JP4660354B2 - 導電性薄膜の加工方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜の加工方法及び装置に関し、特に薄膜太陽電池の下部電極としてのモリブデン等の金属薄膜または上部電極としてのインジウム錫酸化物等の透明導電薄膜を加工する方法及び装置に関する。本発明の透明導電性薄膜は、太陽電池の受光面側電極としての利用の他、液晶表示パネル、プラズマ・ディスプレイ・パネル、有機ＥＬ素子など各種表示装置の透明性電極として、また、デフロスターの発熱体等として利用することができる。
薄膜太陽電池は代表的なタイプとして、裏面側のガラス基板／モリブデン薄膜等の下部電極／ＣＩＳ（Cu-In-S、Cu-In-Se）等の半導体薄膜／ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電酸化物（ＴＣＯ）薄膜の上部電極という基本構造を持つタイプや、入光側のガラス基板／ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電酸化物（ＴＣＯ）薄膜の上部電極／アモルファスシリコン半導体薄膜／金属の下部電極という基本構造を持つタイプがある。どちらのタイプも、ガラス基板上に多数の単位セルを平面的に平行配列して隣接セル間を直列接続した構造が一般的に採用されている。
この配列構造を作製するには、ガラス基板上に連続膜として形成したモリブデン薄膜（下部電極）またはＴＣＯ薄膜（上部電極）を単位セルに対応して平行に分割するパターニングを行なう加工工程が必要である。同様の単位セル対応のパターニングはこれら電極薄膜上に形成する半導体薄膜以降についても行なうが、これら電極薄膜のパターニングには改良する余地があった。
従来の透明導電膜のパターニング方法としては、レーザ・パターニング法又はエッチング法が一般的であった。レーザ・パターニング法は図１１に示すように、高出力のレーザ光を透明導電膜１２に照射し局所加熱することにより、レーザ照射部の透明導電膜１２を蒸発もしくは剥離・除去させ、目的とする形状に加工する。なお、図１１において、符号１０は基体、１２は透明導電膜を示し、また、符号６１は高出力レーザ発生器、６２はアッテネータ、６３はコントローラ、６４はミラー、６５はビーム成形光学系、６６は集光レンズを示す。
このレーザ・パターニング方法は少ない工程で高速なパターニングが可能であるため、太陽電池のように大面積で高速で処理することが必要とされる対象物のパターニングに用いられている。しかし、レーザ光を照射する条件が適切でない場合にはガラスやプラスチックからなる基体１０に損傷を与えてしまうことや、レーザ発振器６１が高価であること、機器の性能維持のための維持管理に多大の労力を要すること、等の問題点があった。
エッチング法は図１２に示すように、基体１０上の透明導電膜１２にフォトレジス７１を塗布し、このフォトレジスト膜７１をパターニングして透明導電膜１２上に目的とする形状のマスク７２を形成し、透明導電膜１２のマスク７２から露出した部位のみをウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去した後、レジスト７１（７２）を除去して、目的とする形状のパターン溝１２ａを有する透明導電膜１２を得る。
このエッチング法においては、透明導電膜１２自体の加工以外にマスクを加工する工程やマスクを除去する工程が必要であり、全体の工程数が増えるために生産コストが増大するという問題点があった。
従来の公知文献に示された例としては、次のようなものがある。特許文献１では、モリブデンやＩＴＯなどの電極薄膜のパターニングはレーザビーム加工により行なっている。これによると、上述のように、レーザ発振器が高価で、性能維持のための維持・管理に多大の労力を要するという問題があった。
本発明者は、上記レーザビーム加工によるパターニングの問題を解消すべく、予め基板上にフォトレジストでパターンを形成し、その上から電極薄膜を堆積し、その後フォトレジストパターンとその上の部分の電極薄膜を引き剥がす、いわゆるリフトオフ法も試みたが、工程数が増えるため生産コストが増大するという問題があった。
また、特許文献２の開示により電極薄膜をメカニカルスクライブ法によってパターニングすることも試みたが、電極薄膜を構成するモリブデン薄膜等の硬さが高いため、パターニングが困難であると言う問題があった。
その他の公知文献として、特許文献３では、透明導電膜としてＺｎＯを使用し、それをレーザスクライブによるパターニング加工をして、その後に化学的なエッチングを行っている。また、特許文献４では、透明導電膜のパターニングをウェットエッチングで行う際のマスクとして用いるレジストパターンの縁部に、フォトリゾグラフィ時の露光量、現像量の調整でテーパを形成するか、或いは異なるマスクを用いての複数回のエッチングで階段状部を形成することによりパターン縁部にゆるやかな傾斜部を形成している。
本発明は、上記従来技術の問題を解消し、絶縁性基板上の導電性薄膜に容易にパターン溝を形成できる導電性薄膜の加工方法及び装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明によれば、絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜の加工方法であって、上記導電性薄膜に接触させた第１電極で上記絶縁性基板を架台上に締付けて固定し、上記第１電極との間に電圧を印加した第２電極の先端と上記導電性薄膜の表面とを通電状態に維持しつつ、該第２電極の先端で該導電性薄膜上を走査することにより、該導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出している溝を該導電性薄膜に形成すると共に、形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加すると共に、該第２電圧の電源の制限電流値をパターニングに用いる電源の制限電流値に比較して大幅に低い値に設定することを特徴とする導電性薄膜の加工方法が提供される。
また、本発明によれば、絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜の一部に十分な面積をもって接触する第１電極と、形成すべきパターン溝幅と同程度の寸法に先端を加工した第２電極との間に所定の電圧を印加した状態で、該第２電極の先端で前記導電性薄膜上を走査することにより、該導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出しているパターン溝を該導電性薄膜に形成すると共に、形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加すると共に、該第２電圧の電源の制限電流値をパターニングに用いる電源の制限電流値に比較して大幅に低い値に設定することを特徴とする導電性薄膜の加工方法が提供される。
更にまた、本発明によれば、絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜にパターン溝を形成する加工装置であって、上記導電性薄膜に接触させた第１電極で上記絶縁性基板を架台上に締付けて固定する手段と、先端の走査部が、形成すべきパターンの溝幅に対応する幅を有する第２電極と、上記第１電極と第２電極の先端との間に電圧を印加する手段と、上記導電性薄膜の表面と上記第２電極の先端とを通電状態に維持しつつ、前記第２電極又は前記架台を動作させることにより、前記導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出しているパターン溝を形成するパターン溝形成手段と、形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加する、電流制限抵抗器を有する高電圧電源回路が組み込まれた、パターン溝の溝幅維持手段と、を具備することを特徴とする導電性薄膜の加工装置が提供される。
本発明の導電性薄膜の加工方法及び装置によれば、第２電極の先端と導電性薄膜の表面とを通電状態に維持すると、導電性薄膜の通電部分では微小面積に集中した電流によりジュール熱が発生し、通電部分の導電性薄膜が蒸発もしくは酸化によりエッチング除去される。その際、導電性薄膜の下にある絶縁性基板は通電されず、エッチングストッパーとして機能するので、通電部分では導電性薄膜の全厚が除去されて絶縁性基板の表面が露出し、絶縁性基板の表面を底面とする窪みが形成される。
通電状態を維持しつつ、第２電極の先端で導電性薄膜上を走査すると、この走査軌跡に沿ってエッチングによる窪みが連続して溝が形成される。この溝は、導電性薄膜の全厚を貫通し、溝内に露出した絶縁性基板の表面が溝底面を形成している。
その結果、この溝をスクライブラインとして導電性薄膜が分断されるので、所定パターンに従って走査を実行することにより導電性薄膜のパターニングが実現される。
本発明の方法は、前記従来の方法に対して下記の点で有利である。
（１）通常の電源と電極を用いれば実行できるので、レーザビーム加工のように高価な設備を必要とせず、かつメンテナンスも容易である。
（２）第２電極先端で導電性薄膜表面を走査するだけでパターニングできるので、リフトオフ法のように煩雑な工程を必要とせず、それによる生産コスト増も生じない。
（３）導電性薄膜を蒸発または酸化によりエッチング除去するので、メカニカルスクライブ法のように導電性薄膜の硬さによらず容易にパターニングできる。
（４）第２電極およびその電源を複数配列すれば、一回の操作で複数のパターンを同時に形成できるので、パターニング処理速度を容易に向上できる。
（４）第２電極およびその電源を複数配列すれば、一回の操作で複数のパターンを同時に形成できるので、パターニング処理速度を容易に向上できる。
図１および図２を参照して、本発明による導電性薄膜の加工方法の基本的な実施形態を説明する。
図１および図２（１）に示すように、ガラス基板から成る絶縁性基板１０の表面に導電性薄膜（透明導電膜）１２が形成されている。導電性薄膜１２に接触させた第１電極１４で、絶縁性基板１０を架台１６上に締付けて固定してある。ただし、第１電極１４とは別に固定治具を設け、第１電極１４は給電のみに用いるようにしてもよい。電源１８によりリード線２０を介して、第１電極１４との間に電圧を印加した第２電極２２の先端２２Ｔと導電性薄膜１２の表面１２Ｓとを通電状態に維持しつつ、第２電極２２の先端２２Ｔで導電性薄膜１２上を走査する。この走査は、第２電極２２および架台１６の少なくとも一方を相対的に移動させることにより行なう。
これにより、図２（２）に示すように、導電性薄膜１２の厚さｄを貫通し絶縁性基板１０の表面１０Ｓが底面として露出している溝２４を導電性薄膜１２に形成する。
第２電極２２の材質としては、銅（Ｃｕ）、真鍮（黄銅、Ｃｕ−Ｚｎ合金）、ＡｌまたはＡｌ合金、タングステン（Ｗ）を用いることができる。銅は導電性の観点で最も優れている。真鍮は加工性が良いので種々の形状の第２電極を作製するのに適している。加工対象である導電性薄膜１２が軟質である場合には、ＡｌまたはＡｌ合金を用いても良い。加工対象である導電性薄膜１２が硬質である場合には、硬質材料であるタングステンを用いると第２電極の損耗が低減できる。
電源１８としては、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、パルス電流等、種々の形態を用いることができる。
第２電極２２の形状は、図１に示したように先端２２Ｔが尖頭形状でもよいが、図３に示す形態が望ましい。
すなわち、図３に示す第２電極２２は、一対の電極押え具２２Ａで電極本体２２Ｂを挟持した形態であり、電極本体２２Ｂは一定の幅Ｗおよび厚さＤを持つ短冊形状としてある。なお、Ｄは溝２４の幅と同程度の寸法である。これにより電極本体２２Ｂが使用に伴う損耗により先端２２Ｔの位置が後退しても、先端２２Ｔは常に一定の面積を維持する。その結果、加工プロセス全期間を通じて、導電性薄膜１２の通電部分の面積が一定に維持され、高い安定性の加工プロセスが実現できる。
図１（２）は第２電極２２を複数並べた加工方法（加工装置）を斜視図で示したものである。例えば並列に並べた５個の第２電極２２を、板ばね４１又はスプリングを介して絶縁材から成る第２電極支持台４２に支持する。そして、各々の第２電極２２は、電源端子４３を用いて電源に接続される。
このように、第２電極２２をｎ個（例えば５個）並べれば、処理速度はｎ倍（例えば５倍）になる。したがって、ｎ本のパターンを１回の走査で作製することができる。
図１（２）は第２電極２２を複数並べた加工方法（加工装置）を斜視図で示したものである。例えば並列に並べた５個の第２電極２２を、板ばね４１又はスプリングを介して絶縁材から成る第２電極支持台４２に支持する。そして、各々の第２電極２２は、電源端子４３を用いて電源に接続される。
このように、第２電極２２をｎ個（例えば５個）並べれば、処理速度はｎ倍（例えば５倍）になる。したがって、ｎ本のパターンを１回の走査で作製することができる。
図４は第２電極２２の望ましい別実施形態を示す。第２電極の電極本体部分２２Ｃは、形成すべきパターン溝の幅と同程度の寸法の厚さＤ（例えばＤ＝１００μｍ）を有する銅等の金属板からなる電極板として構成されている。そして、電極板２２Ｃの先端２２Ｄは、長手方向（走査時における第２電極と導電性薄膜１２の相対的な進行方向ないし掃引方向）に先端ほど幅が短くなるように、テーパ状に形成されており、導電性薄膜１２との接触面２２Ｅの幅は短く（例えば、Ｗ＝１ｍｍ）されている。したがって、走査時には、図５に示すように、第２電極２２は厚さＤ×幅Ｗの接触面でもって導電性薄膜１２を矢印Ｐで示す掃引方向に走査され、第２電極２２の先端の接触面２２Ｅの厚さＤに対応する溝幅をもった溝（パターン）２４が導電性薄膜１２に形成されることとなる。
〔実施例１〕
本発明の方法により、絶縁性基板１０としてのガラス基板の表面に形成された導電性薄膜１２としてのＭｏ薄膜を加工した。このＭｏ薄膜は、薄膜太陽電池用下部電極を構成するための導電性薄膜であり、スパッタリング、蒸着等により形成される。加工条件は下記のとおりであった。なお第２電極２２としては、図３に示すものを使用した。
本発明の方法により、絶縁性基板１０としてのガラス基板の表面に形成された導電性薄膜１２としてのＭｏ薄膜を加工した。このＭｏ薄膜は、薄膜太陽電池用下部電極を構成するための導電性薄膜であり、スパッタリング、蒸着等により形成される。加工条件は下記のとおりであった。なお第２電極２２としては、図３に示すものを使用した。
＜加工条件＞
第２電極（電極本体）：厚さＤ＝０．１ｍｍ、幅Ｗ＝５ｍｍの銅板
電源装置 ：メトロニクス社製Model 526型
電圧と制限電流値 ：５Ｖ、０．２Ａ
第２電極の掃引速度 ：２ｃｍ／sec
図６に示すように、この加工によりＭｏ薄膜１２に幅１００μｍの溝２４が形成された。溝２４の底面は露出した絶縁性基板１０の表面１０Ｓであった。
第２電極（電極本体）：厚さＤ＝０．１ｍｍ、幅Ｗ＝５ｍｍの銅板
電源装置 ：メトロニクス社製Model 526型
電圧と制限電流値 ：５Ｖ、０．２Ａ
第２電極の掃引速度 ：２ｃｍ／sec
図６に示すように、この加工によりＭｏ薄膜１２に幅１００μｍの溝２４が形成された。溝２４の底面は露出した絶縁性基板１０の表面１０Ｓであった。
〔実施例２〕
本発明の方法により、絶縁性基板１０としてのガラス基板の表面に形成された、導電性薄膜１２としての薄膜太陽電池用下部電極を構成するＭｏ薄膜を加工した。加工条件は、第２電極の厚さＤ＝０．２ｍｍとした以外は実施例１と同様であった。
本発明の方法により、絶縁性基板１０としてのガラス基板の表面に形成された、導電性薄膜１２としての薄膜太陽電池用下部電極を構成するＭｏ薄膜を加工した。加工条件は、第２電極の厚さＤ＝０．２ｍｍとした以外は実施例１と同様であった。
この加工によりＭｏ薄膜１２に幅２００μｍの溝２４が形成された。溝２４の底面は露出した絶縁性基板１０の表面１０Ｓであった。
上記の実施例においては、第２電極２２を１個用いたが、複数個を用いて複数個の溝を同時に形成すれば、パターニング処理の効率を大幅に向上することができる。
［実施例３］
第２電極２２としては、図４に示すような電極板（電極本体部分）２２Ｃで構成されているものを用い、図５に示すように、この第２電極２２をガラス基板（絶縁性基板）１０に対して矢印Ｐ方向に掃引することにより加工した。ガラス基板１０の表面に形成された導電性薄膜１２としては、一般的なフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）の薄膜を用いた。この導電性薄膜１２を含む透明導電膜基板の諸元（仕様）並びにパターニング条件は次のとおりである。
＜透明導電膜基板の仕様＞
品名 ＳｎＯ２導電基板（旭硝子社製）
基板サイズ ５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．１ｍｍｔ
基体の材質 ガラス
透明導電膜の材料 フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）
透明導電膜の膜厚 １．０μｍ
透明導電膜のシート抵抗 ８．８Ω／□
＜パターニング条件＞
電源（直流安定化電源） ＭＯＤＥＬ５２６（メテロニクス社製）
設定電圧（制限電流値） ２０Ｖ（２Ａ）
第２電極の掃引速度 ２ｃｍ／ｓｅｃ
ここで、適切な印加電圧は主に被加工物である透明導電膜１２のシート抵抗値に応じて選択されるべきである。シート抵抗値が高い場合にはより高い印加電圧を必要とする傾向がある。透明導電膜１２に接触する第２電極２２先端の接触面２２Ｅに大きなジュール熱が発生し、接触部における透明導電膜１２が蒸発もしくは剥離する。その結果、第２電極２２の掃引軌跡に沿ってパターン溝２４が形成される。
第２電極２２としては、図４に示すような電極板（電極本体部分）２２Ｃで構成されているものを用い、図５に示すように、この第２電極２２をガラス基板（絶縁性基板）１０に対して矢印Ｐ方向に掃引することにより加工した。ガラス基板１０の表面に形成された導電性薄膜１２としては、一般的なフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）の薄膜を用いた。この導電性薄膜１２を含む透明導電膜基板の諸元（仕様）並びにパターニング条件は次のとおりである。
＜透明導電膜基板の仕様＞
品名 ＳｎＯ２導電基板（旭硝子社製）
基板サイズ ５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．１ｍｍｔ
基体の材質 ガラス
透明導電膜の材料 フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）
透明導電膜の膜厚 １．０μｍ
透明導電膜のシート抵抗 ８．８Ω／□
＜パターニング条件＞
電源（直流安定化電源） ＭＯＤＥＬ５２６（メテロニクス社製）
設定電圧（制限電流値） ２０Ｖ（２Ａ）
第２電極の掃引速度 ２ｃｍ／ｓｅｃ
ここで、適切な印加電圧は主に被加工物である透明導電膜１２のシート抵抗値に応じて選択されるべきである。シート抵抗値が高い場合にはより高い印加電圧を必要とする傾向がある。透明導電膜１２に接触する第２電極２２先端の接触面２２Ｅに大きなジュール熱が発生し、接触部における透明導電膜１２が蒸発もしくは剥離する。その結果、第２電極２２の掃引軌跡に沿ってパターン溝２４が形成される。
図７（ａ）は、実施例３において上記した適切な条件で加工した場合の透明導電膜１２の加工パターン溝を形成した状態を示す。この場合、第２電極２２の厚さＤ（１００μｍ）にほぼ等しい線幅のパターン溝が加工されたことがわかる。これに対し、図７（ｂ）は他の条件は実施例３と同じであるが、印加する電圧を過大な電圧（８０Ｖ）として加工した場合の例であり、第２電極２２の厚さＤ（１００μｍ）に対しパターン溝の幅が極端に広がっていることがわかる。
次に、この第３実施例の条件下において、５０ｍｍ角基板に１０ｍｍ間隔で４本の直線パターン溝を作成して透明導電膜２２を５分割した。５分割された透明導電膜を順次１〜５（測定個所）とし、隣接する透明導電膜間の電気抵抗値（パターン間電気抵抗値）を測定した結果、次のようになった。
＜パターン間電気抵抗値＞
測定箇所 抵抗値
１−２ ３８ｋΩ
２−３ ４０ｋΩ
３−４ ４４ｋΩ
４−５ ５０ｋΩ
（平均）４３ｋΩ
このように分割された透明導電膜を用いてデバイスを構成する際、透明導電膜間の抵抗を通してリーク電流が流れることになるが、太陽電池のように１セルあたりの出力電圧が約０．５Ｖ〜０．８Ｖと低く且つ電流が大きい（〜２０ｍＡ／ｃｍ２）デバイスにおいては、隣接する透明導電膜間の電気抵抗値が上記のように、数１０ｋΩと十分高く、リーク電流は高々、数１０μＡであるので、太陽電池としての特性を低下させることはない。しかし、表示デバイスのように、高電圧、低電流で動作させる場合には分割された透明導電膜間の絶縁性をさらに改善する必要がある。
＜パターン間電気抵抗値＞
測定箇所 抵抗値
１−２ ３８ｋΩ
２−３ ４０ｋΩ
３−４ ４４ｋΩ
４−５ ５０ｋΩ
（平均）４３ｋΩ
このように分割された透明導電膜を用いてデバイスを構成する際、透明導電膜間の抵抗を通してリーク電流が流れることになるが、太陽電池のように１セルあたりの出力電圧が約０．５Ｖ〜０．８Ｖと低く且つ電流が大きい（〜２０ｍＡ／ｃｍ２）デバイスにおいては、隣接する透明導電膜間の電気抵抗値が上記のように、数１０ｋΩと十分高く、リーク電流は高々、数１０μＡであるので、太陽電池としての特性を低下させることはない。しかし、表示デバイスのように、高電圧、低電流で動作させる場合には分割された透明導電膜間の絶縁性をさらに改善する必要がある。
［実施例４］
分割された透明導電膜を用いてデバイスを構成する場合において、分割された透明導電膜間の絶縁性を改善することを目的として、実施例３と同様の方法により、透明導電膜を分割した後に、隣接する透明導電膜間に高電圧を印加する工程を加えた。このような高電圧電源回路の例を図８に示す。したがって、図１の符号１８で示す電源に、図８に示す高電圧電源回路を組み込むことにより、３００Ｖの電圧を発生せることができるが、電流制限抵抗器Ｒ１により、出力電流値は最大３ｍＡに抑制される。これにより、高電圧を印加した隣接する透明導電膜間にアーク放電が生じ過大電流が流れることによる膜の損傷を防止することができる。
分割された透明導電膜を用いてデバイスを構成する場合において、分割された透明導電膜間の絶縁性を改善することを目的として、実施例３と同様の方法により、透明導電膜を分割した後に、隣接する透明導電膜間に高電圧を印加する工程を加えた。このような高電圧電源回路の例を図８に示す。したがって、図１の符号１８で示す電源に、図８に示す高電圧電源回路を組み込むことにより、３００Ｖの電圧を発生せることができるが、電流制限抵抗器Ｒ１により、出力電流値は最大３ｍＡに抑制される。これにより、高電圧を印加した隣接する透明導電膜間にアーク放電が生じ過大電流が流れることによる膜の損傷を防止することができる。
図９（ａ）、（ｂ）に電流制限抵抗器の有無による加工パターンの違いを示す。電流制限抵抗器Ｒ１が無い場合には図９（ｂ）に示すように過大電流のために透明導電膜が広範囲にわたり損傷していることがわかる。これに対し、電流制限抵抗器Ｒ１を用いた場合には図９（ａ）に示すように透明導電膜が損傷されることはなくほぼ所定の溝幅（１００μｍ）に維持されていることがわかる。
図８に示す電源装置を用いて分割された各透明導電膜間に高電圧を印加した。この後、各透明導電膜間の抵抗値を測定したところ、１−２間、２−３間、３−４間、４−５間のすべてにおいて、１ＭΩ以上の抵抗値であった。このことは、高電圧の印加により、透明導電膜間に存在する数１０ＫΩの抵抗体が焼き切られ、透明導電膜間の絶縁性が大幅に改善されたことを示すものである。
［実施例５］
分割された透明導電膜間の絶縁性を改善することを目的として、制限電流値が印加電圧の大きさに対応して異なることを特徴とする電源を用いて透明導電膜のパターニングを行った。このような電源装置の一例を図１０に示す。電源装置をこのような構成とするとにより、第２電極を透明導電膜に接触させながら掃引すると低電圧電源（２０Ｖ電源）が作用しても実施例３の場合と同様に透明導電膜に溝パターンが形成される。このとき溝パターン領域に高抵抗の抵抗体が存在しても、高電圧電源（３００Ｖ）が引き続き作用することで高抵抗の抵抗体が焼き切られ、溝パターンで分離された透明導電膜で絶縁性が向上する。しかも、電流制限抵抗器（３００ｋΩ）により最大電流が１ｍＡ以下に抑えられているので透明導電膜のほかの領域に損傷が及ぶことはない。
分割された透明導電膜間の絶縁性を改善することを目的として、制限電流値が印加電圧の大きさに対応して異なることを特徴とする電源を用いて透明導電膜のパターニングを行った。このような電源装置の一例を図１０に示す。電源装置をこのような構成とするとにより、第２電極を透明導電膜に接触させながら掃引すると低電圧電源（２０Ｖ電源）が作用しても実施例３の場合と同様に透明導電膜に溝パターンが形成される。このとき溝パターン領域に高抵抗の抵抗体が存在しても、高電圧電源（３００Ｖ）が引き続き作用することで高抵抗の抵抗体が焼き切られ、溝パターンで分離された透明導電膜で絶縁性が向上する。しかも、電流制限抵抗器（３００ｋΩ）により最大電流が１ｍＡ以下に抑えられているので透明導電膜のほかの領域に損傷が及ぶことはない。
この実施例５において、５０ｍｍ角基板上の透明電極膜に１０ｍｍ間隔で幅１００μｍの４本の直線パターンを作製し透明導電膜を５分割した。隣接する透明導電膜間の電気抵抗値を測定した結果、１−２間、２−３間、３−４間、４−５間のすべてにおいて、１ＭΩ以上の抵抗値であり、良好な絶縁性が得られた。
このように第２電極を１回掃引するだけで、隣接する透明導電膜間に良好な絶縁性を確保することができた。この実施例における電源装置を用いれば、高電圧を印加する後工程を用いることなく、短い手順で、絶縁性の高いパターニングが可能となる。
以上説明したように、高電源電圧（第２電圧）の電圧は、パターニングに用いる電圧に対し、５倍〜５０倍程度である。また、高電源電圧（第２電圧）の電源の制限電流値は、パターニングに用いる電圧の制限電流値に対し、１／１０００倍〜１／１００００倍程度である。
以上説明したように、高電源電圧（第２電圧）の電圧は、パターニングに用いる電圧に対し、５倍〜５０倍程度である。また、高電源電圧（第２電圧）の電源の制限電流値は、パターニングに用いる電圧の制限電流値に対し、１／１０００倍〜１／１００００倍程度である。
本発明によれば、絶縁性基板上の導電性薄膜に容易に溝形成できる薄膜の加工方法及び装置が提供される。
本発明の方法は、（１）通常の電源と電極を用いれば実行できるので、レーザビーム加工のように高価な設備を必要とせず、かつメンテナンスも容易であり、（２）第２電極先端で導電性薄膜表面を走査するだけでパターニングできるので、リフトオフ法のように煩雑な工程を必要とせず、それによる生産コスト増も生じることがなく、（３）導電性薄膜を蒸発または酸化によりエッチング除去するので、メカニカルスクライブ法のように導電性薄膜の硬さによらず容易にパターニングできる。また、（４）第２電極２２およびその電源を複数配列すれば、一回の操作で複数のパターンを同時に形成できるので、パターニング処理速度を容易に向上できる。
１０ 絶縁性基板
１２ 導電性薄膜（透明導電膜）
ｄ 導電性薄膜１２の厚さ
１２Ｓ 導電性薄膜１２の表面
１４ 第１電極
１６ 架台
１８ 電源
２０ リード線
２２ 第２電極
２４ 溝
１２ 導電性薄膜（透明導電膜）
ｄ 導電性薄膜１２の厚さ
１２Ｓ 導電性薄膜１２の表面
１４ 第１電極
１６ 架台
１８ 電源
２０ リード線
２２ 第２電極
２４ 溝
Claims (9)
- 絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜の加工方法であって、
第１電極を上記導電性薄膜に接触させ、上記第１電極との間に第１電圧を印加した第２電極の先端と上記導電性薄膜の表面とを通電状態に維持しつつ、該第２電極の先端で該導電性薄膜上を走査することにより、該導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出している溝を該導電性薄膜に形成すると共に、形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加すると共に、該第２電圧の電源の制限電流値をパターニングに用いる電源の制限電流値に比較して大幅に低い値に設定することを特徴とする導電性薄膜の加工方法。 - 請求項１において、上記絶縁性基板としてのガラス基板の表面に、上記導電性薄膜として、薄膜太陽電池用下部電極を構成するための金属薄膜が形成されていることを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- 請求項２において、上記金属薄膜がモリブデン薄膜であることを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- 請求項１において、上記絶縁性基板としてのガラス基板の表面に、上記導電性薄膜として、薄膜太陽電池上部電極を構成するための透明導電薄膜が形成されていることを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- 請求項４において、上記透明導電薄膜がインジウム錫酸化物薄膜であることを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- 請求項１から５までのいずれか１項において、複数本の上記第２電極を同時に走査することにより、複数本の上記溝を同時に形成することを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- 絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜の一部に接触する第１電極と、形成すべきパターン溝幅と同程度の寸法に先端を加工した第２電極との間に所定の第１電圧を印加した状態で、該第２電極の先端で前記導電性薄膜上を走査することにより、該導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出しているパターン溝を該導電性薄膜に形成すると共に、形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加すると共に、該第２電圧の電源の制限電流値をパターニングに用いる電源の制限電流値に比較して大幅に低い値に設定することを特徴とする導電性薄膜の加工方法。
- パターニングに用いる電源の制限電流値が、印加電圧の大きさに対応して異なることを特徴とする請求項７に記載の導電性薄膜の加工方法。
- 絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜にパターン溝を形成する加工装置であって、
上記導電性薄膜に接触させた第１電極で上記絶縁性基板を架台上に締付けて固定する手段と、
先端の走査部が、形成すべきパターンの溝幅に対応する幅を有する第２電極と、
上記第１電極と第２電極の先端との間に第１電圧を印加する手段と、
上記導電性薄膜の表面と上記第２電極の先端とを通電状態に維持しつつ、前記第２電極又は前記架台を動作させることにより、前記導電性薄膜の厚さを貫通し上記絶縁性基板の表面が底面として露出しているパターン溝を形成するパターン溝形成手段と、
形成した前記パターン溝により分離された隣接する導電性薄膜間に、前記第１電圧に比較して大幅に高い第２電圧を印加する、電流制限抵抗器を有する高電圧電源回路が組み込まれた、パターン溝の溝幅維持手段と、を具備することを特徴とする導電性薄膜の加工装置。
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