(57)【要約】【課題】基板上に形成されたグラフェン層の表面の凹凸を解消してグラフェン層の表面を平坦化することができる技術を提供する。【解決手段】基板上に形成されたグラフェン層の表面の凹凸を平坦化するグラフェン層の平坦化方法は、グラフェン層の表面の凸部を構成しているグラフェンを、そのエッジ部分からプラズマエッチングにより面内方向に異方性エッチングして除去し、グラフェン層を平坦化する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたグラフェン層の表面の凹凸を平坦化するグラフェン層の平坦化方法であって、
前記グラフェン層の表面の凸部を構成しているグラフェンを、そのエッジ部分からプラズマエッチングにより面内方向に異方性エッチングして除去し、前記グラフェン層を平坦化することを特徴とするグラフェン層の平坦化方法。
【請求項２】
前記プラズマエッチングは、水素プラズマによるエッチングであることを特徴とする請求項１に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項３】
前記プラズマエッチングは、マイクロ波プラズマにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項４】
前記グラフェン層を基板上に形成した被処理体を処理容器内に収容した状態で、前記処理容器内に処理ガスを供給するとともに、前記処理容器内にマイクロ波を放射することにより、前記処理容器内にマイクロ波プラズマを生成することを特徴とする請求項３に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項５】
前記マイクロ波を、マイクロ波発生部から平面スロットアンテナに導き、前記平面スロットアンテナに形成された所定パターンのスロットから前記処理容器内に放射することを特徴とする請求項４に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項６】
前記平面スロットアンテナとして、ラジアルラインスロットが形成されているものを用いることを特徴とする請求項５に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項７】
前記プラズマエッチングが水素プラズマによるエッチングの場合、前記処理ガスは、水素ガスのみ、または水素ガスと希ガスとを含むことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項８】
前記プラズマエッチングによる前記グラフェン層の平坦化処理に先立ち、水素ガスを含む処理ガスにより前記グラフェンの表面処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【請求項９】
前記表面処理の際の温度は、３００〜６００℃の範囲であることを特徴とする請求項８に記載のグラフェン層の平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラフェン層の平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、炭素原子の共有結合（ｓｐ２結合）によって六員環構造の集合体として構成されたものであり、移動度が２０００００ｃｍ２／Ｖｓ以上とシリコン（Ｓｉ）の１００倍以上、電流密度が１０９Ａ／ｃｍ２とＣｕの１０００倍以上であり、熱伝導度がダイアモンド以上、破壊強度、ヤング率が最も大きい等、炭素の共有結合で構成される六員環構造に由来する特異な電子・熱・機械特性を有している。
【０００３】
特に、その特異な電子特性により、グラフェンは新たな電子デバイス材料、例えば、トランジスタチャネルやセンシング素子の材料として期待されている。
【０００４】
グラフェンを電子デバイスに適用する場合には、基板上に成膜する技術が必要であり、例えば特許文献１には、炭化水素系ガスを用いてプラズマＣＶＤにより基板上にグラフェンを成膜する方法が開示されている。
【０００５】
単層のグラフェンは、二次元結晶であり、かつ面内異方性を有しており、エッジ構造を制御することで、その特性を制御することが可能となることから、ＣＶＤ等により成膜したグラフェン層に対し、誘導結合リモートプラズマシステムにより生成した水素プラズマにより異方性エッチングを行って、エッジ構造を制御することにより所望の特性の電子デバイスを製造する技術が提案されている（非特許文献１）。
【０００６】
ＣＶＤ等でグラフェン層を成膜した際には二次元結晶である単層のグラフェン（グラフェンシート）あるいはそれが多層積層した状態となるが、原子レベルの凹凸、すなわちグラフェンシートの層数のばらつきが生じている場合が多い。グラフェンにより電子デバイスを製造する場合には、このようなグラフェンシートの層数のばらつきによる原子レベルの凹凸さえも、グラフェン自身の物性や加工特性にばらつきを生じさせ、デバイス特性、例えばトランジスタの閾値がばらついてしまい、歩留まりの低下の原因となる。このため、グラフェンを電子デバイスへ適用する場合には、グラフェン層のこのような原子レベルの凹凸を解消するための平坦化技術は極めて重要である。
【０００７】
半導体プロセスにおける平坦化技術としてはＣＭＰが広く用いられているが、ＣＭＰは機械的な研磨をベースとする技術であることから、原子レベルでの平坦化は困難であり、グラフェン層の平坦化に適用された報告はなされていない。
【０００８】
一方、平坦化を目的としたものではないが、特許文献２には、反応性物質を紫外線照射下でグラフェンと反応させ、表面から原子１層ずつ除去する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−２３１４５５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１２２６３５号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Rong Yang et al., "An Anisotropic Etching Effect in the Graphene Basal Plane", Advanced Materials, 22(2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２は原子１層ずつ除去することによりグラフェンの層数を制御するものであるが、原子レベルの凹凸が存在する場合の平坦化に適用しても、全体に１層ずつ除去されるため、原理的にグラフェンの層数のばらつきによる凹凸は解消されず、グラフェン層の平坦化を達成することは困難である。
【００１２】
したがって、本発明は、基板上に形成されたグラフェン層の表面の凹凸を解消してグラフェン層の表面を平坦化することができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に形成されたグラフェン層の表面の凹凸を平坦化するグラフェン層の平坦化方法であって、前記グラフェン層の表面の凸部を構成しているグラフェンを、そのエッジ部分からプラズマエッチングにより面内方向に異方性エッチングして除去し、前記グラフェン層を平坦化することを特徴とするグラフェン層の平坦化方法を提供する。
【００１４】
本発明において、前記プラズマエッチングは、水素プラズマによるエッチングであることが好ましい。
【００１５】
前記プラズマエッチングは、マイクロ波プラズマにより行われることができ、前記グラフェンを基板上に形成した被処理体を処理容器内に収容した状態で、前記処理容器内に処理ガスを供給するとともに、前記処理容器内にマイクロ波を放射することにより、前記処理容器内にマイクロ波プラズマを生成するようにすることができる。この場合に、前記マイクロ波を、マイクロ波発生部から平面スロットアンテナに導き、前記平面スロットアンテナに形成された所定パターンのスロットから前記処理容器内に放射するものとすることが好ましい。前記平面スロットアンテナとして、ラジアルラインスロットが形成されているものを用いることができる。
【００１６】
前記プラズマエッチングが水素プラズマによるエッチングの場合、前記処理ガスとして、水素ガスのみ、または水素ガスと希ガスとを含むものを用いることができる。
【００１７】
前記プラズマエッチングによる前記グラフェン層の平坦化処理に先立ち、水素ガスを含む処理ガスにより前記グラフェンの表面処理を行ってもよい。この場合の温度は、３００〜６００℃の範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、グラフェン層の表面の凸部を構成しているグラフェンを、そのエッジ部分からプラズマエッチングにより面内方向に異方性エッチングして除去するので、グラフェン層の表面の凹凸を原子レベルで平坦化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るグラフェン層の平坦化方法を模式的に示す工程断面図である。
【図２】本発明に係るグラフェン層の平坦化方法に好適な装置の一例であるマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。
【図３】図２のマイクロ波プラズマ装置を用いて生成した水素プラズマによりグラフェン層を時間を変えてエッチングした実験例におけるＡＦＭによるトポグラフィー画像およびその一部の高さを示す図である。
【図４】図２のマイクロ波プラズマ装置を用いて生成した水素プラズマにより時間を変化させてグラフェンをエッチングした実験例におけるエッチング時間とエッチング長さとの関係を示す図である。
【図５】図２のマイクロ波プラズマ装置を用いて生成した水素プラズマにより時間を変化させてグラフェンをエッチングした実験例におけるエッチング時間とエッチング速度との関係を示す図である。
【図６】図３のエッチング時間を変化させたＡＦＭ像を２値化した画像およびそれらの凸部比（凸部面積／全体面積）を示す図である。
【図７】図６の結果に基づく、エッチング時間と凸部比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
＜グラフェン層の生成＞
まず、グラフェン層の平坦化の前提となるグラフェン層の生成について簡単に説明する。
上述したように、グラフェンは、二次元結晶であるが、電子デバイスに適用する場合には、基板上に単層のグラフェン（グラフェンシート）を単層のまま、あるいは多数積層した状態のグラフェン層を生成する。このときのグラフェン層の生成は、例えば、炭化水素系ガスを用いたプラズマＣＶＤにより行うことができる。このとき、基板は特に限定されず、金属、半導体、絶縁体のいずれでもよく、結晶体でも非晶質体でもよい。例えば、半導体Ｓｉ上にＳｉＯ２膜を形成したものを好適に用いることができる。
【００２１】
基板上にプラズマＣＶＤ等によりグラフェン層を形成した際には、マクロ的には均一な厚さを有していても、表面に原子レベルの凹凸、すなわちグラフェンシートの層数のばらつきが生じている場合が多い。
【００２２】
グラフェンにより電子デバイスを製造する場合には、このように形成されたグラフェン層に対し、例えば非特許文献１に示すような水素プラズマによる異方性エッチングを行ってグラフェン端部構造を制御する手法を用いることができるが、電子デバイスを製造する場合には、このようなグラフェンの層数のばらつきによる原子レベルの凹凸さえも、グラフェン自身の物性や加工特性にばらつきを生じさせ、デバイス特性、例えばトランジスタの閾値がばらついてしまい、歩留まりの低下の原因となる。そこで、グラフェンシートの層数のばらつきによる原子レベルの凹凸を解消するために、以下のようにグラフェンを平坦化する。
【００２３】
＜グラフェン層の平坦化方法＞
次に、本発明の一実施形態に係るグラフェン層の平坦化方法について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るグラフェン層の平坦化方法を模式的に示す工程断面図である。
【００２４】
図１（ａ）は、基板１上に、例えば炭化水素ガスを用いたプラズマＣＶＤにより、二次元結晶であるグラフェンシート２を単層のまま、あるいは多層積層した状態のグラフェン層３が形成された被処理体５を示し、グラフェンシート２の層数のばらつきが生じていることを示している。ここでは模式的に示すため、グラフェンシート２の層数の違いによりグラフェン層３の表面に凸状部分４が形成されていることを示しているが、実際にはグラフェンシート２は原子層であり、グラフェンシート２の層数のばらつきによるミクロ的な原子レベルの凹凸がグラフェン層３の表面に多数存在している。
【００２５】
このように、グラフェン層３にグラフェンシート２の層数のばらつきが存在している場合は、凸部４を構成するグラフェンシート２には必ずエッジ部分が存在している。
【００２６】
そこで、本実施形態では、プラズマエッチングを利用して、図１（ｂ）に示すように、グラフェン層３の表面の凸部４を構成するグラフェンシート２のエッジ部分を起点とした面内方向に指向性の高い異方性エッチングを行い、凸部４を構成するグラフェンシート２を除去していく。すなわち、グラフェンは二次元結晶であるため、エッチングはほぼ面内方向にのみ進行し、極めて高いアスペクト比（２０００以上）で面内方向にエッチングされる。したがって、層数がばらついて凸部を形成しているグラフェンシートのみがエッチングされ、その下方に連続するグラフェンシートはエッチングされないので、原子層レベルで平坦な表面が形成されていく。
【００２７】
このようなエッチングが進行していくことにより、最終的には、図１（ｃ）に示すように、凸部４が全て除去されて、グラフェン層３の表面は、原子レベルの凹凸のない状態に平坦化される。
【００２８】
この際のプラズマエッチングは面内方向に異方性エッチングができれば特に限定されないが、水素プラズマを用いることが好ましい。水素プラズマを用いることにより、その中の主に水素ラジカルによりエッチングが行われるので、凹凸を形成しているグラフェンシートの下方に連続するグラフェンシートへのダメージを極めて小さいものとすることができる。
【００２９】
また、プラズマエッチングの手法も特に限定されず、例えば、非特許文献１に記載されたような誘導結合リモートプラズマを用いることができるが、エッチング速度を高めて効率よく平坦化処理を行う観点からは、マイクロ波プラズマを用いることが好ましい。マイクロ波プラズマは、低電子温度かつ高密度のプラズマであり、ラジカル密度を極めて高くできることから、高いエッチング速度でエッチングが行えるものと推測される。例えば、誘導結合プラズマによる水素プラズマエッチングの場合は、非特許文献１に記載されているようにエッチング速度は６ｎｍ／ｍｉｎ程度が最大であるのに対し、マイクロ波プラズマによる水素プラズマエッチングの場合は、５０ｎｍ／ｍｉｎ以上、装置構成や条件を適切に選択すればさらに高いエッチング速度が得られる。
【００３０】
また、マイクロ波プラズマは、低電子温度であることからダメージの少ないプラズマ処理を行うことができる。
【００３１】
マイクロ波プラズマを生成するための装置についても、特に限定されないが、導波路を介して伝播されたマイクロ波を平面スロットアンテナに形成されたスロットから放射するタイプのものが好ましい。これにより、製造条件を適切に選択することにより、エッチング速度をより高めることができる。
【００３２】
なお、非特許文献１には、水素プラズマによる異方性エッチングが記載されているが、非特許文献１の異方性エッチングは、グラフェンの特定の結晶面を優先的にエッチングし、グラフェンの端部構造を制御して所定の特性を有する電子デバイスを形成するためのものであり、本発明のような電子デバイスを形成する前に、グラフェン層の表面を原子レベルで平坦化するものとは目的が全く異なっている。また、非特許文献１の「異方性エッチング」は、グラフェンの面内方向の特定の結晶面を優先的にエッチングすることを意味するのに対し、本発明における「異方性エッチング」は、面内方向に選択性を持っていればよい。
【００３３】
＜平坦化のための異方性エッチングに好適な装置の一例＞
次に、このようなグラフェン表面の平坦化のための異方性エッチングに好適な装置の一例について説明する。
図２は、グラフェンの異方性エッチングに好適な装置の一例であるマイクロ波プラズマ処理装置を示す断面図である。マイクロ波プラズマ処理装置１００は、略円筒状の処理容器３１と、その中に設けられた被処理体載置用の載置台３２と、処理容器３１の側壁に設けられた処理ガスを導入するガス導入部３３と、処理容器３１の上部の開口部に臨むように設けられ、マイクロ波を透過するスロット３４ａが形成された平面スロットアンテナ３４と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部３５と、マイクロ波発生部３５から発生されたマイクロ波を平面スロットアンテナ３４に導くマイクロ波伝送機構３６と、平面スロットアンテナ３４の下面に設けられた誘電体からなるマイクロ波透過板３７と、排気部４６を有している。
【００３４】
平面スロットアンテナ３４の上には水冷構造のシールド部材３８が設けられており、シールド部材３８と平面スロットアンテナ３４との間には誘電体からなる遅波材３９が設けられている。
【００３５】
平面スロットアンテナ３４は、例えば表面が銀または金メッキされた銅板またはアルミニウム板からなり、マイクロ波を放射するための複数のスロット３４ａが所定パターンで貫通するように形成された構成となっている。スロット３４ａのパターンは、マイクロ波が均等に放射されるように適宜設定される。好適なパターンの例としては、Ｔ字状に配置された２つのスロット３４ａを一対として複数対のスロット３４ａが同心円状に配置されているラジアルラインスロットを挙げることができる。スロット３４ａの長さや配列間隔は、マイクロ波の実効波長（λg）に応じて適宜決定される。また、スロット３４ａは、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、スロット３４ａの配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状に配置することもできる。スロット３４ａのパターンは、所望のプラズマ密度分布が得られるマイクロ波放射特性となるように、適宜設定される。
【００３６】
遅波材３９は、平面スロットアンテナ３４の上面に設けられている。遅波材３９は、真空よりも大きい誘電率を有する誘電体、例えば石英、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなる。遅波材３９はマイクロ波の波長を真空中より短くして平面スロットアンテナ３４を小さくする機能を有している。
【００３７】
マイクロ波透過板３７および遅波材３９の厚さは、遅波材３９、平面スロットアンテナ３４、マイクロ波透過板３７、およびプラズマで形成される等価回路が共振条件を満たすように調整される。遅波材３９の厚さを調整することにより、マイクロ波の位相を調整することができ、平面スロットアンテナ３４の接合部が定在波の「はら」になるように厚さを調整することにより、マイクロ波の反射が極小化され、マイクロ波の放射エネルギーが最大となる。また、遅波材３９とマイクロ波透過板３７を同じ材質とすることにより、マイクロ波の界面反射を防止することができる。
【００３８】
ガス導入部３３は、プラズマ生成ガスおよびエッチングガスを処理容器３１内に導入するためのものである。ここでは、エッチングガスとしてＨ２ガスを用いる。ガス導入部３３には、ガス供給管（図示せず）が接続されており、ガス供給管にはプラズマ生成ガスおよびＨ２ガスを供給するガス供給源（図示せず）が接続されている。そして、ガス供給源からガス供給配管を介してこれらガスがガス導入部３３に供給され、ガス導入部３３から処理容器３１内に導入される。プラズマ生成ガスとしては、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｅ等の希ガスが使用される。この中では特にＡｒガスが好適である。なお、プラズマ生成ガスは必須ではなく、Ｈ２ガスのみであってもよい。
【００３９】
マイクロ波伝送機構３６は、マイクロ波発生部３５からマイクロ波を導く水平方向に伸びる導波管４１と、平面スロットアンテナ３４から上方に伸びる、内導体４３および外導体４４からなる同軸導波管４２と、導波管４１と同軸導波管４２との間に設けられたモード変換機構４５とを有している。マイクロ波発生部３５で発生したマイクロ波は、ＴＥモードで導波管４１を伝播し、モード変換機構４５でマイクロ波の振動モードがＴＥモードからＴＥＭモードへ変換され、同軸導波管４２を介して遅波材３９に導かれ、遅波材３９から平面スロットアンテナ３４のスロット３４ａおよびマイクロ波透過板３７を経て処理容器３１内に放射される。マイクロ波の周波数は３００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲、例えば２．４５ＧＨｚを用いることができる。
【００４０】
排気部４６は、処理容器３１の底部に接続された排気管４７と、真空ポンプと圧力制御バルブを備えた排気装置４８とを有する。排気装置４８の真空ポンプにより排気管４７を介して処理容器３１内が排気される。圧力制御バルブは排気管４７に設けられており、処理容器３１内の圧力は圧力制御バルブにより制御される。
【００４１】
載置台３２は、温度制御機構４０を備えており、これにより載置台３２上の被処理体５の温度を、例えば室温〜８００℃までの所定の温度に制御可能となっている。
【００４２】
なお、処理容器３１の側壁部は、処理容器３１に隣接する搬送室との間で被処理体５の搬入出を行うための搬入出口（図示せず）を有している。搬入出口はゲートバルブ（図示せず）により開閉されるようになっている。
【００４３】
＜上記マイクロ波プラズマ処理装置による平坦化方法＞
このように構成されるマイクロ波プラズマ処理装置１００によりグラフェン層表面の平坦化のための異方性エッチングを行うに際しては、まず、処理容器３１内に被処理体５を搬入し、載置台３２上にグラフェン層を有する被処理体５を載置し、処理容器３１内の圧力を所定値に制御するとともに、温度制御機構により所定温度に制御して被処理体３を加熱した状態で、Ｈ２ガスによる表面処理を行う。Ｈ２ガスの他にＡｒガス等の希ガスを導入してもよい。この処理は、被処理体５表面のパーティクルやごみを除去して清浄化するための処理である。なお、この表面処理は必須ではない。
【００４４】
この表面処理の好ましい条件は以下のとおりである。
ガス流量：Ａｒ／Ｈ２＝０〜２０００／１０〜２０００ｓｃｃｍ
圧力：０．１〜１０Ｔｏｒｒ（１３．３〜１３３３Ｐａ）
被処理体温度：３００〜６００℃
時間：１０〜１２０ｍｉｎ
【００４５】
次いで、処理容器３１内を同様の圧力に維持し、被処理体５を所定温度に温度制御した状態で、Ｈ２ガス、またはＨ２ガスとプラズマ生成ガスであるＡｒガス等の希ガスとを導入しつつ、マイクロ波プラズマを生成し、グラフェンの平坦化のための異方性エッチングを行う。
【００４６】
マイクロ波プラズマの生成にあたっては、マイクロ波発生部３５で発生したマイクロ波を、マイクロ波伝送機構３６の導波管４１、モード変換機構４５、同軸導波管４２を介して遅波材３９に導き、遅波材３９から平面スロットアンテナ３４のスロット３４ａおよびマイクロ波透過板３７を経て処理容器３１内に放射させる。
【００４７】
マイクロ波は、表面波としてマイクロ波透過板３７の直下領域に広がり、表面波プラズマが生成される。そして、プラズマは下方に拡散し、被処理体３の配置領域では水素ラジカル密度が高く、かつ低電子温度のプラズマとなる。
【００４８】
このようなマイクロ波プラズマを用いることにより、被処理体５のグラフェン層の表面の凹凸を形成しているグラフェンシートをエッジ部分から高エッチング速度で異方性エッチングすることができ、グラフェン層の表面を原子レベルで平坦化することができる。
【００４９】
マイクロ波プラズマによる水素プラズマ処理の好ましい条件は以下のとおりである。
ガス流量：Ａｒ／Ｈ２＝０〜２０００／１０〜２０００ｓｃｃｍ
圧力：０．１〜１０Ｔｏｒｒ（１３．３〜１３３３Ｐａ）
被処理体温度：室温〜８００℃
マイクロ波パワー：０．５〜５ｋＷ
【００５０】
このとき、グラフェンのエッチング速度は、温度によって大きく変化し、４００℃以上、さらには４５０℃以上が好ましい。エッチング速度は、４００℃では８０ｎｍ／ｍｉｎ、４７０℃では２９０ｎｍ／ｍｉｎと極めて大きな値が得られる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、グラフェン層においてグラフェンシートの層数の違いにより形成された原子レベルの凹凸を、凹凸を形成するグラフェンシートのエッジ部分を起点としてプラズマエッチングにより面内方向のみに異方性エッチングすることができるので、この原子レベルの凹凸を解消して、グラフェン層の表面を原子レベルで平坦化することができる。このため、グラフェンを電子デバイスに用いる場合に、デバイス特性、例えばトランジスタの閾値のばらつきを極めて小さくすることができる。
【００５２】
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
ここでは、ＳｉＯ２／Ｓｉ基板の上にグラフェン層を形成したサンプルについて、図２に示したマイクロ波プラズマ処理装置を用い、ガス流量：Ａｒガス＝５００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス＝５００ｓｃｃｍ、圧力：３Ｔｏｒｒ、温度：４００℃、マイクロ波パワー：１ｋＷの条件で水素プラズマにより、時間を変えて水素プラズマによりエッチングを行った。図３は、時間を２ｍｉｎ、４ｍｉｎ、８ｍｉｎと変化させた際の原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope;ＡＦＭ）によるトポグラフィー画像、およびその一部の高さを示す図である。トポグラフィー画像では、色の濃いほど高さが低いことを示す。この図に示すように、最表層の凸部がエッジ部分からエッチングされ、グラフェン単層の厚さに相当する深さ０．３ｎｍの正六角形のエッチング部分（平坦部）が形成されていることが確認された。そして、時間とともに平坦部が広がって行くことがわかる。
【００５３】
図４は、各エッチング時間のエッチング長さ（エッチング部分である正六角形の中心から一辺の中点までの長さ）を示す。この図に示すように、時間の経過に従ってエッチング長さが長くなり、８ｍｉｎでほぼエッチング長さが６００ｎｍとなっており、グラフェンシートの厚さ０．３ｎｍのグラフェン単層が異方性エッチングされていることが確認された。この時のアスペクト比は、６００ｎｍ／０．３ｎｍ＝２０００であり、各エッチング時間のエッチング速度は、図５に示すようにほぼ８０ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００５４】
次に、ＡＦＭ像を最表層の凸部と下層の平坦部に着目し、これらを２値化した。図６は、図３のＡＦＭ像を２値化した画像であり、白い部分が平坦部、黒い部分が凸部である。凸部面積を全体面積で割った「凸部比」（凸部比＝凸部面積／全体面積）は、エッチング時間が２ｍｉｎで０．９５、４ｍｉｎで０．６６、８ｍｉｎで０．４０であった。図７は、この結果に基づく、エッチング時間と凸部比との関係を示すグラフである。この図から、エッチング時間の増加にともなって、凸部比が直線的に減少していることがわかる。この結果から、直線を外挿すると、エッチング時間がおよそ１２．５ｍｉｎで凸部が全てエッチングされてグラフェン層の表面が平坦化されることが予想される。
【００５５】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、平面スロットアンテナを用いたマイクロ波プラズマ処理装置により平坦化のためのエッチングを行った例を示したが、これに限らず、グラフェンを面内方向に異方性エッチングできれば他のプラズマ処理装置であってもよい。
【００５６】
また、エッチング対象のグラフェンが形成される基板は、上述したように特に制限はなく、適用する用途に応じて適切なものを用いればよい。
【符号の説明】
【００５７】
１；基板
２；単層グラフェン（グラフェンシート）
３；グラフェン層
４；凸部
５；被処理体
３１；処理容器
３２；載置台
３３；ガス導入部
３４；平面スロットアンテナ
３５；マイクロ波発生部
３６；マイクロ波伝送機構
３７；マイクロ波透過板
３９；遅波材
４０；温度制御機構
４６；排気部
１００；マイクロ波プラズマ装置
【図１】
2018127370.tif 000003
【図２】
2018127370.tif 000004
【図３】
2018127370.tif 000005
【図４】
2018127370.tif 000006
【図５】
2018127370.tif 000007
【図６】
2018127370.tif 000008
【図７】
2018127370.tif 000009