導電性金属酸化物薄膜の除去方法及び装置
【課題】痕や応力変形などを残さずに導電性金属酸化物薄膜を除去する方法と装置を提供する。
【解決手段】基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置する。その後、これらの正電極１３、負電極１４と導電性金属酸化物薄膜１２の間に電解液１５を介在させた状態で、両電極１３，１４に電源１６から電圧を印加する。このような操作によって、基材１１表面の導電性金属酸化物薄膜１２を還元反応により除去する。
【効果】疵や応力変形を生じさせずに導電性金属酸化物薄膜を基材の端部まで効率良く除去でき、高価な機能性ガラス基板などの再生利用が可能になる。
【解決手段】基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置する。その後、これらの正電極１３、負電極１４と導電性金属酸化物薄膜１２の間に電解液１５を介在させた状態で、両電極１３，１４に電源１６から電圧を印加する。このような操作によって、基材１１表面の導電性金属酸化物薄膜１２を還元反応により除去する。
【効果】疵や応力変形を生じさせずに導電性金属酸化物薄膜を基材の端部まで効率良く除去でき、高価な機能性ガラス基板などの再生利用が可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスパッタ蒸着などにより基材に形成された導電性金属酸化物薄膜を、再利用が可能なように除去する方法及びその方法を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばＩＴＯ（インジウムとスズの酸化物で、透明導電性を有する膜）を形成した高機能ガラス基板は、光学的性能（透過率等）や機械的性能（平坦度等）に優れており、例えばフラットパネルディスプレイに用いられる。しかしながら、この高機能ガラス基板は高価であるため、その表面に形成するＩＴＯが品質管理基準を満足しない場合には、そのＩＴＯを除去して再利用することで、コストの低減を図っている。
【０００３】
このＩＴＯなどの導電性金属酸化物薄膜を除去する方法として、機械的擦過により除去する方法や、化学エッチングにより除去する方法がある。このうち前者の方法は、図１０に示すように、被加工物１の表面に形成した導電性金属酸化物薄膜１ａを研摩ブラシ２により擦過することで除去するものである。
【０００４】
また、後者の方法は、図１１に示すように、導電性金属酸化物薄膜１ａを化学反応的に溶解させる化学液３に被加工物１を浸漬することで、その表面に形成した導電性金属酸化物薄膜１ａを除去するものである（例えば特許文献１，２）。
【特許文献１】特開平６−３２１５８１号公報
【特許文献２】特開平９−８６９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機械的擦過によって除去する方法は、研摩ブラシを擦りつけることから、被加工物の表面に擦過痕（疵）や応力変形を生じさせる場合がある。擦過痕が生じた場合、再利用ができなくなる。また、対象とする被加工物がフラットパネルディスプレイの場合、ガラス基板のガラス厚みが０．５mm程度であるため、接触方式の機械的擦過では破損する可能性がある。従って、微妙なブラシの圧力調整が必要で、完全に剥離するためには長時間を要する。
【０００６】
一方、化学エッチングによって除去する方法は、強酸や強アルカリの化学液を使用するので、基板表面に化学的応力が発生し、基板表面に変質層を生じさせる場合がある。また、取扱いに十分な注意を払う必要があり、作業性が悪くなるばかりでなく、使用後の電解液を廃液処理する必要がある。また、希少金属の回収には、別途抽出作業を必要とするために非常に不経済である。
【０００７】
本発明が解決しようとする問題点は、機械的擦過による方法では、擦過痕や応力変形が生じて基材を再利用できなくなり、また、ブラシの微妙な圧力調整が必要で完全剥離に長時間を要するという点、化学エッチングによる方法では、基板表面に変質層を生じさせる場合があり、また作業性が悪くなるばかりか、使用後の電解液を廃液処理する必要があり、しかも、希少金属の回収に別途抽出作業が必要で、不経済であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法は、
基材に擦過痕や応力変形などを残さず、かつ、強酸や強アルカリの化学液を使用しないで、基材の導電性金属酸化物薄膜を基材の端部まで、僅かな残留膜もなく、効率良く除去するために、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置した後、
これらの正電極、負電極と前記導電性金属酸化物薄膜間に電解液を介在させた状態で、前記両電極に電圧を印加することで、前記基材表面の導電性金属酸化物薄膜を還元反応により除去することを最も主要な特徴としている。
【０００９】
この本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法では、導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置することにより、基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜を広範囲に除去することができる。
【００１０】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法において、正電極及び負電極を、導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させれば、少しの移動により、電極配置方向の導電性金属酸化物薄膜を一度に除去できる。
【００１１】
前記本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法においては、抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cmの電解液を使用することで、基材表面に形成された導電性金属酸化物薄膜を効率良く除去することが可能になる。
【００１２】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法は、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、交互に複数対配置された正電極及び負電極と、
これら正電極、負電極と前記基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜間に電解液を供給する手段、或いは、前記の正電極、負電極と基材を電解液内に浸漬すべく電解液を貯留する電解液槽と、
これらの正電極と負電極に電圧を印加する電源を備えた本発明装置を使用することによって実施できる。
【００１３】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置では、前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、(a) 線状又は板状のものを１列に配置したもの、(b) 導電性金属酸化物薄膜に対向すべく配置された平面状の負電極を複数列の正電極が貫通するように配置したもの、等が採用される。
【００１４】
このうち、前者の場合は、線状又は板状のものを１列に配置した正電極及び負電極を、基材に対して斜めに配置すれば、より広範囲の導電性金属酸化物薄膜を除去することができる。
【００１５】
そして、これら本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、正電極と負電極を、導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させる移動装置を備えさせた場合には、少しの移動により、電極配置方向の導電性金属酸化物薄膜を一度に除去できるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、正電極と負電極を交互に複数対配置するので、一度に広範囲にわたって導電性金属酸化物薄膜の除去が行える。そして、その際、電解溶出で付着力を弱めた後に、基材に形成された導電性金属を除去すれば、基材に疵や応力変形などを残すことなく、導電性金属酸化物薄膜を基材端部まで効率良く除去でき、半導体分野で用いられる高価な機能性ガラス基板などの再生利用が可能になる。また、強酸や強アルカリの化学液を使用しないので、環境負荷も低減でき、基材を始めとする希少金属などの資源サイクルも可能になって、経済的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明方法の基本原理を、図１を用いて説明した後、本発明を実施するための最良の形態を図２〜図９を用いて詳細に説明する。
本発明は、基材への疵や応力変形などを残さない加工法で、かつ、強酸や強アルカリを使用しない導電性金属酸化物薄膜の除去方法である。
【００１８】
つまり、図１のように、表面に導電性金属酸化物薄膜１２を形成した絶縁物や導電物などの基材１１と、その上方に所定の間隔を存して配置した正電極１３及び負電極１４を、電解液槽内の電解液１５に浸漬配置し、電源１６から直流電圧或いはパルス電圧を印加するのである。
【００１９】
このようにすることで、電源１６（＋）−正電極１３−電解液１５−導電性金属酸化物薄膜１２−電解液１５−負電極１４−電源１６（−）の閉回路が形成され、正電極１３近傍の導電性金属酸化物薄膜１２の表面からＨ2の微細気泡が発生する。
【００２０】
このとき、正電極１３近傍の導電性金属酸化物薄膜１２の表面に発生するＨ2が還元剤となり、導電性金属酸化物薄膜１２中のＯ2を取り除く作用が生じる。さらに、このＨ2の発生は導電性金属酸化物薄膜１２の界面で生じることから効率の良い還元反応が生じる。
【００２１】
Ｏ2による結合が無くなった導電性金属酸化物薄膜１２は金属元素だけとなり、基材１１の表面に結合力が弱まった状態で存在するようになる。基材１１との結合が弱まった導電性金属１２ａは、弱い応力で擦過する例えば回転スポンジ体などの柔軟性体によって基材１１から確実に除去される。
【００２２】
しかしながら、図１のような電極配置では、最終端部になると、導電性金属酸化物薄膜１２と負電極１４との距離Ｄが長くなり、導電性金属酸化物薄膜１２に流れる電流量が電解液１５中に比べて減少し、電流効率が悪くなる。
【００２３】
そこで、本発明では、例えば電解液槽内の電解液１５に浸漬する正電極１３と負電極１４を、基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく、図２や図３に示したように、交互に複数対配置するのである。
【００２４】
例えば図２は、棒やワイヤ等の線状、或いは板状の電極を１列に配置した例である。また、図３は、例えば網目状に形成した負電極１４の、網目内全てを正電極１３が貫通するように配置したものである。この場合、網目状の負電極１４は、基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく配置され、正電極１３と負電極１４は絶縁体１７を介して配置されている。なお、図２中の２０は基板を示す。
【００２５】
このうち、図２及び図３の構成の場合は、例えば図４のように、正電極１３の下流側に柔軟性のある機械的擦過機構、例えば回転スポンジ体１８を配置し、基材１１を正電極１３と隣接する正電極１３の距離分だけ水平移動可能に構成すれば、効率良く広範囲にわたって導電性金属酸化物薄膜１２を除去できる。
【００２６】
そして、その際、正電極１３と負電極１４を、図５に示すように、基材１１に対して斜めに配置すれば、例えば紙面上方の第１電極対では第１領域Ｅ１を、また次の第２電極対では第２領域Ｅ２…というように、導電性金属酸化物薄膜１２をより広範囲にわたって除去できる。加えて、基材１１の移動によって導電性金属酸化物薄膜１２をより広範囲にわたって還元できるので、電極１３，１４の長さＬを短くすることができる。また、基材１１の水平移動が不要となる。
【００２７】
但し、図５のように、電極１３，１４を斜めに設ける場合は、その電極角度をθ、正電極１３の間隔をＸ、長さをＬとした場合、Ｘ／Ｌ≦sinθの関係となるようにしなければならない。これはＸ／Ｌ＞sinθの関係になると、第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２との間に還元反応が生じない領域ができるためである。
【００２８】
このような、電極配置では、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置しているので、負電極１４が導電性金属酸化物薄膜１２から離れるのは、基材１１の隅部分だけとなって、導電性金属酸化物薄膜１２の残留部分を極力少なくできる。
【００２９】
ところで、導電性酸化物薄膜１２が還元反応される速度は、主に印加電圧と両電極１３，１４の間隔によって決まり、印加電圧／電極間隔の大きいほうが還元反応速度は速くなる。電極間隔が短く、電圧が高い方が、回路を流れる電流が大きくなって、Ｈ＋の発生量が増加するためである。
【００３０】
しかしながら、還元反応速度を速めるために印加電圧を大きくすると、高電圧の電源が必要となって、効率が悪くなる。加えて、印加電圧／電極間隔を大きくしすぎると、電極間で絶縁破壊を生じ、放電を発生して基材１１を損傷させる恐れがある。
【００３１】
そこで、本発明では、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置することで、高い電圧を印加しなくても、電極下部に相当する大面積を一挙に還元反応ができるようにし、処理速度を向上させた。
【００３２】
また、図６は、図３の構成の電極を採用し、電解液１５の上方に基材１１を引き上げるように構成したものである。このような構成では、基材１１の引き上げ位置に回転スポンジ体１８を配置すれば、小さな装置設置面積で、効率良く導電性金属酸化物薄膜１２を除去できるようになる。
【００３３】
加えて、このような電極構成では、網目状に形成した負電極１４の、網目内全てを正電極１３が貫通しており、１つの正電極１３で除去する範囲は１つの網目内だけとなる。従って、短い正電極１３と負電極１４間に低電圧を印加しただけでも、網目状の負電極１４全体を一挙に還元反応ができ、処理速度が向上する。
【００３４】
また、網目内を貫通する正電極１３の周囲には電解集中が生じ、それによって正電極１３の先端には電流が集中して電流密度が高くなるので、その部分でのＨ＋の発生密度が増加し、低電圧の印加でも効率の良い還元反応を生じさせることができる。
【００３５】
この図３の構成の電極を、図７のように、図６に示した電極の背面側にも設けることで、１組の電極で２枚の基材１１の処理が可能になる。
【００３６】
また、図３の構成の電極を採用する場合、図６のように電解液１７に浸漬する構成に代えて、図８のように正電極１３の内部を通って基材１１の導電性金属酸化物薄膜１２に向けて電解液１５を噴射することで、Ｏ2が無くなり基材１１との結合力が弱まった導電性金属酸化物薄膜１２を除去するようにしても良い。
【００３７】
上述の本発明において、導電性金属酸化物薄膜１２との相対位置を変化すべく、正電極１３と負電極１４を隣接する電極方向に移動（正電極１３と隣接する正電極１３の距離分）させる移動装置を設け、電極１３，１４を例えば図６（ａ）の白抜き矢印方向に移動させながら基材１１を水平移動或いは引き上げれば、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を効率良く除去できる。
【００３８】
以上の説明のように、本発明は、一般に行われている、被加工物に正電圧を印加する電解溶出除去反応ではなく、被加工物に負の電圧を印加する特徴的な加工法である。
なお、ここでの電解反応は導電性金属酸化物薄膜界面のごく微量な領域にＨ2の発生を生じさせるもので良いため、電流はほとんど必要としない。
【００３９】
従って、使用する電解液１５は、一般に用いられる中性塩溶液でも利用可能であるが、正電極１３、負電極１４ともに基材１１とは非接触の場合は、好ましくは、前述のように抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cm、より好ましくは１０４Ω・cmから１０５Ω・cmのものが良い。
【００４０】
本発明では、正電極１３、負電極１４ともに基材１１とは非接触の場合、抵抗率が１０3Ω・cm未満の導電性の高い電解液１５では、両電極１３，１４間に印加された電圧が、導電性金属酸化物薄膜１２を通さず、前記両電極１３，１４間で電解液１５を通して導通状態となるため、導電性金属酸化物薄膜１２の除去効率が低下するからである。また、抵抗率が１０6Ω・cmを超えると高電圧を印加する必要があり、経済上好ましくないからである。
【００４１】
このように本発明では、抵抗率の比較的高い電解液１５が適していることから、従来、電解液１５としては好ましくなかった、水道水や河川水等を用いることができ、経済性および安全性の面においても優れている。
【００４２】
本発明は、前述の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲内において、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００４３】
例えば平面状の負電極１４を複数列の正電極１３が貫通する構成は、図３のように網目状に形成した負電極１４に限らず、絶縁体１７の表面にめっきを施してパターン化した負電極１４を形成しても良い。
【００４４】
このような負電極１４を用いた場合、基材１１上の所望の位置の導電性金属酸化物薄膜１２のみを除去することができる。また、基材１１を移動させれば、電極１３，１４を移動させなくても、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を除去できるようになる。
【００４５】
また、図２のように、線状或いは板状の電極１３，１４を１列に配置したものでは、図９のように、両電極１３，１４が電解質膜１９を介して接触するように構成しても良い。この場合、電解質膜１９の採用により、正電極１３から発生するＯ2による還元反応の低下を防ぎ、安定して導電性金属酸化物薄膜を除去できるようになる。
【００４６】
この手法は平面状の負電極１４を複数列の正電極１３が貫通する構成でも使用できる。この場合、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を除去するには、両電極１３，１４の移動が必要であるため、平面状の電極を正電極１３、この平面状の電極を貫通する電極を負電極１４としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の基本原理を説明する図である。
【図２】本発明装置を構成する電極の第１の例を説明する概略図で、棒やワイヤ等の線状、或いは板状の電極を１列に配置した例を示した図である。
【図３】本発明装置を構成する電極の第２の例を説明する概略図で、網目状に形成した負電極の、網目内全てを正電極が貫通するように配置した例を示した図である。
【図４】図２の電極を用いた本発明装置の概略説明図で、上方から見た図である。
【図５】図４において電極を斜めに配置した場合の本発明装置の概略説明図である。
【図６】図３の電極を用いた本発明装置の概略説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図７】図３の電極を背面側にも設けた構成の、図６に示した本発明装置の概略説明図である。
【図８】正電極の内部を通って基材の導電性金属酸化物薄膜に向けて電解液を噴射する図６の本発明装置の要部拡大図である。
【図９】両電極が電解質膜を介して接触するように構成した場合の例を示した図である。
【図１０】機械的擦過により金属薄膜を除去する方法について説明する図である。
【図１１】化学エッチングにより金属薄膜を除去する方法について説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 基材
１２ 導電性金属酸化物薄膜
１２ａ 導電性金属
１３ 正電極
１４ 負電極
１５ 電解液
１６ 電源
１８ 回転スポンジ体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスパッタ蒸着などにより基材に形成された導電性金属酸化物薄膜を、再利用が可能なように除去する方法及びその方法を実施する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばＩＴＯ（インジウムとスズの酸化物で、透明導電性を有する膜）を形成した高機能ガラス基板は、光学的性能（透過率等）や機械的性能（平坦度等）に優れており、例えばフラットパネルディスプレイに用いられる。しかしながら、この高機能ガラス基板は高価であるため、その表面に形成するＩＴＯが品質管理基準を満足しない場合には、そのＩＴＯを除去して再利用することで、コストの低減を図っている。
【０００３】
このＩＴＯなどの導電性金属酸化物薄膜を除去する方法として、機械的擦過により除去する方法や、化学エッチングにより除去する方法がある。このうち前者の方法は、図１０に示すように、被加工物１の表面に形成した導電性金属酸化物薄膜１ａを研摩ブラシ２により擦過することで除去するものである。
【０００４】
また、後者の方法は、図１１に示すように、導電性金属酸化物薄膜１ａを化学反応的に溶解させる化学液３に被加工物１を浸漬することで、その表面に形成した導電性金属酸化物薄膜１ａを除去するものである（例えば特許文献１，２）。
【特許文献１】特開平６−３２１５８１号公報
【特許文献２】特開平９−８６９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機械的擦過によって除去する方法は、研摩ブラシを擦りつけることから、被加工物の表面に擦過痕（疵）や応力変形を生じさせる場合がある。擦過痕が生じた場合、再利用ができなくなる。また、対象とする被加工物がフラットパネルディスプレイの場合、ガラス基板のガラス厚みが０．５mm程度であるため、接触方式の機械的擦過では破損する可能性がある。従って、微妙なブラシの圧力調整が必要で、完全に剥離するためには長時間を要する。
【０００６】
一方、化学エッチングによって除去する方法は、強酸や強アルカリの化学液を使用するので、基板表面に化学的応力が発生し、基板表面に変質層を生じさせる場合がある。また、取扱いに十分な注意を払う必要があり、作業性が悪くなるばかりでなく、使用後の電解液を廃液処理する必要がある。また、希少金属の回収には、別途抽出作業を必要とするために非常に不経済である。
【０００７】
本発明が解決しようとする問題点は、機械的擦過による方法では、擦過痕や応力変形が生じて基材を再利用できなくなり、また、ブラシの微妙な圧力調整が必要で完全剥離に長時間を要するという点、化学エッチングによる方法では、基板表面に変質層を生じさせる場合があり、また作業性が悪くなるばかりか、使用後の電解液を廃液処理する必要があり、しかも、希少金属の回収に別途抽出作業が必要で、不経済であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法は、
基材に擦過痕や応力変形などを残さず、かつ、強酸や強アルカリの化学液を使用しないで、基材の導電性金属酸化物薄膜を基材の端部まで、僅かな残留膜もなく、効率良く除去するために、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置した後、
これらの正電極、負電極と前記導電性金属酸化物薄膜間に電解液を介在させた状態で、前記両電極に電圧を印加することで、前記基材表面の導電性金属酸化物薄膜を還元反応により除去することを最も主要な特徴としている。
【０００９】
この本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法では、導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置することにより、基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜を広範囲に除去することができる。
【００１０】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法において、正電極及び負電極を、導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させれば、少しの移動により、電極配置方向の導電性金属酸化物薄膜を一度に除去できる。
【００１１】
前記本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法においては、抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cmの電解液を使用することで、基材表面に形成された導電性金属酸化物薄膜を効率良く除去することが可能になる。
【００１２】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去方法は、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、交互に複数対配置された正電極及び負電極と、
これら正電極、負電極と前記基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜間に電解液を供給する手段、或いは、前記の正電極、負電極と基材を電解液内に浸漬すべく電解液を貯留する電解液槽と、
これらの正電極と負電極に電圧を印加する電源を備えた本発明装置を使用することによって実施できる。
【００１３】
本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置では、前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、(a) 線状又は板状のものを１列に配置したもの、(b) 導電性金属酸化物薄膜に対向すべく配置された平面状の負電極を複数列の正電極が貫通するように配置したもの、等が採用される。
【００１４】
このうち、前者の場合は、線状又は板状のものを１列に配置した正電極及び負電極を、基材に対して斜めに配置すれば、より広範囲の導電性金属酸化物薄膜を除去することができる。
【００１５】
そして、これら本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、正電極と負電極を、導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させる移動装置を備えさせた場合には、少しの移動により、電極配置方向の導電性金属酸化物薄膜を一度に除去できるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、正電極と負電極を交互に複数対配置するので、一度に広範囲にわたって導電性金属酸化物薄膜の除去が行える。そして、その際、電解溶出で付着力を弱めた後に、基材に形成された導電性金属を除去すれば、基材に疵や応力変形などを残すことなく、導電性金属酸化物薄膜を基材端部まで効率良く除去でき、半導体分野で用いられる高価な機能性ガラス基板などの再生利用が可能になる。また、強酸や強アルカリの化学液を使用しないので、環境負荷も低減でき、基材を始めとする希少金属などの資源サイクルも可能になって、経済的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明方法の基本原理を、図１を用いて説明した後、本発明を実施するための最良の形態を図２〜図９を用いて詳細に説明する。
本発明は、基材への疵や応力変形などを残さない加工法で、かつ、強酸や強アルカリを使用しない導電性金属酸化物薄膜の除去方法である。
【００１８】
つまり、図１のように、表面に導電性金属酸化物薄膜１２を形成した絶縁物や導電物などの基材１１と、その上方に所定の間隔を存して配置した正電極１３及び負電極１４を、電解液槽内の電解液１５に浸漬配置し、電源１６から直流電圧或いはパルス電圧を印加するのである。
【００１９】
このようにすることで、電源１６（＋）−正電極１３−電解液１５−導電性金属酸化物薄膜１２−電解液１５−負電極１４−電源１６（−）の閉回路が形成され、正電極１３近傍の導電性金属酸化物薄膜１２の表面からＨ2の微細気泡が発生する。
【００２０】
このとき、正電極１３近傍の導電性金属酸化物薄膜１２の表面に発生するＨ2が還元剤となり、導電性金属酸化物薄膜１２中のＯ2を取り除く作用が生じる。さらに、このＨ2の発生は導電性金属酸化物薄膜１２の界面で生じることから効率の良い還元反応が生じる。
【００２１】
Ｏ2による結合が無くなった導電性金属酸化物薄膜１２は金属元素だけとなり、基材１１の表面に結合力が弱まった状態で存在するようになる。基材１１との結合が弱まった導電性金属１２ａは、弱い応力で擦過する例えば回転スポンジ体などの柔軟性体によって基材１１から確実に除去される。
【００２２】
しかしながら、図１のような電極配置では、最終端部になると、導電性金属酸化物薄膜１２と負電極１４との距離Ｄが長くなり、導電性金属酸化物薄膜１２に流れる電流量が電解液１５中に比べて減少し、電流効率が悪くなる。
【００２３】
そこで、本発明では、例えば電解液槽内の電解液１５に浸漬する正電極１３と負電極１４を、基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく、図２や図３に示したように、交互に複数対配置するのである。
【００２４】
例えば図２は、棒やワイヤ等の線状、或いは板状の電極を１列に配置した例である。また、図３は、例えば網目状に形成した負電極１４の、網目内全てを正電極１３が貫通するように配置したものである。この場合、網目状の負電極１４は、基材１１の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜１２に対向すべく配置され、正電極１３と負電極１４は絶縁体１７を介して配置されている。なお、図２中の２０は基板を示す。
【００２５】
このうち、図２及び図３の構成の場合は、例えば図４のように、正電極１３の下流側に柔軟性のある機械的擦過機構、例えば回転スポンジ体１８を配置し、基材１１を正電極１３と隣接する正電極１３の距離分だけ水平移動可能に構成すれば、効率良く広範囲にわたって導電性金属酸化物薄膜１２を除去できる。
【００２６】
そして、その際、正電極１３と負電極１４を、図５に示すように、基材１１に対して斜めに配置すれば、例えば紙面上方の第１電極対では第１領域Ｅ１を、また次の第２電極対では第２領域Ｅ２…というように、導電性金属酸化物薄膜１２をより広範囲にわたって除去できる。加えて、基材１１の移動によって導電性金属酸化物薄膜１２をより広範囲にわたって還元できるので、電極１３，１４の長さＬを短くすることができる。また、基材１１の水平移動が不要となる。
【００２７】
但し、図５のように、電極１３，１４を斜めに設ける場合は、その電極角度をθ、正電極１３の間隔をＸ、長さをＬとした場合、Ｘ／Ｌ≦sinθの関係となるようにしなければならない。これはＸ／Ｌ＞sinθの関係になると、第１領域Ｅ１と第２領域Ｅ２との間に還元反応が生じない領域ができるためである。
【００２８】
このような、電極配置では、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置しているので、負電極１４が導電性金属酸化物薄膜１２から離れるのは、基材１１の隅部分だけとなって、導電性金属酸化物薄膜１２の残留部分を極力少なくできる。
【００２９】
ところで、導電性酸化物薄膜１２が還元反応される速度は、主に印加電圧と両電極１３，１４の間隔によって決まり、印加電圧／電極間隔の大きいほうが還元反応速度は速くなる。電極間隔が短く、電圧が高い方が、回路を流れる電流が大きくなって、Ｈ＋の発生量が増加するためである。
【００３０】
しかしながら、還元反応速度を速めるために印加電圧を大きくすると、高電圧の電源が必要となって、効率が悪くなる。加えて、印加電圧／電極間隔を大きくしすぎると、電極間で絶縁破壊を生じ、放電を発生して基材１１を損傷させる恐れがある。
【００３１】
そこで、本発明では、正電極１３と負電極１４を交互に複数対配置することで、高い電圧を印加しなくても、電極下部に相当する大面積を一挙に還元反応ができるようにし、処理速度を向上させた。
【００３２】
また、図６は、図３の構成の電極を採用し、電解液１５の上方に基材１１を引き上げるように構成したものである。このような構成では、基材１１の引き上げ位置に回転スポンジ体１８を配置すれば、小さな装置設置面積で、効率良く導電性金属酸化物薄膜１２を除去できるようになる。
【００３３】
加えて、このような電極構成では、網目状に形成した負電極１４の、網目内全てを正電極１３が貫通しており、１つの正電極１３で除去する範囲は１つの網目内だけとなる。従って、短い正電極１３と負電極１４間に低電圧を印加しただけでも、網目状の負電極１４全体を一挙に還元反応ができ、処理速度が向上する。
【００３４】
また、網目内を貫通する正電極１３の周囲には電解集中が生じ、それによって正電極１３の先端には電流が集中して電流密度が高くなるので、その部分でのＨ＋の発生密度が増加し、低電圧の印加でも効率の良い還元反応を生じさせることができる。
【００３５】
この図３の構成の電極を、図７のように、図６に示した電極の背面側にも設けることで、１組の電極で２枚の基材１１の処理が可能になる。
【００３６】
また、図３の構成の電極を採用する場合、図６のように電解液１７に浸漬する構成に代えて、図８のように正電極１３の内部を通って基材１１の導電性金属酸化物薄膜１２に向けて電解液１５を噴射することで、Ｏ2が無くなり基材１１との結合力が弱まった導電性金属酸化物薄膜１２を除去するようにしても良い。
【００３７】
上述の本発明において、導電性金属酸化物薄膜１２との相対位置を変化すべく、正電極１３と負電極１４を隣接する電極方向に移動（正電極１３と隣接する正電極１３の距離分）させる移動装置を設け、電極１３，１４を例えば図６（ａ）の白抜き矢印方向に移動させながら基材１１を水平移動或いは引き上げれば、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を効率良く除去できる。
【００３８】
以上の説明のように、本発明は、一般に行われている、被加工物に正電圧を印加する電解溶出除去反応ではなく、被加工物に負の電圧を印加する特徴的な加工法である。
なお、ここでの電解反応は導電性金属酸化物薄膜界面のごく微量な領域にＨ2の発生を生じさせるもので良いため、電流はほとんど必要としない。
【００３９】
従って、使用する電解液１５は、一般に用いられる中性塩溶液でも利用可能であるが、正電極１３、負電極１４ともに基材１１とは非接触の場合は、好ましくは、前述のように抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cm、より好ましくは１０４Ω・cmから１０５Ω・cmのものが良い。
【００４０】
本発明では、正電極１３、負電極１４ともに基材１１とは非接触の場合、抵抗率が１０3Ω・cm未満の導電性の高い電解液１５では、両電極１３，１４間に印加された電圧が、導電性金属酸化物薄膜１２を通さず、前記両電極１３，１４間で電解液１５を通して導通状態となるため、導電性金属酸化物薄膜１２の除去効率が低下するからである。また、抵抗率が１０6Ω・cmを超えると高電圧を印加する必要があり、経済上好ましくないからである。
【００４１】
このように本発明では、抵抗率の比較的高い電解液１５が適していることから、従来、電解液１５としては好ましくなかった、水道水や河川水等を用いることができ、経済性および安全性の面においても優れている。
【００４２】
本発明は、前述の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範囲内において、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００４３】
例えば平面状の負電極１４を複数列の正電極１３が貫通する構成は、図３のように網目状に形成した負電極１４に限らず、絶縁体１７の表面にめっきを施してパターン化した負電極１４を形成しても良い。
【００４４】
このような負電極１４を用いた場合、基材１１上の所望の位置の導電性金属酸化物薄膜１２のみを除去することができる。また、基材１１を移動させれば、電極１３，１４を移動させなくても、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を除去できるようになる。
【００４５】
また、図２のように、線状或いは板状の電極１３，１４を１列に配置したものでは、図９のように、両電極１３，１４が電解質膜１９を介して接触するように構成しても良い。この場合、電解質膜１９の採用により、正電極１３から発生するＯ2による還元反応の低下を防ぎ、安定して導電性金属酸化物薄膜を除去できるようになる。
【００４６】
この手法は平面状の負電極１４を複数列の正電極１３が貫通する構成でも使用できる。この場合、導電性金属酸化物薄膜１２の全面を除去するには、両電極１３，１４の移動が必要であるため、平面状の電極を正電極１３、この平面状の電極を貫通する電極を負電極１４としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の基本原理を説明する図である。
【図２】本発明装置を構成する電極の第１の例を説明する概略図で、棒やワイヤ等の線状、或いは板状の電極を１列に配置した例を示した図である。
【図３】本発明装置を構成する電極の第２の例を説明する概略図で、網目状に形成した負電極の、網目内全てを正電極が貫通するように配置した例を示した図である。
【図４】図２の電極を用いた本発明装置の概略説明図で、上方から見た図である。
【図５】図４において電極を斜めに配置した場合の本発明装置の概略説明図である。
【図６】図３の電極を用いた本発明装置の概略説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図７】図３の電極を背面側にも設けた構成の、図６に示した本発明装置の概略説明図である。
【図８】正電極の内部を通って基材の導電性金属酸化物薄膜に向けて電解液を噴射する図６の本発明装置の要部拡大図である。
【図９】両電極が電解質膜を介して接触するように構成した場合の例を示した図である。
【図１０】機械的擦過により金属薄膜を除去する方法について説明する図である。
【図１１】化学エッチングにより金属薄膜を除去する方法について説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１ 基材
１２ 導電性金属酸化物薄膜
１２ａ 導電性金属
１３ 正電極
１４ 負電極
１５ 電解液
１６ 電源
１８ 回転スポンジ体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置した後、
これらの正電極、負電極と前記導電性金属酸化物薄膜間に電解液を介在させた状態で、前記両電極に電圧を印加することで、前記基材表面の導電性金属酸化物薄膜を還元反応により除去することを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項２】
前記の正電極及び負電極を、前記導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項３】
前記電解液は、抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cmのものを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項４】
請求項１に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法を実施する装置であって、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、交互に複数対配置された正電極及び負電極と、
これら正電極、負電極と前記基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜間に電解液を供給する手段、或いは、前記の正電極、負電極と基材を電解液内に浸漬すべく電解液を貯留する電解液槽と、
これらの正電極と負電極に電圧を印加する電源を備えたことを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項５】
前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、線状又は板状のものを１列に配置したものであることを特徴とする請求項４に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項６】
前記線状又は板状のものを１列に配置した正電極及び負電極は、基材に対して斜めに配置したものであることを特徴とする請求項５に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項７】
前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、前記導電性金属酸化物薄膜に対向すべく配置された平面状の負電極を複数列の正電極が貫通するように配置したものであることを特徴とする請求項４に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、
前記の正電極と負電極を、前記導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項１】
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、正電極と負電極を交互に複数対配置した後、
これらの正電極、負電極と前記導電性金属酸化物薄膜間に電解液を介在させた状態で、前記両電極に電圧を印加することで、前記基材表面の導電性金属酸化物薄膜を還元反応により除去することを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項２】
前記の正電極及び負電極を、前記導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項３】
前記電解液は、抵抗率が１０3Ω・cmから１０6Ω・cmのものを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法。
【請求項４】
請求項１に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去方法を実施する装置であって、
基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜に対向すべく、交互に複数対配置された正電極及び負電極と、
これら正電極、負電極と前記基材の表面に形成された導電性金属酸化物薄膜間に電解液を供給する手段、或いは、前記の正電極、負電極と基材を電解液内に浸漬すべく電解液を貯留する電解液槽と、
これらの正電極と負電極に電圧を印加する電源を備えたことを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項５】
前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、線状又は板状のものを１列に配置したものであることを特徴とする請求項４に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項６】
前記線状又は板状のものを１列に配置した正電極及び負電極は、基材に対して斜めに配置したものであることを特徴とする請求項５に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項７】
前記の交互に複数対配置した正電極及び負電極は、前記導電性金属酸化物薄膜に対向すべく配置された平面状の負電極を複数列の正電極が貫通するように配置したものであることを特徴とする請求項４に記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、
前記の正電極と負電極を、前記導電性金属酸化物薄膜との相対位置を変化すべく、隣接する電極方向に移動させる移動装置を備えたことを特徴とする導電性金属酸化物薄膜の除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１３１８９４（Ｐ２００７−１３１８９４Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２４９９１（Ｐ２００５−３２４９９１）
【出願日】平成１７年１１月９日（２００５．１１．９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月９日（２００５．１１．９）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]