KR101815679B1 - 그래핀 필름의 제조 방법 - Google Patents

그래핀 필름의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101815679B1
KR101815679B1 KR1020120123743A KR20120123743A KR101815679B1 KR 101815679 B1 KR101815679 B1 KR 101815679B1 KR 1020120123743 A KR1020120123743 A KR 1020120123743A KR 20120123743 A KR20120123743 A KR 20120123743A KR 101815679 B1 KR101815679 B1 KR 101815679B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
graphene
pattern
film
metal
catalytic metal
Prior art date
Application number
KR1020120123743A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140057079A (ko
Inventor
윤종혁
나덕화
김순정
Original Assignee
한화테크윈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화테크윈 주식회사 filed Critical 한화테크윈 주식회사
Priority to KR1020120123743A priority Critical patent/KR101815679B1/ko
Publication of KR20140057079A publication Critical patent/KR20140057079A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101815679B1 publication Critical patent/KR101815679B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 제1면에 그래핀이 형성된 촉매 금속을 준비하는 단계; 상기 촉매 금속을 습식 식각으로 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 촉매 금속을 마스크로 하여 상기 그래핀을 건식 식각으로 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 촉매 금속을 제거하는 단계; 및 패터닝된 상기 그래핀을 타겟 필름에 전사하여 그래핀 필름을 얻는 단계; 를 포함하는, 그래핀 필름의 제조 방법을 제공한다.

Description

그래핀 필름의 제조 방법{Method of manufacturing graphene film}
본 발명은 패턴이 형성된 그래핀 필름의 제조 방법 및 그 제조 방법으로 수득한 그래핀 필름에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은 탄소가 육각형의 형태로 서로 연결되어 벌집 모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 그 두께가 매우 얇고 투명하며 전기 전도성이 매우 큰 특성을 가진다. 그래핀의 이러한 특성을 이용하여 그래핀을 터치 패널, 투명 디스플레이 또는 플렉서블(flexible) 디스플레이 등에 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 이와 같이 그래핀을 전자 기기에 적용하기 위해서는 그래핀에 패턴을 형성해야 한다.
그래핀에 패턴을 형성하는 방법으로 플라즈마를 이용한 패터닝 방법이 있다. 이 방법은 메탈 마스크를 그래핀에 이격하여 배치한 후, 플라즈마를 가하여 마스크의 패턴대로 그래핀을 패터닝하는 방법이다. 그러나, 이러한 방법은 미세한 패턴을 구현할 수 없고, 마스크와 그래핀의 이격 거리에 의해 치수 편차가 매우 크며, 마스크를 제조하기 위해 고비용이 드는 단점이 있다.
다른 방법으로 레이저를 이용하여 그래핀에 패턴을 형성할 수 있다. 이 방법은 레이저를 스캐닝하면서 그래핀에서 불필요한 부분을 제거함으로써 패터닝하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 대면적 그래핀을 패터닝하는 경우 긴 공정시간이 소요되고 이에 따라 공정 비용이 증가하며, 한번의 공정으로 대량의 그래핀 패터닝이 불가능하기 때문에 양산에 적용하는 것이 불가능하다.
한편, 하기 선행기술문헌은 임프린트 스탬프 상에 형성된 그래핀을 기판 상에 전사하는 방법을 개시하나, 미세한 그래핀의 패턴 형성이 불가능하다.
한국 공개 특허 제2011-0054386호
본 발명은 미세한 패턴이 형성된 그래핀 필름의 제조 방법 및 그 제조 방법으로 수득한 그래핀 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 제1면에 그래핀이 형성된 촉매 금속을 준비하는 단계; 상기 촉매 금속을 습식 식각으로 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 촉매 금속을 마스크로 하여 상기 그래핀을 건식 식각으로 패터닝하는 단계; 패터닝된 상기 촉매 금속을 제거하는 단계; 및 패터닝된 상기 그래핀을 타겟 필름에 전사하여 그래핀 필름을 얻는 단계; 를 포함하는, 그래핀 필름의 제조 방법을 제공한다.
상기 촉매 금속은 비연속적으로 복수 회에 걸쳐 습식 식각으로 패터닝하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 금속은 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 습식 식각으로 1차 패터닝하는 단계; 및 상기 촉매 금속은 패터닝된 상기 촉매 금속의 두께 차이를 이용하여 습식 식각으로 2차 패터닝하는 단계; 를 포함한다.
상기 1차 패터닝은 촉매 금속 전체를 하프 에칭하는 것이며, 상기 2차 패터닝은 패터닝된 감광막 부분에만 촉매 금속이 남도록 하는 것이다.
상기 1차 패터닝하는 단계 이전에, 상기 제1면의 반대쪽인 상기 촉매 금속의 제2면에 감광막을 도포하고 패터닝하는 단계; 를 더 포함한다.
상기 1차 패터닝 하는 단계 이후에, 상기 감광막을 제1용액을 이용하여 제거하는 단계; 를 더 포함한다.
상기 촉매 금속은 제2용액을 이용하여 습식 식각하며, 상기 제2용액과 상기 제1용액은 상이한 것을 특징으로 한다.
상기 감광막은 액상 포토 레지스트 또는 드라이 필름 레지스트를 포함한다.
상기 건식 식각은 플라즈마를 이용한 것이다.
상기 촉매 금속이 구비되지 않은 상기 그래핀의 외면에 캐리어 필름을 형성하는 단계; 를 더 포함한다.
상기 그래핀 필름 상에 상기 그래핀을 보호하는 보호막 필름을 형성하는 단계; 를 더 포함한다.
상기 그래핀 필름의 제조 방법으로 수득한 그래핀 필름을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 그래핀에 미세한 패터닝이 가능하며, 미세한 패턴이 형성된 그래핀 필름을 얻을 수 있다. 또한, 패터닝 과정에서 그래핀이 손상되는 것을 줄여 고품질의 그래핀 필름을 수득할 수 있다.
도 1은 본 명세서에서 언급되는 그래핀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3 내지 도 17은 도 2의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름의 제조 방법을 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 19 내지 도 23은 도 18의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름의 제조 방법을 나타내는 개략적인 측단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 명세서에서 언급되는 그래핀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
본 명세서에서 사용되는 "그래핀(graphene)" 이라는 용어는 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성하는 그래핀이 필름 형태로 형성된 것이다. 그래핀은 공유결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서 그래핀은 서로 공유 결합된 탄소원자(C)들(통상 sp2 결합)의 단일층을 이룬다. 그래핀은 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5원환 및/또는 7원환의 함량에 따라 달라질 수 있다.
그래핀은 도시된 바와 같이 그래핀의 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 통상 상기 그래핀의 측면 말단부는 수소원자(H)로 포화될 수 있다.
본 명세서에서 “그래핀”은 단일층 혹은 복수층으로 이루어진 필름 형태의 그래핀을 의미하는 것이며, "그래핀 필름"이란 타겟 필름에 그래핀이 전사된 것을 의미하는 것이다.
도 2는 본 명세서에서 언급되는 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 3 내지 도 17은 도 2의 흐름도에 대응되는 그래핀(110)을 포함하는 적층체의 개략적인 측단면도이다.
본 명세서에서 사용되는 "적층체" 라는 용어는 그래핀(110)을 포함하는 복수의 층을 지칭하는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 필름의 제조 방법의 각 단계에 따라 적층체는 그래핀(110) 이외에도 촉매 금속(101), 캐리어 필름(120), 타켓 필름(130), 감광막(150), 및 보호 필름(140) 중 적어도 하나 이상의 층을 더 포함한 상태를 나타낼 수 있다.
먼저 도시되지 않았으나, 그래핀이 형성될 촉매 금속을 전처리 한다. (S11)
촉매 금속은 그래핀 성장을 위한 촉매로서 시트 타입, 기판 타입 또는 롤 필름 타입 등으로 이루어 질 수 있다. 촉매 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 로듐(Rh), 실리콘(Si), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 우라늄(U), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 이트리움(Y), 지르코늄(Zr), 게르마늄(Ge), 황동(brass), 청동(bronze), 백동(white brass) 및 스테인레스 스틸(stainless steel) 중 적어도 하나의 금속 또는 합금을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
촉매 금속은 단일 층일 수도 있고, 적어도 2개의 층으로 이루어진 다층 기판 중 한 개의 층이 촉매 금속일 수 있다. 이 경우 촉매 금속은 다층 기판의 최외곽에 배치된다.
그래핀이 형성되기 전에 촉매 금속의 표면을 세정하는 전처리 과정을 진행한다. 전처리 과정은 촉매 금속의 표면에 존재하는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 수소 기체를 사용할 수 있다. 또한, 산 또는 알칼리 용액 등을 사용하여 촉매 금속의 표면을 세정함으로써, 이후의 공정인 그래핀 형성 시 결함을 줄일 수 있다. 촉매 금속의 표면을 세정하는 본 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하면 그래핀(110) 형성 공정이 진행된다. (S12)
촉매 금속(101)이 챔버로 이송되면, 챔버 내에 기상의 탄소공급원을 투입하고 열처리한다. 열처리는 가열 및 냉각으로 이루어진다. 그래핀(110) 형성 공정에는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 열 화학기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition: TCVD), 급속 열 화학기상증착법(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition: PTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착법(Inductive Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition: ICP-CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition: ATLD) 등 다양한 공정이 이용될 수 있다.
기상의 탄소 공급원은 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 에탄(C2H6), 에틸렌(CH2), 에탄올(C2H5), 아세틸렌(C2H2), 프로판(CH3CH2CH3), 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 펜탄(CH3(CH2)3CH3), 펜텐(C5H10), 사이클로펜타디엔(C5H6), 헥산(C6H14), 시클로헥산(C6H12), 벤젠(C6H6), 톨루엔(C7H8) 등 탄소 원자가 포함된 군에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다. 이와 같은 기상의 탄소 공급원은 고온에서 탄소 원자와 수소 원자로 분리된다. 분리된 탄소 원자는 가열된 촉매 금속 (101)에 증착되고, 촉매 금속(101)이 냉각되면서 그래핀(110)이 형성된다.
그래핀(110)은 촉매 금속(101)의 적어도 한 면에 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예와 같이 촉매 금속(101)의 양 면에 그래핀(110)이 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 촉매 금속(101)의 한 면에만 그래핀(110)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면 그래핀(110) 상에 캐리어 필름(120)을 형성한다. (S13)
캐리어 필름(120)은 도 3의 적층체(300)를 지지하여 이송을 용이하게 하며, 그래핀(110)의 모양을 유지하고 손상을 방지하는 역할을 한다. 캐리어 필름(120)는 열박리 테이프(thermal release tape) 또는 폴리머 지지체 일 수 있다. 열박리 테이프는 상온에서 일면이 접착성을 가지지만, 소정의 박리 온도 이상으로 가열되면 접착성을 잃는 성질을 가지는 것이다. 폴리머 지지체는 폴리메틸메타크릴레이트 (Polymethylmethacrylate:PMMA) 등과 같은 유기 폴리머를 포함하며 그래핀(110)의 일면에 유기 폴리머를 액상으로 드롭-코팅(drop-coating)한 후 굳히는 방법으로 폴리머 지지체를 형성하며, 이 후 유기 용매로 제거할 수 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, 촉매 금속(101) 일면의 그래핀(110)을 제거한다. (S14)
도 3에서 촉매 금속(101) 양면에 그래핀(110)을 형성한 경우에는 도 5의 과정을 수행한다. 그러나, 촉매 금속(101)의 일면에만 그래핀(110)을 형성한 경우에는 도 5의 과정을 생략할 수 있다.
촉매 금속(101) 일면의 그래핀(110)은 건식 식각에 의해 제거 할 수 있다. 상세히, 그래핀(110)은 화학적으로 안정한 상태이므로 습식 식각으로 화학적 결합을 깨트려 제거하는 것이 어려우며, 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 그래핀(110)을 제거할 수 있다. 상세히, 산소 플라즈마 이온이 그래핀(110)을 구성하는 탄소 원자와 화학적으로 결합하여 일산화탄소 또는 이산화탄소를 생성함으로써 그래핀(110)이 제거된다.
촉매 금속(101) 일면의 그래핀(110)을 제거하지 않고 촉매 금속(101)을 패터닝하는 공정을 수행하는 경우, 촉매 금속(101)이 제거되면서 함께 떨어져 나가는 그래핀(110) 덩어리 들이 캐리어 필름(120)에 접착된 그래핀(110)과 물리적으로 결합하여 최종적으로 수득할 그래핀 필름(도 16의 1600)의 품질 및 특성을 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 도 5와 같이 그래핀(110)을 제거하여 촉매 금속(101)을 노출하는 단계가 필요하다.
다음으로 도 6을 참조하면, 노출된 촉매 금속(101) 표면에 감광막(150)을 형성한다. (S15)
감광막(150)은 도 5의 과정에서 그래핀(110)이 제거되어 노출된 촉매 금속(101) 상에 형성한다. 감광막(150)은 광에 의해 내성이 변화하는 감광성 물질을 포함하는 막이다. 액상 형태의 감광성 물질로 액상 포토 레지스트(photoresist)가 있으며 액상 포토 레지스트는 스핀, 바(bar), 스프레이, 롤 코팅 등의 방법으로 촉매 금속에 도포 후 프리 베이킹(pre-baking) 또는 소프트 베이킹(soft baking)으로 용제를 제거함으로써 감광막(150)을 형성한다. 필름 형태의 감광성 물질은 드라이 필름 레지스트(dry film resist; DFR)가 있으며, 드라이 필름 레지스트는 롤투롤 라미네이션 또는 진공 압착 방법으로 촉매 금속 상에 감광막(150)을 형성한다.
감광막(150)은 광에 노출함으로써 약품에 의해 불용성이 되는 네가티브형과 반대로 가용성이 되는 포지티브형이 있다. 본 실시예에서는 포지티브형을 예로 들어 설명하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 7 및 도 8을 참조하면, 포토 리소그라피(photo lithography) 공정을 이용하여 감광막(150)을 패터닝한다. (S16)
감광막(150)은 소정의 패턴이 그려진 프레임 마스크(M)를 이용하여 패터닝을 수행한다. 물론, 하프톤 마스크 또는 회절 마스크를 이용하여 패터닝을 수행할 수도 있다. 도 7에서는 통상적인 프레임 마스크를 사용하여 패터닝하는 방법을 도시하였다.
본 발명의 일 실시예에서 사용되는 프레임 마스크는 광투과부(M1) 및 광차단부(M2)를 구비한다. 광투과부(M1)는 소정 파장대의 광을 투과시키고, 광차단부(M2)는 광을 차단한다. 도 7에 도시된 프레임 마스크(M)는, 프레임 마스크의 각 부분의 기능을 개념적으로 설명하기 위한 개념도이며, 실제로 프레임 마스크(M)는 석영(Qz)과 같은 투명 기판 상에 소정 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 광차단부(M2)는 석영 기판 상에 Cr또는 CrO2 등의 재료로 패터닝하여 형성된다.
패턴이 그려진 프레임 마스크(M)를 정렬하여 감광막(150)에 소정의 파장대의 광을 조사하여 노광을 실시한다.
도 8을 참조하면, 노광된 부분의 감광막을 제거하는 현상(develop) 과정을 거친 후 잔존하는 감광막 패턴(151)이 개략적으로 도시되어 있다. 본 실시예에서는 감광된 부분이 제거되는 포지티브형이 제시되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 네가티브형이 사용될 수 있음은 물론이다.
도 8을 참조하면, 프레임 마스크(M)의 광투과부(M1)에 대응하는 감광막 부분은 제거되고, 광차단부(M2)에 대응하는 감광막 패턴(151)이 남아있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 감광막 패턴(151)을 마스크로 이용하여 촉매 금속(101)을 1차 식각한다. (S17)
촉매 금속(101)은 감광막 패턴(151)을 마스크로 하여 습식 식각의 방법을 식각할 수 있다. 이 때, 1차 식각은 하프 에칭(half etching)을 수행함으로써, 감광막 패턴(151)이 형성되지 않은 부분의 촉매 금속(101)도 완전히 제거하지 않는다. 따라서, 1차 식각 결과 감광막 패턴(151)에 대응하는 촉매 금속의 두께(d1)는 감광막 패턴에 없는 부분에 대응하는 촉매 금속의 두께(d2)보다 두껍다. 이때, 감광막 패턴(151)에 대응하는 촉매 금속의 두께(d1)는 최초 촉매 금속의 두께(도 3의 d1)와 동일하다.
촉매 금속(101)은 촉매 금속 제거액으로 습식 식각 한다. 촉매 금속 제거액은 촉매 금속(101)의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 대표적으로 암모늄퍼설페이트((NH4)2S2O8), 불화수소(HF), BOE(buffered oxide etch), 염화철(FeCl3), 질산철(Fe(No3)3), 염화동(CuCl2), 과산화수소(H2O2), 황산(H2SO4), 및 소듐퍼설페이트(Na2S2O8) 등이 사용될 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며 과산화수소(H2O2), 황산(H2SO4) 및 물(H2O)을 포함하는 조성물인 과수황산계의 용액을 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면 잔존하는 감광막 패턴(151)을 제거한다. (S18)
도 9에서 잔존하는 감광막 패턴(151)은 촉매 금속 제거액과는 상이한 용제로 제거한다. 예를 들어, 감광막 패턴(151)을 제거하는 용제로는 주로 히드록시아민, 디글리콜아민, 메틸에탄올아민으로 이루어진 그룹에서 선택된 염기성 아민과 같은 용제를 사용한다. 그런데, 촉매 금속 제거액과 달리 이러한 용제는 그래핀(110)과 접촉하면 그래핀(110)의 면저항과 같은 물성 저하 및, 타겟 필름과 그래핀(110)간의 접착력을 저하시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 촉매 금속(101)을 비연속적으로 복수 회에 걸쳐 식각하고, 촉매 금속의 1차 식각과 2차 식각 사이에 감광막 패턴(151)을 제거한다. 즉, 감광막 패턴(151)은 촉매 금속(101)을 제거하여 그래핀(110)을 노출시키기 전에 제거한다. 따라서, 감광막 패턴(151)을 제거할 때, 그래핀(110)이 촉매 금속(101)에 가려 감광막을 제거하는 용제와 그래핀(110)이 직접 접촉하지 않기 때문에 용제로 인하여 그래핀(110)의 물성이 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
다음으로, 도 11을 참조하면 잔존하는 촉매 금속(101)의 두께 차이를 이용하여 촉매 금속(101)을 2차 식각한다. (S19)
도 11은 그래핀(110)을 패터닝하기 위해 촉매 금속(101)을 그래핀(110) 패터닝을 위한 마스크로 형성하는 단계이다. 도 11에서는 도 9의 1차 식각 결과 감광막 패턴(151)에 없는 부분에 대응하는 촉매 금속(101)이 제거되어 촉매 금속 패턴(102)이 남도록 촉매 금속(101)을 식각한다. 즉, 2차 식각 결과 도 9의 두꺼운 촉매 금속 부분(101)의 두께는 얇아지고, 도 9의 얇은 촉매 금속(101) 부분은 제거되어 촉매 금속 패턴(102)을 형성한다. 촉매 금속 패턴의 두께(d3)는 감광막 패턴(151)에 대응하는 촉매 금속의 두께(도 9의 d1)에서 감광막 패턴에 없는 부분에 대응하는 촉매 금속의 두께(도 9의 d2)를 뺀 값에 대응한다.
2차 식각에서도 1차 식각과 동일하게 촉매 금속(101)은 촉매 금속 제거액을 이용하는 습식 식각으로 제거한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 촉매 금속 패턴(102)을 마스크로 하여 그래핀(110)을 패터닝한다.(S20)
그래핀(110)은 플라즈마를 이용한 건식 식각에 의해 패터닝 할 수 있다. 상세히, 도 11의 적층체(1100)에 산소 플라즈마 이온을 가하면, 촉매 금속 패턴(102)으로 가려진 부분의 그래핀(110)은 보존되나, 촉매 금속 패턴(102)으로 가려지지 않고 노출된 그래핀(110)은 산소 플라즈마 이온과 결합하여 일산화탄소 또는 이산화탄소로 변환됨으로써 제거된다.
도 13은 이러한 메카니즘으로 패터닝 된 그래핀 패턴(111)을 나타낸 것이다.
프레임 메탈 마스크를 이용하여 그래핀을 패터닝하는 경우에는, 그래핀과 프레임 메탈 마스크 사이에 갭이 존재하기 때문에, 패터닝 오차가 발생하는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 의하면 촉매 금속 패턴(102)을 마스크로 하여 그래핀(110)을 패터닝하기 때문에, 그래핀(110)과 마스크 사이에 갭이 존재하지 않아 패터닝 오차가 발생하지 않고, 미세한 패턴도 구현이 가능한 특징이 있다. 한편, 프레임 메탈 마스크는 제조 비용도 고가이고, 프레임 메탈 마스크 상에 미세한 패턴을 구현하는 것이 어렵다. 상세히, 프레임 메탈 마스크가 구현 가능한 패턴은 피치가 적어도 약 300μm 이상이어야 하나, 요구되는 그래핀 패턴(111)의 피치는 약 100 μm 이하일 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면 미세 패턴 구현이 가능한 포토 리소그라피 공정을 촉매 금속에 적용함으로써, 미세한 패턴을 가진 그래핀 필름의 제조가 가능한 특징이 있다. 그리고, 촉매 금속 패턴(102)을 마스크로 하여 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정으로 그래핀(110)을 패터닝함으로써, 대면적의 그래핀(110)도 한번에 패터닝이 가능하여 공정 시간이 감소되고 패턴이 포함된 그래핀 필름의 대량 양산이 가능한 장점이 있다.
다음으로, 도 14를 참조하면 촉매 금속 패턴(도 13의 102)을 완전히 제거한다. (S21)
촉매 금속 패턴(도 13의 102)은 촉매 금속 제거액을 이용하여 습식 식각 방법으로 제거한다. 촉매 금속 패턴(도 13의 102)을 제거한 후에는 잔류하는 촉매 금속 제거액을 세정하는 단계 및 건조 하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
다음으로, 도 15를 참조하면 그래핀 패턴(111)을 타켓 필름(130)에 전사하는 공정 및 캐리어 필름(120)을 제거한다. (S22)
타켓 필름(130)은 최종적으로 그래핀 패턴(111)이 형성되어 그래핀 필름(1600)을 구성하는 기재를 의미한다. 타켓 필름(130)으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate:PET), 폴리이미드 (polyimide:PI), 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 플라스틱, 유리 및 금속 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이렇게 그래핀 패턴이 코팅된 타켓 필름(130)은 그래핀 필름으로써, 플렉시블 디스플레이, 유기발광소자, 태양 전지 등의 투명전극 필름으로 사용될 수 있다.
캐리어 필름(120)이 열박리 테이프일 경우에는 박리 온도 이상의 열을 가하여 열박리 테이프의 접착력을 약화시킨 다음 소정의 힘을 가하여 그래핀 패턴(111)로부터 열박리 테이프를 떼어낸다. 캐리어 필름(120)이 폴리머 지지체일 경우에는 아세톤과 같은 유기 용매를 가하여 폴리머 지지체를 녹여 제거할 수 있다.
다음으로, 도시되지 않았으나 그래핀 필름(1600)의 도핑 공정이 진행된다.
그래핀 패턴(111)의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 도핑을 수행할 수 있는데, 건식 도핑 또는 습식 도핑 방법으로 진행될 수 있다.
다음으로, 도 16을 참조하면, 그래핀 필름(110) 상에 보호 필름(140)을 형성한다.(S23)
보호 필름(140)은 그래핀 패턴 상에 형성하여 그래핀 패턴(111)을 외부로부터 보호하는 역할을 한다.
이렇게 제작된 그래핀 필름(1600)에 손상이 없는지, 어떠한 전기적 특성을 가지는 분석하는 분석 공정을 더 진행할 수도 있다. 상술한 그래핀 필름(1600)의 제조 공정은 기술한 바에 한정되지 않으며, 일부 순서가 바뀔 수도 있고, 일부 단계가 생략되거나 추가될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 그래핀 필름의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 19 내지 도 23은 도 18의 흐름도에 대응되는 그래핀 필름의 제조 방법을 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 18에 나타난 본 발명의 다른 실시예에 의한 그래핀 필름의 제조 방법은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 그래핀 필름의 제조 방법에 비하여, 촉매 금속을 패터닝할 때 비연속적으로 복수회에 걸쳐 패터닝하는 것이 아니라 단일회에 촉매 금속을 패터닝하는 점이 상이하다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 의해 그래핀 필름을 제조 하는 방법은 도 3 내지 도 7 에 도시된 내용 이후에, 도 19내지 도 23의 내용이 대체되며, 도 23 이후에는 다시 도 15 내지 도 17의 내용이 수행된다.
도 19 내지 도 23에서는, 도 3 내지 도 17을 참조하여 설명하였던 본 발명의 제1 실시예에서의 구성요소와 대응되는 구성요소는 제1 실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 19를 참조하면, 감광막 패턴(151)을 마스크로 이용하여 촉매 금속을 패터닝한다. (S17)
촉매 금속은 감광막 패턴(151)을 마스크로 하여 촉매 금속 제거액을 이용한 습식 식각의 방법을 식각할 수 있다. 이 때, 도 2처럼 하프 에칭(half etching)을 수행하는 것이 아니라, 감광막 패턴(151)이 형성되지 않은 부분의 촉매 금속은 완전히 제거함으로써 촉매 금속 패턴(102)을 형성한다. 따라서, 도 19 에 남은 촉매 금속 패턴(102)의 두께(d1)는 최초의 촉매 금속 패턴의 두께(도 3의 d1)와 실질적으로 동일하다.
다음으로, 도 20을 참조하면 감광막 패턴(151)을 제거한다. (S18)
다음으로, 도 21 및 22를 참조하면, 촉매 금속 패턴(102)을 마스크로 하여 그래핀(110)을 패터닝한다. 여기서 그래핀(110)은 플라즈마를 이용한 건식 식각의 방법으로 패터닝하여 그래핀 패턴(111)을 형성한다. (S20)
다음으로, 도 23을 참조하면 촉매 금속 패턴(102)을 촉매 금속 제거액을 이용하여 제거한다. (S21)
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
101: 촉매 금속
110: 그래핀
120: 캐리어 필름
130: 타겟 필름
140: 보호 필름

Claims (9)

  1. 그래핀이 배치된 촉매 금속을 준비하는 단계;
    상기 촉매 금속의 면들 중 상기 그래핀이 배치되어 있지 않은 면에 감광막을 형성하는 단계;
    상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 촉매 금속을 하프 에칭함으로써 상기 그래핀을 노출시키지 않도록 상기 촉매 금속을 1차 식각하는 단계;
    상기 촉매 금속의 부분 중 상기 1차 식각하는 단계 후에 잔존하는 부분에 의해 상기 그래핀이 상기 감광막 패턴을 제거하는 용제와 접촉하지 않도록, 상기 감광막 패턴을 제거하는 용제로 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 제거한 후에, 상기 1차 식각된 촉매 금속의 두께 차이를 이용하여 상기 촉매 금속을 2차 식각함으로써 상기 그래핀을 노출하는 촉매 금속 패턴을 형성하는 단계;
    상기 촉매 금속 패턴을 마스크로 하여 상기 그래핀을 패터닝하는 단계;
    상기 그래핀을 패터닝한 후에, 상기 촉매 금속 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 패터닝된 그래핀을 타겟 필름에 전사하는 단계를 포함하는 그래핀 필름의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 금속의 1차 식각 및 상기 촉매 금속의 2차 식각은 습식 식각으로 수행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀의 패터닝은 건식 식각으로 수행되는 그래핀 필름의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020120123743A 2012-11-02 2012-11-02 그래핀 필름의 제조 방법 KR101815679B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120123743A KR101815679B1 (ko) 2012-11-02 2012-11-02 그래핀 필름의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120123743A KR101815679B1 (ko) 2012-11-02 2012-11-02 그래핀 필름의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140057079A KR20140057079A (ko) 2014-05-12
KR101815679B1 true KR101815679B1 (ko) 2018-01-05

Family

ID=50888113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120123743A KR101815679B1 (ko) 2012-11-02 2012-11-02 그래핀 필름의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101815679B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104051239A (zh) * 2014-06-26 2014-09-17 重庆墨希科技有限公司 一种石墨烯薄膜的图形化方法
KR102314988B1 (ko) * 2014-12-26 2021-10-21 솔브레인 주식회사 용매 정제용 그래핀 멤브레인 필름과 그 제조방법 및 이를 이용한 용매 정제 시스템
KR20160094621A (ko) 2015-02-02 2016-08-10 동우 화인켐 주식회사 수전사용 전도성 전사필름, 이를 이용한 코팅 방법
KR102401580B1 (ko) 2015-06-04 2022-05-24 삼성전자주식회사 펠리클 조립체의 제조 방법 및 펠리클 조립체를 포함하는 포토마스크 조립체의 제조 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779642B1 (ko) 2003-05-30 2007-11-28 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤 카본 나노튜브 디바이스의 제조 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100779642B1 (ko) 2003-05-30 2007-11-28 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤 카본 나노튜브 디바이스의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140057079A (ko) 2014-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101813172B1 (ko) 그래핀 다중층의 제조방법
US9782963B2 (en) Roll-to-roll transfer method of graphene, graphene roll produced by the method, and roll-to-roll transfer equipment for graphene
KR101429518B1 (ko) 그래핀의 전사 장치 및 전사 방법
KR101332635B1 (ko) 그래핀 패턴 형성방법
KR101815679B1 (ko) 그래핀 필름의 제조 방법
KR101982154B1 (ko) 그래핀 필름의 제조 방법
US8932941B2 (en) Graphene device and method of fabricating the same
KR20120111659A (ko) 그래핀을 포함하는 필름 제조 방법
KR20120015185A (ko) 그래핀의 후처리 방법 및 이를 이용한 그래핀 제조 방법
KR20140032266A (ko) 그래핀의 제조 방법
KR101498082B1 (ko) 광을 이용한 그래핀의 제조 방법
WO2014123319A1 (ko) 그래핀 필름의 제조 방법
KR102015912B1 (ko) 그래핀의 제조 방법 및 그 그래핀
KR101221965B1 (ko) 3차원 그래핀 패턴 형성방법
EP2795666B1 (en) Transparent substrate having nano pattern and method of manufacturing the same
KR20130035617A (ko) 그래핀상의 금속 박막의 형성 방법
KR101915194B1 (ko) 그래핀이 함유된 투명 전극 기판 및 그 제조 방법
JP6075129B2 (ja) テンプレートの製造方法
KR102434700B1 (ko) 그래핀 나노-메쉬 제조방법
US9436091B2 (en) Patterning method using surface plasmon
KR101467633B1 (ko) Dlc 패턴을 포함하는 포토 마스크 및 그 제조방법
KR101736473B1 (ko) 패널 및 패널의 제조 방법
KR20140030723A (ko) 그래핀 기판 및 그 제조 방법
KR101275634B1 (ko) 메탈 그리드를 포함하는 그래핀 복합필름 및 제조방법
US20160365415A1 (en) Manufacturing method of graphene device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)