JP2002234000A - Method for forming pattern of carbon nano-tube - Google Patents
Method for forming pattern of carbon nano-tubeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブを含むカーボン微細構造材料のパターン形成方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a pattern on a carbon microstructured material containing carbon nanotubes.
【0002】[0002]
【従来の技術】カーボンナノチューブは、化学的、機械
的に強靭であることが知られており、電子源の材料とし
ても注目されている。カーボンナノチューブは、厚さ数
原子層のグラファイト状炭素原子面をチューブ状に丸め
た円筒が1個または複数個入れ子状になったものであ
り、外径がnmオーダーで長さがμmオーダーの極めて
微小な管状物質である。円筒が1個のものがシングルウ
ォールナノチューブ、円筒が複数個入れ子状になったも
のがマルチウォールナノチューブと呼ばれている。2. Description of the Related Art Carbon nanotubes are known to be chemically and mechanically tough, and are attracting attention as materials for electron sources. Carbon nanotubes are formed by nesting one or more cylinders of graphite-like carbon atoms with a thickness of several atomic layers rolled into a tube. The outer diameter is on the order of nm and the length is on the order of μm. It is a small tubular substance. A single cylinder is called a single-walled nanotube, and a plurality of nested cylinders is called a multi-walled nanotube.
【0003】カーボンナノチューブの生成方法として
は、アーク放電法、CVD法、レーザーアブレーション
法などが知られている。生成されたカーボンナノチュー
ブは、カーボンナノチューブ以外の炭素の微粒子などの
不純物と混じった煤状のものである。特にアーク放電法
により形成されたシングルウォールナノチューブおよび
マルチウォールナノチューブでは、生成の過程で触媒金
属、たとえば鉄、ニッケル、コバルト、イットリウム、
ランタン等を必要とするために、金属微粒子も含まれた
煤状のものである。ここでは、炭素の微粒子などの不純
物や生成の過程で生じる触媒金属等の金属微粒子をナノ
パーティクルとよぶ。[0003] As a method for producing carbon nanotubes, an arc discharge method, a CVD method, a laser ablation method and the like are known. The generated carbon nanotube is a soot-like mixture mixed with impurities such as carbon fine particles other than the carbon nanotube. In particular, in single-wall nanotubes and multi-wall nanotubes formed by the arc discharge method, catalytic metals such as iron, nickel, cobalt, yttrium,
Since it requires lanthanum and the like, it is a soot containing fine metal particles. Here, impurities such as carbon fine particles and metal fine particles such as a catalyst metal generated in the process of generation are referred to as nanoparticles.
【0004】アーク放電法によるカーボンナノチューブ
の精製過程は、放電時にまず触媒金属微粒子表面にアモ
ルファスカーボンが被覆され、被覆されたアモルファス
カーボンよりナノチューブが複数本成長し、他のナノチ
ューブと互いに絡み合っている。形成後の触媒金属では
表面がアモルファスカーボン薄膜で被われている。ま
た、炭素微粒子も放電中に形成され、ナノチューブに付
着するものがあり、場合によっては複数本が炭素微粒子
を介して結合している。このように微粒子によってカー
ボンナノチューブが絡み合っている。In the process of purifying carbon nanotubes by the arc discharge method, at the time of discharge, first, the surface of the catalyst metal fine particles is coated with amorphous carbon, and a plurality of nanotubes grow from the coated amorphous carbon and are entangled with other nanotubes. The surface of the formed catalyst metal is covered with an amorphous carbon thin film. Further, carbon fine particles are also formed during the discharge and adhere to the nanotubes. In some cases, a plurality of carbon fine particles are bonded via the carbon fine particles. Thus, the carbon nanotubes are entangled by the fine particles.
【0005】上記アーク放電法により生成したカーボン
ナノチューブからこれらナノパーティクルを比較的容易
に除去することができる。炭素微粒子は酸素雰囲気中短
時間で、たとえば大気中450℃程度において15分で
ナノチューブの劣化を生じさせずにほぼ除去できる。こ
れは、不完全な炭素原子間の結合を多く持つ炭素微粒子
が酸素と反応しやすく、選択的に炭素微粒子が酸化除去
されるものである。[0005] These nanoparticles can be relatively easily removed from the carbon nanotubes produced by the arc discharge method. The carbon fine particles can be substantially removed in a short time in an oxygen atmosphere, for example, at about 450 ° C. in the air for about 15 minutes without causing deterioration of the nanotubes. In this method, carbon fine particles having many incomplete bonds between carbon atoms easily react with oxygen, and carbon fine particles are selectively oxidized and removed.
【0006】さらにこの工程により、触媒金属表面を被
うアモルファスカーボンが除去され、触媒金属が表面に
露出する。この触媒金属、たとえばコバルト、イットリ
ウム、鉄、ニッケル、ランタンは上記熱処理後、たとえ
ば35%程度の塩酸で2時間以上処理することにより除
去できる。熱処理により表面を被ったアモルファス状の
炭素薄膜が除去されたため酸処理でエッチングできる。
このようにナノパーティクルを除去したカーボンナノチ
ューブを精製されたカーボンナノチューブと呼ぶ。Further, in this step, the amorphous carbon covering the surface of the catalyst metal is removed, and the catalyst metal is exposed on the surface. This catalytic metal, for example, cobalt, yttrium, iron, nickel, and lanthanum can be removed by treating the above-mentioned heat treatment with, for example, about 35% hydrochloric acid for 2 hours or more. Since the amorphous carbon thin film covering the surface is removed by the heat treatment, it can be etched by an acid treatment.
The carbon nanotube from which the nanoparticles are removed is called a purified carbon nanotube.
【0007】カーボンナノチューブを電子源として使用
するためには、上記煤状のカーボンナノチューブをカー
ボンナノチューブ膜として基板上に形成する必要があ
る。特に、フィールドエミッションディスプレイ(FE
D)の電子源として使用するためには、カーボンナノチ
ューブ膜の微細なパターン形成が必要である。In order to use carbon nanotubes as an electron source, it is necessary to form the above soot-like carbon nanotubes on a substrate as a carbon nanotube film. In particular, field emission displays (FE
In order to use it as an electron source of D), it is necessary to form a fine pattern of a carbon nanotube film.
【0008】カーボンナノチューブを用いたFEDでは
カーボンナノチューブ膜を用いたカソード上部に電子を
引出すゲート電極が位置し、さらに上部には赤、緑、青
の蛍光体が付与されたアノードが配置される。このよう
にカソード、ゲートおよびアノードよりなる構造を三極
管構造という。ゲートに電圧を印加してカソードである
カーボンナノチューブより電子を引出し、アノードに照
射して蛍光体を発色させるが、カソード上に絶縁膜を形
成し、カソード孔をさらに形成し、絶縁膜上の孔の周辺
にゲート電極を形成することにより、ゲートに電子が注
入しない構造を形成することができる。FEDではさら
に前記三極管構造を複数形成して、基本的に独自に動作
させて画像を表現するが、そのためにカーボンナノチュ
ーブ膜の微細なパターン形成が必要で、電気的に独立し
て動作させる必要がある。なお、アノード電極はFED
の対面ガラスに別途形成するため、以下三極管構造とは
主にカーボンナノチューブより構成されるカソード、絶
縁膜およびゲート電極より構成される構造をさす。In an FED using carbon nanotubes, a gate electrode for extracting electrons is located above a cathode using a carbon nanotube film, and an anode provided with red, green, and blue phosphors is further disposed above the cathode. Such a structure including the cathode, the gate and the anode is called a triode structure. A voltage is applied to the gate to extract electrons from the carbon nanotube, which is the cathode, and irradiate the anode to cause the phosphor to develop color.However, an insulating film is formed on the cathode, a cathode hole is further formed, and holes on the insulating film are formed. By forming a gate electrode around the gate, a structure in which electrons are not injected into the gate can be formed. In the FED, a plurality of the triode structures are further formed and basically operated independently to express an image. For this purpose, a fine pattern of a carbon nanotube film is required, and it is necessary to operate independently electrically. is there. The anode electrode is FED
In the following, a triode structure is a structure mainly composed of a cathode mainly composed of carbon nanotubes, an insulating film, and a gate electrode because it is separately formed on the facing glass.
【0009】カーボンナノチューブを膜として所定のパ
ターンに形成する方法として、特開2000−2038
21号には、基板上に所定のパターンに粘着テープを用
いてパターニングしたものを、カーボンナノチューブを
分散させた溶液中に入れ、溶液を自然蒸発させることに
より基板上にカーボンナノチューブを堆積させた後、粘
着テープを剥離することにより所定パターンのカーボン
ナノチューブフィルムを得る方法が開示されている。よ
り具体的には、所定のパターンに粘着テープが被着され
た銅板を、カーボンナノチューブを分散させた溶液とと
もにビーカーに入れ、溶液を蒸発させることによってカ
ーボンナノチューブを銅板上に積層させ、最後に粘着テ
ープを剥離することにより、パターンを形成している。Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2038 discloses a method for forming a carbon nanotube film into a predetermined pattern.
In No. 21, after a substrate was patterned in a predetermined pattern using an adhesive tape and put into a solution in which carbon nanotubes were dispersed, and the solution was spontaneously evaporated, the carbon nanotubes were deposited on the substrate. A method of obtaining a carbon nanotube film having a predetermined pattern by peeling an adhesive tape is disclosed. More specifically, a copper plate on which an adhesive tape is adhered in a predetermined pattern is put into a beaker together with a solution in which carbon nanotubes are dispersed, and the solution is evaporated to laminate the carbon nanotubes on the copper plate. The pattern is formed by peeling off the tape.
【0010】特開平6−252056号には、カーボン
ナノチューブをレジスト中に分散させて基板に塗布し、
所定のパターンに感光、現像した後、固定材料をカーボ
ンナノチューブ上に付着させることで、基板にカーボン
ナノチューブを固定し、さらにレジストをリフトオフす
ることで、カーボンナノチューブと固定材料だけを残す
方法が開示されている。JP-A-6-252056 discloses that carbon nanotubes are dispersed in a resist and coated on a substrate.
A method is disclosed in which, after exposure and development to a predetermined pattern, a fixing material is adhered onto the carbon nanotubes, thereby fixing the carbon nanotubes to the substrate, and further lifting off the resist, leaving only the carbon nanotubes and the fixing material. ing.
【0011】SID'99 Digest, p1137(1999)およびSID'00
Digest, p329(2000)には、カソード金属配線上にカー
ボンナノチューブをスクリーン印刷で形成する方法が報
告されている。SID'99 Digest, p1137 (1999) and SID'00
Digest, p329 (2000) reports a method of forming carbon nanotubes on cathode metal wiring by screen printing.
【0012】Feng-Yu Chuang,SID00 Digest,p329(2000)
には、FEDの電子源として、カーボンナノチューブと
バインダーを含んだスラリーをスクリーン印刷により形
成する方法について記載されている。Feng-Yu Chuang, SID00 Digest, p329 (2000)
Describes a method of forming a slurry containing carbon nanotubes and a binder by screen printing as an electron source of FED.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開2
000−203821号に示された方法によると、カー
ボンナノチューブは直径が数nm〜数十nmで長さが数
μmの非常にアスペクト比の高い管状物質であるために
複雑に絡まり合っており、粘着テープを貼り付けた基板
上に自然蒸発により堆積させたカーボンナノチューブ
は、テープを剥離する際に端が絡まったり、めくれた
り、はみ出したりしてきれいなパターンを形成すること
ができないという問題があった。すなわち、カーボンナ
ノチューブは数μmの長さがあるために、自然蒸発させ
る際に、基板上のカーボンナノチューブと粘着テープ上
のカーボンナノチューブが絡み合って堆積されることに
なり、粘着テープを剥離することにより、基板上のカー
ボンナノチューブも同時に剥離されるか、粘着テープを
剥離した部分にカーボンナノチューブが残るものであっ
た。また、自然蒸発により形成されたカーボンナノチュ
ーブ膜は溶媒が均一に蒸発しないことから、平坦なカー
ボンナノチューブ膜を得ることは困難であった。SUMMARY OF THE INVENTION However, Japanese Patent Application Laid-Open
According to the method disclosed in 000-203821, carbon nanotubes are intricately entangled because they are very high aspect ratio tubular materials having a diameter of several nm to several tens of nm and a length of several μm. The carbon nanotubes deposited by spontaneous evaporation on the substrate to which the tape is attached have a problem in that the edges are entangled, turned up, or protruded when the tape is peeled off, so that a beautiful pattern cannot be formed. In other words, since the carbon nanotubes have a length of several μm, the carbon nanotubes on the substrate and the carbon nanotubes on the adhesive tape are entangled and deposited when spontaneously evaporated. Then, the carbon nanotubes on the substrate were peeled off at the same time, or the carbon nanotubes remained on the portion where the adhesive tape was peeled off. Further, it was difficult to obtain a flat carbon nanotube film because the solvent was not uniformly evaporated in the carbon nanotube film formed by natural evaporation.
【0014】特開平6−252056号の方法による
と、カーボンナノチューブをレジストに分散させてパタ
ーニングをするので、感光しなくなることを防止するた
めにカーボンナノチューブの含有量をあまり高くはでき
ず、そのため得られた膜中のカーボンナノチューブの密
度が低下してしまうという問題があった。According to the method disclosed in JP-A-6-252056, since the carbon nanotubes are dispersed in a resist and patterned, the content of the carbon nanotubes cannot be made too high in order to prevent the photosensitivity from being lost. There is a problem that the density of carbon nanotubes in the obtained film is reduced.
【0015】SID'99 Digest, p1137(1999)およびSID'00
Digest, p329(2000)に報告されたスクリーン印刷を用
いてパターンを形成する方法では、スクリーン印刷を行
うにはインク化するために溶剤やバインダーと混合する
必要があり、そのためこの方法では、前記特開平6−2
52056号と同様に得られた膜中のカーボンナノチュ
ーブの密度が低下してしまうものであった。また、イン
ク中の溶剤を揮発させる際に均一に揮発させることは難
しく、溶剤の抜けた部分に空洞が生じることなどによ
り、カーボンナノチューブ膜に微小な凹凸が生じるとい
う問題があった。SID'99 Digest, p1137 (1999) and SID'00
According to the method of forming a pattern using screen printing reported in Digest, p329 (2000), it is necessary to mix a solvent or a binder to form an ink in order to perform screen printing. Kaihei 6-2
The density of the carbon nanotubes in the obtained film was reduced as in the case of No. 52056. In addition, it is difficult to volatilize the solvent in the ink uniformly, and there is a problem that minute irregularities are generated in the carbon nanotube film due to, for example, generation of a cavity in a portion from which the solvent has escaped.
【0016】Feng-Yu Chuang,SID00 Digest,p329(2000)
に記載されたスクリーン印刷方法では、数100μm程
度のパタ−ンの形成は可能であるが、数10μm以下の
微細なパターンの形成は困難であった。Feng-Yu Chuang, SID00 Digest, p329 (2000)
In the screen printing method described in (1), it is possible to form a pattern of about several hundreds of micrometers, but it is difficult to form a fine pattern of several tens of micrometers or less.
【0017】本発明は、前述した事情に鑑みてなされた
もので、カーボンナノチューブ膜の微細なパターン形成
を容易に行うことができるとともに、平坦性が良くまた
パターン端部の形状が良好で、素子間の絶縁における信
頼性が向上したカーボンナノチューブパターンを形成す
ることができる方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and enables a fine pattern of a carbon nanotube film to be easily formed, a good flatness, and a good shape of a pattern end portion. It is an object of the present invention to provide a method capable of forming a carbon nanotube pattern with improved reliability in insulation between layers.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、下記(1)〜(14)に示すカーボンナ
ノチューブのパターン形成方法を提供する。The present invention provides the following methods (1) to (14) for forming a carbon nanotube pattern in order to achieve the above object.
【0019】(1)基板上に、もしくは表面の少なくと
も一部に薄膜が施された基板上に固着した、バインダー
を含む絡まりあったカーボンナノチューブを、所定のパ
ターンに形成したマスクを介して除去することによりカ
ーボンナノチューブのパターンを形成する方法であっ
て、カーボンナノチューブの除去に前記バインダーを溶
解する溶液を用いるとともに、前記絡まりあったカーボ
ンナノチューブを擦り落とすことを特徴とするカーボン
ナノチューブのパターン形成方法。(1) A carbon nanotube entangled with a binder, which is fixed on a substrate or a substrate having a thin film on at least a part of its surface, is removed through a mask formed in a predetermined pattern. A method for forming a pattern of carbon nanotubes, wherein a solution for dissolving the binder is used for removing the carbon nanotubes, and the entangled carbon nanotubes are scraped off.
【0020】(2)除去に用いる溶液を布状物質に含ま
せ、前記布状物質でカーボンナノチューブを滑擦するこ
とにより、カーボンナノチューブの除去を行うととも
に、カーボンナノチューブを布状物質によって擦り落と
す(1)のカーボンナノチューブのパターン形成方法。(2) The cloth used for removal is contained in a cloth-like substance, and the carbon nanotube is removed by rubbing the carbon nanotube with the cloth-like substance, and the carbon nanotube is rubbed off with the cloth-like substance ( 1) A method for forming a pattern of carbon nanotubes.
【0021】(3)マスクが金属、ガラスまたはセラミ
ックスからなる(1)または(2)のカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。(3) The method of (1) or (2), wherein the mask is made of metal, glass or ceramics.
【0022】(4)カーボンナノチューブはナノパーテ
ィクルを含んだナノチューブである(1)〜(3)のカ
ーボンナノチューブのパターン形成方法。(4) The method for forming a carbon nanotube pattern according to any one of (1) to (3), wherein the carbon nanotube is a nanotube containing nanoparticles.
【0023】(5)基板上に、もしくは表面の少なくと
も一部に薄膜が施された基板上に固着したカーボンナノ
チューブの一部を第1のドライエッチング方法にて除去
することによりカーボンナノチューブのパターンを形成
する方法であって、カーボンナノチューブのパターン形
成におけるマスクとして金属膜または前記第1のドライ
エッチング時にダメージを受けない物質であり、前記マ
スク除去時にカーボンナノチューブにダメージを与えな
い物質の膜を用いることを特徴とするカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。(5) The pattern of the carbon nanotubes is removed by removing a part of the carbon nanotubes fixed on the substrate or on the substrate having a thin film on at least a part of the surface by the first dry etching method. A method of forming a carbon nanotube pattern using a metal film or a film of a material that is not damaged during the first dry etching and that does not damage the carbon nanotube when removing the mask, as a mask in forming a pattern of carbon nanotubes. A method for forming a pattern of carbon nanotubes, characterized in that:
【0024】(6)前記第1のドライエッチング方法
は、酸素雰囲気中で燃焼させる方法であることを特徴と
するカーボンナノチューブのパターン形成方法。(6) The method of forming a pattern of carbon nanotubes, wherein the first dry etching method is a method of burning in an oxygen atmosphere.
【0025】(7)金属膜がアルミニウム膜、チタン
膜、金膜、モリブデン膜、タングステン膜または銀膜で
ある(5)または(6)のカーボンナノチューブのパタ
ーン形成方法。(7) The method of (5) or (6), wherein the metal film is an aluminum film, a titanium film, a gold film, a molybdenum film, a tungsten film or a silver film.
【0026】(8)前記第1のドライエッチング時にダ
メージを受けない物質であり、除去時にカーボンナノチ
ューブにダメージを与えない物質の膜が二酸化珪素膜ま
たは酸化アルミニウム膜である(5)または(6)のカ
ーボンナノチューブのパターン形成方法。(8) The film of a material which is not damaged during the first dry etching and which does not damage the carbon nanotubes during removal is a silicon dioxide film or an aluminum oxide film (5) or (6). Method for forming a pattern of carbon nanotubes.
【0027】(9)カーボンナノチューブはシングルウ
ォールナノチューブまたはマルチウォールナノチューブ
である(5)〜(8)のカーボンナノチューブのパター
ン形成方法。(9) The method of forming a carbon nanotube pattern according to (5) to (8), wherein the carbon nanotube is a single-wall nanotube or a multi-wall nanotube.
【0028】(10)シングルウォールナノチューブま
たはマルチウォールナノチューブはナノパーティクルを
除去した精製ナノチューブである(9)のカーボンナノ
チューブのパターン形成方法。(10) The method for forming a carbon nanotube pattern according to (9), wherein the single-wall nanotube or the multi-wall nanotube is a purified nanotube from which nanoparticles are removed.
【0029】(11)カーボンナノチューブはナノパー
ティクルを含んだナノチューブであり、カーボンナノチ
ューブのパターン間に残留したナノパーティクルを該薄
膜のすくなくとも一部をリフトオフすることにより除去
する(1)〜(9)のカーボンナノチューブのパターン
形成方法。(11) The carbon nanotubes are nanotubes containing nanoparticles, and the nanoparticles remaining between the carbon nanotube patterns are removed by lifting off at least a part of the thin film (1) to (9). A method for forming a carbon nanotube pattern.
【0030】(12)カーボンナノチューブはナノパー
ティクルを含んだナノチューブであり、カーボンナノチ
ューブのパターン間に残留したナノパーティクルを前記
第1のドライエッチングとは異なる第2のドライエッチ
ング方法で除去する(5)〜(9)のカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。(12) The carbon nanotube is a nanotube containing nanoparticles, and the nanoparticles remaining between the carbon nanotube patterns are removed by a second dry etching method different from the first dry etching (5). (9) The method for forming a carbon nanotube pattern according to (9).
【0031】(13)前記第2のドライエッチング方法
がスパッタエッチング、化学エッチング、反応性エッチ
ング、反応性スパッタエッチング、イオンビームエッチ
ング、反応性イオンビームエッチングのいずれか一つ
で、前記ナノパーティクルのすくなくとも一部を構成す
る触媒金属を除去する(12)のカーボンナノチューブ
のパターン形成方法。(13) The second dry etching method is any one of sputter etching, chemical etching, reactive etching, reactive sputter etching, ion beam etching, and reactive ion beam etching. (12) The method for forming a carbon nanotube pattern according to (12), wherein a catalyst metal constituting a part thereof is removed.
【0032】(14)カーボンナノチューブ膜はスクリ
ーン印刷法、スプレイ法または転写法により形成された
(1)〜(13)のカーボンナノチューブのパターン形
成方法。(14) The method for forming a carbon nanotube pattern according to any one of (1) to (13), wherein the carbon nanotube film is formed by a screen printing method, a spray method or a transfer method.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】[実施例1]本発明の実施例1を
図1〜図4を用いて説明する。図1は、基板2に形成さ
れた導電体配線4上にたとえば転写法によりシングルウ
ォールナノチューブ膜6が形成された状態を示す。Embodiment 1 Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a state in which a single-wall nanotube film 6 is formed on a conductor wiring 4 formed on a substrate 2 by, for example, a transfer method.
【0034】転写法は、はじめに超音波等を印加してカ
ーボンナノチューブを溶媒中に分散する。これによりナ
ノチューブは微粒子化され、また、分断される。つぎに
ろ紙上に流し込み、吸引ろ過してカーボンナノチューブ
薄膜を形成する。バインダーとしてニトロセルロースも
しくはエチルセルロース等を基板に塗布して、ろ紙上の
カーボンナノチューブ膜を上下反転して基板に転写す
る。つぎにろ紙を除去して薄膜を形成する。カーボンナ
ノチューブ膜表面はろ紙表面に接した面であるためにろ
紙表面と同等の平坦性となる。In the transfer method, first, ultrasonic waves or the like are applied to disperse carbon nanotubes in a solvent. As a result, the nanotubes are finely divided and divided. Next, the mixture is poured onto a filter paper and filtered by suction to form a carbon nanotube thin film. Nitrocellulose or ethylcellulose is applied to the substrate as a binder, and the carbon nanotube film on the filter paper is transferred upside down to the substrate. Next, the filter paper is removed to form a thin film. Since the surface of the carbon nanotube film is in contact with the surface of the filter paper, it has the same flatness as the surface of the filter paper.
【0035】このカーボンナノチューブ膜は、直径が数
nm〜数十nmで長さが数μmの非常にアスペクト比の
高い管状のカーボンナノチューブ同士やナノパーティク
ルが複雑に絡まりあっている。In this carbon nanotube film, tubular carbon nanotubes having a diameter of several nm to several tens of nm and a length of several μm and having a very high aspect ratio are intricately entangled with each other.
【0036】本例では、図2に示すように、金属、ガラ
ス、セラミックス等で作られたマスク8を、下地の導電
体配線4と合わせるように配置する。ここで、マスクの
配置にカーボンナノチューブ領域外の部分に形成した目
合わせマーク10を使用することで、容易に導電体配線
とマスクの位置合わせが行える。In this embodiment, as shown in FIG. 2, a mask 8 made of metal, glass, ceramics, or the like is arranged so as to be aligned with the underlying conductor wiring 4. Here, by using the alignment mark 10 formed in a portion outside the carbon nanotube region for disposing the mask, the conductor wiring and the mask can be easily aligned.
【0037】続いて図3に示すように、カーボンナノチ
ューブ膜6の形成に使用したバインダー成分を溶解する
エッチング液、たとえばメチルエチルケトンを含ませた
ガラス繊維等の布状物質12を使用して、滑擦して絡ま
りあったカーボンナノチューブおよびナノパーティクル
を除去し、カーボンナノチューブ膜のパターニングを行
う。転写法により得られたカーボンナノチューブ膜は非
常に緻密であるために、マスクで覆われている部分は、
エッチング液を含んだ布状物質を用いて滑擦しても、溶
解することなく、導電体配線上に固着されたまま残る。
図4にカーボンナノチューブ膜をパターニングした後の
形状を示した。Subsequently, as shown in FIG. 3, the rubbing is carried out using an etching solution for dissolving the binder component used for forming the carbon nanotube film 6, for example, a cloth material 12 such as glass fiber containing methyl ethyl ketone. The entangled carbon nanotubes and nanoparticles are removed, and the carbon nanotube film is patterned. Because the carbon nanotube film obtained by the transfer method is very dense, the part covered with the mask is
Even if the substrate is rubbed with a cloth material containing an etching solution, it remains fixed on the conductor wiring without being dissolved.
FIG. 4 shows the shape after patterning the carbon nanotube film.
【0038】カーボンナノチューブ膜形成方法として転
写法を挙げたが、スクリーン印刷やスプレイ法などの方
法を用いて形成したカーボンナノチューブ膜に対するパ
ターンの形成でも同様に適用できる。Although the transfer method has been described as a method of forming a carbon nanotube film, the present invention can be similarly applied to the formation of a pattern on a carbon nanotube film formed by a method such as screen printing or spraying.
【0039】転写法でニトロセルロース等のセルロース
系固着材を用いた場合、溶剤、たとえばメチルエチルケ
トンは揮発性が高く、膜からの除去が容易で、成膜時吸
引されることにより、残留揮発物質が除去される。カー
ボンナノチューブ膜に電界を印加して電子放出させた場
合、残留揮発物質が除去されているため、残留ガスのイ
オン化が抑制される。そのため、放電による異常放電と
それによる素子破壊が抑制され、ディスプレイの寿命を
延命できる。When a cellulose-based fixing material such as nitrocellulose is used in the transfer method, the solvent, for example, methyl ethyl ketone, has high volatility and is easily removed from the film. Removed. When an electron is emitted by applying an electric field to the carbon nanotube film, ionization of the residual gas is suppressed because the residual volatile substances have been removed. Therefore, abnormal discharge due to discharge and element destruction due to the discharge are suppressed, and the life of the display can be extended.
【0040】また、転写法では他の成膜方法と比較して
カーボンナノチューブ膜の密度が高くなり、また吸引時
に平坦なろ紙に接した面が上面になるため、表面が平坦
になる。この上に絶縁膜およびゲート成膜を施した場
合、他の方法と比較して、安定した三極管構造を形成し
やすい。一方、印刷法ではスクリーンにパターンを形成
することにより印刷する時点でパターンを形成すること
ができる。しかし、ペーストを混合する必要があり、し
かも転写法と比較してカーボンナノチューブの密度が低
く、また表面が荒くなる。この上に絶縁膜およびゲート
成膜を施した場合、安定した三極管構造を形成しにく
い。以上のことより、転写法により形成したカーボンナ
ノチューブ膜に本発明を用いた場合、良好な素子分離が
可能で、安定した三極管構造を形成できる。In the transfer method, the density of the carbon nanotube film is higher than in other film forming methods, and the surface in contact with the flat filter paper at the time of suction becomes the upper surface, so that the surface becomes flat. When an insulating film and a gate film are formed thereon, a stable triode structure is easily formed as compared with other methods. On the other hand, in the printing method, a pattern can be formed at the time of printing by forming the pattern on a screen. However, it is necessary to mix the paste, and the density of the carbon nanotubes is low and the surface becomes rough as compared with the transfer method. When an insulating film and a gate film are formed thereon, it is difficult to form a stable triode structure. As described above, when the present invention is applied to the carbon nanotube film formed by the transfer method, good element separation is possible, and a stable triode structure can be formed.
【0041】また、溶剤を含ませたガラス繊維等の布状
物質12を使用してカーボンナノチューブおよびナノパ
ーティクルを除去したが、他の方法、たとえば、溶剤を
散布しながら、はけやぶらし等により滑擦除去すること
も可能である。しかし、布状物質では揮発性の高い溶剤
を含有し易く、しかも、形状がパターンに従って変形で
き、しかも同時に加圧することも可能なため、転写法に
より作製した試料のような緻密なカーボンナノチューブ
膜を除去するのに好ましい。The carbon nanotubes and the nanoparticles are removed by using a cloth material 12 such as glass fiber containing a solvent. However, other methods such as brushing or brushing while spraying the solvent are used. Scrubbing is also possible. However, a cloth-like substance easily contains a highly volatile solvent, and its shape can be deformed according to a pattern, and it can be pressed at the same time. Therefore, a dense carbon nanotube film such as a sample prepared by a transfer method can be used. Preferred for removal.
【0042】また、滑擦する際にナノチューブ以外にマ
スクにも余分な力が加わるため、レジストやテープなど
のような変形したり破砕しやすいマスク材ではなく、金
属、ガラス、セラミックがよい。特に有機物等が分離し
てエミッタ部分に残留した場合、FED動作時に、ガス
放出がおこり、真空度が劣化し、残留ガスのイオン化が
生じ、放電による異常放電がおこる。金属、ガラス、セ
ラミックではこのような問題が生じない。特に金属は強
度を保ちながら、薄膜化が可能であり、もっとも好まし
い。In addition, since extra force is applied to the mask in addition to the nanotubes during the rubbing, metal, glass, and ceramic are preferable instead of a mask material that is easily deformed or crushed, such as a resist or a tape. In particular, when an organic substance or the like is separated and remains in the emitter portion, gas is released during the FED operation, the degree of vacuum is deteriorated, ionization of the residual gas occurs, and abnormal discharge due to discharge occurs. Such problems do not occur in metals, glasses, and ceramics. In particular, metal can be formed into a thin film while maintaining strength, and is most preferable.
【0043】精製したカーボンナノチューブ膜も本実施
例を適用することができる。しかし、精製されたナノチ
ューブでは溶媒を浸した布状物質により滑擦した場合、
精製されたナノチューブが溶媒を含有すると膨潤および
変形が観測される。そのため、滑擦されたナノチューブ
の端部が膨れ上がり、また変形しパターンが劣化する。
場合によっては乾燥時にひび割れが生じる。一方、精製
しないナノチューブは膨潤や変形がほとんど見られな
い。パーティクルがあるためにナノチューブがからみあ
い強固な膜となっているためである。The present embodiment can be applied to a purified carbon nanotube film. However, when purified nanotubes are rubbed with a cloth material soaked in a solvent,
Swelling and deformation are observed when the purified nanotubes contain a solvent. Therefore, the slid end of the nanotube swells, deforms, and the pattern deteriorates.
In some cases, cracks occur during drying. On the other hand, the nanotubes that are not purified hardly swell or deform. This is because the nanotubes are entangled with each other due to the particles to form a strong film.
【0044】したがって、精製しないナノチューブは精
製したナノチューブに比較してコストがかからず、パタ
ーンニングの形状の劣化がすくなく、好ましい。[0044] Therefore, unpurified nanotubes are preferable because they cost less and do not easily deteriorate the patterning shape as compared with purified nanotubes.
【0045】[実施例2]本発明の実施例2を図5を用
いて説明する。図5の(1)は、ガラス基板22上に金
属のカソード配線24をストライプ状のパターンに形成
した後の断面図を示している。カソード配線の形成方法
としては、たとえば、ガラス基板の全面に蒸着やスパッ
タ、CVDといった方法で金属膜を形成し、レジストを
塗布した後、ストライプ状のパターンに露光、現像し、
金属膜のエッチングを行い、その後レジストを剥離する
方法が挙げられる。Embodiment 2 Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view after the metal cathode wiring 24 is formed in a stripe pattern on the glass substrate 22. As a method of forming the cathode wiring, for example, a metal film is formed on the entire surface of a glass substrate by a method such as evaporation, sputtering, or CVD, and a resist is applied.
There is a method in which a metal film is etched and then the resist is peeled off.
【0046】続いて図5の(2)に示すように、マルチ
ウォールナノチューブまたはアーク放電により触媒金属
を用いて形成したシングルウォールナノチューブ、また
は触媒金属を取り除いたシングルウォールナノチューブ
を有機バインダーに混ぜて図5の(1)の基板全体にカ
ーボンナノチューブ膜26として形成する。カーボンナ
ノチューブ膜の形成方法としては、たとえば転写法など
がある。Subsequently, as shown in FIG. 5B, a multi-wall nanotube, a single-wall nanotube formed using a catalytic metal by arc discharge, or a single-wall nanotube from which the catalytic metal has been removed is mixed with an organic binder. The carbon nanotube film 26 is formed on the entire substrate of (1) of No. 5. As a method for forming the carbon nanotube film, for example, there is a transfer method.
【0047】続いて図5の(3)に示すように、図5の
(2)のカーボンナノチューブ膜26上に、マスクとな
るアルミニウム膜28を形成し、続いて該アルミニウム
膜上にパターン形成するためにレジスト30を塗布す
る。Subsequently, as shown in FIG. 5C, an aluminum film 28 serving as a mask is formed on the carbon nanotube film 26 of FIG. 5B, and then a pattern is formed on the aluminum film. For this purpose, a resist 30 is applied.
【0048】続いて図5の(4)に示すように、上記レ
ジスト30をカソード配線パターン24と合わせてスト
ライプ状に露光・現像を行なう。Subsequently, as shown in FIG. 5 (4), the resist 30 is exposed and developed in a stripe shape together with the cathode wiring pattern 24.
【0049】続いて図5の(5)に示すように、上記パ
ターニングされたレジスト30をマスクに、アルミニウ
ム膜28をエッチングする。Subsequently, as shown in FIG. 5E, the aluminum film 28 is etched using the patterned resist 30 as a mask.
【0050】続いて図5の(6)に示すように、レジス
トを剥離する。Subsequently, the resist is peeled off as shown in FIG.
【0051】続いて図5の(7)に示すように、ドライ
エッチング装置、たとえば、O2プラズマアッシング装
置を用いて、表面に露出しているカーボンナノチューブ
膜を燃焼させることによって除去する。ここで燃焼と
は、試料温度を上げる場合ばかりでなく、基板温度を上
げずに活性化したO2プラズマおよびラジカルで酸化さ
せる方法、つまり、アッシングも含む。Subsequently, as shown in FIG. 5 (7), the carbon nanotube film exposed on the surface is removed by burning using a dry etching apparatus, for example, an O 2 plasma ashing apparatus. Here, the term “combustion” includes not only the case of raising the sample temperature but also a method of oxidizing with activated O 2 plasma and radicals without raising the substrate temperature, that is, ashing.
【0052】最後に図5の(8)に示すように、カーボ
ンナノチューブ膜26上のアルミニウム膜を燐酸、特に
加熱した燐酸によりウェットエッチングにより除去する
ことで、カーボンナノチューブ膜をカソード配線24上
にパターニングできる。Finally, as shown in FIG. 5 (8), the aluminum film on the carbon nanotube film 26 is removed by wet etching with phosphoric acid, particularly heated phosphoric acid, so that the carbon nanotube film is patterned on the cathode wiring 24. it can.
【0053】本実施例で形成されたパターン化されたカ
ーボンナノチューブ膜は、パターン化する前のナノチュ
ーブ膜と比較して、電子顕微鏡での観測でもミクロな変
化は観測されず、同様のエミッション電流が得られ、ア
ルミニウム膜を除去してもダメージがないことが明らか
になった。図5の(9)には図5の(8)の斜視図を示
した。In the patterned carbon nanotube film formed in this embodiment, microscopic changes were not observed even by observation with an electron microscope as compared with the nanotube film before patterning, and the same emission current was observed. It was found that there was no damage even if the aluminum film was removed. FIG. 5 (9) is a perspective view of FIG. 5 (8).
【0054】本実施例により得られたカーボンナノチュ
ーブのパターンは、アルミニウム膜をマスクとして燃焼
して形成しているため、パターン端部におけるカーボン
ナノチューブ同士の絡まりはなく、良好な形状が得られ
る。Since the pattern of the carbon nanotubes obtained in this embodiment is formed by burning using the aluminum film as a mask, the carbon nanotubes at the pattern end portions are not entangled with each other, and a good shape is obtained.
【0055】なお、本実施例ではO2プラズマアッシン
グを用いて説明したが、他のドライエッチング方法、た
とえば、スパッタエッチング、化学エッチング、反応性
エッチング、反応性スパッタエッチング、イオンビーム
エッチング、反応性イオンビームエッチングによるエッ
チングが可能である。Although this embodiment has been described using O 2 plasma ashing, other dry etching methods such as sputter etching, chemical etching, reactive etching, reactive sputter etching, ion beam etching, and reactive ion Etching by beam etching is possible.
【0056】ガスエッチングもしくはラジカル含有のエ
ッチングは化学エッチングもしくは反応性エッチング
で、炭素と反応除去できる酸素、水素等の反応性ガスを
用いて、カーボンナノチューブもしくはカーボンを主と
するナノパーティクルを除去できる。カーボンナノチュ
ーブもしくはカーボンナノパーティクル、触媒金属表面
を被うアモルファスカーボンのカーボン結合は6員環も
しくは5員環より構成されるが、カーボンナノチューブ
に比較してカーボンナノパーティクル、触媒金属表面被
うアモルファスカーボンの結合は不完全で5員環が多
く、反応性ガスに対して反応しやすい。Gas etching or radical-containing etching is chemical etching or reactive etching, and can remove carbon nanotubes or nanoparticles mainly composed of carbon by using a reactive gas such as oxygen or hydrogen which can be removed by reacting with carbon. Carbon bonds of carbon nanotubes or carbon nanoparticles, and amorphous carbon covering the catalytic metal surface are composed of 6-membered rings or 5-membered rings. The bond is incomplete, has many 5-membered rings, and easily reacts with a reactive gas.
【0057】従って、カーボンナノパーティクル、触媒
金属表面を被うアモルファスカーボンを含むカーボンナ
ノチューブをパターンニングする場合には、ガスエッチ
ングもしくはラジカルを含むエッチングがより効果的で
ある。さらに、ガスエッチングもしくはラジカルを含む
エッチングでは等方性のエッチングであることより、パ
ターニングするナノチューブの表面ばかりでなく、反応
性ガスが表面近傍のナノチューブ、ナノパーティクルの
側壁や裏面にも回りこみ、選択的に炭素と反応し、触媒
金属以外をすばやく除去できる。後述する触媒金属のみ
を除去する工程を追加することにより、ナノパーティク
ルを含有するカーボンナノチューブをパターニングする
ことができる。反応生成物はたとえば酸素の場合COや
CO2などのガスとなるため基板への再付着がなく、表
面汚染の問題がない。特に酸素をもちいた燃焼は簡便で
あり、好ましい。Therefore, in the case of patterning carbon nano particles and carbon nanotubes containing amorphous carbon covering the catalytic metal surface, gas etching or etching containing radicals is more effective. Furthermore, since gas etching or etching containing radicals is isotropic etching, not only the surface of the nanotube to be patterned, but also the reactive gas flows to the nanotubes near the surface, the sidewalls and the back surface of the nanoparticles, and the selection is made. Reactively reacts with carbon, and can quickly remove non-catalytic metals. By adding a step of removing only the catalyst metal described later, the carbon nanotubes containing nanoparticles can be patterned. For example, in the case of oxygen, the reaction product becomes a gas such as CO or CO 2, so that it does not adhere again to the substrate, and there is no problem of surface contamination. In particular, combustion using oxygen is simple and preferable.
【0058】次に、イオン性のスパッタ効果を用いた場
合を検討する。実施例2ではパターニングする時に残し
たいカーボンナノチューブにたとえばスパッタや蒸着を
用いてアルミニウムを被覆するが、カーボンナノチュー
ブの表面は凹凸が大きく、特に凹の内部では十分にアル
ミニウムを被うことができない場合がある。反応性ガス
を用いた場合には、ガスの回り込みがあり、エッチング
時間が長時間の場合、保護膜が十分に被覆していない部
分より、カーボンナノチューブがエッチングされる。一
方、イオン性のスパッタエッチングをもちいた場合、イ
オン種の直進性が強く、上面よりイオン種が進入するた
め、厚い被覆膜の下部に位置するカーボンナノチューブ
に対してダメージを与えにくい。さらに異方性のエッチ
ングであるため、マスクパターンに忠実にしかも垂直に
エッチングできる。したがって、ナノパーティクルのう
ち特に触媒金素の含有がないカーボンナノチューブ膜を
除去するのに好ましく、また微細なパターニング形成に
好ましい。Next, the case where the ionic sputtering effect is used will be examined. In the second embodiment, the carbon nanotubes to be left during patterning are coated with aluminum by using, for example, sputtering or vapor deposition. However, the surface of the carbon nanotubes has large irregularities, and there are cases where the aluminum cannot be sufficiently covered particularly inside the concaves. is there. When a reactive gas is used, the gas wraps around, and when the etching time is long, the carbon nanotubes are etched from portions where the protective film is not sufficiently covered. On the other hand, when ionic sputter etching is used, the ionic species have high rectilinearity and the ionic species enter from the upper surface, so that the carbon nanotubes located under the thick coating film are not easily damaged. Further, since the etching is anisotropic, the etching can be performed faithfully and vertically to the mask pattern. Therefore, it is preferable to remove a carbon nanotube film that does not contain catalytic metal among the nanoparticles, and it is also preferable to form a fine pattern.
【0059】イオンビームエッチング、反応性イオンビ
ームエッチングではマスクがなく、エッチングすること
が可能であるが、ビームを変調する必要があり、面積当
たりのプロセス時間が必要である。大面積ディスプレイ
よりは小型のディスプレイに適している。In ion beam etching and reactive ion beam etching, etching can be performed without a mask, but the beam needs to be modulated, and a process time per area is required. Suitable for small displays rather than large area displays.
【0060】なお、本実施例ではO2プラズマアッシン
グ時のマスクとしてアルミニウム膜を使用した例を示し
たが、除去する際にカーボンナノチューブにダメージを
与えない金属、たとえばチタン、金、モリブデン、タン
グステン、銀などを使用してもよい。チタンでは硝酸、
金では王水、モリブデンでは熱濃硫酸もしくは王水、タ
ングステンではフッ化水素酸と硝酸の混合液により速や
かに除去できる。しかし、長時間の処理では硝酸、硫
酸、フッ化水素ではカーボンナノチューブが徐々にでは
あるが劣化するため、ダメージ、特にFEDの場合のエ
ミッションの劣化を受けない条件、特に温度、濃度と所
定の時間内で処理するする必要がある。室温では硝酸6
5%、硫酸90%、フッ化水素45%およびそれらの混
合物で1時間以内の処理でダメージなく処理することが
できる。アルミニウムは他の金属に較べ安価であり、ま
た、カーボンナノチューブの被覆状態、特にアルミニウ
ムの結晶粒が密で被覆率が高く、しかもエッチング液で
ある燐酸に対してカーボンナノチューブの劣化が見られ
ず、他の金属よりも好ましい。In this embodiment, an example is shown in which an aluminum film is used as a mask during O 2 plasma ashing, but a metal that does not damage the carbon nanotubes during removal, such as titanium, gold, molybdenum, tungsten, Silver or the like may be used. Nitric acid for titanium,
Gold can be aqua regia, molybdenum can be quickly removed by hot concentrated sulfuric acid or aqua regia, and tungsten can be quickly removed by a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. However, since carbon nanotubes gradually deteriorate with nitric acid, sulfuric acid, and hydrogen fluoride in a long-term treatment, conditions that do not suffer from damage, especially emission deterioration in the case of FED, particularly, temperature, concentration and a predetermined time Need to be processed within. Nitric acid 6 at room temperature
5%, 90% sulfuric acid, 45% hydrogen fluoride, and a mixture thereof can be treated without damage within one hour. Aluminum is inexpensive compared to other metals, and the coating state of carbon nanotubes, especially the aluminum crystal grains are dense and the coverage is high, and the carbon nanotubes are not deteriorated with respect to the phosphoric acid as an etching solution. Preferred over other metals.
【0061】一方、原子量の大きい金属はイオンによる
スパッタ率が小さく、スパッタ効果が主なドライエッチ
ングの場合にマスク材として相応しい。特に金、タング
ステン、モリブデンはアルミニウム、チタンよりスパッ
タに対する耐性が2倍以上あり、マスク直下でのダメー
ジを受けにくく、したがって、ナノパーティクルのうち
特に触媒金素の含有がないカーボンナノチューブを除去
するのに好ましく、また微細なパターニング形成に好ま
しい。On the other hand, a metal having a large atomic weight has a small sputtering rate due to ions, and is suitable as a mask material in the case of dry etching mainly having a sputtering effect. In particular, gold, tungsten, and molybdenum are more than twice as resistant to spatter than aluminum and titanium, and are less susceptible to damage under the mask. Therefore, they are particularly useful for removing carbon nanotubes that do not contain catalytic metal among nanoparticles. It is preferable for fine pattern formation.
【0062】また金属以外でも、O2プラズマアッシン
グでのダメージを受けず、除去する際にカーボンナノチ
ューブにダメージを与えない物質、たとえば二酸化珪
素、酸化アルミニウムなどであれば、使用することが可
能である。In addition to metals, any substance that does not suffer damage by O 2 plasma ashing and does not damage the carbon nanotubes when removed, such as silicon dioxide or aluminum oxide, can be used. .
【0063】金属の場合、導電性が増し、カソード電極
として使用することができ、別途カソード電極を形成す
る必要がなく優位である。金属以外、特に絶縁膜の場
合、直接にゲート金属を施して、もしくは絶縁膜とゲー
ト金属を施して三極管構造を形成する場合、ゲート金属
とカソード間の絶縁層として使用することができる。場
合によっては追加の絶縁膜形成を省略することができ、
プロセスの簡素化を図ることができる。In the case of a metal, the conductivity is increased, and the metal can be used as a cathode electrode, which is advantageous because it is not necessary to separately form a cathode electrode. When a triode structure is formed by directly applying a gate metal, or by applying an insulating film and a gate metal, particularly in the case of an insulating film other than a metal, it can be used as an insulating layer between the gate metal and the cathode. In some cases, additional insulating film formation can be omitted,
The process can be simplified.
【0064】また、本実施例では図5の(2)のカーボ
ンナノチューブ膜形成方法として転写法を挙げたが、ス
クリーン印刷などの方法を用いてもカーボンナノチュー
ブ膜の形成は容易にできる。しかし、転写法ではナノチ
ューブの密度が高く、ナノチューブが絡み合い、他のパ
ターニング方法ではパターン端がめくれたり、はみ出し
たりしてきれいなパターンを形成することができない
が、本発明により表面が平坦でしかも良好なパターンを
形成することができ、数10μm以下の微細なパターン
を形成することができる。In this embodiment, the transfer method is used as the method for forming the carbon nanotube film shown in FIG. 5B. However, the carbon nanotube film can be easily formed by using a method such as screen printing. However, in the transfer method, the nanotube density is high, the nanotubes are entangled, and in the other patterning methods, the pattern ends are turned over or protruded, so that a clean pattern cannot be formed. A pattern can be formed, and a fine pattern of several tens μm or less can be formed.
【0065】一方、転写法と比較して、スクリーン印刷
法、スプレイ法は、30インチもしくはそれ以上の大面
積ディスプレイ全面に容易に薄膜を形成することがで
き、しかも、実施例1では簡便な方法であり、家庭用の
大型ディスプレイに適している。実施例2では微細なパ
ターンが形成でき、高品位平面型テレビ等の製造に適し
ている。On the other hand, as compared with the transfer method, the screen printing method and the spray method can easily form a thin film on the entire surface of a large area display of 30 inches or more, and in the first embodiment, a simple method is used. It is suitable for large displays for home use. In the second embodiment, a fine pattern can be formed, which is suitable for manufacturing a high-quality flat panel television or the like.
【0066】また、本実施例では、図5の(6)に示す
ように、アルミニウム膜上のレジストを剥離する工程が
含まれている。しかし、レジスト剥離の工程を省略して
も、続いて行うO2プラズマアッシングの工程で、レジ
ストも同時に除去される。したがって、レジスト剥離の
工程を省略しても、同じようにカーボンナノチューブの
パターン形成が可能である。In this embodiment, as shown in FIG. 5 (6), a step of removing the resist on the aluminum film is included. However, even if the step of removing the resist is omitted, the resist is simultaneously removed in the subsequent O 2 plasma ashing step. Therefore, even if the step of removing the resist is omitted, the pattern formation of the carbon nanotubes can be similarly performed.
【0067】[実施例3]本発明の実施例3を図6を用
いて説明する。図6の(1)は、ガラス基板42上の全
面に、蒸着、スパッタ、CVD等の方法を用いて金属膜
44を形成した後の断面図を示している。Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view after a metal film 44 is formed on the entire surface of the glass substrate 42 by using a method such as evaporation, sputtering, or CVD.
【0068】続いて図6の(2)に示すように、シング
ルウォールナノチューブをたとえば有機バインダーに混
ぜて、カーボンナノチューブ膜46として形成する。Subsequently, as shown in FIG. 6B, the single-wall nanotube is mixed with, for example, an organic binder to form a carbon nanotube film 46.
【0069】続いて図6の(3)に示すように、上記カ
ーボンナノチューブ膜46上に、マスクとなるアルミニ
ウム膜48を形成し、続いてアルミニウム膜上にレジス
ト50を塗布する。Subsequently, as shown in FIG. 6C, an aluminum film 48 serving as a mask is formed on the carbon nanotube film 46, and then a resist 50 is applied on the aluminum film.
【0070】続いて図6の(4)に示すように、上記レ
ジスト50をストライプ状に露光・現像を行う。続いて
レジストをマスクにアルミニウム膜48をエッチングす
る。Subsequently, as shown in FIG. 6D, the resist 50 is exposed and developed in a stripe shape. Subsequently, the aluminum film 48 is etched using the resist as a mask.
【0071】続いて図6の(5)に示すように、レジス
トを剥離する。Subsequently, as shown in FIG. 6 (5), the resist is stripped.
【0072】続いて、O2プラズマアッシング装置を用
いて、図6の(5)の基板の表面に露出しているカーボ
ンナノチューブ膜46を燃焼させて除去することによ
り、カーボンナノチューブ膜をパターニングする。たと
えばシングルウォールナノチューブの場合、触媒金属等
の不純物を多く含んでいるために、図6の(6)に示す
ように、アルミニウム膜でマスクされていない部分に
は、触媒金属等の不純物52が残留する。残留した触媒
金属等の不純物は、パターン間で電気的に短絡を引き起
こし、FEDの場合誤動作となる。Subsequently, the carbon nanotube film 46 exposed on the surface of the substrate shown in FIG. 6 (5) is burned and removed using an O 2 plasma ashing apparatus, thereby patterning the carbon nanotube film. For example, in the case of a single-wall nanotube, since impurities such as a catalyst metal are included in a large amount, impurities 52 such as a catalyst metal remain in a portion not masked by the aluminum film as shown in FIG. I do. The remaining impurities such as the catalyst metal cause an electrical short circuit between the patterns, which causes a malfunction in the case of the FED.
【0073】しかし、この状態で続けて下地金属のエッ
チング液に浸漬させると、パターニングされたカーボン
ナノチューブ膜がマスクとなり、下地金属がエッチング
される。同時に、触媒金属等の不純物は、リフトオフさ
れ除去される。However, when the substrate is immersed in the etching solution of the underlying metal in this state, the patterned carbon nanotube film becomes a mask and the underlying metal is etched. At the same time, impurities such as the catalyst metal are lifted off and removed.
【0074】実施例1の場合にも、十分にエッチング液
を含んだ布状物質を用いて加圧、滑擦しても、ナノパー
ティクルやわずかなカーボンナノチューブが残留する場
合があるが、続けて下地金属をエッチング液に浸漬させ
ると、パターニングされたカーボンナノチューブ膜がマ
スクとなり、下地金属がエッチングされる。同時に、ナ
ノパーティクルは、リフトオフされ除去される。In the case of Example 1, even when the cloth is sufficiently pressurized and rubbed with a cloth-like substance containing an etching solution, nanoparticles and slight carbon nanotubes may remain. When the base metal is immersed in an etchant, the patterned carbon nanotube film serves as a mask, and the base metal is etched. At the same time, the nanoparticles are lifted off and removed.
【0075】最後にマスク用アルミニウム膜をエッチン
グし、図6の(7)に示したように、カソード配線とカ
ーボンナノチューブ膜のパターンが同時に形成される。
図6の(8)には図6の(7)の斜視図を示した。Finally, the aluminum film for the mask is etched to form the pattern of the cathode wiring and the carbon nanotube film at the same time as shown in FIG.
FIG. 6 (8) is a perspective view of FIG. 6 (7).
【0076】本実施例により得られたカーボンナノチュ
ーブのパターンは、アルミニウム膜をマスクとして燃焼
して形成しているため、パターン端部におけるカーボン
ナノチューブ同士の絡まりはなく、良好な形状が得られ
る。Since the pattern of the carbon nanotubes obtained in this embodiment is formed by burning using the aluminum film as a mask, the carbon nanotubes at the pattern end portions are not entangled with each other, and a good shape is obtained.
【0077】なお、本実施例では、シングルウォールナ
ノチューブと有機バインダーを混ぜたものをカーボンナ
ノチューブ膜として形成した例について示したが、マル
チウォールナノチューブや精製したシングルウォールナ
ノチューブを有機バインダーーと混ぜたものをカーボン
ナノチューブ膜として形成した場合にも適用できる。そ
の場合は、図6の(6)に示した触媒金属等の不純物が
露出することはなく、パターニングされたカーボンナノ
チューブをマスクとして下地金属をエッチングし、マス
ク用アルミニウム膜をエッチングすることにより、図6
の(7)に示したように、カソード配線とカーボンナノ
チューブ膜が同時に形成でき、ナノパーティクルを含む
カーボンナノチューブ膜を用いる場合と比較して、工程
の簡素化が図れ有利である。In this embodiment, an example is shown in which a mixture of single-wall nanotubes and an organic binder is formed as a carbon nanotube film. The present invention can be applied to a case where the film is formed as a carbon nanotube film. In that case, the impurities such as the catalyst metal shown in FIG. 6 (6) are not exposed, and the underlying metal is etched using the patterned carbon nanotubes as a mask, and the aluminum film for the mask is etched. 6
As shown in (7), the cathode wiring and the carbon nanotube film can be formed at the same time, and the process can be simplified compared with the case of using the carbon nanotube film containing nanoparticles, which is advantageous.
【0078】[実施例4]次に実施例4について説明す
る。実施例3で、カーボンナノパーティクルを含むカー
ボンナノチューブをO2プラズマ処理で行った場合、図
6の(6)に示すように、マスクされていない部分は、
触媒金属等の不純物52が残留する。この後さらにガス
種を代えて触媒金属をドライエッチングすることが可能
である。触媒金属は鉄、ニッケル、コバルト、イットリ
ウム、ランタン等であるが、ミリング等のイオン性ガス
によりスパッタすることができる。Fourth Embodiment Next, a fourth embodiment will be described. In Example 3, when carbon nanotubes containing carbon nanoparticles were subjected to O 2 plasma treatment, as shown in (6) of FIG.
An impurity 52 such as a catalyst metal remains. Thereafter, it is possible to dry-etch the catalytic metal by further changing the gas type. The catalyst metal is iron, nickel, cobalt, yttrium, lanthanum, etc., but can be sputtered by an ionic gas such as milling.
【0079】さらに反応性ガス、特にハロゲン系のガ
ス、たとえば、塩素、塩酸、三塩化ボロン、六フッ化硫
黄、水素化ブロム等を用いて反応性を向上させて触媒金
属を除去することができる。さらに、ラジカル等の反応
性のガス種とともにイオン性のエッチングがより効果的
である。反応性を向上させ反応を促進させるとともにイ
オン性ガスによりスパッタして、表面より反応生成物を
除去することができる。Further, a reactive gas, particularly a halogen-based gas, for example, chlorine, hydrochloric acid, boron trichloride, sulfur hexafluoride, bromohydride or the like can be used to improve the reactivity to remove the catalytic metal. . Further, ionic etching is more effective together with reactive gas species such as radicals. The reactivity can be improved to promote the reaction, and the reaction product can be removed from the surface by sputtering with an ionic gas.
【0080】なお、実施例3で記述したようにマスク材
としてアルミニウム膜を用いた場合、レジスト等、触媒
金属と選択性のあるマスク材の変更もしくはパターニン
グの追加が必要な場合がある。しかし、アルミニウム膜
に代えて、スパッタに対する耐性のある原子量の大きい
金属、たとえば、金、モリブデン、タングステン等を用
い、残留触媒金属がスパッタする時間で十分耐える厚み
に調節して実施した場合、マスクの変更等がなく、工程
の追加がなく、アルミニウムに比較して好ましい。When an aluminum film is used as a mask material as described in the third embodiment, it may be necessary to change a mask material such as a resist or the like which has selectivity for a catalyst metal or to add patterning. However, in place of the aluminum film, a metal having a large atomic weight resistant to sputtering, for example, gold, molybdenum, tungsten, or the like, is used. There is no change or the like and no additional process, which is preferable as compared with aluminum.
【0081】アルミニウム膜をそのまま使用した場合、
アルミニウム膜も除去されるが、カーボンナノチューブ
が露出する時間を短く調節して劣化を抑えると、アルミ
ニウム膜を別途除去する工程なしにパターニングされた
カーボンナノチューブが形成される。When the aluminum film is used as it is,
The aluminum film is also removed. However, if the exposure time of the carbon nanotube is adjusted to be short to suppress the deterioration, the patterned carbon nanotube is formed without a step of separately removing the aluminum film.
【0082】反応性ガス、特にハロゲン系ガスを用いて
触媒金属である鉄、ニッケル、コバルト、イットリウ
ム、ランタンを除去する場合、基板を加熱することによ
り除去を加速することができ、有効である。上記触媒金
属のハロゲン化合物は常温では蒸気圧が低いが、加熱す
ることにより蒸気圧を高くでき、除去が加速される。When removing the catalytic metals iron, nickel, cobalt, yttrium and lanthanum using a reactive gas, particularly a halogen-based gas, the removal can be accelerated by heating the substrate, which is effective. The halogen compound of the catalyst metal has a low vapor pressure at room temperature, but the vapor pressure can be increased by heating to accelerate the removal.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上のように、本発明に係るカーボンナ
ノチューブのパターン形成方法によれば、絡まりあった
カーボンナノチューブ膜の微細なパターン形成を容易に
行うことができるとともに、たとえば転写法では平坦性
が良くまたパターン端部の形状が良好で、素子間の絶縁
における信頼性が向上したカーボンナノチューブパター
ンを形成することができる。As described above, according to the method for forming a carbon nanotube pattern according to the present invention, a fine pattern of a entangled carbon nanotube film can be easily formed. It is possible to form a carbon nanotube pattern with good pattern end shape and good reliability in insulation between elements.
【図1】実施例1の工程を示す図である。FIG. 1 is a view showing a process of Example 1.
【図2】実施例1の工程を示す図である。FIG. 2 is a view showing a process of Example 1.
【図3】実施例1の工程を示す図である。FIG. 3 is a view showing a process of Example 1.
【図4】実施例1の工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process of Example 1.
【図5】実施例2の工程を示す図である。FIG. 5 is a view showing a process of Example 2.
【図6】実施例3の工程を示す図である。FIG. 6 is a view showing a process of a third embodiment.
2 基板 4 導電体配線 6 シングルウォールナノチューブ膜 8 マスク 12 布状物質 22 ガラス基板 24 カソード配線 26 カーボンナノチューブ膜 28 アルミニウム膜 30 レジスト 42 ガラス基板 44 金属膜 46 カーボンナノチューブ膜 48 アルミニウム膜 50 レジスト 52 不純物 2 Substrate 4 Conductor wiring 6 Single wall nanotube film 8 Mask 12 Cloth material 22 Glass substrate 24 Cathode wiring 26 Carbon nanotube film 28 Aluminum film 30 Resist 42 Glass substrate 44 Metal film 46 Carbon nanotube film 48 Aluminum film 50 Resist 52 Impurity
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 文則 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 小沼 和夫 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 岡本 明彦 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株 式会社内 Fターム(参考) 4G046 CC01 CC10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Fuminori Ito 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo Inside NEC Corporation (72) Inventor Kazuo Onuma 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo Japan Inside Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Okamoto 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo F-term (Reference) 4G046 CC01 CC10
Claims (14)
部に薄膜が施された基板上に固着した、バインダーを含
む絡まりあったカーボンナノチューブを、所定のパター
ンに形成したマスクを介して除去することによりカーボ
ンナノチューブのパターンを形成する方法であって、カ
ーボンナノチューブの除去に前記バインダーを溶解する
溶液を用いるとともに、前記絡まりあったカーボンナノ
チューブを擦り落とすことを特徴とするカーボンナノチ
ューブのパターン形成方法。An entangled carbon nanotube containing a binder, which is fixed on a substrate or a substrate having a thin film on at least a part of its surface, is removed through a mask formed in a predetermined pattern. A method for forming a pattern of carbon nanotubes by using a solution dissolving the binder for removing the carbon nanotubes, and scraping the entangled carbon nanotubes.
前記布状物質でカーボンナノチューブを滑擦することに
より、カーボンナノチューブの除去を行うとともに、カ
ーボンナノチューブを布状物質によって擦り落とす請求
項1に記載のカーボンナノチューブのパターン形成方
法。2. A solution used for removal is contained in a cloth material,
The carbon nanotube pattern forming method according to claim 1, wherein the carbon nanotubes are removed by rubbing the carbon nanotubes with the cloth-like substance, and the carbon nanotubes are rubbed off with the cloth-like substance.
スからなる請求項1または2に記載のカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。3. The method according to claim 1, wherein the mask is made of metal, glass or ceramic.
ルを含んだナノチューブである請求項1〜3のいずれか
1項に記載のカーボンナノチューブのパターン形成方
法。4. The method for forming a carbon nanotube pattern according to claim 1, wherein the carbon nanotube is a nanotube containing nanoparticles.
部に薄膜が施された基板上に固着したカーボンナノチュ
ーブの一部を第1のドライエッチング方法にて除去する
ことによりカーボンナノチューブのパターンを形成する
方法であって、カーボンナノチューブのパターン形成に
おけるマスクとして金属膜または前記第1のドライエッ
チング時にダメージを受けない物質であり、前記マスク
除去時にカーボンナノチューブにダメージを与えない物
質の膜を用いることを特徴とするカーボンナノチューブ
のパターン形成方法。5. A pattern of carbon nanotubes is formed by removing a portion of carbon nanotubes fixed on a substrate or a substrate having a thin film on at least a part of its surface by a first dry etching method. Using a metal film or a material that does not damage the carbon nanotubes during the first dry etching, and that does not damage the carbon nanotubes when removing the mask, as a mask for forming the carbon nanotube pattern. Characteristic carbon nanotube pattern forming method.
素雰囲気中で燃焼させる方法であることを特徴とするカ
ーボンナノチューブのパターン形成方法。6. The method for forming a carbon nanotube pattern according to claim 1, wherein the first dry etching method is a method of burning in an oxygen atmosphere.
膜、モリブデン膜、タングステン膜または銀膜である請
求項5または6に記載のカーボンナノチューブのパター
ン形成方法。7. The method for forming a carbon nanotube pattern according to claim 5, wherein the metal film is an aluminum film, a titanium film, a gold film, a molybdenum film, a tungsten film or a silver film.
ジを受けない物質であり、除去時にカーボンナノチュー
ブにダメージを与えない物質の膜が二酸化珪素膜または
酸化アルミニウム膜である請求項5または6に記載のカ
ーボンナノチューブのパターン形成方法。8. The film according to claim 5, wherein the film of the material that is not damaged during the first dry etching and that does not damage the carbon nanotube during the removal is a silicon dioxide film or an aluminum oxide film. A method for forming a carbon nanotube pattern.
ルナノチューブまたはマルチウォールナノチューブであ
る請求項5〜8のいずれか1項に記載のカーボンナノチ
ューブのパターン形成方法。9. The method for forming a carbon nanotube pattern according to claim 5, wherein the carbon nanotube is a single-wall nanotube or a multi-wall nanotube.
マルチウォールナノチューブはナノパーティクルを除去
した精製ナノチューブである請求項9に記載のカーボン
ナノチューブのパターン形成方法。10. The method according to claim 9, wherein the single-wall nanotube or the multi-wall nanotube is a purified nanotube from which nanoparticles have been removed.
クルを含んだナノチューブであり、カーボンナノチュー
ブのパターン間に残留したナノパーティクルを該薄膜の
すくなくとも一部をリフトオフすることにより除去する
請求項1〜9に記載のカーボンナノチューブのパターン
形成方法。11. The carbon nanotube according to claim 1, wherein the carbon nanotube is a nanotube containing nanoparticles, and the nanoparticles remaining between the carbon nanotube patterns are removed by lifting off at least a part of the thin film. Method of forming nanotube pattern.
クルを含んだナノチューブであり、カーボンナノチュー
ブのパターン間に残留したナノパーティクルを前記第1
のドライエッチングとは異なる第2のドライエッチング
方法で除去する請求項5〜9に記載のカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。12. The carbon nanotube is a nanotube containing nanoparticles, and the nanoparticles remaining between the carbon nanotube patterns are removed by the first carbon nanotube.
10. The method for forming a pattern of carbon nanotubes according to claim 5, wherein the carbon nanotubes are removed by a second dry etching method different from the dry etching method.
パッタエッチング、化学エッチング、反応性エッチン
グ、反応性スパッタエッチング、イオンビームエッチン
グ、反応性イオンビームエッチングのいずれか一つで、
前記ナノパーティクルのすくなくとも一部を構成する触
媒金属を除去する請求項12に記載のカーボンナノチュ
ーブのパターン形成方法。13. The method of claim 2, wherein the second dry etching method is any one of sputter etching, chemical etching, reactive etching, reactive sputter etching, ion beam etching, and reactive ion beam etching.
The method for forming a pattern of carbon nanotubes according to claim 12, wherein a catalyst metal constituting at least a part of the nanoparticles is removed.
印刷法、スプレイ法または転写法により形成された請求
項1〜13のいずれか1項に記載のカーボンナノチュー
ブのパターン形成方法。14. The method for forming a carbon nanotube pattern according to claim 1, wherein the carbon nanotube film is formed by a screen printing method, a spray method, or a transfer method.
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