(57)【要約】【課題】  安価に、かつ、低温での加熱処理によって、基材の上に体積抵抗値が低い、薄膜、電気配線回路等の金属薄層を製造する方法を提供することである。【解決手段】  （Ａ）１次粒子径が１００ｎｍ未満の金属酸化物超微粒子と、（Ｂ）多価アルコールおよびポリエーテル化合物から選ばれる少なくとも１種、とを含む分散体を用いて基板上に前記分散体の層を形成し、これに光を照射しながら加熱処理することによって金属酸化物超微粒子を還元することを特徴とする金属薄層の製造方法。【選択図】  選択図なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）１次粒子径が１００ｎｍ未満の金属酸化物超微粒子と、（Ｂ）多価アルコールおよびポリエーテル化合物から選ばれる少なくとも１種、とを含む分散体を用いて基板上に前記分散体の層を形成し、これに光を照射しながら加熱処理することによって金属酸化物超微粒子を還元することを特徴とする金属薄層の製造方法。
【請求項２】
照射する光が、６５０ｎｍ以下の波長の光を含むことを特徴とする請求項１記載の金属薄層の製造方法。
【請求項３】
ポリエーテル化合物が、炭素数２〜６の直鎖状または環状のオキシアルキレン基を繰り返し単位とする脂肪族ポリエーテル化合物であることを特徴とする請求項２記載の金属薄層の製造方法。
【請求項４】
脂肪族ポリエーテル化合物が、平均分子量１５０〜６００のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびそれらの末端置換修飾体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項３記載の金属薄層の製造方法。
【請求項５】
金属酸化物が、酸化銅または酸化銀であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属薄層の製造方法。
【請求項６】
酸化銅が酸化第一銅であることを特徴とする請求項５記載の金属薄層の製造方法。
【請求項７】
加熱処理温度が５０℃以上４００℃未満であることを特徴とする請求項１〜６いずれか1項に記載の金属薄層の製造方法。
【請求項８】
加熱処理を非酸化性雰囲気で行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属薄層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物超微粒子分散体を用いた薄膜、電気配線回路等の金属薄層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板上に金属薄層を形成する方法には、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法、金属ペースト法等が知られている。真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法は、いずれも高価な真空装置を必要とし、いずれも層形成速度が遅いという問題がある。
メッキ法によると、導電性を有する基材の上に、比較的容易に金属層を形成することが可能であるが、絶縁基材の上に形成する場合には導電層をはじめに形成する必要があり、したがって、そのプロセスは煩雑なものになるという問題がある。また、メッキ法は溶液中での反応を利用するため、大量の廃液が副生し、この廃液処理に多大な手間とコストがかかるという問題がある。
【０００３】
金属ペースト法は、金属フィラーを分散させた溶液を基材上に塗布し、加熱処理して金属薄層を得る方法であって、真空装置等の特別な装置を必要とせずプロセスが簡易であるという利点を有するが、金属フィラーを溶融するには、通常、１０００℃以上の高温を必要とする。したがって、基材はセラミック基材等の耐熱性を有する基材に限られ、また、基材が熱で損傷したり、加熱により生じた残留応力により基材が損傷を受けやすいという問題もある。
一方、金属フィラーの粒径を低減することによって、金属ペーストの加熱処理温度を低減するという技術は公知であり、例えば、特許文献１には、粒径１００ｎｍ以下の金属微粒子を分散した分散液を用いて金属薄層を形成する方法が開示されている。しかしながら、ここで必要となる１００ｎｍ以下の金属粒子の製造方法は、減圧雰囲気で揮発した金属蒸気を急速冷却する方法であるために、大量生産が難しく、したがって、金属フィラーのコストが非常に高くなるという問題を有している。
【０００４】
金属酸化物フィラーを分散させた金属酸化物ペーストを用いて金属薄層を形成するという方法も知られている。特許文献２には、結晶性高分子を含み、粒径３００ｎｍ以下の酸化第一銅微粒子を分散させた金属酸化物ペーストを加熱し、結晶性高分子を分解させて金属薄膜を得るという方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、３００ｎｍ以下の金属酸化物を結晶性高分子中にあらかじめ分散させる必要があり、非常な手間を必要とするのに加えて、結晶性高分子を分解するのに、減圧雰囲気において、４００℃〜９００℃の高温を必要とする。したがって、使用可能な基材は、その温度以上の耐熱性を必要とするため、基材に制限があるという問題がある。
【０００５】
以上のように、金属あるいは金属酸化物フィラーを分散させた分散液を基材上に塗布し、さらに加熱処理して金属薄層を得る方法は、プロセスコストの安い方法ではあるが、フィラーが非常に高価であるか加熱処理温度が高い等の問題があって実用化されていないのが現状である。特に、民生分野で用いられる樹脂基材上へ金属薄層形成方法として適用するのは難しいというのが現状である。
【０００６】
【特許文献１】特許第２５６１５３７号公報
【特許文献２】特開平５−９８１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、安価に、かつ、低温での加熱処理によって基材の上に体積抵抗値が低い、薄膜、電気配線回路等の金属薄層を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を進めた結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
（１）  （Ａ）１次粒子径が１００ｎｍ未満の金属酸化物超微粒子と、（Ｂ）多価アルコールおよびポリエーテル化合物から選ばれる少なくとも１種、とを含む分散体を用いて基板上に前記分散体の層を形成し、これに光を照射しながら加熱処理することによって金属酸化物超微粒子を還元することを特徴とする金属薄層の製造方法。
【０００９】
（２）  照射する光が、６５０ｎｍ以下の波長の光を含むことを特徴とする（１）に記載の金属薄層の製造方法。
（３）  ポリエーテル化合物が、炭素数２〜６の直鎖状または環状のオキシアルキレン基を繰り返し単位とする脂肪族ポリエーテル化合物であることを特徴とする（２）に記載の金属薄層の製造方法。
（４）  脂肪族ポリエーテル化合物が、平均分子量１５０〜６００のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびそれらの末端置換修飾体から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする（３）に記載の金属薄層の製造方法。
【００１０】
（５）  金属酸化物が、酸化銅または酸化銀であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載の金属薄層の製造方法。
（６）  酸化銅が酸化第一銅であることを特徴とする（５）に記載の金属薄層の製造方法。
（７）  加熱処理温度が５０℃以上４００℃未満であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか1つに記載の金属薄層の製造方法。
（８）  加熱処理を非酸化性雰囲気で行うことを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１つに記載の金属薄層の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、安価な金属酸化物を原料に用いて、低温での加熱処理によって基板上に体積抵抗値の低い金属薄層を形成することが可能である。得られた金属薄層は金属配線材料、導電材料等の用途に好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の金属薄層の製造方法に用いられる金属酸化物超微粒子分散体は、１次粒子径が１００ｎｍ未満の金属酸化物超微粒子と、多価アルコールおよびポリエーテル化合物から選ばれる少なくとも１種、とを含む。
本発明における「金属薄層」とは、層全体が本発明の金属酸化物微粒子を用いて製造された金属で形成された層、例えば、膜等、および層の特定の領域が本発明の金属酸化物微粒子を用いて製造された金属で形成され、残りは空隙または他の材料で充填された層、例えば、配線回路等をいう。
【００１３】
本発明の金属酸化物超微粒子分散体は、液体状態でも、固体状態でもよい。固体状態には、ずり応力を加えることによって流動性を発現するものと流動性のないものが含まれる。これらの分散体の状態は、主に、金属酸化物超微粒子の粒径や、金属酸化物超微粒子分散体中の構成物の質量比等により影響を受け、例えば、金属酸化物超微粒子の質量比が増えると、超微粒子間の相互作用が増大して分散体の流動性が低下し、液体状態から固体状態に変化する傾向がある。
本発明に用いられる金属酸化物超微粒子の１次粒子径は１００ｎｍ未満であり、好ましくは５０ｎｍ未満である。１次粒子径が１００ｎｍ以上になると、粒子間の空隙の割合が大きくなり、得られる金属薄層の緻密性が低下する。
【００１４】
金属酸化物超微粒子は、加熱処理によって還元されるものであれば、いかなるものも使用可能である。例えば、酸化銅、酸化銀、酸化パラジウム、酸化ニッケル等が挙げられる。中でも、容易に還元が可能な酸化銅および酸化銀が好ましい。酸化銅としては、酸化第一銅、酸化第二銅、その他の酸化数をもった酸化銅のいずれも使用可能である。酸化第一銅超微粒子は、容易に還元が可能であるので特に好ましい。酸化銀としては、酸化第一銀、酸化第二銀および酸化第三銀があり、粒子の安定性の点から酸化第一銀がより好ましい。
これらの金属酸化物超微粒子は、市販品を用いてもよいし、公知の合成方法を用いて合成することも可能である。例えば、１次粒子径が１００ｎｍ未満の酸化第一銅超微粒子の合成方法としては、アセチルアセトナト銅錯体をポリオール溶媒中で２００℃程度で加熱して合成する方法が公知である（アンゲバンテ  ケミ  インターナショナル  エディション、４０号、２巻、ｐ.３５９、２００１年）。
【００１５】
多価アルコールは、分子中に複数の水酸基を有する化合物である。多価アルコールは、分散体中の金属酸化物超微粒子の分散性を向上させる効果をもつ。多価アルコールの中で好ましいのは、炭素数が１０以下の多価アルコ−ルであり、その中でも粘度の低い、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオールが好ましく用いられる。これらの多価アルコールは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。
【００１６】
ポリエーテル化合物は、分子中に複数のエーテル結合を有する化合物である。金属酸化物分散体中にポリエ−テル化合物を含有することによって、この分散体を加熱処理して得られる金属被膜の緻密性が向上し、また基材との接着性が向上する。中でも炭素数２〜６の直鎖状および環状のオキシアルキレン基を繰り返し単位とする脂肪族ポリエーテル化合物は、加熱処理時にオキシアルキレン基が容易に分解するので、加熱処理後に金属薄層中に残存する量が低減され、金属薄層の抵抗値が低下するので好ましい。
繰り返し単位が炭素数２〜６の直鎖状および環状のアルキレン基である脂肪族ポリエ−テル化合物の全体の分子構造は、環状、直鎖状および分岐状のいずれであってもよく、一種類のモノマーから構成される１元のポリエーテルホモポリマー以外に、２元以上のポリエ−テルコポリマ−、あるいは２元以上のポリエーテルブロックコポリマーであってもよい。
【００１７】
具体的には、ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリブチレングリコ−ルのようなポリエ−テルホモポリマ−、エチレングリコ−ル／プロピレングリコ−ル、エチレングリコ−ル／ブチレングリコ−ル等の２元コポリマ−、エチレングリコ−ル／プロピレングリコ−ル／エチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル／エチレングリコ−ル／プロピレングリコ−ル、エチレングリコ−ル／ブチレングリコ−ル／エチレングリコ−ル等の直鎖状の３元コポリマ−、ポリエチレングリコ−ル／ポリプロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル／ポリブチレングリコ−ル等の２元ブロックコポリマ−、ポリエチレングリコ−ル／ポリプロピレングリコ−ル／ポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル／ポリエチレングリコ−ル／ポリプロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル／ポリブチレングリコ−ル／ポリエチレングリコ−ル等の直鎖状の３元ブロックコポリマ−等が挙げられる。
【００１８】
本発明で使用される脂肪族ポリエ−テル化合物は、分子構造中に、エーテル基以外に他の官能基を含んでもよい。他の官能基の例としては、エステル基、グリシジル基、イミド基、アルキル基、アミド基、エステル基、フェニル基、カ−ボネ−ト基、イソシアネ−ト基、スルフォン基等の他、これらの基の組み合わせにより構成されるアルキルエステル基、アルキルアミド基、アルキルカ−ボネ−ト基等の置換基を含むが、これらに限定されるものではない。また、重合能のあるビニル基、ビニリデン基、ビニレン基、グリシジル基、アリル基、これらの基を含むアクリレ−ト基およびメタクリレ−ト基等も含まれる。これらの官能基は、分子中に複数個あってよく、例えば、糖、糖アルコ−ル等の多価アルコ−ル基を分子中に含んでもよい。
本発明で用いられるポリエーテル化合物の末端基は限定されない。末端基として、水酸基、炭素数１〜８の直鎖状、分岐状および環状のアルキルエ−テル基、アルキルエステル基、アルキルアミド基、アルキルカ−ボネ−ト基、ウレタン基、トリアルキルシリル基変
性したもの等が挙げられる。以下に、脂肪族ポリエ−テルの末端基を変性した例を示す。
【００１９】
少なくとも一つの末端をアルキルエ−テル化した例として、メチルエ−テル、エチルエ−テル、プロピルエ−テル、グリシジルエ−テル等でエ−テルとしたもの等が挙げられ、例えば、ポリエチレングリコ−ルモノメチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルジメチルエ−テル、ポリプロピレングリコ−ルジメチルエ−テル、ポリイソブチレングリコ−ルジメチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルジエチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルモノエチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルジブチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルモノブチルエ−テル、ポリエチレングリコ−ルジグリシジルエ−テル、ポリエチレンポリプロピレングリコ−ルジメチルエ−テル、グリセリンポリエチレングリコ−ルトリメチルエ−テル、ペンタエリスリト−ルポリエチレングリ−ルテトラメチルエ−テル、ペンチト−ルポリエチレングリコ−ルペンタメチルエ−テル、ソルビト−ルポリエチレングリコ−ルヘキサメチルエ−テル等がある。
【００２０】
末端にエステル基を持つ脂肪族ポリエ−テルとしては、少なくとも一つの末端を、例えば、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、安息香酸エステルとしたもの等が挙げられる。
また、アルキレングリコ−ル類の末端をカルボキシメチルエ−テル化し、この末端のカルボキシル基をアルキルエステル化したものも好適に用いられる。例えば、ポリエチレングリコ−ルモノ酢酸エステル、ポリエチレングリコ−ルジ酢酸エステル、ポリプロピレングリコ−ルモノ酢酸エステル、ポリプロピレングリコ−ルジ酢酸エステル、ポリエチレングリコ−ルジ安息香酸エステル、ポリエチレングリコ−ルジアクリル酸エステル、ポリエチレングリコ−ルモノメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコ−ルジメタクリル酸エステル、ポリエチレングリコ−ルビスカルボキシメチルエ−テルジメチルエステル、ポリプロピレングリコ−ルビスカルボキシメチルエ−テルジメチルエステル、グリセリンポリエチレングリコ−ルトリ酢酸エステル、ペンタエリスリト−ルポリエチレングリコ−ルテトラ酢酸エステル、ペンチト−ルポリエチレングリコ−ルペンタ酢酸エステル、ソルビト−ルポリエチレングリコ−ルヘキサ酢酸エステルが好ましい例として挙げられる。
【００２１】
末端にアミド基を持つ脂肪族ポリエ−テルとしては、少なくとも一つの末端をカルボキシメチルエ−テル化し、そのあとでアミド化したもの、ヒドロキシ末端をアミノ基変性したあとにアミド化したもの等が挙げられ、具体的には、ポリエチレングリコ−ルビス（カルボキシメチルエ−テルジメチルアミド）、ポリプロピレングリコ−ルビス（カルボキシメチルエ−テルジメチルアミド）、ポリエチレングリコ−ルビス（カルボキシメチルエ−テルジエチルアミド）、グリセリンポリエチレングリコ−ルトリカルボキシメチルエ−テルジメチルアミド、ペンタエリスリト−ルポリエチレングリコ−ルテトラカルボキシメチルエ−テルジメチルアミド、ペンチト−ルポリエチレングリコ−ルペンタカルボキシメチルエ−テルジメチルアミド、ソルビト−ルポリエチレングリコ−ルヘキサカルボキシメチルエ−テルジメチルアミドが好適に用いられる。
【００２２】
末端にアルキルカ−ボネ−ト基を持つ脂肪族ポリエ−テルとしては、例えば、上記アルキレングリコ−ルの少なくとも一つの末端に、ホルミルエステル基をつけたもの等が挙げられ、具体的には、ビスメトキシカルボニルオキシポリエチレングリコ−ル、ビスエトキシカルボニルオキシポリエチレングリコ−ル、ビスエトキシカルボニルオキシポリプロピレングリコ−ル、ビスｔｅｒｔ−ブトキシカルボニルオキシポリエチレングリコ−ル等が挙げられる。
末端をウレタン基やトリアルキルシリル基で変性した脂肪族ポリエ−テルも使用することができる。トリアルキルシリル変性としては、トリメチルシリル変性が特に好ましく、これはトリメチルクロロシラン、トリメチルクロロシリルアセトアミド、ヘキサメチルジシラザン等によって変性できる。
【００２３】
脂肪族ポリエーテル化合物の中でも、特に、分子量１５０〜６００のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、およびそれらの末端置換修飾体、例えば、ポリエチレングリコールメチルエーテル、ポリプロピレングリコールメチルエーテル等は、分子量が小さく加熱処理時に容易に揮発するうえ、金属薄層を形成しやすく、加熱処理して得られる金属薄層の体積抵抗値が小さくなるのに加えて、工業的にも容易に入手が可能であり、特に好ましく用いられる。
分散体中の金属酸化物超微粒子の割合には制限はないが、分散体総量に対して、質量％で、好ましくは５％以上９０％未満、より好ましくは２０％以上８０％未満である。金属酸化物超微粒子の質量がこれらの範囲にある場合には、分散体中の金属酸化物超微粒子の分散状態が良好であり、例えば、１回の塗布・加熱処理によって適度な厚さの金属薄層が得られるので好ましい。
【００２４】
分散体中の多価アルコールの割合は、分散体総量に対して、質量％で、好ましくは５〜７０％、より好ましくは１０〜５０％である。多価アルコールがこの範囲にある場合には、金属酸化物超微粒子の分散状態が良好になって、加熱処理時の金属薄層の形成能が一層向上する。
分散体中のポリエ−テル化合物の割合は、分散体総量に対して、質量％で、好ましくは０．１〜７０％、より好ましくは１〜５０％である。ポリエ−テル化合物の添加量が０．１％未満の場合には、金属酸化物の還元によって得られる金属の、金属粒子間の緻密性が低くなり、また基材との密着性が低下する場合があり、一方、ポリエ−テル化合物の添加量が７０％を越えると、分散体の粘度が増加する場合がある。
【００２５】
金属酸化物超微粒子に対する多価アルコールの好ましい質量比は、用いる超微粒子の種類と多価アルコールの種類により異なるが、通常は０．５〜１０の範囲が好ましい。この範囲にあると、金属酸化物超微粒子の分散体中における分散性が良く、局所的な凝集に起因するピンホール等の発生がさらに抑制される。
金属酸化物超微粒子に対するポリエーテル化合物の好ましい質量比は、用いる超微粒子の種類とポリエーテル化合物の種類により異なるが、通常は０．０１〜１０の範囲が好ましい。この範囲にあると、金属酸化物からの還元によって得られる金属粒子間の緻密性が向上し、また、得られる金属薄層の体積抵抗値がさらに低下する。
【００２６】
本発明に用いる金属酸化物超微粒子分散体に、前記以外の分散媒を含んでもよい。このような分散媒は、１次粒子径が１００ｎｍ未満の金属酸化物超微粒子と、多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物を均一に溶解・分散させることが可能なものであれば制限はない。分散媒の例としては、アルコール、エーテル、エステル、アミド、スルホキシド等が挙げられる。これらの分散媒は単独でも、混合して用いてもよい。
金属酸化物超微粒子と、多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物と、必要に応じてその他の分散媒を分散させる方法としては、粉体の分散に用いられる一般的な方法を用いることができる。例えば、金属酸化物超微粒子と、多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物と、必要に応じ分散媒を加えた後、超音波法、ミキサー法、３本ロール法、ボールミル法で分散させる。これらの分散手段の複数を組み合わせて分散を行うことも可能である。分散処理は室温で行ってもよく、加熱して行ってもよい。これらの分散手段によって、液体状態および流動発現性の固体状態の金属酸化物分散体を得ることができる。
【００２７】
固体状態の金属酸化物分散体を得るためには、固体の多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物を溶解可能な補助溶媒に、金属酸化物超微粒子と多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物を加え、上記の分散手法等を用いて分散させて液状の分散体を得た後に、型の中またはフィルム状等にキャストし、補助溶媒を揮発させることにより得ることができる。
次に、本発明の金属酸化物分散体を用いて、基板上に金属薄層を形成する方法を説明する。
先ず、基板上に本発明の金属酸化物微粒子分散体の層を形成する。本発明において、前記の「層」とは、層全体が前記の分散体で構成されているもの、および層の特定の領域が前記の分散体で構成され、残りは空隙または他の材料で充填されたものをいう。
【００２８】
層全体が本発明の金属酸化物微粒子を用いて製造された金属で形成された層、例えば、膜を製造する場合の例は以下のとおりである。
液状の金属酸化物分散体の場合は、先ず、基板上に金属酸化物分散体を塗布する。塗布方法は、分散体を基板に塗布する場合に用いられる一般的な方法を用いることができ、例えば、スクリーン印刷方法、ディップコーティング方法、スプレー塗布方法、スピンコーティング方法、インクジェット方法、コンタクトプリンティング方法等が挙げられる。分散体の粘度が高い場合には、スクリーン印刷法が好ましい。分散体の粘度が低い場合には、インクジェット法が好適に用いられる。
【００２９】
金属酸化物分散体が固体の場合、薄層フィルム状に成膜し、基板の上にそのフィルムを張り合わせることにより、基板上に金属酸化物分散体が積層された構造を形成できる。金属酸化物分散体を薄層フィルム状に成膜する方法としては、固体の多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物を溶解可能な補助溶媒を用いて得た液状の金属酸化物分散体を、キャリアテープ上等にバーコーター等を用いて塗布した後、弱い加熱により補助溶媒を揮発させる手法等をとることができる。薄層フィルム状の金属酸化物分散体を基板に張り合わせる場合には、キャリアテープ上の金属酸化物分散体薄層フィルムをラミネータ等を用いて基板に積層し、その後キャリアテープを剥離する手法等を用いることができる。
【００３０】
層の特定の領域が本発明の金属酸化物微粒子を用いて製造された金属で形成された層、例えば、配線回路は、例えば、以下の方法で製造することができる。
金属配線回路の形成方法として、金属酸化物超微粒子分散体を、直接、回路パターン状に基板上に塗布・加熱処理して金属配線を形成する方法と、一旦、上記のような金属薄膜を得た後に、フォトリソグラフィとエッチングにより、金属配線を形成する方法等がある。
前者の方法では、インクジェット法やディスペンス法によって、あらかじめ金属配線パターン形状がプログラミングされたXYロボットを使って金属酸化物超微粒子分散体を基板上に直接配線パターン形状に塗布するか、あらかじめ金属配線パターン形状に加工されたスクリーンメッシュを用いてスクリーン印刷によって基板上に配線回路パターンを塗布した後に、加熱処理を行って、所望の金属配線を形成することができる。
【００３１】
後者の方法では、直描金属酸化物超微粒子分散体を基板上の配線形成面の全面あるいは部分面に塗布・加熱焼成して、金属薄膜を得た後に、液状またはフィルム上のフォトレジスト材料を、塗布または積層し、フォトマスクを介して配線パターンを露光し、所望の金属配線パターンを複写する。最後に、基板全体を漕に浸漬し、未露光フォトレジストを溶解除去し、次いで、フォトレジスト除去部の金属薄膜をエッチング除去し、回路状にパターン化された金属配線を形成できる。
基板としては、無機および有機基板のいずれも使用可能である。無機基板としては、金属板、ガラス板、ＩＴＯ（インジウム錫オキサイド）等のセラミック基板等を例示できる。有機基板としては、金属酸化物分散体の加熱処理温度において熱的な損傷を受けない限り制限はなく、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アラミド、エポキシ等の基板が使用可能である。
【００３２】
基板上に分散体の層を形成させた後に、光照射しながら金属酸化物を金属に還元するに充分な温度で基板を加熱処理することによって、基板上に金属薄層を形成させる。
本発明の特徴は、光を照射しながら加熱処理を行って金属酸化物超微粒子を還元する点にある。光を照射することによって、より低温での加熱処理によって体積抵抗値の低い金属薄層が得られる。
光エネルギーが高いほど加熱温度をより低くすることができるので、本発明で用いることができる光は、好ましくは６５０ｎｍ以下の短波長の光を含む光源である。そのような光源としては、キセノンランプ、ＵＶランプ等が例示され、中でも、光エネルギーが高いＵＶランプは、低温、かつ、短時間の加熱処理によって体積抵抗値の低い金属薄層が得られるので特に好ましい。
【００３３】
ＵＶランプとしては、低圧紫外線ランプ、高圧紫外線ランプ、真空紫外紫外線ランプ等を使用できる。ランプのワット数が高いほど、単位面積に照射される光量が増え、好ましくは１０ｍＷ／ｃｍ２以上、より好ましくは３０ｍＷ／ｃｍ２以上の条件で光照射を行う。
光照射によって加熱処理温度が低減できる理由は必ずしも明確ではないが、金属酸化物超微粒子分散体に含まれる多価アルコールおよび／またはポリエーテル化合物の分解が促進されることや、金属酸化物超微粒子が光を吸収して還元反応を促進する等のいくつかの要因が重なっていると考えられる。例えば、酸化第一銅超微粒子は６００ｎｍ付近にバンドギャップをもつｐ−型半導体であって、バンドギャッよりも大きなエネルギーをもつ光の吸収によって、光還元等の化学反応が誘起され、加熱処理温度の低温化に寄与することが一つの理由として推察される。
【００３４】
光を照射しながら加熱処理を行うに際して、得られる金属薄層が酸化されやすい場合には、非酸化性雰囲気中において加熱処理することが好ましい。非酸化性雰囲気とは、酸素等の酸化性ガスを含まない雰囲気であり、不活性雰囲気と還元性雰囲気がある。不活性雰囲気とは、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素等の不活性ガスで満たされた雰囲気である。還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素等の還元性ガスが存在する雰囲気をいう。
これらのガス中には、金属酸化物超微粒子金属微粒子の酸化に寄与しない程度ならば酸素を含んでいてもよい。その際の酸素濃度は、好ましくは２０００ｐｐｍ以下、より好ましくは５００ｐｐｍ以下である。これらのガスは、焼成炉中に充填して密閉系として加熱処理してもよいし、焼成炉を流通系にしてこれらのガスを流しながら行ってもよい。非酸化性雰囲気で加熱処理する場合には、焼成炉中を一旦真空に引いて焼成炉中の酸素を除去し、非酸化性ガスで置換するすることが好ましい。
【００３５】
加熱処理における、好ましい加熱処理温度は５０℃以上４００℃以下、より好ましくは１００℃以上３００℃以下である。５０℃未満の温度で金属酸化物超微粒子を還元する場合には、金属酸化物超微粒子分散体の保存安定性が低下する場合がある.。また４００℃より高くなると、多くの有機基材では、その耐熱性を越えるため、使用が不可能となる場合が多く発生する。
加熱処理は、バッチ処理によることも可能であるが、市販の窒素リフロー装置を使って酸素濃度をコントロールしながら、チェーン搬送等で基板を搬送しながら連続的に加熱処理することが、生産性の観点から好ましい。
【００３６】
加熱処理に必要な時間は、金属酸化物超微粒子の種類と分散体構成物によって影響を受けるが、１０〜６０分が好ましい。
得られた基板−金属薄層積層体は、実装分野における樹脂付き金属箔等の用途に好適に用いられる。基板上に塗布・積層する金属酸化物分散体の厚みを制御することによって、得られる金属層の膜厚を任意に制御することが可能であり、特に微細回路を形成する際に必要となる極薄の金属層を容易に形成できるという利点を有する。
また、あらかじめ電気回路の形態に金属酸化物分散体を印刷・塗布し加熱処理することにより、基板上に電気配線を直描することが可能であり、微細配線基板を安価に作ることができるという利点があり、この配線直描用途に特に好適に用いられる。配線直描の例としては、ガラス基板上へのバス電極、アドレス電極の形成、樹脂基板への配線回路形成等が挙げられる。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによってなんら限定されるものではない。
金属酸化物超微粒子の１次粒子径は、金属酸化物超微粒子の分散液をスライドガラス上にとり、乾燥させたものについて、日立製作所製走査型電子顕微鏡（Ｓ-４７００）を用いて表面を観察して測定する。
得られた金属薄層の体積抵抗値は、低抵抗率計ロレスタ−ＧＰ（三菱化学（株）製）を用いて測定する。得られた金属配線の体積抵抗値は、デジタルマルチメーター（アドバンテスト製）を用いて測定する。
【００３８】
［実施例１］
精製水６０ｍｌに無水酢酸銅（和光純薬工業（株）製）８ｇを加え、２５℃で攪拌しながらヒドラジン１水和物（和光純薬工業（株）製）を加えてさらに１０分間攪拌し、１次粒子径が１５〜２５ｎｍに分布をもつ酸化第一銅超微粒子を得た。
この酸化第一銅微粒子０．４４ｇにジエチレングリコール０．４ｇとポリエチレングリコールメチルエーテル（平均分子量３５０、アルドリッチ製）０．２５ｇを加え、超音波分散を施して、酸化第一銅分散体を調整した。この分散体を、スライドガラス上に、長さ５ｃｍ、幅１ｃｍ、厚み２０μｍになるように塗布し、窒素がフローしているグローブボックス中に置かれたホットプレート上に上記スライドガラスを置いた。
高圧水銀ランプ（ＨＬＲ１０００Ｆ  センエンジニアリング株式会社製  １ｋＷモデル）を用い、基板面から１５ｃｍの高さからＵＶ光を照射しながら、ホットプレートを加熱し、基板の温度を室温から２３０℃まで昇温した。２３０℃に到達後、この温度でさらに２０分間加熱処理した。冷却後、厚み６μｍ、体積抵抗値４．０×１０−６Ωｃｍの銅薄膜を得た。
【００３９】
［実施例２］
実施例１と同様の方法によって作成した酸化第一銅微粒子０．３０ｇにジエチレングリコール０．３０ｇとポリエチレングリコールメチルエーテル（平均分子量５５０、日本油脂製）０．１０ｇを加え、超音波分散を施して、酸化第一銅分散体を調整した。実施例１と同様の手法で加熱処理し、厚み６μｍ、体積抵抗値７．０×１０−６Ωｃｍの銅薄膜を得た。
【００４０】
［実施例３］
実施例１と同様の方法によって作成した酸化第一銅微粒子０．３０ｇにジエチレングリコール０．３０ｇとポリエチレングリコールメチルエーテル（平均分子量２００、日本油脂製）０．３５ｇを加え、超音波分散を施して、酸化第一銅分散体を調整した。実施例１と同様の手法で加熱処理し、厚み４μｍ、体積抵抗値５．０×１０−６Ωｃｍの銅薄膜を得た。
【００４１】
［実施例４］
実施例１と同様の方法によって作成した酸化第一銅微粒子０．３０ｇにジエチレングリコール０．３０ｇとポリエチレングリコールメチルエーテル（平均分子量２００、日本油脂製）０．３５ｇを加え、超音波分散を施して、酸化第一銅分散体を調整した。実施例１と同様の手法で加熱処理し、厚み５μｍ、体積抵抗値５．０×１０−６Ωｃｍの銅薄膜を得た。
【００４２】
［実施例５］
実施例１で作成した酸化第一銅分散体を、ＵＶランプを用いる代わりにキセノンランプ（１ｋＷモデル）を用いることと、２３０℃に昇温してから５０分間加熱処理を行う以外は実施例１と同じ手順で塗布・加熱処理を行って銅薄膜を得た。得られた銅薄膜の厚みは６μｍ、体積抵抗値は６．０×１０−６Ωｃｍであった。
【００４３】
［実施例６］
実施例１で作成した酸化第一銅分散体を、ディスペンサーシステム（武蔵エンジニアリング製）を用い、内径０．１ｍｍφの精密ノズルにて、ガラス基板上に長さ１０ｃｍの直線パターンを描画した。描画したガラス基板を実施例１と同様にUV光を照射しながら加熱処理を行って、長さ１０ｃｍ、幅１５０μｍ、最大厚み３μｍの銅の直線配線を得た。４端子法で測定した配線の体積抵抗値は５．０×１０−６Ωｃｍであった。
【００４４】
［比較例１］
実施例１と同様の酸化第一銅分散体を実施例１と同様に基板上に塗布し、ＵＶ光を照射せずに２５０℃まで昇温し、そのまま２０分間加熱処理して銅薄膜を得たが、体積抵抗値は２．０×１０−５Ωｃｍと高かった。
【００４５】
［比較例２］
平均粒子径２．８μｍをもつ酸化第二銅粉末（和光純薬株式会社製）０．５ｇとジエチレングリコール０．５ｇ、およびポリエチレングリコ−ルメチルエーテル（平均分子量３５０）０．２５ｇを、（株）キーエンス製攪拌脱泡機（ＨＭ−５００）を用いて、攪拌モード１０分、脱泡モード３分の条件で分散処理を行い、酸化第二銅分散体を得た。実施例１と同様の方法で加熱処理を行なったが、銅への還元が十分でない上、スライドガラス上に得られた薄膜表面に微細な亀裂が多数発生した。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の金属薄層の製造方法は、低温での加熱処理により、抵抗値の低い金属薄層・金属配線を得ることができるという特徴を有する。本発明により、耐熱性の比較的低い樹脂基板等に金属薄層を形成できる。これらの性質を用いて、本発明は、樹脂基板上等への金属配線の直描、基板中の層間接続材料、電磁シールド性薄層の形成等に好適に用いることができる。