초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 저주파수 대역과 초고주파수 대역의 자기장 내 구조물의 체계적인 설계방법을 확립하고 이를 나노~서브 나노 단위의 정밀도를 구현할 수 있는 노광 장비의 핵심 요소 설계에 적용하고자 하였다.
저주파수 전자기장 영역의 설계에서는 선형 DC모터를 대상으로 하여 추력 리플을 최소화하고 구동력을 향상시킴을 목표로 하여 요크-코일-영구자석의 통합 구조를 설계를 목표로 하였다. 초고주파수 전자기장 영역의 설계에서는 표면 플라즈몬을 발생시킬 수 있는 grating 구조에 aperture를 결합시킨 구조를

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 저주파수 대역과 초고주파수 대역의 자기장 내 구조물의 체계적인 설계방법을 확립하고 이를 나노~서브 나노 단위의 정밀도를 구현할 수 있는 노광 장비의 핵심 요소 설계에 적용하고자 하였다.
저주파수 전자기장 영역의 설계에서는 선형 DC모터를 대상으로 하여 추력 리플을 최소화하고 구동력을 향상시킴을 목표로 하여 요크-코일-영구자석의 통합 구조를 설계를 목표로 하였다. 초고주파수 전자기장 영역의 설계에서는 표면 플라즈몬을 발생시킬 수 있는 grating 구조에 aperture를 결합시킨 구조를 대상으로 하여 초정밀 노광이 가능하도록 입사빔의 집중도 및 효율을 향상시키고자 하였으며, 구축된 설계 방법론을 이용하여 다양한 초고주파수 영역의 구조 설계에의 확장을 모색하였다.
연구결과
- 1차년도
저주파수 전자기장 영역의 설계에서는 선형 DC 모터를 대상으로 자기포화 효과와 구조물 상대 위치 변동에 따른 자기장의 변동을 고려한 상용패키지에 의한 유한요소해석과 위상 최적설계 프로그램을 결합하여 2차원 구조를 설계하였다. 초고주파수 전자기장 영역의 설계에서는 grating-aperture 구조를 대상으로 금속 표면의 빔의 투과와 경계층 효과를 고려한 상용패키지에 의한 유한요소해석과 위상최적설계 프로그램을 결합하여 2차원 grating-aperture 구조를 설계하고 시뮬레이션에 의거하여 그 효과를 검증하였다.
- 2차년도
DC모터의 설계에서 기존의 시간에 따른 해석-설계에서 flux의 형상을 응용하여 정적해석기반의 설계 방법을 구축하여 모터 내의 영구자석의 형태를 최적화하고 그 효과를 검증하였다. waveguide의 grating 구조의 설계에서도 여러 주파수 대역의 입사빔의 효율을 극대화할 수 있는 설계 방법을 확립하고 이를 검증하였다.
- 3차년도
리플을 최소화하기 위한 DC 모터의 요크-코일-영구자석의 통합 구조를 설계하고 실험적 검증을 수행하였다. 또한 초고주파수 영역 설계의 확장-적용을 위해 태양전지의 흡수 효율을 최대화하기 위한 흡수층와 반사층 구조를 설계하고 그 효과를 검증하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구의 결과는 저주파/초고주파 전자기장 내의 구조 설계에 있어 개념설계와 상세설계를 아우르는 새로운 설계 방법을 제시고 있다. 저주파 전자기장 영역의 설계 방법은 새로운 개념의 구동기-센서의 설계 뿐 아니라 기존의 제품의 성능 향상에도 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 초고주파 전자기장 영역의 설계 방법은 표면 플라즈몬의 연구 및 활용에 있어 체계적이고 구체적인 설계 방법으로 사용될 수 있으며, 이를 이용하여 표면 플라즈몬 노광 장비의 핵심 요소 설계 이술이 확보될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 본 설계의 방법은 LED 광원의 설계, 태양전지 유닛 개발에도 활용될 수 있어 기계-전자 산업 전반에 큰 파급효과를 가져올 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

Purpose&contents
This study intends to develop a systematic design methodology for the structure in low and ultra-high frequency electromagnetic(EM) fields and applied to the element design of the lithography system with nano~sub-nano accuracy.
In low frequency EM fields, it is objected to des

Purpose&contents
This study intends to develop a systematic design methodology for the structure in low and ultra-high frequency electromagnetic(EM) fields and applied to the element design of the lithography system with nano~sub-nano accuracy.
In low frequency EM fields, it is objected to design the combined yoke-coil-permanent magnet(PM) structure of a linear DC motor for the purpose of minimizing the thrust force ripple and improving the moving force. In the ultra-high frequency EM field design, the grating structure with an aperture for the surface plasmon occurrence will be designed for the purpose of increasing the resolution and the efficiency of the incident beam. The proposed design methodology has been applied to various structural design cases in high frequency EM fields.
Result
- 1st yeat
For structure design in low frequency EM fields, two dimensional structure was designed combining the finite element analysis and the topology optimization program considering the saturation effect and the time varying magnetic field. For the structure design in ultra-high frequency EM fields, two dimensional grating-aperture structure was designed combining the finite element analysis and the topology optimization program considering the transmission effect. Results were verified using
numerical simulation.
- 2nd year
A design process based on the static field analysis was developed for a DC motor design using the flux profile instead of the existing transient analysis based design. The PM shape was optimized and its effect has been verified. For the waveguide
grating structure design, the optimal structure to maximize the efficiency for several frequency range incident beam has been obtained.
- 3rd year
The combined yoke-coil-PM structure of a DC motor for the purpose of minimizing the torque ripple had been performed and its effect was verified via experiments. Also, structures of the absorbing and the reflecting layer of solar cells was designed and verified for expanding the application area in ultra-high frequency range design. Its result was also verfied based on numerical simulation.
Expected Contribution
Results of this research suggests an innovative design methodology including the concept and the detail design for the structure design in low/ultra-high frequency EM fields. The design method of the structure in low frequency EM fields can be
applied to improve the existing system performance as well as to design an new concept design of actuators or sensors. Using the structure design method in ultra-high frequency range, the core element design technique of the surface plasmon based litho-system can be obtained and it can be used as the systematic and realistic design method in other surface plasmon researches. Especially, since the design process obtained in this research can be applied to the LED source design or the unit design of a solar cell, a huge industrial impact is expected in mechanical-electric industries.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 39
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 40
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 40
• 8. 참고문헌 ... 41
• 9. 연구성과 ... 43
• 10. 기타사항 ... 47