(57)【要約】【課題】耐熱性の低い基板上への塗布法による金属膜の低温形成法を提供する。【手段】金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを行う。加熱処理と紫外光照射は同時に行うことが好ましい。金属粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下、紫外光照射は３８０ｎｍ以下、加熱処理温度は、２００℃以下とすることが好ましい。金属粒子は、たとえば、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを行うことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項２】
金属粒子の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の金属膜の形成方法。
【請求項３】
加熱処理温度が、２００℃以下であることを特徴とする請求項１または２記載の金属膜の形成方法。
【請求項４】
加熱処理が、赤外線ヒータ又は赤外線照射により行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属膜の形成方法。
【請求項５】
紫外光の波長が、２６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属膜の形成方法。
【請求項６】
金属粒子が、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属膜の低温形成方法に関する。より詳しくは、電気・電子機器用として使用される配線用に特に好適に用いられる金属膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属膜は、真空蒸着法、スパッタリング法等の真空プロセスにより形成されている。しかし、より簡便で真空プロセスによらない手法が望まれており、近年、金属粒子を分散した塗布液を用いる液相法による金属膜形成が行われている。
【０００３】
真空蒸着などの真空プロセスによれば、加熱処理なしで直接金属膜を形成できる。一方、塗布法では、成膜後に膜中に残存する溶剤や分散剤などの有機物を加熱燃焼により除く必要があり、非特許文献１によれば、金又は銀塗膜を得るために２５０〜３００℃程度の加熱処理が必須となる。異なる貴金属塗布液を用いた特許文献１、特許文献２、特許文献３においても同様に、２５０〜３００℃程度の加熱処理を行い、導電性を有する金属膜を得ている。
【０００４】
非特許文献２には、酸化銀を出発原料とし、加熱過程での還元反応による銀の析出と融着が可能なことが示されている。
【０００５】
また、非特許文献３には、銅微粒子分散液を用いた配線形成が可能であることが記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３５８１４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２５８３１号公報
【特許文献３】特開２００２−２９４３０７号公報
【非特許文献１】真空冶金株式会社カタログ「パーフェクトゴールド＆パーフェクトシルバー」
【非特許文献２】日経エレクトロニクス、Ｎｏ．８２４、６−１７、ｐ６７〜７８（２００２）
【非特許文献３】「ＮＥＤＯ  平成１１年度提案公募委託研究 (１０即効型：９８Ｙ２９−０２１)銅スピンコート液による半導体配線形成に関する研究」http://www.nedo.go.jp/itd/teian/ann-mtg/fy11/seika/98y29021/98y29021s.html
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の特許文献1〜３，非特許文献１に記載の方法では、２５０〜３００℃での加熱処理が必須であるため、耐熱性の低い基板への成膜が不可能であるという問題点を有している。
【０００８】
一方、非特許文献２記載の手法は、特許文献1〜３，非特許文献１に記載の手法に比べ低温の２００℃で銀膜が得られるが、還元反応を利用するため膜の緻密化が充分でないという問題点を有している。
【０００９】
また、非特許文献３に記載された銅配線を得るためには、上記に記載した貴金属膜形成と同様に高温での加熱処理が必要であるとともに、銅の酸化を抑制するために、低圧空気の導入とそれに続く高真空還元雰囲気での加熱処理が必要である。
【００１０】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性の低い基板を用いての成膜が可能であり、低温で形成可能な金属膜の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを同時に行うことにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
請求項１に記載の金属膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを行うことを特徴としている。
【００１３】
上記の構成によれば、紫外光照射を加熱処理とともに行うことにより、通常２５０℃以上必要であった加熱処理温度を２００℃以下まで低下させることができる。これにより、耐熱性の低い基板への成膜が可能となり、低温での金属膜成形を行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載の金属の形成方法は、上記の課題を解決するために、金属粒子の平均粒子径が５０ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、金属粒子の平均粒子径を５０ｎｍ以下とすることで金属粒子の自己焼結性を利用した金属膜の緻密度をより高めることができる。すなわち、通常、成膜後、溶剤及び分散剤などの有機化合物が除かれた後、膜中に含まれる金属粒子の自己焼結性を利用して、金属膜の緻密化が進行するが、金属粒子の焼結性はその粒径に依存するため、金属粒子の平均粒子径を上記範囲とすることで、金属膜の緻密化を進行させることができる。
【００１６】
請求項３に記載の金属膜の形成方法は、加熱処理温度が、２００℃以下であることを特徴としている。
【００１７】
上記の構成によれば、加熱処理温度を２００℃以下とすることで、耐熱温度が低い材料を基体とした場合でも低温で緻密な金属膜を形成することができる。
【００１８】
請求項４に記載の金属膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、加熱処理を赤外線ヒータ又は赤外線照射により行うことを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、加熱処理を赤外線により行うことで、基体温度をあまり上昇させずに塗布膜のみを加熱することができる。
【００２０】
請求項５に記載の金属膜の形成方法は、金属膜形成に使用する紫外光の波長が、２６０ｎｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、紫外光を上記波長とすることで、より効率的に残留有機物の除去を行うことができる。
【００２２】
請求項６に記載の金属膜の形成方法は、金属薄膜を形成するために用いられる金属粒子が、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属であることを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、金属粒子として上記の金属を用いることで、より導電性に優れた金属膜を形成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について、説明すれば以下のとおりである。
本発明の金属膜の形成方法は、金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを行う方法である。
【００２５】
本発明の塗布液中に含まれる金属粒子の粒径は、特に限定されないが、５０ｎｍ以下であることが好ましい。成膜後、溶剤及び分散剤などの有機化合物が除かれた後、膜中に含まれる金属粒子の自己焼結性を利用して膜の緻密化が進行する。金属粒子の自己焼結性は、その粒径に依存し、平均粒子径が５０ｎｍを超えると低温での自己焼結性が低下するため好ましくない。より好ましくは、平均粒子径は３０ｎｍ以下である。
【００２６】
塗布液中に含まれる金属粒子の形成法はに限定されるものではなく、５０ｎｍ以下であればその手法は問わない。蒸発金属を用いる方法、金属塩の還元による方法などある。
【００２７】
金属粒子の種類は、膜形成後、導電性を有する物であれば特に限定されないが、その導電性より、白金、金、銀、パラジウム、イリジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、錫より選ばれた一種の金属もしくは二種以上の金属の組合せが好ましい。より好ましくは、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムなどの貴金属より選ばれた一種の金属もしくは二種以上の貴金属の組合せが用いられる。
【００２８】
塗布液の溶剤としては、前記金属粒子が安定に分散可能な物であれば特に限定されないが、ミネラルスプリット、トリデカン、ドデシルベンゼン、α-eルピネオール、炭素数が５以上の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル若しくはそれらの混合物が用いられる。
【００２９】
また、金属粒子の分散性を向上させるために、チオールや硫酸基を内包する有機硫黄化合物、カルボン酸基や硝酸基を内包する有機化合物が、金属種に応じ適時添加される。
【００３０】
前記塗布液をスピンコート、ディップコート、スプレーコート、バーコート、スクリーン印刷等の方法により基体上に形成した後、加熱処理と好ましくは３８０ｎｍ以下の紫外光照射とを行うことにより、金属膜を形成する。
【００３１】
加熱処理と紫外光照射とは同時に行うことが最も好ましいが、必要に応じて時間差を生じてもよい。
【００３２】
紫外光照射を加熱処理と同時に行うことにより、通常２５０℃以上必要であった加熱処理温度を２００℃以下まで低下させることが可能である。従って、加熱処理温度は、２００℃以下が好ましい。
【００３３】
基体の加熱処理方法は、特に限定されないが、赤外線ヒータ又は赤外線照射を用いることがより好ましい。特に、赤外線照射では、基板温度をあまり上昇させずに塗布膜のみを加熱することが可能であるのでより好ましい。
【００３４】
加熱処理に併用する紫外光は、３８０ｎｍ以下の波長を主成分とする紫外光でであることが好ましく、これより長波長の光のみでは、目的とする残留有機物の効率的な除去を行うことが出来なくなるおそれがある。より好ましくは、紫外光の波長が２６０ｎｍ以下である。
【００３５】
紫外光の照射強度は、塗布膜中に残存する有機物の種類、光源の波長などにより異なるため限定することは出来ないが、あまり照射強度が低すぎると金属膜を形成するためにの時間が長くなるため、０．５ｍＷ／ｃｍ２以上である事が好ましい。より好ましくは、２ｍＷ／ｃｍ２以上である。
【００３６】
紫外光の照射時間は、塗布膜中に残存する有機物の種類、光源の波長などにより異なるため限定することは出来ない。１秒から５時間が好ましい。
【００３７】
本発明の方法によれば、従来の２００℃以下の加熱処理のみでは、除去することが困難であった塗布膜中に残存する残留有機物を効率よく除去することが可能となる。結果として、加熱処理単独に比べ、より低温で金属膜の形成が可能となる。また、加熱処理温度を低くすることにより、従来雰囲気制御等が必須であった卑金属膜形成のための煩雑な雰囲気制御が不要となる。
【００３８】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
【００３９】
〔実施例１〕
金塗布液（真空冶金製、パーフェクトゴールド、平均粒子径；１０ｎｍ、溶剤：α-eルピネオール）を用いガラス基板上に、２０００ｒｐｍで２０秒の条件でスピンコートを行った後、１００℃で３分間乾燥し、塗布膜を形成した。得られた塗布膜を赤外線ヒータ上で１７０℃に加熱しながら、低圧水銀ランプ（照射波長：２５４ｎｍ、照射強度：１０ｍＷ／ｃｍ２）２時間処理を行った。得られた膜は、金光沢を有し、１２Ω／□のシート抵抗が発現した。
【００４０】
〔実施例２〕
金塗布液（真空冶金製、パーフェクトシルバー、平均粒子径；１０ｎｍ、溶剤：α-eルピネオール）を用いガラス基板上に、２０００ｒｐｍで２０秒の条件でスピンコートを行った後、１００℃で３分間乾燥し、塗布膜を形成した。得られた塗布膜を赤外線ヒータ上で１７０℃に加熱しながら、低圧水銀ランプ（照射波長：２５４ｎｍ、照射強度：１０ｍＷ／ｃｍ２）２時間処理を行った。得られた膜は、銀光沢を有し、２．４Ω／□のシート抵抗が発現した。
【００４１】
〔比較例１〕
実施例１と同様の方法で得られた塗布膜を２００℃で１時間、加熱処理したが、茶褐色の膜となり、導電性は発現しなかった。同様の膜を、３００℃で３０分か熱処理することで、金光沢が発現し、そのシート抵抗値は１１Ω／□であった。
【００４２】
〔比較例２〕
実施例２と同様の方法で得られた塗布膜を２００℃で１時間、加熱処理したが、茶褐色の膜となり、導電性は発現しなかった。同様の膜を、３００℃で３０分か熱処理することで、銀光沢が発現し、そのシート抵抗値は２．２Ω／□であった。
【００４３】
以上の実施例を見てわかるように、加熱処理のみでは、金属光沢や導電性の発現のために３００℃程度の加熱処理が必要な塗布膜に、紫外光照射を併用することにより２００℃以下の低温加熱で同様の金属光沢と導電性が発現する。
【００４４】
本実施例では、赤外線ヒータを用いたが、塗布面から赤外線ランプによる照射加熱を行っても同様の効果が得られることは言うまでもない。特に、プラスチック基板などの耐熱性の低い基板上への金属膜形成に有効である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の金属膜の形成方法によれば、真空蒸着法やスパッタリング法などの設備を使用せずに、２００℃以下の低温加熱で、簡便な方法で金属膜を形成することが可能である。