JP2009044003A - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な配線を極めて正確かつ容易に形成できる配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】工程イ〜ホを含む、配線基板の製造方法。イ：基体層とフォトレジスト層を有する積層体のフォトレジスト層に開口部を形成するロ：前記開口部の内部に金属粉末及びバインダーからなる導電性ペーストを充填するハ：前記開口部に充填された導電性ペーストの表面に、セラミックス基板を重ね合せるニ：前記重ね合わせ物から前記基体層、フォトレジスト層及びバインダー樹脂を除去するホ：還元性雰囲気中で前記金属を焼結させる
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板の製造方法に関するものである。さらに詳細には、本発明は、微細な配線を極めて正確にかつ容易に形成できる配線基板の製造方法に関するものである。

微細配線を形成する方法には、厚膜法、薄膜法およびメッキ法等がある。現在、安価な形成方法であり且つ量産性の優れる厚膜法が広く採用されている。厚膜法は、銀粉末や銅粉末を有機ビヒクル中に分散させ添加剤を添加されたペーストを所要パターンとなされたメッシュスクリーンを通してシリコン基板やセラミックス基板に印刷して焼成することによって配線を形成する方法である。この方法は、使用する装置が比較的安価であるため、太陽電池セル形成ならびに多種セラミックス基板に用いられている。各基板に充分な密着強度の導体配線を低コストで形成できる利点があるが、印刷法による厚膜形成法は、電極配線の形状がかまぼこ状に形成されるため、設計通りの電気特性が得ることが難しい問題が特に微細配線に起きている。加えて、スクリーンのメッシュワイヤ径に限界があるため、微細配線の形成にも限界があり、また印刷時にスクリーンがたわむため、印刷精度を一定以上向上させることができないという問題点があった。

また、薄膜法は、蒸着装置，スパッタリング装置またはイオンプレーティング装置等の薄膜形成装置を用いて、シリコン基板やセラミックス基板上に厚さが数μｍの銅薄膜を堆積した後、フォトリソグラフィー法により所要パターンの配線を形成する方法である。この方法ではフォトリソグラフィー法を用いるため精度が高い微細配線を形成することができるが、工程が多いため製造効率が低く、また薄膜形成装置が高価であるためコストが高いという問題点があった。メッキ法は、例えば電解メッキ法によって銅を堆積した後、前述した薄膜法と同様に配線パターンを形成する方法であるが、薄膜法と同じ問題点が指摘されている。

これらを改善すべく特開平０６−２４４５３４号公報および特開２００６−３３２１７３号公報のように、用いる基材にフォトレジストをコートし、露光、現像を行ったのちに、得られた凹部に金属ペーストを埋没せしめ、焼成を行うことで、レジストは酸化分解されて金属ペーストのみが微細配線として基材に密着される技術が提案されている。
特開平０６−２４４５３４号公報 特開２００６−３３２１７３号公報

上記公報に記載の技術はそれぞれ有用なものであるが、基板に直接レジストを塗布し、露光・現像を行わなければならず、また、金属ペーストを凹部に埋没させることにより、基板にストレスが蓄積される可能性が考えられる。さらに、微細配線のパターンを解像性向上のために、基材表面を粗面化するなど、乱反射防止措置をとる必要がある。また、微細配線の場合、レジストの解像不良などにより、開口部が基材まで到達し得ないことが容易に推測され、その場合そのまま焼成したときに、金属配線が基材と十分に密着しないため、断線する恐れが考えられる。

本願発明では、上記問題を鑑みてなされたものである。
したがって、本発明による配線基板の製造方法は、下記の工程（イ）〜（ホ）を含むことを特徴とするもの、である。
工程（イ） 基体層とフォトレジスト層とを有する積層体の前記フォトレジスト層に、配線パターンに応じた開口部を形成する工程、
工程（ロ） 前記開口部の内部に、粉末状の金属およびバインダー樹脂とからなる導電性ペーストを充填する工程、
工程（ハ） 前記開口部に充填された導電性ペーストのその表面に、セラミックス基板を重ね合わせる工程、
工程（ニ） 前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物から前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を除去する工程、
工程（ホ） 還元性雰囲気中で前記金属を焼結させる工程。

このような本発明による配線基板の製造方法は、好ましい態様として、前記の工程（ニ）が、前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物を加熱して、当該重ね合わせ物中の前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を、燃焼・焼失させる工程であるもの、を包含する。

このような本発明による配線基板の製造方法は、好ましい態様として、前記の燃焼・焼失可能な基体層とフォトレジスト層とを有する積層体がフィルムレジストであるもの、を包含する。

このような本発明による配線基板の製造方法は、好ましい態様として、前記のフィルムレジストがポジ型のものであるもの、を包含する。

このような本発明による配線基板の製造方法は、好ましい態様として、前記のフィルムレジストがネガ型のものであるもの、を包含する。

このような本発明による配線基板の製造方法は、好ましい態様として、前記の工程（ニ）を、酸化性雰囲気中において行うもの、を包含する。

本発明によれば、基材への過度なストレスを与えることなく、従来の厚膜工法ではなし得なかった、微細かつ高アスペクトな金属配線を製造することができる。

本発明による配線基板の製造方法は、下記の工程（イ）〜（ホ）を含むことを特徴とするもの、である。
工程（イ） 基体層とフォトレジスト層とを有する積層体の前記フォトレジスト層に、配線パターンに応じた開口部を形成する工程、
工程（ロ） 前記開口部の内部に、粉末状の金属およびバインダー樹脂とからなる導電性ペーストを充填する工程、
工程（ハ） 前記開口部に充填された導電性ペーストのその表面に、セラミックス基板を重ね合わせる工程、
工程（ニ） 前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物から前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を除去する工程、
工程（ホ） 還元性雰囲気中で前記金属を焼結させる工程。

以下、本発明を必要に応じて図面を参照しながら説明する。
図１は、好ましい本発明による配線基板の製造方法の一具体例の工程図である。
図１において、１は基体層を、２はフォトレジスト層を、３は基体層１とフォトレジスト層２とを有する積層体を、４は紫外線透過部４’を有するマスクを、５はフォトレジスト層２に形成された開口部を、６は開口部５に充填された導電性ペーストを、７はセラミックス基板を、６’は配線パターンを、それぞれ示している。

図１Ａおよび図１Ｂは工程（イ）の概要を示すものであり、図１Ａは工程（イ）に付す前の、図１Ｂは工程（イ）に付された後の状態を示している。

本発明による配線基板の製造方法では、先ず、図１Ａに示されるように、基体層１とフォトレジスト層２とを有する積層体３、および紫外線透過部４’を有するマスク４とを用意する。基体層１としては、工程（ニ）において、燃焼・焼失可能なもの、あるいは剥離可能なものであれば任意のものを用いることができる。本発明では、より低温で燃焼・焼失するもの（即ち、より低温で酸化分解されて残渣が残らないもの）が好ましい。フォトレジスト層２も同様に、工程（ニ）において燃焼・焼失可能なものであれば任意のものを用いることができ、より低温で燃焼・焼失するものが好ましい。

図１には、ネガ型のフォトレジストを用いた場合について示されているが、ポジ型のフォトレジストを用いることも勿論可能である。フォトレジスト層２は、セラミックス基板７との密着工程を加味して表面にヒートシール性を有すると、なお好ましいが、これに限定されるものではない。

基体層１とフォトレジスト層２とを有する積層体３としては、フィルムレジストを用いるのが好ましい。現在上市されている、ポジ型レジストおよびネガ型レジストは一般的に使用可能である。

フォトレジスト層２に配線パターンに応じた開口部５を形成する際には、所望の配線パターンが形成されるように紫外線透過部４’が設けられマスク４を、積層体３のフォトレジスト層２の表面に配置したのち、このマスク４が配置された側から紫外線を照射して紫外線透過部４’を通過した紫外線によってフォトレジスト層２を硬化ないし不溶化させ、その後、フォトレジスト層２の未硬化部分を溶解除去することによって、図１Ｂに示されるように、開口部５を形成するができる。なお、本発明においては、図１Ｂに示されるようにマスク４を密着させながらの一括露光を採用することが好ましいが、他にもＤＭＤ（Digital Micromirror Device）やポリゴンミラーなどからなる直接描画露光によって行うことも好ましい。

次いで、図１Ｃに示されるように、前記開口部５の内部に、粉末状の金属およびバインダー樹脂とからなる導電性ペーストを充填する工程（工程（ロ））を行う。本発明では、従来からあるスクリーン印刷用に調整されたペーストをそのまま使用することも可能であるが、これに限定されるものではない。

次いで、図１Ｄに示されるように、前記開口部５に充填された導電性ペースト６のその表面に、セラミックス基板７を重ね合わせる工程（工程（ハ））を行う。セラミックス基板７と導電性ペースト６との接着強度を向上させるために、セラミックス基板７と導電性ペースト６の間に、必要に応じて接着剤層（図示せず）を設けることができる。

次いで、前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物から前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を除去する工程（工程（ニ））を行う。この工程（ニ）の好まし具体例としては、前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物を加熱して、当該重ね合わせ物中の前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を、燃焼・焼失させる工程、および、前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物から前記基体層を剥離した後、この重ね合わせ物を加熱して、当該重ね合わせ物中の前記のフォトレジスト層およびバインダー樹脂を、燃焼・焼失させる工程を挙げることができる。

この工程（ニ）は、基体層１、フォトレジスト層２およびバインダー樹脂３が、容易に燃焼・焼失するように、酸化性雰囲気中において行うことが好ましい。

工程（ニ）において、基体層１、フォトレジスト層２およびバインダー樹脂３の燃焼・焼失させるために採用される加熱条件は、基体層１、フォトレジスト層２およびバインダー樹脂３の種類等によって応じて適宜定めことができる。

次いで、還元性雰囲気中で前記金属を焼結させる工程（工程（ホ））を行う。この工程（ホ）において、前記金属の焼結のために採用される条件は、主として金属の種類およびその量に応じて適宜定めることができる。

上記の工程（イ）〜（ホ）によって、図１Ｅに示される、セラミックス基板７上に金属によって配線パターン６’が形成された本発明による配線基板を製造することができる。

図２は、従来の配線基板の製造方法を示すものである。
図２Ａ〜図２Ｄにおいて、２０はフォトレジスト層を、７０はセラミックス基板を、４０は紫外線透過部４０’を有するマスクを、５０はフォトレジスト層２０に形成された開口部を、６０は開口部５０に充填された導電性ペーストを、６０’は配線パターンを、それぞれ示している。

この図２に示される方法は、セラミックス基板７０上のフォトレジスト層２０に開口部５０を形成し、この開口部５０内に充填され導電性ペースト６０を焼成して、セラミックス基板７０上に配線パターン６０’を形成するものであって、図１に示される本発明の基体層１を用いることなく、かつこの基体層１を燃焼・焼失させることなく、配線基板を製造するものである。

この図２の製造方法では、フォトレジスト層２０の紫外線が照射されない面側にセラミックス基板７０が配置していることから、例えば図２Ｂの左側部分に示されるように、フォトレジスト層２０中に硬化が不完全な部分が存在した場合、図２Ｄに示されるように、その部分について良好な配線パターンを形成することが難しくなる。

これに対して、本発明による配線基板の製造方法では、図１Ｄに示されるように、フォトレジスト層２の紫外線が照射された面側にセラミックス基板７を設けることができるので、図１Ｂに示されるように、フォトレジスト層２中に硬化が不十分な部分が仮に存在したとしても、図１Ｅに示されるように、その部分についても良好な配線パターンを形成することができる。

通常、微細な配線を形成するためには、それに応じてマスク４、４０の紫外線透過部４’、４０’も小さくする必要があるが、そのような場合、フォトレジスト層２、２０の深部部分までフォトレジストの硬化ないし不溶化を正確にかつ完全に行うことは非常に難しくなる。本発明による配線基板の製造方法によれば、フォトレジスト層２の深部部分についてまでの硬化ないし不溶化が完全になされていなくても、セラミックス基板７に目的とする配線パターン６’を形成することが可能になる。よって、本発明によれば、従来の方法では得ることが困難であった微細配線をより正確にかつ容易に形成することができる。

そして、図２の製造方法では、図２Ａ〜図２Ｄに示されるように、工程の初期段階からセラミックス基板７０を用いる必要があることから、セラミックス基板７０が損傷を受ける場合があった。例えば、セラミックス基板７０上にフォトレジスト層２０を形成する際（図２Ａ）、フォトレジスト層２０に紫外線を照射する際、フォトレジスト層２０から未硬化部分を除去して開口部５０を形成する際（図２Ｂ）、この開口部５０内に導電性ペースト６０を充填する際（図２Ｃ）等、各工程においてセラミックス基板７０が受ける温度変化および外部から受ける応力の蓄積によって、セラミックス基板７０が損傷を受ける場合があった。

これに対して、本発明による配線基板の製造方法では、図１Ｄに示されるように、工程（ハ）まではセラミックス基板７を用いる必要がない。よって、本発明によれば、セラミックス基板７が本来有する良好な特性を大きく劣化させることなく、目的とする配線パターンが形成された配線基板を得ることができる。

そして、図２の製造方法では、工程の初期段階からセラミックス基板７０を用いていることから、各工程の内容、条件等がセラミックス基板７０によって制約を受けることがあるが、本発明では、工程（ハ）まではセラミックス基板７による制約を実質的に受けることはない。よって、より効果的、効率的な条件、内容等を採用することができるので、従来の方法では得ることが困難であった微細配線をより正確にかつ容易に形成することができる。

特に図２Ａの段階においては、セラミックス基板７０の内容（例えば、大きさ、厚さ、重量、可撓性等）によってフォトレジスト層２０の形成方法が大きく影響を受ける場合がある。しかし、本発明では、セラミックス基板７の内容に特に制限を受けることなく、基体層１の種類およびフォトレジスト層２の形成方法を適宜選択することができる。例えば、基体層１とフォトレジスト層２とを有する積層体３を予め製造しておくこともできるし、基体層１とフォトレジスト層２とを有する積層体３として現在上市されているフィルムレジストを用いることも可能なので、極めて効率的かつ低コストで目的とする配線基板、特に微細配線基板を製造することができる。

＜実施例１＞
株式会社ムラカミ製のスクリーン直間法用ＭＳフィルム「ＭＳ−ＩＫ」（ベースフイルム層厚み：７５μｍ、乳剤層厚み：５０μｍ）の感光材面側に、最小線幅３０μｍから１０μｍステップで最大線幅１００μｍまで有する解像力テストパターンを密着させ、メタルハライドランプにて露光、中性水にて現像を行ったのち、温風乾燥機にて乾燥させた。

得られた開口部をレーザー顕微鏡にて観察したところ、表１のような形状を示した。
これに、スクリーン印刷用の銀ペースト（粒径１．５μｍの銀粉末を８２重量％、鉛ホウケイ酸系ガラスフリットを３重量％、ビヒクル（エチルセルロースを５重量％、テルピネオール９５重量％）を１５重量％となした導体ペースト）をゴムスキージを用いて、上記で得られた開口部に埋没し、８０℃温風下で２０分乾燥させた。

次いで、多結晶シリコンウエハ上にアクリル系接着剤を０．１μｍになるようにスプレーコートし、前記処理したフィルムレジストを貼付けたのち、大気中でピーク温度６００℃、ピーク保持時間５分の加熱プロフィー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、ピーク温度７５０℃、ピーク保持時間１０分の加熱プロフィールにて銀を焼結して配線を形成した。

得られた配線をレーザー顕微鏡で観察したところ、表２のような形状を示した。

＜比較例１＞
多結晶シリコンウエハ上に、実施例１で用いたＭＳ−ＩＫの感光材料からなるレジストを乾燥膜厚５０μｍの厚さにワイヤーバーを用いて塗布した。最小線幅３０μｍから１０μｍステップで最大線幅１００μｍまで有する解像力テストパターンを用いて、メタルハライドランプにて露光、中性水にて現像を行ったのち、温風乾燥機にて乾燥させた。得られた開口部をレーザー顕微鏡にて観察したところ、表１のような形状を示した。

スクリーン印刷用の銀ペースト（粒径１．５μｍの銀粉末を８２重量％、鉛ホウケイ酸系ガラスフリットを３重量％、ビヒクル（エチルセルロースを５重量％、テルピネオール９５重量％）を１５重量％となした導体ペースト）をゴムスキージを用いて、得られた開口部に埋没し８０℃温風下で２０分乾燥させたのち、前出の焼成プロフィールにて銀を焼結して配線を形成した。

得られた配線をレーザー顕微鏡で観察したところ、表２のような形状を示した。

＜比較例２＞
比較例２として従来工法であるスクリーン印刷をおこなった。ステンレス２９０メッシュ（糸径２０ミクロン）に、実施例１で用いたＭＳ−ＩＫの感光材料からなるレジストを、乾燥膜厚として３０μｍになるように塗布、乾燥を繰り返した。得られた未露光板に、最小線幅３０μｍから１０μｍステップで最大線幅１００μｍまで有する解像力テストパターンを用いて、メタルハライドランプにて露光、中性水にて現像を行ったのち、温風乾燥機にて乾燥させた。得られた開口部をレーザー顕微鏡にて観察したところ、表１のような形状を示した。

この版を用いて、実施例で用いた銀ペーストを多結晶シリコンウエハ上に印刷し、得られた配線をレーザー顕微鏡で観察したところ、表２のような形状を示した。

本発明による配線基板の製造方法の工程を示す図 従来の配線基板の製造方法の工程を示す図

符号の説明

１ 基体層
２、２０ フォトレジスト層
３ 積層体
４、４０ 紫外線透過部を有するマスク
５、５０ 開口部
６、６０ 導電性ペースト
６’、６０’ 配線パターン
７、７０ セラミックス基板

Claims (6)

1. 下記の工程（イ）〜（ホ）を含むことを特徴とする、配線基板の製造方法。
   工程（イ） 基体層とフォトレジスト層とを有する積層体の前記フォトレジスト層に、配線パターンに応じた開口部を形成する工程、
   工程（ロ） 前記開口部の内部に、粉末状の金属およびバインダー樹脂とからなる導電性ペーストを充填する工程、
   工程（ハ） 前記開口部に充填された導電性ペーストのその表面に、セラミックス基板を重ね合わせる工程、
   工程（ニ） 前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物から前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を除去する工程、
   工程（ホ） 還元性雰囲気中で前記金属を焼結させる工程。
2. 前記の工程（ニ）が、前記工程（ハ）で形成された重ね合わせ物を加熱して、当該重ね合わせ物中の前記の基体層、フォトレジスト層およびバインダー樹脂を、燃焼・焼失させる工程である、請求項１に記載の配線基板の製造方法。
3. 前記の基体層とフォトレジスト層とを有する積層体がフィルムレジストである、請求項１または２に記載の配線基板の製造方法。
4. 前記のフィルムレジストがポジ型のものである、請求項３に記載の配線基板の製造方法。
5. 前記のフィルムレジストがネガ型のものである、請求項３に記載の配線基板の製造方法。
6. 前記の工程（ニ）を、酸化性雰囲気中において行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法。

Images