KR102391236B1 - 그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 그래핀 전사 방법 - Google Patents

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Abstract

품질 개선 및 양산성을 향상시킬 수 있는 그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 그래핀 전사 방법이 개시된다. 이는, 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 기판 적재부와 그래핀 이송부를 진공 상태에서 공급할 수 있는 기판 공급부를 구비함으로써, 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 외부 오염에 따른 제품 품질이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 그래핀 전사 공정을 위한 양산성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 그래핀과 전사 기판을 접합하는 제1 롤투플레이트 공정과 열처리 및 캐리어 기판 분리를 위한 제2 롤투플레이트 공정을 분리시킴으로써, 캐리어 기판에 인가되는 압력과 열에 의한 그래핀 손상 및 오염을 방지할 수 있다.

Description

그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 그래핀 전사 방법{System for Transferring Graphene and Method for Transferring Graphene Using the Same}
본 발명은 그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 그래핀 전사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 품질 개선 및 양산성을 향상시킬 수 있는 그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 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.
도 1은 종래의 그래핀 전사 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 그래핀 전사 장치를 이용하여 그래핀이 전사된 그래핀을 나타낸 이미지이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 그래핀 전사 장치는 진공 챔버(10) 내에 배치된 지지대부(11) 상에 전사 기판(12)을 안착시키고, 안착된 전사 기판(12) 상에 그래핀(13)이 전사 기판(12)에 근접하여 배치되도록 캐리어 기판(14)을 배치한다. 전사 기판(12)과 그래핀(13)이 근접한 상태에서 롤러(16)를 이용하여 캐리어 기판(14)을 가압하고, 지지대부(11)에 배치된 열 공급기(15)를 이용하여 전사 기판(12) 및 그래핀에 열을 인가함으로써 그래핀(13)을 전사 기판(12)으로 전사한다.
허나, 이러한 종래의 그래핀 전사 장치는 그래핀 전사 공정을 위해 전사 기판(12) 및 캐리어 기판(14)을 진공 챔버(10) 내부로 투입 또는 배출하기 위해서는 매번 진공 챔버(10)를 오픈해야만 한다. 즉, 전사 기판(12) 및 캐리어 기판(14)을 투입 또는 배출할 때마다, 진공 챔버(10)를 오픈 또는 진공하는 과정이 요구된다. 일예로, 진공 챔버(10) 내부를 1mTorr 이하의 진공 환경을 형성하기 위해서는 최소 30분 이상이 소요되며, 진공 챔버(10)를 오픈하는 과정도 약 10분 이상의 시간이 소요된다. 이러한 진공 또는 오픈하는 시간은 진공 챔버의 크기가 커질수록 많이 시간이 소요되기 때문에, 전체 공정 시간이 증가하게 되고, 매번 진공 챔버를 열고 닫아야 하기 때문에 진공 챔버(10) 내부의 오염에 의한 제품 품질이 낮아질 수밖에 없다. 따라서, 그래핀 전사 기판을 생산하기 위한 양산성이 크게 낮아진다.
또한, 종래의 그래핀 전사 장치는 하나의 진공 챔버(10) 내에서 롤러(16)에 의한 압력과 열을 함께 인가하면서 그래핀 전사 공정과 캐리어 기판(14) 분리 공정이 동시에 수행되어야 하기 때문에 도 2에서와 같이, 그래핀(13)의 손상과 오염이 함께 발생되는 문제점이 있다.
한국특허공개 10-2010-0115736
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 그래핀 전사 공정을 위해 다수의 진공 챔버를 형성함으로써, 제품의 품질 및 양산성을 향상시킬 수 있는 그래핀 전사 시스템 및 이를 이용한 그래핀 전사 방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 그래핀 전사 시스템은 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 상기 진공 상태에서 기판을 공급하는 기판 공급부, 상기 기판 공급부에서 기판을 공급받고, 그래핀 전사 공정을 수행하는 기판 처리부 및 상기 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 상기 기판 처리부에서 상기 그래핀 전사 공정이 완료된 기판이 배출되는 기판 배출부를 포함한다.
상기 기판 공급부는, 상기 진공 상태에서 상기 기판 처리부로 기판 적재부를 공급하는 제1 로드락 챔버 및 상기 진공 상태에서 상기 기판 처리부로 그래핀이 접착된 캐리어 기판을 포함하는 그래핀 이송부를 공급하는 제2 로드락 챔버를 포함할 수 있다.
상기 제1 로드락 챔버는 상기 기판 적재부에 열을 공급하여 제1 열처리 공정을 수행하기 위한 제1 열 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 처리부에는 상기 기판 적재부가 공급된 후, 상기 그래핀 이송부가 공급될 수 있다.
상기 기판 적재부는, 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 기판 처리부는, 상기 기판 공급부에서 상기 기판 적재부와 상기 그래핀 이송부를 공급받고, 진공 상태에서 제1 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 제1 전사 챔버 및 상기 제1 전사 챔버에서 상기 기판 적재부와 상기 그래핀 이송부를 공급받고, 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 제2 전사 챔버를 포함할 수 있다.
상기 제1 전사 챔버는, 상기 제1 전사 챔버 하부에 배치되고, 상기 기판 적재부가 안착되는 제1 지지대부 및 상기 제1 전사 챔버 상부에 배치되고, 상기 그래핀이 상기 기판 적재부에 접합되도록 상기 그래핀 이송부를 가압하는 제1 롤러를 포함할 수 있다.
상기 제1 지지대부는, 상기 기판 적재부가 삽입되어 안착되는 제1 지지대홈를 포함하되, 상기 제1 지지대홈 내에는 상기 기판 적재부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제1 리프트 및 상기 제1 지지대부 상부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제2 리프트를 포함할 수 있다.
상기 제2 전사 챔버는, 상기 제2 전사 챔버 하부에 배치되고, 상기 기판 적재부가 안착되는 제2 지지대부 및 상기 제2 전사 챔버 상부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부에서 상기 캐리어 기판을 제거하는 제2 롤러를 포함할 수 있다.
상기 제2 지지대부는, 상기 기판 적재부가 삽입되어 안착되는 제2 지지대홈를 포함하되, 상기 제2 지지대홈 내에는 상기 그래핀 이송부가 접합된 상기 기판 적재부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제3 리프트를 포함할 수 있다.
상기 제2 지지대부는 상기 기판 적재부에 열을 공급하여 제2 열처리 공정을 수행하기 위한 제2 열 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 롤러는 외주면에 미늘 형태의 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법은 그래핀이 접착된 캐리어 기판을 포함하는 그래핀 이송부와 지그 상에 전사 기판이 안착된 기판 적재부를 준비하는 단계, 상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 진공 또는 대기 상태를 갖는 기판 공급부에 로딩하는 단계, 상기 진공 상태에서 상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 기판 처리부로 이송하여 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계 및 상기 그래핀이 전사된 상기 기판 적재부를 기판 배출부로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판 공급부에 기판 적재부 및 그래핀 이송부를 로딩하는 단계는, 상기 기판 적재부를 제1 로드락 챔버로 로딩하는 단계 및 상기 그래핀 이송부를 제2 로드락 챔버로 로딩하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판 적재부를 상기 기판 처리부로 이송하기 전에, 상기 제1 로드락 챔버에서 제1 열 공급부를 이용하여 상기 기판 적재부에 열을 공급하는 제1 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계는, 상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 제1 전사 챔버로 이송하는 단계 및 상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 상기 제1 전사 챔버에서 제2 전사 챔버로 이송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계는, 상기 제1 전사 챔버에서 제1 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 단계 및 상기 제2 전사 챔버에서 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계는, 상기 그래핀 이송부를 상기 기판 적재부에 근접하게 배치하고, 배치된 상기 그래핀 이송부 상부를 제1 롤러를 이용하여 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계는, 상기 그래핀 이송부 및 상기 기판 적재부에 제2 열 공급부를 이용하여 열을 공급하는 단계 및 상기 열이 공급된 상태에서 제2 롤러를 이용하여 상기 그래핀 이송부의 상기 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 기판 적재부와 그래핀 이송부를 진공 상태에서 공급할 수 있는 기판 공급부를 구비함으로써, 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 외부 오염에 따른 제품 품질이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 그래핀 전사 공정을 위한 양산성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 적재부에 잔류하는 수분 등을 그래핀 전사 공정이 수행되기 전에 기판 공급부에서 제거할 수 있기 때문에 그래핀 전사 품질과 양산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 그래핀과 전사 기판을 접합하는 제1 롤투플레이트 공정과 열처리 및 캐리어 기판 분리를 위한 제2 롤투플레이트 공정을 분리시킴으로써, 캐리어 기판에 인가되는 압력과 열에 의한 그래핀 손상 및 오염을 방지할 수 있다.
더 나아가, 기판 공급부에 다수의 기판 처리부를 구비할 경우, 그래핀 전사 공정을 동시에 다수 처리할 수 있기 때문에 양산성을 크게 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 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 그래핀 전사 장치를 이용하여 그래핀이 전사된 그래핀을 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 기판 적재부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역과 종래의 그래핀 전사 영역을 비교하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 롤러를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10 내지 도 16은 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 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 3은 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템은 기판 공급부(100), 기판 처리부(200) 및 기판 배출부(300)를 포함한다.
기판 공급부(100)는 진공 또는 대기 상태를 갖고, 진공 상태에서 기판 처리부(200)로 기판을 공급한다. 이때, 기판 처리부(200)로 이송되는 기판은 전사 기판(410)을 포함하는 기판 적재부(400) 또는 그래핀(510)을 포함하는 그래핀 이송부(500) 일 수 있다. 일예로, 기판 공급부(100)는 그래핀 이송부(500) 또는 기판 적재부(400)가 외부에서 기판 공급부(100)로 로딩되는 경우는 대기 상태를 가질 수 있고, 그래핀 이송부(500) 또는 기판 적재부(400)가 기판 공급부(100)에서 기판 처리부(200)로 이동시에는 진공 상태를 가질 수 있다.
기판 공급부(100)는 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)를 포함할 수 있다.
제1 로드락 챔버(110)에는 복수의 기판 적재부(400)가 외부로부터 공급되어 배치될 수 있다. 또한, 제1 로드락 챔버(110)는 기판 처리부(200)와 연통될 수 있다. 일예로, 복수의 기판 적재부(400)는 소정의 개수 단위로 기판 처리부(200)로 이송될 수 있다.
제1 로드락 챔버(110)는 진공 상태 또는 대기 상태를 가질 수 있다. 일예로, 제1 로드락 챔버(110)가 대기 상태일 경우, 외부에서 제1 로드락 챔버(110)로 기판 적재부(400)가 공급될 수 있다. 또한, 제1 로드락 챔버(110)가 진공 상태일 경우, 제1 로드락 챔버(110)에서 기판 처리부(200)로 기판 적재부(400)가 이송될 수 있다.
제1 로드락 챔버(110)는 제1 로드락 챔버(110) 내부에 열을 공급하는 제1 열 공급부(111)를 더 포함할 수 있다. 제1 열 공급부(111)에 의해 제1 로드락 챔버(110) 내부에 배치되는 기판 적재부(400)에는 열이 공급될 수 있다. 일예로, 기판 적재부(400)에 안착되는 전사 기판(410), 예를 들어 웨이퍼 기판 등은 제1 로드락 챔버(110)에 공급되기 전에 세정 공정을 가진다. 허나, 세정 공정 중에 남아있는 수분 등은 세정 공정을 거치더라도, 완벽하게 제거되지 못하고 전사 기판(410) 상에 잔류하게 된다. 전사 기판(410) 상에 수분이 남아 있는 상태에서 전사 기판(410) 상에 그래핀 전사 공정이 수행될 경우, 그래핀(510)이 오염되거나, 제품에 불량이 초래될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템은 그래핀 전사 공정이 수행되기 전에 미리 전사 기판(410) 상에 잔류하는 수분을 제거하기 위해, 기판 적재부(400)가 공급되는 제1 로드락 챔버(110)에서 제1 열 공급부(111)를 이용한 제1 열처리 공정이 수행될 수 있다.
일예로, 제1 열 공급부(111)는 제1 로드락 챔버(110) 내부에 열을 공급하는 히터(heater)일 수 있다. 제1 열 공급부(111)는 제1 로드락 챔버(110) 내벽에 배치되어, 제1 로드락 챔버(110)에 공급된 복수의 기판 적재부(400)에 열이 공급되도록 할 수 있다. 일예로, 제1 열 공급부(111)에서 공급되는 열은 잔류하는 수분을 제거할 수 있는 150℃ 이하의 온도를 가질 수 있다. 즉, 기판 적재부(400)는 잔류하는 수분을 제1 로드락 챔버(110)에서 완전히 제거한 후에, 기판 처리부(200)로 이송되어 그래핀 공정이 수행되기 때문에 전사 기판(410)에 전사되는 그래핀(510)의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 공급부(100)에 잔류하는 수분을 제거하기 위해 별도의 공정 단계를 구성할 필요없이, 기판 공급부(100)가 제1 로드락 챔버(110)에서 대기하는 동안 제1 열 공급부(111)에 의해 잔류하는 수분을 제거할 수 있기 때문에 양산성을 향상시킬 수 있다.
제2 로드락 챔버(120)에는 복수의 그래핀 이송부(500)가 외부로부터 공급되어 배치될 수 있다. 또한, 제2 로드락 챔버(120)는 기판 처리부(200)와 연통될 수 있다. 일예로, 복수의 그래핀 이송부(500)는 소정의 개수 단위로 기판 처리부(200)로 이송될 수 있다.
제2 로드락 챔버(120)는 진공 상태 또는 대기 상태를 가질 수 있다. 일예로, 제2 로드락 챔버(120)가 대기 상태일 경우, 외부에서 제2 로드락 챔버(120)로 그래핀 이송부(500)가 공급될 수 있다. 또한, 제2 로드락 챔버(120)가 진공 상태일 경우, 제2 로드락 챔버(120)에서 기판 처리부(200)로 그래핀 이송부(500)가 이송될 수 있다.
즉, 제1 로드락 챔버(110)와 제2 로드락 챔버(120)는 기판 처리부(200)와 각각 연통되어, 진공 상태에서 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)를 이송시킬 수 있다.
이때, 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)로 공급되는 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)는 외부에서 제조되어 공급될 수 있다.
도 5는 본 발명의 기판 적재부를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 적재부(400)는 그래핀(510)이 전사되는 전사 기판(410) 및 전사 기판(410)이 안착되는 지그(jig)(420)를 포함할 수 있다. 즉, 지그(420) 상에 전사 기판(410)이 안착된 기판 적재부(400)가 제1 로드락 챔버(110)로 공급될 수 있다.
전사 기판(410)은 그래핀(510) 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)의 상부면에는 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 6은 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템를 이용한 그래핀(510) 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(510)은 전사 기판(410)의 원형보다 넓은 범위의 전사 영역으로 전사될 수 있다. 즉, 그래핀(510)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(510)이 원형 형태의 전사 기판(410)으로 전사되더라도 전사 기판(410)의 상부면을 모두 덮도록 그래핀(510)을 전사 기판(410)으로 전사시킬 수 있다.
또한, 그래핀(510)이 전사 기판(410)뿐만 아니라, 전사 기판(410)을 확장한 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장되도록 전사시킬 수 있기 때문에 그래핀(510)을 전사 기판(410)에 전사하기 위한 정밀한 얼라인이 요구되지 않는다.
도 7은 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역과 종래의 그래핀 전사 영역을 비교한 도면이다.
도 7(a)는 종래의 그래핀 전사 영역을 나타내고, 도 7(b)는 본 발명의 그래핀 전사 장치를 이용한 그래핀 전사 영역을 나타낸다.
도 7(a),(b)를 참조하면, 도 7(a)에서와 같이, 종래의 그래핀 전사 영역은 정밀 얼라인을 통해 최대 영역(11)으로 그래핀(210)을 전사하더라도, 전사 기판(410)의 최외곽에 그래핀 비전사 영역(12)이 존재한다. 또한, 최대 영역(11)으로 전사하기 위한 전사 위치를 작업자의 판단으로 결정해야 하기 때문에 제품 생산 및 품질이 저하되는 문제가 있다.
허나, 지그(420)를 이용한 본 발명에 따른 그래핀 전사 영역은 도 7(b)에서와 같이, 전사 기판(410)의 상부면 전체 영역에 그래핀(210)이 전사되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 지그(420)를 이용한 그래핀(510) 전사 영역은 전사 기판(410)의 영역을 벗어나 지그(420)의 주변 영역(422)까지 확장하여 그래핀(510)을 전사해도 되기 때문에 종래와 같이 그래핀 이송부(500)의 정밀한 얼라인이 요구되지 않는다. 또한, 그래핀 이송부(500)의 정밀한 얼라인 없이도 전사 기판(410)의 상부면에 그래핀(510)을 모두 전사시킬 수 있기 때문에 제품 생산 및 품질을 향상시킬 수 있다.
그래핀 이송부(500)는 그래핀(510), 접착부재(520) 및 캐리어 기판(530)을 포함할 수 있다.
그래핀(510)은 촉매금속 상에서 형성된 그래핀일 수 있다. 일예로, 그래핀(510)은 촉매금속 상에 일정 두께를 가진 단층 또는 다층으로 형성된 것일 수 있으나, 이를 한정하지는 않는다.
촉매금속 상에 형성된 그래핀(510)은 접착부재(520)에 의해 캐리어 기판(530)에 부착될 수 있다. 그래핀(510)이 부착되는 캐리어 기판(530)은 pH 3 이하의 내산성 또는 pH 10 이상의 내염기성 및 100℃ 내지 300℃에서의 내열성을 갖는 기판일 수 있다. 즉, 캐리어 기판(530)이 촉매금속의 식각 공정 및 그래핀 세정 공정 수행시 공정들에 의해 손상되지 않을 수 있도록, 캐리어 기판(530)은 pH 3 이하의 산성 또는 pH 10 이상의 염기성 물질에 대해 각각 내산성 또는 내염기성을 가지는 기판일 수 있다.
캐리어 기판(530)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(520)는 pH 3 이하의 내산성 또는 pH 10 이상의 내염기성 및 100℃ 내지 300℃에서의 내열성을 갖는 접착부재(520)일 수 있다. 즉, 접착부재(520)는 본 발명의 진공열처리를 이용한 그래핀 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(520)는 본 발명의 진공 열처리를 이용한 그래핀 전사 수행시 100℃ 내지 300℃의 온도에서도 접착부재(520)의 특성을 유지할 수 있는 내열성을 가지는 것일 수 있다. 접착부재(520)는 그래핀(510)이 공정 중에 손상되지 않기 위해 그래핀(510)이 캐리어 기판(530)에 의해 지지할 수 있도록 형성하는 것일 수 있다.
접착부재(520)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(510)이 접착부재(520)를 이용하여 캐리어 기판(530)에 접착된 후에는, 그래핀(510)의 전사 공정을 위해 그래핀(510)의 일면에 배치된 촉매금속은 제거될 수 있다. 즉, 촉매금속/그래핀/접착부재/캐리어 기판 구조에서 촉매금속이 제거된 그래핀/접착부재/캐리어 기판 구조를 갖는 그래핀 이송부(500)가 제2 로드락 챔버(120)로 공급될 수 있다.
계속해서, 기판 처리부(200)는 기판 공급부(100)에서 기판을 공급받고, 진공 상태에서 그래핀(510) 전사 공정을 수행한다. 즉, 기판 처리부(200)는 전사 기판(410)에 그래핀(510)을 전사하기 위한 프로세스 진공 챔버일 수 있다.
또한, 기판 처리부(200)는 제1 전사 챔버(210) 및 제2 전사 챔버(220)를 포함할 수 있다.
제1 전사 챔버(210)는 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)와 연결될 수 있다. 일예로, 제1 전사 챔버(210)는 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)와 각각 연통되도록 연결될 수 있다. 이때, 제1 전사 챔버(210)와 제1 로드락 챔버(110), 제1 전사 챔버(210)와 제2 로드락 챔버(120) 사이에는 챔버간 서로 연통 또는 차단되도록 하는 게이트가 각각 형성될 수 있다.
일예로, 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)는 기판 적재부(400) 또는 그래핀 이송부(500)를 제1 전사 챔버(210)로 이송시, 대기 상태에서 진공 상태로 변경될 수 있다. 제1 로드락 챔버(110) 또는 제2 로드락 챔버(120)가 제1 전사 챔버(210)와 동일한 진공 상태로 변경되면, 챔버간 연결된 게이트가 오픈되어 기판 적재부(400) 또는 그래핀 이송부(500)가 제1 전사 챔버(210)로 이송될 수 있다. 기판 적재부(400) 또는 그래핀 이송부(500)가 제1 전사 챔버(210)로 이송이 완료되면 게이트는 다시 닫히게 되어, 제1 전사 챔버(210)는 제1 로드락 챔버(110) 또는 제2 로드락 챔버(120)와 차단될 수 있다.
즉, 그래핀(510) 전사 공정을 수행하는 제1 전사 챔버(210)는 공정을 위한 기판이 투입 또는 반출되더라도 진공 상태를 유지할 수 있으며, 진공 상태에서 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)에 의해 기판 적재부(400) 또는 그래핀 이송부(500)를 선택하여 공급받을 수 있다. 따라서, 종래에 기판을 챔버 내부로 투입 또는 배출하기 위해 매번 진공을 해제하고 챔버를 오픈할 필요가 없기 때문에 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 외부 오염에 따른 제품 품질이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 그래핀(510) 전사 공정을 위한 양산성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 공급부(100)에서 제1 전사 챔버(210)로 기판 적재부(400) 또는 그래핀 이송부(500)를 이송하기 위해 기판 공급부(100)와 제1 전사 챔버(210) 사이에는 진공 로봇 암(미도시) 등이 배치될 수 있다.
제1 전사 챔버(210)는 제1 지지대부(211) 및 제1 롤러(212)를 포함할 수 있다.
제1 지지대부(211)는 제1 전사 챔버(210) 하부에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 전사 챔버(210)로 이송된 기판 적재부(400)는 제1 지지대부(211) 상에 안착될 수 있다.
제1 지지대부(211) 상부에는 제1 지지대홈(201)을 포함할 수 있다. 제1 지지대홈(201)은 기판 적재부(400)와 동일한 크기를 가질 수 있다. 즉, 제1 전사 챔버(210)로 이송된 기판 적재부(400)는 제1 지지대홈(201)에 안착되되, 동일한 크기의 제1 지지대홈(201)에 의해 제1 지지대홈(201)에 삽입되어 고정될 수 있다.
제1 지지대홈(201) 내에는 제1 리프트(213)가 배치될 수 있다. 제1 리프트(213)는 제1 지지대홈(201) 내에서 상부 또는 하부 방향으로 이동될 수 있다. 일예로, 제1 로드락 챔버(110)에서 제1 전사 챔버(210)로 이송된 기판 적재부(400)는 제1 리프트(213) 상에 안착되고, 제1 리프트(213)에 안착된 기판 적재부(400)는 제1 리프트(213)의 하부 방향 이동에 의해 제1 지지대홈(201) 내에 안착될 수 있다.
제1 지지대부(211) 상부에는 제2 리프트(214)가 배치될 수 있다. 제2 리프트(214)는 그래핀 이송부(500)를 지지하고, 상부 또는 하부 방향으로 이동될 수 있다. 일예로, 제1 로드락 챔버(110)에서 제1 전사 챔버(210)로 기판 적재부(400)가 이송되면, 기판 적재부(400)는 제1 리프트(213)에 의해 제1 지지대홈(201)으로 안착된다. 이때, 기판 적재부(400)는 전사 기판(410)이 상부 방향을 향하도록 제1 지지대홈(201) 내에 안착될 수 있다. 기판 적재부(400)가 제1 지지대홈(201)에 안착된 후에, 제2 로드락 챔버(120)에서 제1 전사 챔버(210)로 그래핀 이송부(500)가 이송되면, 그래핀 이송부(500)는 제2 리프트(214)에 안착된다. 이때, 그래핀 이송부(500)는 그래핀(510)이 하부 방향을 향하도록 제2 리프트(214)에 안착될 수 있다. 이때, 그래핀 이송부(500)는 제2 리프트(214)에 의해 기판 적재부(400)와 근접하도록 배치될 수 있다.
이러한 제2 리프트(214)의 상부 또는 하부 방향으로 이동을 위해 제2 리프트(214) 내에는 탄성부재(215)가 배치될 수 있다. 즉, 제2 리프트(214)는 제2 리프트(214) 내에 배치된 탄성부재(215)의 탄성력을 이용하여 상부 또는 하부 방향으로 이동될 수 있다. 탄성부재(215)는 일예로, 탄성력을 갖는 스프링일 수 있다.
제1 전사 챔버(210) 상부에는 그래핀 이송부(500)를 가압하는 제1 롤러(212)가 배치될 수 있다. 제1 전사 챔버(210)는 제1 롤러(212)를 이용하여 제1 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행할 수 있다. 일예로, 그래핀 이송부(500)가 기판 적재부(400)와 근접하게 배치되면, 제1 롤러(212)는 그래핀 이송부(500)를 가압하면서 회전될 수 있다. 즉, 제1 롤러(212)가 그래핀 이송부(500)의 상부면을 일측에서 타측 방향으로 이동하면서 그래핀 이송부(500)를 가압하여 그래핀 이송부(500)와 기판 적재부(400)를 일직선으로 접합시킬 수 있다. 따라서, 그래핀 이송부(500)와 기판 적재부(400)는 제1 롤러(212)에 의해 순차적인 접촉이 진행될 수 있다.
이는, 그래핀 이송부(500)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(510) 전사 수행시 그래핀(510)과 전사 기판(410) 사이의 접합력을 더욱 향상시키며, 그래핀(510) 고유의 특성을 확보할 수 있다.
제2 전사 챔버(220)는 제1 전사 챔버(210)와 연결될 수 있다. 일예로, 제2 전사 챔버(220)는 제1 전사 챔버(210)와 연통되도록 연결될 수 있다. 이때, 제1 전사 챔버(210)와 제2 전사 챔버(220) 사이에는 게이트가 형성될 수 있다. 게이트에 의해 제1 전사 챔버(210)와 제2 전사 챔버(220)는 서로 연통 또는 차단될 수 있다.
제2 전사 챔버(220)에는 제1 전사 챔버(210)에서 제1 롤투플레이트 공정이 완료된 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)가 이송될 수 있다. 즉, 제1 롤투플레이트 공정에 의해 기판 적재부(400)와 그래핀 이송부(500)가 서로 접착된 상태로 이송될 수 있다. 따라서, 제2 전사 챔버(220)도 제1 전사 챔버(210)와 동일하게 진공 상태를 가질 수 있다.
또한, 제1 전사 챔버(210)에서 제2 전사 챔버(220)로 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)를 이송하기 위해서 제1 전사 챔버(210)와 제2 전사 챔버(220) 사이에 진공 로봇 암(미도시) 등이 이용될 수 있다.
제2 전사 챔버(220)는 제2 지지대부(221) 및 제2 롤러(222)를 포함할 수 있다.
제2 지지대부(221)는 제2 전사 챔버(220) 하부에 배치될 수 있다. 제2 지지대부(221)는 제1 전사 챔버(210)에서 이송된 그래핀 이송부(500) 및 기판 적재부(400)가 안착 및 고정되는 제2 지지대홈(202)을 포함할 수 있다. 일예로, 제2 지지대홈(202)은 제1 지지대홈(201)과 동일한 크기를 가질 수 있다.
제2 지지대홈(202) 내에는 제3 리프트(223)가 배치될 수 있다. 제3 리프트(223)는 제2 지지대홈(202) 내에서 상부 또는 하부 방향으로 이동될 수 있다. 일예로, 제1 전사 챔버(210)에서 제2 전사 챔버(220)로 이송된 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)는 제3 리프트(223) 상에 안착되고, 제3 리프트(223)의 하부 방향 이동에 의해 제2 지지대홈(202) 내에 안착될 수 있다. 이때, 기판 적재부(400)는 제2 지지대홈(202)에 삽입되어 안착되되, 기판 적재부(400)에 부착된 그래핀 이송부(500)는 제2 지지대홈(202)에서 노출되도록 배치될 수 있다.
또한, 제2 지지대부(221)는 제2 열 공급부(224)를 더 포함할 수 있다. 제2 열 공급부(224)에 의해 제2 전사 챔버(220)에서는 제2 열처리 공정이 수행될 수 있다. 제2 열 공급부(224)는 기판 적재부(400)가 안착되는 제2 지지대홈(202) 하부에 배치되어, 기판 적재부(400)로 열을 공급할 수 있다. 일예로, 제2 열 공급부(224)는 그래핀 이송부(500)와 기판 적재부(400)가 접촉된 상태에서 기판 적재부(400)에 열을 공급하는 기능을 수행함으로써, 기판 적재부(400)를 통해 그래핀 이송부(500)까지 열이 전달되도록 할 수 있다. 이러한 제2 전사 챔버(220)에서의 제2 열처리 공정에 의해 기판 적재부(400)의 전사 기판(410)과 그래핀 이송부(500)의 그래핀(510) 간의 접착력을 증가시킬 수 있다.
제2 전사 챔버(220) 상부에는 그래핀 이송부(500)의 캐리어 기판(530)을 제거하기 위한 제2 롤러(222)가 배치될 수 있다. 제2 전사 챔버(220)는 제2 롤러(222)를 이용하여 제2 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정이 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 롤러를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 그래핀 이송부(500)에서 캐리어 기판(530)을 제거하기 위해 제2 롤러(222)의 외주면에는 미늘 형태의 돌출부(203)가 형성될 수 있다. 일예로, 제2 열처리 공정에 의해 기판 적재부(400)와 그래핀 이송부(500)에 열이 전달되면, 그래핀(510)과 전사 기판(410)과의 접착력은 증가될 수 있다. 허나, 전달되는 열의 온도가 캐리어 기판(530)을 제거하기 위한 온도까지 상승하면, 그래핀(510)과 캐리어 기판(530)을 접착하는 접착부재(520)의 접착력은 약해질 수 있다. 이때, 제2 롤러(222)는 그래핀 이송부(500)의 상부면을 일측에서 타측 방향으로 회전 이동하게 되고, 제2 롤러(222)의 돌출부(203)가 캐리어 기판(530) 표면을 순차적으로 삽입되면서 캐리어 기판(530)이 그래핀(510)에서 분리되도록 할 수 있다. 즉, 제2 롤러(222)의 회전 이동에 의해, 캐리어 기판(530)은 제2 롤러(222)의 외주면에 부착되어 제거될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템은 제1 전사 챔버(210)에서 제1 롤투플레이트 공정이 수행되고, 제2 전사 챔버(220)에서 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트 공정이 수행될 수 있다.
종래의 그래핀 전사 장치는 하나의 진공 챔버 내에서 롤러에 의한 압력과 열을 함께 인가하면서 그래핀 전사 공정과 캐리어 기판 분리 공정이 동시에 수행되기 때문에 그래핀의 손상과 오염이 함께 발생되는 문제점이 있다. 이는, 롤러에 의한 압력과 열을 캐리어 기판에 함께 인가하면, 유연 재질의 캐리어 기판의 변형으로 인하여 캐리어 기판에 접착부재로 접착된 그래핀이 찢어지게 되거나, 100℃이상의 높은 열에 의한 변성시 발생하는 가스 또는 오염 물질에 의해 그래핀이 오염되기 때문이다.
허나, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템은 제1 전사 챔버(210)에서 그래핀(510)과 전사 기판(410)을 접합하기 위한 제1 롤투플레이트 공정을 진행한 후에, 제2 전사 챔버(220)로 이동하여 제2 열처리 및 캐리어 기판(530) 분리를 위한 제2 롤투플레이트 공정이 진행되기 때문에 캐리어 기판(530)에 열과 압력이 동시에 인가됨으로써 나타나는 현상에 의한 그래핀(510) 손상 및 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 진공 상태의 제1 전사 챔버(210)와 제2 전사 챔버(220)를 이용하여 순차적으로 그래핀(510) 전사 공정을 수행할 수 있기 때문에 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 양산성을 향상시킬 수 있다. 다른 실시예로써, 기판 공급부(100)와 연결된 기판 처리부(200)를 다수 구비할 경우, 기판 공급부(100)에 배치된 복수의 기판 적재부(400) 및 복수의 그래핀 이송부(500)를 다수의 기판 처리부(200)에 각각 이송하여 동시에 그래핀(510) 공정을 수행할 수 있기 때문에 양산성은 더욱 향상될 수 있다.
계속해서, 기판 배출부(300)는 기판 처리부(200)와 연결될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 기판 배출부(300)는 진공 상태 또는 대기 상태를 가질 수 있으며, 제2 전사 챔버(220)와 연통되도록 연결될 수 있다. 일예로, 제2 전사 챔버(220)에서 그래핀(510) 전사 공정이 완료되면, 그래핀(510)이 전사된 기판 적재부(400)가 기판 배출부(300)로 이송될 수 있다. 이때, 기판 배출부(300)는 제2 전사 챔버(220)와 동일한 진공 상태를 가질 수 있고, 동일한 진공 상태에서 기판 적재부(400)는 제2 전사 챔버(220)에서 기판 배출부(300)로 이송될 수 있다.
또한, 제2 전사 챔버(220)에서 기판 배출부(300)로 기판 적재부(400)를 이송하기 위해서 제2 전사 챔버(220)와 기판 배출부(300) 사이에 진공 로봇 암(미도시) 등이 이용될 수 있다. 이송이 완료된 기판 적재부(400)는 기판 배출부(300)의 대기 상태 전환에 의해 외부로 배출될 수 있다.
도 9는 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀(510) 전사 방법은 그래핀(510)을 포함하는 그래핀 이송부(500)와 지그(420) 상에 전사 기판(410)이 안착된 기판 적재부(400)를 준비하는 단계(S610), 진공 또는 대기 상태를 갖는 기판 공급부(100)에 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)를 로딩하는 단계(S620), 상기 진공 상태에서 상기 기판 적재부(400) 및 상기 그래핀 이송부(500)를 기판 처리부(200)로 이송하여 그래핀(510) 전사 공정을 수행하는 단계(S630) 및 상기 그래핀(510)이 전사된 상기 기판 적재부(400)를 기판 배출부(300)로 이송하는 단계(S640)를 포함한다.
도 10 내지 도 16은 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법을 순차적으로 설명한다.
우선, 도 10을 참조하면, 그래핀 이송부(500)와 기판 적재부(400)를 준비한다.(S610) 그래핀 이송부(500)는 촉매금속 상에 형성된 그래핀(510)을 접착부재(520)를 이용하여 캐리어 기판(530)에 부착한 후, 촉매금속을 제거함으로써 그래핀/접착부재/캐리어 기판으로 이루어진 그래핀 이송부(500)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 11을 참조하면, 준비된 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)가 기판 공급부(100)에 공급된다.(S620) 일예로, 기판 적재부(400)는 제1 로드락 챔버(110)로 공급되고, 그래핀 이송부(500)는 제2 로드락 챔버(120)로 공급될 수 있다. 기판 적재부(400)와 그래핀 이송부(500)가 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)로 공급시에는 제1 로드락 챔버(110) 및 제2 로드락 챔버(120)는 대기 상태를 유지할 수 있다. 기판 공급부(100)에는 복수개의 기판 적재부(400) 또는 복수개의 그래핀 이송부(500)가 공급될 수 있다.
제1 로드락 챔버(110)로 공급된 복수의 기판 적재부(400)는 전사 기판(410) 상에 잔류하는 수분 등을 제거하기 위해 제1 열 공급부(111)를 이용하여 150℃ 이하의 온도에서 제1 열처리 공정이 수행될 수 있다.
도 12를 참조하면, 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)는 그래핀(510) 전사 공정을 위해 기판 처리부(200)로 이송된다.(S630) 좀 더 상세하게는, 제1 로드락 챔버(110)가 진공 상태로 전환되고, 제1 로드락 챔버(110)에 구비된 기판 적재부(400)가 진공 상태인 제1 전사 챔버(210)로 이송될 수 있다. 제1 전사 챔버(210)로 이송된 기판 적재부(400)는 제1 리프트(213)에 의해 제1 지지대홈(201) 내에 안착될 수 있다. 이후, 제2 로드락 챔버(120)의 진공 상태에서 그래핀 이송부(500)가 제1 전사 챔버(210)로 이송될 수 있다. 제1 전사 챔버(210)로 이송된 그래핀 이송부(500)는 제2 리프트(214)에 의해 기판 적재부(400)와 근접하도록 배치될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 롤러(212)를 이용하여 제1 롤투플레이트 공정을 수행한다. 제1 롤러(212)는 기판 적재부(400)에 적층된 그래핀 이송부(500)의 상부면을 가압할 수 있다. 이때, 제1 롤러(212)는 그래핀 이송부(500)의 상부면을 일측에서 타측 방향으로 이동하면서 그래핀 이송부(500)를 가압하여 그래핀 이송부(500)와 기판 적재부(400)를 일직선으로 접합시킬 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1 전사 챔버(210)에서 서로 접합된 기판 적재부(400)는 및 그래핀 이송부(500)가 제2 전사 챔버(220)로 이송된다. 제2 전사 챔버(220)로 이송된 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)는 제3 리프트(223)에 의해 제2 지지대홈(202)으로 삽입되어 안착될 수 있다. 기판 적재부(400) 및 그래핀 이송부(500)가 제2 지지대홈(202) 내에 안착되면, 제2 지지대부(221)의 제2 열 공급부(224)에 의해 제2 열처리 공정이 수행될 수 있다. 일예로, 제2 열처리 공정은 10-2torr 진공 분위기에서 200℃의 온도로 진공 열처리가 수행될 수 있다. 제2 열처리 공정에 의해 그래핀(510)과 전사 기판(410) 간의 결합력이 향상될 수 있다.
도 15를 참조하면, 제2 롤러(222)를 이용하여 제2 롤투플레이트 공정을 수행한다. 제2 롤투플레이트 공정은 제2 열처리 공정 중에 수행될 수 있다. 일예로, 제2 열처리 공정은 그래핀(510)과 전사 기판(410) 간의 결합력을 향상시키는 동시에, 그래핀(510)과 캐리어 기판(530) 사이에 배치된 접착부재(520)의 접착력을 열처리 온도에 의해 약화시킬 수 있다. 접착부재(520)의 접착력이 약화되면, 제2 롤러(222)는 그래핀(510) 상부면을 접촉하면서 캐리어 기판(530)을 제거할 수 있다. 즉, 제2 롤러(222)가 그래핀(510) 상부면에 접촉될 때, 제2 롤러(222)에 형성된 미들 형상의 돌출부(203)가 캐리어 기판(530) 표면에 침투하여 캐리어 기판(530)에 걸리게 되고, 제2 롤러(222)가 그래핀(510) 상부면을 일측에서 타측 방향으로 회전 이동하면서 돌출부(203)에 걸린 캐리어 기판(530)이 순차적으로 제거되도록 할 수 있다.
도 16을 참조하면, 그래핀(510)이 전사된 기판 적재부(400)가 기판 배출부(300)로 이송된다.(S640) 기판 배출부(300)는 그래핀(510)이 전사된 기판 적재부(400)를 이송받기 위해 진공 상태로 전환될 수 있다. 즉, 그래핀(510)이 전사된 기판 적재부(400)는 제2 전사 챔버(220)와 기판 배출부(300)가 동일한 진공 상태를 가질 때, 제2 전사 챔버(220)에서 기판 배출부(300)로 이송될 수 있다. 기판 배출부(300)로 이송이 완료된 기판 적재부(400)는 기판 배출부(300)가 대기 상태로 전환된 후 외부로 배출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그래핀 전사 시스템은 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 기판 적재부(400)와 그래핀 이송부(500)를 진공 상태에서 공급할 수 있는 기판 공급부(100)를 구비함으로써, 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 외부 오염에 따른 제품 품질이 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 그래핀(510) 전사 공정을 위한 양산성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 적재부(400)에 잔류하는 수분 등을 그래핀(510) 전사 공정이 수행되기 전에 기판 공급부(100)에서 제거할 수 있기 때문에 그래핀(510) 전사 품질을 향상시킬 수 있고, 그래핀(510)과 전사 기판(410)을 접합하는 제1 롤투플레이트 공정과 열처리 및 캐리어 기판(530) 분리를 위한 제2 롤투플레이트 공정을 분리시킴으로써, 캐리어 기판(530)에 인가되는 압력과 열에 의한 그래핀(510) 손상 및 오염을 방지할 수 있다. 더 나아가, 기판 공급부(100)에 다수의 기판 처리부(200)를 구비할 경우, 그래핀(510) 전사 공정을 동시에 다수 처리할 수 있기 때문에 양산성을 크게 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 : 기판 공급부 110 : 제1 로드락 챔버
111 : 제1 열 공급부 120 : 제2 로드락 챔버
200 : 기판 처리부 201 : 제1 지지대홈
202 : 제2 지지대홈 203 : 돌출부
210 : 제1 전사 챔버 211 : 제1 지지대부
212 : 제1 롤러 213 : 제1 리프트
214 : 제2 리프트 220 : 제2 전사 챔버
221 : 제2 지지대부 222 : 제2 롤러
223 : 제3 리프트 224 : 제2 열 공급부
300 : 기판 배출부 400 : 기판 적재부
410 : 전사 기판 420 : 지그
500 : 그래핀 이송부 510 : 그래핀
520 : 접착부재 530 : 캐리어 기판

Claims (21)

  1. 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 상기 진공 상태에서 기판을 공급하는 기판 공급부;
    상기 기판 공급부에서 기판을 공급받고, 그래핀 전사 공정을 수행하는 기판 처리부; 및
    상기 진공 상태 또는 대기 상태를 갖고, 상기 기판 처리부에서 상기 그래핀 전사 공정이 완료된 기판이 배출되는 기판 배출부를 포함하고,
    상기 기판 공급부는,
    상기 진공 상태에서 상기 기판 처리부로 기판 적재부를 공급하는 제1 로드락 챔버; 및
    상기 진공 상태에서 상기 기판 처리부로 그래핀이 접착된 캐리어 기판을 포함하는 그래핀 이송부를 공급하는 제2 로드락 챔버를 포함하되,
    상기 기판 적재부는,
    상부에 상기 그래핀이 전사되는 전사 기판; 및
    상기 전사 기판이 안착홈에 삽입되어 안착되는 지그(jig)를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로드락 챔버는 상기 기판 적재부에 열을 공급하여 제1 열처리 공정을 수행하기 위한 제1 열 공급부를 더 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리부에는 상기 기판 적재부가 공급된 후, 상기 그래핀 이송부가 공급되는 것인 그래핀 전사 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지그의 상부면은 상기 전사 기판의 상부면과 동일 평면을 갖는 것인 그래핀 전사 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판 처리부는,
    상기 기판 공급부에서 상기 기판 적재부와 상기 그래핀 이송부를 공급받고, 진공 상태에서 제1 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 제1 전사 챔버; 및
    상기 제1 전사 챔버에서 상기 기판 적재부와 상기 그래핀 이송부를 공급받고, 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 제2 전사 챔버를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 전사 챔버는,
    상기 제1 전사 챔버 하부에 배치되고, 상기 기판 적재부가 안착되는 제1 지지대부; 및
    상기 제1 전사 챔버 상부에 배치되고, 상기 그래핀이 상기 기판 적재부에 접합되도록 상기 그래핀 이송부를 가압하는 제1 롤러를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 지지대부는,
    상기 기판 적재부가 삽입되어 안착되는 제1 지지대홈를 포함하되, 상기 제1 지지대홈 내에는 상기 기판 적재부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제1 리프트; 및
    상기 제1 지지대부 상부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제2 리프트를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제2 전사 챔버는,
    상기 제2 전사 챔버 하부에 배치되고, 상기 기판 적재부가 안착되는 제2 지지대부; 및
    상기 제2 전사 챔버 상부에 배치되고, 상기 그래핀 이송부에서 상기 캐리어 기판을 제거하는 제2 롤러를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 지지대부는,
    상기 기판 적재부가 삽입되어 안착되는 제2 지지대홈를 포함하되, 상기 제2 지지대홈 내에는 상기 그래핀 이송부가 접합된 상기 기판 적재부를 상부 또는 하부 방향으로 이동시키는 제3 리프트를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 지지대부는 상기 기판 적재부에 열을 공급하여 제2 열처리 공정을 수행하기 위한 제2 열 공급부를 더 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 롤러는 외주면에 미늘 형태의 돌출부를 포함하는 그래핀 전사 시스템.
  15. 그래핀이 접착된 캐리어 기판을 포함하는 그래핀 이송부와 상기 그래핀이 전사되는 기판 적재부를 준비하는 단계;
    상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 진공 상태 또는 대기 상태를 갖는 기판 공급부에 로딩하는 단계;
    상기 진공 상태에서 상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 기판 처리부로 이송하여 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 그래핀이 전사된 상기 기판 적재부를 기판 배출부로 이송하는 단계를 포함하고,
    상기 기판 적재부는,
    상부에 상기 그래핀이 전사되는 전사 기판; 및
    상기 전사 기판이 안착홈에 삽입되어 안착되는 지그(jig)를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기판 공급부에 기판 적재부 및 그래핀 이송부를 로딩하는 단계는,
    상기 기판 적재부를 제1 로드락 챔버로 로딩하는 단계; 및
    상기 그래핀 이송부를 제2 로드락 챔버로 로딩하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 기판 적재부를 상기 기판 처리부로 이송하기 전에,
    상기 제1 로드락 챔버에서 제1 열 공급부를 이용하여 상기 기판 적재부에 열을 공급하는 제1 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계는,
    상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 제1 전사 챔버로 이송하는 단계; 및
    상기 기판 적재부 및 상기 그래핀 이송부를 상기 제1 전사 챔버에서 제2 전사 챔버로 이송하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 그래핀 전사 공정을 수행하는 단계는,
    상기 제1 전사 챔버에서 제1 롤투플레이트(roll-to-plate) 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제2 전사 챔버에서 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계는,
    상기 그래핀 이송부를 상기 기판 적재부에 근접하게 배치하고, 배치된 상기 그래핀 이송부 상부를 제1 롤러를 이용하여 가압하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제2 열처리 및 제2 롤투플레이트 공정을 수행하는 단계는,
    상기 그래핀 이송부 및 상기 기판 적재부에 제2 열 공급부를 이용하여 열을 공급하는 단계; 및
    상기 열이 공급된 상태에서 제2 롤러를 이용하여 상기 그래핀 이송부의 상기 캐리어 기판을 제거하는 단계를 포함하는 그래핀 전사 시스템을 이용한 그래핀 전사 방법.
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