JP4884080B2

JP4884080B2 - 導電性金属酸化物薄膜の除去装置

Info

Publication number: JP4884080B2
Application number: JP2006148687A
Authority: JP
Inventors: 鉄也井上; 博之大工; 孝信椙本
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2026-05-29
Also published as: JP2007314860A

Description

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装置に関するものである。

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。

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３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。

また、後者の方法は、図４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）。
特開平６−３２１５８１号公報特開平９−８６９６８号公報

ところで、フラットパネルディスプレイ等の製造工程で排出される不良品や使用済みの前記ガラス基板の中には、既に破砕された状態のものも存在する。
このような破砕された状態のガラス基板では、機械的擦過による薄膜除去は困難である。

また、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、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。

本発明が解決しようとする問題点は、破砕された状態の基材では、機械的擦過によって薄膜を除去するのは困難であり、また化学エッチングによる方法では、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。

本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置は、
強酸や強アルカリの化学液を使用しないで、破砕された状態の基材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ために、
有底筒状体と、この有底筒状体内に設置され、導電性金属酸化物薄膜が形成された基材を攪拌する攪拌翼と、この攪拌翼を回転させる駆動装置とからなる攪拌容器と、
この攪拌容器の前記有底筒状体の内周側が正電極、前記攪拌翼が負電極、或いは前記有底筒状体の内周側が負電極、前記攪拌翼が正電極となるように、有底筒状体の内周側と攪拌翼間に電圧を印加する電源装置を備えると共に、
前記有底筒状体の内周の少なくとも一部を露出させた状態でこの有底筒状体の内周を絶縁部材で覆い、
この有底筒状体内に入れた電解液を介して前記有底筒状体の内周側と攪拌翼間に電圧を印加しつつ攪拌翼を回転させることで、前記基材から導電性金属酸化物薄膜を除去することを最も主要な特徴としている。

この本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置では、強酸や強アルカリの化学液を使用しないので、安全かつ環境に負荷を与えずに、破砕された状態の基材に形成された導電性金属酸化物薄膜を除去することができる。

前記本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、
前記攪拌翼は、正電極と負電極が交互に配置するように印加可能な構成とすれば、攪拌容器が大きくなっても、導電性金属酸化物薄膜の除去を十分に行なうことができる。

また、前記本発明の導電性金属酸化物薄膜の除去装置において、
前記攪拌容器内に、基材の導電性金属酸化物薄膜の除去に影響を及ぼさない材質からなる部材を混入させれば、還元効率が向上し、また摩擦による薄膜剥離効率が向上する。

本発明では、機械的擦過による除去が困難な、破砕された状態の基材に形成された導電性金属酸化物薄膜を、強酸や強アルカリの化学液を使用しないで、効率良く除去することができ、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。

以下、本発明を実施するための最良の形態及び各種の形態を図１及び図２を用いて詳細に説明する。
本発明は、破砕状態にある絶縁物や導電物などの基材の、例えば表面に形成された導電性金属酸化物薄膜を、強酸や強アルカリを使用しないで除去する装置である。

つまり、本発明は、たとえば図１に示すように、電解液１６を充填した攪拌容器１１の中に前記基材２２を入れて攪拌することにより、基材２２から導電性金属酸化物薄膜を除去するのである。

この攪拌容器１１は、有底筒状体１２の内部に、たとえばモータ等の駆動装置（図示省略）によって回転される攪拌翼１３を設置した構成で、前記有底筒状体１２の内周は、絶縁体で形成された、たとえば網目状部材１４で覆われている。

そして、前記攪拌容器１１は、たとえばその有底筒状体１２の内周壁側が正電極、攪拌翼１３が負電極となるように、電源装置１５によって有底筒状体１２の内周壁側と攪拌翼１３間に電圧を印加するようにしている。図１の例では、前記有底筒状体１２の内周壁側を正電極とするために、有底筒状体１２の内周部に筒状の導体１７を嵌合させたものを示している。

なお、図１とは逆に、有底筒状体１２の内周壁側が負電極、攪拌翼１３が正電極となるようにしてもよい。

このような本発明装置では、攪拌翼１３の負極と有底筒状体１２の内周側の正極が前記基材２２を介して接触することによる短絡を防止し、電解液１６を介してのみ導通するように、前記網目状部材１４のメッシュサイズは、この攪拌容器１１に投入される前記基材２２よりも小さいものが用いられる。従って、前記短絡を防止できるものであれば、網目状部材１４に限らないことは言うまでもない。

本発明装置を用いて基材２２から導電性金属酸化物薄膜を除去するには、前記攪拌容器１１内に電解液１６を入れ、前記有底筒状体１２の内周側に設けた導体１７と攪拌翼１３間に電圧を印加しつつ攪拌翼１３を回転させる。

このようにすることで、前記基材２２の導電性金属酸化物薄膜には還元反応が生じて金属化し、基材２２との結合が弱まることになる。基材２２との結合が弱まった導電性金属は、攪拌によって基材２２から除去される。

図１の例では、除去された導電性金属は、前記攪拌容器１１よりオーバーフローした電解液１６と共に、電解液捕集パン１８を介して回収タンク１９に溜め、フィルタ２０を通して回収し、導電性金属を回収した電解液１６は、攪拌容器１１に戻して循環使用するものを示している。なお、図１中の２１は循環ポンプを示す。

すなわち、本発明装置では、有底筒状体１２の内周壁側が正電極、攪拌翼１３が負電極となるように、たとえば直流電圧を印加すると、攪拌翼１３と接触する導電性金属酸化物薄膜の表面部分が負極となり、両電極の表面からは、電解作用により水素・酸素イオン及び微細気泡が発生し始める。

導電性金属酸化物薄膜の表面には、この電解作用によってＨ₂が発生するが、このＨ₂が還元剤となって導電性金属酸化物薄膜中のＯ₂を取り除く作用を生じる。なお、このＨ₂の発生は導電性金属酸化物薄膜の界面で生じることから、効率の良い還元反応が生じる。

Ｏ₂による結合が無くなった導電性金属酸化物薄膜は金属元素だけになり、基材２２の表面への結合力が弱まる。したがって、この金属元素だけになった導電性金属は、攪拌によって容易に除去することができる。

以上の説明のように、本発明装置は、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。

従って、使用する電解液１６は、一般に用いられる中性塩溶液、または水道水や河川水等に中性塩溶液を混合したものが利用可能であるが、好ましくは、前述のように抵抗率が１０²Ω・cmから１０⁶Ω・cm、より好ましくは１０³Ω・cmから１０⁴Ω・cmに調整されたものが良い。

本発明では、基本的に正電極となる有底筒状体１２の内周壁側が基材２２とは非接触故、抵抗率が１０²Ω・cm未満の導電性の高い電解液１６では、両電極間に印加された電圧が導電性金属酸化物薄膜を通さず、前記両電極間で電解液１６を通して導通状態となるため、導電性金属酸化物薄膜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。

このように本発明では、抵抗率の比較的高い電解液１６が適していることから、従来、電解液１６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。

電解液として水道水を使用し、ガラス基板上に膜厚が１０００×１０⁻¹⁰mのＩＴＯを形成した１００mm×１００mmの被加工物を５〜１０mm程度に破砕したものを対象として、図１に示した本発明装置の正電極と負電極間に１００Ｖの直流電圧を印加し（電流：０．５Ａ）、１０rpmで攪拌して導電性金属酸化物薄膜を還元除去したところ、機械的擦過で除去できないような大きさの被加工物でもＩＴＯが除去でき、ガラス基板の再生が可能になった。

実施例１により除去したＩＴＯを、図１で説明した回収装置（フィルタのメッシュ：１μm、回収タンク容量：５０リットル、フィルタへの吐出量：１０リットル／分）で回収したところ、ＩｎとＳｎを金属固体として回収できた。

前記回収金属をＸ線マイクロアナライザーで成分分析したところ、ＩＴＯの成分であるＩｎとＳｎがＩｎ：Ｓｎ＝９：１の割合で検出され、ＩＴＯがそのままの成分比率で回収できたことを確認した。

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。

例えば、図１の例では、攪拌容器１１の上部開口から電解液１６を戻しているが、除去した導電性金属が攪拌容器１１の底部に滞留するのを防止するため、図２（ａ）に矢印で示すように、攪拌翼１３の内部を通して電解液１６を供給するようにしてもよい。

また、攪拌容器１１が大きくなると、有底筒状体１２の内周側を正電極とするだけでは、導電性金属酸化物薄膜の除去が十分に行なわれない可能性がある。その場合は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、攪拌翼１３自体も、正電極と負電極が交互に配置するように印加できる構成とすれば、導電性金属酸化物薄膜の除去効率がよくなる。この場合は、攪拌翼１３の表面を網目状部材１４のような絶縁部材で覆っておく必要があることは言うまでもない。

また、摩擦による導電性金属酸化物薄膜の除去効率を向上させるため、攪拌容器１１内に電解反応の少ない部材を混入させてもよい。この場合の部材は、ガラス、セラミック、樹脂などの絶縁物で、攪拌容器１１や基材２２への疵発生を防止する観点から球状体のものを採用することが望ましい。

また、回収タンク１９内の金属微粒子を含む電解液１６にマイクロバブルを混入し、金属微粒子をクラスタ化してフィルタで回収しやすくするようにしてもよいなど、金属微粒子の回収方法は特に限定されない。同様に攪拌容器１１から回収タンク１９への回収方法も特に限定されない。

本発明の第１の例を説明する概略図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の例を説明する攪拌翼の図である。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。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

１１攪拌容器
１２有底筒状体
１３攪拌翼
１４網目状部材
１５電源装置
１６電解液
１７導体
２２基材

Claims

有底筒状体と、この有底筒状体内に設置され、導電性金属酸化物薄膜が形成された基材を攪拌する攪拌翼と、この攪拌翼を回転させる駆動装置とからなる攪拌容器と、
この攪拌容器の前記有底筒状体の内周側が正電極、前記攪拌翼が負電極、或いは前記有底筒状体の内周側が負電極、前記攪拌翼が正電極となるように、有底筒状体の内周側と攪拌翼間に電圧を印加する電源装置を備えると共に、
前記有底筒状体の内周の少なくとも一部を露出させた状態でこの有底筒状体の内周を絶縁部材で覆い、
この有底筒状体内に入れた電解液を介して前記有底筒状体の内周側と攪拌翼間に電圧を印加しつつ攪拌翼を回転させることで、前記基材から導電性金属酸化物薄膜を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装置。
前記攪拌翼は、正電極と負電極が交互に配置するように印加可能な構成となされてい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装置。
前記攪拌容器内に、基材の導電性金属酸化物薄膜の除去に影響を及ぼさない材質からなる部材を混入させた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装置。