KR20130114552A - 그래핀 기판 검사 장치 및 그 방법 - Google Patents

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KR20130114552A
KR20130114552A KR1020120086942A KR20120086942A KR20130114552A KR 20130114552 A KR20130114552 A KR 20130114552A KR 1020120086942 A KR1020120086942 A KR 1020120086942A KR 20120086942 A KR20120086942 A KR 20120086942A KR 20130114552 A KR20130114552 A KR 20130114552A
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Abstract

본 발명은 그래핀 기판을 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 패터닝된 그래핀층이 형성된 그래핀 기판을 검사하는 장치에 있어서, 상기 그래핀 기판에 광선을 조사하고, 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛을 수신하는 광처리부; 상기 광처리부의 출력 신호를 받아서 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출하는 투과도 검출부; 및 상기 투과도 검출부에 연결되며, 상기 검출된 투과도를 받아서 이를 분석하여 상기 그래핀 기판의 상태를 판단하는 판단부를 구비하는 그래핀 기판 검사 장치를 제공한다.

Description

그래핀 기판 검사 장치 및 그 방법{Device for inspecting graphene board and method thereof}
본 발명은 기기 측정에 관한 것으로서, 특히 그래핀층이 형성된 그래핀 기판을 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 기술이 발전하면서 반도체 장치에 이용될 수 있는 신소재의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서, 탄소가 포함된 재료들, 예컨대 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 다이아몬드(diamond), 그래파이트(graphite), 그래핀(graphene) 등에 관한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 특히, 그래핀은 탄소로 구성된 나노물질로써, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 이러한 이유로, 그래핀은 점차 전자 장치의 도전 물질을 대체하고 있다. 이 중에 하나가 그래핀 기판이다. 그래핀 기판은 절연 물질로 구성된 기판 위에 형성된 그래핀층이 패터닝된 상태를 갖는다.
그래핀 기판을 검사하는 방법이 공개특허(일본특개 2010-175433)에 개시되어 있다. 상기 공개특허는 투명 도전막에 자외선을 조사하여 상기 투명 도전막의 유무를 판단하는 방법을 개시하고 있다. 그래핀 기판을 검사하기 위해서는 보다 구체적인 방법이 요구된다.
본 발명은 광선을 이용하여 그래핀 기판의 상태를 검사하는 그래핀 기판 검사 장치 및 그 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
패터닝된 그래핀층이 형성된 그래핀 기판을 검사하는 장치에 있어서, 상기 그래핀 기판에 광선을 조사하고, 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛을 수신하는 광처리부; 상기 광처리부의 출력 신호를 받아서 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출하는 투과도 검출부; 및 상기 투과도 검출부에 연결되며, 상기 검출된 투과도를 받아서 이를 분석하여 상기 그래핀 기판의 상태를 판단하는 판단부를 구비하는 그래핀 기판 검사 장치를 제공한다.
상기 광선은 380∼780[nm]의 파장을 갖는 빛이다.
상기 그래핀 기판은 외부 빛이 차단되는 곳에서 검사된다.
상기 광처리부는, 외부에서 빛이 들어가지 못하도록 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버; 상기 챔버의 내부의 중앙부에 설치되며 상기 그래핀 기판이 장착되는 기판 지지대; 상기 기판 지지대의 상부에 설치되며 상기 빛을 조사하는 발광기; 및 상기 기판 지지대의 하부에 설치되며 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛을 수신하는 수광기를 구비한다.
상기 발광기는 상기 챔버의 상단에 설치되고, 상기 수광기는 상기 챔버의 하단에 설치된다.
상기 발광기에서 조사되는 빛은 상기 그래핀 기판을 수직으로 투과한다.
상기 기판 지지대는 상기 그래핀 기판을 횡으로 이동시킨다.
상기 판단부는, 상기 검출된 투과도를 분석하여 상기 그래핀층들의 폭과 상기 그래핀층들의 피치를 산출하는 제원 산출부; 및 상기 검출된 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판을 양호와 불량으로 분류하는 분류부를 구비한다.
상기 그래핀 기판에 형성된 그래핀층을 패터닝하는 패터닝부를 전단에 구비할 수 있다.
상기 그래핀 기판은 빛이 투과하는 소재로 제조된다.
상기 그래핀 기판 검사 장치는 상기 발광기에서 조사되는 빛을 복수개로 분할하여 상기 그래핀 기판에 조사하는 광 분할부를 더 구비할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 또한,
그래핀 기판의 검사 방법에 있어서, (a) 기판 위에 그래핀층이 패터닝된 그래핀 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 그래핀 기판에 빛을 조사하는 단계; (c) 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출하는 단계; 및 (d) 상기 검출된 빛의 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판의 상태를 판단하는 단계를 포함하는 그래핀 기판 검사 방법을 제공한다.
상기 빛은 380~780[nm]의 파장을 갖는 가시광선을 구비한다.
상기 빛의 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판의 그래핀층의 폭과 그래핀층들의 피치를 측정할 수 있다.
본 발명에 따라 그래핀 기판에 광선을 조사하고 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출함으로써, 그래핀 기판의 상태를 검사할 수 있다.
특히, 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출함으로써, 그래핀 기판에 형성된 그래핀층의 폭과 그래핀층들의 피치를 측정할 수 있다.
이와 같이, 가시광선을 포함하여 그래핀의 투과도를 측정할 수 있는 영역의 파장의 광선을 이용하여 그래핀 기판을 검사함으로써, 그래핀 기판의 검사 시간이 매우 짧아진다. 특히, 대면적의 그래핀층이 형성된 그래핀 기판을 검사하는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
도 1은 그래핀 기판이 장착된 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 판단부의 상세 블록도이다.
도 3은 도 1의 그래핀 기판 검사 장치가 검사하는 그래핀 기판의 단면도이다.
도 4는 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다.
도 5는 도 1에 도시된 발광기의 구조를 보여준다.
도 6은 도 1에 도시된 수광기의 구조를 보여준다.
도 7A는 그래핀층의 일부가 낮게 형성된 그래핀 기판의 단면도이고, 도 7B는 이러한 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다.
도 8A는 그래핀층이 없는 영역에 그래핀의 찌꺼기가 존재하는 그래핀 기판의 단면도이고, 도 8B는 이러한 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다.
도 9A는 그래핀층이 형성되어있어야 할 영역에 그래핀층이 형성되어있지 않는 그래핀 기판의 단면도이고, 도 9B는 이러한 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다.
도 10A는 그래핀층이 형성되어있지 않아야 할 영역에 그래핀층이 형성되어있는 그래핀 기판의 단면도이고, 도 10B는 이러한 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다.
도 11은 그래핀 기판이 장착된 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치의 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 그래핀 기판의 검사 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 각 도면에 제시된 참조부호들 중 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 그래핀 기판이 장착된 본 발명의 일 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 그래핀 기판 검사 장치(101)는 광처리부(110), 투과도 검출부(121), 판단부(131), 저장부(141) 및 디스플레이부(151)를 구비한다. 그래핀 기판 검사 장치(101)는 그래핀 기판(301)의 상태를 검사한다. 즉, 그래핀 기판 검사 장치(101)는 빛을 이용하여 그래핀 기판(301)을 검사함으로써 그래핀 기판(301)의 상태가 양호한지 불량한지를 판단한다.
도 3은 그래핀 기판(301)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 그래핀 기판(301)은 기판(311)과 그 위에 특정한 패턴을 갖는 그래핀층들(321)을 구비한다. 즉, 기판(311) 위에는 그래핀층(321)이 형성된 영역(331)과 그래핀층(321)이 형성되지 않은 영역(335)이 있다. 때문에, 빛이 그래핀 기판(301) 위에 조사되면, 그래핀층(321)이 형성된 영역(331)을 투과하는 빛의 투과도와 그래핀층(321)이 형성되지 않은 영역(335)을 투과하는 빛의 투과도가 달라진다. 이 점을 이용하여 그래핀 기판 검사 장치(101)는 그래핀 기판(301)을 검사한다.
기판(311)은 빛이 투과할 수 있으며 전기가 통하지 않는 물질, 예컨대, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(Polyethylene Terephthalate Glycol; PETG), 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.
광처리부(110)는 그래핀 기판(301)에 한줄기 빛을 조사하고, 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 받아서 이를 전기 신호로 변환하여 출력한다. 그래핀 기판(301)에 조사되는 빛은 380∼780[nm] 파장을 가질 수 있다. 특히, 상기 빛은 550[nm]의 파장일 때 그래핀 기판(301)을 투과하는 투과도가 가장 높다. 따라서, 550[nm]의 파장을 갖는 가시광선을 그래핀 기판(301)의 검사에 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 빛은 상술한 범위의 파장을 가진 가시광선에 한정되는 것은 아니며, 방사선이나 자외선 또는 레이저를 이용할 수도 있으며, 본 발명에서는 그래핀의 투과도를 측정할 수 있는 파장 영역대의 모든 빛을 이용할 수 있다
도 4는 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛의 투과도를 보여준다. 도 4를 참조하면, 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하는 빛의 투과도(421)와 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과하는 빛의 투과도(411)는 차이가 있다. 즉, 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하는 빛의 투과도(421)가 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과하는 빛의 투과도(411)보다 낮다. 또한, 빛의 투과도는 빛의 파장에 따라 차이가 있다. 예컨대, 빛의 파장이 550[nm]일 때 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛의 투과도가 가장 높다. 구체적으로, 550[nm]의 파장을 갖는 빛이 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과할 때의 빛의 투과도(421)는 81[%]이고, 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과할 때의 빛의 투과도(411)는 89[%]이다. 이와 같이, 550[nm]의 파장을 갖는 빛을 이용함으로써, 그래핀 기판(301)의 상태를 검사할 수 있다.
광처리부(110)는 챔버(chamber)(113), 기판 지지대(114), 발광 조정부(111), 발광기(112) 및 수광기(115)를 구비한다.
챔버(113)는 외부에서 빛이 들어가지 못하도록 밀폐된 내부 공간을 갖는다. 챔버(113)의 내부에 검사받을 그래핀 기판(301)이 장착된다. 챔버(113)에 외부 빛이 들어가지 못하도록 차단함으로써, 그래핀 기판(301)에 빛을 조사할 때 상기 빛의 투과도를 정확하게 측정할 수가 있다. 챔버(113)에는 그래핀 기판(301)이 들어오는 입구(도시 안됨)와 그래핀 기판(301)이 외부로 나가는 출구(도시 안됨)가 설치된다. 챔버(113)는 다양한 형태, 예컨대 사각통, 원통으로 형성될 수 있다.
기판 지지대(114)는 챔버(113)의 내부의 중앙부에 설치될 수 있다. 기판 지지대(114)에는 그래핀 기판(301)이 장착된다. 그래핀 기판(301)은 검사시 수평으로 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 기판 지지대(114)는 그래핀 기판(301)을 수평으로 유지할 수 있도록 수평으로 지지된다. 그래핀 기판 검사 장치(101)는 그래핀 기판(301)의 여러 영역들에 대한 검사를 수행할 수 있다. 따라서, 기판 지지대(114)는 그래핀 기판(301)을 횡으로 용이하게 이동시킬 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.
기판 지지대(114)는 그래핀 기판(301)을 용이하게 이동시킬 수 있도록 컨베이어(conveyer)나 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 구성될 수 있다. 상기 롤투롤 방식인 경우, 기판 지지대(114)는 이송용 롤러(도시 안됨)와 공급릴(도시 안됨) 및 수신릴(도시 안됨)을 구비하고, 상기 이송용 롤러는 상기 공급릴에 감긴 그래핀 기판(301)을 챔버(113)의 입구에서 챔버의 출구를 향해 이송한다.
기판 지지대(114)는 그래핀 기판(301)을 일정한 속도로 이송할 수도 있고, 일시적으로 정지시킬 수도 있다. 즉, 그래핀 기판 검사 장치(101)가 대량의 그래핀 기판(301)들을 검사할 경우에는 기판 지지대(114)는 장착된 그래핀 기판(301)을 일정한 속도로 이송시키지만, 그래핀 기판(301)을 보다 세밀하게 검사하고자 할 경우에는 그래핀 기판(301)을 특정 시간 동안 정지시킬 필요가 있다. 이를 위해, 기판 지지대(114)는 장착된 그래핀 기판(301)을 일정한 속도로 이동시키기기도 하고, 일시 정지시키기도 한다.
기판 지지대(114)는 횡으로 이동될 수 있을 뿐만 아니라 그래핀 기판(301)의 다양한 영역의 검사를 위하여 가로와 세로로 이동되도록 구성될 수도 있다. 이 때, 발광기(112)와 수광기(115)는 한 곳에 고정된다.
기판 지지대(114)에는 그래핀 기판(301) 외에도 다양한 종류의 투과도 측정 대상 부재가 장착될 수 있다.
발광 조정부(111)는 발광기(112)의 동작을 제어한다. 발광 조정부(111)는 발광기(112)에서 조사되는 빛의 종류, 세기, 파장 등을 설정한다. 이러한 빛의 종류, 세기, 파장 등은 초기에 설정된 이 후에 사용 도중에 사용자가 변경할 수 있다.
발광기(112)는 기판 지지대(114)의 상부 즉, 챔버(113)의 상단에 설치된다. 발광기(112)는 기판 지지대(114)에 그래핀 기판(301)이 장착되면, 그래핀 기판(301)으로 빛을 조사한다. 발광기(112)에서 조사되는 빛은 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하거나 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335) 즉, 그래핀층들(도 3의 321) 사이를 투과할 수 있어야 한다. 따라서, 발광기(112)에서 조사되는 빛의 굵기는 그래핀층들 사이의 피치(도 3의 P1)나 그래핀층들(도 3의 321)의 폭보다 가늘게 형성된다.
도 5를 참조하면, 발광기(112)는 광원(511), 콘덴서 렌즈(521), 선택 필터(531) 및 평탄화 렌즈(541)를 구비할 수 있다. 광원(511), 콘덴서 렌즈(521), 선택 필터(531) 및 평탄화 렌즈(541)는 수직으로 배열된다. 광원(511)은 빛을 생성하여 콘덴서 렌즈(521)로 조사한다. 콘덴서 렌즈(521)는 입사되는 빛을 평행광으로 만들어서 출력한다. 선택 필터(531)는 콘덴서 렌즈(521)를 통과하는 빛 중에서 특정한 파장의 빛, 예컨대 550[nm]의 파장을 갖는 가시광선만을 통과시킨다. 평탄화 렌즈(541)는 콘덴서 렌즈(521)를 통과하는 빛을 받아서 이를 평탄화하여 기판 지지대(114)로 전달한다. 즉, 평탄화 렌즈(541)를 통과하는 빛의 세기는 일정하게 된다. 평탄화 렌즈(541)는 로드 렌즈(rod lens) 또는 플라이아이 렌즈(flyeye lens)로 구성될 수 있다.
발광기(112)는 레이저를 조사할 수 있다. 이 때, 발광기(112)는 광원(511)과 기판 지지대(114) 사이에 주사 광학계(도시 안됨), 전파 광학계(도시 안됨) 및 대물 렌즈(도시 안됨)를 순차적으로 구비할 수 있다. 상기 주사 광학계는 음향 광학 장치(Acoustic Optical Device), 갈바노 미러(galvano mirror), 폴리곤 미러(polygon mirror) 중 하나를 구비하여 광원(511)에서 조사되는 레이저를 레이저 빔으로 만들어서 조사한다. 상기 전파 광학계는 합성 쿼트 렌즈(synthetic quart lens)를 구비하여 상기 레이저 빔을 전파한다. 상기 대물 렌즈는 상기 전파 광학계에서 조사되는 레이저 빔을 그보다 작은 레이저 빔으로 변환한다.
수광기(115)는 기판 지지대(114)의 하부 즉, 챔버(113)의 하단에 설치된다. 수광기(115)는 발광기(112)에서 조사되어 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 수신할 수 있도록 발광기(112)와 수직선상에 놓이도록 배치된다. 수광기(115)는 수신한 빛을 전기 신호로 변환하여 출력한다.
도 6을 참조하면, 수광기(115)는 콜렉터 렌즈(collector lens)(611), 필터(621) 및 광전 변환 소자(631)를 구비할 수 있다. 콜렉터 렌즈(collector lens)(611), 필터(621) 및 광전 변환 소자(631)는 기판 지지대의 하부에 수직으로 배열된다. 콜렉터 렌즈(611)는 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 집광하여 필터(621)로 전달한다. 필터(621)는 발광기(112)에서 조사되는 빛과 동일한 파장의 빛만 통과시키고, 그와 다른 파장의 빛은 모두 차단한다. 광전 변환 소자(631)는 필터(621)를 통과하는 빛을 전기 신호로 변환하여 출력한다. 광전 변환 소자(631)는 포토다이오드(photodiode)를 구비할 수 있다. 광전 변환 소자(631)는 미세한 광의 탐지 능력을 구비하고, 빠른 응답 속도를 갖는 것이 바람직하다.
그래핀 기판(301)의 다양한 영역의 검사를 위하여 발광기(112)와 수광기(115)가 횡 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 이 때, 기판 지지대(114)는 한 곳에 고정된다.
투과도 검출부(121)는 수광기(115)의 출력 신호를 받아서 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛의 투과도를 검출한다.
판단부(131)는 투과도 검출부(121)로부터 출력되는 투과도 검출 신호를 받아서 그래핀 기판(301)의 상태를 판단한다. 즉, 판단부(131)는 그래핀층들(도 3의 321)의 상태와 그래핀층들(도 3의 321) 사이의 기판의 상태가 양호한지 불량한지를 판단한다. 도 2를 참조하면, 판단부(131)는 제원 산출부(133)와 분류부(135)를 구비한다.
제원 산출부(133)는 투과도 검출부(121)에서 검출한 빛의 투과도를 받아서 그래핀층(도 3의 321)의 폭과 그래핀층들의 피치(도 3의 P1)를 산출한다. 본 명세서에서 사용되는 피치(pitch)란, 도 3의 P1을 의미하며, 그래핀층(321)이 형성되지 않은 영역(335)과 그래핀층(321) 하나의 선폭의 합을 의미한다. 그래핀 기판(301)을 이동시키면서 검사할 때, 그래핀층(도 3의 321)의 일단과 타단에 각각 빛을 조사하여 그래핀 기판(301)의 이동 거리를 측정하고, 상기 측정된 그래핀 기판(301)의 이동 거리를 환산하여 그래핀층(도 3의 321)의 폭을 산출할 수 있다. 동일한 방법으로, 그래핀층들의 피치(도 3의 P1)를 측정할 수 있다.
또한, 분류부(135)는 투과도 검출부(121)에서 검출한 빛의 투과도를 받아서 그래핀 기판(301)의 상태를 파악한다. 즉, 그래핀 기판(301)이 양호할 경우에 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하는 빛의 투과도는 81[%] 정도이고, 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과하는 빛의 투과도는 89[%] 정도를 나타내지만, 그래핀 기판(301)에 비정상적인 부분이 존재할 경우에 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하는 빛의 투과도가 81[%]보다 높거나 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과하는 빛의 투과도가 89[%]보다 낮게 검출될 수 있다.
도 7A 및 도 7B를 참조하면, 그래핀 기판(301)에 규정보다 낮게 형성된 그래핀층(321a)이 존재하는 경우에 상기 그래핀층(321a)을 투과하는 빛(721)의 투과도(721a)는 정상적인 그래핀층(321)을 투과하는 빛(711)의 투과도(711a)보다 더 높은 투과도, 예컨대 84[%] 정도의 투과도를 나타낼 수 있다.
도 8A 및 도 8B를 참조하면, 그래핀층(321)이 없는 영역에 그래핀의 찌꺼기(341)가 존재하는 경우에 상기 찌꺼기를 투과하는 빛(821)의 투과도(821a)는 그래핀층(321)이 없는 영역을 투과하는 빛(811)의 투과도(811a)보다 더 낮은 투과도, 예컨대 86[%] 정도의 투과도를 나타낼 수 있다. 만일, 그래핀 찌꺼기(341)가 그래핀이 아닌 다른 이물질일 경우 빛의 투과도는 84[%]보다 더 낮을 수 있다.
도 9A 및 도 9B를 참조하면, 그래핀층이 형성되어있어야 할 영역(331)에 그래핀층이 형성되어있지 않는 경우에 상기 영역을 투과하는 빛(921)의 투과도(921a)는 그래핀층(321)을 투과하는 빛(911)의 투과도(911a)보다 훨씬 높은 투과도, 예컨대 89[%]의 투과도를 나타낸다.
도 10A 및 도 10B를 참조하면, 그래핀층이 형성되어있지 않아야 할 영역(335)에 부분적인 그래핀층(332)이 형성되어있는 경우에 상기 부분적인 그래핀층(332)을 투과하는 빛(1021)의 투과도(1021a)는 그래핀층이 형성되지 않은 영역을 투과하는 빛(1011)의 투과도(1011a)보다 훨씬 낮은 투과도, 예컨대 81[%]의 투과도를 나타낸다.
이와 같이, 분류부(135)는 투과도 검출부(121)에서 검출한 빛의 투과도가 82∼88[%]일 경우에 그래핀 기판(301)을 불량으로 분류할 수 있다. 이 때, 분류부(135)는 투과도의 편차를 고려하여 불량의 범위를 83∼87[%]로 설정할 수도 있다.
발광 조정부(111), 투과도 검출부(121) 및 판단부(131)는 각각 별도로 구비될 수도 있고, 하나의 장치 즉, 콘트롤러(controller)(120)에 포함될 수도 있다.
저장부(141)는 판단부(131)에서 처리하는 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(141)는 판단부(131)나 콘트롤러(120)에 내장될 수도 있다.
디스플레이부(151)는 판단부(131)에서 처리하는 데이터를 화면에 표시할 수 있다. 디스플레이부(151)는 LED 디스플레이나 LCD 디스플레이로써 구성될 수 있다.
도 11은 그래핀 기판(301)이 장착된 본 발명의 다른 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치(1101)의 블록도이다. 도 11을 참조하면, 그래핀 기판 검사 장치(1101)는 광처리부(110a), 투과도 검출부(121), 판단부(131), 저장부(141) 및 디스플레이부(151)를 구비한다. 도 11에 도시된 그래핀 기판 검사 장치(1101)는 도 1의 그래핀 기판 검사 장치(101)과 비교할 때 광처리부(110a)의 구성만 다르고 나머지는 동일함으로 중복 설명을 피하기 위해 광처리부(110a)에 대해서만 설명하기로 한다.
광처리부(110a)는 그래핀 기판(301)의 전면에 복수 줄기의 빛을 조사하고, 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 받아서 이를 전기 신호로 변환하여 출력한다. 그래핀 기판(301)에 조사되는 빛은 380~780[nm] 파장의 가시광선을 가질 수 있으며, 특히 550[nm]의 파장을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 빛은 이에 한정되는 것은 아니며, 방사선이나 자외선 또는 레이저를 이용할 수도 있다. 빛의 파장에 대해서는 도 4를 통해 설명하였으므로 중복 설명은 생략하기로 한다.
광처리부(110a)는 챔버(chamber)(113), 기판 지지대(114), 발광 조정부(111), 발광기(112), 광분할기(161) 및 수광기(115a)를 구비한다. 챔버(113), 기판 지지대(114), 발광 조정부(111) 및 발광기(112)에 대해서는 도 1을 통해 상세히 설명하였으므로 중복 설명은 생략하기로 한다.
광분할기(161)는 발광기(112)에서 조사되는 빛을 여러 줄기로 분할하여 그래핀 기판(301)으로 조사한다. 즉, 광분할기(161)는 그래핀 기판(301)의 전면에 빛을 조사한다. 이와 같이, 광분할기(161)를 구비하여 그래핀 기판(301)의 전면에 여러 줄기의 빛을 조사함으로써, 한번에 그래핀 기판(301)을 검사할 수 있다. 따라서, 그래핀 기판(301)의 검사 시간이 단축된다. 특히, 대면적의 그래핀을 갖는 그래핀 기판(301)을 검사하는 시간이 많이 단축된다.
수광기(115a)는 기판 지지대(114)의 하부 즉, 챔버(113)의 하단에 설치된다. 수광기(115a)는 발광기(112)에서 조사되어 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 수신할 수 있도록 발광기(112)와 수직선상에 놓이도록 배치된다. 수광기(115a)는 그래핀 기판(301)을 투과하는 여러 줄기의 빛을 동시에 수신한다. 수광기(115a)는 수신한 빛을 전기 신호로 변환하여 출력한다.
도 6을 참조하면, 수광기(115a)는 콜렉터 렌즈(collector lens)(611), 필터(621) 및 광전 변환 소자(631)를 구비할 수 있다. 이 때, 콜렉터 렌즈(611), 필터(621) 및 광전 변환 소자(631)는 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛의 수대로 구비하는 것이 바람직하다. 예컨대, 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛이 20줄기일 경우, 콜렉터 렌즈(611), 필터(621) 및 광전 변환 소자(631)는 각각 20개씩 구비되는 것이 바람직하다.
콜렉터 렌즈(611)는 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛을 집광하여 필터(621)로 전달한다. 필터(621)는 발광기(112)에서 조사되는 빛과 동일한 파장의 빛만 통과시키고, 그와 다른 파장의 빛은 모두 차단한다. 광전 변환 소자(631)는 필터(621)를 통과하는 빛을 전기 신호로 변환하여 출력한다. 광전 변환 소자(631)는 포토다이오드(photodiode)를 구비할 수 있다. 광전 변환 소자(631)는 미세한 광의 탐지 능력을 구비하고, 빠른 응답 속도를 갖는 것이 바람직하다.
그래핀 기판(301)의 다양한 영역의 검사를 위하여 광분할기(161)와 수광기(115a)는 횡 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 이 때, 기판 지지대(114)는 한 곳에 고정된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 그래핀 기판 검사 장치(1201)의 블록도이다. 도 12를 참조하면, 그래핀 기판 검사 장치(1201)는 패터닝부(1211)와 검사부(101,1101)를 구비한다.
패터닝부(1211)는 기판(도 3의 311) 위에 형성된 그래핀층(도 3의 321)을 패터닝한다.
기판(도 3의 311) 위에 그래핀층(도 3의 321)을 형성하기 위하여 화학기상증착법을 이용할 수 있다. 즉, 구리와 같은 금속 촉매층이 형성된 베이스 부재를 챔버(도시 안됨)에 넣고, 탄소를 포함하는 가스와 열을 상기 챔버에 공급함으로써, 상기 금속 촉매층에 탄소가 흡수된다. 이어서, 상기 베이스 부재를 급속 냉각함으로써 상기 금속 촉매층으로부터 탄소를 분리시켜 결정화한다. 이후, 상기 결정화된 탄소를 기판에 전사하고, 상기 금속 촉매층을 제거함으로써 그래핀 기판(301)이 제조된다.
패터닝부(1211)는 그래핀층(도 3의 321) 위에 포토레지스트(photoresist)를 코팅하고, 상기 포토레지스트에 대해 마스킹, 노광, 현상 공정을 진행하며, 상기 그래핀 기판(301)을 에칭한 후 그래핀 기판(301)에 남아있는 포토레지스트를 제거함으로써, 그래핀층(도 3의 321)의 패터닝을 완성한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지않고 패터닝부(1211)에서 플라즈마(plasma)를 이용하거나, 폴리싱(polishing)을 통한 건식 에칭으로 그래핀층(도 3의 321)의 패터닝을 수행할 수 있다.
검사부(101,1101)는 도 1 및 도 11에 도시된 그래핀 기판 검사 장치들(101,1101))와 동일한 구성을 가지므로 이에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
이와 같이, 패터닝부(1211)가 검사부(101,1101)의 전단에 위치함으로써, 패터닝된 그래핀 기판(301)을 곧바로 검사할 수가 있다. 따라서, 검사부(101,1101)에서 그래핀 기판(301)의 패터닝의 오류가 발견될 경우 이를 즉시 수정할 수가 있다. 이로 인해, 그래핀 기판(301)의 제조 시간이 단축되고 제조 비용이 크게 절감될 수 가 있다.
도 13은 본 발명에 따른 그래핀 기판 검사 방법을 도시한 흐름도이다. 도 13을 참조하면, 그래핀 기판 검사 방법은 제1 내지 제4 단계(1311∼1341)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 도 13에 도시된 그래핀 기판 검사 방법을 설명하기로 한다.
제1 단계(1311)로써, 기판(도 3의 311) 위에 그래핀층(도 3의 321)이 패터닝된 그래핀 기판(도 3의 301)을 준비한다. 그래핀 기판(도 3의 301)을 준비하기 위해서는 기판(도 3의 311) 위에 그래핀층(도 3의 321)을 형성하고, 그래핀층(도 3의 321)을 패터닝하는 공정이 필요하다.
제2 단계(1321)로써, 그래핀 기판(도 1의 301)에 빛을 조사한다. 그래핀 기판(도 1의 301)에 조사되는 빛(도 1의 117)은 수직으로 조사될 수도 있고, 수평으로 조사될 수도 있다. 빛(도 1의 117)은 특정한 파장을 가지며, 다른 파장의 빛은 차단되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 검사될 그래핀 기판(도 1의 301)은 외부 빛이 차단되는 밀폐된 공간에 배치될 수 있다. 그러나, 직진성이 강한 빛을 사용할 경우에는 오픈된 곳에서도 그래핀 기판(도 1의 301)을 검사할 수 있다.
제3 단계(1331)로써, 그래핀 기판(도 1의 301)을 투과하는 빛(도 1의 117)의 투과도를 검출한다. 그래핀 기판(301)을 투과하는 빛(도 1의 117) 중에서 그래핀층이 형성된 영역(도 3의 331)을 투과하는 빛의 투과도와 그래핀층이 형성되지 않은 영역(도 3의 335)을 투과하는 빛의 투과도는 다르므로, 정확한 투과도를 검출할 필요가 있다.
제4 단계(1341)로써, 상기 검출된 빛의 투과도를 분석하여 그래핀 기판(도 1의 301)의 상태를 판단한다. 즉, 빛의 투과도를 분석하여 그래핀층(도 3의 321)의 폭과 그래핀층들의 피치(도 3의 P1)를 산출하고, 그래핀층(도 3의 321)의 형태와 기판(도 3의 311)의 형태를 파악한다. 상기 파악된 데이터를 가지고 그래핀 기판(도 1의 301)의 불량 여부를 판단한다. 구체적으로, 그래핀층(도 3의 321)의 폭과 그래핀층들의 피치(도 3의 P1)를 산출하여 그래핀 기판(도 1의 301)의 불량 여부를 판단할 수 있고, 그래핀층(도 3의 321)의 형상이나 기판(도 3의 311)의 형상을 파악하여 그래핀 기판(도 1의 301)의 불량 여부를 판단한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 그래핀 기판(도 1의 301)에 특정 파장의 가시광선을 조사하고 그래핀 기판(도 1의 301)을 투과하는 빛(도 1의 117)의 투과도를 검출함으로써, 그래핀 기판(도 1의 301)의 상태를 검사할 수 있다. 특히, 빛이 그래핀 기판(301)을 투과하게 함으로써, 그래핀 기판(301)에 형성된 그래핀층(도 3의 321)의 폭과 그래핀층들의 피치(도 3의 P1)를 측정할 수 있다.
이와 같이, 가시광선을 포함하여 그래핀의 투과도를 측정할 수 있는 모든 파장의 광선을 이용하여 그래핀 기판(301)을 검사함으로써, 그래핀 기판(301)의 검사 시간이 매우 짧아진다. 특히, 대면적의 그래핀층(도 3의 321)이 형성된 그래핀 기판(도 1의 301)을 검사하는 시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
본 발명은 도면들에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이들로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 패터닝된 그래핀층이 형성된 그래핀 기판을 검사하는 장치에 있어서,
    상기 그래핀 기판에 광선을 조사하고, 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛을 수신하는 광처리부;
    상기 광처리부의 출력 신호를 받아서 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출하는 투과도 검출부; 및
    상기 투과도 검출부에 연결되며, 상기 검출된 투과도를 받아서 이를 분석하여 상기 그래핀 기판의 상태를 판단하는 판단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장은 380∼780[nm]의 파장을 갖는 빛인 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 기판은 외부 빛이 차단되는 곳에서 검사되는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광처리부는
    외부에서 빛이 들어가지 못하도록 밀폐된 내부 공간을 갖는 챔버;
    상기 챔버의 내부의 중앙부에 설치되며 상기 그래핀 기판이 장착되는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대의 상부에 설치되며 상기 빛을 조사하는 발광기; 및
    상기 기판 지지대의 하부에 설치되며 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛을 수신하는 수광기를 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광기는 상기 챔버의 상단에 설치된 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수광기는 상기 챔버의 하단에 설치된 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 발광기에서 조사되는 빛은 상기 그래핀 기판을 수직으로 투과하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 그래핀 기판을 횡으로 이동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 판단부는
    상기 검출된 투과도를 분석하여 상기 그래핀층들의 폭과 상기 그래핀층들의 피치를 산출하는 제원 산출부; 및
    상기 검출된 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판을 양호와 불량으로 분류하는 분류부를 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 기판에 형성된 그래핀층을 패터닝하는 패터닝부를 전단에 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀 기판은 빛이 투과하는 투명 소재로 제조된 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광기에서 조사되는 빛을 복수개로 분할하여 상기 그래핀 기판에 조사하는 광 분할부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 장치.
  13. 그래핀 기판의 검사 방법에 있어서,
    (a) 기판 위에 그래핀층이 패터닝된 그래핀 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 그래핀 기판에 빛을 조사하는 단계;
    (c) 상기 그래핀 기판을 투과하는 빛의 투과도를 검출하는 단계; 및
    (d) 상기 검출된 빛의 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판의 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 빛은 380∼780[nm]의 파장을 갖는 가시광선인 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 빛의 투과도를 분석하여 상기 그래핀 기판의 그래핀층의 폭과 그래핀층들의 피치를 측정하는 것을 특징으로 하는 그래핀 기판 검사 방법.
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