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公開番号2025104369
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023222057
出願日2023-12-28
発明の名称2次元層状物質微細パターン形成方法
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類B41M 1/40 20060101AFI20250703BHJP(印刷;線画機;タイプライター;スタンプ)
要約【課題】2次元層状物質からなる微細パターンを簡便にかつ高い品質を伴って形成するパターン形成方法の提供。
【解決手段】凹部または空隙からなる転写用パターンが刻まれたネガ・ポジ反転の転写用パターン基板を準備するステップと、ハンドリングパッドが配置された転写手段を準備するステップと、2次元層状物質からなるナノシートを準備するステップと、ナノシートを転写用パターン基板上に配置するステップと、転写用パターン形状のナノシート片をハンドリングパッドに付着させて剥がすナノシート片取り出しステップと、被加工基板上にナノシート片を付着させる転写ステップと、ハンドリングパッドを被加工基板から引き離すハンドリングパッド離反ステップを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
２次元層状物質からなる微細パターンの形成方法であって、
被形成微細パターン対応部に、凹部または空隙からなる前記被形成微細パターン形状の転写用パターンが形成された、ネガ・ポジ反転の転写用パターン基板を準備する転写用パターン基板準備ステップと、
転写用のハンドリングパッドを備える転写手段を準備する転写手段準備ステップと、
前記２次元層状物質からなるナノシートを準備するナノシート準備ステップと、
前記ナノシートを前記転写用パターン基板の上に配置するナノシート配置ステップと、
前記ハンドリングパッドを前記ナノシートに接触させて、前記転写用パターン基板上に置かれた前記ナノシートから、前記転写用パターン形状のナノシート片を前記ハンドリングパッドに部分的に付着させて剥がすナノシート片取り出しステップと、
前記ハンドリングパッドに付着させた前記ナノシート片を被加工基板に接触させた後、前記被加工基板上に前記ナノシート片を付着させる転写ステップと、
前記ハンドリングパッドを前記被加工基板から引き離すハンドリングパッド離反ステップを有する、２次元層状物質微細パターン形成方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ハンドリングパッドは温度によって付着力が変化する材料からなり、
前記転写ステップは、前記ハンドリングパッドに付着させた前記ナノシート片を被加工基板に接触させた後、前記ハンドリングパッドの温度を変化させて前記ナノシート片の前記ハンドリングパッドへの付着力を弱めて、前記被加工基板上に前記ナノシート片を付着させることからなる、請求項１記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記ハンドリングパッドの少なくとも表面は、ポリマーからなる、請求項1または２記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記温度は、前記ポリマーの軟化温度近傍の温度である、請求項３記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項５】
前記ハンドリングパッドは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）膜およびポリプロピレンカルボナート（ＰＰＣ）膜が順次形成された構造を有する、請求項１または２記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記ハンドリングパッドは、熱剥離テープを備える、請求項1または２記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記２次元層状物質は、層間がファンデルワールス力で結合されている、請求項１から６の何れか一記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記２次元層状物質は、グラフェン、遷移金属カルコゲナイト（ＴＭＤＣ）、酸化物、および窒化物からなる群より選ばれる１からなる、請求項１から７の何れか一記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記遷移金属カルコゲナイトは、ＺｒＳｅ
２
、ＴａＳｅ
２
、ＴａＳ
２
、ＮｂＳｅ
２
、ＷＳｅ
２
、ＭｏＴｅ
２
、ＭｏＳｅ
２
、ＭｏＳ
２
、ＧａＳｅ、ＧａＳ、ＳｎＳｅ
２
およびＳｎＳ
２
からなる群より選ばれる１からなる、請求項８記載の２次元層状物質微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記ナノシートの厚さは、１原子層以上２００ｎｍ以下である、請求項１から９の何れか一記載の微細パターン形成方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元層状物質微細パターン形成方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
原子層間が弱いファンデルワールス力で結合された層状構造の物質である２次元層状物質は、特有の電子的、光学的および機械的性質を有する。このことから、２次元層状物質は、太陽電池、リチウムイオン電池、電界効果トランジスタ、ガスセンサーなどの分野で大変注目されている物質であり、さらに、パターン形状に加工した２次元層状物質は、例えば、メタマテリアル構造をもったフォトニクス素子や２次元ネットワーク構造への応用に道を開くものとして大いに期待されている。
【０００３】
２次元層状物質はナノシート状で供給することが可能であり、そのナノシートをパターン化して微細パターンを形成する方法としては、（１）集束イオンビーム照射による加工法、（２）フェムト秒レーザーによる加工法、（３）ナノシートを結晶軸に沿って切断する加工法、および（４）リソグラフィとドライエッチングによる加工法を挙げることができる。しかしながら、これらの方法には下記に示す問題があり、２次元層状物質からなるサブミクロンサイズの微細パターンを簡便にかつ高い品質を伴って形成する新たな方法の開発が嘱望されていた。
【０００４】
集束イオンビーム照射による加工法は、高密度の集束ヘリウムイオンビームやガリウムビームをナノシートに照射して、スパッタリング現象や照射が生み出す熱による原子の昇華によってナノシートを切断する方法で、非特許文献１および２に開示がある。この方法の問題は、下地も同時に加工され、基板との融着などが起きることであり、切断エッジ周囲には熱生成によるナノシートの溶融、欠陥、原子の移動、および変形が生じる。
【０００５】
フェムト秒レーザーによる加工法は、強い強度のフェムト秒レーザーを集光して掃引照射し、ナノシートを構成する原子を昇華させて切断する方法である。この方法は、レーザー光の波長に起因する光学限界に伴う空間分解能の制約、熱生成に伴う溶融、および欠陥の発生という問題がある。
【０００６】
ナノシートを結晶軸に沿って切断する加工法は、溶媒中に分散した酸化物ナノシートを突起のある基板上に乗せてナノシートの結晶軸に沿って切断する方法で、特許文献１に開示がある。この方法は、結晶の軸方向に沿った切断しかできず、自在な形状のパターン形成が困難であるという問題がある。
【０００７】
リソグラフィとドライエッチングによる加工法は、もっとも一般的な加工法であるが、レジスト除去時およびドライエッチング時に被加工物である下地へダメージ、汚染を与えやすいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０２３－１１７５４９号公報
特開２０２１－１３６４２４号公報
【非特許文献】
【０００９】
Ｍ．Ｓａｋｕｒａｉｅｔａｌ．，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３１（２０２０）３４５７０８．
Ｍ．Ｓａｋｕｒａｉｅｔａｌ．，Ｖａｃｕｕｍ，２０７（２０２３）１１１６０５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、従来法にあった上記課題が回避される、２次元層状物質からなるサブミクロンサイズの微細パターンを簡便にかつ高い品質を伴って形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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