JP2024014266A - グラフェン膜付き基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】グラフェン膜に亀裂および皺が形成されることを抑制すること。【解決手段】基板上に形成された導電パターンを覆うようにグラフェン膜を転写する場合、グラフェン膜に亀裂や皺が生じて、グラフェンの特徴である電荷移動度が低下することがある。そこで、基板上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターンを形成し、この導電パターンを覆うようにグラフェン膜を転写する。これにより、グラフェン膜に亀裂や皺が生じることを抑制できる。【選択図】図２

Description

本発明は、グラフェン膜付き基板の製造方法に関する。

グラフェンは、電荷の移動度が高いことから、次世代の電子デバイスにおけるチャネル材料などとして期待されている。しかしながら、現状では、素子基板上にグラフェン膜を直接形成することが難しい。このため、他の基板上に形成したグラフェン膜を剥離して、素子基板上に転写することが行われている。例えば、素子基板上に形成された金属パッドを覆うようにグラフェン膜を転写し、その後、グラフェン膜を所望の形状にパターニングすることで電子デバイスを得ることが知られている（例えば特許文献１）。

米国特許出願公開第２０１４／００６１５９０号明細書

基板上に形成された導電パターンを覆うようにグラフェン膜を転写する場合、グラフェン膜に亀裂および／または皺が形成され、グラフェンの特徴である電荷移動度が低下してしまうことがある。

１つの側面では、グラフェン膜に亀裂および皺が形成されることを抑制することを目的とする。

１つの態様では、基板上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターンを形成する工程と、前記導電パターンを覆うように前記基板上にグラフェン膜を転写する工程と、を備えるグラフェン膜付き基板の製造方法である。

１つの側面として、グラフェン膜に亀裂および皺が形成されることを抑制できる。

図１（ａ）から図１（ｃ）は、実施例１に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図（その１）である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図（その２）である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、導電膜を成膜する際の基板の自転および揺動を示す図である。 図４（ａ）から図４（ｄ）は、基板上へのグラフェン膜の転写について示す断面図（その１）である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、基板上へのグラフェン膜の転写について示す断面図（その２）である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、比較例に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図（その１）である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、比較例に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図（その２）である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、導電膜を成膜する際の基板の自転および水平移動を示す図である。 図９（ａ）は、シミュレーションに用いたサンプルの断面図、図９（ｂ）は、シミュレーションにおける基板の往復移動の周期を示すグラフである。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、基板を水平方向に往復移動させながら金属膜を成膜したときの金属膜の形状のシミュレーション結果である。 図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例３に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図である。 図１２は、金属膜にアルゴン（Ａｒ）イオンを照射してスパッタエッチングを行う前後における金属膜の形状のシミュレーション結果である。 図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、実施例４に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す図（その１）である。 図１４（ａ）から図１４（ｄ）は、実施例４に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す図（その２）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

図１（ａ）から図２（ｃ）は、実施例１に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）のように、表面に絶縁膜１２が形成された基板１０を準備する。基板１０は、例えば酸化膜付きのシリコン基板である。この場合、絶縁膜１２は、酸化シリコン膜である。絶縁膜１２は、基板１０の上面だけでなく、表面全体に形成されていてもよい。基板１０上に複数の開口部１４を有するマスク層１６を形成する。マスク層１６は、上層１６ａと下層１６ｂとを含む。マスク層１６の上層１６ａは例えばフォトレジストにより形成され、下層１６ｂは上層１６ａを現像するときの現像液に可溶な樹脂により形成される。これにより、上層１６ａに対して露光および現像を行うことで下層１６ｂも現像液に溶け、その結果、上層１６ａに比べて下層１６ｂでの幅が大きい開口部１４が形成される。開口部１４を、上層１６ａに比べて下層１６ｂでの幅が大きい形状とするのは、後述するリフトオフを行い易くするためである。

図１（ｂ）のように、マスク層１６をマスクとして、基板１０上に例えば真空蒸着法を用いて導電膜１８を成膜する。この際に、基板１０を自転させながら揺動させることで、基板１０上に導電膜１８を成膜する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、導電膜１８を成膜する際の基板１０の自転および揺動を示す図である。図３（ａ）は、基板１０の自転を示す平面図、図３（ｂ）は、基板１０の揺動を示す側面図である。図３（ａ）のように、真空蒸着法による導電膜１８の成膜の間、基板１０の中心１１を自転軸として矢印４０のように基板１０を自転させる。図３（ｂ）のように、真空蒸着法による導電膜１８の成膜の間、基板１０の上方に位置する蒸着源４４を中心として矢印４２のように基板１０を振り子状に揺動させる。

真空蒸着法では蒸着材料が高い直進性を持って基板１０に入射する。このため、蒸着源４４を中心として基板１０を揺動させることで、複数の開口部１４各々において蒸着源４４から出射される蒸着材料の一部がマスク層１６に遮られて開口部１４内に入射されなくなることが生じる。また、基板１０を自転させながら蒸着源４４を中心として基板１０を揺動させることで、開口部１４の全方向に対して、蒸着材料の一部がマスク層１６に遮られて開口部１４内に入射されなくなることが生じる。これにより、開口部１４内に形成される導電膜１８は、図１（ｂ）のように、断面視にて上部に向かって傾斜した形状となる。例えば、開口部１４内に形成される導電膜１８は、断面視にて、楕円弧状または円弧状などの曲面の形状となる。開口部１４内に形成される導電膜１８の表面は、断面視にて、下部から上部に向かって曲線で表されてもよいし、直線で表されてもよいし、曲線と直線との両方で表されてもよい。

図１（ｃ）のように、マスク層１６と、マスク層１６上に形成された導電膜１８と、をリフトオフ法により除去する。これにより、基板１０上に、断面視にて上部に向かって傾斜した形状の複数の導電パターン２０が形成される。すなわち、基板１０上に、断面視にて下部の幅Ｗ１よりも上部の幅Ｗ２が狭くなるように傾斜した形状の複数の導電パターン２０が形成される。導電パターン２０の上部は、断面視にて例えば曲面状となっている。なお、導電パターン２０の上部は、断面視にて例えば平坦上となっていてもよい。導電パターン２０の厚さＴは例えば１０ｎｍ～３００ｎｍ程度である。導電パターン２０の最大の幅Ｗ１は例えば１０μｍ～１００μｍ程度である。隣接する導電パターン２０の間隔Ｈは例えば１０μｍ～１００μｍ程度である。基板１０の上面と導電パターン２０の表面とがなす角度θは例えば２０°～６０°である。導電パターン２０は、例えば配線でもよいし、電極でもよいし、その他でもよい。

図２（ａ）のように、基板１０上に、複数の導電パターン２０を直接覆うようにグラフェン膜３０を転写する。グラフェン膜３０は、単層でもよいし、複数層でもよい。グラフェン膜３０の上面には、例えばＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）レジストであるポリマー膜３２が設けられている。ポリマー膜３２の厚さは例えば１００ｎｍ程度である。

ここで、基板１０上へのグラフェン膜３０の転写について説明する。図４（ａ）から図５（ｂ）は、基板１０上へのグラフェン膜３０の転写について示す断面図である。図４（ａ）のように、基板５０上に、例えばスパッタリング法を用いて金属膜５２を形成する。金属膜５２の厚さは、例えば１ｎｍ～１ｍｍ程度である。基板５０は、例えばサファイア基板である。金属膜５２は、例えば銅膜である。なお、基板５０および金属膜５２は、これに限られる訳ではない。基板５０は、例えば酸化膜付きシリコン基板でもよい。金属膜５２は、グラフェンの触媒となる金属により形成された膜であればよく。例えば鉄膜、ニッケル膜、またはコバルト膜でもよい。

図４（ｂ）のように、金属膜５２上にグラフェン膜３０を形成する。グラフェン膜３０は、例えば熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により金属膜５２上に成長される。熱ＣＶＤ法では、例えば、原料ガスとしてメタンガスを用い、希釈ガスとして水素およびアルゴンを用いる。なお、グラフェン膜３０は、例えばプラズマＣＶＤ法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法などの他の方法により成長されてもよい。グラフェン膜３０は、単層でもよいし、複数層でもよい。グラフェン膜３０を成長した後、窒素雰囲気中に基板５０を載置して脱気処理を行ってもよい。

図４（ｃ）のように、グラフェン膜３０の上面にポリマー膜３２を塗布する。ポリマー膜３２はグラフェン膜３０の上面全面に形成される。

図４（ｄ）のように、容器６０に入ったエッチング液６２に基板５０を浸して、金属膜５２をエッチング液６２に溶かす。これにより、基板５０とグラフェン膜３０が分離し、基板５０はエッチング液６２の下に沈み、グラフェン膜３０はエッチング液６２の表面に浮く。グラフェン膜３０の上面にポリマー膜３２が設けられているため、グラフェン膜３０を金属膜５２から分離させても、グラフェン膜３０が散開することが抑制される。

図５（ａ）のように、エッチング液６２の表面に浮いたグラフェン膜３０を別の基板（不図示）で掬った後、グラフェン膜３０を洗浄し、最終的に容器６４に入った純水６６の表面にグラフェン膜３０が浮いた状態とする。

図５（ｂ）のように、純水６６の表面に浮いたグラフェン膜３０を基板１０で掬う。これにより、図２（ａ）のように、基板１０上に複数の導電パターン２０を覆うグラフェン膜３０が転写される。グラフェン膜３０の上面にはポリマー膜３２が設けられている。

図２（ｂ）のように、ポリマー膜３２が溶ける溶液が入った容器に基板１０を浸す。これにより、グラフェン膜３０の上面に設けられたポリマー膜３２が溶けて除去される。その後、基板１０およびグラフェン膜３０を水洗した後に加熱機器６８により加熱して、基板１０とグラフェン膜３０を乾燥させる。加熱機器６８は例えばヒーターである。

図２（ｃ）のように、基板１０とグラフェン膜３０を乾燥させることで、基板１０上に、導電パターン２０を覆うようにグラフェン膜３０が転写されたグラフェン膜付き基板１００が得られる。

［比較例］

図６（ａ）から図７（ｂ）は、比較例に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図である。図６（ａ）のように、基板１０上に、複数の開口部１４を有するマスク層１６を形成する。マスク層１６は、上層１６ａと下層１６ｂとを含む。

図６（ｂ）のように、マスク層１６をマスクとして、基板１０上に例えば真空蒸着法を用いて導電膜１８を成膜する。比較例においては、導電膜１８の成膜の間、基板１０の自転および揺動は行わない。このため、開口部１４内に形成される導電膜１８は、断面視にて矩形状の形状となる。

図６（ｃ）のように、マスク層１６と、マスク層１６上に形成された導電膜１８と、をリフトオフ法により除去する。これにより、基板１０上に、断面視にて矩形状の形状をした複数の導電パターン２０ａが形成される。

図７（ａ）のように、基板１０上に、複数の導電パターン２０ａを直接覆うようにグラフェン膜３０を転写する。グラフェン膜３０は、図４（ａ）から図５（ｂ）に示した方法と同じ方法により基板１０上に転写される。グラフェン膜３０およびポリマー膜３２の厚さに対して導電パターン２０ａの間隔が大きいことから、グラフェン膜３０およびポリマー膜３２は導電パターン２０ａによって湾曲するようになる。

図７（ｂ）のように、ポリマー膜３２が溶ける溶液が入った容器に基板１０を浸す。これにより、グラフェン膜３０の上面に設けられたポリマー膜３２が溶けて除去される。その後、基板１０およびグラフェン膜３０を水洗した後に加熱機器６８により加熱して、基板１０とグラフェン膜３０を乾燥させる。導電パターン２０ａが断面視にて矩形形状であるため、導電パターン２０ａの直角の角部においてグラフェン膜３０に掛かる応力が大きくなる。このため、例えばポリマー膜３２の除去および／またはポリマー膜３２の除去後の加熱機器６８による乾燥において、導電パターン２０ａの角部にてグラフェン膜３０に亀裂が生じ、これに伴い皺が生じることがある。グラフェン膜３０に皺が生じることで、皺内に洗浄時の水分などの異物３４が残ってしまうことがある。

一方、実施例１によれば、図１（ｃ）のように、基板１０上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターン２０を形成する。そして、図２（ａ）から図２（ｃ）のように、導電パターン２０を覆うように基板１０上にグラフェン膜３０を転写する。このように、導電パターン２０が上部に向かって傾斜した形状をしているため、導電パターン２０を覆って形成されるグラフェン膜３０に掛かる応力を低減することができる。よって、グラフェン膜３０に亀裂が生じることや、皺が生じることを抑制できる。

また、実施例１では、図２（ａ）から図２（ｃ）のように、導電パターン２０を直接覆うように基板１０上にグラフェン膜３０を転写する。この場合、グラフェン膜３０は導電パターン２０の形状の影響を受けやすい。したがって、比較例のように導電パターン２０ａが矩形状であると、導電パターン２０ａの直角の角部においてグラフェン膜３０に掛かる応力が大きくなり亀裂や皺が発生しやすくなる。しかしながら、実施例１のように、導電パターン２０を下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状とすることで、導電パターン２０を直接覆うようにグラフェン膜３０を転写した場合でも、グラフェン膜３０に掛かる応力を低減できる。よって、グラフェン膜３０に亀裂や皺が生じることを抑制できる。なお、実施例１において、グラフェン膜３０は、導電パターン２０の表面に沿って薄く形成された他の層を間に挟んで導電パターン２０を覆うように転写されてもよい。

また、実施例１では、図１（ｃ）のように、断面視にて上部が曲面状の導電パターン２０を形成する。これにより、導電パターン２０を覆って形成されるグラフェン膜３０に掛かる応力を低減することができ、グラフェン膜３０に亀裂や皺が生じることを抑制できる。

また、実施例１では、図１（ｂ）のように、基板１０上に形成された開口部１４を有するマスク層１６をマスクとし、蒸着法により導電膜１８を成膜する。この際に、図３（ａ）および図３（ｂ）のように、基板１０を自転させつつ蒸着源４４を中心として基板１０を揺動させながら基板１０に蒸着材料を蒸着させる。その後、図１（ｃ）のように、マスク層１６を除去することで、基板１０上に導電パターン２０を形成する。これにより、基板１０上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターン２０を容易に形成することができる。

また、実施例１では、図５（ｂ）のように、一方の面にポリマー膜３２が設けられて純水６６の表面に浮かんだグラフェン膜３０を基板１０で掬う。そして、図２（ｂ）および図２（ｃ）のように、ポリマー膜３２を除去することで、基板１０上にグラフェン膜３０を転写する。この場合、比較例のように導電パターン２０ａが矩形状であると、導電パターン２０ａの直角の角部においてグラフェン膜３０に掛かる応力が大きくなりやすい。しかしながら、実施例１のように、導電パターン２０を下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状とすることで、グラフェン膜３０を基板１０で掬った後にポリマー膜３２を除去する場合でも、グラフェン膜３０に掛かる応力を低減できる。よって、グラフェン膜３０に亀裂や皺が生じることを抑制できる。

また、実施例１では、図２（ｂ）のように、ポリマー膜３２を除去した後に加熱機器６８によりグラフェン膜３０を乾燥させる。この場合、比較例のように導電パターン２０ａが矩形状であると、導電パターン２０の直角の角部においてグラフェン膜３０に掛かる応力が大きくなりやすい。しかしながら、実施例１のように、導電パターン２０を下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状とすることで、グラフェン膜３０を加熱機器６８により乾燥させた場合でも、グラフェン膜３０に掛かる応力を低減できる。よって、グラフェン膜３０に亀裂や皺が生じることを抑制できる。

なお、実施例１では、基板１０上にグラフェン膜３０を転写する方法として、純水６６の表面に浮いたグラフェン膜３０を基板１０で掬い上げる方法を例に示したが、その他の方法を用いてもよい。例えば、粘着テープを用いて基板１０上にグラフェン膜３０を転写する方法でもよい。

実施例１では、基板１０を自転させながら蒸着源４４を中心に揺動させることで、基板１０上に導電膜１８を成膜した。これに対し、実施例２では、基板１０を自転させながら蒸着源４４に対して基板１０を水平方向に往復移動させることで、基板１０上に導電膜１８を成膜する。実施例２のその他の製造工程については、実施例１と同じであるため説明を省略する。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、導電膜１８を成膜する際の基板１０の自転および水平移動を示す図である。図８（ａ）は、基板１０の自転を示す平面図、図８（ｂ）は、基板１０の水平移動を示す側面図である。図８（ａ）のように、真空蒸着法による導電膜１８の成膜の間、基板１０の中心１１を自転軸として矢印４０のように基板１０を自転させる。図８（ｂ）のように、真空蒸着法により導電膜１８の成膜の間、基板１０の上方に位置する蒸着源４４に対して矢印４６のように水平方向に基板１０を往復移動させる。

このように、基板１０を自転させつつ蒸着源４４に対して水平方向に往復移動させることで、実施例１と同様に、複数の開口部１４各々において蒸着源４４から出射される蒸着材料の一部がマスク層１６に遮られて開口部１４内に入射されなくなることが生じる。これにより、開口部１４内に形成される導電膜１８は、実施例１の図１（ｂ）と同様に、断面視にて上部に向かって傾斜した形状となる。マスク層１６を除去した後は、実施例１の図１（ｃ）と同様に、基板１０上に、断面視にて下部の幅よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターン２０が形成される。導電パターン２０の上部は、断面視にて例えば曲面状となる。

［シミュレーション１］
基板１０を蒸着源４４に対して水平方向に往復移動させながら金属膜を成膜したときに、マスク層１６の開口部１４内に形成される金属膜の形状についてシミュレーションした。図９（ａ）は、シミュレーションに用いたサンプルの断面図である。図９（ａ）のように、基板１０上に開口部１４を有するマスク層１６が形成されたサンプルを用いた。マスク層１６は単層構造とした。基板１０の中心における垂線上に蒸着源４４が位置するときを基準位置０とし、基準位置０から紙面上で右側を＋方向、左側を－方向とした。シミュレーション条件は以下である。
蒸着源４４から基板１０までの最短距離Ｌ：１７．３ｃｍ
開口部１４の幅Ｘ：１０μｍ
マスク層１６の厚さＴ：１μｍ、２μｍ、４μｍ、８μｍ
基板１０の水平方向の移動範囲：±５ｃｍ、±１０ｃｍ、±１５ｃｍ

図９（ｂ）は、シミュレーションにおける基板１０の往復移動の周期を示すグラフである。シミュレーションは、シミュレーション範囲の基板１０上に１粒子が照射されるごとにその到達点を７２０００回計算することで行った。図９（ｂ）に示すように、水平方向の移動範囲が±５ｃｍ、±１０ｃｍ、±１５ｃｍのいずれの場合でも、往復移動の周期は３６０００（１粒子照射時間）とした。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、基板１０を水平方向に往復移動させながら金属膜を成膜したときの金属膜の形状のシミュレーション結果である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の横軸は、開口部１４の中心を原点としたときの原点に対する座標であり、縦軸は堆積された金属膜の膜厚である。図１０（ａ）は、マスク層１６の厚さが４μｍで、水平方向の移動範囲が±５ｃｍ、±１０ｃｍ、または±１５ｃｍのときの金属膜の形状のシミュレーション結果である。図１０（ｂ）は、水平方向の移動範囲が±１０ｃｍで、マスク層１６の厚さが１μｍ、２μｍ、４μｍ、または８μｍのときの金属膜の形状のシミュレーション結果である。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）のように、基板１０を蒸着源４４に対して水平方向に往復移動させながら蒸着を行うことで、開口部１４内に堆積される金属膜の形状が上部に向かって傾斜した形状となった。言い換えると、開口部１４内に形成される金属膜の形状が下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状となった。これは、基板１０を蒸着源４４に対して水平方向に往復移動させることで、蒸着源４４から開口部１４に向かう蒸着材料がマスク層１６で遮られることが生じるためと考えられる。図１０（ａ）のように、水平方向の移動範囲が大きくなるほど、蒸着源４４からの蒸着材料がマスク層１６で遮られる範囲が大きくなり、金属膜は上部の幅がより狭くなるように傾斜した形状となった。図１０（ｂ）のように、マスク層１６の厚さが厚くなるほど、蒸着源４４からの蒸着材料がマスク層１６で遮られる範囲が大きくなり、金属膜は上部の幅がより狭くなるように傾斜した形状となった。

なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、蒸着源４４に対して基板１０を水平方向に往復移動させたときのシミュレーション結果であるが、蒸着源４４を中心として基板１０を揺動させた場合も同様の結果が得られると考えられる。これは、基板１０を揺動させた場合でも、蒸着源４４から開口部１４に向かう蒸着材料がマスク層１６で遮られることが生じることは同じであるためである。

実施例２によれば、基板１０上に形成された開口部１４を有するマスク層１６をマスクとし、蒸着法により導電膜１８を成膜する。この際に、図８（ａ）および図８（ｂ）のように、基板１０を自転させつつ蒸着源４４に対して水平方向に往復移動をさせながら基板１０に蒸着材料を蒸着させる。その後、マスク層１６を除去することで、基板１０上に導電パターン２０を形成する。これにより、基板１０上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターン２０を容易に形成することができる。

なお、実施例１では、基板１０を自転させつつ蒸着源４４を中心として基板１０を揺動させながら基板１０に蒸着材料を蒸着させることで導電パターン２０を形成した。実施例２では、基板１０を自転させつつ蒸着源４４に対して水平方向に往復移動をさせながら基板１０に蒸着材料を蒸着させることで導電パターン２０を形成した。しかしながら、これらの場合に限られず、基板１０上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターン２０を形成できれば、その他の方法によって導電パターン２０を形成してもよい。

図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、実施例３に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す断面図である。図１１（ａ）のように、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じ工程を行って、基板１０上に導電パターン２０を形成する。

図１１（ｂ）のように、導電パターン２０に対してスパッタエッチングを行う。例えば、スパッタエッチング装置またはイオンミリング装置を用い、導電パターン２０にアルゴン（Ａｒ）イオンを照射することで、導電パターン２０に対して物理的なエッチングを行う。これにより、導電パターン２０は、エッジ部分が平坦化された形状となる。基板１０の上面と導電パターン２０の表面とがなす角度θは例えば１０°～２０°である。

図１１（ｃ）のように、基板１０上に、複数の導電パターン２０を覆うようにグラフェン膜３０を転写する。グラフェン膜３０は、実施例１の図４（ａ）から図５（ｂ）に示した方法と同じ方法により基板１０上に転写される。

図１１（ｄ）のように、ポリマー膜３２が溶ける溶液が入った容器に基板１０を浸す。これにより、グラフェン膜３０の上面に設けられたポリマー膜３２が溶けて除去される。その後、基板１０およびグラフェン膜３０を水洗した後に加熱機器６８（図１１では不図示）により加熱して、基板１０とグラフェン膜３０を乾燥させて、グラフェン膜付き基板２００を得る。

［シミュレーション２］
上記のシミュレーション１のように基板１０を蒸着源４４に対して水平方向に往復移動させながら金属膜を成膜し、その後、金属膜に対してＡｒイオンを照射してスパッタエッチングしたときの形状についてシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
金属膜の成膜（図９（ａ）および図９（ｂ）を参照）
蒸着源４４から基板１０までの最短距離Ｌ：１７．３ｃｍ
開口部１４の幅Ｘ：１０μｍ
マスク層１６の厚さＴ：４μｍ
基板１０の水平方向の移動範囲：±１０ｃｍ
金属膜のスパッタエッチング
Ａｒイオンの入射方向：基板１０に垂直に入射
エッチング量：エッチング後の金属膜の最小膜厚を５ｎｍとする

図１２は、金属膜にＡｒイオンを照射してスパッタエッチングを行う前後における金属膜の形状のシミュレーション結果である。図１２の横軸は、金属膜の中心を原点としたときの原点に対する座標であり、縦軸は金属膜の膜厚である。図１２のように、金属膜にＡｒイオンを照射してスパッタエッチングを行うことで、金属膜のエッジ部分は基板に対する角度が小さくなるように平坦化された形状となった。

実施例３によれば、グラフェン膜３０を転写する前に、導電パターン２０のエッジ部分を基板１０に対する角度が小さくなるように平坦化する。これにより、グラフェン膜３０に亀裂や皺が生じることを更に抑制できる。

また、実施例３では、導電パターン２０に対して物理的なエッチングを行うことにより、導電パターン２０のエッジ部分を基板１０に対する角度が小さくなるように平坦化する。これにより、導電パターン２０のエッジ部分の平坦化を容易に行うことができる。なお、導電パターン２０のエッジ部分の平坦化は、物理的なエッチングによって行う場合に限られず、その他の方法によって行われてもよい。

なお、実施例３において、導電パターン２０をスパッタエッチングする際、Ａｒイオンを基板１０に垂直に入射させてもよいし、基板１０を傾けてＡｒイオンを基板１０に対して斜めから入射させてもよい。Ａｒイオンを基板１０に斜め方向から入射させる場合、Ａｒイオンの入射方向が基板１０内で偏らないように基板１０を自転させながらＡｒイオンを斜め方向から入射させることが好ましい。

実施例４では、基板上にグラフェン素子が形成される場合の例を示す。グラフェン素子として光センサの場合を例に示す。図１３（ａ）から図１４（ｄ）は、実施例４に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す図である。図１３（ａ）、図１３（ｃ）、図１４（ａ）、図１４（ｃ）は、実施例４に係るグラフェン膜付き基板の製造方法を示す平面図である。図１３（ｂ）、図１３（ｄ）、図１４（ｂ）、図１４（ｄ）は、図１３（ａ）、図１３（ｃ）、図１４（ａ）、図１４（ｃ）のＡ－Ａ断面図である。

図１３（ａ）および図１３（ｂ）のように、実施例１の図１（ａ）から図１（ｃ）と同じ工程を行って、基板１０上に導電パターンであるソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂを形成する。ソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂは、例えば金などの金属により形成される。

図１３（ｃ）および図１３（ｄ）のように、実施例１の図２（ａ）から図２（ｃ）と同じ工程を行って、基板１０上にソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂを覆うようにグラフェン膜３０を転写する。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）のように。グラフェン膜３０を、ソース電極２１ａとドレイン電極２１ｂの間に設けられるチャネル形状に加工する。グラフェン膜３０の加工は、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法により行う。

図１４（ｃ）および図１４（ｄ）のように、基板１０上に、グラフェン膜３０の一端とソース電極２１ａとを接続するソース配線２４ａを形成する。基板１０上に、グラフェン膜３０の他端とドレイン電極２１ｂとを接続するドレイン配線２４ｂを形成する。ソース配線２４ａおよびドレイン配線２４ｂは、例えば金または銅などの金属により形成される。ソース配線２４ａおよびドレイン配線２４ｂは、例えばスパッタリング法などにより金属膜を堆積したのち、エッチング法などにより金属膜をパターニングすることにより形成される。ソース配線２４ａおよびドレイン配線２４ｂはリフトオフ法により形成してもよい。

基板１０にバックゲート電圧を印加し、ソース電極２１ａとドレイン電極２１ｂとの間にソース－ドレイン電圧を印加する。これにより、グラフェン膜３０に照射される光を検出することができる。

実施例４によれば、基板１０上に、導電パターンであるソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂを形成する。ソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂを覆うように基板１０上にグラフェン膜３０を転写した後、グラフェン膜３０をソース電極２１ａおよびドレイン電極２１ｂとの間に位置するチャネル形状に加工する。実施例１に記載したように、グラフェン膜３０には亀裂および皺が生じることが抑制されることから、良好な特性を有する光センサが得られる。

なお、実施例４では、基板１０上に形成されるグラフェン素子が光センサである場合を例に示したが、この場合に限られるわけではない、グラフェン素子は、ガスセンサやトランジスタなど、その他の場合でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 基板
１１ 中心
１２ 絶縁膜
１４ 開口部
１６ マスク層
１６ａ 上層
１６ｂ 下層
１８ 導電膜
２０、２０ａ 導電パターン
２１ａ ソース電極
２１ｂ ドレイン電極
２４ａ ソース配線
２４ｂ ドレイン配線
３０ グラフェン膜
３２ ポリマー膜
３４ 異物
４４ 蒸着源
５０ 基板
５２ 金属膜
６０ 容器
６２ エッチング液
６４ 容器
６６ 純水
１００、２００ グラフェン膜付き基板

Claims (10)

1. 基板上に、断面視にて下部よりも上部の幅が狭くなるように傾斜した形状の導電パターンを形成する工程と、
   前記導電パターンを覆うように前記基板上にグラフェン膜を転写する工程と、を備えるグラフェン膜付き基板の製造方法。
2. 前記グラフェン膜を転写する工程は、前記導電パターンを直接覆うように前記グラフェン膜を転写する、請求項１に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
3. 前記導電パターンを形成する工程は、断面視にて上部が曲面状の前記導電パターンを形成する、請求項１または２に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
4. 前記導電パターンを形成する工程は、前記基板上に形成された開口部を有するマスク層をマスクとして、前記基板を自転させつつ蒸着源を中心として前記基板を揺動させながら前記基板に蒸着材料を蒸着させた後、前記マスク層を除去することで前記導電パターンを形成する、請求項１または２に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
5. 前記導電パターンを形成する工程は、前記基板上に形成された開口部を有するマスク層をマスクとして、前記基板を自転させつつ蒸着源に対して前記基板を水平方向に往復移動させながら前記基板に蒸着材料を蒸着させた後、前記マスク層を除去することで前記導電パターンを形成する、請求項１または２に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
6. 前記導電パターンを形成する工程は、前記導電パターンのエッジ部分を前記基板に対する角度が小さくなるように平坦化する工程を含む、請求項４に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
7. 前記平坦化する工程は、前記導電パターンに対して物理的なエッチングを行うことにより前記導電パターンの前記エッジ部分を平坦化する、請求項６に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
8. 前記グラフェン膜を転写する工程は、一方の面にポリマー膜が設けられて液体表面に浮かんだ前記グラフェン膜を前記基板で掬った後、前記ポリマー膜を除去することで、前記基板上に前記グラフェン膜を転写する、請求項１または２に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
9. 前記グラフェン膜を転写する工程は、前記ポリマー膜を除去した後に加熱機器により前記グラフェン膜を乾燥させる工程を含む、請求項８に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。
10. 前記導電パターンを形成する工程は、ソース電極およびドレイン電極である前記導電パターンを形成し、
    前記グラフェン膜を転写する工程の後、前記グラフェン膜を前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に位置するチャネル形状に加工する工程を備える、請求項１または２に記載のグラフェン膜付き基板の製造方法。

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