JP2019207963A - 高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】歩留まり向上を実現できる高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法を提供する。【解決手段】高分子基板の製造方法は、支持体の表面にイミド基を有する高分子基板を形成する基板形成工程と、高分子基板を覆うバリア膜を形成するバリア膜形成工程と、支持体、高分子基板、及びバリア膜を熱処理する熱処理工程と、支持体から高分子基板を剥離する剥離工程と、を順に備える。【選択図】図３
Description
本発明は、高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法に関する。
近年、可撓性を示すセンサ、ディスプレイ等の電子装置（フレキシブルデバイス）の需要が高まっている。例えば下記特許文献１には、フレキシブルフィルム上に電子素子が形成されたフレキシブルデバイスの製造方法が開示されている。この特許文献１では、接着層が設けられるガラス基板上にフレキシブルフィルムを形成した後、当該フレキシブルフィルム上に電子素子を形成する旨が記載されている。ここで電子素子は、フレキシブルフィルムにおいて接着層にて固定されていない第１領域上に設けられている。そして下記特許文献１では、当該第１領域と、フレキシブルフィルムにおいて接着層にて固定される第２領域とを分離した後、上記第１領域をガラス基板から物理的に剥離する。
上記特許文献１では、フレキシブルフィルムの上記第１領域は、ガラス基板に直接接している。ここで、フレキシブルフィルムを構成する有機化合物と、ガラス基板の構成物（例えば、ガラスもしくは金属不純物など）との密着強度は、ばらつく傾向にある。このため、上記第１領域は、電子素子の形成中等にガラス基板から意図せず剥離してしまうことがある。加えて、上記密着強度がばらつくことによって、上記第１領域をガラス基板から剥離する際の力（剥離強度）が安定しない。このため、剥離時に電子素子が損傷することがある。したがって上記特許文献１では、これらの不具合に起因する歩留まり低下が課題となる。
本発明は、歩留まり向上を実現できる高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る高分子基板の製造方法は、支持体の表面にイミド基を有する高分子基板を形成する基板形成工程と、高分子基板を覆うバリア膜を形成するバリア膜形成工程と、支持体、高分子基板、及びバリア膜を熱処理する熱処理工程と、支持体から高分子基板を剥離する剥離工程と、を順に備える。
本発明者らは、支持体の表面とイミド基を有する高分子基板との密着強度は、水によって低下する傾向を見出した。加えて、水による上記密着強度の急激な低下に起因して、高分子基板の製造中における意図しない剥離が発生することも見出した。これらの知見に鑑み、本発明の一側面に係る高分子基板の製造方法によれば、高分子基板の形成後、高分子基板を覆うバリア膜を形成する。これにより、支持体の表面と高分子基板との界面への大気中の水分の進入は、バリア膜によって抑制できる。このため、当該水分に起因した支持体と高分子基板との密着強度の低下を防止できるので、高分子基板が支持体から意図せず剥離してしまうことを抑制できる。加えて上記製造方法では、バリア膜の形成後、熱処理を実施する。このとき、高分子基板に含まれる水分が支持体と高分子基板との界面に移動する。これにより、支持体と高分子基板との密着強度を低下させることができる。このため、上記熱処理工程後、支持体から高分子基板を安定して剥離できるので、製造される高分子基板の歩留まり向上を実現できる。
上記製造方法は、基板形成工程前に、支持体の表面に存在する金属をエッチングするエッチング工程をさらに備えてもよい。この場合、剥離工程時における支持体と高分子基板との密着強度を良好な範囲に調整できる。
バリア膜形成工程では、高分子基板を覆う主部と、平面視にて高分子基板を囲うと共に支持体に密着する端部と、を有するバリア膜を形成してもよい。この場合、バリア膜の端部が支持体に密着しているので、高分子基板が支持体とバリア膜とによって強固に封止される。したがって、剥離工程前に高分子基板が支持体から意図せず剥離することを良好に抑制できる。
上記製造方法は、熱処理工程後であって剥離工程前に、端部の延在方向に沿って高分子基板の縁部を切断する切断工程をさらに備えてもよい。この場合、剥離工程前においては高分子基板の支持体からの剥離を良好に抑制すると共に、剥離工程においては高分子基板を支持体から容易に剥離できる。
バリア膜は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する酸化ケイ素膜を含んでもよい。この場合、大気中の水分の高分子基板への進入を、バリア膜によって良好に抑制できる。
支持体の表面における金属濃度は、３．２％以上４．７％以下であってもよい。この場合、支持体の表面とイミド基を有する高分子基板との密着強度を良好に調整できる。
本発明の他の一側面に係る電子装置の製造方法は、上記高分子基板の製造方法を備え、剥離工程前に、バリア膜上に電子素子を形成する電子素子形成工程をさらに備え、剥離工程では、電子素子が設けられた高分子基板を支持体から剥離してもよい。この場合、高分子基板上に電子素子が設けられる電子装置を歩留まりよく製造できる。
上記電子装置の製造方法において、熱処理工程は、電子素子形成工程中に実施されてもよい。この場合、電子装置を製造する際の工程数を低減できる。
上記電子装置の製造方法において、バリア膜は、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有する酸化ニオブ膜を含んでもよい。この場合、電子素子と高分子基板との間の屈折率を調整できる。
上記電子装置の製造方法において、高分子基板は、可撓性を示してもよい。この場合、フレキシブル電子装置を歩留まりよく製造できる。
本発明によれば、歩留まり向上を実現できる高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法を提供できる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
以下では、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）を参照しつつ、第１実施形態に係る高分子基板の製造方法の一例について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）は、第１実施形態に係る高分子基板の製造方法を説明するための図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を示す。
以下では、図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）を参照しつつ、第１実施形態に係る高分子基板の製造方法の一例について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）、図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）は、第１実施形態に係る高分子基板の製造方法を説明するための図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を示す。
まず、図１（ａ）に示されるように、支持体１０を準備する（第１ステップ）。第１ステップでは、破損防止の観点から、支持体１０として例えば０．４ｍｍ以上の厚さを有する板状基材を準備する。支持体１０は、例えばガラス基材、セラミック基材等である。ガラス基材は、例えば金属元素を含む無アルカリガラス、または金属元素を含むソーダライムガラス等によって形成される。第１実施形態では、支持体１０は、金属元素として主にアルミニウムを含む無アルカリガラスによって形成されるガラス基材である。ガラスに含まれる金属元素は、例えばＡｌ、Ｂｅ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ｉｎ等の少なくとも一つである。
次に、図１（ｂ）に示されるように、支持体１０の表面１０ａに存在する金属をエッチングする（第２ステップ、エッチング工程）。第２ステップでは、容器Ｂ内に収容される液体エッチャントＬ内に支持体１０を浸漬することによって、支持体１０の表面１０ａに存在する金属をエッチングする。第２ステップでは、例えば、２０℃以上６０℃以下に設定された液体エッチャントＬに支持体１０を１０分以上６０分以下浸漬する。これにより第２ステップ後、支持体１０の表面１０ａにおける金属濃度は、例えば３．２％以上４．７％以下に調整される。金属濃度は、表面１０ａにおける全ての金属元素の濃度の合算である。第１実施形態では、支持体１０は上記無アルカリガラスであるので、第２ステップ後における支持体１０の表面１０ａに存在するケイ素（Ｓｉ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の割合（Ａｌ／Ｓｉ）は、例えば０．１２以上０．１８以下である。液体エッチャントＬは、エッチングの対象になる金属に応じて選択される。第１実施形態では、液体エッチャントＬは、例えばリン酸と硝酸と酢酸との混合液である。なお、第２ステップでは、支持体１０の表面１０ａに付着される不純物も除去できる。支持体１０の表面１０ａにおける金属濃度は、例えば蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）、光電子分光分析装置（ＸＰＳ）等を用いて測定される強度比である。
次に、図１（ｃ）に示されるように、支持体１０の表面１０ａに高分子基板２０を形成する（第３ステップ、基板形成工程）。第３ステップでは、８μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有し、可撓性を示す高分子基板２０を形成する。高分子基板２０は、支持体１０の表面１０ａに設けられる高分子化合物の層状成形物である。高分子化合物は、イミド基を有する有機樹脂である。第１実施形態では、高分子化合物は、ポリイミドである。例えば、インクジェット法、スプレー法、スピンコート法等の公知の手法によって、支持体１０の表面１０ａに高分子基板２０を成形する。上記第２ステップ後に第３ステップを実施することにより、支持体１０に対する高分子基板２０の密着強度を１Ｎ／１０ｍｍ以上６Ｎ／１０ｍｍ以下に調整できる。当該密着強度が６Ｎ／１０ｍｍ以下であることによって、高分子基板２０を支持体１０から剥離するとき、高分子基板２０及びその上に形成される素子等の破壊を抑制できる。上記密着強度は、４Ｎ／１０ｍｍ以下であってもよい。この場合、上記破壊を良好に抑制できる。上記密着強度は、２Ｎ／１０ｍｍ以下であってもよい。この場合、上記破壊をほぼ確実に防止できる。
次に、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、高分子基板２０を覆うバリア膜３０を形成する（第４ステップ、バリア膜形成工程）。バリア膜３０は、水分の進入防止性を示す膜である。例えば、バリア膜３０の水蒸気透過度が２１．９ｇ／（ｃｍ２・ｄａｙ）以下である場合、バリア膜３０は水分の進入防止性を示すとみなされる。バリア膜３０の水蒸気透過度は、１０ｇ／（ｃｍ２・ｄａｙ）以下でもよく、５ｇ／（ｃｍ２・ｄａｙ）以下でもよく、１ｇ／（ｃｍ２・ｄａｙ）以下でもよく、０．５ｇ／（ｃｍ２・ｄａｙ）以下でもよい。バリア膜３０は、単層構造を有してもよいし、多層構造を有してもよい。バリア膜３０は、例えば３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する。バリア膜３０における水分の侵入を抑制する観点から、バリア膜３０は、３０ｎｍ以上の厚さを有する酸化ケイ素膜を含んでもよい。この場合、コスト等の観点から、酸化ケイ素膜の厚さは、１００ｎｍ以下でもよい。また、屈折率調整の観点から、バリア膜３０は、酸化ニオブ膜を含んでもよい。酸化ニオブ膜の厚さは、例えば８ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。バリア膜３０が酸化ニオブ膜を含む場合、当該酸化ニオブ膜は、例えば酸化ケイ素膜等によって挟まれてもよい。バリア膜３０は、例えば真空蒸着法、スパッタリング法等のＰＶＤ法（物理気相成長法）、またはＣＶＤ法（化学気相成長法）によって形成される。バリア膜３０の膜質の観点から、ＣＶＤ法を採用してもよい。
第４ステップでは、高分子基板２０を覆う主部３０ａと、平面視にて高分子基板２０を囲うと共に支持体１０に密着する端部３０ｂと、を有するバリア膜３０を形成する。このため第４ステップ後、高分子基板２０は、支持体１０とバリア膜３０とによって封止される。バリア膜３０の端部３０ｂは、高分子基板２０の縁に沿って延在する部分である。平面視における端部３０ｂの幅Ｗは、高分子基板２０の縁からバリア膜３０の縁までの距離に相当し、例えば２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。幅Ｗは、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。この場合、端部３０ｂが支持体１０により良好に密着することによって、高分子基板２０が支持体１０から剥離することが良好に抑制できる。なお、本実施形態ではバリア膜３０の縁は支持体１０の縁と一致しているが、これに限られない。
次に、図３（ａ）に示されるように、支持体１０、高分子基板２０、及びバリア膜３０を熱処理する（第５ステップ、熱処理工程）。第５ステップでは、まず、高分子基板２０及びバリア膜３０が形成された支持体１０をチャンバＣ内に収容する。続いて、例えば、常圧及び大気雰囲気下のチャンバＣの温度を１７０℃以上２４０℃以下に設定し、１０分以上９０分以下の間、支持体１０、高分子基板２０、及びバリア膜３０を熱処理する。これにより、高分子基板２０に含まれる水分が拡散移動し、当該水分の一部が高分子基板２０と支持体１０との界面に到達する。支持体１０に対する高分子基板２０の密着強度は、当該水分によって低下する。このため第５ステップ後では、支持体１０に対する高分子基板２０の密着強度を０．１Ｎ／１０ｍｍ以上２Ｎ／１０ｍｍ以下に調整できる。この場合、高分子基板２０の意図しない剥離を防ぎつつ、後の剥離工程にて高分子基板２０を支持体１０から安定して剥離できる。支持体１０に対する高分子基板２０の密着強度の下限値は、０．３Ｎ／１０ｍｍであってもよいし、０．８Ｎ／１０ｍｍであってもよい。
次に、図３（ｂ）に示されるように、支持体１０から高分子基板２０を剥離する（第６ステップ、剥離工程）。第６ステップでは、高分子基板２０及びバリア膜３０を支持体１０から剥離する。例えば、剥離機等を用いて当該剥離が実施される。第６ステップ後、層形状を呈する高分子基板２０が得られる。第６ステップでは、バリア膜３０をエッチングによって除去した後、高分子基板２０を支持体１０から剥離してもよい。この場合、容易に高分子基板２０を支持体１０から剥離できる。
以上に説明した第１実施形態に係る高分子基板２０の製造方法によれば、高分子基板２０の形成後、高分子基板２０を覆うバリア膜３０を形成する。これにより、支持体１０の表面１０ａと高分子基板２０との界面への大気中の水分の進入は、バリア膜３０によって抑制できる。このため、当該水分に起因した支持体１０と高分子基板２０との密着強度の低下を防止できるので、高分子基板２０が支持体１０から意図せず剥離してしまうことを抑制できる。加えて、第１実施形態ではバリア膜３０の形成後、熱処理を実施する。このとき、高分子基板２０に含まれる水分が支持体１０と高分子基板２０との界面に移動する。これにより、支持体１０と高分子基板２０との密着強度を低下させることができる。このため、上記熱処理後、支持体１０から高分子基板２０を安定して剥離できる。したがって第１実施形態によれば、製造される高分子基板２０の歩留まり向上を実現できる。
第１実施形態では、高分子基板２０を形成する前に、支持体１０の表面１０ａに存在する金属をエッチングする上記第１ステップが実施される。このため、上記第５ステップにて実施される熱処理にて、支持体１０の表面１０ａと、高分子基板２０との密着強度の低下が促進する。したがって、支持体１０と高分子基板２０との密着強度を良好に調整できる。
第１実施形態では、上記第４ステップにて高分子基板２０を覆う主部３０ａと、平面視にて高分子基板２０を囲うと共に支持体１０に密着する端部３０ｂと、を有するバリア膜３０を形成する。このため、バリア膜３０が端部３０ｂを有するので、高分子基板２０が支持体１０とバリア膜３０とによって強固に封止される。したがって、上記第６ステップ前に高分子基板２０が支持体１０から意図せず剥離することを良好に抑制できる。
第１実施形態では、バリア膜３０は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する酸化ケイ素膜を含んでもよい。この場合、大気中の水分の高分子基板２０への進入は、バリア膜３０によって良好に抑制される。
第１実施形態では、支持体１０の表面１０ａにおける金属濃度は、３．２％以上４．７％以下であってもよい。この場合、支持体１０の表面１０ａと高分子基板２０との密着強度を良好に調整できる。
次に、図４（ａ），（ｂ）を参照しながら上記第１実施形態の変形例（以下、「第１変形例」とする）について説明する。図４（ａ），（ｂ）は、第１変形例に係る高分子基板の製造方法を説明するための図である。上記第１実施形態と第１変形例とにおいて、上記第１〜第５ステップは共通に実施される。
第１変形例では、上記第５ステップ後であって高分子基板２０を支持体１０から剥離する前に、バリア膜３０の端部３０ｂの延在方向に沿って高分子基板２０の縁部２０ａを切断する（第１１ステップ、切断工程）。第１１ステップでは、例えばレーザ、ダイサー等を用いて、高分子基板２０の縁部２０ａを切断する。これにより、高分子基板２０は、縁部２０ａと、縁部２０ａよりも内側に位置する本体部２０ｂとに分断される。縁部２０ａは、最終製品において不要な部分であり、上記第５ステップまでにおける高分子基板２０の各縁を有する。平面視における縁部２０ａの幅は、例えば数ｍｍである。本体部２０ｂは、最終製品において必要な部分であり、第１１ステップ後にバリア膜３０の端部３０ｂに対して離間する。
上記第１１ステップ後、高分子基板２０を支持体１０から剥離する（第１２ステップ、剥離工程）。第１２ステップでは、高分子基板２０の本体部２０ｂを支持体１０から剥離する。第１２ステップは、第１実施形態の第６ステップと同一である。このような第１変形例においても、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、第１２ステップ前においては高分子基板２０の支持体１０からの剥離を良好に抑制でき、且つ、第１２ステップにおいては高分子基板２０の本体部２０ｂを支持体１０から容易に剥離できる。なお、支持体１０に残存する高分子基板２０の一部とバリア膜３０の一部とを除去することによって、支持体１０を繰り返し利用できる。
（第２実施形態）
以下では、第２実施形態に係る電子装置の製造方法の一例について説明する。第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。第２実施形態に係る電子装置は、第１実施形態にて説明される高分子基板２０上に電子素子が形成されたものである。このため、第２実施形態に係る電子装置の製造方法は、第１実施形態にて記載される上記第１〜第４ステップを備える。
以下では、第２実施形態に係る電子装置の製造方法の一例について説明する。第２実施形態の説明において第１実施形態と重複する記載は省略し、第１実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、第２実施形態に第１実施形態の記載を適宜用いてもよい。第２実施形態に係る電子装置は、第１実施形態にて説明される高分子基板２０上に電子素子が形成されたものである。このため、第２実施形態に係る電子装置の製造方法は、第１実施形態にて記載される上記第１〜第４ステップを備える。
図５（ａ），（ｂ）は、第２実施形態に係る電子装置の製造方法を説明するための図である。図５（ａ）に示されるように、第４ステップ後、バリア膜３０上に電子素子４０を形成する（第２１ステップ、電子素子形成工程）。第２１ステップでは、例えばトランジスタ、発光素子、タッチパネル等の電子素子４０を、バリア膜３０上に１つもしくは複数形成する。第２１ステップでは、例えば電子素子４０に含まれる構成要素（例えば、導電層もしくは絶縁層等）の形成中に、熱処理が実施される。このため第２実施形態では、第２１ステップの実施中に第１実施形態の上記第５ステップ（熱処理工程）が実施される。
次に、図５（ｂ）に示されるように、支持体１０から高分子基板２０を剥離する（第２２ステップ、剥離工程）。第２２ステップでは、電子素子４０が設けられる高分子基板２０及びバリア膜３０を、支持体１０から剥離する。支持体１０からの高分子基板２０の剥離は、第１実施形態の剥離工程と同様の手法にて実施される。これにより、高分子基板２０上に設けられる電子素子４０を有する電子装置１を製造できる。
以上に説明した第２実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて、高分子基板２０上に電子素子４０が設けられる電子装置１を歩留まりよく製造できる。具体的には、電子素子４０の形成前及び形成中においては、高分子基板２０が支持体１０から意図せず剥離してしまうことを抑制できる。加えて、電子素子４０を形成した後の剥離工程においては、電子素子４０の破損を抑制しつつ、支持体１０から高分子基板２０を容易に剥離できる。したがって第２実施形態によれば、電子装置１を歩留まりよく製造できる。ここで高分子基板２０が可撓性を示す場合、フレキシブル電子装置を歩留まりよく製造できる。
第２実施形態では、熱処理工程である第５ステップは、電子素子形成工程である第２１ステップ中に実施される。このため、電子装置１を製造する際の工程数を低減できる。
電子素子４０が発光素子、タッチパネル等であるとき、バリア膜３０は、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有する酸化ニオブ膜を含んでもよい。この場合、電子素子４０と高分子基板２０との屈折率の差に基づく光の内部反射を低減できる。これにより、電子素子４０から高分子基板２０への光透過率、及び高分子基板２０から電子素子４０への光透過率の低下を抑制できる。
次に、図６（ａ），（ｂ）を参照しながら第２実施形態の変形例（以下、「第２変形例」とする）について説明する。図６（ａ），（ｂ）は、第２変形例に係る電子装置の製造方法を説明するための図である。第２実施形態と第２変形例とにおいて、第１〜第４ステップ及び第２１ステップは共通に実施される。
第２変形例では、上記第２１ステップ後であって高分子基板２０を支持体１０から剥離する前に、バリア膜３０の端部３０ｂの延在方向に沿って高分子基板２０の縁部２０ａを切断する（第３１ステップ、切断工程）。この第３１ステップは、第１変形例の第１１ステップと同一である。第３１ステップでは、縁部２０ａの切断と同時に、電子素子４０において不要な部分を切断する。そして第３１ステップ後、電子素子４０が設けられる高分子基板２０を支持体１０から剥離する（第３２ステップ、剥離工程）。第３２ステップは、第１変形例の第１２ステップと同一である。したがって、第２変形例は、第２実施形態と第１変形例との組み合わせであるので、第２実施形態及び第１変形例と同様の作用効果を奏することができる。
本発明による高分子基板の製造方法及び電子装置の製造方法は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。上記実施形態及び上記変形例において、一部の工程は実施されなくてもよい。例えば、上記実施形態及び上記変形例において、支持体の表面における金属濃度が予め調整されている場合等には、第２ステップ（エッチング工程）は、実施されなくてもよい。また、各工程間に洗浄工程、搬送工程などの他の工程が実施されてもよい。
上記実施形態及び上記変形例において、支持体上には複数の高分子基板が設けられてもよい。この場合、複数の高分子基板もしくは複数の電子装置を効率よく製造できる。
上記第２実施形態及び上記第２変形例では、第２１ステップに第５ステップ（熱処理工程）が含まれているが、これに限られない。例えば、第２１ステップ後であって第２２ステップ前に第５ステップが実施されてもよい。また、上記第２変形例では、平面視にて高分子基板の縁部よりも内側に電子素子を設けることによって、第３１ステップにて電子素子を切断しなくてもよい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
＜実施例のサンプル形成方法＞
図７は、実施例のサンプルを示す概略断面図である。まず、支持体５１としてアルミニウムを含む無アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製、「ＯＡ−１０」）を準備した。次に前処理として、この支持体５１をリン酸と硝酸と酢酸との混合液に３０分間以上浸漬させた。このとき、当該混合液の温度を２５℃以上４０℃以下に設定した。次に、混合液へ浸漬後の支持体５１上にポリイミドを塗布した。これにより、厚さ２０μｍの高分子基板５２を支持体５１上に形成した。次に、高分子基板５２を覆うバリア膜５３を形成した。バリア膜５３は、厚さ１０ｎｍの酸化ニオブ膜５３ａと、厚さ３５ｎｍの酸化ケイ素膜５３ｂとが順に積層された積層膜である。次に、バリア膜５３上に厚さ３５ｎｍのＩＴＯ膜５４（酸化インジウムスズ膜）を形成した。以上により、図７に示される測定用のサンプル５０を形成した。
図７は、実施例のサンプルを示す概略断面図である。まず、支持体５１としてアルミニウムを含む無アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製、「ＯＡ−１０」）を準備した。次に前処理として、この支持体５１をリン酸と硝酸と酢酸との混合液に３０分間以上浸漬させた。このとき、当該混合液の温度を２５℃以上４０℃以下に設定した。次に、混合液へ浸漬後の支持体５１上にポリイミドを塗布した。これにより、厚さ２０μｍの高分子基板５２を支持体５１上に形成した。次に、高分子基板５２を覆うバリア膜５３を形成した。バリア膜５３は、厚さ１０ｎｍの酸化ニオブ膜５３ａと、厚さ３５ｎｍの酸化ケイ素膜５３ｂとが順に積層された積層膜である。次に、バリア膜５３上に厚さ３５ｎｍのＩＴＯ膜５４（酸化インジウムスズ膜）を形成した。以上により、図７に示される測定用のサンプル５０を形成した。
＜支持体と高分子基板との密着強度＞
サンプル５０における支持体５１と高分子基板５２との密着強度の測定方法について、以下に説明する。上記密着強度は、支持体５１に対する高分子基板５２の９０°剥離力に相当する。この９０°剥離力は、自動荷重試験機（日本計測システム株式会社製、「ＭＡＸ−１ＫＮ」）を用い、ＪＩＳ Ｂ ７７２１：２００９に準じた以下の手法に沿って測定した。まず、サンプル５０の高分子基板５２を加工し、１０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を準備した。次に、当該試験片の端部（約１０ｍｍ）を支持体５１から剥離した。次に、支持体５１を固定すると共に、剥離した試験片の端部を自動荷重試験機のチャック部に固定した。そして、チャック部を３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で上昇させることによって、支持体５１と高分子基板５２との密着強度を測定した。
サンプル５０における支持体５１と高分子基板５２との密着強度の測定方法について、以下に説明する。上記密着強度は、支持体５１に対する高分子基板５２の９０°剥離力に相当する。この９０°剥離力は、自動荷重試験機（日本計測システム株式会社製、「ＭＡＸ−１ＫＮ」）を用い、ＪＩＳ Ｂ ７７２１：２００９に準じた以下の手法に沿って測定した。まず、サンプル５０の高分子基板５２を加工し、１０ｍｍ×１００ｍｍの試験片を準備した。次に、当該試験片の端部（約１０ｍｍ）を支持体５１から剥離した。次に、支持体５１を固定すると共に、剥離した試験片の端部を自動荷重試験機のチャック部に固定した。そして、チャック部を３００ｍｍ／ｍｉｎの速度で上昇させることによって、支持体５１と高分子基板５２との密着強度を測定した。
図８は、支持体５１と高分子基板５２との密着強度の測定結果を示す。図８には、プロット６１〜６６が示される。プロット６１は、サンプル５０の測定結果を示す。プロット６２は、サンプル５０に対して吸水処理を実施した後の測定結果を示す。プロット６３は、上記吸水処理後に熱処理を実施した後の測定結果を示す。プロット６４は、上記熱処理後のサンプルを１６時間大気に静置した後の測定結果を示す。プロット６５は、上記熱処理後のサンプルを１２０時間大気に静置した後の測定結果を示す。プロット６６は、上記熱処理後のサンプルを１２０時間大気に静置した後、再度熱処理を実施した後の測定結果を示す。なお、吸水処理は、常温の純水にサンプル５０を６０分間浸漬させることである。熱処理は、常圧、大気雰囲気下で２３０℃、４０分間の加熱をサンプル５０に実施することである。
プロット６１，６２を比較すると、上記吸水処理の前後において、支持体５１と高分子基板５２との密着強度はほぼ変化していない。一方、プロット６１〜６３を比較すると、上記熱処理後、支持体５１と高分子基板５２との密着強度が急激に低下している。また、プロット６４〜６６を比較すると、支持体５１と高分子基板５２との密着強度はほぼ変化していない。
ここで、図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、図８に示される密着強度の測定結果が得られた理由の推察を以下に示す。図９（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、支持体５１と高分子基板５２との界面状態を示す模式図である。下記化学式１（化１）は、一般的なポリイミドの構造単位の化学式を示す。下記化学式２（化２）は、開環したポリイミドの一部の化学式を示す。高分子基板５２における支持体５１に接する表面の少なくとも一部には、下記化学式２が存在していると推察される。
支持体５１と高分子基板５２とは、共有結合及び水素結合によって互いに密着していると推察される。具体的には、図９（ａ）に示されるように、支持体５１の表面に存在するケイ素（Ｓｉ）もしくは金属（Ｍ）と、開環したポリイミドに含まれる酸素（Ｏ）とは、共有結合によって結合していると推察される。加えて、上記ケイ素及び上記金属の未結合手（ダングリングボンド）を終端する水酸化基（ＯＨ）と、開環したポリイミドの水酸基（ＯＨ）とは、水素結合によって結合していると推察される。これらの共有結合及び水素結合は、水分により切断されると考えられる。
図８のプロット６１，６２に示されるように、上記吸水処理の前後において、支持体５１と高分子基板５２との密着強度はほぼ変化していない。この結果は、吸水処理の実施後においても、水が高分子基板５２にほぼ到達しなかったことを示している。この結果は、サンプル５０において高分子基板５２を覆うバリア膜５３が、水分を高分子基板５２へほぼ到達させなかったから得られたと推察される。
一方、図８のプロット６２，６３に示されるように、上記熱処理後、支持体５１と高分子基板５２との密着強度は急激に低下している。この結果は、上記共有結合と上記水素結合との少なくともいずれかは、上記熱処理にて切断されたことを示している。上述したように、高分子基板５２はバリア膜５３によって覆われていることから、高分子基板５２内に含まれていた水分によって上記結合が切断されたと推察される。より具体的には、この水分が加熱によって拡散移動し、支持体５１と高分子基板５２との界面に到達することによって、上記結合が切断されたと推察される。高分子基板５２に含有される水分は十分とは言えないため、図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、上記共有結合と上記水素結合のうち、比較的結合力が弱い水素結合のみが切断されると推察される。このため、プロット６３の密着強度が約１Ｎ／１０ｍｍになると推察される。
図８のプロット６４，６５は、プロット６３よりも高い密着強度を示している。これは、サンプル５０を静置することによって、支持体５１と高分子基板５２との間に水素結合が生成されたと推察される。図８のプロット６６は、プロット６３と略同一の密着強度を示している。これは、再度の熱処理によって水素結合が再び切断されたと推察される。
なお、高分子基板を覆うバリア膜を形成しない比較例のサンプル（不図示）についても、上記密着強度の測定を実施した。この場合、比較例のサンプルの形成直後における支持体と高分子基板との密着強度は約０．１Ｎ／１０ｍｍであり、吸水処理後の密着強度はほぼ０Ｎ／１０ｍｍであった。この結果は、大気中に十分な水分が含まれているため、当該水分は、支持体と高分子基板との界面における水素結合だけでなく共有結合も切断したために得られたと推察される。一方、熱処理後の密着強度は約２Ｎ／１０ｍｍとなった。この結果は、加熱による脱水縮合によって、支持体と高分子基板との共有結合が生成されたために得られたと推察される。さらに熱処理後に大気中に静置すると、支持体と高分子基板との密着強度は約０．１Ｎ／１０ｍｍまで低下した。この結果は、脱水縮合によって生成された共有結合が、大気中の水分によって再度切断されたために得られたと推察される。この比較例の結果から、支持体と高分子基板との密着強度は、大気中の水分によって容易に低下することが推察される。加えて比較例においては、熱処理によって支持体と高分子基板との界面における水分が除去され、一時的に上記密着強度が上昇することが推察される。
これらの結果から、実施例のように高分子基板５２をバリア膜５３によって覆うことによって、大気中の水分の高分子基板５２への進入をバリア膜５３によって抑制できる。このため、大気中の水分に起因した支持体５１と高分子基板５２との密着強度の低下を防止できると推察される。加えて、高分子基板５２がバリア膜５３に覆われた状態にて熱処理されることによって、比較例と異なり、支持体５１と高分子基板５２との密着強度が低下する。これは、高分子基板５２に含まれる水分が支持体５１と高分子基板５２との界面に移動し、当該水分が支持体５１と高分子基板５２との界面に存在する水素結合を切断するからと推察される。よって実施例では比較例と異なり、加熱処理を実施することによって支持体５１と高分子基板５２との密着強度を低下させ、高分子基板５２の剥離を容易にすることができることが理解できる。なお、上記熱処理後においては共有結合に基づく密着強度が残存しているので、実施例における支持体５１と高分子基板５２との密着強度が０にはならない。したがって、熱処理前後において高分子基板５２の支持体５１からの意図しない剥離が発生しにくいと推察される。
支持体の前処理（混合液への支持体の浸漬）の有無に基づく支持体５１と高分子基板５２との密着強度の違いについて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、高分子基板の吸水量に対する密着強度の変化を示す。図１０において、データ７１は支持体に前処理を実施した場合の密着強度の変化であり、データ７２は支持体に前処理を実施しない場合の密着強度の変化である。図１０に示されるように、支持体に前処理を実施した場合、支持体に前処理を実施しない場合と比較して、密着強度が約２Ｎ／１０ｍｍ低い。これは、上記前処理によって支持体の表面に存在する金属（アルミニウム）の量が低減したからと推察される。このため、上記前処理を実施することによって、支持体と高分子基板との密着強度を調整できる。
１…電子装置、１０，５１…支持体、２０，５２…高分子基板、２０ａ…縁部、２０ｂ…本体部、３０，５３…バリア膜、３０ａ…主部、３０ｂ…端部、４０…電子素子。
Claims (10)
- 支持体の表面にイミド基を有する高分子基板を形成する基板形成工程と、
前記高分子基板を覆うバリア膜を形成するバリア膜形成工程と、
前記支持体、前記高分子基板、及び前記バリア膜を熱処理する熱処理工程と、
前記支持体から前記高分子基板を剥離する剥離工程と、
を順に備える、高分子基板の製造方法。 - 前記基板形成工程前に、前記支持体の前記表面に存在する金属をエッチングするエッチング工程をさらに備える、請求項１に記載の高分子基板の製造方法。
- 前記バリア膜形成工程では、前記高分子基板を覆う主部と、平面視にて前記高分子基板を囲うと共に前記支持体に密着する端部と、を有する前記バリア膜を形成する、請求項１又は２に記載の高分子基板の製造方法。
- 前記熱処理工程後であって前記剥離工程前に、前記端部の延在方向に沿って前記高分子基板の縁部を切断する切断工程をさらに備える、請求項３に記載の高分子基板の製造方法。
- 前記バリア膜は、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する酸化ケイ素膜を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高分子基板の製造方法。
- 前記支持体の前記表面における金属濃度は、３．２％以上４．７％以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高分子基板の製造方法。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載の高分子基板の製造方法を備える電子装置の製造方法であって、
前記剥離工程前に、前記バリア膜上に電子素子を形成する電子素子形成工程をさらに備え、
前記剥離工程では、前記電子素子が設けられる前記高分子基板を前記支持体から剥離する、電子装置の製造方法。 - 前記熱処理工程は、前記電子素子形成工程中に実施される、請求項７に記載の電子装置の製造方法。
- 前記高分子基板は、可撓性を示す、請求項７又は８に記載の電子装置の製造方法。
- 前記バリア膜は、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さを有する酸化ニオブ膜を含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電子装置の製造方法。
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