KR102391232B1 - 그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법 - Google Patents

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Abstract

제품 생산 및 품질을 개선할 수 있는 그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법이 개시된다. 이는, 전사 기판이 안착되는 지그를 이용하여 그래핀을 전사 기판으로 전사하는 전사 공정을 수행함으로써, 그래핀이 전사 기판의 상부면을 모두 덮도록 전사할 수 있다. 또한, 그래핀이 전사되는 영역을 전사 기판의 상부면뿐만 아니라 전사 기판을 제외한 지그 상부면의 주변 영역까지 전사되도록 할 수 있기 때문에, 그래핀을 전사 기판에 전사하기 위한 그래핀 이송부의 정밀한 얼라인 없이도 전사 기판의 상부면 전체를 그래핀이 전사되도록 할 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부의 위치 선정에 따른 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 제품 생산 및 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법{Apparatus for Transferring Graphene and Method for Transferring Graphene}
본 발명은 그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제품 생산 및 품질을 개선할 수 있는 그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법에 관한 것이다.
그래핀(Graphene)은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 가진 원자 한 층을 말하는 것으로, 두께는 0.2nm로 매우 얇으면서 물리적·화학적으로 안정성이 높은 특징을 가진다. 구체적으로, 상기 그래핀은 높은 전하의 이동, 뛰어난 투과도, 훌륭한 유연성 및 강도를 지니고 있어 차세대 전자소자 및 광전자소자에 매우 유망한 물질이다. 또한, 그래핀의 좋은 휨 특성, 빛에 대한 고 민감도의 특성은 태양전지, LED와 같은 소자들의 효율을 향상시킬 수 있고, 터치스크린이나 광 검출기(photodetectors)와 같은 소자에도 적용될 수 있어 점차 그 활용범위가 확대되고 있다.
이러한 그래핀의 제조는 일반적으로 금속층 상에 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 합성하는 방법으로 제작될 수 있다. 이는, 화학 기상 증착법으로 제작된 그래핀의 특성이 가장 우수하고 대량 생산이 가능할 수 있어서이다. 하지만, 화학 기상 증착법으로 그래핀 제조시, 먼저, 금속 촉매층을 형성한 실리콘 웨이퍼 기판이나 금속 기판 상에 합성하므로, 상기 그래핀을 소자에 적용하기 위해 금속층 상에 합성된 그래핀을 원하는 기판으로 옮기는 전사(transfer) 공정이 요구된다.
일반적으로 그래핀의 전사 공정은, 금속층 상에 형성된 그래핀을 열 방출 테이프(Thermal Releasing Tape), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 또는 폴리메틸 메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)등의 접착지지층을 이용하여 원하는 기판(substrate)으로 전사시키는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이러한 전사방법을 통해 그래핀을 전사시 습식 에칭 공정 중에 생기는 수분 또는 그래핀 전사시의 공기 중의 산소 및 불순물에 의해 그래핀과 기판 사이에 이물질이 존재하게 되어 그래핀 전사상태가 좋지 않은 단점이 있다. 또한, 그래핀과 상기 기판과의 접착력이 약해 전사된 그래핀을 적용한 소자 제조시 그래핀의 품질이 쉽게 손상되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위한 진공 장비 내에서 그래핀을 웨이퍼와 같은 전사 기판에 전사하는 방법이 개시되었다. 즉, 진공 장비 내에서 그래핀의 전사 공정을 수행함으로써 그래핀과 전사 기판 사이의 도핑을 일으키는 요소들을 제거할 수 있어 그래핀 고유의 특성을 확보할 수 있다.
허나, 종래의 그래핀 전사 공정을 위한 진공 장비는 그래핀이 부착된 캐리어 기판을 전사 기판까지 이송하기 위한 별도의 시스템이 없기 때문에 그래핀의 전사 위치를 작업자의 판단으로 결정해야만 하는 단점이 있다.
도 1은 종래의 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
여기서, 도 1(a)는 전사 기판, 일예로, 4inch 웨이퍼 상에 그래핀이 전사된 일예를 나타내며, 도 1(b)는 정밀 얼라인을 통해 전사 기판 상에 그래핀이 전사된 일예를 나타낸 도면이다.
도 1(a) 및 도 1(b)를 참조하면, 일반적으로 CVD 방식을 이용하여 성장된 대면적 그래핀은 원자 결합 구조(탄소 sp2 결합)상 다른 물질과 화학적 결합을 하지 않고, 물리적으로 접합해 있는 형태로 결합되어 접합력이 약하고 쉽게 떨어질 수 있다. 특히 그래핀이 전사된 제품을 생산하기 위한 양산 공정에서 그래핀은 그래핀을 이송하기 위한 캐리어 기판에 결합되어 있는 상태를 가지게 된다. 이때 그래핀을 전사 기판에 전사하더라도 캐리어 기판을 제거하기 전까지 캐리어 기판 쪽으로 더 강한 접합을 하고 있기 때문에, 열처리와 같은 후 공정을 통해 접합력을 더 강하게 하기 전까지 전사된 위치를 고정할 필요가 있다.
이를 위해 그래핀이 결합된 영역 이외의 캐리어 기판 점착면이 전사 기판에 접합되어, 전사 공정이 진행된 그래핀의 위치가 후공정 중 변하지 않도록 유지할 수 있게 된다. 캐리어 기판 점착면의 접합 위치와 그래핀의 전사 영역을 함께 고려할 때, 최대 전사 영역과 품질을 확보하기 위해서는 정밀 얼라인(alignment)이 요구된다.
일예로, 도 1(a)는 초기의 4inch 웨이퍼 상에 그래핀이 전사된 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다. 도 1(a)에서와 같이, 원형의 웨이퍼(10) 상에 사각형태의 그래핀(20)을 전사할 경우, 최대 영역(11)으로 그래핀(20)을 전사하더라도 많은 그래핀 비전사 영역(12)이 존재하게 된다.
또한, 도 1(b)에서와 같이, 원형의 웨이퍼(10) 상에 정밀 얼라인을 통해 원형형태의 그래핀(20)을 전사하더라도, 웨이퍼(10) 전체 영역에 그래핀(20) 전사가 불가능하며, 웨이퍼(10)의 최대 영역(11)으로 그래핀을 전사하더라도, 최대 영역(11)으로 전사하기 위한 전사 위치를 작업자의 판단으로 결정해야 하기 때문에 제품 생산 및 품질이 저하되는 문제가 있다.
또 다른 문제는 전사 기판의 두께로 인하여 기판 외곽 부분에 그래핀 전사가 정상적으로 이루어질 수 없게 되는 현상이다. 얇은 두께의 그래핀은 그 자체만으로는 어떠한 전사 기판의 표면을 따라 전사할 수 있지만, 캐리어 기판에 접합되어 있는 상태에서는 모든 표면을 따라 정확히 전사되기 어렵다. 이는 캐리어 기판은 자체의 두께로 인한 휘어짐 제한과 전사 기판의 표면 구조와 일치하지 않는 캐리어 기판 표면 구조로 인하여 발생하는 현상이며, 유사 현상에 대하여 “transfer in vacuum yielding a high quality graphene, Carbon, 93, 2015, p.286”의 Supplementary information 을 통해 보고한 바 있다.
따라서, 전사 기판 전체 영역에 대한 그래핀 전사를 위해서는 그래핀 전사면과 전사 기판 상부면이 동일 평면을 유지하면서 그래핀 전사 면적이 전사 기판 면적보다 더 넓은 것이 중요하다.
한국특허공개 10-2010-0115736
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 웨이퍼가 안착되는 지그(jig)를 이용하여 그래핀을 전사함으로써, 생산성 및 양산성을 향상시킬 수 있는 그래핀 전사 장치 및 그래핀 전사 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 그래핀 전사 장치는 챔버 몸체, 상기 챔버 몸체 내부로 그래핀을 이송시키는 그래핀 이송부, 상기 그래핀 이송부 하부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 지지대부 및 상기 챔버 몸체 내에 이송되어 상기 지지대부 상에 배치되되, 상기 챔버 몸체 내부로 이송된 상기 그래핀 이송부가 안착되는 기판 적재부를 포함한다.
상기 기판 적재부는, 상부에 상기 그래핀이 전사되는 전사 기판 및 상기 전사 기판이 안착되는 지그(jig)를 포함할 수 있다.
상기 지그는 상기 전사 기판이 상기 지그에 삽입되어 안착되도록 하는 안착홈을 포함할 수 있다.
상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판의 상부면과 동일 평면을 가질 수 있다.
상기 그래핀은 상기 전사 기판의 상부면을 모두 덮도록 상기 기판 적재부에 전사될 수 있다.
상기 지그의 상부면은, 상기 전사 기판이 배치되는 전사 기판 영역 및 상기 전사 기판을 둘러싸는 주변 영역을 포함할 수 있다.
상기 그래핀은 상기 전사 기판 영역 및 상기 주변 영역을 포함하도록 전사될 수 있다.
상기 지지대부는, 상기 그래핀 이송부를 일단에 지지하고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 리프트 및 상기 기판 적재부가 안착되고, 정전척을 이용하여 상기 기판 적재부를 고정시키는 정전척 스텐드를 포함할 수 있다.
상기 리프트는 탄성력을 이용하여 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키기 위한 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 정전척 스텐드는, 상기 리프트 타단과 인접하여 배치되고, 상기 탄성부재의 탄성력을 제어하기 위한 자성부재 및 상기 기판 적재부에 열이 공급되도록 열을 발생시키는 열 공급부를 포함할 수 있다.
상기 그래핀 이송부는, 상기 그래핀이 부착되고, 상기 그래핀을 이동시키는 캐리어 기판 및 상기 그래핀과 상기 캐리어 기판 사이에 배치되어, 상기 그래핀과 상기 캐리어 기판을 서로 접착시키는 접착부재를 포함할 수 있다.
상기 그래핀이 상기 기판 적재부에 접합되도록 상기 그래핀 이송부를 가압하는 롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 그래핀 전사 방법은 그래핀을 포함하는 그래핀 이송부와 지그 상에 전사 기판이 안착된 기판 적재부를 준비하는 단계, 상기 기판 적재부를 챔버 몸체 내부에 투입하여, 상기 챔버 몸체 내부에 배치된 지지대부 상에 안착시키는 단계, 상기 그래핀 이송부를 상기 챔버 몸체 내부에 투입하여, 상기 기판 적재부 상에 안착시키는 단계 및 상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계를 포함한다.
상기 지그는 상기 전사 기판이 상기 지그에 삽입되어 안착되도록 하는 안착홈을 포함하되, 상기 전사 기판이 상기 안착홈에 안착시, 상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판의 상부면과 동일 평면을 가질 수 있다.
상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계에서, 상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판이 배치되는 전사 기판 영역 및 상기 전사 기판을 둘러싸는 주변 영역을 포함하되, 상기 그래핀은 상기 전사 기판 영역 및 상기 주변 영역을 포함하도록 전사될 수 있다.
상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계는, 상기 챔버 몸체 상부에 배치된 롤러를 이용하여 상기 그래핀 이송부의 상부면을 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계는, 상기 지지대부에 배치된 열 공급부를 이용하여 열처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전사 기판이 안착되는 지그를 이용하여 그래핀을 전사 기판으로 전사하는 전사 공정을 수행함으로써, 그래핀이 전사 기판의 상부면을 모두 덮도록 전사할 수 있다.
또한, 그래핀이 전사되는 영역을 전사 기판의 상부면뿐만 아니라 전사 기판을 제외한 지그 상부면의 주변 영역까지 전사되도록 할 수 있기 때문에, 그래핀을 전사 기판에 전사하기 위한 그래핀 이송부의 정밀한 얼라인 없이도 전사 기판의 상부면 전체를 그래핀이 전사되도록 할 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부의 위치 선정에 따른 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 제품 생산 및 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 기판 적재부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역과 종래의 그래핀 전사 영역을 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 전사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 전사 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 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.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 장치는 챔버 몸체(100), 그래핀 이송부(200), 지지대부(300) 및 기판 적재부(400)를 포함한다.
챔버 몸체(100)는 그래핀(210)을 전사 기판(410)에 전사하기 위한 환경을 조성하고, 그래핀 이송부(200), 지지대부(300) 및 기판 적재부(400)가 배치될 수 있는 공간을 제공한다. 일예로, 챔버 몸체(100) 내에는 그래핀 이송부(200) 및 기판 적재부(400)가 이송되며, 실링에 의해 밀폐된 채로 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다. 즉, 챔버 몸체(100) 내부를 진공 분위기로 조성하고, 진공 분위기에서 그래핀(210)을 전사시킴으로써, 그래핀(210)의 품질에 영향을 줄 수 있는 물이나 산소 또는 여러 오염성분들을 원천적으로 제거할 수 있다.
이때, 챔버 몸체(100)는 전사 기판(410)에 적합하도록 전체적으로 원형 또는 사각 형상을 가질 수 있으나, 이는 전사 기판(410)의 종류 및 형상에 따라 변경될 수 있다.
그래핀 이송부(200)는 그래핀(210) 전사를 위해 챔버 몸체(100) 내부로 그래핀(210)을 이송시키는 수단으로써, 그래핀 이송부(200)는 챔버 몸체(100) 내에 지속적으로 공급하는 형태로 구성될 수 있으며, 일정 크기 단위로 공급하는 형태로도 구성될 수 있다.
일예로, 그래핀 이송부(200)는 그래핀(210), 접착부재(220) 및 캐리어 기판(230)을 포함할 수 있다.
그래핀(210)은 촉매금속 상에서 형성된 그래핀일 수 있다. 일예로, 그래핀(210)은 촉매금속 상에 일정 두께를 가진 단층 또는 다층으로 형성된 것일 수 있으나, 이를 한정하지는 않는다.
촉매금속은 그래핀(210) 합성에 쓰이는 것으로, 금속으로만 이루어진 단일 금속기판인 촉매금속이거나, 다른 부재와 결합된 촉매금속일 수 있다. 다른 부재와 결합된 촉매금속은, 예를 들어, 산화 실리콘을 갖는 실리콘 웨이퍼(SiO2/Si) 기판에 금속층으로 구리(Cu)가 형성된 것일 수 있으며, 이는 다른 부재 상에 전자빔이나 스퍼터(Sputter) 방식으로 금속층을 형성하여 구성될 수 있다. 촉매 금속은 일정 크기를 갖는 판상으로 구성될 수 있으며, 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 및 규소(Si) 중 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
촉매금속 상에 합성된 그래핀(210)은 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD) 공정으로 증착시킬 수 있다. 화학기상 증착법은, 예를 들어, 고온 화학기상증착(rapid thermal chemical vapor deposition, RTCVD), 유도결합플라즈마 화학기상증착(inductively coupled plasma-chemical vapor deposition, ICP-CVD), 저압 화학기상증착(low pressur chemical vapor deposition, LPCVD), 상압 화학 기상증착(atmosphericpressure chemical vapor deposition, APCVD), 금속 유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD)을 포함할 수 있다.
촉매금속 상에 형성된 그래핀(210)은 접착부재(220)에 의해 캐리어 기판(230)에 부착될 수 있다. 그래핀(210)이 부착되는 캐리어 기판(230)은 pH 3 이하의 내산성 또는 pH 10 이상의 내염기성 및 100℃ 내지 300℃에서의 내열성을 갖는 기판일 수 있다. 즉, 캐리어 기판(230)이 촉매금속의 식각 공정 및 그래핀(210) 세정 공정 수행시 공정들에 의해 손상되지 않을 수 있도록, 캐리어 기판(230)은 pH 3 이하의 산성 또는 pH 10 이상의 염기성 물질에 대해 각각 내산성 또는 내염기성을 가지는 기판일 수 있다. 또한, 캐리어 기판(230)은 본 발명의 진공 열처리를 이용한 그래핀(210) 전사 수행시 100℃ 내지 300℃의 온도에서도 캐리어기판의 특성을 유지할 수 있는 내열성을 가지는 기판일 수 있다.
캐리어 기판(230)은 일예로, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌설폰(PES), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에테르이미드(PEI), 또는 폴리아릴레이트(PAR)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
접착부재(220)는 pH 3 이하의 내산성 또는 pH 10 이상의 내염기성 및 100℃ 내지 300℃에서의 내열성을 갖는 접착부재(220)일 수 있다. 즉, 접착부재(220)는 본 발명의 진공열처리를 이용한 그래핀(210) 전사 수행 중에 접촉될 수 있는 pH 3 이하의 산성 또는 pH 10 이상의 염기성 물질에 대해 각각 내산성 또는 내염기성을 가질 수 있다. 또한, 접착부재(220)는 본 발명의 진공 열처리를 이용한 그래핀(210) 전사 수행시 100℃ 내지 300℃의 온도에서도 접착부재(220)의 특성을 유지할 수 있는 내열성을 가지는 것일 수 있다. 접착부재(220)는 그래핀(210)이 공정 중에 손상되지 않기 위해 그래핀(210)이 캐리어 기판(230)에 의해 지지할 수 있도록 형성하는 것일 수 있다.
접착부재(220)는, 일예로, 폴리이미드(Polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리비닐이딘 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 또는 UV 경화성 폴리머를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그래핀(210)이 접착부재(220)를 이용하여 캐리어 기판(230)에 접착된 후에는, 그래핀(210)의 전사 공정을 위해 그래핀(210)의 일면에 배치된 촉매금속은 제거될 수 있다. 즉, 촉매금속/그래핀/접착부재/캐리어 기판 구조에서 촉매금속이 제거된 그래핀/접착부재/캐리어 기판 구조를 갖는 그래핀 이송부(200)가 챔버 몸체(100) 내부로 이송될 수 있다.
지지대부(300)는 챔버 몸체(100) 하부에 배치될 수 있다. 지지대부(300)는 챔버 몸체(100) 내부로 이송된 그래핀 이송부(200)를 지지할 수 있고, 지지한 그래핀 이송부(200)를 상부 또는 하부 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 지지대부(300)는 리프트(310) 및 정전척 스텐드(320)를 포함할 수 있다.
리프트(310)는 챔버 몸체(100) 내부로 유입된 그래핀 이송부(200)를 지지하도록 배치될 수 있다. 일예로, 리프트(310)는 정전척 스텐드(320) 외곽 부위에 배치되되, 그래핀 이송부(200)의 모서리 영역을 지지하도록 배치될 수 있다. 따라서, 그래핀(210) 전사를 위해 챔버 몸체(100) 내부로 이송된 그래핀 이송부(200)는 리프트(310)에 의해 기판 적재부(400)와 상부 방향으로 소정거리 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 리프트(310)에 안착된 그래핀 이송부(200)를 기판 적재부(400)에 안착시키기 위해 리프트(310)는 상부 또는 하부 방향으로 이동되도록 형성될 수 있다. 일예로, 리프트(310)는 챔버 몸체(100) 내부로 이송된 그래핀 이송부(200)를 지지하고, 지지된 그래핀 이송부(200)를 하부 방향으로 이동시킴으로써 그래핀 이송부(200)가 기판 적재부(400)에 안착되도록 할 수 있다. 또한, 그래핀(210)이 전사 기판(410)으로 전사가 완료된 후에는, 다음 공정을 위해 리프트(310)는 다시 상부 방향으로 이동될 수 있다.
이러한 리프트(310)의 상부 또는 하부 방향으로 이동을 위해 리프트(310) 내에는 탄성부재(311)가 배치될 수 있다. 즉, 리프트(310)는 리프트(310) 내에 배치된 탄성부재(311)의 탄성력을 이용하여 상부 또는 하부 방향으로 이동될 수 있다. 탄성부재(311)는 일예로, 탄성력을 갖는 스프링일 수 있다.
정전척 스텐드(320)는 챔버 몸체(100) 내부로 이송된 기판 적재부(400)를 지지 및 고정하도록 배치될 수 있다. 정전척 스텐드(320)는 기판 적재부(400)를 고정하기 위해 정전척(Electrostatic Chuck, ESC)이 사용될 수 있다.
또한, 정전척 스텐드(320) 내에는 위치 제어부(미도시)가 배치되어, 위치 제어부를 통해 리프트(310)의 위치를 앞뒤 또는 좌우 방향으로 이동시킴으로서 리프트(310) 내에 안착된 그래핀 이송부(200)의 위치를 제어할 수 있다.
리프트(310)의 타단과 인접하는 정전척 스텐드(320)의 양 측면에는 리프트(310)를 상승 또는 하강시키는 모터를 포함할 수 있다. 즉, 리프트(310)와 연결된 모터를 제어함으로써, 리프트(310) 상에 안착된 그래핀 이송부(200)를 상승 또는 하강시킬 수 있다.
다른 실시예로써, 정전척 스텐드(320)의 양 측면에는 리프트(310)의 탄성력을 제어하기 위한 자성부재(321)를 더 포함할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 자성부재(321)는 리프트(310)의 타단과 인접하는 위치에 각각 배치되어, 리프트(310) 내에 배치된 탄성부재(311)의 탄성력을 제어하는 기능을 가질 수 있다. 일예로, 리프트(310)의 하강에 의해 리프트(310) 내에 배치된 탄성부재(311)에 힘을 가하게 되면 리프트(310)가 하강한 만큼 탄성부재(311)는 수축하게 된다. 이때, 수축된 탄성부재(311)는 자성부재(321)의 자성력에 의해 고정될 수 있다. 즉, 하강된 리프트(310)는 자성부재(321)에 의해 고정될 수 있다. 또한, 자성부재(321)의 자성력이 제거되면, 리프트(310)는 탄성부재(311)의 탄성력에 의해 상부 방향으로 이동하면서 리프트(310)가 원래 자리로 이동되도록 할 수 있다.
정전척 스텐드(320)는 열 공급부(322)를 더 포함할 수 있다. 열 공급부(322)는 기판 적재부(400)가 안착되는 부위와 인접한 위치에 배치되어, 정전척 스텐드(320)에 안착된 기판 적재부(400)에 열이 공급되도록 기능할 수 있다. 일예로, 열 공급부(322)는 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)가 접촉된 상태에서 기판 적재부(400)에 열을 공급하는 기능을 수행함으로써, 기판 적재부(400)를 통해 그래핀 이송부(200)까지 열이 전달되도록 할 수 있다.
기판 적재부(400)는 챔버 몸체(100) 내에 이송되어 지지대부(300) 상에 배치될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 그래핀 전사 장치는 그래핀(210)을 전사하기 위해 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)가 챔버 몸체(100) 내부로 이송될 수 있다. 일예로, 기판 적재부(400)는 그래핀 이송부(200)가 챔버 몸체(100) 내부로 이송되기 전에 먼저 이송되어, 지지대부(300) 상에 배치될 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부(200)는 기판 적재부(400)가 지지대부(300) 상에 배치된 후에 챔버 몸체(100) 내부로 이송되어 리프트(310) 상에 안착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 기판 적재부를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 적재부(400)는 상부에 그래핀(210)이 전사되는 전사 기판(410) 및 전사 기판(410)이 안착되는 지그(jig)(420)를 포함할 수 있다.
전사 기판(410)은 그래핀(210) 전사를 원하는 모든 기판에 적용될 수 있다. 일예로, 전사 기판(410)은 실리콘 웨이퍼, 유리, 이온 교환 필름, 폴리이미드 (PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 및 폴리카보네이트(PC) 중 어느 하나의 기판일 수 있다.
지그(420)는 전사 기판(410)을 지지하고, 전사 기판(410)이 고정되도록 기능할 수 있다. 지그(420)는 전사 기판(410)보다 큰 크기를 가지되, 지그(420)가 안착되는 지지대부(300)보다는 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 전사 기판(410)이 안착된 지그(420)가 지지대부(300) 상에 배치되도록 할 수 있다.
지그(420)의 상부면에는 지그(420)에 안착된 전사 기판(410)이 삽입되어 고정되도록 하기 위한 안착홈(421)이 형성될 수 있다. 안착홈(421)은 전사 기판(410)과 동일한 형태 및 동일한 크기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 전사 기판(410)이 지그(420) 상에서 고정되도록 하기 위함이다.
이때, 안착홈(421)은 전사 기판(410)이 안착홈(421)에 안착시 전사 기판(410)의 상면과 지그(420)의 상면이 동일 평면이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 안착홈(421)의 깊이는 전사 기판(410)의 두께와 동일한 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 일예로, 사각 형태의 지그(420) 상에 원형 형태의 실리콘 웨이퍼가 지그(420)의 중앙 부위에 삽입되어 안착될 수 있다.
또한, 지그(420)의 상부면은 전사 기판(410)이 배치되는 영역을 제외한 나머지 영역인 주변 영역(422)을 가질 수 있다. 일예로, 사각 형태의 지그(420) 중앙에 원형 형태의 전사 기판(410)이 안착될 경우, 지그(420)의 상부면은 원형의 전사 기판(410) 영역과 사각 형태의 지그(420) 상부면에서 원형의 전사 기판(410) 영역을 제외한 주변 영역(422)을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀(210) 전사 영역은 지그(420) 상에 배치되는 전사 기판(410)의 상부 영역뿐만 아니라, 지그(420)의 주변 영역(422)을 포함하도록 전사될 수 있다. 이는, 지그(420)의 상부면이 전사 기판(410)의 상부면과 동일 평면을 갖고, 지그(420)가 전사 기판(410) 주위로 주변 영역(422)을 갖도록 형성되기 때문에 가능하다.
즉, 지그(420) 상부면의 주변 영역(422)은 전사 기판(410)이 확장된 확장 영역으로서 기능할 수 있다. 일예로, 원형 형태의 전사 기판(410)으로 전사되는 사각 형태의 그래핀(210)은 전사 기판(410)의 원형보다 넓은 범위의 전사 영역으로 전사될 수 있다. 즉, 그래핀(210)은 원형 형태의 전사 기판(410)의 상부면을 모두 포함하고, 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장되도록 기판 적재부(400) 상에 전사될 수 있다. 따라서, 사각 형태의 그래핀(210)이 원형 형태의 전사 기판(410)으로 전사되더라도 전사 기판(410)의 상부면을 모두 덮도록 그래핀(210)을 전사 기판(410)으로 전사시킬 수 있다.
또한, 그래핀(210)이 전사 기판(410)뿐만 아니라, 전사 기판(410)을 확장한 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장되도록 전사시킬 수 있기 때문에 그래핀(210)을 전사 기판(410)에 전사하기 위한 정밀한 얼라인이 요구되지 않는다. 일예로, 종래와 같이, 작업자의 판단으로 원형으로 된 웨이퍼 상에 사각 형태의 그래핀(210)을 최대 영역으로 전사하기 위해서는 그래핀 이송부(200)의 정밀한 얼라인이 요구된다.
허나, 본 발명에 따른 지그(420)를 이용하면, 작업자의 판단에 의해 전사 위치를 선정하더라도, 전사 기판(410)의 영역을 벗어나 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장하여 그래핀(210)을 전사해도 되기 때문에 종래와 같이 그래핀 이송부(200)의 정밀한 얼라인이 요구되지 않는다. 따라서, 그래핀 이송부(200)의 위치 선정에 따른 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 그래핀 이송부(200)의 정밀한 얼라인 없이도 전사 기판(410)의 상부면에 그래핀(210)을 모두 전사시킬 수 있기 때문에 제품 생산 및 품질을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역과 종래의 그래핀 전사 영역을 비교한 도면이다.
도 5(a)는 종래의 그래핀 전사 영역을 나타내고, 도 5(b)는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸다.
도 5(a),(b)를 참조하면, 도 5(a)에서와 같이, 종래의 그래핀 전사 영역은 최대 영역(11)으로 그래핀(210)을 전사하더라도, 전사 기판(410)의 최외곽에 그래핀 비전사 영역(12)이 존재하나, 지그(420)를 이용한 본 발명에 따른 그래핀 전사 영역은 도 5(b)에서와 같이, 전사 기판(410)의 상부면 전체 영역에 그래핀(210)이 전사되는 것을 확인할 수 있다.
계속해서, 챔버 몸체(100) 내에는 그래핀(210)이 기판 적재부(400)에 접합되도록 그래핀 이송부(200)의 일면을 가압하는 롤러(500)를 더 포함할 수 있다. 롤러(500)는 챔버 몸체(100) 상부에 배치될 수 있다. 일예로, 그래핀 이송부(200)가 기판 적재부(400)에 안착되면, 롤러(500)는 그래핀 이송부(200)를 가압하면서 회전될 수 있다. 즉, 롤러(500)가 그래핀 이송부(200)의 상부면을 일측에서 타측 방향으로 이동하면서 그래핀 이송부(200)를 가압하여 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)를 일직선으로 접합시킬 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)는 롤러(500)에 의해 순차적인 접촉이 진행될 수 있다.
이는, 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)의 각각의 전체 면적이 동시에 접합될 때 발생될 수 있는 마이크로 버블이나 도핑을 일으킬 수 있는 물질들을 더 효과적으로 제거할 수 있게 함으로써, 그래핀(210) 전사 수행시 그래핀(210)과 전사 기판(410) 사이의 접합력을 더욱 향상시키며, 그래핀(210) 고유의 특성을 확보할 수 있다.
도 6은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 전사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 방법은 그래핀(210)을 포함하는 그래핀 이송부(200)와 지그(420) 상에 전사 기판(410)이 안착된 기판 적재부(400)를 준비하는 단계(S610), 기판 적재부(400)를 챔버 몸체(100) 내부로 이송하여, 챔버 몸체(100) 내부에 배치된 지지대부(300) 상에 안착시키는 단계(S620), 그래핀 이송부(200)를 챔버 몸체(100) 내부로 이송하여, 기판 적재부(400) 상에 안착시키는 단계(S630) 및 그래핀(210)을 기판 적재부(400)에 전사하는 단계(S640)를 포함한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 전사 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 전사 방법을 순차적으로 설명한다.
우선, 도 7을 참조하면, 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)를 준비한다.(S610) 그래핀 이송부(200)는 촉매금속 상에 형성된 그래핀(210)을 접착부재(220)를 이용하여 캐리어 기판(230)에 부착한 후, 촉매금속을 제거함으로써 그래핀/접착부재/캐리어 기판으로 이루어진 그래핀 이송부(200)가 준비될 수 있다.
기판 적재부(400)는 지그(420) 상부면에 형성된 안착홈(421)에 전사 기판(410)을 삽입하여 안착시킴으로써 준비될 수 있다. 이때, 지그(420)의 안착홈(421)에 삽입된 전사 기판(410)의 상부면은 지그(420)의 상부면과 동일 평면이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 지그(420)의 상부면은 전사 기판(410)이 안착된 전사 기판(410) 영역을 제외한 주변 영역(422)을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 기판 적재부(400)가 챔버 몸체(100)에 이송될 수 있다.(S620) 이송된 기판 적재부(400)는 챔버 몸체(100) 하부에 배치된 지지대부(300)의 정전척 스텐드(320) 상에 안착될 수 있다. 이때, 기판 적재부(400)는 지그(420)의 상부면에 안착된 전사 기판(410)이 챔버 몸체(100) 상부를 향하도록 정전척 스텐드(320) 상에 안착될 수 있다. 정전척 스텐드(320) 상에 안착된 기판 적재부(400)는 정전척 스텐드(320)의 정전척에 의해 지지대부(300)에 고정될 수 있다.
도 9를 참조하면, 그래핀 이송부(200)가 챔버 몸체(100)에 이송될 수 있다.(S630) 챔버 몸체(100)로 이송된 그래핀 이송부(200)는 지지대부(300)의 양측에 배치된 리프트(310) 상에 안착될 수 있다. 이때, 그래핀 이송부(200)는 캐리어 기판(230) 상에 부착된 그래핀(210)이 기판 적재부(400)를 향하도록 리프트(310) 상에 안착될 수 있다. 리프트(310)에 안착된 그래핀 이송부(200)는 기판 적재부(400)와 근접하도록 배치될 수 있다. 이때, 그래핀(210) 영역은 전사 기판(410)의 상부면 전체 영역과 전사 기판(410)을 제외한 지그(420) 상부면의 주변 영역(422)을 포함하도록 배치될 수 있다.
따라서, 전사 기판(410)에 그래핀(210)을 전사하기 위해 정밀한 얼라인이 수행되지 않더라도, 그래핀(210)이 전사 기판(410) 상면을 모두 덮도록 전사시킬 수 있다. 이는, 지그(420)의 상부면이 전사 기판(410)의 상부면과 동일 평면을 갖고, 전사 기판(410) 주위로 주변 영역(422)을 갖기 때문에, 기판 적재부(400)로 전사되는 그래핀(210)이 전사 기판(410)뿐만 아니라 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장하여 전사될 수 있기 때문이다.
도 10을 참조하면, 그래핀(210)을 기판 적재부(400)에 전사하기 위해 롤러(500)를 이용하여 그래핀 이송부(200)의 상부면을 가압할 수 있다. 이때, 롤러(500)는 그래핀 이송부(200)의 상부면을 일측에서 타측 방향으로 이동하면서 그래핀 이송부(200)를 가압하여 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)를 일직선으로 접합시킬 수 있다.
롤러(500)를 통해 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)를 접합시킨 후, 정전척 스텐드(320)의 열 공급부(322)를 이용하여 그래핀 이송부(200)와 기판 적재부(400)에 열을 공급함으로서 그래핀(210)과 전사 기판(410) 사이의 자발적인 본딩에 의해 그래핀(210)이 전사 기판(410)에 전사되도록 할 수 있다.(S640)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 전사 장치는 전사 기판(410)이 안착되는 지그(420)를 이용하여 그래핀(210)을 전사 기판(410)으로 전사하는 전사 공정을 수행함으로써, 그래핀(210)이 전사 기판(410)의 상부면을 모두 덮도록 전사할 수 있다. 또한, 그래핀(210)이 전사되는 영역을 전사 기판(410)의 상부면뿐만 아니라 전사 기판(410)을 제외한 지그(420) 상부면의 주변 영역(422)까지 전사되도록 할 수 있기 때문에, 그래핀(210)을 전사 기판(410)에 전사하기 위한 그래핀 이송부(200)의 정밀한 얼라인 없이도 전사 기판(410)의 상부면 전체를 그래핀(210)이 전사되도록 할 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부(200)의 위치 선정에 따른 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 제품 생산 및 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 챔버 몸체 200 : 그래핀 이송부
210 : 그래핀 220 : 접착부재
230 : 캐리어 기판 300 : 지지대부
310 : 리프트 311 : 탄성부재
320 : 정전척 스텐드 321 : 자성부재
322 : 열 공급부 400 : 기판 적재부
410 : 전사 기판 420 : 지그
421 : 안착홈 422 : 주변 영역
500 : 롤러

Claims (17)

  1. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부로 그래핀을 이송시키는 그래핀 이송부;
    상기 그래핀 이송부 하부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 지지대부; 및
    상기 챔버 몸체 내에 이송되어 상기 지지대부 상에 배치되되, 상기 챔버 몸체 내부로 이송된 상기 그래핀 이송부가 안착되는 기판 적재부를 포함하고,
    상기 기판 적재부는,
    상부에 상기 그래핀이 전사되는 전사 기판; 및
    상기 전사 기판이 안착홈에 삽입되어 안착되는 지그(jig)를 포함하는 그래핀 전사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판의 상부면과 동일 평면을 갖는 것인 그래핀 전사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 상기 전사 기판의 상부면을 모두 덮도록 상기 기판 적재부에 전사되는 것인 그래핀 전사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 지그의 상부면은,
    상기 전사 기판이 배치되는 전사 기판 영역; 및
    상기 전사 기판을 둘러싸는 주변 영역을 포함하는 그래핀 전사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그래핀은 상기 전사 기판 영역 및 상기 주변 영역을 포함하도록 전사되는 것인 그래핀 전사 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지지대부는,
    상기 그래핀 이송부를 일단에 지지하고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 리프트; 및
    상기 기판 적재부가 안착되고, 정전척을 이용하여 상기 기판 적재부를 고정시키는 정전척 스텐드를 포함하는 그래핀 전사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리프트는 탄성력을 이용하여 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키기 위한 탄성부재를 포함하는 그래핀 전사 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 정전척 스텐드는,
    상기 리프트 타단과 인접하여 배치되고, 상기 탄성부재의 탄성력을 제어하기 위한 자성부재; 및
    상기 기판 적재부에 열이 공급되도록 열을 발생시키는 열 공급부를 포함하는 그래핀 전사 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 그래핀 이송부는,
    상기 그래핀이 부착되고, 상기 그래핀을 이동시키는 캐리어 기판; 및
    상기 그래핀과 상기 캐리어 기판 사이에 배치되어, 상기 그래핀과 상기 캐리어 기판을 서로 접착시키는 접착부재를 포함하는 그래핀 전사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀이 상기 기판 적재부에 접합되도록 상기 그래핀 이송부를 가압하는 롤러를 더 포함하는 그래핀 전사 장치.
  13. 그래핀을 포함하는 그래핀 이송부와 지그의 안착홈에 전사 기판이 삽입되어 안착된 기판 적재부를 준비하는 단계;
    상기 기판 적재부를 챔버 몸체 내부에 투입하여, 상기 챔버 몸체 내부에 배치된 지지대부 상에 안착시키는 단계;
    상기 그래핀 이송부를 상기 챔버 몸체 내부에 투입하여, 상기 기판 적재부 상에 안착시키는 단계; 및
    상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전사 기판이 상기 안착홈에 안착시, 상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판의 상부면과 동일 평면을 갖는 것인 그래핀 전사 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계에서,
    상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판이 배치되는 전사 기판 영역 및 상기 전사 기판을 둘러싸는 주변 영역을 포함하되,
    상기 그래핀은 상기 전사 기판 영역 및 상기 주변 영역을 포함하도록 전사되는 것인 그래핀 전사 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계는,
    상기 챔버 몸체 상부에 배치된 롤러를 이용하여 상기 그래핀 이송부의 상부면을 가압하는 단계를 더 포함하는 그래핀 전사 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 그래핀을 상기 기판 적재부에 전사하는 단계는,
    상기 지지대부에 배치된 열 공급부를 이용하여 열처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 그래핀 전사 방법.
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