[논문]히트 파이프를 이용한 열경화성 나노임프린트 장비용 열판의 온도 균일도 향상

박규진; 양진오; 이재종; 곽호상

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents a thermal device specially designed for thermal nanoimprint lithography equipments, which requires the capability of rapid heating and cooling, high temperature uniformity and the material strength to endure high stamping pressure. The proposal to meet these requirements is a pla...

This study presents a thermal device specially designed for thermal nanoimprint lithography equipments, which requires the capability of rapid heating and cooling, high temperature uniformity and the material strength to endure high stamping pressure. The proposal to meet these requirements is a planar-type hot plate extensible to a large area, in which long circular cartridge heaters and heat pipes are installed inside in parallel. The heat pipes are connected to the outside water cooling chamber. A hot plate made of stainless steel is fabricated with a dimension $240mm{\times}240mm{\times}20mm$. Laboratory experiments are conducted to examine the thermal performance of the hot plate. The results illustrate that the employment of heat pipes leads to a notable enhancement of temperature uniformity in the device and provides an efficient heat delivery from the hot plate to outside. It is verified that the suggested hot plate could be a feasible thermal tool for thermal nanoimprint lithography, satisfying the major design requirements.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이 연구의 목적은 히트 파이프를 이용한 TH-NIL용 대면적 열판의 온도균일도 향상 방안의 타당성을 실험을 통해 검증하는 것이다. 선형 열원과 외부 냉각기에 연결된 히트 파이프를 장착한 대면적 열판 시험장치를 제작하고 가열 및 냉각 시험을 수행하여 TH-NIL 공정이 요구하는 열적 특성을 만족하는지 평가하고자 한다.
이 연구의 목적은 히트 파이프를 이용한 TH-NIL용 대면적 열판의 온도균일도 향상 방안의 타당성을 실험을 통해 검증하는 것이다. 선형 열원과 외부 냉각기에 연결된 히트 파이프를 장착한 대면적 열판 시험장치를 제작하고 가열 및 냉각 시험을 수행하여 TH-NIL 공정이 요구하는 열적 특성을 만족하는지 평가하고자 한다.

가설 설정

초기에는 완만한 온도상승이 나타나는데 이는 히터에 부가된 전원이 히터자체의 온도가 올리는데 소요되기 때문이다. 두 번째 온도상승 단계에서는 히터에 최대전력이 공급되면서 열판의 온도는 선형적으로 상승한다. 마지막 세 번째 단계는 비례제어, 적분 및 미분제어가 모두 작동하여 열판의 온도가 목표온도인 200°C에 수렴하는 과정이다.
3과 비슷하지만 눈에 띄는 차이점이 보이는데 P1부터 P6까지 6개 지점의 온도변화가 거의 일치하는 거동을 보이고 있다. 열판 표면에서 발생하는 온도편차가 현저하게 줄어든 것이다. 특히 정상상태에서는 제어목표인 ±1°C 오차 범위에서 균일도가 유지되고 있다.

제안 방법

Kwak 등[10]은 긴 일자형 카트리지 히터와 냉매가 흐르는 냉각공을 상하로 평행하게 배치하는 방법으로 대면적 확장성이 보장되는 TH-NIL용 열판의 개념 모델을 제안하였다. 이 연구에서는 열응답속도와 온도균일도를 위하여 열관성이 작고 열확산계수가 큰 알루미늄을 재질로 제작한 열판을 고려하였다. 그러나 알루미늄은 표면경도가 너무 약해 고압의 스탬핑에 취약하기 때문에 TH-NIL용 열판 재질로 적합하지 않다.
냉각은 히트 파이프 냉각부에 직접 냉각수에 흘러 냉각하는 수냉과 스프레이를 뿌려 기화시키는 분무 냉각 두 가지 방식을 사용하였다. 냉각 시험은 초기 200°C로 유지되는 열판에 전원공급을 차단하고 냉각을 개시하면서 열판의 온도변화를 측정하였다.
히트 파이프의 효과를 알아보기 위한 기준을 설정하기 위하여 먼저 히트 파이프를 장착하지 않고 냉각공을 비워 둔 열판을 대상으로 가열시험을 수행하였다.
이번에는 히트 파이프의 냉각부에 물을 스프레이 형태로 분무하여 액적을 기화시키는 방법으로 냉각하는 시험을 수행하였다. Fig.
일자형의 원형 카트리지 히터와 히트 파이프를 병렬로 장착한 나노임플린트 장비용 대면적 열판의 열거동을 실험적 방법으로 알아보았다. 가열시험 결과 기존의 냉각공을 사용하는 열판에 비하여 히트 파이프를 장착한 열판이 매우 우수한 온도균일도를 유지함을 확인하였다.

대상 데이터

히트 파이프는 에이팩사의 상용제품을 사용하였는데 외경이 6 mm, 내경이 3 mm이고, 구리 재질로 만들어졌으며 내부는 금속소결 형태의 윅 구조를 가지고 있다. 히프 파이프에 부분 충전된 유체는 물이다.

성능/효과

한편 TH-NIL 장비에서 매우 중요한 기능을 수행하는 열판에 대한 연구도 이루어져 왔다[10-12]. TH-NIL 장비용 열판은 공정의 생산성을 위해서 급속가열과 급속냉각 능력을 가져야 하고 대면적 확장성이 좋아야 한다. 또한 고압의 스탬핑을 견딜 수 있는 높은 기계적 강도와 표면 경도를 가져야 한다.
특히 정상상태에서는 제어목표인 ±1°C 오차 범위에서 균일도가 유지되고 있다. 유효열전도율이 구리의 수십 배에 해당하는 히트 파이프를 장착함으로써 길이 방향(z)의 열확산이 크게 향상되어 온도균일도가 개선된 것이다. 히트 파이프의 장착이 카트리지 히터의 길이 방향 불균일 발열에 의한 온도 편차를 억제할 수 있는 효과적인 방안임이 입증되었다.
이는 히트 파이프를 사용하지 않고 냉각공에 직접 냉각수를 흐르게 하는 경우 열판에 매우 큰 온도편차가 발생했던 결과[12]와 비교된다. 이러한 결과는 히트 파이프를 사용하는 간접 냉각방식이 냉각모드에서도 온도 균일도를 높일 수 있는 좋은 대안임을 지적하고 있다.
일자형의 원형 카트리지 히터와 히트 파이프를 병렬로 장착한 나노임플린트 장비용 대면적 열판의 열거동을 실험적 방법으로 알아보았다. 가열시험 결과 기존의 냉각공을 사용하는 열판에 비하여 히트 파이프를 장착한 열판이 매우 우수한 온도균일도를 유지함을 확인하였다. 냉각 시험 경우에도 히트 파이프를 사용한 간접 냉각이 열판 직접 냉각보다 높은 온도균일도를 제공하는 것으로 나타났다.
가열시험 결과 기존의 냉각공을 사용하는 열판에 비하여 히트 파이프를 장착한 열판이 매우 우수한 온도균일도를 유지함을 확인하였다. 냉각 시험 경우에도 히트 파이프를 사용한 간접 냉각이 열판 직접 냉각보다 높은 온도균일도를 제공하는 것으로 나타났다. 다만 이 열판에서는 냉각속도가 히트 파이프의 전열특성에 의한 결정되므로 냉각성능을 높이기 위해서는 추가적 연구가 필요하다.

후속연구

냉각 시험 경우에도 히트 파이프를 사용한 간접 냉각이 열판 직접 냉각보다 높은 온도균일도를 제공하는 것으로 나타났다. 다만 이 열판에서는 냉각속도가 히트 파이프의 전열특성에 의한 결정되므로 냉각성능을 높이기 위해서는 추가적 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	UV-NIL의 특징은?	UV-NIL은 비교적 낮은 가압력으로도 형상 제조가 가능하고 UV 조사후 디몰딩 공정이 간단하지만 자외선의 파장이 주는 제약 때문에 세장비가 큰 형상을 만들 수 없는 것이 약점이다. 이에 비하여 TH-NIL은 세 장비가 큰 복잡한 형상제작이 가능하지만 수지를 연화시키는 가열과 고압의 몰딩, 고형화를 위한 냉각 및 디몰딩 등 공정이 상대적으로 복잡하다[3].
	사진식각이 직면한 기술적 한계를 극복할 수 있는 대안으로 떠오른 것은?	사진식각이 직면한 기술적 한계를 극복할 수 있는 대안으로 떠오른 것이 나노임프린트 식각(NanoImprint Lithography, 이하 NIL)이다[2]. 이 제조법은 기판 위에 연화된 폴리머 수지를 놓고 제조하려는 극 초미세 형상의 음각이 새겨진 스탬프로 눌러 반대형상을 전사하는 일종의 기계적 식각이다.
	사진식각기술의 단점은?	그동안 산업현장에서 극초미세 형상의 양산 기술을 선도한 것은 사진식각(Photolithography) 기술로[1] 이미 반도체 공정에서는 10nm 선폭을 구현할 정도로 성과를 거두고 있다. 그러나 이 제조법은 화학처리 등 복잡한 제조공정이 필요하여 생산원가가 비싸고, 빛의 간섭이 주는 제약 때문에 더 이상의 소형화 진전은 어려울 것으로 예측되고 있다.

참고문헌 (13)

Gary, S.M. and Simon, M.S., Fundamentals of Semiconductor Fabrication, John Wily & Sons, New York, 2003.
Chou, S.Y., Krauss, P.R. and Renstrom, P.J., "Nanoimprint Lithography," J. Vac. Sci. Technol., Vol.14, No.6, pp.4129-4133, 1996.

상세보기
Becker, H. and Heim, U., "Hot Embossing as a Method for the Fabrication of Polymer High Aspect Ratio Structures," Sensors and Actuators A, Physical, Vol.84, pp.130-135, 2000.
Pang, S.W., Tamamura, T., Nakao, M., Ozawa, A. and Masuda, H., "Direct Nano-Printing on Al Substrate Using a SiC Mold," J. Vac. Sci. Technol., Vol.16, pp.1145-1149, 1998.
Hirai, Y., Fujiwara, M., Okuno, T., Tanaka, Y., Endo, M., Irie, S., Nakagawa, K. and Sasago, M., "Study of the Resist Deformation in Nanoimprint Lithography," J. Vac. Sci. Technol., Vol.19, pp.2811-2815, 2001.

상세보기
Beck, M., Graczyk, M., Maximov, I., Sarwe, E.L., Ling, T.G.I., Keil, M. and Motelius, L., "Improving Stamps for 10 nm Level Wafer Scale Nanoimprint Lithography," Microelectron. Eng., Vol.61-2, pp.441-448, 2002.

상세보기
Khang, D. Y., Kang, H., Kim, T. and Lee, H. H., "Low-Pressure Nanoimprint Lithography," Nano Lett., Vol.4, pp.633-637, 2004.

상세보기
Ahn J. H., "Large Area Synthesis and Application of Graphene Films", Polymer Science and Technology, Vol.22, No.2, pp.126-129, 2011.

상세보기
Lim H. J., Lee J. J., Choi K. B., Kim G. H., and Lee S. H., "Technology for Roll-based Nanoimprint Lithography Systems", (in Korean), J. of the Korea Soc. Manufacturing Process Engineers, Vol.12, No.5, pp.1-8., 2013.

원문보기 상세보기
Kwak H. S., Park G. J., Son B. C., Lee J. J., and Park H. C., "Design of a Hot plate with Rapid Cooling Capability for Thermal Nanoimprint Lithography", Proc. SICE-ICASE Int. Joint Conf., Busan, pp.4897-4901, 2006.
Park, G. J., Kwak, H. S., Shin, D. W. and Lee, J. J. "Numerical Simulation of Thermal Control of a Hot Plate for Thermal Nanoimprint Lithography Machines," Proc. 3rd Int. Conf. on Heating Cooling Technol., pp.321-327, 2007.
Park, G. J., Lee, J. J. and Kwak, H. S, "A Numerical Study on Thermal Design of a Large-Area Hot Plate for Thermal Nanoimprint Lithography," J. Comput. Fluids Eng., Vol. 21, pp. 90-98, 2016.
Lee S. Y., Cho H. H., and Lee Y. W., "A Study to Improve Temperature Uniformity in Hot plate Oven for Silicon Wafer Manufacturing", J. KSME(B), Vol. 25, pp.261-266, 2000.

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 히트 파이프를 이용한 열경화성 나노임프린트 장비용 열판의 온도 균일도 향상
Improvement of Temperature Uniformity in a Hot Plate for Thermal Nanoimprint Lithography by Installing Heat Pipes 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 히트 파이프를 이용한 열경화성 나노임프린트 장비용 열판의 온도 균일도 향상 Improvement of Temperature Uniformity in a Hot Plate for Thermal Nanoimprint Lithography by Installing Heat Pipes 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박규진 (3) 이재종 (33) 곽호상 (22)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 히트 파이프를 이용한 열경화성 나노임프린트 장비용 열판의 온도 균일도 향상
Improvement of Temperature Uniformity in a Hot Plate for Thermal Nanoimprint Lithography by Installing Heat Pipes 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문