メタライズドセラミックス基板の製造方法
【課題】高密度、高精細であり、かつ、高い導電性を有する配線パターンを有するメタライズドセラミックス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス焼結体基材上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層を形成する工程、導電ペースト層上に、フォトレジスト層を形成する工程、フォトレジスト層上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターンを形成する工程、現像液により、レジストパターン以外のフォトレジスト、および、レジストパターン以外のフォトレジスト下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターンを形成する工程、焼成により、レジストパターンを除去し、導電ペーストパターンを焼結して、配線パターンを形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板の製造方法。
【解決手段】セラミックス焼結体基材上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層を形成する工程、導電ペースト層上に、フォトレジスト層を形成する工程、フォトレジスト層上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターンを形成する工程、現像液により、レジストパターン以外のフォトレジスト、および、レジストパターン以外のフォトレジスト下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターンを形成する工程、焼成により、レジストパターンを除去し、導電ペーストパターンを焼結して、配線パターンを形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタライズドセラミックス基板に関し、特に、フォトリソグラフィー法を採用して、配線パターンを形成するメタライズドセラミックス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化が進むにつれ、電子機器に搭載される集積回路（ＩＣ）に対してさらなる高集積化が要求されている。そして、集積回路の高集積化を担う要素として、半導体素子を搭載する配線基板は、その配線パターンをより微細にし、かつ、高精度にすることが要求されている。
【０００３】
配線パターンを形成する方法として、金属粉末および樹脂等を含有する導電ペーストをスクリーン印刷によりセラミックス基板上に印刷し、配線パターンを形成する方法がある。この方法では、スクリーンメッシュを通して、セラミックス基板の所定位置に導電ペーストが印刷される。上記した配線パターンをより微細かつ高精度にする要求の中、このようなスクリーンメッシュを使用する方法においては、スクリーンメッシュの繊維太さが、形成される配線パターンの均一さを乱す要因となっていた。
【０００４】
スクリーン印刷以外の方法として、セラミックス基板上に金属薄膜を形成し、フォトリソグラフィー法によりこの金属薄膜を配線パターンとする方法がある。この方法においては、微細な配線パターンを形成することができる。しかし、セラミックス基板上に金属薄膜を形成するためには、蒸着装置、スパッタリング装置等の高価な薄膜成形装置が必要である。また、金属薄膜形成、フォトレジスト層の形成、露光および現像によるレジストパターンの形成、金属薄膜のエッチング、および、レジスト残渣等の除去、という多工程が必要であり、製造効率が悪いという問題があった。
【０００５】
配線基板において、微細な配線パターンを形成する技術として、特許文献１には、感光性樹脂組成物に金属粉末を分散混入させた感光性導電ペーストを光硬化セラミックスシートに被着させて、この感光性導電ペーストの所定位置に光を照射して、配線パターンを形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、グリーンシート硬化物上に、レジスト膜を形成し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングしてから、形成した貫通穴に導電ペーストを充填して配線パターンを形成する方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、セラミックス基板上にフォトレジストにより配線パターンに応じた開口部を形成し、これに導電ペーストを充填し、その後、レジストを燃焼する温度および銅が焼結する温度で加熱する、方法が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１３８４５４号公報
【特許文献２】特開２０００−１５１１０５号公報
【特許文献３】特開平６−２４４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の方法では、金属粒子を含有している感光性導電ペーストに光を照射して配線パターンを形成するものであるので、金属粒子が光を反射して、所望する部位以外の部分の感光性樹脂組成物までもが、光反応してしまうおそれがあった。よって、形成される配線パターンの制御が難しく、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。また、特許文献１の段落００４５においては、光散乱を防ぐために、金属粉末の粒径を制御することが記載されている。しかし、程度の差はあるであろうが、光散乱が生じることに変わりはなく、特許文献１の方法では、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。
【０００９】
また、金属粒子は光を透過しないため、感光性導電ペースト層の層厚方向下部にまで光が到達しない場合があるため、厚い膜厚の配線を形成するのは難しい。このような点からも、特許文献１に記載の方法においては、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。また、光透過性を向上させるために、金属粒子の含有量を低下させた場合は、形成される配線パターンの密度が低下し、緻密化不良が起こり密着力の低下や導電性が低下するおそれがあった。よって、特許文献１の方法では、精密配線と高導電性とを両立させることは難しかった。また、グリーンシートの光硬化物の上に感光性導電ペーストを被着させているので、導電ペースト中の溶媒が、グリーンシートの表面を溶解し、表面が荒れるおそれがあり、セラミック部の表面粗さを制御できないという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の方法では、グリーンシートに感光性樹脂組成物を入れ、光硬化させなければならない。この時、セラミック粉末の屈折率が低い場合は、同程度の屈折率を有する樹脂を使用することが可能である。しかし、例えば、窒化アルミニウム粉末のように屈折率が２．０以上と大きいセラミック粉末を用いる場合は、２．０以上の屈折率を持つ樹脂を得ることが難しく、同程度の屈折率を有する樹脂を使用することができない。樹脂とセラミック粉末とで、屈折率に差が生じている場合は、樹脂とセラミック粉末の混合物内で光の散乱が起き、グリーンシートを光硬化することが難しい。そして、結果的にレジストを除去しようとした場合、グリーンシートが損傷を受けてしまうという問題があった。
【００１１】
特許文献３に記載の方法では、焼結した基板を用いているため、特許文献１、２のようなグリーンシート表面が荒れるという問題は生じない。しかし、レジストパターンを形成したのち金属ペーストを開口部に充填する際、金属ペーストがレジスト表面にも僅かに残る場合がある。このような場合は、僅かに残ったペーストが電気的に短絡したり、配線パターンにバリが生じるといった問題が生じ、微細なパターン形成の妨げとなっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、高密度、高精細であり、かつ、高い導電性を有する配線パターンを有するメタライズドセラミックス基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１４】
第１の本発明は、セラミックス焼結体基材（１０）上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層（２０）を形成する工程、導電ペースト層（２０）上に、フォトレジスト層（３０）を形成する工程、フォトレジスト層（３０）上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターン（３２）を形成する工程、現像液により、レジストパターン（３２）以外のフォトレジスト（３４）、および、レジストパターン（３２）以外のフォトレジスト（３４）下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターン（２２）を形成する工程、焼成により、レジストパターン（３２）を除去し、導電ペーストパターン（２２）を焼結して、配線パターン（２４）を形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板（１００）の製造方法である。
【００１５】
セラミックス焼結体基材（１０）は、セラミックス成分が窒化アルミニウムである窒化アルミニウム焼結体基材であることが好ましい。この場合、基板（１００）に半導体素子等を搭載した場合に、半導体素子等が放出する熱を効率よく放出することができる。また、導電ペースト中の金属粉末は、焼成の際の高温耐熱性、基材との密着性、電気伝導度、およびコストの点からタングステンを使用することが好ましい。
【００１６】
第１の本発明によると、フォトレジストを使用したフォトリソグラフィー法により配線パターン（２４）を形成しているので、高密度、高精細な配線パターンを形成することができる。また、含有する有機バインダーが現像液に可溶なものであれば、一般的な導電ペーストを使用することができるので、形成される配線パターン（２４）の導電性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は、第１の本発明のメタライズドセラミックス基板１００の製造方法の工程を示す模式図である。第１の本発明の概要としては、セラミックス焼結体基材１０上に、導電ペースト層２０を形成する工程（図１（ａ））、導電ペースト層２０上にフォトレジスト層３０を形成する工程（図１（ｂ））、フォトレジスト層３０の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターン３２を形成する工程（図１（ｃ））、現像液によって、レジストパターン３２以外のフォトレジスト３４およびフォトレジスト３４の下部に位置する導電ペーストを除去して、所望の導電ペーストパターン２２を形成する工程（図１（ｄ））、そして、焼成によりレジストパターン３２を除去して、導電ペーストパターン２２を焼結して配線パターン２４を形成する工程、から構成されている。以下、各工程について詳しく説明する。
【００１８】
＜セラミックス焼結体基材１０の準備＞
本発明において使用するセラミックス焼結体基材１０としては、公知のセラミックスからなる基材が特に制限なく使用可能である。
【００１９】
セラミックス焼結体基材１０の構成材料であるセラミックスとしては、例えば（ｉ）酸化アルミニウム系セラミックス、酸化ケイ素系セラミックス、酸化カルシウム系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックスなどの酸化物系セラミックス；（ｉｉ）窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックスなどの窒化物系セラミックス；（ｉｉｉ）酸化ベリリウム、炭化ケイ素、ムライト、ホウケイ酸ガラス等を使用することができる。中でも、（ｉｉ）窒化物系セラミックスが好ましく、特に窒化アルミニウム系セラミックスが、熱伝導率が高いため好ましく使用することができる。
【００２０】
例えば、メタライズドセラミックス基板１００に半導体素子を搭載する場合においては、半導体素子が熱を放出するので、この熱を外部に放出する必要がある。また、電子機器の小型化の傾向のため、基板上に半導体素子を高密度に実装することが要求されており、この場合においては、特に、半導体素子が放出する熱を効率よく外部へ放出する必要が生じる。このような理由から、基板１００の熱伝導率が高いことが必要とされ、セラミックス焼結体基材１０を構成するセラミックスとしては、窒化アルミニウム系セラミックスを採用することが好まれる。
【００２１】
本発明において使用するセラミックス焼結体基材１０としては、入手の容易さや所望の形状のものを容易に得ることができるといった理由から、焼結体基材を構成するセラミックス粒子の平均粒子径が０．５〜２０μｍ、より好適には１〜１５μｍのセラミックス焼結体基材１０を使用するのが好適である。なお、このようなセラミックス焼結体基材１０は、平均粒子径が０．１〜１５μｍ、好適には０．５〜５μｍのセラミックス原料粉末からなるグリーンシートを焼成することにより得ることができる。
【００２２】
セラミックス焼結体基板１０を製造するためのグリーンシートには焼結助剤、有機バインダー等が含まれていてもよい。焼結助剤としてはセラミックス原料粉末の種類に応じて常用される焼結助剤が特に制限なく使用できる。さらに、有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール、エチルセルロース類やアクリル樹脂類が使用され、グリーンシートの成形性が良好になるという理由からポリｎ―ブチルメタクリレート、ポリビニルブチラールが特に好適に使用される。
【００２３】
本発明におけるセラミックス焼結体基材１０を得るためのグリーンシートとしては、得られるセラミックス焼結体基材１０の熱伝導性の観点から、窒化物セラミックス粉末をセラミックス原料粉末として使用して形成した窒化物セラミックス用グリーンシート、特に焼結助剤（例えば、酸化イットリウムや酸化カルシウム）を含む窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用いた窒化アルミニウム用グリーンシートを使用するのが好適である。
【００２４】
セラミックス焼結体基材１０の大きさは特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。半導体素子を搭載するための基板の厚さは、一般的には０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００２５】
セラミックス焼結体基材１０には、導電ペーストが充填されたビアが形成されていてもよい。ビアの形成位置は、特に限定されないが、配線パターン２４と接続する場合は、配線パターン２４の下部に形成される。ビアの形成方法は、特に限定されず、例えば、レーザー、機械ドリルを用いてセラミックス焼結体基材１０に穿孔して形成したホールに導電ペーストを充填することにより形成することができる。使用される導電ペーストは、特に限定されず、以下において説明する配線パターン２４を形成する導電ペーストと同様のものを使用することができる。ただし、有機バインダーは現像液に可溶である必要はない。なお、ビアと配線パターン２４を接続する場合は、同じ金属粉末等の無機成分を含有する導電ペーストを使用することが密着性の点から好ましい。ビア中の導電ペーストの焼成は、導電ペースト層２０を形成する前の段階において、例えば、セラミックス焼結体基材１０の原料であるグリーンシートを焼成する段階で行ってもよいし、以下において説明する導電ペーストパターン２２を焼成する段階において行ってもよい。
【００２６】
第１の本発明の製造方法においては、グリーンシートを焼成して、セラミックス焼結体基材１０を作製してから、以下において説明する導電ペーストを塗布して導電ペースト層２０を形成し、所定の工程の後に焼成するというポストファイア法を採用している。これにより、導電ペーストパターン２２の横方向の縮みが制限され、配線パターン２４をより高精度化、高精細化することができる。また、グリーンシート上に導電ペーストを塗布するコファイア法においては、導電ペーストに含まれる溶媒が、グリーンシート中の有機バインダー等の成分を溶かし、これによりグリーンシートの表面が荒れるおそれがある。第１の本発明の製造方法においては、ポストファイア法を採用しているので、このような問題を回避することができる。
【００２７】
＜導電ペースト層２０の形成工程＞
第１の本発明においては、まず、上記で作製したセラミックス焼結体１０上に、導電ペーストを塗布して、導電ペースト層２０を作製する。導電ペーストとしては、それに含まれる有機バインダーが後で説明する現像液に可溶なものであれば、特に限定はなく、一般的な導電ペーストを使用することができる。例えば、金属粉末、現像液に可溶な有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる導電ペーストが使用可能である。
【００２８】
導電ペーストに含まれる金属粉末としては、例えばタングステン、モリブデン、金、銀、銅などの金属粉末が挙げられ、中でも、焼成の際の高温に対する耐熱性がある高融点金属の粉末が好ましい。密着性の観点から、該金属粉末はタングステンおよび／またはモリブデンであることがより好ましく、電気伝導度、コストの観点からタングステンであるのが最も好ましい。導電ペーストに含まれる金属粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上６μｍ以下であることが好ましく、形成した配線パターン２４を半導体素子等の電極として使用する場合は、配線パターン２４の表面粗さが、小さい方が好ましいので、３μｍ未満がより好ましく、２．５μｍ未満がさらに好ましい。なお、本発明において、金属粉末の平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ社製 Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒを用いて空気透過法によって測定した値である。
【００２９】
導電ペーストに含まれる有機バインダーとしては、後に説明する現像液に可溶なものであれば、公知のものが特に制限なく使用可能である。現像液に可溶な樹脂とは、アルカリに可溶性の樹脂であり、一般にネガ型の化学増幅型フォトレジストのベース樹脂として用いられている樹脂であれば特に限定されず、露光に使用する光源に応じて、従来公知のものから任意に選択して使用することが可能である。
【００３０】
例えば、レジスト形状、解像性等の特性が良好であることから、ノボラック樹脂やアクリル樹脂を主成分とする有機バインダーが、好ましく用いられる。ノボラック樹脂は、例えば、フェノール性水酸基を持つ芳香族化合物とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる。ノボラック樹脂としては、例えば、クレゾール、キシレノール、トリメチルフェノールからなるノボラック樹脂を用いることが特に好ましい。また、アクリル樹脂は、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位、およびカルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含有しているものを用いることが好ましい。本発明において使用する有機バインダーとしては、上記の中でも、解像性の観点から、ノボラック樹脂を用いることが特に好ましい。
【００３１】
導電ペーストに含まれる有機溶媒としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール等を使用することができ、上記の有機バインダーを溶解しやすい溶媒を選択することがより好ましい。例えば、上記の好ましい形態の導電ペーストとして、ノボラック樹脂を使用した場合は、溶媒としては、高沸点溶媒のテルピネオールを使用することが好ましい。
【００３２】
導電ペーストに含まれる分散剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系等の分散剤を使用することができる。
【００３３】
導電ペーストに含まれる可塑剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチルなどを使用することができる。
【００３４】
導電ペーストには、金属粉末以外の無機成分として、上記したセラミックス焼結体基材１０を構成するセラミックス粉末を添加するのが好ましく、さらには、このセラミックス粉末を焼結させるための焼結助剤を添加することが好ましい。これにより、焼結後の配線パターン２４とセラミックス焼結体基材１０との密着性を向上させることができる。焼結助剤としては、セラミックス粉末に応じて、通常焼結助剤として使用されるものが特に制限なく使用でき、例えばセラミックスが窒化アルミニウムの場合には、酸化イットリウム等の希土類元素酸化物、酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物などを使用できる。
【００３５】
導電ペーストの組成は、従来の導電ペーストと特に変わる点はないが、通常、金属粉末１００質量部に対して、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの有機成分が合計で５〜８０質量部、セラミックス粉末や焼結助剤などの無機成分が合計で０〜８０質量部である。また、形成される配線パターン２４の導電性を高いものとするために、金属粉末１００質量部に対して、上記の有機成分が合計で５〜２５質量部、上記の無機成分が合計で１〜１０質量部であることがより好ましい。ペーストの調製は、各成分を三本ロールミル、プラネタリミキサー等公知の混練装置を用いて適宜混練することにより行うことができる。
【００３６】
導電ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷やカレンダー印刷、パッド印刷などの公知の手法により行うことができる。形成される導電ペースト層２０の厚さは、特に限定されないが、焼成前・乾燥後で好ましくは１μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上が抵抗値を低くできる点から好ましく、３０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下が現像性の観点から好ましい。なお、導電ペーストは、その上に形成したいレジストパターン３２が形成できように塗布すればよく、必ずしもセラミックス焼結体基材１０の表面の全面に塗布する必要はない。
【００３７】
また、厚みを確保したい場合は、例えば、印刷で重ね塗りなどの手法を用いることも可能である。その場合はセラミックス焼結体基材１０上に直接塗布する導電ペーストと該導電ペーストからなる層上に塗布する導電ペーストの組成を変えることも可能である。このような形態としては、例えば、下層を形成する導電ペーストとしてセラミックス粉末や焼結助剤の含有量の多いものを使用し、上層を形成する導電ペーストとしてセラミックス粉末や焼結助剤の含有量の少ないもの、あるいは、これらを含有していないものを使用するとによって、最終的に形成される配線パターン２４の厚み方向において、セラミックス成分の濃度勾配をつけることもできる。導電性ペースト層２０をこのように形成することによって、セラミックス焼結体基材１０と配線パターン２４との密着性を向上させることができ、また、セラミックス粉末の含有量が少ない（あるいは含有しない）層を形成することによって、配線パターン２４の導電性を向上させることができる。また、このような濃度勾配を部分的につけることも可能である。
【００３８】
また、下記において説明するフォトレジスト層３０を形成する前に、形成した導電ペースト層２０を乾燥することが好ましい。乾燥して導電ペースト層２０に含まれる溶媒を蒸発させ除去しておくことで、液状フォトレジストによりフォトレジスト層３０を形成する場合に、液状フォトレジスト中の溶媒を吸収して、その流れ落ちを防止することができる。また、ドライフィルムレジストを用いてフォトレジスト層３０を形成する場合は、ラミネート適性を良好にすることができる。この乾燥は、ラミネートしながら空気中で基板を４０〜１５０℃の温度で１〜３０分程度保持することにより好適に行うことができる。また、上記のように導電ペーストを重ね塗りする場合においても、次の導電ペーストを塗布する前に、先に形成した導電ペーストを乾燥することが好ましい。先に形成した導電ペースト層に含まれる溶媒を蒸発させて除去することで、次に形成する導電ペースト中の溶媒をより吸収しやすくなり、導電ペーストの流れや滲みを防止する効果が高くなる。
【００３９】
＜フォトレジスト層３０の形成工程＞
次に、図１（ｂ）に示すように、導電ペースト層２０の上にフォトレジスト層３０が形成される。フォトレジスト層３０は、液状フォトレジストを塗布し乾燥することにより形成してもよいし、ドライフィルムフォトレジストをラミネートして形成してもよい。液状フォトレジストおよびドライフィルムフォトレジストの種類は、特に限定されず、一般的なものを使用することができる。また、ポジ型、ネガ型のいずれでもよい。
【００４０】
液状フォトレジストとしては、例えば、（１）ナフトキノンジアジド化合物とノボラック樹脂とを含有するポジ型レジスト、（２）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により分解しアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト、（３）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により分解しアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する基を有するアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト、（４）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により架橋性能を発揮する架橋剤、アルカリ可溶性樹脂を含有するネガ型レジストを挙げることができる。
【００４１】
この液状フォトレジストを、スピンコータ法、ロールコータ法、ディップ法およびホイラー法（スピンナー法）等により、導電ペースト層２０上に塗布し、乾燥して、フォトレジスト層３０を形成することができる。
【００４２】
また、ドライフィルムレジストとしては、例えば、上記した液状フォトレジストをフィルム状に成形したものを用いることができる。ドライフィルムフォトレジストは、加熱ラミネート法によって、圧着することが好ましい。なお、ドライフィルムレジストを使用した場合は、導電ペースト層２０の表面が、溶媒により荒れるおそれがないという点で好ましい。フォトレジスト層３０の厚みとしては、１〜３０μｍとすることが解像度の点から好ましい。
【００４３】
＜光照射によるレジストパターン３２の形成工程＞
次いで、図１（ｃ）に示すように、マスク４０を介して、所定のパターンで露光する。光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプ、エキシマレーザステッパー等を挙げることができる。また、電子線を走査しながら照射するようにしてもよい。ポジ型レジストを使用してフォトレジスト層３０を形成した場合は、露光部分が、現像液に溶解するようになり、非露光部分がレジストパターンとなる。図１（ｃ）に示した形態は、ネガ型フォトレジストを使用した場合であり、この場合は、露光部分が、現像液に不溶となり、これがレジストパターン３２となる。
【００４４】
＜現像液による、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストの除去＞
次に、現像液を使用して、上記において形成したレジストパターン３２以外のフォトレジスト３４、さらには、このフォトレジスト３４の下部に位置している、導電ペーストを除去する。図１（ｄ）に示したのは、現像液によって、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストを除去した後の状態である。この実施形態においては、ネガ型フォトレジストを使用しているため、露光部分の現像液不溶部からなるレジストパターン３２およびその下部に位置している導電ペーストパターン２２は、溶解しないで残存している。
【００４５】
本発明の製造方法においては、このようにして、配線パターン２４を形成したい箇所の上部に、レジストパターン３２を保護層として形成し、導電ペースト層２０の所定の部分が現像液に触れるのを防止すると共に、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストについては、現像液に溶解させて除去し、これにより、配線パターン２４を形成している。
【００４６】
導電ペースト層２０は、導電ペーストをセラミックス焼結体基材１０上に塗布して、これを乾燥した後においては、金属粉末が、有機バインダーに分散保持された状態となっている。このような導電ペースト層２０に対して、現像液を接触させた場合は、現像液に可溶である有機バインダーが現像液に溶解し、それに伴って、金属粉末も有機バインダー中に分散される。このようにして、レジストパターン３２が形成されていない箇所の導電ペーストを、現像液によって除去することが可能となる。
【００４７】
このように、本発明においては、レジストパターン３２の現像工程と同時に、導電ペーストパターン２２の形成をすることができるため、工程が簡略化されている。つまり、従来の金属薄膜をフォトリソグラフィー法により配線パターンとする方法においては、レジストパターンを形成した後において、酸溶液等により金属薄膜をエッチングするという作業が必要であり、工程が多く、生産効率が悪かったのであるが、本発明においては、エッチング工程が不要であり、生産効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、本発明においては、一般的に使用されており、性能が保障されたフォトレジストを使用して配線パターンを形成するものであるので、感光性導電ペーストを使用して配線パターンを形成する場合のような問題がなく、高精細な配線パターンを形成することができる。
【００４９】
現像液としては、例えば、１〜１０質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のような有機アルカリ水溶液や、ＫＯＨのような無機アルカリ水溶液を使用することができる。また、現像液の適用方法としては、フォトレジスト３４およびその下の導電ペーストが除去できる方法であれば限定されないが、例えば、スプレー法、浸漬揺動法を採用することができ、特に、フォトレジスト３４およびその下の導電ペーストに対して現像液をシャワー状に噴射し、噴射圧による物理的な力によってフォトレジスト３４の除去性能を向上させることができる、スプレー法が好ましい。
【００５０】
＜焼成工程＞
次に、焼成工程が行われる。これにより、レジストパターン３２が除去され、導電ペーストパターン２２が配線パターン２４とされて、図１（ｅ）に示すメタライズドセラミックス基板１００が製造される。焼成は、非酸化性雰囲気下において、熱処理することにより行われることが好ましい。焼成温度は、使用した金属ペーストの種類により設定するのであるが、例えば、通常の銅ペーストを使用した場合は、５００〜１０００℃とするのが好ましく、通常の銀ペーストを使用した場合は、６００〜９５０℃とするのが好ましく、タングステンペーストを使用した場合は、１５００〜１８５０℃とするのが好ましく、モリブデンペーストを使用した場合は、１４００〜１７００℃とするのが好ましい。また、上記の「非酸化性雰囲気下」とは、酸素を含有しない雰囲気下の意であり、具体的には、真空下、または窒素等の不活性ガス、水素等の還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスの中を意味する。
【００５１】
場合によっては、上記の焼成工程の前に脱脂工程を入れることで表面レジストを除去することができる。この脱脂工程の一例としては、金属の酸化を防止するため、露点３０℃の１００％水素雰囲気で（「１００％水素雰囲気」とは、水蒸気以外のガス成分総体積基準での値である。）、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルによって、ペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させることができる。また、ポジ型レジストを使用した場合は、さらに簡便な方法として、露光後現像することで、表面のレジストを除去することができる。
【実施例】
【００５２】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、ビヒクル（ノボラック樹脂５質量部、テルピネオール１５質量部からなる。）２０質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスクリーン印刷法により窒化アルミニウム焼結基板上に印刷し、１００℃にて１０分間加熱してペーストを乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は７μｍであった。さらに、この導電ペースト層上に、ネガ型のレジストをスピンコート法により膜厚５μｍで塗布し乾燥して、フォトレジスト層を形成した。このフォトレジスト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍである配線パターンを有するフォトマスクを介して水銀灯（２００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、レジストパターンの形成と同時に導電ペーストパターンの形成を行った。
【００５３】
そして、露点３０℃の１００％水素雰囲気で、ピーク温度６００℃、ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルにてペースト中の樹脂およびレジストを燃焼・焼失させ、続いて、窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃、ピーク保持時間４時間の加熱プロファイルにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００５４】
このようにして、予定寸法のＬ／Ｓ（線幅寸法／線間寸法の略）が５０μｍ／５０μｍであるタングステン微細配線のテストパターンに対して、メジャースコープで寸法の測定を行ったところ、Ｌ／Ｓは４５μｍ／５５μｍであった。また、焼結後の導体厚みが５μｍで四端子法にて抵抗を測定しシート抵抗を求めたところ、シート抵抗は３２ｍΩ／□（□は、スクエアを意味する。以下同様。）であった。
【００５５】
（比較例１）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、光反応性化合物のジエチレングリコールジメタクリレート１質量部、光重合開始剤の１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン１質量部、光重合促進剤の４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル１質量部、有機バインダーのメタクリル酸エステルとアクリル酸エステルとの共重合体１０質量部、紫外線吸収剤の２−（２′−ヒドロキシ−５′メチル−フェニル）−ベンゾトリアゾール５質量部、熱重合禁止剤のメトキノン２．５質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスピンコート法により窒化アルミニウム焼結基板上に塗布して、８０℃にて１０分間加熱して乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は１０μｍであった。この導電ペースト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍの配線パターンを有するフォトマスクを介して、水銀灯（８００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、導電ペーストパターンの形成を行った。形成した導電ペーストパターンを顕微鏡で観察したところ、パターンの根元が細くなる形状をしていた。また、部分的に基板との密着が維持できなくなり、パターンが欠損していた。
【００５６】
（比較例２）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、光反応性化合物のジエチレングリコールジメタクリレート１０質量部、光重合開始剤の１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン５質量部、光重合促進剤の４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル１０質量部、有機バインダーのメタクリル酸エステルとアクリル酸エステルとの共重合体１０質量部、紫外線吸収剤の２−（２′−ヒドロキシ−５′メチル−フェニル）−ベンゾトリアゾール５質量部、熱重合禁止剤のメトキノン２．５質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスピンコート法により窒化アルミニウム焼結基板上に塗布して、８０℃にて１０分間加熱して乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は７μｍであった。この導電ペースト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍの配線パターンを有するフォトマスクを介して、水銀灯（８００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、導電ペーストパターンの形成を行った。
【００５７】
そして、露点３０℃の１００％水素雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルにてペースト中の樹脂およびレジストを燃焼・焼失させ、続いて、窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃，ピーク保持時間４時間の加熱プロファイルにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００５８】
このようにして、予定寸法のＬ／Ｓが５０μｍ／５０μｍであるタングステン微細配線のテストパターンに対して、メジャースコープで寸法の測定を行ったところ、Ｌ／Ｓは４７μｍ／５３μｍであった。また、微細配線の表面を顕微鏡で観察したところ、微細配線内に空孔が多かった。また、焼結後の導体厚みが５μｍで四端子法にて抵抗を測定し、シート抵抗を求めたところ、シート抵抗は１０２ｍΩ／□であった。
【００５９】
以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うメタライズドセラミックス基板の製造方法、および、導体パターンの形成方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のメタライズドセラミックス基板の製造方法の各工程の概要を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ セラミックス焼結体基材
２０ 導電ペースト層
２２ 導体ペーストパターン
２４ 配線パターン
３０ フォトレジスト層
３２ レジストパターン
３４ レジストパターン以外のフォトレジスト
４０ マスク
１００ メタライズドセラミックス基板
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタライズドセラミックス基板に関し、特に、フォトリソグラフィー法を採用して、配線パターンを形成するメタライズドセラミックス基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化が進むにつれ、電子機器に搭載される集積回路（ＩＣ）に対してさらなる高集積化が要求されている。そして、集積回路の高集積化を担う要素として、半導体素子を搭載する配線基板は、その配線パターンをより微細にし、かつ、高精度にすることが要求されている。
【０００３】
配線パターンを形成する方法として、金属粉末および樹脂等を含有する導電ペーストをスクリーン印刷によりセラミックス基板上に印刷し、配線パターンを形成する方法がある。この方法では、スクリーンメッシュを通して、セラミックス基板の所定位置に導電ペーストが印刷される。上記した配線パターンをより微細かつ高精度にする要求の中、このようなスクリーンメッシュを使用する方法においては、スクリーンメッシュの繊維太さが、形成される配線パターンの均一さを乱す要因となっていた。
【０００４】
スクリーン印刷以外の方法として、セラミックス基板上に金属薄膜を形成し、フォトリソグラフィー法によりこの金属薄膜を配線パターンとする方法がある。この方法においては、微細な配線パターンを形成することができる。しかし、セラミックス基板上に金属薄膜を形成するためには、蒸着装置、スパッタリング装置等の高価な薄膜成形装置が必要である。また、金属薄膜形成、フォトレジスト層の形成、露光および現像によるレジストパターンの形成、金属薄膜のエッチング、および、レジスト残渣等の除去、という多工程が必要であり、製造効率が悪いという問題があった。
【０００５】
配線基板において、微細な配線パターンを形成する技術として、特許文献１には、感光性樹脂組成物に金属粉末を分散混入させた感光性導電ペーストを光硬化セラミックスシートに被着させて、この感光性導電ペーストの所定位置に光を照射して、配線パターンを形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、グリーンシート硬化物上に、レジスト膜を形成し、これをフォトリソグラフィー法によりパターニングしてから、形成した貫通穴に導電ペーストを充填して配線パターンを形成する方法が記載されている。
【０００７】
特許文献３には、セラミックス基板上にフォトレジストにより配線パターンに応じた開口部を形成し、これに導電ペーストを充填し、その後、レジストを燃焼する温度および銅が焼結する温度で加熱する、方法が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１３８４５４号公報
【特許文献２】特開２０００−１５１１０５号公報
【特許文献３】特開平６−２４４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の方法では、金属粒子を含有している感光性導電ペーストに光を照射して配線パターンを形成するものであるので、金属粒子が光を反射して、所望する部位以外の部分の感光性樹脂組成物までもが、光反応してしまうおそれがあった。よって、形成される配線パターンの制御が難しく、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。また、特許文献１の段落００４５においては、光散乱を防ぐために、金属粉末の粒径を制御することが記載されている。しかし、程度の差はあるであろうが、光散乱が生じることに変わりはなく、特許文献１の方法では、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。
【０００９】
また、金属粒子は光を透過しないため、感光性導電ペースト層の層厚方向下部にまで光が到達しない場合があるため、厚い膜厚の配線を形成するのは難しい。このような点からも、特許文献１に記載の方法においては、高精細な配線パターンを形成することは難しかった。また、光透過性を向上させるために、金属粒子の含有量を低下させた場合は、形成される配線パターンの密度が低下し、緻密化不良が起こり密着力の低下や導電性が低下するおそれがあった。よって、特許文献１の方法では、精密配線と高導電性とを両立させることは難しかった。また、グリーンシートの光硬化物の上に感光性導電ペーストを被着させているので、導電ペースト中の溶媒が、グリーンシートの表面を溶解し、表面が荒れるおそれがあり、セラミック部の表面粗さを制御できないという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の方法では、グリーンシートに感光性樹脂組成物を入れ、光硬化させなければならない。この時、セラミック粉末の屈折率が低い場合は、同程度の屈折率を有する樹脂を使用することが可能である。しかし、例えば、窒化アルミニウム粉末のように屈折率が２．０以上と大きいセラミック粉末を用いる場合は、２．０以上の屈折率を持つ樹脂を得ることが難しく、同程度の屈折率を有する樹脂を使用することができない。樹脂とセラミック粉末とで、屈折率に差が生じている場合は、樹脂とセラミック粉末の混合物内で光の散乱が起き、グリーンシートを光硬化することが難しい。そして、結果的にレジストを除去しようとした場合、グリーンシートが損傷を受けてしまうという問題があった。
【００１１】
特許文献３に記載の方法では、焼結した基板を用いているため、特許文献１、２のようなグリーンシート表面が荒れるという問題は生じない。しかし、レジストパターンを形成したのち金属ペーストを開口部に充填する際、金属ペーストがレジスト表面にも僅かに残る場合がある。このような場合は、僅かに残ったペーストが電気的に短絡したり、配線パターンにバリが生じるといった問題が生じ、微細なパターン形成の妨げとなっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、高密度、高精細であり、かつ、高い導電性を有する配線パターンを有するメタライズドセラミックス基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００１４】
第１の本発明は、セラミックス焼結体基材（１０）上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層（２０）を形成する工程、導電ペースト層（２０）上に、フォトレジスト層（３０）を形成する工程、フォトレジスト層（３０）上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターン（３２）を形成する工程、現像液により、レジストパターン（３２）以外のフォトレジスト（３４）、および、レジストパターン（３２）以外のフォトレジスト（３４）下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターン（２２）を形成する工程、焼成により、レジストパターン（３２）を除去し、導電ペーストパターン（２２）を焼結して、配線パターン（２４）を形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板（１００）の製造方法である。
【００１５】
セラミックス焼結体基材（１０）は、セラミックス成分が窒化アルミニウムである窒化アルミニウム焼結体基材であることが好ましい。この場合、基板（１００）に半導体素子等を搭載した場合に、半導体素子等が放出する熱を効率よく放出することができる。また、導電ペースト中の金属粉末は、焼成の際の高温耐熱性、基材との密着性、電気伝導度、およびコストの点からタングステンを使用することが好ましい。
【００１６】
第１の本発明によると、フォトレジストを使用したフォトリソグラフィー法により配線パターン（２４）を形成しているので、高密度、高精細な配線パターンを形成することができる。また、含有する有機バインダーが現像液に可溶なものであれば、一般的な導電ペーストを使用することができるので、形成される配線パターン（２４）の導電性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は、第１の本発明のメタライズドセラミックス基板１００の製造方法の工程を示す模式図である。第１の本発明の概要としては、セラミックス焼結体基材１０上に、導電ペースト層２０を形成する工程（図１（ａ））、導電ペースト層２０上にフォトレジスト層３０を形成する工程（図１（ｂ））、フォトレジスト層３０の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターン３２を形成する工程（図１（ｃ））、現像液によって、レジストパターン３２以外のフォトレジスト３４およびフォトレジスト３４の下部に位置する導電ペーストを除去して、所望の導電ペーストパターン２２を形成する工程（図１（ｄ））、そして、焼成によりレジストパターン３２を除去して、導電ペーストパターン２２を焼結して配線パターン２４を形成する工程、から構成されている。以下、各工程について詳しく説明する。
【００１８】
＜セラミックス焼結体基材１０の準備＞
本発明において使用するセラミックス焼結体基材１０としては、公知のセラミックスからなる基材が特に制限なく使用可能である。
【００１９】
セラミックス焼結体基材１０の構成材料であるセラミックスとしては、例えば（ｉ）酸化アルミニウム系セラミックス、酸化ケイ素系セラミックス、酸化カルシウム系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックスなどの酸化物系セラミックス；（ｉｉ）窒化アルミニウム系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックスなどの窒化物系セラミックス；（ｉｉｉ）酸化ベリリウム、炭化ケイ素、ムライト、ホウケイ酸ガラス等を使用することができる。中でも、（ｉｉ）窒化物系セラミックスが好ましく、特に窒化アルミニウム系セラミックスが、熱伝導率が高いため好ましく使用することができる。
【００２０】
例えば、メタライズドセラミックス基板１００に半導体素子を搭載する場合においては、半導体素子が熱を放出するので、この熱を外部に放出する必要がある。また、電子機器の小型化の傾向のため、基板上に半導体素子を高密度に実装することが要求されており、この場合においては、特に、半導体素子が放出する熱を効率よく外部へ放出する必要が生じる。このような理由から、基板１００の熱伝導率が高いことが必要とされ、セラミックス焼結体基材１０を構成するセラミックスとしては、窒化アルミニウム系セラミックスを採用することが好まれる。
【００２１】
本発明において使用するセラミックス焼結体基材１０としては、入手の容易さや所望の形状のものを容易に得ることができるといった理由から、焼結体基材を構成するセラミックス粒子の平均粒子径が０．５〜２０μｍ、より好適には１〜１５μｍのセラミックス焼結体基材１０を使用するのが好適である。なお、このようなセラミックス焼結体基材１０は、平均粒子径が０．１〜１５μｍ、好適には０．５〜５μｍのセラミックス原料粉末からなるグリーンシートを焼成することにより得ることができる。
【００２２】
セラミックス焼結体基板１０を製造するためのグリーンシートには焼結助剤、有機バインダー等が含まれていてもよい。焼結助剤としてはセラミックス原料粉末の種類に応じて常用される焼結助剤が特に制限なく使用できる。さらに、有機バインダーとしては、ポリビニルブチラール、エチルセルロース類やアクリル樹脂類が使用され、グリーンシートの成形性が良好になるという理由からポリｎ―ブチルメタクリレート、ポリビニルブチラールが特に好適に使用される。
【００２３】
本発明におけるセラミックス焼結体基材１０を得るためのグリーンシートとしては、得られるセラミックス焼結体基材１０の熱伝導性の観点から、窒化物セラミックス粉末をセラミックス原料粉末として使用して形成した窒化物セラミックス用グリーンシート、特に焼結助剤（例えば、酸化イットリウムや酸化カルシウム）を含む窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用いた窒化アルミニウム用グリーンシートを使用するのが好適である。
【００２４】
セラミックス焼結体基材１０の大きさは特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。半導体素子を搭載するための基板の厚さは、一般的には０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍ程度である。
【００２５】
セラミックス焼結体基材１０には、導電ペーストが充填されたビアが形成されていてもよい。ビアの形成位置は、特に限定されないが、配線パターン２４と接続する場合は、配線パターン２４の下部に形成される。ビアの形成方法は、特に限定されず、例えば、レーザー、機械ドリルを用いてセラミックス焼結体基材１０に穿孔して形成したホールに導電ペーストを充填することにより形成することができる。使用される導電ペーストは、特に限定されず、以下において説明する配線パターン２４を形成する導電ペーストと同様のものを使用することができる。ただし、有機バインダーは現像液に可溶である必要はない。なお、ビアと配線パターン２４を接続する場合は、同じ金属粉末等の無機成分を含有する導電ペーストを使用することが密着性の点から好ましい。ビア中の導電ペーストの焼成は、導電ペースト層２０を形成する前の段階において、例えば、セラミックス焼結体基材１０の原料であるグリーンシートを焼成する段階で行ってもよいし、以下において説明する導電ペーストパターン２２を焼成する段階において行ってもよい。
【００２６】
第１の本発明の製造方法においては、グリーンシートを焼成して、セラミックス焼結体基材１０を作製してから、以下において説明する導電ペーストを塗布して導電ペースト層２０を形成し、所定の工程の後に焼成するというポストファイア法を採用している。これにより、導電ペーストパターン２２の横方向の縮みが制限され、配線パターン２４をより高精度化、高精細化することができる。また、グリーンシート上に導電ペーストを塗布するコファイア法においては、導電ペーストに含まれる溶媒が、グリーンシート中の有機バインダー等の成分を溶かし、これによりグリーンシートの表面が荒れるおそれがある。第１の本発明の製造方法においては、ポストファイア法を採用しているので、このような問題を回避することができる。
【００２７】
＜導電ペースト層２０の形成工程＞
第１の本発明においては、まず、上記で作製したセラミックス焼結体１０上に、導電ペーストを塗布して、導電ペースト層２０を作製する。導電ペーストとしては、それに含まれる有機バインダーが後で説明する現像液に可溶なものであれば、特に限定はなく、一般的な導電ペーストを使用することができる。例えば、金属粉末、現像液に可溶な有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる導電ペーストが使用可能である。
【００２８】
導電ペーストに含まれる金属粉末としては、例えばタングステン、モリブデン、金、銀、銅などの金属粉末が挙げられ、中でも、焼成の際の高温に対する耐熱性がある高融点金属の粉末が好ましい。密着性の観点から、該金属粉末はタングステンおよび／またはモリブデンであることがより好ましく、電気伝導度、コストの観点からタングステンであるのが最も好ましい。導電ペーストに含まれる金属粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上６μｍ以下であることが好ましく、形成した配線パターン２４を半導体素子等の電極として使用する場合は、配線パターン２４の表面粗さが、小さい方が好ましいので、３μｍ未満がより好ましく、２．５μｍ未満がさらに好ましい。なお、本発明において、金属粉末の平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ社製 Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒを用いて空気透過法によって測定した値である。
【００２９】
導電ペーストに含まれる有機バインダーとしては、後に説明する現像液に可溶なものであれば、公知のものが特に制限なく使用可能である。現像液に可溶な樹脂とは、アルカリに可溶性の樹脂であり、一般にネガ型の化学増幅型フォトレジストのベース樹脂として用いられている樹脂であれば特に限定されず、露光に使用する光源に応じて、従来公知のものから任意に選択して使用することが可能である。
【００３０】
例えば、レジスト形状、解像性等の特性が良好であることから、ノボラック樹脂やアクリル樹脂を主成分とする有機バインダーが、好ましく用いられる。ノボラック樹脂は、例えば、フェノール性水酸基を持つ芳香族化合物とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる。ノボラック樹脂としては、例えば、クレゾール、キシレノール、トリメチルフェノールからなるノボラック樹脂を用いることが特に好ましい。また、アクリル樹脂は、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位、およびカルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含有しているものを用いることが好ましい。本発明において使用する有機バインダーとしては、上記の中でも、解像性の観点から、ノボラック樹脂を用いることが特に好ましい。
【００３１】
導電ペーストに含まれる有機溶媒としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノール等を使用することができ、上記の有機バインダーを溶解しやすい溶媒を選択することがより好ましい。例えば、上記の好ましい形態の導電ペーストとして、ノボラック樹脂を使用した場合は、溶媒としては、高沸点溶媒のテルピネオールを使用することが好ましい。
【００３２】
導電ペーストに含まれる分散剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系等の分散剤を使用することができる。
【００３３】
導電ペーストに含まれる可塑剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えば、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチルなどを使用することができる。
【００３４】
導電ペーストには、金属粉末以外の無機成分として、上記したセラミックス焼結体基材１０を構成するセラミックス粉末を添加するのが好ましく、さらには、このセラミックス粉末を焼結させるための焼結助剤を添加することが好ましい。これにより、焼結後の配線パターン２４とセラミックス焼結体基材１０との密着性を向上させることができる。焼結助剤としては、セラミックス粉末に応じて、通常焼結助剤として使用されるものが特に制限なく使用でき、例えばセラミックスが窒化アルミニウムの場合には、酸化イットリウム等の希土類元素酸化物、酸化カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物などを使用できる。
【００３５】
導電ペーストの組成は、従来の導電ペーストと特に変わる点はないが、通常、金属粉末１００質量部に対して、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの有機成分が合計で５〜８０質量部、セラミックス粉末や焼結助剤などの無機成分が合計で０〜８０質量部である。また、形成される配線パターン２４の導電性を高いものとするために、金属粉末１００質量部に対して、上記の有機成分が合計で５〜２５質量部、上記の無機成分が合計で１〜１０質量部であることがより好ましい。ペーストの調製は、各成分を三本ロールミル、プラネタリミキサー等公知の混練装置を用いて適宜混練することにより行うことができる。
【００３６】
導電ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷やカレンダー印刷、パッド印刷などの公知の手法により行うことができる。形成される導電ペースト層２０の厚さは、特に限定されないが、焼成前・乾燥後で好ましくは１μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上が抵抗値を低くできる点から好ましく、３０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下が現像性の観点から好ましい。なお、導電ペーストは、その上に形成したいレジストパターン３２が形成できように塗布すればよく、必ずしもセラミックス焼結体基材１０の表面の全面に塗布する必要はない。
【００３７】
また、厚みを確保したい場合は、例えば、印刷で重ね塗りなどの手法を用いることも可能である。その場合はセラミックス焼結体基材１０上に直接塗布する導電ペーストと該導電ペーストからなる層上に塗布する導電ペーストの組成を変えることも可能である。このような形態としては、例えば、下層を形成する導電ペーストとしてセラミックス粉末や焼結助剤の含有量の多いものを使用し、上層を形成する導電ペーストとしてセラミックス粉末や焼結助剤の含有量の少ないもの、あるいは、これらを含有していないものを使用するとによって、最終的に形成される配線パターン２４の厚み方向において、セラミックス成分の濃度勾配をつけることもできる。導電性ペースト層２０をこのように形成することによって、セラミックス焼結体基材１０と配線パターン２４との密着性を向上させることができ、また、セラミックス粉末の含有量が少ない（あるいは含有しない）層を形成することによって、配線パターン２４の導電性を向上させることができる。また、このような濃度勾配を部分的につけることも可能である。
【００３８】
また、下記において説明するフォトレジスト層３０を形成する前に、形成した導電ペースト層２０を乾燥することが好ましい。乾燥して導電ペースト層２０に含まれる溶媒を蒸発させ除去しておくことで、液状フォトレジストによりフォトレジスト層３０を形成する場合に、液状フォトレジスト中の溶媒を吸収して、その流れ落ちを防止することができる。また、ドライフィルムレジストを用いてフォトレジスト層３０を形成する場合は、ラミネート適性を良好にすることができる。この乾燥は、ラミネートしながら空気中で基板を４０〜１５０℃の温度で１〜３０分程度保持することにより好適に行うことができる。また、上記のように導電ペーストを重ね塗りする場合においても、次の導電ペーストを塗布する前に、先に形成した導電ペーストを乾燥することが好ましい。先に形成した導電ペースト層に含まれる溶媒を蒸発させて除去することで、次に形成する導電ペースト中の溶媒をより吸収しやすくなり、導電ペーストの流れや滲みを防止する効果が高くなる。
【００３９】
＜フォトレジスト層３０の形成工程＞
次に、図１（ｂ）に示すように、導電ペースト層２０の上にフォトレジスト層３０が形成される。フォトレジスト層３０は、液状フォトレジストを塗布し乾燥することにより形成してもよいし、ドライフィルムフォトレジストをラミネートして形成してもよい。液状フォトレジストおよびドライフィルムフォトレジストの種類は、特に限定されず、一般的なものを使用することができる。また、ポジ型、ネガ型のいずれでもよい。
【００４０】
液状フォトレジストとしては、例えば、（１）ナフトキノンジアジド化合物とノボラック樹脂とを含有するポジ型レジスト、（２）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により分解しアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト、（３）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により分解しアルカリ水溶液に対する溶解性が増大する基を有するアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト、（４）露光により酸を発生する化合物、酸の作用により架橋性能を発揮する架橋剤、アルカリ可溶性樹脂を含有するネガ型レジストを挙げることができる。
【００４１】
この液状フォトレジストを、スピンコータ法、ロールコータ法、ディップ法およびホイラー法（スピンナー法）等により、導電ペースト層２０上に塗布し、乾燥して、フォトレジスト層３０を形成することができる。
【００４２】
また、ドライフィルムレジストとしては、例えば、上記した液状フォトレジストをフィルム状に成形したものを用いることができる。ドライフィルムフォトレジストは、加熱ラミネート法によって、圧着することが好ましい。なお、ドライフィルムレジストを使用した場合は、導電ペースト層２０の表面が、溶媒により荒れるおそれがないという点で好ましい。フォトレジスト層３０の厚みとしては、１〜３０μｍとすることが解像度の点から好ましい。
【００４３】
＜光照射によるレジストパターン３２の形成工程＞
次いで、図１（ｃ）に示すように、マスク４０を介して、所定のパターンで露光する。光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプ、エキシマレーザステッパー等を挙げることができる。また、電子線を走査しながら照射するようにしてもよい。ポジ型レジストを使用してフォトレジスト層３０を形成した場合は、露光部分が、現像液に溶解するようになり、非露光部分がレジストパターンとなる。図１（ｃ）に示した形態は、ネガ型フォトレジストを使用した場合であり、この場合は、露光部分が、現像液に不溶となり、これがレジストパターン３２となる。
【００４４】
＜現像液による、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストの除去＞
次に、現像液を使用して、上記において形成したレジストパターン３２以外のフォトレジスト３４、さらには、このフォトレジスト３４の下部に位置している、導電ペーストを除去する。図１（ｄ）に示したのは、現像液によって、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストを除去した後の状態である。この実施形態においては、ネガ型フォトレジストを使用しているため、露光部分の現像液不溶部からなるレジストパターン３２およびその下部に位置している導電ペーストパターン２２は、溶解しないで残存している。
【００４５】
本発明の製造方法においては、このようにして、配線パターン２４を形成したい箇所の上部に、レジストパターン３２を保護層として形成し、導電ペースト層２０の所定の部分が現像液に触れるのを防止すると共に、フォトレジスト３４およびその下部の導電ペーストについては、現像液に溶解させて除去し、これにより、配線パターン２４を形成している。
【００４６】
導電ペースト層２０は、導電ペーストをセラミックス焼結体基材１０上に塗布して、これを乾燥した後においては、金属粉末が、有機バインダーに分散保持された状態となっている。このような導電ペースト層２０に対して、現像液を接触させた場合は、現像液に可溶である有機バインダーが現像液に溶解し、それに伴って、金属粉末も有機バインダー中に分散される。このようにして、レジストパターン３２が形成されていない箇所の導電ペーストを、現像液によって除去することが可能となる。
【００４７】
このように、本発明においては、レジストパターン３２の現像工程と同時に、導電ペーストパターン２２の形成をすることができるため、工程が簡略化されている。つまり、従来の金属薄膜をフォトリソグラフィー法により配線パターンとする方法においては、レジストパターンを形成した後において、酸溶液等により金属薄膜をエッチングするという作業が必要であり、工程が多く、生産効率が悪かったのであるが、本発明においては、エッチング工程が不要であり、生産効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、本発明においては、一般的に使用されており、性能が保障されたフォトレジストを使用して配線パターンを形成するものであるので、感光性導電ペーストを使用して配線パターンを形成する場合のような問題がなく、高精細な配線パターンを形成することができる。
【００４９】
現像液としては、例えば、１〜１０質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のような有機アルカリ水溶液や、ＫＯＨのような無機アルカリ水溶液を使用することができる。また、現像液の適用方法としては、フォトレジスト３４およびその下の導電ペーストが除去できる方法であれば限定されないが、例えば、スプレー法、浸漬揺動法を採用することができ、特に、フォトレジスト３４およびその下の導電ペーストに対して現像液をシャワー状に噴射し、噴射圧による物理的な力によってフォトレジスト３４の除去性能を向上させることができる、スプレー法が好ましい。
【００５０】
＜焼成工程＞
次に、焼成工程が行われる。これにより、レジストパターン３２が除去され、導電ペーストパターン２２が配線パターン２４とされて、図１（ｅ）に示すメタライズドセラミックス基板１００が製造される。焼成は、非酸化性雰囲気下において、熱処理することにより行われることが好ましい。焼成温度は、使用した金属ペーストの種類により設定するのであるが、例えば、通常の銅ペーストを使用した場合は、５００〜１０００℃とするのが好ましく、通常の銀ペーストを使用した場合は、６００〜９５０℃とするのが好ましく、タングステンペーストを使用した場合は、１５００〜１８５０℃とするのが好ましく、モリブデンペーストを使用した場合は、１４００〜１７００℃とするのが好ましい。また、上記の「非酸化性雰囲気下」とは、酸素を含有しない雰囲気下の意であり、具体的には、真空下、または窒素等の不活性ガス、水素等の還元性ガス、あるいはこれらの混合ガスの中を意味する。
【００５１】
場合によっては、上記の焼成工程の前に脱脂工程を入れることで表面レジストを除去することができる。この脱脂工程の一例としては、金属の酸化を防止するため、露点３０℃の１００％水素雰囲気で（「１００％水素雰囲気」とは、水蒸気以外のガス成分総体積基準での値である。）、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルによって、ペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させることができる。また、ポジ型レジストを使用した場合は、さらに簡便な方法として、露光後現像することで、表面のレジストを除去することができる。
【実施例】
【００５２】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、ビヒクル（ノボラック樹脂５質量部、テルピネオール１５質量部からなる。）２０質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスクリーン印刷法により窒化アルミニウム焼結基板上に印刷し、１００℃にて１０分間加熱してペーストを乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は７μｍであった。さらに、この導電ペースト層上に、ネガ型のレジストをスピンコート法により膜厚５μｍで塗布し乾燥して、フォトレジスト層を形成した。このフォトレジスト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍである配線パターンを有するフォトマスクを介して水銀灯（２００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、レジストパターンの形成と同時に導電ペーストパターンの形成を行った。
【００５３】
そして、露点３０℃の１００％水素雰囲気で、ピーク温度６００℃、ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルにてペースト中の樹脂およびレジストを燃焼・焼失させ、続いて、窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃、ピーク保持時間４時間の加熱プロファイルにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００５４】
このようにして、予定寸法のＬ／Ｓ（線幅寸法／線間寸法の略）が５０μｍ／５０μｍであるタングステン微細配線のテストパターンに対して、メジャースコープで寸法の測定を行ったところ、Ｌ／Ｓは４５μｍ／５５μｍであった。また、焼結後の導体厚みが５μｍで四端子法にて抵抗を測定しシート抵抗を求めたところ、シート抵抗は３２ｍΩ／□（□は、スクエアを意味する。以下同様。）であった。
【００５５】
（比較例１）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、光反応性化合物のジエチレングリコールジメタクリレート１質量部、光重合開始剤の１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン１質量部、光重合促進剤の４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル１質量部、有機バインダーのメタクリル酸エステルとアクリル酸エステルとの共重合体１０質量部、紫外線吸収剤の２−（２′−ヒドロキシ−５′メチル−フェニル）−ベンゾトリアゾール５質量部、熱重合禁止剤のメトキノン２．５質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスピンコート法により窒化アルミニウム焼結基板上に塗布して、８０℃にて１０分間加熱して乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は１０μｍであった。この導電ペースト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍの配線パターンを有するフォトマスクを介して、水銀灯（８００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、導電ペーストパターンの形成を行った。形成した導電ペーストパターンを顕微鏡で観察したところ、パターンの根元が細くなる形状をしていた。また、部分的に基板との密着が維持できなくなり、パターンが欠損していた。
【００５６】
（比較例２）
平均粒径１．５μｍのタングステン粉末１００質量部、窒化アルミニウム粉末５質量部、光反応性化合物のジエチレングリコールジメタクリレート１０質量部、光重合開始剤の１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン５質量部、光重合促進剤の４−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステル１０質量部、有機バインダーのメタクリル酸エステルとアクリル酸エステルとの共重合体１０質量部、紫外線吸収剤の２−（２′−ヒドロキシ−５′メチル−フェニル）−ベンゾトリアゾール５質量部、熱重合禁止剤のメトキノン２．５質量部を混合して、タングステン導電ペーストを作製した。この導電ペーストをスピンコート法により窒化アルミニウム焼結基板上に塗布して、８０℃にて１０分間加熱して乾燥し、導電ペースト層を形成した。このときの乾燥膜厚は７μｍであった。この導電ペースト層に対して、線幅および線間がそれぞれ５０μｍの配線パターンを有するフォトマスクを介して、水銀灯（８００ｍＪ／ｃｍ２）で露光した。そして、２％ＴＭＡＨ含有水溶液を用いてスプレー法にて現像を行い、導電ペーストパターンの形成を行った。
【００５７】
そして、露点３０℃の１００％水素雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロファイルにてペースト中の樹脂およびレジストを燃焼・焼失させ、続いて、窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃，ピーク保持時間４時間の加熱プロファイルにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００５８】
このようにして、予定寸法のＬ／Ｓが５０μｍ／５０μｍであるタングステン微細配線のテストパターンに対して、メジャースコープで寸法の測定を行ったところ、Ｌ／Ｓは４７μｍ／５３μｍであった。また、微細配線の表面を顕微鏡で観察したところ、微細配線内に空孔が多かった。また、焼結後の導体厚みが５μｍで四端子法にて抵抗を測定し、シート抵抗を求めたところ、シート抵抗は１０２ｍΩ／□であった。
【００５９】
以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うメタライズドセラミックス基板の製造方法、および、導体パターンの形成方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のメタライズドセラミックス基板の製造方法の各工程の概要を示した模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ セラミックス焼結体基材
２０ 導電ペースト層
２２ 導体ペーストパターン
２４ 配線パターン
３０ フォトレジスト層
３２ レジストパターン
３４ レジストパターン以外のフォトレジスト
４０ マスク
１００ メタライズドセラミックス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス焼結体基材上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層を形成する工程、
前記導電ペースト層上に、フォトレジスト層を形成する工程、
前記フォトレジスト層上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターンを形成する工程、
現像液により、前記レジストパターン以外のフォトレジスト、および、前記レジストパターン以外のフォトレジスト下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターンを形成する工程、
焼成により、前記レジストパターンを除去し、前記導電ペーストパターンを焼結して、配線パターンを形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板の製造方法。
【請求項１】
セラミックス焼結体基材上に、金属粉末および現像液に可溶な有機バインダーを含有する導電ペーストを塗布して、導電ペースト層を形成する工程、
前記導電ペースト層上に、フォトレジスト層を形成する工程、
前記フォトレジスト層上の所望の位置に光を照射し、現像液に不溶なレジストパターンを形成する工程、
現像液により、前記レジストパターン以外のフォトレジスト、および、前記レジストパターン以外のフォトレジスト下部の導電ペーストを除去し、所望の導電ペーストパターンを形成する工程、
焼成により、前記レジストパターンを除去し、前記導電ペーストパターンを焼結して、配線パターンを形成する工程、を有するメタライズドセラミックス基板の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−２５０６５７（Ｐ２００７−２５０６５７Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６９４６３（Ｐ２００６−６９４６３）
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（０００００３１８２）株式会社トクヤマ (839)
【Ｆターム（参考）】
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