として広く用いられるようになり、種々の性能が要求されるようになってきた。その中でも特に、薄膜トランジスタ(以下、薄膜トランジスタをTFTと称する場合がある。)、薄膜太陽電池、エレクトロルミネッセンス素子(以下、エレクトロルミネッセンスをELと称する場合がある。)等の薄膜素子に用いられる、金属基材とポリイミドを含む絶縁層とが積層されている薄膜素子用基板では、絶縁層上に形成される薄膜素子部が薄いことから、薄膜素子用基板表面の微細な凹凸が薄膜素子の特性を低下させるおそれがあるため、薄膜素子用基板の表面平滑性を改善することが求められている。例えばTFTの場合、TFTの半導体層、特にチャネル形成領域の下地に微細な凹凸が存在すると、すなわちポリイミドを含む絶縁層表面に微細な凹凸が存在すると、TFTの移動度が著しく低下したり、リーク電流が流れたりと、TFTの特性に重大な影響を及ぼす。また、ポリイミドを含む絶縁層の表面状態によって歩留りが低下する。   In recent years, polyimide has been widely used as an insulating material for electronic components, and various performances have been required. Among these, in particular, a metal group used for thin film elements such as thin film transistors (hereinafter, thin film transistors may be referred to as TFTs), thin film solar cells, and electroluminescence elements (hereinafter, electroluminescence may be referred to as EL). In a thin film element substrate in which a material and an insulating layer containing polyimide are laminated, the thin film element portion formed on the insulating layer is thin, so fine irregularities on the surface of the thin film element substrate deteriorate the characteristics of the thin film element Therefore, it is required to improve the surface smoothness of the thin film element substrate. For example, in the case of TFTs, if there are fine irregularities on the semiconductor layer of the TFT, especially the base of the channel formation region, that is, if there are fine irregularities on the surface of the insulating layer containing polyimide, the mobility of the TFT is significantly reduced or leakage When current flows, it significantly affects the characteristics of the TFT. In addition, the yield decreases depending on the surface state of the insulating layer containing polyimide.

ポリイミド樹脂組成物の脱気により、ポリイミドを含む絶縁層表面での気泡によるクレーターやピンホールの発生を抑制することは可能である。しかしながら、従来では特許文献1,3に記載されているようにマイクロメートルオーダーの気泡が問題とされており、ナノメートルオーダーの気泡についてはまったく検討されていなかった。一方、薄膜素子用基板では、薄膜素子部が薄いことから、薄膜素子部に影響を及ぼすようなナノメートルオーダーの気泡が問題となる。例えばTFTではチャネル形成領域に影響を及ぼすようなナノメートルオーダーの気泡が問題となるのである。   By degassing the polyimide resin composition, it is possible to suppress the generation of craters and pinholes due to bubbles on the surface of the insulating layer containing polyimide. However, conventionally, as described in Patent Documents 1 and 3, bubbles in the micrometer order have been a problem, and bubbles in the nanometer order have not been studied at all. On the other hand, in the thin film element substrate, since the thin film element portion is thin, bubbles on the order of nanometers that affect the thin film element portion pose a problem. For example, in the TFT, bubbles on the order of nanometers that affect the channel formation region become a problem.

ここで、液体中の泡は、気体がガス状のままで液体中に混合している状態である。この泡は、外部から混入するだけでなく、液体から発生することが非常に多く見られる。一方、溶存気体とは、液体中に溶解している気体を意味し、これは泡のように目で見ることはできない。
気体の液体に対する溶解量は、液体の種類、温度や圧力、さらには接液材質によって変化し、飽和量以上の溶存気体は泡となって出現する。つまり、泡のない状態の液体であっても、温度や圧力等が変化すると泡を発生することになる。一方で、液体中に泡が存在しても、所定の温度や圧力等である場合、または気体の溶解量が飽和値に満たない場合、泡は液体中に溶解する。すなわち、単に泡を除去するだけでは不十分であり、溶存気体を除去することが重要である。
Here, the bubbles in the liquid are in a state where the gas remains in a gaseous state and is mixed in the liquid. This foam is not only mixed from the outside, but is very often generated from the liquid. On the other hand, dissolved gas means a gas dissolved in a liquid, which cannot be seen with eyes like bubbles.
The amount of gas dissolved in the liquid varies depending on the type of liquid, temperature and pressure, and the wetted material, and dissolved gas above the saturation amount appears as bubbles. That is, even if the liquid is free of bubbles, bubbles are generated when the temperature, pressure, or the like changes. On the other hand, even if bubbles are present in the liquid, the bubbles are dissolved in the liquid if the temperature is a predetermined temperature or pressure, or if the dissolved amount of the gas is less than the saturation value. That is, it is not sufficient to simply remove bubbles, and it is important to remove dissolved gas.

ポリイミド樹脂組成物中に飽和量に近い量の溶存気体が存在すると、塗布などのプロセスに伴い、温度や圧力が変化した際に、飽和量を超えた気体が泡として出現する。飽和量を超えた気体が少量の場合は、気泡サイズが成長しづらいため、マイクロメートルサイズの気泡の削減という観点からは、大きな問題とはならなかった。
しかしながら、絶縁層の表面において、ナノメートルオーダーで平滑性を制御するためには、ナノメートルオーダーサイズの気泡の発生を抑制する必要がある。したがって、飽和量以上の溶存気体が存在することを避けるため、溶存気体量を削減することが必要となる。よって、薄膜素子用基板における絶縁層の表面平滑性に悪影響をあたえるナノメートルオーダーの気泡の発生を防ぐには、ポリイミド樹脂組成物中の溶存気体量を飽和量に比べて低い値に保つことが非常に重要となる。
If dissolved gas in an amount close to the saturation amount is present in the polyimide resin composition, the gas exceeding the saturation amount appears as bubbles when the temperature or pressure changes with the process such as coating. When the amount of gas that exceeds the saturation amount is small, the bubble size is difficult to grow, so this has not been a big problem from the viewpoint of reducing micrometer-sized bubbles.
However, in order to control the smoothness on the order of nanometers on the surface of the insulating layer, it is necessary to suppress the generation of bubbles of nanometer order size. Therefore, it is necessary to reduce the amount of dissolved gas in order to avoid the presence of dissolved gas above the saturation amount. Therefore, in order to prevent the generation of nanometer-order bubbles that adversely affect the surface smoothness of the insulating layer in the thin film element substrate, the amount of dissolved gas in the polyimide resin composition should be kept lower than the saturation amount. Very important.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表面平滑性に優れ、薄膜素子の特性劣化を抑制することが可能な薄膜素子用基板の製造方法を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements which is excellent in surface smoothness and can suppress the characteristic deterioration of a thin film element.

本発明は、上記目的を達成するために、下記方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気する脱気工程と、金属基材上に、上記ポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを有し、上記絶縁層の表面粗さRaが30nm以下であることを特徴とする薄膜素子用基板の製造方法を提供する。
<相対溶存酸素飽和率の算出方法>
まず、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒を用いて、全く酸素が溶存していない上記溶媒の溶存酸素量の測定値が0、上記溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量の測定値が100となるように、溶存酸素量計の校正を行う。次に、校正された上記溶存酸素量計により、ポリイミド樹脂組成物を大気下で1時間以上静置した基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値と、ポリイミド樹脂組成物を脱気した脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値とを測定する。そして、上記基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、上記脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を、相対溶存酸素飽和率とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a degassing step of degassing the polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by the following method is 95% or less, on the metal substrate, An insulating layer forming step of forming an insulating layer by applying the polyimide resin composition, and a method for producing a substrate for a thin film element, wherein the surface roughness Ra of the insulating layer is 30 nm or less To do.
<Calculation method of relative dissolved oxygen saturation>
First, using a dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in a solvent contained in the polyimide resin composition, the measured value of the dissolved oxygen amount of the solvent in which no oxygen is dissolved is 0, and the dissolved oxygen saturated solvent The dissolved oxygen meter is calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount becomes 100. Next, using the calibrated dissolved oxygen meter, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide resin composition in which the polyimide resin composition was allowed to stand for 1 hour or more in the atmosphere, and the degassing that degassed the polyimide resin composition. The relative value of the dissolved oxygen amount of the gas polyimide resin composition is measured. And the relative value of the dissolved oxygen amount of the said deaeration polyimide resin composition when the relative value of the dissolved oxygen amount of the said reference | standard polyimide resin composition is set to 100% is made into a relative dissolved oxygen saturation rate.

ポリイミド樹脂組成物中に気体が溶存していると、温度や圧力の変化によってポリイミド樹脂組成物中に溶存気体が泡となって出現することがある。そのため、絶縁層での気泡を低減するには、ポリイミド樹脂組成物中の溶存気体を除去することが重要となる。また、ポリイミド樹脂組成物中に溶解している気体の大部分は窒素または酸素であり、窒素は不活性ガスのため測定が困難であるが酸素は測定可能であり、溶媒に対する酸素と窒素の溶解度の比はほぼ一定であるので、溶存酸素量を求めることにより窒素および酸素を合せた溶存気体の量を見積ることが可能である。さらに、溶存酸素量は、水以外の溶媒中では絶対値を測定することが困難である。
そこで本発明においては、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量を基準として相対値(相対溶存酸素飽和率)で評価し、相対溶存酸素飽和率が95%以下となるようにポリイミド樹脂組成物を脱気する。相対溶存酸素飽和率が95%以下であれば、温度や圧力の変化によってすぐに溶存酸素が飽和量を超えることがないため、気泡の発生を抑制することが可能となる。その結果、マイクロメートルオーダーだけでなくナノメートルオーダーの気泡の発生も抑制することができるのである。したがって、表面粗さRaが30nm以下の表面平滑性に優れる絶縁層を形成することができ、微細な凹凸による薄膜素子の特性の低下を防ぐことが可能な薄膜素子用基板を製造することが可能である。
When gas is dissolved in the polyimide resin composition, the dissolved gas may appear as bubbles in the polyimide resin composition due to changes in temperature and pressure. Therefore, in order to reduce bubbles in the insulating layer, it is important to remove dissolved gas in the polyimide resin composition. Most of the gas dissolved in the polyimide resin composition is nitrogen or oxygen, which is difficult to measure because nitrogen is an inert gas, but oxygen can be measured, and the solubility of oxygen and nitrogen in the solvent Since the ratio of is substantially constant, it is possible to estimate the amount of dissolved gas combining nitrogen and oxygen by determining the amount of dissolved oxygen. Furthermore, it is difficult to measure the absolute value of dissolved oxygen in a solvent other than water.
Therefore, in the present invention, relative dissolved oxygen saturation is evaluated based on the dissolved oxygen amount of a dissolved oxygen saturated solvent obtained by bubbling air for 30 minutes or more in the solvent contained in the polyimide resin composition as a reference. The polyimide resin composition is degassed so that the rate is 95% or less. If the relative dissolved oxygen saturation rate is 95% or less, the dissolved oxygen does not immediately exceed the saturation amount due to a change in temperature or pressure, so that the generation of bubbles can be suppressed. As a result, not only micrometer order but also nanometer order bubbles can be suppressed. Therefore, an insulating layer having a surface roughness Ra of 30 nm or less and excellent surface smoothness can be formed, and a thin film element substrate capable of preventing deterioration of characteristics of the thin film element due to fine unevenness can be manufactured. It is.

上記発明においては、上記絶縁層形成工程の直前に上記脱気工程を行うことが好ましい。これにより、絶縁層に内包される気泡を効果的に低減することができるからである。   In the said invention, it is preferable to perform the said deaeration process just before the said insulating layer formation process. This is because bubbles contained in the insulating layer can be effectively reduced.

また本発明においては、上記絶縁層の吸湿膨張係数が0ppm/%RH〜15ppm/%RHの範囲内であることが好ましい。吸湿膨張係数は吸水性の指標であり、吸湿膨張係数が小さいほど吸水性が小さくなる。したがって、吸湿膨張係数が上記範囲であれば、湿気存在下において高い信頼性を実現することができる。また、絶縁層の吸湿膨張係数が小さいほど、絶縁層の寸法安定性が向上する。金属基材の吸湿膨張係数はほとんどゼロに近いので、絶縁層の吸湿膨張係数が大きすぎると、絶縁層および金属基材の密着性が低下するおそれがある。   In the present invention, the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer is preferably in the range of 0 ppm /% RH to 15 ppm /% RH. The hygroscopic expansion coefficient is an index of water absorption, and the smaller the hygroscopic expansion coefficient, the smaller the water absorption. Therefore, if the hygroscopic expansion coefficient is in the above range, high reliability can be realized in the presence of moisture. In addition, the smaller the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer, the better the dimensional stability of the insulating layer. Since the hygroscopic expansion coefficient of the metal base material is almost zero, if the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer is too large, the adhesion between the insulating layer and the metal base material may be reduced.

さらに本発明においては、上記絶縁層の線熱膨張係数が0ppm/℃〜25ppm/℃の範囲内であることが好ましい。絶縁層の線熱膨張係数が上記範囲であれば、絶縁層および金属基材の線熱膨張係数を近いものとすることができ、薄膜素子用基板の反りを抑制できるとともに絶縁層および金属基材の密着性を高めることができるからである。   Furthermore, in this invention, it is preferable that the linear thermal expansion coefficient of the said insulating layer exists in the range of 0 ppm / degrees C-25 ppm / degrees C. When the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is in the above range, the linear thermal expansion coefficients of the insulating layer and the metal base material can be made close, and the warpage of the thin film element substrate can be suppressed and the insulating layer and the metal base material can be suppressed. This is because it is possible to improve the adhesion.

また本発明においては、上記絶縁層の線熱膨張係数と上記金属基材の線熱膨張係数との差が15ppm/℃以下であることが好ましい。上述したように、絶縁層および金属基材の線熱膨張係数が近いほど、薄膜素子用基板の反りを抑制できるとともに絶縁層および金属基材の密着性が高くなるからである。   Moreover, in this invention, it is preferable that the difference of the linear thermal expansion coefficient of the said insulating layer and the linear thermal expansion coefficient of the said metal base material is 15 ppm / degrees C or less. As described above, the closer the linear thermal expansion coefficients of the insulating layer and the metal base material are, the more the warpage of the substrate for the thin film element can be suppressed and the adhesion between the insulating layer and the metal base material becomes higher.

また本発明においては、上記絶縁層形成工程後に、上記絶縁層上に、無機化合物を含む密着層を形成する密着層形成工程を有することが好ましい。密着層を形成することで、薄膜素子部との密着性が良好であり、薄膜素子部に剥離やクラックが生じるのを防ぐことができる薄膜素子用基板を得ることができる。   Moreover, in this invention, it is preferable to have the contact | glue layer formation process which forms the contact | adherence layer containing an inorganic compound on the said insulating layer after the said insulating layer formation process. By forming the adhesion layer, it is possible to obtain a thin film element substrate that has good adhesion to the thin film element part and can prevent peeling and cracking in the thin film element part.

上記の場合、上記密着層を構成する上記無機化合物が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらの材料を用いることにより、密着性、平滑性、耐熱性、絶縁性などが良好な膜が得られるからである。   In the above case, the inorganic compound constituting the adhesion layer is at least one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, chromium oxide and titanium oxide. It is preferable that This is because by using these materials, a film having good adhesion, smoothness, heat resistance, insulation and the like can be obtained.

また上記の場合、上記密着層が多層膜であることが好ましい。この場合、上記密着層が、上記絶縁層上に形成され、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも1種からなる第1密着層と、上記第1密着層上に形成され、酸化ケイ素からなる第2密着層とを有することが好ましい。第1密着層により絶縁層と第2密着層との密着性を高めることができ、第2密着層により絶縁層と薄膜素子部との密着性を高めることができる。また、このような構成とすることにより、密着性、平滑性、耐熱性、絶縁性などに優れる密着層とすることができる。   In the above case, the adhesion layer is preferably a multilayer film. In this case, the adhesion layer is formed on the insulating layer and is selected from the group consisting of chromium, titanium, aluminum, silicon, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, chromium oxide, and titanium oxide. It is preferable to have a first adhesion layer made of at least one selected and a second adhesion layer made of silicon oxide and formed on the first adhesion layer. The adhesion between the insulating layer and the second adhesion layer can be enhanced by the first adhesion layer, and the adhesion between the insulation layer and the thin film element portion can be enhanced by the second adhesion layer. Moreover, by setting it as such a structure, it can be set as the contact | adherence layer excellent in adhesiveness, smoothness, heat resistance, insulation, etc.

また本発明は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、薄膜素子部を形成する薄膜素子部形成工程を有することを特徴とする薄膜素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、上述の薄膜素子用基板を用いるので、優れた特性を有する薄膜素子を得ることが可能である。
The present invention also provides a method for producing a thin film element, comprising a thin film element part forming step for forming a thin film element part on the thin film element substrate produced by the above-described method for producing a thin film element substrate. To do.
According to the present invention, since the above-described thin film element substrate is used, a thin film element having excellent characteristics can be obtained.

さらに本発明は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、TFTを形成するTFT形成工程を有することを特徴とするTFTの製造方法を提供する。
本発明によれば、上述の薄膜素子用基板を用いるので、電気的性能の良好なTFTを得ることが可能である。
Furthermore, the present invention provides a method for producing a TFT, comprising a TFT forming step for forming a TFT on the thin film element substrate produced by the above-described method for producing a thin film element substrate.
According to the present invention, since the thin film element substrate described above is used, it is possible to obtain a TFT with good electrical performance.

上記発明においては、上記TFTが、酸化物半導体層を有することが好ましい。酸化物半導体は水や酸素の影響によりその電気特性が変化するが、薄膜素子用基板によって水蒸気や酸素の透過を抑制することができるので、半導体の特性劣化を防ぐことができる。   In the above invention, the TFT preferably has an oxide semiconductor layer. Although the electrical characteristics of an oxide semiconductor change due to the influence of water and oxygen, the permeation of water vapor and oxygen can be suppressed by the thin film element substrate, so that deterioration of the characteristics of the semiconductor can be prevented.

本発明においては、所定の方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるようにポリイミド樹脂組成物を脱気することで、マイクロメートルオーダーだけでなくナノメートルオーダーの気泡の発生も抑制することが可能であり、表面粗さRaが30nm以下の表面平滑性に優れる絶縁層を形成することができ、微細な凹凸による薄膜素子の特性の低下を防ぐことが可能であるという効果を奏する。   In the present invention, by degassing the polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by a predetermined method is 95% or less, generation of bubbles not only in the micrometer order but also in the nanometer order is suppressed. It is possible to form an insulating layer having a surface roughness Ra of 30 nm or less and excellent surface smoothness, and it is possible to prevent deterioration of characteristics of the thin film element due to fine unevenness. .

本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the board | substrate for thin film elements manufactured with the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板を備えるTFTの一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of TFT provided with the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板を備えるTFTの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of TFT provided with the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板を備えるTFTの他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of TFT provided with the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の他の例を示す概略断面図および平面図である。It is the schematic sectional drawing and top view which show the other example of the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention. 本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention.

以下、本発明の薄膜素子用基板の製造方法、薄膜素子の製造方法およびTFTの製造方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the thin film element substrate, the manufacturing method of the thin film element, and the manufacturing method of the TFT of the present invention will be described in detail.

A.薄膜素子用基板の製造方法
まず、本発明の薄膜素子用基板の製造方法について説明する。
本発明の薄膜素子用基板の製造方法は、下記方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気する脱気工程と、金属基材上に、上記ポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを有し、上記絶縁層の表面粗さRaが30nm以下であることを特徴とするものである。
<相対溶存酸素飽和率の算出方法>
まず、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒を用いて、全く酸素が溶存していない上記溶媒の溶存酸素量の測定値が0、上記溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量の測定値が100となるように、溶存酸素量計の校正を行う。次に、校正された上記溶存酸素量計により、ポリイミド樹脂組成物を大気下で1時間以上静置した基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値と、ポリイミド樹脂組成物を脱気した脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値とを測定する。そして、上記基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、上記脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を、相対溶存酸素飽和率とする。
A. Method for Manufacturing Thin Film Element Substrate First, a method for manufacturing a thin film element substrate of the present invention will be described.
The method for producing a substrate for a thin film element of the present invention includes a degassing step of degassing the polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by the following method is 95% or less, on the metal substrate, An insulating layer forming step of forming an insulating layer by applying the polyimide resin composition, and the surface roughness Ra of the insulating layer is 30 nm or less.
<Calculation method of relative dissolved oxygen saturation>
First, using a dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in a solvent contained in the polyimide resin composition, the measured value of the dissolved oxygen amount of the solvent in which no oxygen is dissolved is 0, and the dissolved oxygen saturated solvent The dissolved oxygen meter is calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount becomes 100. Next, using the calibrated dissolved oxygen meter, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide resin composition in which the polyimide resin composition was allowed to stand for 1 hour or more in the atmosphere, and the degassing that degassed the polyimide resin composition. The relative value of the dissolved oxygen amount of the gas polyimide resin composition is measured. And the relative value of the dissolved oxygen amount of the said deaeration polyimide resin composition when the relative value of the dissolved oxygen amount of the said reference | standard polyimide resin composition is set to 100% is made into a relative dissolved oxygen saturation rate.

ここで、液体中の泡は、気体がガス状のままで液体中に混合している状態である。この泡は、外部から混入するだけでなく、液体から発生することが非常に多く見られる。一方、溶存気体とは、液体中に溶解している気体を意味し、これは泡のように目で見ることはできない。本発明は、この液体中の「溶存気体」を除去するものである。
気体の液体に対する溶解量は、液体の種類、温度や圧力、さらには接液材質によって変化し、飽和量以上の溶存気体は泡となって出現する。つまり、泡のない状態の液体であっても、温度や圧力等が変化すると泡を発生することになる。一方で、液体中に泡が存在しても、所定の温度や圧力等である場合、または気体の溶解量が飽和値に満たない場合、泡は液体中に溶解してなくなってしまう。すなわち、単に泡を除去するだけでは不十分であり、溶存気体を除去することが重要である。
Here, the bubbles in the liquid are in a state where the gas remains in a gaseous state and is mixed in the liquid. This foam is not only mixed from the outside, but is very often generated from the liquid. On the other hand, dissolved gas means a gas dissolved in a liquid, which cannot be seen with eyes like bubbles. The present invention removes the “dissolved gas” in the liquid.
The amount of gas dissolved in the liquid varies depending on the type of liquid, temperature and pressure, and the wetted material, and dissolved gas above the saturation amount appears as bubbles. That is, even if the liquid is free of bubbles, bubbles are generated when the temperature, pressure, or the like changes. On the other hand, even if bubbles are present in the liquid, if the temperature is a predetermined temperature or pressure, or if the dissolved amount of the gas is less than the saturation value, the bubbles are not dissolved in the liquid. That is, it is not sufficient to simply remove bubbles, and it is important to remove dissolved gas.

したがって、ポリイミド樹脂組成物が大気と充分な時間接していて、ポリイミド樹脂組成物に空気が定常的に溶解した状態においては、少しの圧力や温度の変化で飽和量以上の溶存気体が泡として発生してしまうことが予想される。しかしながら、空気が定常的に溶解した状態のポリイミド樹脂組成物の溶存気体量を100%としたとき、ポリイミド樹脂組成物の溶存気体量が95%程度である場合には、圧力や温度の変化によってもすぐには溶存気体の飽和量を超えることがないため、泡の発生を抑制することが可能になる。   Therefore, when the polyimide resin composition is in contact with the atmosphere for a sufficient amount of time and the air is constantly dissolved in the polyimide resin composition, a dissolved gas above the saturation amount is generated as a bubble with a slight change in pressure or temperature. It is expected that However, when the dissolved gas amount of the polyimide resin composition in a state where air is constantly dissolved is 100%, when the dissolved gas amount of the polyimide resin composition is about 95%, the pressure and temperature change. Since it does not immediately exceed the saturation amount of the dissolved gas, generation of bubbles can be suppressed.

溶存気体について、ポリイミド樹脂組成物が大気に接している状況下では、ポリイミド樹脂組成物中に溶解している気体の大部分は窒素または酸素となる(大気中の存在量が酸素の次に多いアルゴンでも酸素の1/20以下であるため)。窒素は不活性ガスのため測定が困難であるが、酸素は測定可能である。また、多くの溶媒に関して同一温度・同一圧力下での溶媒に対する酸素と窒素の溶解度の比は1.4〜2.0であり(酸素の方が溶解しやすい)、大気中では窒素の分圧は酸素の分圧より3.7倍程度高いので、ヘンリーの法則から、大気に接している状態では、窒素が酸素の1.9〜2.7倍程度溶解していると考えられる。この比は、圧力が高くない状態では、溶媒の種類が同じであれば一定であり、溶媒の種類が変わっても変動幅は1.9〜2.7倍程度とさほど大きくないので、溶存酸素量を求めることにより、窒素および酸素を合せた溶存気体の量を見積ることが可能である。   With respect to the dissolved gas, in the situation where the polyimide resin composition is in contact with the atmosphere, most of the gas dissolved in the polyimide resin composition is nitrogen or oxygen (the amount in the atmosphere is next to oxygen) Argon is less than 1/20 of oxygen). Nitrogen is an inert gas and is difficult to measure, but oxygen is measurable. In addition, for many solvents, the ratio of the solubility of oxygen and nitrogen in the solvent at the same temperature and pressure is 1.4 to 2.0 (oxygen is easier to dissolve), and the partial pressure of nitrogen in the atmosphere Is about 3.7 times higher than the partial pressure of oxygen. From Henry's law, it is considered that nitrogen is dissolved about 1.9 to 2.7 times that of oxygen when in contact with the atmosphere. This ratio is constant in the state where the pressure is not high as long as the type of the solvent is the same, and even if the type of the solvent is changed, the fluctuation range is not so large as about 1.9 to 2.7 times. By determining the amount, it is possible to estimate the amount of dissolved gas that combines nitrogen and oxygen.

溶存酸素量は、水以外の溶媒中では絶対値を測定することが困難である。そこで、本発明においては、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量を基準として、相対値(相対溶存酸素飽和率)で評価する。   It is difficult to measure the absolute value of dissolved oxygen in a solvent other than water. Therefore, in the present invention, the relative value (relative dissolved oxygen saturation) is evaluated based on the dissolved oxygen amount of the dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in the solvent contained in the polyimide resin composition.

本発明の薄膜素子用基板の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の一例を示す概略断面図である。本発明においては、所定の方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるようにポリイミド樹脂組成物を脱気した後、金属基材上にポリイミド樹脂組成物を塗布し、熱処理によりイミド化して、図1に例示するように金属基材2上に絶縁層3を形成する。この際、表面粗さRaが30nm以下となる絶縁層3が形成される。このようにして薄膜素子用基板1が得られる。
The manufacturing method of the substrate for thin film elements of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a thin film element substrate manufactured by the method for manufacturing a thin film element substrate of the present invention. In the present invention, after the polyimide resin composition is degassed so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by a predetermined method is 95% or less, the polyimide resin composition is applied on the metal substrate, and the imide is obtained by heat treatment. As shown in FIG. 1, the insulating layer 3 is formed on the metal base 2. At this time, the insulating layer 3 having a surface roughness Ra of 30 nm or less is formed. In this way, the thin film element substrate 1 is obtained.

ポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層を形成する場合、ポリイミド樹脂組成物を塗布して乾燥する際に塗膜の表面にスキン層が生成し、溶媒や水が蒸発し難くなったり、気体が脱離し難くなったりするおそれがある。そのため、ポリイミド樹脂組成物中に気泡が含まれていたり、ポリイミド樹脂組成物中に気体が溶存していたりすると、気泡を内包する絶縁層が形成されてしまう。
これに対し本発明においては、絶縁層を形成する前にポリイミド樹脂組成物を脱気するので、絶縁層中の気泡を低減することができる。特に、所定の方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気するので、絶縁層においてマイクロメートルオーダーの気泡だけでなくナノメートルオーダーの気泡も低減することができる。これにより、表面粗さRaが30nm以下の表面平滑性に優れる絶縁層を形成することが可能である。また、金属基材表面に凹凸が存在する場合であっても、金属基材上に絶縁層を形成することで金属基材表面の凹凸を平坦化することができ、薄膜素子用基板の表面平滑性を改善することができる。よって、本発明により製造される薄膜素子用基板を用いることにより、特性の良好な薄膜素子を得ることが可能となる。
When an insulating layer is formed by applying a polyimide resin composition, a skin layer is formed on the surface of the coating film when the polyimide resin composition is applied and dried, and it is difficult for the solvent and water to evaporate, It may become difficult to detach. Therefore, if bubbles are included in the polyimide resin composition or a gas is dissolved in the polyimide resin composition, an insulating layer that encloses the bubbles is formed.
In contrast, in the present invention, since the polyimide resin composition is deaerated before forming the insulating layer, bubbles in the insulating layer can be reduced. In particular, since the polyimide resin composition is deaerated so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by a predetermined method is 95% or less, not only micrometer-order bubbles but also nanometer-order bubbles are reduced in the insulating layer. can do. Thereby, it is possible to form an insulating layer having a surface roughness Ra of 30 nm or less and excellent surface smoothness. Moreover, even when unevenness exists on the surface of the metal base, the unevenness on the surface of the metal base can be flattened by forming an insulating layer on the metal base, and the surface of the thin film element substrate can be smoothed. Can improve sex. Therefore, a thin film element having good characteristics can be obtained by using the thin film element substrate manufactured according to the present invention.

図2は、本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板の他の例を示す概略断面図である。本発明においては、図2に例示するように絶縁層3上に無機化合物を含む密着層4を形成することが好ましい。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of a thin film element substrate manufactured by the method for manufacturing a thin film element substrate of the present invention. In the present invention, it is preferable to form an adhesion layer 4 containing an inorganic compound on the insulating layer 3 as illustrated in FIG.

本発明において、密着層は無機化合物を蒸着して形成されるものであり膜厚が薄いことから、絶縁層が表面平滑性に劣る場合には絶縁層上に形成される密着層の表面平滑性も低下するが、上述したように絶縁層が表面平滑性に優れていれば絶縁層上に形成される密着層の表面平滑性も良好なものとなる。したがって、絶縁層上に密着層を形成する場合であっても、薄膜素子の特性の低下を防ぐことが可能である。   In the present invention, the adhesion layer is formed by vapor-depositing an inorganic compound, and since the film thickness is thin, when the insulating layer is inferior in surface smoothness, the surface smoothness of the adhesion layer formed on the insulating layer However, if the insulating layer is excellent in surface smoothness as described above, the surface smoothness of the adhesion layer formed on the insulating layer is also good. Therefore, even when the adhesion layer is formed on the insulating layer, it is possible to prevent deterioration of characteristics of the thin film element.

また本発明において、絶縁層上に密着層を形成する場合には、薄膜素子部との密着性を高めることができる。したがって、薄膜素子部の製造時に水分や熱が加わって絶縁層の寸法が変化した場合であっても、薄膜素子部を構成する部材、例えばTFTを構成する電極や半導体層に、剥離やクラックが生じるのを防ぐことができる。   In the present invention, when the adhesion layer is formed on the insulating layer, the adhesion with the thin film element portion can be improved. Therefore, even when moisture or heat is applied during the manufacture of the thin film element portion and the dimensions of the insulating layer change, peeling or cracks may occur in the members constituting the thin film element portion, such as the electrodes and semiconductor layers constituting the TFT It can be prevented from occurring.

また本発明によれば、金属基材によって水分や酸素の透過を低減することができるので、水分や酸素による薄膜素子部の劣化を抑制することができ、また素子内の湿度を保ち、湿度変化による特性の低下を抑制することができる。
さらに、一般に金属基材は熱伝導性に優れるので、薄膜素子用基板に放熱性を付与することができる。すなわち、薄膜素子用基板は、水分の遮断性が高いとともに、熱を速やかに伝導もしくは放射することができる。例えば薄膜素子用基板を有機EL素子に用いる場合、有機EL素子の発光時の発熱による悪影響を抑制することができ、発光特性を長期間に亘って安定して維持することができるとともに、発光ムラのない均一な発光を実現し、かつ寿命の短縮や素子破壊を低減することが可能である。
また、金属基材を有することで、薄膜素子用基板の強度を高めることができるので、耐久性を向上させることができる。
In addition, according to the present invention, since the permeation of moisture and oxygen can be reduced by the metal substrate, the deterioration of the thin film element portion due to moisture and oxygen can be suppressed, and the humidity in the element can be maintained and the humidity can be changed. It is possible to suppress the deterioration of characteristics due to.
Furthermore, since a metal base material is generally excellent in thermal conductivity, heat dissipation can be imparted to the thin film element substrate. That is, the thin film element substrate has a high moisture barrier property and can quickly conduct or radiate heat. For example, when a thin film element substrate is used for an organic EL element, adverse effects due to heat generated by the organic EL element during light emission can be suppressed, and the light emission characteristics can be stably maintained over a long period of time. It is possible to achieve uniform light emission without any problems, shorten the lifetime, and reduce element breakdown.
Moreover, since the intensity | strength of the board | substrate for thin film elements can be raised by having a metal base material, durability can be improved.

本発明により製造される薄膜素子用基板は、例えば次のように用いられるものである。図3(a)〜図5(b)は、本発明の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板を備えるTFTの例を示す概略断面図である。
図3(a)に例示するTFT10は、トップゲート・ボトムコンタクト構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成されたソース電極12Sおよびドレイン電極12Dならびに半導体層11と、ソース電極12Sおよびドレイン電極12Dならびに半導体層11上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成されたゲート電極13Gとを有している。
図3(b)に例示するTFT10は、トップゲート・トップコンタクト構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成された半導体層11ならびにソース電極12Sおよびドレイン電極12Dと、半導体層11ならびにソース電極12Sおよびドレイン電極12D上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成されたゲート電極13Gとを有している。
図4(a)に例示するTFT10は、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成されたゲート電極13Gと、ゲート電極13Gを覆うように形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成されたソース電極12Sおよびドレイン電極12Dならびに半導体層11と、ソース電極12Sおよびドレイン電極12Dならびに半導体層11上に形成された保護膜15とを有している。
図4(b)に例示するTFT10は、ボトムゲート・トップコンタクト構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成されたゲート電極13Gと、ゲート電極13Gを覆うように形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成された半導体層11ならびにソース電極12Sおよびドレイン電極12Dと、半導体層11ならびにソース電極12Sおよびドレイン電極12D上に形成された保護膜15とを有している。
図5(a)に例示するTFT10は、コプレーナ型構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成された半導体層11と、半導体層11上に形成されたソース電極12Sおよびドレイン電極12Dと、半導体層11上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成されたゲート電極13Gとを有している。
図5(b)に例示するTFT10も、コプレーナ型構造を有するTFTを備えており、薄膜素子用基板1の密着層4上に形成されたゲート電極13Gと、ゲート電極13G上に形成されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に形成された半導体層11と、半導体層11上に形成されたソース電極12Sおよびドレイン電極12Dと、半導体層11上に形成された保護膜15とを有している。
The substrate for a thin film element manufactured according to the present invention is used, for example, as follows. FIG. 3A to FIG. 5B are schematic cross-sectional views showing an example of a TFT including a thin film element substrate manufactured by the method for manufacturing a thin film element substrate of the present invention.
The TFT 10 illustrated in FIG. 3A includes a TFT having a top gate / bottom contact structure, and includes a source electrode 12S, a drain electrode 12D, and a semiconductor layer 11 formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1. A gate insulating film 14 formed on the source electrode 12S, the drain electrode 12D and the semiconductor layer 11, and a gate electrode 13G formed on the gate insulating film 14.
The TFT 10 illustrated in FIG. 3B includes a TFT having a top gate / top contact structure. The semiconductor layer 11, the source electrode 12 </ b> S, and the drain electrode 12 </ b> D formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1. A gate insulating film 14 formed on the semiconductor layer 11, the source electrode 12S and the drain electrode 12D, and a gate electrode 13G formed on the gate insulating film 14.
The TFT 10 illustrated in FIG. 4A includes a TFT having a bottom gate / bottom contact structure, and covers the gate electrode 13G formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1 and the gate electrode 13G. , The source electrode 12S and the drain electrode 12D and the semiconductor layer 11 formed on the gate insulating film 14, and the protective film formed on the source electrode 12S and the drain electrode 12D and the semiconductor layer 11. 15.
The TFT 10 illustrated in FIG. 4B includes a TFT having a bottom gate / top contact structure, and covers the gate electrode 13G formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1 and the gate electrode 13G. The gate insulating film 14 formed on the gate insulating film 14, the semiconductor layer 11, the source electrode 12S and the drain electrode 12D formed on the gate insulating film 14, and the protective film formed on the semiconductor layer 11, the source electrode 12S and the drain electrode 12D. 15.
A TFT 10 illustrated in FIG. 5A includes a TFT having a coplanar structure, a semiconductor layer 11 formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1, and a source formed on the semiconductor layer 11. It has an electrode 12S and a drain electrode 12D, a gate insulating film 14 formed on the semiconductor layer 11, and a gate electrode 13G formed on the gate insulating film 14.
The TFT 10 illustrated in FIG. 5B also includes a TFT having a coplanar structure, and includes a gate electrode 13G formed on the adhesion layer 4 of the thin film element substrate 1 and a gate formed on the gate electrode 13G. An insulating film 14, a semiconductor layer 11 formed on the gate insulating film 14, a source electrode 12S and a drain electrode 12D formed on the semiconductor layer 11, and a protective film 15 formed on the semiconductor layer 11 are provided. is doing.

以下、本発明の薄膜素子用基板の製造方法における各工程について説明する。   Hereinafter, each process in the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of this invention is demonstrated.

1.脱気工程
本発明における脱気工程は、下記方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気する工程である。
<相対溶存酸素飽和率の算出方法>
まず、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒を用いて、全く酸素が溶存していない上記溶媒の溶存酸素量の測定値が0、上記溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量の測定値が100となるように、溶存酸素量計の校正を行う。次に、校正された上記溶存酸素量計により、ポリイミド樹脂組成物を大気下で1時間以上静置した基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値と、ポリイミド樹脂組成物を脱気した脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値とを測定する。そして、上記基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、上記脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を、相対溶存酸素飽和率とする。
1. Degassing step The degassing step in the present invention is a step of degassing the polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by the following method is 95% or less.
<Calculation method of relative dissolved oxygen saturation>
First, using a dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in a solvent contained in the polyimide resin composition, the measured value of the dissolved oxygen amount of the solvent in which no oxygen is dissolved is 0, and the dissolved oxygen saturated solvent The dissolved oxygen meter is calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount becomes 100. Next, using the calibrated dissolved oxygen meter, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide resin composition in which the polyimide resin composition was allowed to stand for 1 hour or more in the atmosphere, and the degassing that degassed the polyimide resin composition. The relative value of the dissolved oxygen amount of the gas polyimide resin composition is measured. And the relative value of the dissolved oxygen amount of the said deaeration polyimide resin composition when the relative value of the dissolved oxygen amount of the said reference | standard polyimide resin composition is set to 100% is made into a relative dissolved oxygen saturation rate.

以下、ポリイミド樹脂組成物およびポリイミド樹脂組成物の脱気について説明する。   Hereinafter, degassing of the polyimide resin composition and the polyimide resin composition will be described.

(1)ポリイミド樹脂組成物
本発明に用いられるポリイミド樹脂組成物は、ポリイミド成分と溶媒を含有するものである。
ポリイミド成分としては、ポリイミドおよびポリイミド前駆体のいずれであってもよい。具体的には、下記式(1)で表される構造を有するポリイミド、および下記式(2)、(3)で表される構造を有するポリイミド前駆体が挙げられる。
(1) Polyimide resin composition The polyimide resin composition used for this invention contains a polyimide component and a solvent.
As a polyimide component, any of a polyimide and a polyimide precursor may be sufficient. Specifically, a polyimide having a structure represented by the following formula (1) and a polyimide precursor having a structure represented by the following formulas (2) and (3) are exemplified.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(式(1)〜(3)中、R1は4価の有機基、R2は2価の有機基、Rは水素原子もしくは1価の有機基であり、繰り返されるR1同士、R2同士、R同士はそれぞれ同じであってもよく異なっていてもよい。nは1以上の自然数である。) (In the formula (1) ~ (3), R 1 is a tetravalent organic group, R 2 is a divalent organic group, R 3 is a hydrogen atom or a monovalent organic group, R 1 together repeated, R 2 and R 3 may be the same or different, and n is a natural number of 1 or more.)

また、式(3)については、左右非対称であるが、1つのポリマー分子鎖中に左右の向きが異なるものが含まれていてもよい。   Moreover, about Formula (3), although it is left-right asymmetric, what differs in the left-right direction may be contained in one polymer molecular chain.

本発明におけるポリイミド成分としては、上記式(1)、式(2)および式(3)のそれぞれの構造のみを有するポリマーのみ用いてもよく、上記式(1)、式(2)および式(3)のそれぞれの構造のみを有するポリマーを混合して用いてもよく、1つのポリマー分子鎖中に上記式(1)、式(2)および式(3)の構造が混在するものを用いてもよい。   As a polyimide component in this invention, you may use only the polymer which has only each structure of said Formula (1), Formula (2), and Formula (3), and said Formula (1), Formula (2), and Formula ( A polymer having only each structure of 3) may be used by mixing, and one polymer molecular chain in which the structures of the above formulas (1), (2), and (3) are mixed is used. Also good.

上記式(1)〜(3)において、一般に、Rはテトラカルボン酸二無水物由来の構造であり、Rはジアミン由来の構造である。 In the above formulas (1) to (3), generally, R 1 is a structure derived from tetracarboxylic dianhydride, and R 2 is a structure derived from diamine.

本発明に用いられるポリイミド成分を製造する方法としては、従来公知の手法を適用することができる。例えば、上記(2)で表される構造を有するポリイミド前駆体の形成方法としては、(i)酸二無水物とジアミンからポリアミック酸を合成する手法や、(ii)酸二無水物に1価のアルコールやアミノ化合物、エポキシ化合物等を反応させ合成したエステル酸やアミド酸モノマーのカルボン酸に、ジアミノ化合物やその誘導体を反応させて形成する手法などが挙げられるがこれに限定されない。
また、上記(3)で表される構造を有するポリイミド前駆体または上記(1)で表されるポリイミドの形成方法としては、上記(2)で表されるポリイミド前駆体を加熱によりイミド化する方法が挙げられる。
As a method for producing the polyimide component used in the present invention, a conventionally known method can be applied. For example, as a method for forming a polyimide precursor having the structure represented by (2) above, (i) a method of synthesizing polyamic acid from acid dianhydride and diamine, or (ii) monovalent to acid dianhydride Examples include, but are not limited to, a method in which a diamino compound or a derivative thereof is reacted with a carboxylic acid of an ester acid or an amic acid monomer synthesized by reacting an alcohol, an amino compound, an epoxy compound, or the like.
Moreover, as a formation method of the polyimide precursor which has the structure represented by said (3), or the polyimide represented by said (1), the method of imidating the polyimide precursor represented by said (2) by heating Is mentioned.

本発明において上記ポリイミド成分に適用可能なテトラカルボン酸二無水物としては、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、メチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物などの脂肪族テトラカルボン酸二無水物;ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,6,6’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3−ビス〔(3,4−ジカルボキシ)ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、1,4−ビス〔(3,4−ジカルボキシ)ベンゾイル〕ベンゼン二無水物、2,2−ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}プロパン二無水物、2,2−ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}プロパン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、4,4’−ビス〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕ビフェニル二無水物、4,4’−ビス〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕ビフェニル二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}ケトン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルホン二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルホン二無水物、ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルフィド二無水物、ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}スルフィド二無水物、2,2−ビス{4−〔4−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス{4−〔3−(1,2−ジカルボキシ)フェノキシ〕フェニル}−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(2,3−又は3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ぺリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、ピリジンテトラカルボン酸二無水物、スルホニルジフタル酸無水物、m−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、p−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、9,9−ビス−(トリフルオロメチル)キサンテンテトラカルボン酸二無水物、9−フェニル−9−(トリフルオロメチル)キサンテンテトラカルボン酸二無水物、12,14−ジフェニル−12,14−ビス(トリフルオロメチル)−12H,14H−5,7−ジオキサペンタセン−2,3,9,10−テトラカルボン酸二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシトリフルオロフェノキシ)テトラフルオロベンゼン二無水物、1,4−ビス(トリフルオロメチル)−2,3,5,6−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、1−(トリフルオロメチル)−2,3,5,6−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、p−フェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物、p−ビフェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
これらは単独あるいは2種以上混合して用いられる。
Examples of the tetracarboxylic dianhydride applicable to the polyimide component in the present invention include ethylene tetracarboxylic dianhydride, butane tetracarboxylic dianhydride, cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, and methylcyclobutane tetracarboxylic acid. Dianhydrides, aliphatic tetracarboxylic dianhydrides such as cyclopentanetetracarboxylic dianhydride; pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2, 2 ', 3,3'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3', 3,4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3 ′, 3,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, , 2 ′, 6,6′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 2,2-bis (2,3-dicarboxyphenyl) Propane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) sulfone dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane Dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1 , 1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 2,2-bis (2,3-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride 1,3-bis [ (3,4-dicarboxy) benzoyl] benzene dianhydride, 1,4-bis [(3,4-dicarboxy) benzoyl] benzene dianhydride, 2,2-bis {4- [4- (1, 2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} propane dianhydride, 2,2-bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} propane dianhydride, bis {4- [4- ( 1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} ketone dianhydride, bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} ketone dianhydride, 4,4′-bis [4- ( 1,2-dicarboxy) phenoxy] biphenyl dianhydride, 4,4′-bis [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] biphenyl dianhydride, bis {4- [4- (1,2- Dicarboxy) phenoxy] phenyl} Ton dianhydride, bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} ketone dianhydride, bis {4- [4- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} sulfone Anhydride, bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} sulfone dianhydride, bis {4- [4- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} sulfide dianhydride Bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} sulfide dianhydride, 2,2-bis {4- [4- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} -1 , 1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 2,2-bis {4- [3- (1,2-dicarboxy) phenoxy] phenyl} -1,1,1,3 3,3-hexafluoropropane Water, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2,2-bis (2,3- or 3,4-di Carboxyphenyl) propane dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-benzenetetra Carboxylic dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-anthracenetetracarboxylic dianhydride, 1,2,7,8-phenanthrenetetracarboxylic Acid dianhydride, pyridinetetracarboxylic dianhydride, sulfonyldiphthalic anhydride, m-terphenyl-3,3 ′, 4,4′-tetracarboxylic dianhydride, p-terphenyl-3,3 ', 4,4'-tetracarboxylic acid Water, 9,9-bis- (trifluoromethyl) xanthenetetracarboxylic dianhydride, 9-phenyl-9- (trifluoromethyl) xanthenetetracarboxylic dianhydride, 12,14-diphenyl-12,14 -Bis (trifluoromethyl) -12H, 14H-5,7-dioxapentacene-2,3,9,10-tetracarboxylic dianhydride, 1,4-bis (3,4-dicarboxytrifluorophenoxy ) Tetrafluorobenzene dianhydride, 1,4-bis (trifluoromethyl) -2,3,5,6-benzenetetracarboxylic dianhydride, 1- (trifluoromethyl) -2,3,5,6 -Benzenetetracarboxylic dianhydride, p-phenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride, p-biphenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride, etc. Aromatic tetracarboxylic dianhydride, and the like.
These may be used alone or in combination of two or more.

一方、上記ポリイミド成分に適用可能なジアミン成分も、1種類のジアミン単独で、または2種類以上のジアミンを併用して用いることができる。用いられるジアミン成分は、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,1−ジ(3−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,1−ジ(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1−(3−アミノフェニル)−1−(4−アミノフェニル)−1−フェニルエタン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゾニトリル、2,6−ビス(3−アミノフェノキシ)ピリジン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、4,4’−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ]ジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、6,6’−ビス(3−アミノフェノキシ)−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、6,6’−ビス(4−アミノフェノキシ)−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダンのような芳香族アミン;1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、1,3−ビス(4−アミノブチル)テトラメチルジシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン、α,ω−ビス(3−アミノブチル)ポリジメチルシロキサン、ビス(アミノメチル)エーテル、ビス(2−アミノエチル)エーテル、ビス(3−アミノプロピル)エーテル、ビス(2−アミノメトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(2−アミノエトキシ)エチル]エーテル、ビス[2−(3−アミノプロトキシ)エチル]エーテル、1,2−ビス(アミノメトキシ)エタン、1,2−ビス(2−アミノエトキシ)エタン、1,2−ビス[2−(アミノメトキシ)エトキシ]エタン、1,2−ビス[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタン、エチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、ジエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、トリエチレングリコールビス(3−アミノプロピル)エーテル、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカンのような脂肪族アミン;1,2−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,2−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,3−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、1,4−ジ(2−アミノエチル)シクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロへキシル)メタン、2,6−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、2,5−ビス(アミノメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプタンのような脂環式ジアミンなどが挙げられる。グアナミン類としては、アセトグアナミン、ベンゾグアナミンなどを挙げることができ、また、上記ジアミンの芳香環上水素原子の一部若しくは全てをフルオロ基、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基から選ばれた置換基で置換したジアミンも使用することができる。
さらに目的に応じ、架橋点となるエチニル基、ベンゾシクロブテン−4’−イル基、ビニル基、アリル基、シアノ基、イソシアネート基、及びイソプロペニル基のいずれか1種又は2種以上を、上記ジアミンの芳香環上水素原子の一部若しくは全てに置換基として導入しても使用することができる。
On the other hand, a diamine component applicable to the polyimide component can also be used alone or in combination of two or more diamines. The diamine component used is p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, o-phenylenediamine, 3,3′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′- Diaminodiphenyl sulfide, 3,4'-diaminodiphenyl sulfide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 3, , 3′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 3,4′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,4′-diaminodiphenylmethane, 2,2 -Di (3-aminophenyl) Propane, 2,2-di (4-aminophenyl) propane, 2- (3-aminophenyl) -2- (4-aminophenyl) propane, 2,2-di (3-aminophenyl) -1,1, 1,3,3,3-hexafluoropropane, 2,2-di (4-aminophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 2- (3-aminophenyl) -2 -(4-aminophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 1,1-di (3-aminophenyl) -1-phenylethane, 1,1-di (4-amino) Phenyl) -1-phenylethane, 1- (3-aminophenyl) -1- (4-aminophenyl) -1-phenylethane, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis ( 4-aminophenoxy) benzene, 1, -Bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminobenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-aminobenzoyl) benzene, , 4-bis (3-aminobenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-aminobenzoyl) benzene, 1,3-bis (3-amino-α, α-dimethylbenzyl) benzene, 1,3-bis ( 4-amino-α, α-dimethylbenzyl) benzene, 1,4-bis (3-amino-α, α-dimethylbenzyl) benzene, 1,4-bis (4-amino-α, α-dimethylbenzyl) benzene 1,3-bis (3-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 1,3-bis (4-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 1,4- Bis (3-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 1,4-bis (4-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 2,6-bis (3-aminophenoxy) benzo Nitrile, 2,6-bis (3-aminophenoxy) pyridine, 4,4′-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (3- Aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (3-Aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ether, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ether, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-Aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [3- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 2,2-bis [4 -(4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 1,3-bis [4- (3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,3-bis [ 4- (4-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,4-bis [4- (3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,4-bis [4- (4-aminophenoxy) benzo L] benzene, 1,3-bis [4- (3-aminophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] Benzene, 1,4-bis [4- (3-aminophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,4-bis [4- (4-aminophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 4,4′-bis [4- (4-aminophenoxy) benzoyl] diphenyl ether, 4,4′-bis [4- (4-amino-α, α-dimethylbenzyl) phenoxy] benzophenone, 4,4′-bis [4- (4-Amino-α, α-dimethylbenzyl) phenoxy] diphenylsulfone, 4,4′-bis [4- (4-aminophenoxy) phenoxy] diphenylsulfone, 3,3′-dia Mino-4,4′-diphenoxybenzophenone, 3,3′-diamino-4,4′-dibiphenoxybenzophenone, 3,3′-diamino-4-phenoxybenzophenone, 3,3′-diamino-4-biphenoxy Benzophenone, 6,6′-bis (3-aminophenoxy) -3,3,3 ′, 3′-tetramethyl-1,1′-spirobiindane, 6,6′-bis (4-aminophenoxy) -3, Aromatic amines such as 3,3 ′, 3′-tetramethyl-1,1′-spirobiindane; 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane, 1,3-bis (4-aminobutyl) ) Tetramethyldisiloxane, α, ω-bis (3-aminopropyl) polydimethylsiloxane, α, ω-bis (3-aminobutyl) polydimethylsiloxane, bis (aminomethyl) A Bis (2-aminoethyl) ether, bis (3-aminopropyl) ether, bis (2-aminomethoxy) ethyl] ether, bis [2- (2-aminoethoxy) ethyl] ether, bis [2- ( 3-aminoprotoxy) ethyl] ether, 1,2-bis (aminomethoxy) ethane, 1,2-bis (2-aminoethoxy) ethane, 1,2-bis [2- (aminomethoxy) ethoxy] ethane, 1,2-bis [2- (2-aminoethoxy) ethoxy] ethane, ethylene glycol bis (3-aminopropyl) ether, diethylene glycol bis (3-aminopropyl) ether, triethylene glycol bis (3-aminopropyl) ether , Ethylenediamine, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diamino Of 1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, 1,11-diaminoundecane, 1,12-diaminododecane Such aliphatic amines; 1,2-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, 1,4-diaminocyclohexane, 1,2-di (2-aminoethyl) cyclohexane, 1,3-di (2-aminoethyl) ) Cyclohexane, 1,4-di (2-aminoethyl) cyclohexane, bis (4-aminocyclohexyl) methane, 2,6-bis (aminomethyl) bicyclo [2.2.1] heptane, 2,5- And alicyclic diamines such as bis (aminomethyl) bicyclo [2.2.1] heptane. Examples of guanamines include acetoguanamine, benzoguanamine, and the like, and some or all of the hydrogen atoms on the aromatic ring of the diamine are fluoro group, methyl group, methoxy group, trifluoromethyl group, or trifluoromethoxy group. Diamines substituted with substituents selected from the group can also be used.
Furthermore, depending on the purpose, any one or two or more of the ethynyl group, benzocyclobuten-4′-yl group, vinyl group, allyl group, cyano group, isocyanate group, and isopropenyl group serving as a crosslinking point, Even if it introduce | transduces into some or all of the hydrogen atoms on the aromatic ring of diamine as a substituent, it can be used.

本発明におけるポリイミド樹脂組成物の耐熱性および絶縁性を向上させるためには、上記ポリイミド成分が、芳香族骨格を含むことが好ましい。芳香族骨格を含有するポリイミド成分を加熱硬化することにより得られるポリイミド樹脂は、その剛直で平面性の高い骨格に由来して、耐熱性や薄膜での絶縁性に優れ、低アウトガスであることから、本発明の薄膜素子用基板の絶縁層に好ましく用いられるからである。
また、ポリイミド成分は、酸二無水物由来の部分が芳香族構造を有し、さらにジアミン由来の部分も芳香族構造を含むことが望ましい。それゆえジアミン成分由来の構造も芳香族ジアミンから誘導される構造であることが好ましい。特に、酸二無水物由来の部分およびジアミン由来の部分のすべてが芳香族構造を含む全芳香族ポリイミドもしくは全芳香族ポリイミド前駆体であることが好ましい。
In order to improve the heat resistance and insulation of the polyimide resin composition in the present invention, the polyimide component preferably contains an aromatic skeleton. The polyimide resin obtained by heat curing a polyimide component containing an aromatic skeleton is derived from its rigid and highly planar skeleton, and is excellent in heat resistance and insulation in a thin film, and is low outgas. This is because it is preferably used for the insulating layer of the thin film element substrate of the present invention.
Moreover, as for the polyimide component, it is desirable for the part derived from an acid dianhydride to have an aromatic structure, and also the part derived from a diamine to contain an aromatic structure. Therefore, the structure derived from the diamine component is also preferably a structure derived from an aromatic diamine. In particular, it is preferable that all of the part derived from the acid dianhydride and the part derived from the diamine are a wholly aromatic polyimide or a wholly aromatic polyimide precursor containing an aromatic structure.

ここで、全芳香族ポリイミド前駆体とは、芳香族酸成分と芳香族アミン成分の共重合、又は、芳香族酸/アミノ成分の重合により得られるポリイミド前駆体及びその誘導体である。また、芳香族酸成分とは、ポリイミド骨格を形成する4つの酸基が全て芳香族環上に置換している化合物であり、芳香族アミン成分とは、ポリイミド骨格を形成する2つのアミノ基が両方とも芳香族環上に置換している化合物であり、芳香族酸/アミノ成分とはポリイミド骨格を形成する酸基とアミノ基がいずれも芳香族環上に置換している化合物である。ただし、前述した原料の芳香族酸二無水物および芳香族ジアミンの具体例から明らかなように、全ての酸基又はアミノ基が同じ芳香環上に存在する必要はない。
以上の理由から、ポリイミド前駆体は、最終的に得られるポリイミド樹脂に耐熱性及び寸法安定性を求める場合には、芳香族酸成分及び/又は芳香族アミン成分の共重合割合ができるだけ大きいことが好ましい。具体的には、イミド構造の繰り返し単位を構成する酸成分に占める芳香族酸成分の割合が50モル%以上、特に70モル%以上であることが好ましく、イミド構造の繰り返し単位を構成するアミン成分に占める芳香族アミン成分の割合が40モル%以上、特に60モル%以上であることが好ましく、全芳香族ポリイミドもしくは全芳香族ポリイミド前駆体であることが好ましい。
Here, the wholly aromatic polyimide precursor is a polyimide precursor obtained by copolymerization of an aromatic acid component and an aromatic amine component, or polymerization of an aromatic acid / amino component, and a derivative thereof. The aromatic acid component is a compound in which all four acid groups forming the polyimide skeleton are substituted on the aromatic ring, and the aromatic amine component is the two amino groups forming the polyimide skeleton. Both are compounds substituted on the aromatic ring, and the aromatic acid / amino component is a compound in which both the acid group and amino group forming the polyimide skeleton are substituted on the aromatic ring. However, as is clear from the specific examples of the raw material aromatic dianhydride and aromatic diamine, it is not necessary that all acid groups or amino groups exist on the same aromatic ring.
For the above reasons, the polyimide precursor should have a copolymerization ratio of the aromatic acid component and / or aromatic amine component as large as possible when the final polyimide resin is required to have heat resistance and dimensional stability. preferable. Specifically, the proportion of the aromatic acid component in the acid component constituting the repeating unit of the imide structure is preferably 50 mol% or more, particularly preferably 70 mol% or more, and the amine component constituting the repeating unit of the imide structure The proportion of the aromatic amine component in the total is preferably 40 mol% or more, particularly preferably 60 mol% or more, and is preferably a wholly aromatic polyimide or a wholly aromatic polyimide precursor.

また、上記式(1)、式(3)に含まれるイミド化後の環構造の部分は、上記式(2)、式(3)に含まれるイミド化前のカルボン酸の部分よりも、溶剤への溶解性が低いため、イミド化前の構造を多く含む、溶解性が高いポリイミド前駆体を用いることが望ましい。酸無水物由来のカルボキシル基(もしくはそのエステル)が全体の50%以上あることが望ましく、75%以上であることがさらに好ましく、全て、上記式(2)からなるポリアミック酸(およびその誘導体)であることが好ましい。
また、上記式(2)からなるポリアミック酸(およびその誘導体)については、合成の容易さおよびアルカリ現像液に対する溶解性の高さから、R3が全て水素原子であるポリアミック酸であることが特に好ましい。
Further, the portion of the ring structure after imidization contained in the above formulas (1) and (3) is more solvent than the portion of the carboxylic acid before imidation contained in the above formulas (2) and (3). Therefore, it is desirable to use a highly soluble polyimide precursor containing a large number of structures before imidization. It is desirable that the acid anhydride-derived carboxyl group (or its ester) is 50% or more of the total, more preferably 75% or more, and all of the polyamic acid (and derivatives thereof) comprising the above formula (2) Preferably there is.
In addition, the polyamic acid (and derivatives thereof) composed of the above formula (2) is particularly preferably a polyamic acid in which R 3 is all hydrogen atoms because of ease of synthesis and high solubility in an alkali developer. preferable.

本発明においては、なかでも、上記式(1)〜(3)で表される構造を有するポリイミド成分におけるRのうち33モル%以上が、下記式で表わされるいずれかの構造であることが好ましい。耐熱性に優れ、低線熱膨張係数を示すポリイミド樹脂となるというメリットがあるからである。 In the present invention, among them, 33 mol% or more of R 1 in the polyimide component having the structure represented by the above formulas (1) to (3) may be any structure represented by the following formula. preferable. It is because it has the merit that it becomes a polyimide resin which is excellent in heat resistance and shows a low linear thermal expansion coefficient.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(式(4)中、aは0または1以上の自然数、Aは単結合(ビフェニル構造)、酸素原子(エーテル結合)、エステル結合のいずれかであり、全てが同じであっても、各々異なっていてもよい。結合基は、芳香環の結合部位から見て、芳香環の2,3位もしくは3,4位に結合する。) (In formula (4), a is a natural number of 0 or 1 or more, A is a single bond (biphenyl structure), an oxygen atom (ether bond), or an ester bond. The linking group is bonded to the 2, 3 or 3, 4 position of the aromatic ring as viewed from the bonding site of the aromatic ring.)

本発明においては、特に、上記(1)〜(3)で表される構造を有するポリイミド成分が上記式(4)で表される構造を含むと、上記ポリイミド樹脂が低吸湿膨張を示す。さらには、市販で入手が容易であり、低コストであるというメリットもある。   In the present invention, in particular, when the polyimide component having the structure represented by the above (1) to (3) includes the structure represented by the above formula (4), the polyimide resin exhibits low hygroscopic expansion. Furthermore, there is also an advantage that it is easily available on the market and is low cost.

上記のような構造を有するポリイミド成分は、高耐熱性、低線熱膨張係数を示すポリイミド樹脂を形成可能である。そのため、上記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)〜(3)中のRのうち100モル%に近ければ近いほど好ましいが、少なくとも上記式(1)〜(3)中のRのうち33%以上含有すればよい。中でも、上記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)〜(3)中のRのうち50モル%以上であることが好ましく、さらに70モル%以上であることが好ましい。 The polyimide component having the above-described structure can form a polyimide resin exhibiting high heat resistance and a low linear thermal expansion coefficient. Therefore, the content of the structure represented by the above formula is preferably closer to 100 mol% in R 1 in the above formulas (1) to (3), but at least in the above formulas (1) to (3). it may be contained 33% or more of R 1. Among them, the content of the structure represented by the above formula is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, among R 1 in the above formulas (1) to (3).

本発明において、ポリイミド樹脂を低吸湿にする酸二無水物の構造としては、下記式(5)で表わされるものが挙げられる。   In the present invention, examples of the structure of the acid dianhydride that makes the polyimide resin moisture-absorbing include those represented by the following formula (5).

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(式(5)中、aは0または1以上の自然数、Aは単結合(ビフェニル構造)、酸素原子(エーテル結合)、エステル結合のいずれかであり、全てが同じであっても、各々異なっていてもよい。酸無水物骨格(―CO−O−CO−)は、隣接する芳香環の結合部位から見て、芳香環の2,3位もしくは、3,4位に結合する。) (In the formula (5), a is a natural number of 0 or 1 or more, A is a single bond (biphenyl structure), an oxygen atom (ether bond), or an ester bond. (The acid anhydride skeleton (—CO—O—CO—) is bonded to the 2, 3 or 3, 4 position of the aromatic ring as viewed from the bonding site of the adjacent aromatic ring.)

上記式(5)において、Aが単結合(ビフェニル構造)、酸素原子(エーテル結合)である酸二無水物としては、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物などが挙げられる。これらは、吸湿膨張係数を低減させる観点ならびに、ジアミンの選択性を広げる観点から、好ましい。   In the above formula (5), the acid dianhydride in which A is a single bond (biphenyl structure) or an oxygen atom (ether bond) includes 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2 , 3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,2 ′, 3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, etc. Is mentioned. These are preferable from the viewpoint of reducing the hygroscopic expansion coefficient and from the viewpoint of expanding the selectivity of the diamine.

上記式(5)において、Aがエステル結合であるフェニルエステル系の酸二無水物は、ポリイミド樹脂を低吸湿にする観点から、特に好ましい。例えば、下記式で表わされる酸二無水物が挙げられる。具体的には、p−フェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物、p−ビフェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物などが挙げられる。これらは、吸湿膨張係数を低減させる観点ならびに、ジアミンの選択性を広げる観点から、特に好ましい。   In the above formula (5), a phenyl ester acid dianhydride in which A is an ester bond is particularly preferable from the viewpoint of reducing the moisture absorption of the polyimide resin. For example, an acid dianhydride represented by the following formula may be mentioned. Specific examples include p-phenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride, p-biphenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride, and the like. These are particularly preferable from the viewpoint of reducing the hygroscopic expansion coefficient and from the viewpoint of expanding the selectivity of the diamine.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(式中、aは0または1以上の自然数である。酸無水物骨格(―CO−O−CO−)は、隣接する芳香環の結合部位から見て、芳香環の2,3位もしくは3,4位に結合する。) (Wherein, a is a natural number of 0 or 1 or more. The acid anhydride skeleton (—CO—O—CO—) is a 2, 3-position or 3 of the aromatic ring as viewed from the bonding site of the adjacent aromatic ring. , Binds to position 4.)

上述の吸湿膨張係数が小さいテトラカルボン酸二無水物の場合、後述するジアミンとしては幅広く選択することができる。   In the case of the tetracarboxylic dianhydride having a small hygroscopic expansion coefficient as described above, a wide variety of diamines to be described later can be selected.

併用するテトラカルボン酸二無水物として、下記式で表わされるような少なくとも1つのフッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物を用いることができる。フッ素が導入されたテトラカルボン酸二無水物を用いると、最終的に得られるポリイミド樹脂の吸湿膨張係数が低下する。少なくとも1つのフッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物としては、中でも、フルオロ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基を有することが好ましい。具体的には、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物などが挙げられる。しかしながら、上記ポリイミド成分として含まれるポリイミド前駆体がフッ素を含んだ骨格を有する場合、上記ポリイミド前駆体が、塩基性水溶液に溶解しづらい傾向にあり、上記ポリイミド前駆体の状態で、レジスト等を用いてパターニングを行う際には、アルコール等の有機溶媒と塩基性水溶液との混合溶液によって現像を行う必要がある場合がある。   As the tetracarboxylic dianhydride used in combination, a tetracarboxylic dianhydride having at least one fluorine atom as represented by the following formula can be used. When tetracarboxylic dianhydride into which fluorine is introduced is used, the hygroscopic expansion coefficient of the finally obtained polyimide resin is lowered. The tetracarboxylic dianhydride having at least one fluorine atom preferably has a fluoro group, a trifluoromethyl group, or a trifluoromethoxy group. Specific examples include 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride. However, when the polyimide precursor contained as the polyimide component has a skeleton containing fluorine, the polyimide precursor tends to be difficult to dissolve in a basic aqueous solution, and a resist or the like is used in the state of the polyimide precursor. When patterning is performed, it may be necessary to perform development with a mixed solution of an organic solvent such as alcohol and a basic aqueous solution.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

ここで、選択されるジアミンは耐熱性、すなわち、低アウトガス化の観点より芳香族ジアミンが好ましいが、目的の物性に応じてジアミンの全体の60モル%、好ましくは40モル%を超えない範囲で、脂肪族ジアミンやシロキサン系ジアミン等の芳香族以外のジアミンを用いてもよい。   Here, the selected diamine is preferably an aromatic diamine from the viewpoint of heat resistance, that is, low outgassing, but in a range not exceeding 60 mol%, preferably 40 mol% of the total of the diamine depending on the desired physical properties. A non-aromatic diamine such as an aliphatic diamine or a siloxane diamine may be used.

また、上記ポリイミド成分においては、上記式(1)〜(3)中のRのうち33モル%以上が下記式で表わされるいずれかの構造であることが好ましい。 Moreover, in the said polyimide component, it is preferable that 33 mol% or more among R < 2 > in said Formula (1)-(3) is either structure represented by a following formula.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(R11は2価の有機基、酸素原子、硫黄原子、またはスルホン基であり、R12およびR13は1価の有機基、またはハロゲン原子である。) (R 11 is a divalent organic group, an oxygen atom, a sulfur atom, or a sulfone group, and R 12 and R 13 are a monovalent organic group or a halogen atom.)

上記ポリイミド成分が上記式のいずれかの構造を含むと、これら剛直な骨格に由来し、低線熱膨張および低吸湿膨張を示す。さらには、市販で入手が容易であり、低コストであるというメリットもある。
上記のような構造を有する場合、上記ポリイミド樹脂の耐熱性が向上し、線熱膨張係数が小さくなる。そのため、上記式(1)〜(3)中のRのうち100モル%に近ければ近いほど好ましいが、上記式(1)〜(3)中のRのうち少なくとも33%以上含有すればよい。中でも上記式で表わされる構造の含有量は上記式(1)中のRのうち50モル%以上であることが好ましく、さらに70モル%以上であることが好ましい。
When the polyimide component contains any structure of the above formula, it is derived from these rigid skeletons and exhibits low linear thermal expansion and low hygroscopic expansion. Furthermore, there is also an advantage that it is easily available on the market and is low cost.
When it has the above structure, the heat resistance of the polyimide resin is improved and the linear thermal expansion coefficient is reduced. Therefore, the closer to 100 mol% of R 2 in the above formulas (1) to (3), the better, but it is preferable that at least 33% or more of R 2 in the above formulas (1) to (3) is contained. Good. Among them, the content of the structure represented by the above formula is preferably 50 mol% or more, more preferably 70 mol% or more, of R 2 in the above formula (1).

上記ポリイミド樹脂をより低吸湿膨張とする観点からは、ジアミンの構造としては、下記式(6−1)〜(6−3)、(7)で表わされるものが好ましい。   From the viewpoint of making the polyimide resin have a lower hygroscopic expansion, those represented by the following formulas (6-1) to (6-3) and (7) are preferable as the structure of the diamine.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(式(6−2)〜(6−3)中、同一の芳香環に2つアミノ基が結合していてもよい。
式(7)中、aは0または1以上の自然数、アミノ基はベンゼン環同士の結合に対して、メタ位またはパラ位に結合する。また、芳香環上の水素原子の一部若しくは全てをフルオロ基、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基から選ばれた置換基で置換されていてもよい。)
(In formulas (6-2) to (6-3), two amino groups may be bonded to the same aromatic ring.
In Formula (7), a is 0 or a natural number of 1 or more, and the amino group is bonded to the meta position or the para position with respect to the bond between the benzene rings. Further, some or all of the hydrogen atoms on the aromatic ring may be substituted with a substituent selected from a fluoro group, a methyl group, a methoxy group, a trifluoromethyl group, or a trifluoromethoxy group. )

上記式(6−1)〜(6−3)で表されるジアミンとしては、具体的には、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,4−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、2、6−ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノナフタレン、1,4−ジアミノアントラセンなどが挙げられる。   Specific examples of diamines represented by the above formulas (6-1) to (6-3) include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 2,7-diaminonaphthalene, 1,4-diaminoanthracene and the like can be mentioned.

上記式(7)で表わされるジアミンとしては、具体的には、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル等が挙げられる。   Specific examples of the diamine represented by the above formula (7) include 2,2′-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-ditrifluoromethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 3 3,3′-dichloro-4,4′-diaminobiphenyl, 3,3′-dimethoxy-4,4′-diaminobiphenyl, 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, and the like.

また、芳香環の置換基としてフッ素を導入すると、上記ポリイミド樹脂の吸湿膨張係数を低減させることができる。例えば、上記式(7)で表わされるジアミンの中でフッ素が導入された構造としては、下記式で表わされるものが挙げられる。しかしながら、フッ素を含むポリイミド前駆体、特にポリアミック酸は、塩基性水溶液に溶解しにくく、基板上に低アウトガス感光性ポリイミド絶縁層を部分的に形成する場合には、上記絶縁層の加工の際に、アルコールなどの有機溶媒との混合溶液で現像する必要がある場合がある。   In addition, when fluorine is introduced as a substituent of the aromatic ring, the hygroscopic expansion coefficient of the polyimide resin can be reduced. For example, examples of the structure in which fluorine is introduced in the diamine represented by the above formula (7) include those represented by the following formula. However, polyimide precursors containing fluorine, especially polyamic acid, are difficult to dissolve in a basic aqueous solution. When a low outgas photosensitive polyimide insulating layer is partially formed on a substrate, the insulating layer is processed during the processing. It may be necessary to develop with a mixed solution with an organic solvent such as alcohol.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

本発明に用いられるポリイミド樹脂組成物に感光性を付与し、感光性ポリイミド樹脂組成物として用いる際には、感度を高め、マスクパターンを正確に再現するパターン形状を得るために、1μmの膜厚のときに、露光波長に対して少なくとも5%以上の透過率を示すことが好ましく、15%以上の透過率を示すことが更に好ましい。   When the polyimide resin composition used in the present invention is imparted with photosensitivity and used as a photosensitive polyimide resin composition, the film thickness is 1 μm in order to increase the sensitivity and obtain a pattern shape that accurately reproduces the mask pattern. In this case, it is preferable that the transmittance is at least 5% or more with respect to the exposure wavelength, and it is more preferable that the transmittance is 15% or more.

また、一般的な露光光源である高圧水銀灯を用いて露光を行う場合には、少なくとも436nm、405nm、365nmの波長の電磁波のうち1つの波長の電磁波に対する透過率が、厚み1μmのフィルムに成膜した時で好ましくは5%以上、更に好ましくは15%、より更に好ましくは50%以上である。
露光波長に対してポリイミド成分の透過率が高いということは、それだけ、光のロスが少ないということであり、高感度の感光性ポリイミド樹脂組成物を得ることができる。
In addition, when exposure is performed using a high-pressure mercury lamp, which is a general exposure light source, a transmittance with respect to an electromagnetic wave having a wavelength of at least 436 nm, 405 nm, and 365 nm is formed on a film having a thickness of 1 μm. Is preferably 5% or more, more preferably 15%, and still more preferably 50% or more.
That the transmittance | permeability of a polyimide component is high with respect to an exposure wavelength means that there is little light loss, and a highly sensitive photosensitive polyimide resin composition can be obtained.

ポリイミド成分として、透過率をあげるためには、酸二無水物としてフッ素が導入された酸二無水物や、脂環骨格を有する酸二無水物を用いることが望ましい。しかし、脂環骨格を有する酸二無水物を用いると、耐熱性が低下し、低アウトガス性を損なう恐れがあるので、共重合割合に注意しながら併用してもよい。
本発明においては、透過率をあげるためには酸二無水物としてフッ素が導入された芳香族の酸二無水物を用いることが、耐熱性を維持しつつ(芳香族なので)、吸湿膨張も低減することが可能である点からさらに好ましい。
In order to increase the transmittance as the polyimide component, it is desirable to use an acid dianhydride into which fluorine is introduced as an acid dianhydride or an acid dianhydride having an alicyclic skeleton. However, if an acid dianhydride having an alicyclic skeleton is used, the heat resistance may be lowered and the low outgassing property may be impaired.
In the present invention, in order to increase the transmittance, the use of an aromatic acid dianhydride into which fluorine is introduced as the acid dianhydride reduces the hygroscopic expansion while maintaining heat resistance (because it is aromatic). It is further preferable because it can be performed.

本発明において用いられる少なくとも1つのフッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物としては、上述のフッ素原子を有するテトラカルボン酸二無水物を用いることができ、なかでも、フルオロ基、トリフルオロメチル基、またはトリフルオロメトキシ基を有することが好ましい。具体的には、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物などが挙げられる。
しかしながら、フッ素を含んだ骨格を有するポリイミド前駆体は、塩基性水溶液に溶解しづらい傾向にあり、ポリイミド前駆体の状態で、レジスト等を用いてパターニングを行う際には、アルコール等の有機溶媒と塩基性水溶液との混合溶液によって現像を行う必要がある場合がある。
As the tetracarboxylic dianhydride having at least one fluorine atom used in the present invention, the above-mentioned tetracarboxylic dianhydride having a fluorine atom can be used, among which a fluoro group, a trifluoromethyl group, Alternatively, it preferably has a trifluoromethoxy group. Specific examples include 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride.
However, a polyimide precursor having a skeleton containing fluorine tends to be difficult to dissolve in a basic aqueous solution, and when patterning using a resist or the like in the state of the polyimide precursor, an organic solvent such as alcohol and the like It may be necessary to perform development with a mixed solution with a basic aqueous solution.

また、ピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物などの剛直な酸二無水物を用いると、最終的に得られるポリイミド樹脂の線熱膨張係数が小さくなるが、透明性の向上を阻害する傾向があるので、共重合割合に注意しながら併用してもよい。   Also, rigid acid dianhydrides such as pyromellitic acid anhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, etc. If used, the linear thermal expansion coefficient of the finally obtained polyimide resin is reduced, but it tends to hinder the improvement of transparency, so it may be used in combination while paying attention to the copolymerization ratio.

ポリイミド成分として、透過率をあげるためには、ジアミンとしてフッ素が導入されたジアミンや、脂環骨格を有するジアミンを用いることが望ましい。しかし、脂環骨格を有するジアミンを用いると、耐熱性が低下し、低アウトガス性を損なう恐れがあるので、共重合割合に注意しながら併用してもよい。
透過率をあげるためにはジアミンとしてフッ素が導入された芳香族のジアミンを用いることが、耐熱性を維持しつつ(芳香族なので)、吸湿膨張も低減することが可能である点からさらに好ましい。
In order to increase the transmittance as the polyimide component, it is desirable to use a diamine introduced with fluorine as a diamine or a diamine having an alicyclic skeleton. However, if a diamine having an alicyclic skeleton is used, the heat resistance may be lowered and the low outgassing property may be impaired.
In order to increase the transmittance, it is more preferable to use an aromatic diamine into which fluorine is introduced as the diamine because it is possible to reduce hygroscopic expansion while maintaining heat resistance (since it is aromatic).

フッ素が導入された芳香族のジアミンとしては、具体的には、上述のフッ素が導入された構造を有するものを挙げることができ、より具体的には、2,2’−ジトリフルオロメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2−ジ(3−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ジ(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−α,α−ジトリフルオロメチルベンジル)ベンゼン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン等が挙げられる。
しかしながら、フッ素を含むポリイミド前駆体、特にポリアミック酸は、塩基性水溶液に溶解しにくく、基板上に低アウトガス感光性ポリイミド絶縁層を部分的に形成する場合には、上記絶縁層の加工の際に、アルコールなどの有機溶媒との混合溶液で現像する必要がある場合がある。
Specific examples of the aromatic diamine into which fluorine has been introduced include those having the above-mentioned structure into which fluorine has been introduced. More specifically, 2,2′-ditrifluoromethyl-4 , 4'-diaminobiphenyl, 2,2-di (3-aminophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 2,2-di (4-aminophenyl) -1,1 , 1,3,3,3-hexafluoropropane, 2- (3-aminophenyl) -2- (4-aminophenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 1,3 -Bis (3-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 1,3-bis (4-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 1,4-bis (3-amino-α , Α-Ditrifluoromethylbenzyl Benzene, 1,4-bis (4-amino-α, α-ditrifluoromethylbenzyl) benzene, 2,2-bis [3- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3 Examples include 3-hexafluoropropane and 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane.
However, polyimide precursors containing fluorine, especially polyamic acid, are difficult to dissolve in a basic aqueous solution. When a low outgas photosensitive polyimide insulating layer is partially formed on a substrate, the insulating layer is processed during the processing. It may be necessary to develop with a mixed solution with an organic solvent such as alcohol.

また、上記式(1)および(3)に含まれるイミド化後の環構造の部分は、それぞれ、上記式(3)および(2)で示されるポリイミド前駆体に含まれるイミド化前のカルボン酸の部分よりも、透過率が低い傾向にあるため、イミド化前の構造を多く含む、透明性が高いポリイミド前駆体を用いることが望ましい。酸無水物由来のカルボキシル基(もしくはそのエステル)が全体の50%以上あることが望ましく、75%以上であることがさらに好ましく、全て、上記式(2)で示されるポリイミド前駆体、すなわち、ポリアミック酸(およびその誘導体)であることが好ましい。
また、アルカリ現像液を用いて現像する際には、上記式(2)および(3)に含まれるイミド化前のカルボン酸部分の残存量によりアルカリ現像液に対する溶解性を変えることができる。現像速度を速める観点からは、イミド化前の構造を多く含む、溶解性が高いポリイミド前駆体を用いることが望ましく、上記式(2)および(3)におけるR3が全て水素原子であるポリアミック酸であることが好ましい。しかしながら、現像速度が速すぎて、パターン残存部の溶解性が高すぎる場合には、イミド化が進行したものを用いるもしくは、上記式(2)および(3)におけるR3に1価の有機基を導入して溶解速度を下げることができる。
The parts of the ring structure after imidization contained in the above formulas (1) and (3) are the carboxylic acids before imidation contained in the polyimide precursors represented by the above formulas (3) and (2), respectively. Since the transmittance tends to be lower than that of the portion, it is desirable to use a highly transparent polyimide precursor containing a large number of structures before imidization. It is desirable that the acid anhydride-derived carboxyl group (or ester thereof) is 50% or more of the total, more preferably 75% or more, and all of the polyimide precursor represented by the above formula (2), that is, polyamic An acid (and its derivatives) is preferred.
Moreover, when developing using an alkali developing solution, the solubility with respect to an alkali developing solution can be changed with the residual amount of the carboxylic acid part before imidation contained in said Formula (2) and (3). From the viewpoint of increasing the development speed, it is desirable to use a highly soluble polyimide precursor containing a large number of structures before imidization, and R 3 in the above formulas (2) and (3) are all hydrogen atoms. It is preferable that However, when the developing speed is too high and the solubility of the pattern remaining portion is too high, the one in which imidization has progressed is used, or R 3 in the above formulas (2) and (3) is a monovalent organic group Can be introduced to lower the dissolution rate.

一方、ジアミンとして、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンなどのシロキサン骨格を有するジアミンを用いると、基板との密着性を改善したり、上記ポリイミド樹脂の弾性率が低下し、ガラス転移温度を低下させたりすることができる。   On the other hand, when a diamine having a siloxane skeleton such as 1,3-bis (3-aminopropyl) tetramethyldisiloxane is used as the diamine, the adhesion to the substrate is improved or the elastic modulus of the polyimide resin is decreased. The glass transition temperature can be lowered.

本発明に用いられるポリイミド成分の重量平均分子量は、その用途にもよるが、3,000〜1,000,000の範囲であることが好ましく、5,000〜500,000の範囲であることがさらに好ましく、10,000〜500,000の範囲であることがさらに好ましい。重量平均分子量が3,000未満であると、塗膜又はフィルムとした場合に十分な強度が得られにくい。また、加熱処理等を施しポリイミド樹脂などの高分子とした際の膜の強度も低くなる。一方、重量平均分子量が1,000,000を超えると粘度が上昇し、溶解性も落ちてくるため、表面が平滑で膜厚が均一な塗膜又はフィルムが得られにくい。
ここで用いている分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の値のことをいい、ポリイミド前駆体そのものの分子量でも良いし、無水酢酸等で化学的イミド化処理を行った後のものでも良い。
The weight average molecular weight of the polyimide component used in the present invention is preferably in the range of 3,000 to 1,000,000, and more preferably in the range of 5,000 to 500,000, depending on the use. More preferably, it is in the range of 10,000 to 500,000. When the weight average molecular weight is less than 3,000, it is difficult to obtain sufficient strength when a coating film or film is used. In addition, the strength of the film is reduced when a heat treatment or the like is performed to obtain a polymer such as a polyimide resin. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity increases and the solubility decreases, so that it is difficult to obtain a coating film or film having a smooth surface and a uniform film thickness.
The molecular weight used here refers to a value in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC), may be the molecular weight of the polyimide precursor itself, or after chemical imidization treatment with acetic anhydride or the like. Things can be used.

本発明に用いられるポリイミド成分の含有量としては、得られるパターンの膜物性、特に膜強度や耐熱性の点から、上記ポリイミド樹脂組成物の固形分全体に対し、50重量%以上であることが好ましく、なかでも、70重量%以上であることが好ましい。
なお、ポリイミド樹脂組成物の固形分とは溶剤以外の全成分であり、液状のモノマー成分も固形分に含まれる。
The content of the polyimide component used in the present invention is 50% by weight or more based on the entire solid content of the polyimide resin composition from the viewpoint of film physical properties of the pattern to be obtained, particularly film strength and heat resistance. Among these, 70% by weight or more is preferable.
In addition, solid content of a polyimide resin composition is all components other than a solvent, and a liquid monomer component is also contained in solid content.

ポリイミド前駆体またはポリイミドを溶解、分散または希釈する溶媒としては、各種の汎用溶媒を用いることができる。また、ポリイミド樹脂組成物がポリイミド前駆体を含有する場合には、ポリアミック酸の合成反応により得られた溶液をそのまま用い、そこに必要に応じて他の成分を混合してもよい。   Various general-purpose solvents can be used as a solvent for dissolving, dispersing or diluting the polyimide precursor or polyimide. Moreover, when a polyimide resin composition contains a polyimide precursor, you may use the solution obtained by the synthesis reaction of polyamic acid as it is, and may mix other components there as needed.

使用可能な汎用溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールモノエーテル類(いわゆるセロソルブ類);メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、前記グリコールモノエーテル類の酢酸エステル(例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート)、メトキシプロピルアセテート、エトキシプロピルアセテート、蓚酸ジメチル、乳酸メチル、乳酸エチル等のエステル類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;塩化メチレン、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン、1−クロロプロパン、1−クロロブタン、1−クロロペンタン、クロロベンゼン、ブロムベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド等のアミド類;N−メチルピロリドンなどのピロリドン類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類、その他の有機極性溶媒類等が挙げられ、更には、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、および、その他の有機非極性溶媒類等も挙げられる。これらの溶媒は単独若しくは組み合わせて用いられる。   Examples of general-purpose solvents that can be used include ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, and propylene glycol diethyl ether; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, Glycol monoethers such as propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether (so-called cellosolves); ketones such as methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone; acetic acid Ethyl, butyl acetate, vinegar n-propyl, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, acetate esters of the above glycol monoethers (for example, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate), methoxypropyl acetate, ethoxypropyl acetate, dimethyl oxalate, Esters such as methyl lactate and ethyl lactate; alcohols such as ethanol, propanol, butanol, hexanol, cyclohexanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin; methylene chloride, 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethylene, 1-chloropropane Halogenated hydrocarbons such as 1-chlorobutane, 1-chloropentane, chlorobenzene, bromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene; Amides such as muamide, N, N-diethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide; Pyrrolidones such as N-methylpyrrolidone; Lactones such as γ-butyrolactone; Sulfoxides such as dimethylsulfoxide And other organic polar solvents, and further include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, and other organic nonpolar solvents. These solvents are used alone or in combination.

中でも、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスホアミド、N−アセチル−2−ピロリドン、ピリジン、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロペンタノン、γ−ブチロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン等の極性溶媒が好適なものとして挙げられる。   Among them, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylformamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylmethoxyacetamide, dimethyl sulfoxide, hexa Polar solvents such as methylphosphoamide, N-acetyl-2-pyrrolidone, pyridine, dimethyl sulfone, tetramethylene sulfone, dimethyltetramethylene sulfone, diethylene glycol dimethyl ether, cyclopentanone, γ-butyrolactone, α-acetyl-γ-butyrolactone It is mentioned as a suitable thing.

また、真空下でポリイミド樹脂組成物を脱気する場合には、溶媒の常温での蒸気圧は、25,000Pa以下であることが好ましく、中でも10,000Pa〜1Paの範囲内、特に1,000Pa〜10Paの範囲内であることが好ましい。溶媒の蒸気圧が高いと、脱気の際に溶媒が蒸発してポリイミド樹脂組成物の濃度や粘度が変化するおそれがあるからである。また、溶媒の蒸気圧が低すぎると、ポリイミド樹脂組成物の乾燥時に溶媒が除去され難いからである。   When the polyimide resin composition is degassed under vacuum, the vapor pressure of the solvent at room temperature is preferably 25,000 Pa or less, and more preferably in the range of 10,000 Pa to 1 Pa, particularly 1,000 Pa. It is preferable to be within the range of 10 Pa. This is because if the vapor pressure of the solvent is high, the solvent evaporates during degassing and the concentration and viscosity of the polyimide resin composition may change. Moreover, if the vapor pressure of the solvent is too low, it is difficult to remove the solvent when the polyimide resin composition is dried.

ポリイミド樹脂組成物は、感光性ポリイミド樹脂組成物であってもよい。感光性ポリイミド樹脂組成物は、公知の手法を用いて得ることができる。例えば、ポリアミック酸のカルボキシル基にエステル結合やイオン結合でエチレン性二重結合を導入し、得られるポリイミド前駆体に光ラジカル開始剤を混合し、溶剤現像ネガ型感光性ポリイミド樹脂組成物とすることができる。また例えば、ポリアミック酸やその部分エステル化物にナフトキノンジアジド化合物を添加し、アルカリ現像ポジ型感光性ポリイミド樹脂組成物とする、あるいは、ポリアミック酸にニフェジピン系化合物を添加しアルカリ現像ネガ型感光性ポリイミド樹脂組成物とするなど、ポリアミック酸に光塩基発生剤を添加し、アルカリ現像ネガ型感光性ポリイミド樹脂組成物とすることができる。   The polyimide resin composition may be a photosensitive polyimide resin composition. The photosensitive polyimide resin composition can be obtained using a known method. For example, an ethylenic double bond is introduced into the carboxyl group of polyamic acid by an ester bond or an ionic bond, and a photoradical initiator is mixed into the resulting polyimide precursor to form a solvent-developed negative photosensitive polyimide resin composition. Can do. In addition, for example, a naphthoquinone diazide compound is added to polyamic acid or a partially esterified product thereof to obtain an alkali developing positive photosensitive polyimide resin composition, or an nifedipine compound is added to polyamic acid to form an alkali developing negative photosensitive polyimide resin. A photobase generator can be added to polyamic acid, such as a composition, to obtain an alkali developing negative photosensitive polyimide resin composition.

これらの感光性ポリイミド樹脂組成物には、ポリイミド成分の重量に対して15%〜35%の感光性付与成分が添加されている。そのため、パターン形成後に300℃〜400℃で加熱したとしても、感光性付与成分由来の残渣がポリイミド中に残存する。これらの残存物が線熱膨張係数や吸湿膨張係数を大きくする原因となることから、感光性ポリイミド樹脂組成物を用いると、非感光性のポリイミド樹脂組成物を用いた場合に比べて、素子の信頼性が低下する傾向にある。しかしながら、ポリアミック酸に光塩基発生剤を添加した感光性ポリイミド樹脂組成物は、添加剤である光塩基発生剤の添加量を15%以下にしてもパターン形成可能であることから、ポリイミドとした後も添加剤由来の分解残渣が少なく、線熱膨張係数や吸湿膨張係数などの特性の劣化が少なく、さらにアウトガスも少ないため、本発明に適用可能な感光性ポリイミド樹脂組成物としては最も好ましい。   In these photosensitive polyimide resin compositions, 15% to 35% of a photosensitizing component is added to the weight of the polyimide component. Therefore, even if it heats at 300 to 400 degreeC after pattern formation, the residue derived from a photosensitivity provision component remains in a polyimide. Since these residues cause the linear thermal expansion coefficient and the hygroscopic expansion coefficient to increase, the use of the photosensitive polyimide resin composition compared to the case of using the non-photosensitive polyimide resin composition. Reliability tends to decrease. However, the photosensitive polyimide resin composition obtained by adding a photobase generator to polyamic acid can form a pattern even if the amount of the photobase generator as an additive is 15% or less. Is the most preferable as a photosensitive polyimide resin composition applicable to the present invention because there are few decomposition residues derived from additives, there is little deterioration in properties such as linear thermal expansion coefficient and hygroscopic expansion coefficient, and there is also little outgas.

ポリイミド樹脂組成物は、塩基性水溶液によって現像可能であることが、金属基材上に絶縁層を部分的に形成する際に、作業環境の安全性確保およびプロセスコストの低減の観点から好ましい。塩基性水溶液は、安価に入手でき、廃液処理費用や作業安全性確保のための設備費用が安価であるため、より低コストでの生産が可能となる。   It is preferable that the polyimide resin composition be developable with a basic aqueous solution from the viewpoint of ensuring the safety of the working environment and reducing the process cost when the insulating layer is partially formed on the metal substrate. Since the basic aqueous solution can be obtained at a low cost and the waste liquid treatment cost and the facility cost for ensuring work safety are low, production at a lower cost is possible.

ポリイミド樹脂組成物には、必要に応じて、レベリング剤、可塑剤、界面活性剤、消泡剤等の添加剤が含有されていてもよい。   The polyimide resin composition may contain additives such as a leveling agent, a plasticizer, a surfactant, and an antifoaming agent as necessary.

(2)ポリイミド樹脂組成物の脱気
ポリイミド樹脂組成物を脱気する方法としては、所定の方法で算出した相対溶存酸素飽和率を95%以下とすることができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、真空脱気、超音波脱気、多孔質膜を用いた脱気、非多孔質膜を用いた脱気などが挙げられる。真空脱気は、ポリイミド樹脂組成物を減圧して溶存気体の溶解度を下げる方法である。超音波脱気は、ポリイミド樹脂組成物に超音波振動を与えて分子振動で溶存気体を追い出す方法である。多孔質膜または非多孔質膜を用いた脱気は、膜への気体透過とポリイミド樹脂組成物中の気体の濃度差、圧力差を応用してポリイミド樹脂組成物中の溶存気体を除去する方法である。これらの脱気方法は、単独で用いてもよく、組み合わせてもよい。中でも、真空脱気、真空脱気および超音波脱気の併用、インラインでの多孔質膜または非多孔質膜を用いた脱気が好ましい。
(2) Deaeration of polyimide resin composition The method of degassing the polyimide resin composition is particularly limited as long as the relative dissolved oxygen saturation calculated by a predetermined method can be 95% or less. For example, vacuum degassing, ultrasonic degassing, degassing using a porous film, degassing using a non-porous film, and the like can be given. Vacuum degassing is a method of reducing the solubility of dissolved gas by depressurizing the polyimide resin composition. Ultrasonic degassing is a method of driving out dissolved gas by molecular vibration by applying ultrasonic vibration to the polyimide resin composition. Degassing using a porous membrane or non-porous membrane is a method of removing dissolved gas in the polyimide resin composition by applying gas permeation to the membrane and gas concentration difference and pressure difference in the polyimide resin composition. It is. These degassing methods may be used alone or in combination. Among these, vacuum degassing, combined use of vacuum degassing and ultrasonic degassing, and degassing using an in-line porous film or non-porous film are preferable.

真空脱気の際の圧力としては、ポリイミド樹脂組成物中の溶存酸素を除去することができれば特に限定されるものではなく、ポリイミド樹脂組成物に用いる溶媒の蒸気圧に応じて適宜設定することが好ましい。中でも、真空脱気の際の圧力は、ポリイミド組成物に用いる溶媒の蒸気圧の1.1倍以上であることが好ましい。具体的に、真空脱気の際の圧力は、50,000Pa〜1Paの範囲内であることが好ましく、中でも10,000Pa〜1Paの範囲内、特に1,000Pa〜1Paの範囲内であることが好ましい。圧力が高いと脱気の効果が得られにくく、圧力が低いと溶媒が揮発してポリイミド樹脂組成物の濃度や粘度が変わり絶縁層の形成に悪影響を及ぼすからである。
また、真空脱気の際の時間としては、ポリイミド樹脂組成物中の溶存酸素を除去することができれば特に限定されるものではなく、例えば1分〜60分程度とすることができる。
The pressure at the time of vacuum degassing is not particularly limited as long as the dissolved oxygen in the polyimide resin composition can be removed, and may be appropriately set according to the vapor pressure of the solvent used in the polyimide resin composition. preferable. Especially, it is preferable that the pressure in the case of vacuum deaeration is 1.1 times or more of the vapor pressure of the solvent used for a polyimide composition. Specifically, the pressure during vacuum degassing is preferably in the range of 50,000 Pa to 1 Pa, and more preferably in the range of 10,000 Pa to 1 Pa, and particularly in the range of 1,000 Pa to 1 Pa. preferable. This is because if the pressure is high, the effect of deaeration is difficult to obtain, and if the pressure is low, the solvent volatilizes and the concentration and viscosity of the polyimide resin composition change, which adversely affects the formation of the insulating layer.
The time for vacuum degassing is not particularly limited as long as the dissolved oxygen in the polyimide resin composition can be removed, and can be, for example, about 1 to 60 minutes.

超音波脱気の際の超音波の周波数としては、ポリイミド樹脂組成物中の溶存酸素を除去することができれば特に限定されるものではないが、15kHz〜400kHz程度であることが好ましい。   The frequency of ultrasonic waves at the time of ultrasonic degassing is not particularly limited as long as dissolved oxygen in the polyimide resin composition can be removed, but is preferably about 15 kHz to 400 kHz.

超音波脱気の際の温度としては、ポリイミド樹脂組成物中の溶存酸素を除去することができれば特に限定されるものではないが、0℃〜100℃の範囲内であることが好ましく、中でも0℃〜80℃の範囲内、特に0℃〜50℃の範囲内が好ましい。温度が低いとポリイミド樹脂組成物の粘度が高い場合には脱気効率が低下し、温度が高いとポリイミド樹脂組成物の保存安定性等の特性が変化するおそれがあるからである。
また、超音波脱気の際の時間としては、ポリイミド樹脂組成物中の溶存酸素を除去することができれば特に限定されるものではなく、例えば1分〜60分程度とすることができる。
The temperature during ultrasonic deaeration is not particularly limited as long as the dissolved oxygen in the polyimide resin composition can be removed, but is preferably in the range of 0 ° C. to 100 ° C., and in particular, 0 The temperature is preferably in the range of 80 ° C to 80 ° C, particularly in the range of 0 ° C to 50 ° C. When the temperature is low, the degassing efficiency is lowered when the viscosity of the polyimide resin composition is high, and when the temperature is high, characteristics such as storage stability of the polyimide resin composition may be changed.
In addition, the time for ultrasonic deaeration is not particularly limited as long as the dissolved oxygen in the polyimide resin composition can be removed, and can be, for example, about 1 to 60 minutes.

多孔質膜または非多孔質膜を用いた脱気には、例えば、ERC社製の脱気装置を用いることができる。   For deaeration using a porous membrane or a non-porous membrane, for example, a deaeration device manufactured by ERC can be used.

本発明において、脱気工程は後述の絶縁層形成工程の直前に行うことが好ましい。ここで、絶縁層に気泡が内包される理由としては、上述したようなポリイミド樹脂組成物に含まれる気泡やポリイミド樹脂組成物中に溶存する気体、さらにはポリイミド樹脂組成物に含まれる水が関係するものと考えられる。脱気後のポリイミド樹脂組成物を任意の時間で放置すると、ポリイミド樹脂組成物中で気泡が発生したり、ポリイミド樹脂組成物中に気体が溶解したり、ポリイミド樹脂組成物が吸湿したりするおそれがある。したがって、絶縁層に内包される気泡を効果的に低減するには、絶縁層形成工程の直前に脱気工程を行うことが好ましいのである。   In the present invention, the deaeration process is preferably performed immediately before an insulating layer forming process described later. Here, the reason why bubbles are included in the insulating layer is related to the bubbles contained in the polyimide resin composition as described above, the gas dissolved in the polyimide resin composition, and the water contained in the polyimide resin composition. It is thought to do. If the degassed polyimide resin composition is allowed to stand for an arbitrary time, bubbles may be generated in the polyimide resin composition, gas may be dissolved in the polyimide resin composition, or the polyimide resin composition may absorb moisture. There is. Therefore, in order to effectively reduce the bubbles included in the insulating layer, it is preferable to perform a deaeration process immediately before the insulating layer forming process.

なお、「直前」とは、ポリイミド樹脂組成物を脱気した後、ポリイミド樹脂組成物を塗布するまでの時間が60分以下である場合をいう。上記時間は、好ましくは20分以下、より好ましくは10分以下である。   The term “immediately before” refers to the case where the time from degassing the polyimide resin composition to applying the polyimide resin composition is 60 minutes or less. The above time is preferably 20 minutes or less, more preferably 10 minutes or less.

本工程においては、下記方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気する。
<相対溶存酸素飽和率の算出方法>
まず、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒を用いて、全く酸素が溶存していない上記溶媒の溶存酸素量の測定値が0、上記溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量の測定値が100となるように、溶存酸素量計の校正を行う。次に、校正された上記溶存酸素量計により、ポリイミド樹脂組成物を大気下で1時間以上静置した基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値と、ポリイミド樹脂組成物を脱気した脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値とを測定する。そして、上記基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、上記脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を、相対溶存酸素飽和率とする。
In this step, the polyimide resin composition is degassed so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by the following method is 95% or less.
<Calculation method of relative dissolved oxygen saturation>
First, using a dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in a solvent contained in the polyimide resin composition, the measured value of the dissolved oxygen amount of the solvent in which no oxygen is dissolved is 0, and the dissolved oxygen saturated solvent The dissolved oxygen meter is calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount becomes 100. Next, using the calibrated dissolved oxygen meter, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide resin composition in which the polyimide resin composition was allowed to stand for 1 hour or more in the atmosphere, and the degassing that degassed the polyimide resin composition. The relative value of the dissolved oxygen amount of the gas polyimide resin composition is measured. And the relative value of the dissolved oxygen amount of the said deaeration polyimide resin composition when the relative value of the dissolved oxygen amount of the said reference | standard polyimide resin composition is set to 100% is made into a relative dissolved oxygen saturation rate.

上記の溶存酸素量の測定に用いられる溶存酸素量計としては、例えば「B−506」(飯島電子工業株式会社製)などの酸素センサーを用いることができる。
上記相対溶存酸素飽和率は、95%以下であり、90%以下であることが好ましく、85%以下であることがより好ましい。
An oxygen sensor such as “B-506” (manufactured by Iijima Electronics Co., Ltd.) can be used as the dissolved oxygen meter used for the measurement of the dissolved oxygen amount.
The relative dissolved oxygen saturation is 95% or less, preferably 90% or less, and more preferably 85% or less.

2.絶縁層形成工程
本発明における絶縁層形成工程は、金属基材上に、上記ポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層を形成する工程である。
以下、絶縁層の形成方法、絶縁層、および金属基材に分けて説明する。
2. Insulating layer forming step The insulating layer forming step in the present invention is a step of forming an insulating layer by applying the polyimide resin composition on a metal substrate.
Hereinafter, the method for forming the insulating layer, the insulating layer, and the metal substrate will be described separately.

(1)絶縁層の形成方法
金属基材上にポリイミド樹脂組成物を塗布する方法としては、平滑性の良好な絶縁層を得ることができる方法であれば特に限定されるものではなく、ポリイミド樹脂組成物の粘度などに応じて適宜選択される。ポリイミド樹脂組成物の塗布方法には、例えば、スピンコート法、ダイコート法、ディップコート法、バーコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などを用いることができる。
ポリイミド樹脂組成物の塗布後は、ポリイミド前駆体のガラス転移温度以上に加熱することで、膜の流動性を高め、平滑性を良くすることもできる。
(1) Forming method of insulating layer The method of applying the polyimide resin composition on the metal substrate is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining an insulating layer with good smoothness. It is appropriately selected according to the viscosity of the composition. As a method for applying the polyimide resin composition, for example, a spin coating method, a die coating method, a dip coating method, a bar coating method, a gravure printing method, a screen printing method, or the like can be used.
After application of the polyimide resin composition, the fluidity of the film can be increased and the smoothness can be improved by heating to a temperature higher than the glass transition temperature of the polyimide precursor.

ポリイミド樹脂組成物の塗布後は、熱処理により溶媒を除去する。この際、ポリイミド樹脂組成物がポリイミド前駆体を含有する場合には、熱処理によりポリイミド前駆体のイミド化も行う。
ポリイミド前駆体をイミド化する際、熱処理の好ましい温度範囲は、通常200℃〜400℃程度である。熱処理温度が200℃より低いと、イミド化の進行が完全に進まず、物性面で不十分となる。一方、熱処理温度が高温になると、最終硬化膜の物性は向上する傾向にあるが、400℃超の高温となると、他の構成部材に悪影響を与えるおそれがあるので、他の構成部材の耐熱性を考慮に入れた上で、イミド化温度を決定することが望ましい。また、熱処理前に、熱処理温度より低温の50℃〜200℃で事前加熱を行ってもよい。熱処理としては、具体的には、250℃〜350℃で、10分〜120分加熱を行うことができる。
この熱処理は、公知の方法であればいずれの方法でもよく、具体的に例示すると、空気又は窒素雰囲気下の循環オーブン、ホットプレートによる加熱などが挙げられる。
After application of the polyimide resin composition, the solvent is removed by heat treatment. At this time, when the polyimide resin composition contains a polyimide precursor, the polyimide precursor is also imidized by heat treatment.
When imidating a polyimide precursor, the preferable temperature range of heat processing is about 200 degreeC-400 degreeC normally. When the heat treatment temperature is lower than 200 ° C., the progress of imidization does not proceed completely, resulting in insufficient physical properties. On the other hand, the physical properties of the final cured film tend to improve when the heat treatment temperature becomes high. However, when the temperature exceeds 400 ° C., other component members may be adversely affected. It is desirable to determine the imidization temperature in consideration of the above. Further, prior to the heat treatment, preheating may be performed at 50 ° C. to 200 ° C. lower than the heat treatment temperature. Specifically, the heat treatment can be performed at 250 to 350 ° C. for 10 to 120 minutes.
This heat treatment may be any method as long as it is a known method, and specific examples thereof include a circulating oven in an air or nitrogen atmosphere, heating with a hot plate, and the like.

また、絶縁層を金属基材上に部分的に形成する場合、その形成方法としては、印刷法、フォトリソグラフィー法、レーザー等で直接加工する方法を用いることができる。フォトリソグラフィー法としては、例えば、ポリイミド樹脂組成物の塗布後、塗膜上にレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成し、その後、そのパターンをマスクとして、パターン開口部の塗膜を除去した後、レジストパターンを除去し、ポリアミック酸をイミド化する方法;上記レジストパターンの形成時に同時に塗膜も現像し、その後、レジストパターンを除去し、ポリアミック酸をイミド化する方法;絶縁層の形成後、絶縁層上にレジストパターンを形成し、そのパターンに沿って絶縁層をウェットエッチング法またはドライエッチング法によりエッチングした後、レジストパターンを除去する方法;金属基材と絶縁層と金属基材とが積層された積層体を準備し、その積層体の一方の金属基材をパターニングし、そのパターンをマスクとして絶縁層をエッチングした後、金属パターンを除去する方法;感光性ポリイミド樹脂組成物を用いて、金属基材上に直接、絶縁層のパターンを形成する方法が挙げられる。印刷法としては、グラビア印刷やフレキソ印刷、スクリーン印刷、インクジェット法など公知の印刷技術を用いた方法を例示することができる。   Moreover, when forming an insulating layer partially on a metal base material, the method of processing directly by the printing method, the photolithographic method, a laser etc. can be used as the formation method. As a photolithography method, for example, after applying a polyimide resin composition, a resist layer is formed on the coating film, a resist pattern is formed by a photolithography method, and then the coating film on the pattern opening is formed using the pattern as a mask. After removing the resist pattern, the resist pattern is removed and the polyamic acid is imidized; the coating film is developed at the same time when the resist pattern is formed, and then the resist pattern is removed and the polyamic acid is imidized; the insulating layer After forming, a resist pattern is formed on the insulating layer, the insulating layer is etched along the pattern by a wet etching method or a dry etching method, and then the resist pattern is removed; a metal substrate, an insulating layer, and a metal substrate Prepared a laminated body, and one metal substrate of the laminated body And a method of removing the metal pattern after etching the insulating layer using the pattern as a mask; and a method of forming the pattern of the insulating layer directly on the metal substrate using the photosensitive polyimide resin composition. . Examples of the printing method include methods using known printing techniques such as gravure printing, flexographic printing, screen printing, and ink jet method.

(2)絶縁層
絶縁層の表面粗さRaは、50μm×50μmのエリアで測定した際に、30nm以下であり、好ましくは100μm×100μmのエリアで測定した際に、30nm以下である。
なお、上記表面粗さRaは、原子間力顕微鏡(AFM)もしくは走査型白色干渉計を用いて測定した値である。例えば、50μm×50μmのエリアで測定する場合には、AFMまたは走査型白色干渉計を用いてRaを算出することができる。また、100μm×100μmのエリアで測定する場合には、走査型白色干渉計を用いてRaを算出することができる。具体的に、AFMを用いて測定する場合は、Nanoscope V multimode(Veeco社製)を用いて、タッピングモードで、カンチレバー:MPP11100、走査範囲:50μm×50μm、走査速度:0.5Hzにて、表面形状を撮像し、得られた像から算出した粗さ曲線の中心線からの平均のずれを算出することよりRaを求めることができる。また、走査型白色干渉計を用いて測定する場合は、New View 5000(Zygo社製)を用いて、対物レンズ:100倍、ズームレンズ:2倍、Scan Length:15μmにて、50μm×50μmの範囲の表面形状を撮像する、あるいは、対物レンズ:100倍、ズームレンズ:1倍、Scan Length:15μmにて、100μm×100μmの範囲の表面形状を撮像し、得られた像から算出した粗さ曲線の中心線からの平均のずれを算出することよりRaを求めることができる。
(2) Insulating layer The surface roughness Ra of the insulating layer is 30 nm or less when measured in an area of 50 μm × 50 μm, and preferably 30 nm or less when measured in an area of 100 μm × 100 μm.
The surface roughness Ra is a value measured using an atomic force microscope (AFM) or a scanning white interferometer. For example, when measuring in an area of 50 μm × 50 μm, Ra can be calculated using an AFM or a scanning white interferometer. Further, when measuring in an area of 100 μm × 100 μm, Ra can be calculated using a scanning white interferometer. Specifically, when measuring using AFM, using Nanoscope V multimode (Veeco), in tapping mode, cantilever: MPP11100, scanning range: 50 μm × 50 μm, scanning speed: 0.5 Hz, surface Ra can be obtained by imaging the shape and calculating the average deviation from the center line of the roughness curve calculated from the obtained image. Further, when measuring using a scanning white interferometer, using New View 5000 (manufactured by Zygo), objective lens: 100 times, zoom lens: 2 times, Scan Length: 15 μm, 50 μm × 50 μm Roughness calculated from the image obtained by imaging the surface shape in the range, or imaging the surface shape in the range of 100 μm × 100 μm with the objective lens: 100 ×, the zoom lens: 1 ×, and the Scan Length: 15 μm Ra can be obtained by calculating an average deviation from the center line of the curve.

絶縁層はポリイミドを含むものであり、好ましくはポリイミドを主成分とする。一般にポリイミドは吸水性を有する。TFT、薄膜太陽電池、EL素子等に用いられる半導体材料には水分に弱いものが多いことから、素子内部の水分を低減し、湿気存在下において高い信頼性を実現するために、絶縁層は吸水性が比較的小さいことが好ましい。吸水性の指標の一つとして、吸湿膨張係数がある。したがって、絶縁層の吸湿膨張係数は小さければ小さいほど好ましく、具体的には0ppm/%RH〜15ppm/%RHの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0ppm/%RH〜12ppm/%RHの範囲内、さらに好ましくは0ppm/%RH〜10ppm/%RHの範囲内である。吸湿膨張係数が小さいほど、吸水性が小さくなる。また、絶縁層の吸湿膨張係数が上記範囲であれば、絶縁層の吸水性を十分小さくすることができ、薄膜素子用基板の保管が容易であり、薄膜素子の製造工程が簡便になる。さらに、吸湿膨張係数が小さいほど、寸法安定性が向上する。絶縁層の吸湿膨張係数が大きいと、吸湿膨張係数がほとんどゼロに近い金属基材との膨張率の差によって、湿度の上昇とともに薄膜素子用基板が反ったり、絶縁層および金属基材の密着性が低下したりする場合がある。したがって、薄膜素子の製造過程においてウェットプロセスが行われる場合にも、吸湿膨張係数が小さいことが好ましい。   The insulating layer contains polyimide, and preferably contains polyimide as a main component. In general, polyimide has water absorption. Since many semiconductor materials used in TFTs, thin film solar cells, EL devices, etc. are vulnerable to moisture, the insulating layer is water-absorbing in order to reduce moisture inside the device and achieve high reliability in the presence of moisture. It is preferable that the property is relatively small. One index of water absorption is the hygroscopic expansion coefficient. Therefore, the smaller the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer, the better. Specifically, it is preferably in the range of 0 ppm /% RH to 15 ppm /% RH, more preferably 0 ppm /% RH to 12 ppm /% RH. Within the range, more preferably within the range of 0 ppm /% RH to 10 ppm /% RH. The smaller the hygroscopic expansion coefficient, the smaller the water absorption. Moreover, if the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer is within the above range, the water absorption of the insulating layer can be sufficiently reduced, the thin film element substrate can be easily stored, and the manufacturing process of the thin film element is simplified. Furthermore, the smaller the hygroscopic expansion coefficient, the better the dimensional stability. If the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer is large, the thin film element substrate warps as the humidity increases due to the difference in expansion coefficient from the metal base material, which has a hygroscopic expansion coefficient that is almost zero. May decrease. Therefore, it is preferable that the hygroscopic expansion coefficient is small even when a wet process is performed in the manufacturing process of the thin film element.

なお、吸湿膨張係数は、次のように測定する。まず、絶縁層のみのフィルムを作製する。絶縁層フィルムの作製方法は、耐熱フィルム(ユーピレックス S 50S(宇部興産(株)製))やガラス基板上に絶縁層フィルムを作製した後、絶縁層フィルムを剥離する方法や金属基板上に絶縁層フィルムを作製した後、金属をエッチングで除去し絶縁層フィルムを得る方法などがある。次いで、得られた絶縁層フィルムを幅5mm×長さ20mmに切断し、評価サンプルとする。吸湿膨張係数は、湿度可変機械的分析装置(Thermo Plus TMA8310(リガク社製))によって測定する。例えば、温度を25℃で一定とし、まず、湿度を15%RHの環境下でサンプルが安定となった状態とし、概ね30分〜2時間その状態を保持した後、測定部位の湿度を20%RHとし、さらにサンプルが安定になるまで30分〜2時間その状態を保持する。その後、湿度を50%RHに変化させ、それが安定となった際のサンプル長と20%RHで安定となった状態でのサンプル長との違いを、湿度の変化(この場合50−20の30)で割り、その値をサンプル長で割った値を吸湿膨張係数(C.H.E.)とする。測定の際、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重は1g/25000μm2とする。 The hygroscopic expansion coefficient is measured as follows. First, a film having only an insulating layer is produced. The method for producing the insulating layer film is as follows. The insulating layer film is prepared on a heat-resistant film (Upilex S 50S (manufactured by Ube Industries)) or a glass substrate, and then the insulating layer film is peeled off or the insulating layer is formed on the metal substrate. There is a method of obtaining an insulating layer film by etching a metal after producing a film. Next, the obtained insulating layer film is cut into a width of 5 mm and a length of 20 mm to obtain an evaluation sample. The hygroscopic expansion coefficient is measured by a humidity variable mechanical analyzer (Thermo Plus TMA8310 (manufactured by Rigaku Corporation)). For example, the temperature is kept constant at 25 ° C., the humidity is first set to a stable state in an environment of 15% RH, the state is maintained for about 30 minutes to 2 hours, and the humidity of the measurement site is set to 20%. RH and hold for 30 minutes to 2 hours until the sample is stable. Thereafter, the humidity is changed to 50% RH, and the difference between the sample length when the humidity becomes stable and the sample length when the humidity becomes stable at 20% RH is expressed as a change in humidity (in this case, 50-20). 30) and the value divided by the sample length is the hygroscopic expansion coefficient (CHE). At the time of measurement, the tensile weight is set to 1 g / 25000 μm 2 so that the weight per cross-sectional area of the evaluation sample becomes the same.

また、絶縁層の線熱膨張係数は、寸法安定性の観点から、金属基材の線熱膨張係数との差が15ppm/℃以下であることが好ましく、より好ましくは10ppm/℃以下、さらに好ましくは5ppm/℃以下である。絶縁層と金属基材との線熱膨張係数が近いほど、薄膜素子用基板の反りが抑制されるとともに、薄膜素子用基板の熱環境が変化した際に、絶縁層と金属基材との界面の応力が小さくなり密着性が向上する。また、薄膜素子用基板は、取り扱い上、0℃〜100℃の範囲の温度環境下では反らないことが好ましいのであるが、絶縁層の線熱膨張係数が大きいために絶縁層および金属基材の線熱膨張係数が大きく異なると、薄膜素子用基板が熱環境の変化により反ってしまう。
なお、薄膜素子用基板に反りが発生していないとは、薄膜素子用基板を幅10mm、長さ50mmの短冊状に切り出し、得られたサンプルの一方の短辺を水平で平滑な台上に固定した際に、サンプルのもう一方の短辺の台表面からの浮上距離が1.0mm以下であることをいう。
Further, the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is preferably 15 ppm / ° C. or less, more preferably 10 ppm / ° C. or less, more preferably from the viewpoint of dimensional stability. Is 5 ppm / ° C. or less. The closer the linear thermal expansion coefficient between the insulating layer and the metal substrate, the more the warpage of the thin film element substrate is suppressed, and the interface between the insulating layer and the metal substrate when the thermal environment of the thin film element substrate changes. This reduces stress and improves adhesion. Moreover, it is preferable that the substrate for a thin film element does not warp in a temperature environment in the range of 0 ° C. to 100 ° C. for handling, but the insulating layer and the metal base material because the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is large. If the linear thermal expansion coefficients differ greatly, the thin film element substrate warps due to a change in the thermal environment.
The thin film element substrate is not warped when the thin film element substrate is cut into a strip shape having a width of 10 mm and a length of 50 mm, and one short side of the obtained sample is placed on a horizontal and smooth table. When fixed, it means that the flying distance from the surface of the other short side of the sample is 1.0 mm or less.

具体的に、絶縁層の線熱膨張係数は、寸法安定性の観点から、0ppm/℃〜30ppm/℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0ppm/℃〜25ppm/℃の範囲内、さらに好ましくは0ppm/℃〜18ppm/℃の範囲内、特に好ましくは0ppm/℃〜12ppm/℃の範囲内、最も好ましくは0ppm/℃〜7ppm/℃の範囲内である。   Specifically, the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is preferably in the range of 0 ppm / ° C. to 30 ppm / ° C., more preferably in the range of 0 ppm / ° C. to 25 ppm / ° C., from the viewpoint of dimensional stability. More preferably, it is in the range of 0 ppm / ° C to 18 ppm / ° C, particularly preferably in the range of 0 ppm / ° C to 12 ppm / ° C, and most preferably in the range of 0 ppm / ° C to 7 ppm / ° C.

なお、線熱膨張係数は、次のように測定する。まず、絶縁層のみのフィルムを作製する。絶縁層フィルムの作製方法は、上述したとおりである。次いで、得られた絶縁層を幅5mm×長さ20mmに切断し、評価サンプルとする。線熱膨張係数は、熱機械分析装置(例えばThermo Plus TMA8310(リガク社製))によって測定する。測定条件は、昇温速度を10℃/min、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重を1g/25000μm2とし、100℃〜200℃の範囲内の平均の線熱膨張係数を線熱膨張係数(C.T.E.)とする。 The linear thermal expansion coefficient is measured as follows. First, a film having only an insulating layer is produced. The method for producing the insulating layer film is as described above. Next, the obtained insulating layer is cut into a width of 5 mm and a length of 20 mm to obtain an evaluation sample. The linear thermal expansion coefficient is measured by a thermomechanical analyzer (for example, Thermo Plus TMA8310 (manufactured by Rigaku Corporation)). The measurement conditions were a heating rate of 10 ° C./min, a tensile load of 1 g / 25,000 μm 2 so that the weight per cross-sectional area of the evaluation sample was the same, and an average linear thermal expansion within a range of 100 ° C. to 200 ° C. The coefficient is the linear thermal expansion coefficient (CTE).

絶縁層の吸湿膨張係数や線熱膨張係数は、例えばポリイミド成分の構造を適宜選択することで制御することが可能である。
一般に金属基材の線熱膨張係数、すなわち金属の線熱膨張係数はある程度定まっているため、使用する金属基材の線熱膨張係数に応じて絶縁層の線熱膨張係数を決定し、ポリイミド成分の構造を適宜選択することが好ましい。また、薄膜素子部の線熱膨張係数に応じて金属基材の線熱膨張係数を決定し、その金属基材の線熱膨張係数に応じて絶縁層の線熱膨張係数を決定し、ポリイミド成分の構造を適宜選択することが好ましい。
The hygroscopic expansion coefficient and linear thermal expansion coefficient of the insulating layer can be controlled, for example, by appropriately selecting the structure of the polyimide component.
Generally, the linear thermal expansion coefficient of a metal base material, that is, the linear thermal expansion coefficient of a metal is determined to some extent, so the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is determined according to the linear thermal expansion coefficient of the metal base material to be used, and the polyimide component It is preferable to select the structure as appropriate. Further, the linear thermal expansion coefficient of the metal base material is determined according to the linear thermal expansion coefficient of the thin film element portion, the linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is determined according to the linear thermal expansion coefficient of the metal base material, and the polyimide component It is preferable to select the structure as appropriate.

絶縁層は絶縁性を備えるものである。具体的に、絶縁層の体積抵抗は、1.0×109Ω・m以上であることが好ましく、1.0×1010Ω・m以上であることがより好ましく、1.0×1011Ω・m以上であることがさらに好ましい。
なお、体積抵抗は、JIS K6911、JIS C2318、ASTM D257 などの規格に準拠する手法で測定することが可能である。
The insulating layer has an insulating property. Specifically, the volume resistance of the insulating layer is preferably 1.0 × 10 9 Ω · m or more, more preferably 1.0 × 10 10 Ω · m or more, and 1.0 × 10 11. More preferably, it is Ω · m or more.
The volume resistance can be measured by a method based on standards such as JIS K6911, JIS C2318, and ASTM D257.

絶縁層は、金属基材上に全面に形成されていてもよく、金属基材上に部分的に形成されていてもよい。すなわち、金属基材の絶縁層および密着層が形成されている面に、絶縁層および密着層が存在せず、金属基材が露出している金属基材露出領域が設けられていてもよい。このような金属基材露出領域を有する場合には、薄膜素子用基板を用いて有機EL素子を作製する際に、封止部材と金属基材とを直に密着させることが可能となり、有機EL素子への水分の浸入をより強固に防ぐことが可能となる。また、封止部を金属基材露出領域に選択的に形成することで、有機EL素子を面内で区分けしたり、多面付けした状態で封止したりすることが可能となり、高い生産性で素子を製造できるといった利点を有する。また、金属基材露出領域は、絶縁層および密着層を貫通し金属基材に電気的に導通をとるための貫通孔にもなり得る。   The insulating layer may be formed on the entire surface of the metal substrate, or may be partially formed on the metal substrate. That is, the metal substrate exposed region where the insulating layer and the adhesion layer are not present and the metal substrate is exposed may be provided on the surface of the metal substrate where the insulating layer and the adhesion layer are formed. In the case where such a metal base material exposed region is provided, it becomes possible to directly attach the sealing member and the metal base material when the organic EL element is produced using the thin film element substrate. It becomes possible to prevent moisture from entering the element more firmly. In addition, by selectively forming the sealing portion in the exposed area of the metal base material, it becomes possible to divide the organic EL elements in a plane or to seal them in a multi-faceted state with high productivity. There is an advantage that an element can be manufactured. Further, the metal substrate exposed region can also be a through hole for penetrating the insulating layer and the adhesion layer and electrically conducting the metal substrate.

絶縁層が金属基材上に部分的に形成されている場合、図6(a)、(b)に例示するように、絶縁層3は、少なくとも金属基材2の外縁部を除いて形成されていてもよい。なお、図6(a)は図6(b)のA−A線断面図であり、図6(b)において密着層は省略されている。薄膜素子用基板を用いて有機EL素子等を作製した場合に、金属基材の全面に絶縁層が形成されており絶縁層の端部が露出していると、一般にポリイミドは吸湿性を示すため、製造時や駆動時に絶縁層の端面から素子内部に水分が浸入するおそれがある。この水分によって、素子性能が劣化したり、絶縁層の寸法が変化したりする。そのため、金属基材の外縁部には絶縁層が形成されておらず、直接外気にポリイミドを含有する絶縁層が曝される部分をできる限り少なくすることが好ましい。   When the insulating layer is partially formed on the metal substrate, the insulating layer 3 is formed excluding at least the outer edge portion of the metal substrate 2 as illustrated in FIGS. 6 (a) and 6 (b). It may be. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 6B, and the adhesion layer is omitted in FIG. 6B. When an organic EL element or the like is produced using a thin film element substrate, if the insulating layer is formed on the entire surface of the metal base and the end of the insulating layer is exposed, polyimide generally exhibits hygroscopicity. In addition, moisture may enter the element from the end face of the insulating layer during manufacturing or driving. This moisture deteriorates the device performance or changes the dimensions of the insulating layer. Therefore, an insulating layer is not formed on the outer edge portion of the metal substrate, and it is preferable to reduce as much as possible the portion where the insulating layer containing polyimide is directly exposed to the outside air.

なお、本発明において、絶縁層が金属基材上に部分的に形成されているとは、絶縁層が金属基材の全面に形成されていないことを意味する。
絶縁層は、金属基材の外縁部を除いて金属基材上に一面に形成されていてもよく、金属基材の外縁部を除いて金属基材上にさらにパターン状に形成されていてもよい。
In the present invention, that the insulating layer is partially formed on the metal base means that the insulating layer is not formed on the entire surface of the metal base.
The insulating layer may be formed on the entire surface of the metal substrate except for the outer edge of the metal substrate, or may be further formed in a pattern on the metal substrate except for the outer edge of the metal substrate. Good.

絶縁層の厚みは、上述の特性を満たすことができる厚みであれば特に限定されないが、具体的には、1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1μm〜200μmの範囲内、さらに好ましくは1μm〜100μmの範囲内である。絶縁層の厚みが薄すぎると、絶縁性が維持できなかったり、金属基材表面の凹凸を平坦化することが困難であったりするからである。また、絶縁層の厚みが厚すぎると、フレキシブル性が低下したり、過重になったり、製膜時の乾燥が困難になったり、材料使用量が増えるためにコストが高くなったりするからである。さらには、本発明により製造される薄膜素子用基板に放熱機能を付与する場合には、絶縁層の厚みが厚いとポリイミドは金属よりも熱伝導率が低いために熱伝導性が低下する。   The thickness of the insulating layer is not particularly limited as long as it can satisfy the above-mentioned characteristics. Specifically, it is preferably in the range of 1 μm to 1000 μm, more preferably in the range of 1 μm to 200 μm. More preferably, it exists in the range of 1 micrometer-100 micrometers. This is because if the thickness of the insulating layer is too thin, the insulation cannot be maintained, or it is difficult to flatten the irregularities on the surface of the metal substrate. In addition, if the insulating layer is too thick, flexibility is reduced, it becomes excessively heavy, drying during film formation becomes difficult, and the amount of material used increases, resulting in an increase in cost. . Furthermore, in the case of providing a heat dissipation function to the thin film element substrate manufactured according to the present invention, if the insulating layer is thick, the thermal conductivity is lowered because polyimide has lower thermal conductivity than metal.

(3)金属基材
金属基材の線熱膨張係数としては、寸法安定性の観点から、0ppm/℃〜25ppm/℃の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0ppm/℃〜18ppm/℃の範囲内、さらに好ましくは0ppm/℃〜12ppm/℃の範囲内、特に好ましくは0ppm/℃〜7ppm/℃の範囲内である。
なお、上記線熱膨張係数の測定方法については、金属基材を幅5mm×長さ20mmに切断し、評価サンプルとする以外は、上記絶縁層の線熱膨張係数の測定方法と同様である。
(3) Metal substrate The linear thermal expansion coefficient of the metal substrate is preferably in the range of 0 ppm / ° C to 25 ppm / ° C, more preferably 0 ppm / ° C to 18 ppm / ° C, from the viewpoint of dimensional stability. More preferably, it is in the range of 0 ppm / ° C. to 12 ppm / ° C., particularly preferably in the range of 0 ppm / ° C. to 7 ppm / ° C.
In addition, about the measuring method of the said linear thermal expansion coefficient, it is the same as the measuring method of the linear thermal expansion coefficient of the said insulating layer except cut | disconnecting a metal base material to width 5mm * length 20mm and making it an evaluation sample.

また、金属基材は耐酸化性を有することが好ましい。薄膜素子部の形成時に高温処理が施される場合があるからである。特に、薄膜素子がTFTであり、TFTが酸化物半導体層を有する場合には、酸素の存在下、高温でアニール処理が行なわれることから、金属基材は耐酸化性を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that a metal base material has oxidation resistance. This is because a high temperature treatment may be performed during the formation of the thin film element portion. In particular, when the thin film element is a TFT and the TFT has an oxide semiconductor layer, the metal substrate preferably has oxidation resistance because annealing is performed at a high temperature in the presence of oxygen.

金属基材を構成する金属材料としては、上述の特性を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、銅、銅合金、リン青銅、ステンレス鋼(SUS)、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、銀、銀合金、スズ、スズ合金、チタン、鉄、鉄合金、亜鉛、モリブデン等が挙げられる。中でも、大型の素子に適用する場合、SUSが好ましい。SUSは耐酸化性に優れ、また耐熱性にも優れている上、銅などに比べ線熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れる。また、SUS304については特に入手しやすいという利点があり、SUS430については入手しやすく、線熱膨張係数がSUS304より小さいという利点もある。一方、金属基材および薄膜素子部の線熱膨張係数を考慮すると、線熱膨張係数の観点からは、SUS430よりさらに低線熱膨張係数のチタンやインバーが好ましい。ただし、線熱膨張係数のみでなく、耐酸化性、耐熱性、金属基材の展性および延性などに起因する箔の加工性や、コストも考慮に入れて選択するのが望ましい。   The metal material constituting the metal substrate is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned characteristics. For example, aluminum, copper, copper alloy, phosphor bronze, stainless steel (SUS), gold, gold alloy Nickel, nickel alloy, silver, silver alloy, tin, tin alloy, titanium, iron, iron alloy, zinc, molybdenum and the like. Among these, SUS is preferable when applied to a large element. SUS is excellent in oxidation resistance and heat resistance, and has a smaller coefficient of linear thermal expansion than copper and has excellent dimensional stability. Further, SUS304 has an advantage that it is particularly easy to obtain, and SUS430 has an advantage that it is easy to obtain and the linear thermal expansion coefficient is smaller than SUS304. On the other hand, considering the linear thermal expansion coefficients of the metal substrate and the thin film element portion, titanium and invar having a lower linear thermal expansion coefficient than SUS430 are preferable from the viewpoint of the linear thermal expansion coefficient. However, it is desirable to select not only the linear thermal expansion coefficient but also taking into consideration the workability of the foil and the cost due to the oxidation resistance, heat resistance, malleability and ductility of the metal substrate.

また、後述するように金属基材に薬液処理を施す金属表面処理工程を行う場合には、金属基材は合金系であることが好ましい。純金属と比較して、組成により多種多様な特性を付与することができるからである。また、合金系の金属基材は、通常、圧延により作製されるものであり、後述するように圧延工程にて使用される圧延油等の有機成分が付着しているため、薬液処理が有用である。特に、金属基材は鉄を主成分とするものであることが好ましい。鉄を主成分とする金属基材は多種多様な組成が開発されており、用途に必要特性に合わせた選択が可能だからである。また、鉄を主成分とする金属基材は薬液耐性が高く、種々の薬液処理が適用可能である。さらに、鉄を主成分とする金属基材は、耐熱性、耐酸化性、低膨張などの物性面で優れているという利点も有する。
なお、金属基材が鉄を主成分とするとは、金属基材中の鉄含有量が30質量%以上の場合をいう。
鉄以外に金属基材に含有される金属成分としては、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、コバルト(Co)、スズ(Sn)等が挙げられる。また、金属基材に含有される非金属成分としては、炭素(C)、珪素(Si)、燐(P)硫黄(S)、窒素(N)、酸素(O)、硼素(B)等が挙げられる。
金属基材の具体例としては、炭素鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、マンガンモリブデン鋼、SUS、インバー、42アロイ、コバール等を挙げることができる。中でも、上述したようにSUSが好ましい。
Moreover, when performing the metal surface treatment process which performs a chemical | medical solution process to a metal base so that it may mention later, it is preferable that a metal base is an alloy type. This is because a variety of characteristics can be imparted depending on the composition as compared with a pure metal. In addition, the alloy-based metal base is usually produced by rolling, and as described later, since organic components such as rolling oil used in the rolling process are attached, chemical treatment is useful. is there. In particular, the metal substrate is preferably composed mainly of iron. This is because a wide variety of compositions have been developed for metal base materials mainly composed of iron, and it is possible to select them according to the characteristics required for the application. Moreover, the metal base material which has iron as a main component has high chemical | medical solution tolerance, and various chemical processing can be applied. Furthermore, the metal base material which has iron as a main component also has an advantage that it is excellent in physical properties such as heat resistance, oxidation resistance and low expansion.
In addition, that a metal base material has iron as a main component means the case where the iron content in a metal base material is 30 mass% or more.
In addition to iron, the metal components contained in the metal substrate include chromium (Cr), nickel (Ni), molybdenum (Mo), manganese (Mn), copper (Cu), titanium (Ti), niobium (Nb), Examples include vanadium (V), tungsten (W), aluminum (Al), cobalt (Co), tin (Sn), and the like. Nonmetallic components contained in the metal substrate include carbon (C), silicon (Si), phosphorus (P) sulfur (S), nitrogen (N), oxygen (O), boron (B) and the like. Can be mentioned.
Specific examples of the metal substrate include carbon steel, nickel chrome steel, nickel chrome molybdenum steel, chrome steel, chrome molybdenum steel, manganese molybdenum steel, SUS, Invar, 42 alloy, and Kovar. Among these, SUS is preferable as described above.

金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角は30°以下であることが好ましく、より好ましくは20°以下、さらに好ましくは10°以下である。
ここで、金属基材上にポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層をする場合、ポリイミド樹脂組成物を塗布する際に、均一な塗布が困難であり、さらにはハジキや泡かみが起こり、膜の均一性が低下したり、さらには膜中にピンホールやクレーターが形成されたりする場合がある。特に、金属基材表面に凹凸が存在する場合、膜の均一性の低下が顕著になるおそれがある。
これに対し、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角が所定の範囲であり小さい場合には、金属基材に対するポリイミド樹脂組成物の濡れ性が良好であり、金属基材上にポリイミド樹脂組成物を塗布する際に、均一に塗布することが可能であり、さらにハジキ、泡かみの発生を抑制することが可能である。したがって、塗膜の均一性が向上し、さらにはピンホールやクレーターが低減され、表面平滑性に優れる絶縁層を形成することができる。
The contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate is preferably 30 ° or less, more preferably 20 ° or less, and still more preferably 10 ° or less.
Here, when an insulating layer is formed by applying a polyimide resin composition on a metal substrate, uniform application is difficult when the polyimide resin composition is applied. In some cases, the uniformity of the film decreases, and pinholes and craters may be formed in the film. In particular, when unevenness is present on the surface of the metal substrate, there is a risk that a decrease in the uniformity of the film becomes significant.
On the other hand, when the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate is a predetermined range and is small, the wettability of the polyimide resin composition with respect to the metal substrate is good, and the metal substrate When the polyimide resin composition is applied on top, it can be applied uniformly, and the occurrence of repellency and foaming can be suppressed. Therefore, the uniformity of the coating film is improved, and further, pinholes and craters are reduced, and an insulating layer having excellent surface smoothness can be formed.

なお、上記接触角とは、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒との接触角を接触角測定器(協和界面科学(株)製DM500型)を用いて測定(マイクロシリンジから液滴1.5μLを滴下して2秒後)して得た値である。
金属基材表面が所定の接触角を有するような表面処理方法については、後述するので、ここでの説明は省略する。
The contact angle is a measurement of the contact angle with the solvent contained in the polyimide resin composition using a contact angle measuring device (DM500 model, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). 2 seconds after dropping).
Since the surface treatment method in which the metal substrate surface has a predetermined contact angle will be described later, description thereof is omitted here.

また、金属基材表面において、X線光電子分光分析(XPS)により検出された全元素に対する炭素(C)の元素量の比が0.25以下であることが好ましく、0.20以下であることがより好ましい。検出全元素に対する炭素(C)の元素量の比が上記範囲であれば、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角が小さくなり、金属基材上へのポリイミド樹脂組成物の塗布性を良好なものとすることができるからである。炭素成分は、金属基材製造時に使用される圧延油等の有機成分や、大気中に含まれる有機成分に由来するものであると考えられ、金属基材表面に炭素成分が多く残留していると、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角や、金属基材上へのポリイミド樹脂組成物の塗布性に悪影響を及ぼすものと考えられる。
なお、X線光電子分光分析(XPS)の測定においては、例えばQuantum2000(アルバックファイ社製)を用いて、X線条件をAl mono 200μmφ×30W 15kV、光電子取込角度を45°、帯電中和をIon/Electron 20μAで行うことにより、各元素の測定値を求めることができる。
In addition, the ratio of the amount of carbon (C) to the total amount of elements detected by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on the surface of the metal substrate is preferably 0.25 or less, and preferably 0.20 or less. Is more preferable. When the ratio of the amount of carbon (C) to the total detected elements is within the above range, the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate is reduced, and the polyimide resin composition on the metal substrate is reduced. This is because the applicability of can be improved. The carbon component is considered to be derived from organic components such as rolling oil used in the production of the metal substrate and organic components contained in the atmosphere, and a large amount of carbon component remains on the surface of the metal substrate. And it is thought that it has a bad influence on the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of a metal base material, and the applicability | paintability of the polyimide resin composition on a metal base material.
In the measurement of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), for example, using Quantum2000 (manufactured by ULVAC-PHI), the X-ray conditions are Al mono 200 μmφ × 30 W 15 kV, the photoelectron uptake angle is 45 °, and charge neutralization is performed. By using Ion / Electron 20 μA, the measured values of each element can be obtained.

金属基材の表面粗さRaは、通常、後述の絶縁層や密着層の表面粗さRaよりも大きいものであり、例えば50nm〜200nm程度である。
なお、上記表面粗さの測定方法については、上記絶縁層の表面粗さの測定方法と同様である。
The surface roughness Ra of the metal substrate is usually larger than the surface roughness Ra of the insulating layer and adhesion layer described later, and is, for example, about 50 nm to 200 nm.
The method for measuring the surface roughness is the same as the method for measuring the surface roughness of the insulating layer.

金属基材の厚みとしては、上述の特性を満たすことができる厚みであれば特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選択される。金属基材の厚みが薄いほど、可撓性に富んだものとなる。一方、金属基材の厚みが厚いほど、酸素や水蒸気に対するガスバリア性や、面方向への熱拡散に優れたものとなる。具体的に、金属基材の厚みは、1μm〜1000μmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1μm〜200μmの範囲内、さらに好ましくは1μm〜100μmの範囲内である。金属基材の厚みが薄すぎると、酸素や水蒸気に対するガスバリア性が低下したり、放熱機能を十分に発揮できなかったり、薄膜素子用基板の強度が低下したりするおそれがある。また、金属基材の厚みが厚すぎると、フレキシブル性が低下したり、過重になったり、コスト高になったりする。   The thickness of the metal substrate is not particularly limited as long as it can satisfy the above-described characteristics, and is appropriately selected depending on the application. The thinner the metal substrate, the more flexible it becomes. On the other hand, the thicker the metal substrate, the better the gas barrier properties against oxygen and water vapor and the thermal diffusion in the surface direction. Specifically, the thickness of the metal substrate is preferably in the range of 1 μm to 1000 μm, more preferably in the range of 1 μm to 200 μm, and still more preferably in the range of 1 μm to 100 μm. If the thickness of the metal base is too thin, the gas barrier property against oxygen or water vapor may be reduced, the heat dissipation function may not be sufficiently exhibited, or the strength of the thin film element substrate may be reduced. Moreover, when the thickness of a metal base material is too thick, flexibility will fall, it will become heavy, and cost will become high.

金属基材の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、箔状や板状であってもよく、図7に例示するように金属基材2の形状が空気との接触面に凹凸を有する形状であってもよい。
金属基材が空気との接触面に凹凸を有する場合には、熱拡散が良好となり、放熱性を高めることができる。凹凸の形成方法としては、例えば金属基材の表面に直接、エンボス加工、エッチング加工、サンドブラスト加工、フロスト加工、スタンプ加工などの加工を施す方法、フォトレジスト等を用いて凹凸パターンを形成する方法、めっき方法、箔状や板状等の金属層と表面に凹凸を有する金属層とを貼り合わせる方法が挙げられる。エンボス加工の場合、例えば表面に凹凸を有する圧延ロールを用いてもよい。エッチング加工の場合、金属基材の種類に応じて薬剤が選択される。箔状や板状等の金属層と表面に凹凸を有する金属層とを貼り合わせる方法の場合、例えば、ロウ付け、溶接、半田等により金属層同士を接合する、あるいは、エポキシ樹脂等の接着剤を介して金属層同士を貼り合わせることができる。この場合、箔状や板状等の金属層と表面に凹凸を有する金属層とは、同じ金属材料で構成されていてもよく、異なる金属材料で構成されていてもよい。中でも、コスト面から、エンボス加工、エッチング加工が好ましく用いられる。
凹凸の寸法や形状としては、金属基材の空気との接触面における表面積を増やすことができれば特に限定されるものではない。凹凸の幅、高さ、ピッチ等としては、金属基材の種類や薄膜素子用基板の用途等に応じて適宜選択され、例えばシミュレーションにより熱伝導に好適な範囲を求めることができる。
The shape of the metal substrate is not particularly limited, and may be, for example, a foil shape or a plate shape. As illustrated in FIG. 7, the shape of the metal substrate 2 is uneven on the contact surface with air. The shape which has this may be sufficient.
When the metal substrate has irregularities on the contact surface with air, the thermal diffusion becomes good and the heat dissipation can be improved. As a method for forming irregularities, for example, a method of directly embossing, etching, sandblasting, frosting, stamping, etc. on the surface of a metal substrate, a method of forming an irregularity pattern using a photoresist or the like, Examples thereof include a plating method and a method of bonding a metal layer having a foil shape or a plate shape and a metal layer having irregularities on the surface. In the case of embossing, for example, a rolling roll having irregularities on the surface may be used. In the case of an etching process, a chemical | medical agent is selected according to the kind of metal base material. In the case of a method of laminating a metal layer such as a foil or plate and a metal layer having irregularities on the surface, for example, the metal layers are joined together by brazing, welding, soldering, or an adhesive such as an epoxy resin The metal layers can be bonded to each other via. In this case, the metal layer having a foil shape or a plate shape and the metal layer having irregularities on the surface may be made of the same metal material or different metal materials. Of these, embossing and etching are preferably used from the viewpoint of cost.
The size and shape of the unevenness are not particularly limited as long as the surface area of the contact surface of the metal substrate with the air can be increased. The width, height, pitch, and the like of the unevenness are appropriately selected according to the type of metal base material, the use of the substrate for the thin film element, and the like, and a range suitable for heat conduction can be obtained by simulation, for example.

金属基材の作製方法としては、一般的な方法を用いることができ、金属材料の種類や金属基材の厚みなどに応じて適宜選択される。金属基材が金属箔である場合、金属箔は圧延箔であってもよく電解箔であってもよいが、ガスバリア性が良好であることから、圧延箔が好ましい。   As a method for producing the metal substrate, a general method can be used, which is appropriately selected according to the type of the metal material, the thickness of the metal substrate, and the like. When the metal substrate is a metal foil, the metal foil may be a rolled foil or an electrolytic foil, but a rolled foil is preferred because of its good gas barrier properties.

3.金属基材表面処理工程
本発明においては、上記絶縁層形成工程前に、上記金属基材に薬液処理を施す金属基材表面処理工程を有することが好ましい。何らの処理も施していない金属基材は、金属基材の製造後から使用までの間に大気中に含まれる有機成分が金属基材表面に付着することがある。また、金属基材には圧延箔や電解箔があるが、圧延箔の場合、圧延箔の製造過程、特に金属の圧延工程にて用いられる圧延油等の有機成分が金属基材表面に付着することがある。このように、多くの有機物成分が金属基材表面に付着していると、金属基材に対するポリイミド樹脂組成物の濡れ性が低下するおそれがある。これに対し、金属基材表面処理工程を行うことにより、金属基材表面に残留する上記有機成分を除去することができ、金属基材に対するポリイミド樹脂組成物の濡れ性を良くし、金属基材上にポリイミド樹脂組成物を塗布する際に、均一に塗布することが可能となり、さらにはハジキ、泡かみの発生を抑制することが可能となる。
3. Metal substrate surface treatment process In this invention, it is preferable to have a metal substrate surface treatment process which performs a chemical | medical solution process to the said metal base material before the said insulating layer formation process. In a metal base material that has not been subjected to any treatment, an organic component contained in the atmosphere may adhere to the surface of the metal base material after the metal base material is manufactured and used. Metal substrates include rolled foil and electrolytic foil. In the case of rolled foil, organic components such as rolling oil used in the manufacturing process of the rolled foil, particularly the rolling process of the metal, adhere to the surface of the metal substrate. Sometimes. Thus, when many organic substance components have adhered to the metal base material surface, there exists a possibility that the wettability of the polyimide resin composition with respect to a metal base material may fall. On the other hand, by performing the metal substrate surface treatment step, the organic component remaining on the metal substrate surface can be removed, the wettability of the polyimide resin composition to the metal substrate is improved, and the metal substrate When the polyimide resin composition is applied on the top, it can be applied uniformly, and further, the occurrence of repelling and foaming can be suppressed.

金属基材の薬液処理の方法としては、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角を所定の範囲とすることができる方法であれば、特に限定されるものではなく、例えば、アルカリ洗浄、電界脱脂、酸洗等が挙げられる。
アルカリ洗浄は、アルカリ性の薬液に漬ける、ペースト状のアルカリ洗浄剤を塗る等により、金属基材表面を溶出させて洗う方法である。光沢は出ないが、安価で大型の製品に対応できる。光沢のある部分もつや消し状態になってしまうので、溶接焼けによる黒ずみを取るためなど、外観を問題にしないものであれば、アルカリ洗浄を適用することができる。
電解脱脂は、薬液の中で電気を通す(電解)ことによって、金属基材表面の凸部(ミクロンレベル)を溶出させることで、平滑で光沢のある表面にする方法である。金属基材表面に付いている汚れや不純物を取り除き、皮膜を強化するので、耐食性を向上させることもできる。これは、金属基材表面の鉄が電解で先に溶け出すため、相対的に鉄以外の金属成分(例えばクロム)が濃くなり、不動態皮膜が強固になるためであると考えられる。
酸洗は、強酸性の薬液に漬ける、ペースト状の酸洗剤を塗る等により、金属基材表面を溶出させて洗う方法である。光沢は出ないが、安価で大型の製品に対応できる。光沢のある部分もつや消し状態になってしまうので、溶接焼けによる黒ずみを取るためなど、外観を問題にしないものであれば、酸洗を適用することができる。
The method for the chemical treatment of the metal substrate is not particularly limited as long as the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate can be within a predetermined range. , Alkaline cleaning, electric field degreasing, pickling and the like.
Alkali cleaning is a method in which the surface of a metal substrate is eluted and washed by soaking in an alkaline chemical solution or by applying a paste-like alkaline cleaner. Gloss does not come out, but can be used for cheap and large products. Since the glossy portion will become frosted, alkali cleaning can be applied if the appearance is not a problem, such as to remove darkening due to welding burn.
Electrolytic degreasing is a method of making a smooth and glossy surface by eluting convex portions (micron level) on the surface of a metal substrate by conducting electricity (electrolysis) in a chemical solution. Since the dirt and impurities attached to the surface of the metal substrate are removed and the film is strengthened, the corrosion resistance can be improved. This is presumably because iron on the surface of the metal base material is first dissolved by electrolysis, so that metal components (for example, chromium) other than iron are relatively thick and the passive film becomes strong.
Pickling is a method in which the surface of a metal substrate is eluted and washed by soaking it in a strongly acidic chemical solution or by applying a paste-like acid detergent. Gloss does not come out, but can be used for cheap and large products. Pickling can be applied if the appearance is not a problem, for example, to remove darkening due to welding burns, because the glossy part will be frosted.

本発明においては、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角が低下するように、薬液処理を施すことが好ましい。具体的には、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角が30°以下となるように、薬液処理を施すことが好ましい。
なお、金属基材表面のポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に対する接触角については、上述したとおりである。
In this invention, it is preferable to perform a chemical | medical solution process so that the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition of the metal base material surface may fall. Specifically, it is preferable to perform a chemical treatment so that the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate is 30 ° or less.
In addition, the contact angle with respect to the solvent contained in the polyimide resin composition on the surface of the metal substrate is as described above.

4.密着層形成工程
本発明においては、上記絶縁層形成工程後に、絶縁層上に、無機化合物を含む密着層を形成する密着層形成工程を有していてもよい。
4). Adhesion layer formation process In this invention, you may have the adhesion layer formation process of forming the adhesion layer containing an inorganic compound on an insulating layer after the said insulating layer formation process.

密着層を構成する無機化合物としては、上述の特性を満たすものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロム、酸化チタンを挙げることができる。これらは1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。   The inorganic compound constituting the adhesion layer is not particularly limited as long as it satisfies the above-described characteristics. For example, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, oxidation Examples thereof include chromium and titanium oxide. These may be used alone or in combination of two or more.

密着層は、単層であってもよく多層であってもよい。
密着層が多層膜である場合、上述の無機化合物からなる層を複数層積層してもよく、上述の無機化合物からなる層と金属からなる層とを積層してもよい。この場合に用いられる金属としては、後述の特性を満たす密着層を形成することができれば特に限定されるものではなく、例えば、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素を挙げることができる。
また、密着層が多層膜である場合、密着層の最表層は酸化ケイ素膜であることが好ましい。すなわち、酸化ケイ素膜上に薄膜素子部を形成することが好ましい。酸化ケイ素膜は後述の特性を十分に満たすからである。この場合の酸化ケイ素はSiO(Xは1.5〜2.0の範囲内)であることが好ましい。
The adhesion layer may be a single layer or a multilayer.
When the adhesion layer is a multilayer film, a plurality of layers made of the above-described inorganic compound may be laminated, or a layer made of the above-mentioned inorganic compound and a layer made of metal may be laminated. The metal used in this case is not particularly limited as long as an adhesion layer satisfying the characteristics described below can be formed, and examples thereof include chromium, titanium, aluminum, and silicon.
When the adhesion layer is a multilayer film, the outermost layer of the adhesion layer is preferably a silicon oxide film. That is, it is preferable to form a thin film element portion on the silicon oxide film. This is because the silicon oxide film sufficiently satisfies the characteristics described later. The silicon oxide in this case is preferably SiO x (X is in the range of 1.5 to 2.0).

中でも、密着層4は、図8に例示するように、絶縁層3上に形成され、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも1種からなる第1密着層4aと、第1密着層4a上に形成され、酸化ケイ素からなる第2密着層4bとを有することが好ましい。第1密着層により絶縁層と第2密着層との密着性を高めることができ、第2密着層により絶縁層と薄膜素子部との密着性を高めることができるからである。また、酸化ケイ素からなる第2密着層は後述の特性を十分に満たすからである。   Among them, the adhesion layer 4 is formed on the insulating layer 3 as illustrated in FIG. 8 and is made of chromium, titanium, aluminum, silicon, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, chromium oxide. It is preferable to have a first adhesion layer 4a made of at least one selected from the group consisting of titanium oxide and a second adhesion layer 4b made of silicon oxide and formed on the first adhesion layer 4a. This is because the adhesion between the insulating layer and the second adhesion layer can be enhanced by the first adhesion layer, and the adhesion between the insulation layer and the thin film element portion can be enhanced by the second adhesion layer. Moreover, it is because the 2nd contact | adherence layer which consists of silicon oxides fully satisfy | fills the below-mentioned characteristic.

密着層の形成方法としては、上述の無機化合物からなる層や上述の金属からなる層を形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、DC(直流)スパッタリング法、RF(高周波)マグネトロンスパッタリング法、プラズマCVD(化学気相蒸着)法等を挙げることができる。中でも、上述の無機化合物からなる層を形成する場合であって、アルミニウムやケイ素を含む層を形成する場合には、反応性スパッタリング法を用いることが好ましい。絶縁層との密着性に優れる膜が得られるからである。   The method for forming the adhesion layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a layer made of the above-described inorganic compound or a layer made of the above-mentioned metal. For example, DC (direct current) sputtering, RF (High frequency) magnetron sputtering method, plasma CVD (chemical vapor deposition) method, etc. can be mentioned. In particular, when a layer made of the above-described inorganic compound is formed and a layer containing aluminum or silicon is formed, it is preferable to use a reactive sputtering method. This is because a film having excellent adhesion to the insulating layer can be obtained.

密着層は平滑性を有することが好ましい。密着層の表面粗さRaは、金属基材の表面粗さRaよりも小さければよく、具体的に、25nm以下であることが好ましく、より好ましくは10nm以下である。密着層の表面粗さRaが大きすぎると、本発明により製造される薄膜素子用基板上に薄膜素子部を作製した際に、薄膜素子の特性が劣化するおそれがあるからである。
なお、上記表面粗さの測定方法については、上記絶縁層の表面粗さの測定方法と同様である。
The adhesion layer preferably has smoothness. The surface roughness Ra of the adhesion layer only needs to be smaller than the surface roughness Ra of the metal substrate, and is specifically preferably 25 nm or less, more preferably 10 nm or less. This is because if the surface roughness Ra of the adhesion layer is too large, characteristics of the thin film element may be deteriorated when the thin film element portion is produced on the thin film element substrate manufactured according to the present invention.
The method for measuring the surface roughness is the same as the method for measuring the surface roughness of the insulating layer.

また、密着層は耐熱性を有することが好ましい。薄膜素子部の形成時に、高温処理が施される場合があるからである。密着層の耐熱性としては、密着層の5%重量減少温度が300℃以上であることが好ましい。
なお、5%重量減少温度の測定については、熱分析装置(DTG−60((株)島津製作所製))を用いて、雰囲気:窒素雰囲気、温度範囲:30℃〜600℃、昇温速度:10℃/minにて、熱重量・示差熱(TG−DTA)測定を行い、試料の重量が5%減る温度を5%重量減少温度(℃)とした。
The adhesion layer preferably has heat resistance. This is because a high temperature treatment may be performed during the formation of the thin film element portion. As the heat resistance of the adhesive layer, the 5% weight reduction temperature of the adhesive layer is preferably 300 ° C. or higher.
In addition, about the measurement of 5% weight reduction | decrease temperature, using a thermal analyzer (DTG-60 (made by Shimadzu Corp.)), atmosphere: nitrogen atmosphere, temperature range: 30 degreeC-600 degreeC, temperature increase rate: Thermogravimetric / differential heat (TG-DTA) measurement was performed at 10 ° C./min, and the temperature at which the weight of the sample decreased by 5% was defined as a 5% weight reduction temperature (° C.).

密着層は、通常、絶縁性を有する。薄膜素子用基板には絶縁性が求められるからである。   The adhesion layer usually has an insulating property. This is because the thin film element substrate is required to have insulating properties.

また、薄膜素子がTFTである場合、密着層は、絶縁層に含まれる不純物イオンなどがTFTの半導体層に拡散するのを防ぐものであることが好ましい。具体的に、密着層のイオン透過性としては、鉄(Fe)イオン濃度が0.1ppm以下であることが好ましく、あるいはナトリウム(Na)イオン濃度が50ppb以下であることが好ましい。なお、Feイオン、Naイオンの濃度の測定方法としては、密着層上に形成された層をサンプリングして抽出した後、イオンクロマトグラフィー法により分析する方法が用いられる。   In the case where the thin film element is a TFT, the adhesion layer preferably prevents the impurity ions contained in the insulating layer from diffusing into the semiconductor layer of the TFT. Specifically, as the ion permeability of the adhesion layer, the iron (Fe) ion concentration is preferably 0.1 ppm or less, or the sodium (Na) ion concentration is preferably 50 ppb or less. In addition, as a measuring method of the density | concentration of Fe ion and Na ion, after sampling and extracting the layer formed on the contact | adherence layer, the method of analyzing by an ion chromatography method is used.

密着層の厚みは、上述の特性を満たすことができる厚みであれば特に限定されないが、具体的には、1nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。中でも、密着層が上述したように第1密着層および第2密着層を有する場合、第2密着層の厚みは第1密着層よりも厚く、第1密着層は比較的薄く、第2密着層は比較的厚いことが好ましい。この場合、第1密着層の厚みは、0.1nm〜50nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5nm〜20nmの範囲内、さらに好ましくは1nm〜10nmの範囲内である。また、第2密着層の厚みは、10nm〜500nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは50nm〜300nmの範囲内、さらに好ましくは80nm〜120nmの範囲内である。厚みが薄すぎると、十分な密着性が得られないおそれがあり、厚みが厚すぎると、密着層にクラックが生じるおそれがあるからである。   The thickness of the adhesion layer is not particularly limited as long as it can satisfy the above-described characteristics, but specifically, it is preferably in the range of 1 nm to 500 nm. In particular, when the adhesion layer has the first adhesion layer and the second adhesion layer as described above, the second adhesion layer is thicker than the first adhesion layer, the first adhesion layer is relatively thin, and the second adhesion layer. Is preferably relatively thick. In this case, the thickness of the first adhesion layer is preferably in the range of 0.1 nm to 50 nm, more preferably in the range of 0.5 nm to 20 nm, and still more preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The thickness of the second adhesion layer is preferably in the range of 10 nm to 500 nm, more preferably in the range of 50 nm to 300 nm, and still more preferably in the range of 80 nm to 120 nm. This is because if the thickness is too thin, sufficient adhesion may not be obtained, and if the thickness is too thick, cracks may occur in the adhesion layer.

密着層は、金属基材上に全面に形成してもよく、金属基材上に部分的に形成してもよい。中でも、絶縁層を金属基材上に部分的に形成する場合には、図6(a)に例示するように、密着層4も絶縁層3と同様に金属基材2上に部分的に形成することが好ましい。金属基材上に直に無機化合物を含む密着層を形成すると、密着層にクラックなどが生じる場合があるからである。すなわち、密着層および絶縁層は同様の形状であることが好ましい。   The adhesion layer may be formed on the entire surface of the metal substrate, or may be partially formed on the metal substrate. In particular, when the insulating layer is partially formed on the metal substrate, the adhesion layer 4 is also partially formed on the metal substrate 2 in the same manner as the insulating layer 3 as illustrated in FIG. It is preferable to do. This is because if an adhesion layer containing an inorganic compound is formed directly on the metal substrate, cracks or the like may occur in the adhesion layer. That is, it is preferable that the adhesion layer and the insulating layer have the same shape.

B.薄膜素子の製造方法
次に、本発明の薄膜素子の製造方法について説明する。
本発明の薄膜素子の製造方法は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、薄膜素子部を形成する薄膜素子部形成工程を有することを特徴とするものである。
B. Next, a method for manufacturing a thin film element of the present invention will be described.
The thin film element manufacturing method of the present invention includes a thin film element portion forming step of forming a thin film element portion on the thin film element substrate manufactured by the above-described thin film element substrate manufacturing method. is there.

本発明においては、表面平滑性に優れる薄膜素子用基板上に薄膜素子部を形成するので、特性に優れる薄膜素子を得ることができる。
また、薄膜素子用基板は酸素や水蒸気に対するガスバリア性を有するので、水分や酸素による素子性能の劣化を抑制することができ、また素子内の湿度を一定に保ち湿度変化による特性の劣化を抑制することができる。さらに、薄膜素子用基板はガスバリア性だけでなく放熱性を有するので、例えば薄膜素子部として有機EL素子を作製した場合、発光特性を長期間に亘って安定して維持することができるとともに、発光ムラのない均一な発光を実現し、かつ寿命の短縮や素子破壊を低減することが可能である。
また、薄膜素子用基板において絶縁層上に密着層が形成されている場合には、薄膜素子用基板上に密着性良く薄膜素子部を形成することができ、薄膜素子の製造時に水分や熱が加わってポリイミドを含む絶縁層の寸法が変化した場合であっても、薄膜素子部を構成する部材に剥離やクラックが生じるのを防ぐことができる。
In the present invention, since the thin film element portion is formed on the thin film element substrate having excellent surface smoothness, a thin film element having excellent characteristics can be obtained.
In addition, since the thin film element substrate has a gas barrier property against oxygen and water vapor, it can suppress deterioration of the element performance due to moisture and oxygen, and also keeps the humidity in the element constant and suppresses deterioration of characteristics due to humidity change. be able to. Furthermore, since the substrate for a thin film element has not only a gas barrier property but also a heat dissipation property, for example, when an organic EL element is manufactured as a thin film element portion, the light emission characteristics can be stably maintained over a long period of time, and light emission can be achieved. It is possible to achieve uniform light emission with no unevenness, shorten the lifetime, and reduce element destruction.
In addition, when the adhesion layer is formed on the insulating layer in the thin film element substrate, the thin film element portion can be formed on the thin film element substrate with good adhesion, and moisture or heat is generated during the manufacture of the thin film element. In addition, even when the dimension of the insulating layer containing polyimide is changed, it is possible to prevent peeling or cracking from occurring in the member constituting the thin film element portion.

なお、「薄膜素子」とは、膜厚150nm以下の機能層を有する電子素子をいう。すなわち、「薄膜素子部」とは、膜厚150nm以下の機能層を有する電子素子部をいう。機能層の膜厚は100nm以下であることが好ましい。
機能層としては、絶縁層、電極層、半導体層、誘電体層、密着層、シード層などが挙げられる。その中でも、機能層は、絶縁層、電極層、半導体層、誘電体層であることが好ましい。これらの層は、ナノメートルオーダーの凸凹により、断線、ショート、欠陥等、素子の動作に対して重大な影響を与える不具合が生じることになるため、平坦性が高いことが特に好ましいからである。
機能層は、薄膜素子用基板上に直に形成されていてもよく、薄膜素子用基板上に中間層を介して形成されていてもよい。中間層は、薄膜素子用基板の表面粗さを著しく変化させるものでなければ特に限定されるものではない。
The “thin film element” refers to an electronic element having a functional layer with a thickness of 150 nm or less. That is, the “thin film element portion” refers to an electronic element portion having a functional layer having a thickness of 150 nm or less. The thickness of the functional layer is preferably 100 nm or less.
Examples of the functional layer include an insulating layer, an electrode layer, a semiconductor layer, a dielectric layer, an adhesion layer, and a seed layer. Among them, the functional layer is preferably an insulating layer, an electrode layer, a semiconductor layer, or a dielectric layer. This is because it is particularly preferable that these layers have high flatness because irregularities on the order of nanometers cause problems that seriously affect the operation of the device, such as disconnection, short circuit, and defects.
The functional layer may be formed directly on the thin film element substrate, or may be formed on the thin film element substrate via an intermediate layer. The intermediate layer is not particularly limited as long as it does not significantly change the surface roughness of the thin film element substrate.

なお、薄膜素子用基板については、上記「A.薄膜素子用基板の製造方法」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。以下、本発明の薄膜素子の製造方法における薄膜素子部形成工程について説明する。   The thin film element substrate has been described in detail in the above section “A. Manufacturing Method of Thin Film Element Substrate”, and therefore the description thereof is omitted here. Hereafter, the thin film element part formation process in the manufacturing method of the thin film element of this invention is demonstrated.

本発明における薄膜素子部形成工程は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、薄膜素子部を形成する工程である。   The thin film element portion forming step in the present invention is a step of forming the thin film element portion on the thin film element substrate manufactured by the above-described method for manufacturing a thin film element substrate.

薄膜素子部としては、上記機能層を有する電子素子部であれば特に限定されるものではなく、例えば、TFT、薄膜太陽電池、EL素子、RFID(Radio Frequency IDentification:ICタグ)、メモリー等が挙げられる。
なお、TFTについては後述の「C.TFTの製造方法」の項に記載するのでここでの説明は省略する。
薄膜太陽電池としては、CIGS(Cu(銅),In(インジウム),Ga(ガリウム),Se(セレン))太陽電池、有機薄膜太陽電池等が挙げられる。
EL素子としては、有機EL素子および無機EL素子のいずれであってもよい。
薄膜素子部の形成方法としては、薄膜素子部の種類に応じて適宜選択され、一般的な方法を採用することができる。
The thin film element portion is not particularly limited as long as it is an electronic element portion having the functional layer, and examples thereof include TFTs, thin film solar cells, EL elements, RFID (Radio Frequency IDentification: IC tags), memories, and the like. It is done.
Since the TFT is described in the section “C. TFT manufacturing method” described later, a description thereof is omitted here.
Examples of the thin film solar cell include CIGS (Cu (copper), In (indium), Ga (gallium), Se (selenium)) solar cells, organic thin film solar cells, and the like.
The EL element may be either an organic EL element or an inorganic EL element.
A method for forming the thin film element portion is appropriately selected according to the type of the thin film element portion, and a general method can be adopted.

C.TFTの製造方法
次に、本発明のTFTの製造方法について説明する。
本発明のTFTの製造方法は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、TFTを形成するTFT形成工程を有することを特徴とするものである。
C. Next, a method for manufacturing the TFT of the present invention will be described.
The TFT manufacturing method of the present invention is characterized by having a TFT forming step of forming a TFT on the thin film element substrate manufactured by the above-described thin film element substrate manufacturing method.

図3(a)〜図5(b)は、本発明のTFTの例を示す概略断面図である。図3(a)に例示するTFT10は、トップゲート・ボトムコンタクト構造を有するTFTを備え、図3(b)に例示するTFT10は、トップゲート・トップコンタクト構造を有するTFTを備えている。図4(a)に例示するTFT10は、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造を有するTFTを備え、図4(b)に例示するTFT10は、ボトムゲート・トップコンタクト構造を有するTFTを備えている。図5(a)、(b)に例示するTFT10は、コプレーナ型構造を有するTFTを備えている。なお、図3(a)〜図5(b)に示すTFTの各構成については、上記「A.薄膜素子用基板の製造方法」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。   FIG. 3A to FIG. 5B are schematic cross-sectional views showing examples of the TFT of the present invention. The TFT 10 illustrated in FIG. 3A includes a TFT having a top gate / bottom contact structure, and the TFT 10 illustrated in FIG. 3B includes a TFT having a top gate / top contact structure. The TFT 10 illustrated in FIG. 4A includes a TFT having a bottom gate / bottom contact structure, and the TFT 10 illustrated in FIG. 4B includes a TFT having a bottom gate / top contact structure. The TFT 10 illustrated in FIGS. 5A and 5B includes a TFT having a coplanar structure. Note that each configuration of the TFT shown in FIGS. 3A to 5B has been described in the above section “A. Method for Manufacturing Substrate for Thin Film Element”, and therefore description thereof is omitted here.

本発明においては、表面平滑性に優れる薄膜素子用基板上にTFTを形成するので、電気的性能の良好なTFTを得ることができる。
また、薄膜素子用基板は酸素や水蒸気に対するガスバリア性を有するので、TFTを用いて有機EL表示装置を作製した場合には水分や酸素による素子性能の劣化を抑制することができ、またTFTを用いて電子ペーパーを作製した場合には素子内の湿度を一定に保ち湿度変化による表示特性の劣化を抑制することができる。さらに、薄膜素子用基板はガスバリア性だけでなく放熱性を有するので、TFTを用いて有機EL表示装置を作製した場合、発光特性を長期間に亘って安定して維持することができるとともに、発光ムラのない均一な発光を実現し、かつ寿命の短縮や素子破壊を低減することが可能である。
また、薄膜素子用基板において絶縁層上に密着層が形成されている場合には、薄膜素子用基板上に密着性良くTFTを形成することができ、TFTの製造時に水分や熱が加わってポリイミドを含む絶縁層の寸法が変化した場合であっても、電極や半導体層に剥離やクラックが生じるのを防ぐことができる。
In the present invention, since the TFT is formed on the thin film element substrate having excellent surface smoothness, a TFT having good electrical performance can be obtained.
In addition, since the substrate for a thin film element has a gas barrier property against oxygen or water vapor, when an organic EL display device is manufactured using a TFT, deterioration of element performance due to moisture or oxygen can be suppressed. When electronic paper is manufactured, the humidity in the element can be kept constant and deterioration of display characteristics due to a change in humidity can be suppressed. Furthermore, since the substrate for a thin film element has not only a gas barrier property but also a heat dissipation property, when an organic EL display device is manufactured using TFTs, the light emission characteristics can be stably maintained over a long period of time, and light emission can be achieved. It is possible to achieve uniform light emission with no unevenness, shorten the lifetime, and reduce element destruction.
In addition, when an adhesion layer is formed on an insulating layer in a thin film element substrate, a TFT can be formed on the thin film element substrate with good adhesion, and moisture and heat are added during the manufacture of the TFT to form polyimide. Even when the dimensions of the insulating layer containing s are changed, it is possible to prevent the electrodes and the semiconductor layer from being separated or cracked.

なお、薄膜素子用基板については、上記「A.薄膜素子用基板の製造方法」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。以下、本発明のTFTの製造方法におけるTFT形成工程について説明する。   The thin film element substrate has been described in detail in the above section “A. Manufacturing Method of Thin Film Element Substrate”, and therefore the description thereof is omitted here. Hereinafter, the TFT formation process in the TFT manufacturing method of the present invention will be described.

1.TFT形成工程
本発明におけるTFT形成工程は、上述の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、TFTを形成する工程である。
1. TFT formation process The TFT formation process in this invention is a process of forming TFT on the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements mentioned above.

TFTの構造としては、例えば、トップゲート構造(正スタガ型)、ボトムゲート構造(逆スタガ型)、コプレーナ型構造を挙げることができる。トップゲート構造(正スタガ型)およびボトムゲート構造(逆スタガ型)の場合には、さらにトップコンタクト構造、ボトムコンタクト構造を挙げることができる。これらの構造は、TFTを構成する半導体層の種類に応じて適宜選択される。   Examples of the TFT structure include a top gate structure (forward stagger type), a bottom gate structure (reverse stagger type), and a coplanar type structure. In the case of the top gate structure (forward stagger type) and the bottom gate structure (reverse stagger type), a top contact structure and a bottom contact structure can be further exemplified. These structures are appropriately selected according to the type of semiconductor layer constituting the TFT.

TFTを構成する半導体層としては、薄膜素子用基板上に形成することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、シリコン、酸化物半導体、有機半導体が用いられる。   The semiconductor layer constituting the TFT is not particularly limited as long as it can be formed on the thin film element substrate. For example, silicon, an oxide semiconductor, or an organic semiconductor is used.

シリコンとしては、ポリシリコン、アモルファスシリコンを用いることができる。
酸化物半導体としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化チタン(TiO)、酸化マグネシウム亜鉛(MgZn1−xO)、酸化カドミウム亜鉛(CdZn1−xO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウム(In)、酸化ガリウム(Ga)、酸化スズ(SnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化タングステン(WO)、InGaZnO系、InGaSnO系、InGaZnMgO系、InAlZnO系、InFeZnO系、InGaO系、ZnGaO系、InZnO系を用いることができる。
有機半導体としては、例えば、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物等を挙げることができる。より具体的には、ペンタセン、テトラセン、チオフェンオリゴマ誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン化合物、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素等が挙げられる。
As the silicon, polysilicon or amorphous silicon can be used.
Examples of the oxide semiconductor include zinc oxide (ZnO), titanium oxide (TiO), magnesium zinc oxide (Mg x Zn 1-x O), cadmium zinc oxide (Cd x Zn 1-x O), and cadmium oxide (CdO). ), Indium oxide (In 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), magnesium oxide (MgO), tungsten oxide (WO), InGaZnO-based, InGaSnO-based, InGaZnMgO-based, InAlZnO-based InFeZnO, InGaO, ZnGaO, and InZnO can be used.
Examples of organic semiconductors include π-electron conjugated aromatic compounds, chain compounds, organic pigments, and organosilicon compounds. More specifically, pentacene, tetracene, thiophen oligomer derivatives, phenylene derivatives, phthalocyanine compounds, polyacetylene derivatives, polythiophene derivatives, cyanine dyes and the like can be mentioned.

中でも、半導体層は、上述の酸化物半導体からなる酸化物半導体層であることが好ましい。酸化物半導体は水や酸素の影響によりその電気特性が変化するが、薄膜素子用基板は上述したように水蒸気に対するガスバリア性を有するため、半導体の特性劣化を抑制することができる。また、TFTを有機EL表示装置に用いる場合には、有機EL表示装置は水や酸素に対する耐性に劣るが、金属基材によって酸素および水蒸気の透過を抑制することができるので、素子性能の劣化を抑制することができる。
半導体層の形成方法および厚みとしては、一般的なものと同様とすることができる。
Especially, it is preferable that a semiconductor layer is an oxide semiconductor layer which consists of the above-mentioned oxide semiconductor. Although the electrical characteristics of an oxide semiconductor change due to the influence of water and oxygen, the substrate for a thin film element has a gas barrier property against water vapor as described above, so that deterioration of the characteristics of the semiconductor can be suppressed. When TFT is used in an organic EL display device, the organic EL display device is inferior in resistance to water and oxygen, but the metal base material can suppress the permeation of oxygen and water vapor. Can be suppressed.
The method for forming the semiconductor layer and the thickness thereof can be the same as those in general.

TFTを構成するゲート電極、ソース電極およびドレイン電極としては、所望の導電性を備えるものであれば特に限定されるものではなく、一般的にTFTに用いられる導電性材料を用いることができる。このような材料の例としては、Ta、Ti、Al、Zr、Cr、Nb、Hf、Mo、Au、Ag、Pt、Mo−Ta合金、W−Mo合金、ITO、IZO等の無機材料、および、PEDOT/PSS等の導電性を有する有機材料を挙げることができる。
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形成方法および厚みとしては、一般的なものと同様とすることができる。
The gate electrode, source electrode, and drain electrode constituting the TFT are not particularly limited as long as they have desired conductivity, and a conductive material generally used for TFTs can be used. Examples of such materials include Ta, Ti, Al, Zr, Cr, Nb, Hf, Mo, Au, Ag, Pt, Mo-Ta alloys, W-Mo alloys, ITO, IZO and other inorganic materials, and And organic materials having conductivity such as PEDOT / PSS.
The formation method and thickness of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode can be the same as those in general.

TFTを構成するゲート絶縁膜としては、一般的なTFTにおけるゲート絶縁膜と同様のものを用いることができ、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の絶縁性無機材料、および、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、カルド系樹脂、ビニル系樹脂、イミド系樹脂、ノボラック系樹脂等の絶縁性有機材料等の絶縁性有機材料を用いることができる。
ゲート絶縁膜の形成方法および厚みとしては、一般的なものと同様とすることができる。
As the gate insulating film constituting the TFT, the same gate insulating film as that in a general TFT can be used. For example, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, tantalum oxide, barium strontium titanate (BST), Insulating inorganic materials such as lead zirconate titanate (PZT), acrylic resins, phenolic resins, fluorine resins, epoxy resins, cardo resins, vinyl resins, imide resins, novolac resins, etc. An insulating organic material such as an insulating organic material can be used.
The formation method and thickness of the gate insulating film can be the same as a general one.

TFT上には保護膜が形成されていてもよい。保護膜は、TFTを保護するために設けられるものである。例えば、半導体層が空気中に含有される水分等に曝露されることを防止することができる。保護膜が形成されていることにより、TFT性能の経時劣化を低減することができるのである。このような保護膜としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素が用いられる。
保護膜の形成方法および厚みとしては、一般的なものと同様とすることができる。
半導体層が酸化物半導体層である場合、酸化物半導体層上に保護膜をスパッタリング法等により形成すると、酸化物半導体では酸素が欠損するおそれがあるが、保護膜の形成後に酸素の存在下でアニール処理を行なうことで、酸素欠陥を補うことができる。このアニール処理は数百度と高温で行なわれるため、ポリイミドを含む絶縁層の寸法変化が懸念されるが、本発明においては密着層が形成されているので、アニール処理によって絶縁層の寸法が変化した場合であっても、絶縁層とTFTとの密着性を維持することができ、TFTの剥離やクラックを抑制することが可能である。
A protective film may be formed on the TFT. The protective film is provided to protect the TFT. For example, the semiconductor layer can be prevented from being exposed to moisture or the like contained in the air. By forming the protective film, deterioration of the TFT performance with time can be reduced. For example, silicon oxide or silicon nitride is used as such a protective film.
The method for forming the protective film and the thickness thereof can be the same as those in general.
When the semiconductor layer is an oxide semiconductor layer, if a protective film is formed over the oxide semiconductor layer by a sputtering method or the like, oxygen may be lost in the oxide semiconductor, but in the presence of oxygen after the protective film is formed, By performing the annealing treatment, oxygen defects can be compensated. Since this annealing process is performed at a high temperature of several hundred degrees, there is a concern about the dimensional change of the insulating layer containing polyimide. Even in such a case, the adhesion between the insulating layer and the TFT can be maintained, and peeling and cracking of the TFT can be suppressed.

2.用途
本発明により製造されるTFTは、例えば、有機EL表示装置、電子ペーパー、反射型液晶表示装置、RFIDなどの回路、およびセンサーなどに用いることができる。中でも、有機EL表示装置、電子ペーパーが好適である。
2. Applications TFTs produced according to the present invention can be used for, for example, organic EL display devices, electronic paper, reflective liquid crystal display devices, circuits such as RFID, sensors, and the like. Among these, organic EL display devices and electronic paper are preferable.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
[製造例]
1.ポリイミド前駆体溶液(ポリイミド樹脂組成物)の調製
(製造例1)
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA) 4.0g(20mmol)とパラフェニレンジアミン(PPD) 8.65g(80mmol)とを500mlのセパラブルフラスコに投入し、200gの脱水されたN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させ、窒素気流下、オイルバスによって液温が50℃になるように熱電対でモニターし加熱しながら撹拌した。それらが完全に溶解したことを確認した後、そこへ、少しずつ30分かけて3,3’、4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸2無水物(BPDA) 29.1g(99mmol)を添加し、添加終了後、50℃で5時間撹拌した。その後室温まで冷却し、ポリイミド前駆体溶液1を得た。
Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples and comparative examples.
[Production example]
1. Preparation of polyimide precursor solution (polyimide resin composition) (Production Example 1)
4.0 g (20 mmol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether (ODA) and 8.65 g (80 mmol) of paraphenylenediamine (PPD) were put into a 500 ml separable flask, and 200 g of dehydrated N-methyl-2 was added. -It dissolved in pyrrolidone (NMP), and it stirred, heating and monitoring with a thermocouple so that liquid temperature might be 50 degreeC with an oil bath under nitrogen stream. After confirming that they were completely dissolved, 29.1 g (99 mmol) of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) was added thereto gradually over 30 minutes. After the addition, the mixture was stirred at 50 ° C. for 5 hours. Then, it cooled to room temperature and obtained the polyimide precursor solution 1.

(製造例2)
反応温度および溶液の濃度が、17重量%〜19重量%になるようにNMPの量を調整した以外は、製造例1と同様の方法で、下記表1に示す配合比でポリイミド前駆体溶液2〜15およびポリイミド前駆体溶液Z(比較例)を合成した。
酸二無水物としては、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、p−フェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物(TAHQ)、p−ビフェニレンビストリメリット酸モノエステル酸二無水物(BPTME)を用いた。ジアミンとしては、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)、パラフェニレンジアミン(PPD)、1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzene(4APB)、2,2′-Dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl(TBHG)、2,2′-Bis(trifluoromethyl)-4,4′-diaminobiphenyl(TFMB)の1種または2種を用いた。
(Production Example 2)
The polyimide precursor solution 2 was prepared in the same manner as in Production Example 1, except that the amount of NMP was adjusted so that the reaction temperature and the solution concentration were 17% by weight to 19% by weight, with the compounding ratio shown in Table 1 below. -15 and polyimide precursor solution Z (comparative example) were synthesized.
Acid dianhydrides include 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA), pyromellitic dianhydride (PMDA), p-phenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride (TAHQ), p-biphenylenebistrimellitic acid monoester dianhydride (BPTME) was used. Diamines include 4,4'-diaminodiphenyl ether (ODA), paraphenylenediamine (PPD), 1,4-Bis (4-aminophenoxy) benzene (4APB), 2,2'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl. One or two of (TBHG) and 2,2′-Bis (trifluoromethyl) -4,4′-diaminobiphenyl (TFMB) were used.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(製造例3)
感光性ポリイミドとするために、上記ポリイミド前駆体溶液1に{[(4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl) oxy]carbonyl} 2,6-dimethyl piperidine (DNCDP)を溶液の固形分の15重量%添加し、感光性ポリイミド前駆体溶液1とした。
(Production Example 3)
To make photosensitive polyimide, add {[(4,5-dimethoxy-2-nitrobenzyl) oxy] carbonyl} 2,6-dimethyl piperidine (DNCDP) to the polyimide precursor solution 1 at 15% by weight of the solid content of the solution. It added and it was set as the photosensitive polyimide precursor solution 1.

(製造例4)
感光性ポリイミドとするために、上記ポリイミド前駆体溶液1に2−ヒドロキシ−5−メトキシ−桂皮酸とピペリジンとから合成したアミド化合物(HMCP)を溶液の固形分の10重量%添加し、感光性ポリイミド前駆体溶液2とした。
(Production Example 4)
In order to obtain a photosensitive polyimide, an amide compound (HMCP) synthesized from 2-hydroxy-5-methoxy-cinnamic acid and piperidine was added to the polyimide precursor solution 1 at 10% by weight of the solid content of the solution. A polyimide precursor solution 2 was obtained.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

(線熱膨張係数および吸湿膨張係数の評価)
上記ポリイミド前駆体溶液1〜15およびポリイミド前駆体溶液Zを、ガラス上に貼り付けた耐熱フィルム(ユーピレックスS 50S:宇部興産(株)製)に塗布し、80℃のホットプレート上で10分乾燥させた後、耐熱フィルムから剥離し、膜厚15μm〜20μmのフィルムを得た。その後、そのフィルムを金属製の枠に固定し、窒素雰囲気下、350℃、1時間熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、膜厚9μm〜15μmのポリイミド1〜15およびポリイミドZのフィルムを得た。
また、上記感光性ポリイミド前駆体溶液1および2を、ガラス上に貼り付けた耐熱フィルム(ユーピレックスS 50S:宇部興産(株)製)に塗布し、100℃のホットプレート上で10分乾燥させた後、高圧水銀灯により365nmの波長の照度換算で2000mJ/cm2露光後、ホットプレート上で170℃10分加熱した後、耐熱フィルムより剥離し、膜厚10μmのフィルムを得た。その後、そのフィルムを金属製の枠に固定し、窒素雰囲気下、350℃、1時間熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、膜厚6μmの感光性ポリイミド1および感光性ポリイミド2のフィルムを得た。
(Evaluation of linear thermal expansion coefficient and hygroscopic expansion coefficient)
The polyimide precursor solutions 1 to 15 and the polyimide precursor solution Z are applied to a heat-resistant film (Upilex S 50S: manufactured by Ube Industries, Ltd.) pasted on glass, and dried on a hot plate at 80 ° C. for 10 minutes. Then, the film was peeled from the heat resistant film to obtain a film having a film thickness of 15 μm to 20 μm. Then, the film was fixed to a metal frame, and heat-treated at 350 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling), and polyimides 1 to 15 and polyimides having a film thickness of 9 μm to 15 μm A film of Z was obtained.
Moreover, the said photosensitive polyimide precursor solutions 1 and 2 were apply | coated to the heat-resistant film (Upilex S50S: Ube Industries, Ltd. product) affixed on the glass, and it was made to dry for 10 minutes on a 100 degreeC hotplate. Thereafter, after exposure to 2000 mJ / cm 2 in terms of illuminance at a wavelength of 365 nm with a high-pressure mercury lamp, the film was heated on a hot plate at 170 ° C. for 10 minutes, and then peeled off from the heat-resistant film to obtain a film having a thickness of 10 μm. Thereafter, the film is fixed to a metal frame, and heat-treated in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling), and photosensitive polyimide 1 and photosensitive polyimide having a film thickness of 6 μm. A film of 2 was obtained.

<線熱膨張係数>
上記の手法により作製したフィルムを幅5mm×長さ20mmに切断し、評価サンプルとして用いた。線熱膨張係数は、熱機械的分析装置Thermo Plus TMA8310(リガク社製)によって測定した。測定条件は、評価サンプルの観測長を15mm、昇温速度を10℃/min、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重を1g/25000μm2とし、100℃〜200℃の範囲の平均の線熱膨張係数を線熱膨張係数(C.T.E.)とした。
<Linear thermal expansion coefficient>
The film produced by the above method was cut into a width of 5 mm and a length of 20 mm and used as an evaluation sample. The linear thermal expansion coefficient was measured by a thermomechanical analyzer Thermo Plus TMA8310 (manufactured by Rigaku Corporation). The measurement conditions are as follows: the observation length of the evaluation sample is 15 mm, the heating rate is 10 ° C./min, the tensile load is 1 g / 25000 μm 2 so that the weight per cross-sectional area of the evaluation sample is the same, and 100 ° C. to 200 ° C. The average linear thermal expansion coefficient in the range was defined as the linear thermal expansion coefficient (CTE).

<湿度膨張係数>
上記の手法により作製したフィルムを幅5mm×長さ20mmに切断し、評価サンプルとして用いた。湿度膨張係数は、湿度可変機械的分析装置Thermo Plus TMA8310改(リガク社製)によって測定した。温度を25℃で一定とし、まず、湿度を15%RHの環境下でサンプルが安定となった状態とし、概ね30分〜2時間その状態を保持した後、測定部位の湿度を20%RHとし、さらにサンプルが安定になるまで30分〜2時間その状態を保持した。その後、湿度を50%RHに変化させ、それが安定となった際のサンプル長と20%RHで安定となった状態でのサンプル長との違いを、湿度の変化(この場合50−20の30)で割り、その値をサンプル長で割った値を湿度膨張係数(C.H.E.)とした。この際、評価サンプルの断面積当たりの加重が同じになるように引張り加重を1g/25000μm2とした。
<Humidity expansion coefficient>
The film produced by the above method was cut into a width of 5 mm and a length of 20 mm and used as an evaluation sample. The humidity expansion coefficient was measured by a humidity variable mechanical analyzer Thermo Plus TMA8310 (manufactured by Rigaku Corporation). The temperature is kept constant at 25 ° C., and the sample is first stabilized in a humidity of 15% RH. After maintaining this state for approximately 30 minutes to 2 hours, the humidity of the measurement site is set to 20% RH. Further, this state was maintained for 30 minutes to 2 hours until the sample became stable. Thereafter, the humidity is changed to 50% RH, and the difference between the sample length when the humidity becomes stable and the sample length when the humidity becomes stable at 20% RH is expressed as a change in humidity (in this case, 50-20). 30), and the value divided by the sample length was defined as the humidity expansion coefficient (CHE). At this time, the tensile load was set to 1 g / 25000 μm 2 so that the weight per cross-sectional area of the evaluation sample was the same.

(基板反り評価)
厚さ18μmのSUS304−HTA箔(東洋精箔製)上に、上記のポリイミド前駆体溶液1〜15およびZ、ならびに感光性ポリイミド前駆体溶液1,2を用い、イミド化後の膜厚が10μm±1μmになるように線熱膨張係数評価のサンプル作成と同様のプロセス条件で、ポリイミド1〜15およびZのポリイミド膜、ならびに感光性ポリイミド1,2のポリイミド膜を形成した。その後、SUS304箔およびポリイミド膜の積層体を幅10mm×長さ50mmに切断し、基板反り評価用のサンプルとした。
(Substrate warpage evaluation)
Using the above polyimide precursor solutions 1 to 15 and Z and photosensitive polyimide precursor solutions 1 and 2 on a SUS304-HTA foil (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) having a thickness of 18 μm, the film thickness after imidization is 10 μm. Polyimide films of polyimides 1 to 15 and Z and photosensitive polyimides 1 and 2 and polyimide films of photosensitive polyimides 1 and 2 were formed under the same process conditions as in the preparation of samples for evaluating the linear thermal expansion coefficient so as to be ± 1 μm. Then, the laminated body of SUS304 foil and a polyimide film was cut | disconnected to width 10mm x length 50mm, and it was set as the sample for board | substrate curvature evaluation.

このサンプルを、SUS板表面にサンプルの短辺の片方のみをカプトンテープにより固定し、100℃のオーブンで1時間加熱した後、100℃に加熱されたオーブン内で、サンプルの反対側の短辺のSUS板からの距離を測定した。そのときの距離が、0mm以上0.5mm以下のサンプルを○、0.5mm超1.0mm以下のサンプルを△、1.0mm超のサンプルを×と判断した。
同様にこのサンプルを、SUS板表面にサンプルの短辺の片方のみをカプトンテープにより固定し、23℃85%Rhの状態の恒温恒湿槽に1時間静置したときの、サンプルの反対側の短辺のSUS板からの距離を測定した。そのときの距離が、0mm以上0.5mm以下のサンプルを○、0.5mm超1.0mm以下のサンプルを△、1.0mm超のサンプルを×と判断した。
これらの評価結果を以下に示す。
This sample was fixed to the SUS plate surface with only one of the short sides of the sample with Kapton tape, heated in an oven at 100 ° C. for 1 hour, and then in the oven heated to 100 ° C., the short side on the opposite side of the sample The distance from the SUS plate was measured. At that time, a sample having a distance of 0 mm or more and 0.5 mm or less was evaluated as “◯”, a sample of more than 0.5 mm and 1.0 mm or less was evaluated as Δ, and a sample of 1.0 mm or more was determined as “X”.
Similarly, when this sample is fixed to the surface of the SUS plate with only one of the short sides of the sample with Kapton tape and left in a constant temperature and humidity chamber at 23 ° C. and 85% Rh for 1 hour, The distance from the short side SUS plate was measured. At that time, a sample having a distance of 0 mm or more and 0.5 mm or less was evaluated as “◯”, a sample of more than 0.5 mm and 1.0 mm or less was evaluated as Δ, and a sample of 1.0 mm or more was determined as “X”.
The evaluation results are shown below.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

SUS304箔の線熱膨張係数は17ppm/℃であることから、ポリイミド膜と金属箔との線熱膨張係数の差が大きいと積層体の反りが大きいことが確認された。
また、表2より、ポリイミド膜の吸湿膨張係数が小さいほど高湿環境下での積層体の反りが小さいことがわかる。
Since the linear thermal expansion coefficient of SUS304 foil was 17 ppm / ° C., it was confirmed that the warpage of the laminate was large when the difference in linear thermal expansion coefficient between the polyimide film and the metal foil was large.
Table 2 shows that the smaller the hygroscopic expansion coefficient of the polyimide film, the smaller the warp of the laminate in a high humidity environment.

2.ポリイミド前駆体溶液(ポリイミド樹脂組成物)の脱気
ポリイミド前駆体溶液1を固形分10%となるようにNMP溶媒で希釈した後、ガラス製のサンプル管に50mLずつ分取した。
(脱気方法)
(1)超音波
分取したサンプルについて、サンプル管の蓋を閉めたまま超音波洗浄機UT−106(シャープマニファクチャリングシステム株式会社製)を用いて、100W 37kHzで室温で10分間超音波処理をした。
(2)真空
分取したサンプルについて、サンプル管の蓋をあけて、検体乾燥機に入れ、真空ポンプを用いて減圧し、圧力が300Pa未満に到達後15分間減圧処理を行った。この際、最終到達圧力は230Paであった。
2. Deaeration of Polyimide Precursor Solution (Polyimide Resin Composition) After diluting the polyimide precursor solution 1 with an NMP solvent so as to have a solid content of 10%, 50 mL each was dispensed into a glass sample tube.
(Deaeration method)
(1) Ultrasonic treatment of the sample collected using an ultrasonic cleaner UT-106 (manufactured by Sharp Manufacturing System Co., Ltd.) at 100 W and 37 kHz at room temperature for 10 minutes with the sample tube closed. Did.
(2) Vacuum The sample collected was opened in a sample tube, placed in a specimen dryer, and decompressed using a vacuum pump, and subjected to a decompression treatment for 15 minutes after the pressure reached less than 300 Pa. At this time, the final ultimate pressure was 230 Pa.

(溶存酸素量の測定)
脱気したサンプルについて直ちに、酸素センサー「B−506」「MA−300G」「WA−BRP」(飯島電子工業株式会社製)を用いて溶存酸素量の測定を行った。
まず、基準として、N−メチルピロリドン(NMP)に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒(溶存酸素飽和NMP)について、酸素センサーを用いて溶存酸素量を測定し、全く酸素が溶存していないNMPの溶存酸素量の測定値が0、溶存酸素飽和NMPの溶存酸素量の測定値が100となるように、酸素センサーの校正を行った。次に、校正した酸素センサーにより、大気下で1時間静置した基準ポリイミド前駆体溶液の溶存酸素量の相対値と、脱気したサンプルの溶存酸素量の相対値とを測定した。続いて、脱気したサンプルについて、基準ポリイミド前駆体溶液の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、脱気したサンプルの溶存酸素量の相対値(相対溶存酸素飽和率)を算出した。
(Measurement of dissolved oxygen)
About the deaerated sample, the dissolved oxygen amount was measured immediately using oxygen sensors “B-506”, “MA-300G”, and “WA-BRP” (manufactured by Iijima Electronics Co., Ltd.).
First, as a reference, the dissolved oxygen saturated solvent (dissolved oxygen saturated NMP) obtained by bubbling air over N-methylpyrrolidone (NMP) for 30 minutes or more was measured using an oxygen sensor, and oxygen was completely dissolved. The oxygen sensor was calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount of NMP was 0 and the measured value of the dissolved oxygen amount of dissolved oxygen saturated NMP was 100. Next, with a calibrated oxygen sensor, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide precursor solution that was allowed to stand for 1 hour in the atmosphere and the relative value of the dissolved oxygen amount of the degassed sample were measured. Subsequently, for the degassed sample, the relative value of the dissolved oxygen amount of the degassed sample (relative dissolved oxygen saturation) when the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide precursor solution was 100% was calculated. .

Figure 2011222779
Figure 2011222779

真空と比べて、超音波のみでは脱気の効果が小さいことが明らかとなった。また、真空のみでも、超音波と真空を組み合わせても、脱気の効果としてはさほど変わらないことが明らかとなった。   It became clear that the degassing effect was small with only ultrasonic waves compared with vacuum. In addition, it became clear that the effect of deaeration is not so different even if only vacuum or ultrasonic and vacuum are combined.

(脱気後の経時変化)
超音波(10分)および真空(15分)にて脱気したサンプルについて、さらに大気下で静置し、溶存酸素量の経時変化を観測した。10分後までは低い溶存酸素量が維持されたが、それ以上の時間が経過すると大気からの吸収により脱気の効果が下がり、120分経過では脱気前に完全に戻ることがわかった。
(Change over time after deaeration)
About the sample deaerated by the ultrasonic wave (10 minutes) and the vacuum (15 minutes), it left still in air | atmosphere, and the time-dependent change of the amount of dissolved oxygen was observed. It was found that the amount of dissolved oxygen was maintained until 10 minutes later, but the effect of degassing decreased due to absorption from the atmosphere after a longer time, and it completely returned to before degassing after 120 minutes.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

3.SUS箔の表面処理
厚さ20μmのSUS304−HTA箔(東洋精箔製)を15cm角に切り出し、下記表5に示す薬液および処理条件にて表面処理を行った。
表面処理前のSUS箔および表面処理後の各SUS箔表面の、ポリイミド樹脂組成物の溶媒であるNMPに対する接触角について、接触角測定器(協和界面化学(株)製DM500型)を用いて測定(マイクロシリンジから液滴1.5μLを滴下して2秒後)した。接触角については、同一サンプル上で5点測定し、その平均値から算出した。
また、X線光電子分光分析(XPS)を用いて、表面処理前のSUS箔および表面処理後の各SUS箔表面における検出全元素と炭素の原子数の存在比を算出した。
さらに、表面処理前のSUS箔および表面処理後の各SUS箔について、上記ポリイミド前駆体溶液1をダイコーターでコーティングし、80℃のオーブン中、大気下で60分乾燥させて、塗布性を確認した。その結果、表面処理前のサンプルについては、時折ピンホールが発生した。また、処理例4については、時折塗布ムラが発生した。処理例1,2,3,5,6のサンプルについては、ピンホールや塗布ムラは発生せず、塗布性は良好であった。
3. Surface treatment of SUS foil A 20 μm thick SUS304-HTA foil (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) was cut into a 15 cm square and subjected to a surface treatment with the chemicals and treatment conditions shown in Table 5 below.
About the contact angle with respect to NMP which is the solvent of a polyimide resin composition on the surface of SUS foil before surface treatment and each SUS foil after surface treatment, it measured using a contact angle measuring device (DM500 type | mold by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd.). (After 2 seconds of dropping 1.5 μL of the droplet from the microsyringe). The contact angle was measured from 5 points on the same sample and calculated from the average value.
In addition, using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the abundance ratio of the total number of detected elements and the number of carbon atoms on the SUS foil before the surface treatment and the surface of each SUS foil after the surface treatment was calculated.
Furthermore, with respect to the SUS foil before the surface treatment and each SUS foil after the surface treatment, the polyimide precursor solution 1 is coated with a die coater and dried in the atmosphere at 80 ° C. for 60 minutes to confirm the coating property. did. As a result, pinholes occasionally occurred in the sample before the surface treatment. Moreover, about the process example 4, the coating nonuniformity occasionally occurred. For the samples of Processing Examples 1, 2, 3, 5, and 6, no pinholes or coating unevenness occurred, and the coating properties were good.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

4.絶縁層の平坦性
(絶縁層1の形成)
まず、上記ポリイミド前駆体溶液1を上記表3の脱気方法3にて脱気した。次いで、ガラスに貼り付けた90mm角の厚さ20μmのSUS304−HTA箔(東洋精箔製)に、脱気後のポリイミド前駆体溶液1をイミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のホットプレートで15分間乾燥後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層1を形成した。
(絶縁層2の形成)
まず、厚さ20μmのSUS304−HTA箔(東洋精箔製)を15cm角に切り出し、10%硫酸を用いて室温下で1分間表面処理を行った。次いで、上記ポリイミド前駆体溶液1を上記表3の脱気方法3にて脱気した。続いて、表面処理後のSUS箔を90mm角に切り出したサンプルをガラスに貼り付け、脱気後のポリイミド前駆体溶液1をイミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のホットプレートで15分間乾燥後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層2を形成した。
(絶縁層3の形成)
ガラスに貼り付けた90mm角の厚さ20μmのSUS304−HTA箔(東洋精箔製)に、上記ポリイミド前駆体溶液1をイミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のホットプレートで15分間乾燥後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層3を形成した。
4). Flatness of insulating layer (Formation of insulating layer 1)
First, the polyimide precursor solution 1 was degassed by the degassing method 3 in Table 3 above. Next, a 90 mm square 20 μm thick SUS304-HTA foil (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) affixed to the glass so that the polyimide precursor solution 1 after deaeration is 7 μm ± 1 μm after imidization. The insulating layer 1 was formed by coating with a spin coater, drying on a hot plate at 100 ° C. for 15 minutes, and then heat-treating in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling).
(Formation of insulating layer 2)
First, a 20 μm-thick SUS304-HTA foil (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) was cut into a 15 cm square and surface-treated with 10% sulfuric acid at room temperature for 1 minute. Next, the polyimide precursor solution 1 was degassed by the degassing method 3 in Table 3 above. Subsequently, a sample obtained by cutting the surface-treated SUS foil into 90 mm squares was attached to glass, and the polyimide precursor solution 1 after deaeration was coated with a spin coater so that the film thickness after imidization was 7 μm ± 1 μm. Then, after drying on a hot plate at 100 ° C. for 15 minutes, heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling), whereby insulating layer 2 was formed.
(Formation of insulating layer 3)
A 90 mm square 20 μm thick SUS304-HTA foil (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) affixed to glass is coated with a spin coater so that the film thickness after imidization is 7 μm ± 1 μm. After drying on a hot plate at 100 ° C. for 15 minutes, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling) to form the insulating layer 3.

(表面粗さRaの測定)
New View 5000(Zygo社製)を用いて、(1)対物レンズ:10倍、ズームレンズ:1倍、Scan Length:15μmにて、1000μm×1000μmの範囲、(2)対物レンズ:50倍、ズームレンズ:1倍、Scan Length:15μmにて、200μm×200μmの範囲、(3)対物レンズ:100倍、ズームレンズ:1倍、Scan Length:15μmにて、100μm×100μmの範囲、(4)対物レンズ:100倍、ズームレンズ:2倍、Scan Length:15μmにて、50μm×50μmの範囲の表面形状をそれぞれ撮像し、得られた像から算出した粗さ曲線の中心線からの平均のずれを算出することより、各絶縁層の表面粗さRa(単位:nm)を求めた。
(Measurement of surface roughness Ra)
Using New View 5000 (manufactured by Zygo), (1) Objective lens: 10x, Zoom lens: 1x, Scan Length: 15µm, 1000µm x 1000µm range, (2) Objective lens: 50x, zoom Lens: 1 ×, Scan Length: 15 μm, 200 μm × 200 μm, (3) Objective lens: 100 ×, Zoom Lens: 1 ×, Scan Length: 15 μm, 100 μm × 100 μm, (4) Objective With a lens of 100 times, a zoom lens of 2 times, and a scan length of 15 μm, each surface shape in the range of 50 μm × 50 μm was imaged, and the average deviation from the center line of the roughness curve calculated from the obtained image By calculating, the surface roughness Ra (unit: nm) of each insulating layer was obtained.

Figure 2011222779
Figure 2011222779

脱気により、絶縁層表面の平坦性が上がることが明らかとなった。また、表面処理を併用することによりさらに効果が上がることも明らかとなった。   It became clear that the flatness of the insulating layer surface was improved by deaeration. In addition, it has also been clarified that the effect is further improved by the combined use of the surface treatment.

5.密着層の平坦性
(密着層の形成)
ポリイミド前駆体溶液1をガラス製のサンプル管に50mL分取したサンプルについて、サンプル管の蓋を閉めたまま超音波洗浄機UT−106(シャープマニファクチャリングシステム株式会社製)を用いて、100W 37kHzで室温で10分間超音波処理をした。その後、サンプル管の蓋をあけて、検体乾燥機に入れ、真空ポンプを用いて減圧し、圧力が300Pa未満に到達後20分間減圧処理を行った。
10%硫酸に1分間浸漬させた、厚さ100μmのSUS304−HTA基材(小山鋼材社製)上に、脱気処理を行ったポリイミド前駆体溶液1を用いて、イミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のオーブン中、大気下で60分乾燥させた後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層を形成した。
次に、絶縁層上に、第1密着層としてのアルミニウム膜をDCスパッタリング法(成膜圧力0.2Pa(アルゴン)、投入電力1kW、成膜時間10秒)により厚さ5nmで形成した。次いで、第2密着層としての酸化シリコン膜をRFマグネトロンスパッタリング法(成膜圧力0.3Pa(アルゴン:酸素=3:1)、投入電力2kW、成膜時間30分)により厚さ100nmで形成した。これにより、薄膜素子用基板を得た。
5. Flatness of adhesion layer (formation of adhesion layer)
For a sample obtained by dispensing 50 mL of the polyimide precursor solution 1 in a glass sample tube, 100 W 37 kHz using an ultrasonic cleaner UT-106 (manufactured by Sharp Manufacturing System Co., Ltd.) with the sample tube lid closed. And sonicated at room temperature for 10 minutes. Thereafter, the lid of the sample tube was opened, put into a specimen dryer, and the pressure was reduced using a vacuum pump. After the pressure reached less than 300 Pa, a pressure reduction treatment was performed for 20 minutes.
The film thickness after imidization was determined using the polyimide precursor solution 1 that had been deaerated on a 100 μm thick SUS304-HTA substrate (manufactured by Koyama Steel Co., Ltd.) immersed in 10% sulfuric acid for 1 minute. After coating with a spin coater to 7 μm ± 1 μm, drying in an oven at 100 ° C. for 60 minutes in the air, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour (temperature increase rate 10 ° C./minute, natural Cooling), an insulating layer was formed.
Next, an aluminum film as a first adhesion layer was formed on the insulating layer with a thickness of 5 nm by a DC sputtering method (film formation pressure 0.2 Pa (argon), input power 1 kW, film formation time 10 seconds). Next, a silicon oxide film as a second adhesion layer was formed with a thickness of 100 nm by RF magnetron sputtering (deposition pressure 0.3 Pa (argon: oxygen = 3: 1), input power 2 kW, deposition time 30 minutes). . This obtained the board | substrate for thin film elements.

(表面粗さRaの測定)
絶縁層について、New View 5000(Zygo社製)を用いて測定した50μm×50μmにおける表面粗さRaは13.2nmであった。
密着層について、New View 5000(Zygo社製)を用いて測定した50μm×50μmにおける表面粗さRaは23.5nmであった。また、Nanoscope V multimode(Veeco社製)を用いて測定した50μm×50μmにおける表面粗さRaは15.9nmであった。
(Measurement of surface roughness Ra)
For the insulating layer, the surface roughness Ra at 50 μm × 50 μm measured using New View 5000 (manufactured by Zygo) was 13.2 nm.
About the adhesion layer, the surface roughness Ra at 50 μm × 50 μm measured using New View 5000 (manufactured by Zygo) was 23.5 nm. Moreover, the surface roughness Ra in 50 micrometers x 50 micrometers measured using Nanoscope Vmultimode (made by Veeco) was 15.9 nm.

[実施例]
まず、上記ポリイミド前駆体溶液1を上記表3の脱気方法3にて脱気した。次いで、厚さ100μmのSUS304−HTA基材(小山鋼材社製)上に、脱気後のポリイミド前駆体溶液1をイミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のオーブン中、大気下で60分乾燥させた後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層を形成した。
次に、絶縁層上に、第1密着層としてのアルミニウム膜をDCスパッタリング法(成膜圧力0.2Pa(アルゴン)、投入電力1kW、成膜時間10秒)により厚さ5nmで形成した。次いで、第2密着層としての酸化シリコン膜をRFマグネトロンスパッタリング法(成膜圧力0.3Pa(アルゴン:酸素=3:1)、投入電力2kW、成膜時間30分)により厚さ100nmで形成した。これにより、薄膜素子用基板を得た。
[Example]
First, the polyimide precursor solution 1 was degassed by the degassing method 3 in Table 3 above. Next, on a SUS304-HTA base material (manufactured by Koyama Steel Co., Ltd.) having a thickness of 100 μm, the polyimide precursor solution 1 after deaeration is coated with a spin coater so that the film thickness after imidization becomes 7 μm ± 1 μm. After drying in an oven at 100 ° C. for 60 minutes in the air, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 350 ° C. for 1 hour (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling) to form an insulating layer.
Next, an aluminum film as a first adhesion layer was formed on the insulating layer with a thickness of 5 nm by a DC sputtering method (film formation pressure 0.2 Pa (argon), input power 1 kW, film formation time 10 seconds). Next, a silicon oxide film as a second adhesion layer was formed with a thickness of 100 nm by RF magnetron sputtering (deposition pressure 0.3 Pa (argon: oxygen = 3: 1), input power 2 kW, deposition time 30 minutes). . This obtained the board | substrate for thin film elements.

ボトムゲート・ボトムコンタクト構造のTFTを上記薄膜素子用基板上に作製した。まず、厚さ100nmのアルミニウム膜をゲート電極膜として成膜した後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法で形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、アルミニウム膜を所定パターンにパターニングしてゲート電極を形成した。次に、そのゲート電極を覆うように厚さ300nmの酸化ケイ素をゲート絶縁膜として全面に形成した。このゲート絶縁膜は、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、6インチのSiOターゲットに投入電力:1.0kW(=3W/cm)、圧力:1.0Pa、ガス:アルゴン+O(50%)の成膜条件で形成した。この後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法で形成した後にドライエッチングを施し、コンタクトホールを形成した。次に、ゲート絶縁膜上の全面に厚さ100nmのチタン膜、アルミニウム膜、IZO膜をソース電極及びドレイン電極とするために蒸着した後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法で形成した後に過酸化水素水溶液、燐酸溶液で連続的にウェットエッチングし、チタン膜を所定パターンにパターニングしてソース電極及びドレイン電極を形成した。このとき、ソース電極及びドレイン電極は、ゲート絶縁膜上であってゲート電極の中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した。 A TFT having a bottom gate / bottom contact structure was fabricated on the thin film element substrate. First, an aluminum film having a thickness of 100 nm was formed as a gate electrode film, a resist pattern was formed by photolithography, and then wet etching was performed with a phosphoric acid solution, and the aluminum film was patterned into a predetermined pattern to form a gate electrode. Next, silicon oxide having a thickness of 300 nm was formed as a gate insulating film on the entire surface so as to cover the gate electrode. This gate insulating film uses an RF magnetron sputtering apparatus and is applied to a 6-inch SiO 2 target with a power of 1.0 kW (= 3 W / cm 2 ), a pressure of 1.0 Pa, and a gas of argon + O 2 (50%). It formed on film-forming conditions. Thereafter, a resist pattern was formed by photolithography and then dry etching was performed to form a contact hole. Next, a 100 nm thick titanium film, aluminum film, and IZO film are deposited on the entire surface of the gate insulating film to form a source electrode and a drain electrode, and then a resist pattern is formed by a photolithography method, and then a hydrogen peroxide solution is formed. Then, wet etching was continuously performed with a phosphoric acid solution, and the titanium film was patterned into a predetermined pattern to form a source electrode and a drain electrode. At this time, the source electrode and the drain electrode were formed on the gate insulating film so as to have a pattern apart from a portion other than directly above the central portion of the gate electrode.

次に、ソース電極及びドレイン電極を覆うように、全面に、In:Ga:Znが1:1:1のInGaZnO系アモルファス酸化物薄膜(InGaZnO)を厚さ25nmとなるように形成した。アモルファス酸化物薄膜は、RFマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温(25℃)、Ar:Oを30:50とした条件下で、4インチのInGaZnO(In:Ga:Zn=1:1:1)ターゲットを用いて形成した。その後、アモルファス酸化物薄膜上にレジストパターンをフォトリソグラフィーで形成した後、シュウ酸溶液でウェットエッチングし、そのアモルファス酸化物薄膜をパターニングし、所定パターンからなるアモルファス酸化物薄膜を形成した。こうして得られたアモルファス酸化物薄膜は、ゲート絶縁膜上であってソース電極及びドレイン電極に両側で接触するとともに該ソース電極及びドレイン電極を跨ぐように形成されていた。続いて全体を覆うように、厚さ100nmの酸化ケイ素を保護膜としてRFマグネトロンスパッタリング法で形成した後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法で形成した後にドライエッチングを施した。その後、大気中300℃1時間のアニールを施し、TFTを作製した。 Next, an InGaZnO amorphous oxide thin film (InGaZnO 4 ) with an In: Ga: Zn ratio of 1: 1: 1 was formed on the entire surface so as to cover the source electrode and the drain electrode so as to have a thickness of 25 nm. The amorphous oxide thin film is 4 inches of InGaZnO (In: Ga: Zn = 1: 1: 1) using an RF magnetron sputtering apparatus under conditions of room temperature (25 ° C.) and Ar: O 2 of 30:50. It was formed using a target. Then, after forming a resist pattern on the amorphous oxide thin film by photolithography, wet etching was performed with an oxalic acid solution, and the amorphous oxide thin film was patterned to form an amorphous oxide thin film having a predetermined pattern. The amorphous oxide thin film thus obtained was formed on the gate insulating film so as to contact the source electrode and the drain electrode on both sides and straddle the source electrode and the drain electrode. Subsequently, 100 nm thick silicon oxide was formed as a protective film by RF magnetron sputtering so as to cover the whole, and then a resist pattern was formed by photolithography, followed by dry etching. Thereafter, annealing was performed in the atmosphere at 300 ° C. for 1 hour to produce a TFT.

[比較例]
下記に示すように絶縁層を形成した以外は、実施例と同様にして薄膜素子用基板およびTFTを作製した。
厚さ100μmのSUS304−HTA基材(小山鋼材社製)上に、上記ポリイミド前駆体溶液1をイミド化後の膜厚が7μm±1μmになるようにスピンコーターでコーティングし、100℃のオーブン中、大気下で60分乾燥させた後、窒素雰囲気下、350℃1時間、熱処理し(昇温速度 10℃/分、自然放冷)、絶縁層を形成した。
[Comparative example]
A thin film element substrate and a TFT were produced in the same manner as in the example except that an insulating layer was formed as shown below.
On a SUS304-HTA base material (manufactured by Koyama Steel Co., Ltd.) having a thickness of 100 μm, the polyimide precursor solution 1 is coated with a spin coater so that the film thickness after imidation becomes 7 μm ± 1 μm, and then in an oven at 100 ° C. After drying in the air for 60 minutes, heat treatment was performed at 350 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere (temperature increase rate: 10 ° C./min, natural cooling) to form an insulating layer.

[評価]
脱気を行っていないポリイミド前駆体溶液1を用いて作製したTFT(比較例)の電気特性を評価したところ、脱気処理を行ったポリイミド前駆体溶液1を用いて作製したTFT(実施例)に比べ、電界効果移動度の低下が見られた。また、比較例のTFTの一部でゲート電極とソース電極またはドレイン電極間に短絡が見られた。これらはSUS基材上に形成された絶縁層の表面平坦性が低いことに起因すると考えられる。尚、このような電極間の短絡はTFT以外でも、ディスプレイなどの配線にも起こりうる。この為、SUS基材上に形成された絶縁層の平坦化は必要である。
[Evaluation]
When the electrical characteristics of a TFT (Comparative Example) fabricated using a polyimide precursor solution 1 that was not degassed were evaluated, a TFT fabricated using a polyimide precursor solution 1 that had been deaerated (Example) In comparison with, a decrease in field effect mobility was observed. In addition, a short circuit was observed between the gate electrode and the source or drain electrode in a part of the TFT of the comparative example. These are considered due to the low surface flatness of the insulating layer formed on the SUS substrate. Note that such a short circuit between electrodes can occur not only in the TFT but also in the wiring of the display or the like. For this reason, it is necessary to flatten the insulating layer formed on the SUS substrate.

1 … 薄膜素子用基板
2 … 金属基材
3 … 絶縁層
4 … 密着層
10 … TFT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate for thin film elements 2 ... Metal base material 3 ... Insulating layer 4 ... Adhesion layer 10 ... TFT

Claims (12)

下記方法で算出した相対溶存酸素飽和率が95%以下となるように、ポリイミド樹脂組成物を脱気する脱気工程と、
金属基材上に、前記ポリイミド樹脂組成物を塗布して絶縁層を形成する絶縁層形成工程と
を有し、前記絶縁層の表面粗さRaが30nm以下であることを特徴とする薄膜素子用基板の製造方法。
<相対溶存酸素飽和率の算出方法>
まず、ポリイミド樹脂組成物に含まれる溶媒に空気を30分以上バブリングした溶存酸素飽和溶媒を用いて、全く酸素が溶存していない前記溶媒の溶存酸素量の測定値が0、前記溶存酸素飽和溶媒の溶存酸素量の測定値が100となるように、溶存酸素量計の校正を行う。次に、校正された前記溶存酸素量計により、ポリイミド樹脂組成物を大気下で1時間以上静置した基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値と、ポリイミド樹脂組成物を脱気した脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値とを測定する。そして、前記基準ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を100%としたときの、前記脱気ポリイミド樹脂組成物の溶存酸素量の相対値を、相対溶存酸素飽和率とする。
A degassing step of degassing the polyimide resin composition so that the relative dissolved oxygen saturation calculated by the following method is 95% or less;
An insulating layer forming step of forming an insulating layer by applying the polyimide resin composition on a metal substrate, and the surface roughness Ra of the insulating layer is 30 nm or less. A method for manufacturing a substrate.
<Calculation method of relative dissolved oxygen saturation>
First, using a dissolved oxygen saturated solvent in which air is bubbled for 30 minutes or more in the solvent contained in the polyimide resin composition, the measured value of the dissolved oxygen amount of the solvent in which no oxygen is dissolved is 0, and the dissolved oxygen saturated solvent The dissolved oxygen meter is calibrated so that the measured value of the dissolved oxygen amount becomes 100. Next, with the calibrated dissolved oxygen meter, the relative value of the dissolved oxygen amount of the reference polyimide resin composition in which the polyimide resin composition was allowed to stand for 1 hour or more in the atmosphere, and the degassing that degassed the polyimide resin composition. The relative value of the dissolved oxygen amount of the gas polyimide resin composition is measured. And let the relative value of the dissolved oxygen amount of the said deaeration polyimide resin composition be the relative dissolved oxygen saturation rate when the relative value of the dissolved oxygen amount of the said reference | standard polyimide resin composition is set to 100%.
前記絶縁層形成工程の直前に前記脱気工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の薄膜素子用基板の製造方法。   The method for manufacturing a thin film element substrate according to claim 1, wherein the degassing step is performed immediately before the insulating layer forming step. 前記絶縁層の吸湿膨張係数が0ppm/%RH〜15ppm/%RHの範囲内であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜素子用基板の製造方法。   3. The method for manufacturing a substrate for a thin film element according to claim 1, wherein the hygroscopic expansion coefficient of the insulating layer is in a range of 0 ppm /% RH to 15 ppm /% RH. 前記絶縁層の線熱膨張係数が0ppm/℃〜25ppm/℃の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の薄膜素子用基板の製造方法。   The method for manufacturing a substrate for a thin film element according to any one of claims 1 to 3, wherein a linear thermal expansion coefficient of the insulating layer is in a range of 0 ppm / ° C to 25 ppm / ° C. 前記絶縁層の線熱膨張係数と前記金属基材の線熱膨張係数との差が15ppm/℃以下であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の薄膜素子用基板の製造方法。   5. The thin film element according to claim 1, wherein a difference between a linear thermal expansion coefficient of the insulating layer and a linear thermal expansion coefficient of the metal substrate is 15 ppm / ° C. or less. A method for manufacturing a substrate. 前記絶縁層形成工程後に、前記絶縁層上に、無機化合物を含む密着層を形成する密着層形成工程を有することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかに記載の薄膜素子用基板の製造方法。   6. The thin film element according to claim 1, further comprising an adhesion layer forming step of forming an adhesion layer containing an inorganic compound on the insulating layer after the insulating layer formation step. A method for manufacturing a substrate. 前記密着層を構成する前記無機化合物が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6に記載の薄膜素子用基板の製造方法。   The inorganic compound constituting the adhesion layer is at least one selected from the group consisting of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, chromium oxide and titanium oxide. The manufacturing method of the board | substrate for thin film elements of Claim 6 characterized by the above-mentioned. 前記密着層が多層膜であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の薄膜素子用基板の製造方法。   The method for producing a substrate for a thin film element according to claim 6 or 7, wherein the adhesion layer is a multilayer film. 前記密着層が、前記絶縁層上に形成され、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化クロムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも1種からなる第1密着層と、前記第1密着層上に形成され、酸化ケイ素からなる第2密着層とを有することを特徴とする請求項8に記載の薄膜素子用基板の製造方法。   The adhesion layer is formed on the insulating layer and selected from the group consisting of chromium, titanium, aluminum, silicon, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, chromium oxide, and titanium oxide. The method for producing a substrate for a thin film element according to claim 8, comprising: a first adhesion layer composed of at least one kind; and a second adhesion layer formed on the first adhesion layer and composed of silicon oxide. . 請求項1から請求項9までのいずれかに記載の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、薄膜素子部を形成する薄膜素子部形成工程を有することを特徴とする薄膜素子の製造方法。   It has the thin film element part formation process which forms a thin film element part on the board | substrate for thin film elements manufactured by the manufacturing method of the board | substrate for thin film elements in any one of Claim 1-9. Manufacturing method of thin film element. 請求項1から請求項9までのいずれかに記載の薄膜素子用基板の製造方法により製造される薄膜素子用基板上に、薄膜トランジスタを形成する薄膜トランジスタ形成工程を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。   A method for producing a thin film transistor, comprising: a thin film transistor forming step of forming a thin film transistor on the thin film element substrate produced by the method for producing a thin film element substrate according to claim 1. . 前記薄膜トランジスタが、酸化物半導体層を有することを特徴とする請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 11, wherein the thin film transistor includes an oxide semiconductor layer.
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