KR100856559B1 - 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한나노 임프린트 장비 - Google Patents

나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한나노 임프린트 장비 Download PDF

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신동훈
박경서
임홍재
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Abstract

본 발명은 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기에 관한 것으로, 열전도소재로 이루어지며, 공기가 통과가능한 다수의 공기유동로가 형성된 열교환핀; 상기 열교환핀의 일측에 흡열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 제1열전모듈; 상기 열교환핀의 타측에 발열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 결합되는 제2열전모듈; 나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부를 형성하는 챔버 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로로 공기가 흡입이동되는 경로를 형성하는 공기흡입관; 상기 열교환핀을 통과한 공기가 상기 챔버 내부로 복귀이동되는 경로를 형성하는 공기배출관; 상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기의 온도를 감지하도록 설치되는 온도센서; 상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈과 제2열전모듈에 선택적으로 전력을 공급하는 온도제어수단;을 포함하여 구성됨을 기술적 요지로 하여, 나노 임프린트 장비 자체에 온도조정장비를 일체로 구비함에 따라 발생되던 단가상승, 부피 및 하중 증가에 따른 설치공간의 제약, 운반·관리의 불편함을 해결할 수 있고, 나노 임프린트 장비의 적용범위를 보다 확대시킬 수 있으며, 나노 임프린트 공정이 이루어지는 환경 전반에서 정밀하고 균일하게 온도제어가 이루어질 수 있는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기에 관한 것이다.
나노 임프린트, 열전모듈, 자바라관, SCR, SSR

Description

나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한 나노 임프린트 장비{Temperature controler of equipment for nano imprint lithography and nano imprint equipment involving this}
본 발명은 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한 나노 임프린트 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 임프린트 공정이 이루어지는 챔버 내부의 공기를 온도를 일정하게 조정 및 유지하도록 자동제어하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한 나노 임프린트 장비에 관한 것이다.
나노 임프린트는 초미세 가공인 나노 가공(1~100㎚)을 실현하기 위해 제안된 기술로, 기판 위에 열가소성 수지나 광경화성 수지를 도포한 다음, e빔을 이용하여 나노 크기의 몰드로 압력을 가해 경화시켜 패턴을 전사하는 기술을 말하며, 근래에는 디스플레이용 광학소재 분야와 접목되면서 기초 연구단계를 넘어 빠르게 상용화 길에 접어들고 있다.
상기 나노 임프린트 기술을 적용하면, 반도체공정에서 사용하는 사진현상 방식의 미세화 한계점을 극복하고, 도장을 찍듯 간단하게 나노구조물을 제작할 수 있게 되어, 차세대 반도체 분야의 기술 발전을 촉진하는 기술로 각광받고 있으며, 특 히 차세대 반도체 및 평판디스플레이용 회로 형성 기술로써 인정되고 있다.
나노 사이즈 단위로 임프린트 기술의 적용이 이루어지는 나노 임프린트 공정에서는 미세한 온도변화라도 공정품질에 큰 영향을 끼치게 되므로, 나노 임프린트 공정에 사용되는 장비는 항상 일정한 온도환경에서의 작동되는 것이 요구되어지며, 이에 따라 나노 임프린트 장비는 온도를 일정하게 유지하는 기능과 공정도중 온도변화가 발생될 시 지정온도로 신속하게 수렴할 수 있도록 온도조정이 이루어지는 기능을 가져야 한다.
종래에 나노 임프린트 장비는, 나노 임프린트 공정의 온도환경을 일정하게 유지하거나 지정온도로 변환하여 조성하기 위해, 장비 자체에 각각 냉동장치, 가열장치, 공정대상물이 안착 되는 항온판의 표면온도유지를 위한 제어장비와 같은 온도조정장비를 일체로 구비하는 구조를 가짐으로써, 장비 자체의 제작단가가 높을 뿐 아니라, 장비가 차지하는 부피와 하중이 커져 장비 설치공간의 제약이 크고, 운반과 관리에 불편함이 따르게 된다는 문제점이 있었다.
그리고, 공정대상물과의 직접적인 접촉에 의해 공정대상물의 온도를 일정하게 유지하는 항온판을 이용한 구조를 가짐으로써, 공정대상물의 사이즈에 따라 공정대상물이 안착되는 항온판의 접촉면적 또한 달라지게 되는데, 종래에는 온도를 안정되게 유지·조정할 수 있도록 공정대상물마다 이에 적합한 사이즈를 가지는 각각의 나노 임프린트 장비를 구비하여 적용하고 있어, 나노 임프린트 장비 각각의 적용범위와 사용효율성이 낮다는 다른 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 액체나 기체와 같은 유체를 이용하여 항온판과의 열교환이 이루어지도록 하는 구조를 가지는데, 유체의 순환경로가 길어질수록 항온판 전반의 온도가 균일하게 유지되기 어려우며, 항온판의 특정 지점에서 온도를 측정하여도 항온판 전체의 온도를 조정하기에는 적합한 온도수치로써 정확하다고 보기 어려워, 정밀하고 균일한 온도제어가 실제로 이루어지기 어렵다는 다른 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 나노 임프린트 장비 자체에 온도조정장비를 일체로 구비함에 따라 발생되던 단가상승, 부피 및 하중 증가에 따른 설치공간의 제약, 운반·관리의 불편함을 해결할 수 있는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한 나노 임프린트 장비를 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 나노 임프린트 장비의 적용범위가 공정대상물의 사이즈에 따라 한정되지 않고 보다 확대적용이 이루어질 수 있으며, 나노 임프린트 공정이 이루어지는 환경 전반에서 정밀하고 균일하게 온도제어가 이루어질 수 있도록 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 구비한 나노 임프린트 장비를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 열전도소재로 이루어지며, 공기가 통과가능한 다수의 공기유동로가 형성된 열교환핀; 상기 열교환핀의 일측에 흡열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 제1열전모듈; 상기 열교환핀의 타측에 발열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 결합되는 제2열전모듈; 나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부를 형성하는 챔버 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로로 공기가 흡입이동되는 경로를 형성하는 공기흡입관; 상기 열교환핀을 통과한 공기가 상기 챔버 내부로 복귀이동되는 경로를 형성하는 공 기배출관; 상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기의 온도를 감지하도록 설치되는 온도센서; 상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈과 제2열전모듈에 선택적으로 전력을 공급하는 온도제어수단;을 포함하여 구성되는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 공기흡입관 및 공기배출관은, 길이의 신축조정과 형상의 굴곡조정이 가능한 주름관으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 온도제어수단은, 상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여, 기준수치보다 높으면 상기 제1열전모듈로 공급되는 전력량을 조정시키는 신호를 출력하며, 기준수치보다 낮으면 상기 제2열전모듈로 전력을 공급시키는 신호를 출력하는 PID제어기; 상기 PID제어기로부터 출력되는 전력량 조절신호를 입력받아 상기 제1열전모듈로 공급되는 전력량을 제어하는 SCR; 상기 PID제어기로부터 출력되는 온오프 신호를 입력받아 상기 제2열전모듈로 공급되는 전력을 온오프 제어하는 SSR;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도제어수단은, 상기 SCR에서 교류전원을 인가받아 직류상태로 변환하고, 일정비율로 직류전압을 증폭 내지 축소시켜 상기 제1열전모듈로 공급하는 AC/DC컨버터; 상기 SSR에서 직류전원을 인가받아 상기 제2열전모듈로 공급하는 DC어댑터;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 내부에 냉각수를 수용한 상태로 상기 제1열전모듈의 발열반응부에 열전도가능하게 접속설치되는 냉각수블럭; 상기 냉각수블럭 내부에서 가온된 냉각 수를 다른 냉각유체와의 열교환에 의해 냉각시키는 냉각수열교환기; 상기 냉각수블럭과 냉각수열교환기간의 냉각수 순환을 강제유도하는 냉각수펌프;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각수열교환기는, 상기 열교환핀 및 열전모듈이 수용되는 공간부와 이격 내지 분리되어 상대적으로 낮은 온도를 가지는 공기중에 노출되도록 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기에 포함된 불순물을 걸러 여과하는 필터부재;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 필터부재는, 0.1㎛이상의 사이즈를 가지는 입자를 99.999% 이상에서 99.9999% 이하의 성능으로 여과가능한 울파필터인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부를 형성하는 챔버; 상기 챔버 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로로 공기가 흡입이동되는 경로를 형성하는 공기흡입관; 열전도소재로 이루어지며, 공기가 통과가능한 다수의 공기유동로가 형성된 열교환핀; 상기 열교환핀을 통과한 공기가 상기 챔버 내부로 복귀이동되는 경로를 형성하는 공기배출관; 상기 열교환핀의 일측에 흡열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 제1열전모듈; 상기 열교환핀의 타측에 발열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 결합되는 제2열전모듈; 상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기의 온도를 감지하도록 설치되는 온도센서; 상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈과 제2열전모듈에 선택적으로 전력을 공급하는 온도제어수단;을 포함하여 구성되는 나노 임프린트 장비를 다른 기술적 요지로 한다.
상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 나노 임프린트 장비와 별도로 제작가능하며 설치위치 또한 임의로 자유롭게 조정가능함에 따라, 나노 임프린트 장비의 단가를 저감시킬 수 있으며, 부피 및 하중 증가에 따른 설치공간의 제약, 운반·관리의 불편함을 해결할 수 있다는 효과가 있다.
그리고, 공기흡입관 및 공기배출관을 나노 임프린트 장비가 사용되는 챔버에 착탈조정시킴으로써 챔버와의 결합상태 또한 용이하게 조정가능하여, 상기 챔버상에 공기흡입관 및 공기배출관의 설치가 가능한 공기유동용 홀을 형성함으로써, 나노 임프린트 장비 전반에 걸쳐 광범위하게 적용가능하다는 다른 효과가 있다.
또한, 나노 임프린트 장비가 사용되는 챔버 내부의 공기를 일정하게 유지시키는 작동구조를 가짐으로써, 챔버가 특정 사이즈를 가지는 공정대상물의 수용 및 처리가 가능한 내부공간을 가진다면, 상기 특정 사이즈 이하의 사이즈를 가지는 공정대상물에 대해서는 그 사이즈와 형태에 따라 적용이 한정되지 않으므로, 나노 임프린트 장비 각각의 적용범위를 보다 확대시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.
그리고, 공정대상물의 사이즈나 형태에 따라 챔버상의 적합한 위치에 공기흡입관 및 공기배출관을 설치함으로써, 나노 임프린트 공정이 이루어지는 챔버의 내부환경 전반에서 균일한 온도를 유지할 수 있으며, 온도의 실시간 측정 또한 정확하게 이루어질 수 있어 정밀하고 신뢰성높은 온도제어가 가능하다는 다른 효과가 있다.
또한, 공기 유동에 의해 나노 임프린트 공정이 이루어지는 챔버의 내부를 일정한 온도환경으로 유지함으로써, 나노 임프린트 장비 자체에 냉각장치, 가열장치를 포함한 온도조정장치가 직접적으로 부착설치되는 것과 비교하여, 나노 임프린트 공정에 악영향을 끼치는 진동과 소음을 현격히 감소시키게 된다는 다른 효과가 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기의 제1실시예를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환핀, 제1, 2열전모듈, 냉각수블럭의 결합상태를 도시한 단면사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기의 제1실시예를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기는 크게 열교환핀(100), 제1열전모듈(200), 제2열전모듈(300), 공기흡입관(400), 공기배출관(500), 온도센서(600), 온도제어수단(700)으로 이루어진다.
상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500)은 나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부(이하 챔버(10)라 한다)와 상기 열교환핀(100)간에 공기유동이 일정하게 이루어지는 경로를 제공하며, 상기 온도제어수단(700)은 상기 온도센서(600)에서 감지한 온도수치를 입력받아 상기 열교환핀(100)에 접속설치된 상기 제1열전모듈(200)과 제2열전모듈(300)로의 전력공급을 제어하는 작동구조를 가진다.
상기 열교환핀(100)은, 열전도소재로 이루어지며, 상기 공기흡입관(400), 공기배출관(500)과 연통 되는 다수의 공기유동로(110)를 구비하고, 일측에 상기 제1열전모듈(200)과 타측에 상기 제2열전모듈(300)이 접속설치된다.
상기 공기흡입관(400)을 통해 상기 챔버(10)로부터 상기 공기유동로(110)로 도입된 공기는 상기 공기유동로(110)를 통과하면서, 상기 제1열전모듈(200)과 제2열전모듈(300)에 의해 지정온도로 가열 내지 냉각조정된 상기 공기유동로(110)의 벽면으로부터 열전달을 받아, 지정온도로 가열 내지 냉각조정되어 상기 공기배출관(500)측으로 유동되어 상기 챔버(10) 내부로 도입이 이루어지는 순환을 반복하게 된다.
상기 제1열전모듈(200)과 제2열전모듈(300)은 상기 열교환핀(100)상에 흡열반응부(210)와 발열반응부(320)가 각각 접속되도록 설치되어, 상기 제1열전모듈(200)에 전력이 인가되면 상기 제1열전모듈(200)의 흡열반응부(210)가 상기 열교환핀(100)을 냉각시키는 작용을 하게 되며, 상기 제2열전모듈(300)에 전력이 인가되면 상기 제2열전모듈의 발열반응부(320)가 상기 열교환핀(100)을 가열시키는 작용을 하게 된다.
열전모듈(Thermoelectric module)은 전류가 흐르면 일측에서는 흡열반응이 이루어지며 냉각되고, 타측에서는 발열반응이 이루어지며 가열되는 속성을 가진 소자로, 도 2에서 상기 제1열전모듈(200)은 전류가 흐를 때 흡열반응이 이루어지게 되는 흡열반응부(210)가 상기 열교환핀(100)에 접속되고, 발열반응이 이루어지게 되는 발열반응부(220)는 상기 열교환핀(100)과 이격되도록 설치되고, 상기 제2열전 모듈(300)은 상기 제1열전모듈(200)과 반대로 흡열반응부(310)는 상기 열교환핀(100)과 이격되고, 발열반응부(320)는 상기 열교환핀(100)에 접속되게 설치된다.
상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500)은 각각 상기 챔버(10) 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로(110)로 공기가 흡입이동되는 경로와, 상기 열교환핀(100)을 통과한 공기가 상기 챔버(10) 내부로 복귀이동되는 경로를 형성하며, 본 발명의 제1실시예는 상기 챔버(10)와 열교환핀(100)간의 공기 순환이 일정한 방향과 지정된 유량으로 이루어지도록 상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500)상에 공기흐름을 강제유도하는 순환팬(920)을 설치한 구조를 가진다.
본 발명에 있어서, 상기 순환팬(920)은 공기 순환을 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 설치된 것으로, 상기 챔버(10)의 사이즈나 공기흡입관(400) 및 공기배출관(500)의 사이즈 및 길이를 고려하여 공기 순환에 충분한 구동력을 제공할 수 있다면 상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500) 중 일측에 설치되어도 무방하며, 공기순환을 원활하게 하도록 유도하는 기능을 한다면 상기 제1실 시 예와 같은 팬구조로 한정되지 않는다.
상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500)을 길이의 신축조정과 형상의 굴곡조정이 가능한 주름관으로 구성하면, 본 발명에 따른 온도환경 제어기를 상기 챔버(10)와 독립적인 위치와 방향으로 설치함에 있어서, 상기 챔버(10)와의 연속된 공기 순환경로를 형성하기 위해 관부재를 추가로 구비하거나 이탈·제거시킬 필요없이, 상기 공기흡입관(400)과 공기배출관(500)을 임의로 연장시키거나 굴곡 변형시킴으로써 용이하게 연결시키거나 연결상태를 유지한 채로 위치변경시킬 수 있다.
상기 공기흡입관(400) 내지 공기배출관(500)상에, 상기 공기흡입관(400) 내지 공기배출관(500)을 통과하는 공기에 포함된 불순물을 걸러 여과하는 필터부재(910)를 설치하면, 상기 챔버(10) 내부에서 나노 임프린트 공정을 수행하면서 상기 챔버(10) 내부의 공기중에 비산·생성되는 미세입자가, 본 발명에 따른 온도환경 제어기에 의해 공기 순환이 이루어지면서, 상기 필터부재(910)를 통과하는 동안 자연히 걸러지면서 여과되어 상기 챔버(10) 내부의 청정도를 지정범위로 유지할 수 있게 된다.
상기 필터부재(910)는 상기 챔버(10) 내부의 청정도를 지정범위로 유지할 수 있도록 공기 여과기능을 수행할 수 있다면 특정한 형태와 구조, 소재로 제한되지 않으나, 상기 챔버(10) 내부에서 나노 임프린트 공정을 수행함에 있어서는, 0.1㎛이상의 사이즈를 가지는 입자를 99.999% 이상에서 99.9999% 이하의 성능으로 여과가능한 울파필터로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 챔버(10) 내부의 공기는 상기 공기흡입관(400), 열교환핀(100), 공기배출관(500)을 순차적으로 통과하며 복귀되는 순환을 반복하게 됨에 따라, 상기 챔버(10) 내부와 함께 상기 공기흡입관(400), 열교환핀(100), 공기배출관(500)의 내부 또한 일정한 온도로 유지되거나, 상기 열교환핀(100)을 기준으로 공기의 순환거리에 따라 일정한 비율로 공기의 냉각 내지 가열이 이루어지게 되거나, 상기 챔버(10) 내부를 거치면서 일정한 비율로 공기의 냉각 내지 가열이 이루어지게 된다.
상기 온도센서(600)는 상기 챔버(10), 공기흡입관(400), 열교환핀(100), 공기배출관(500) 중 어디에 설치되어도 무방하나, 본 발명에 따른 온도환경 제어기와 함께 설치 및 분리가 용이하게 이루어지면서도 상기 챔버(10) 내부의 온도를 보다 정확하게 감지하기 수 있도록 상기 공기흡입관(400) 내지 공기배출관(500)상에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 온도센서(600)는 상기 공기흡입관(400) 내지 공기배출관(500)을 통과하는 공기의 온도를 감지·측정하여 상기 온도제어수단(700)으로 측정된 온도수치에 관한 신호를 전달하며, 상기 온도제어수단(700)은 상기 온도센서(600)로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈(200)과 제2열전모듈(300)에 선택적으로 전력을 공급한다.
본 발명의 제1실 시 예에서 상기 온도제어수단(700)은 크게 PID제어기(710), SCR(721), SSR(723)로 이루어지며, 상기 PID제어기(710)에서는 상기 온도센서(600)로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여, 기준수치보다 높으면 상기 제1열전모듈(200)로 공급되는 전력량을 조정시키는 신호를 출력하며, 기준수치보다 낮으면 상기 제2열전모듈(300)로 전력을 공급시키는 신호를 출력하는 제어기능을 한다.
PID제어(proportional integral derivative control)란, 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 비례(Proportional) 제어와 비례 적분(Proportional-Integral) 제어, 비례 미분(Proportional-Derivative) 제어를 조합하여 유연한 제어가 가능하도록 한 것으로, 자동화 시스템의 반응을 측정하거나, 반응을 제어할 때 사용되는 제어 방법이며, 온도, 압력, 유량, 회전 속도 등을 제어하기 위해 광범위하게 사용 되고 있으므로, PID제어 및 PID제어기 자체구조에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 온도센서(600)에서 입력받은 온도수치가 기준수치보다 높으면, 결과적으로는 상기 열교환핀(100)을 현재보다 낮은 온도로 냉각시켜, 상기 열교환핀의 공기유동로(110)를 통과하는 공기의 냉각이 이루어지도록 하여야 하는데, 본 발명의 제1실시예에서 성기 제1열전모듈(200)은 흡열반응부(210)가 상기 열교환핀(100)에 접속된 설치구조를 가짐에 따라, 상기 PID제어기(710)에서는 상기 제1열전모듈(200)로 공급되는 전력량을 증가시키는 제어를 행함으로써 상기 열교환핀(100)을 냉각조정시키게 된다.
반대로, 상기 온도센서(600)에서 입력받은 온도수치가 기준수치보다 낮으면, 결과적으로는 상기 열교환핀(100)을 현재보다 높은 온도로 가열시켜야 하므로, 본 발명의 제1실시예에서 상기 PID제어기(710)는 상기 제2열전모듈(300)로 공급되는 전력량을 증가시키는 제어를 행함으로써 상기 열교환핀(100)을 가열조정시키게 된다.
본 발명의 제1실시예에서 상기 SCR(721)은 상기 PID제어기(710)와 제1열전모듈(200) 사이에 설치되어, 상기 PID제어기(710)로부터 출력되는 전력량 조절신호를 입력받아 상기 제1열전모듈(200)로 공급되는 전력량을 제어하며, 상기 SSR(723)은 상기 PID제어기(710)와 제2열전모듈(300) 사이에 설치되어, 상기 PID제어기로부터 출력되는 온오프 신호를 입력받아 상기 제2열전모듈로 공급되는 전력을 온오프 제어한다.
상기 SCR(721)은 상기 PID제어기(710)로부터 전력량 조절신호를 입력받아 상기 제1열전모듈(200)로 공급되는 전력량을 미세조정할 수 있으며, 상기 SSR(723)은 상기 PID제어기(710)로부터 전력공급의 온오프 조절신호를 입력받아 상기 제2열전모듈(300)로 전력을 공급하거나 공급중인 전력을 차단시키게 된다.
상기 제1열전모듈(200)은 상기 열교환핀(100)의 냉각을 수행하게 되는 요소로, 상기 열교환핀(100)의 냉각을 수행함에 있어서는 현재온도와 정밀한 온도차이로써 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하므로, 상기 PID제어기(710)와 제1열전모듈(200) 사이에는 상기 SCR(721)을 연결설치한다.
상기 제2열전모듈(300)은 상기 열교환핀(100)의 가열을 수행하게 되는 요소로, 상기 열교환핀(100)의 가열을 수행함에 있어서는, 가열 또는 가열중단의 두가지 상태로의 조정만으로도 온도의 가열조정이 충분히 이루어질 수 있으므로, 상기 SCR(721)에 비해 보다 소형이며 단가가 저렴한 SSR(723)을 상기 PID제어기(710)와 제2열전모듈(300) 사이에 설치하는 것이 바람직하다.
SCR(silicon control rectifier)은 교류전력을 인가받아 전력공급이 이루어지는 gate상에 on이란 pulse를 주는 타이밍을 조정함으로써 전력을 제어하게 되는 위상제어소자이며, SSR(solid state relay)는 어떤 회로의 전류가 끊어지고 이어짐에 따라 회로를 여닫는 기계식 relay를 전자식으로 바꾼 형태를 가지는 소자로, 본 발명에서 SCR, SSR은 공지기술의 내용을 따르므로 그 작동원리 및 구조에 대하여는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 SCR(721)은 교류전원을 인가받아 사용가능하며, 상기 제1열전모듈(200) 은 직류전원을 인가받아 사용가능하므로, 상기 SCR(721)과 제1열전모듈(200) 사이에는 상기 SCR(721)에서 교류전원을 인가받아 직류상태로 변환하고, 일정비율로 직류전압을 증폭 내지 축소시켜 상기 제1열전모듈로 공급하는 AC/DC컨버터(731)를 설치하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 SSR(723)과 제2열전모듈(300)은 모두 직류전원을 인가받아 사용가능하므로, 상기 SSR(723)과 제2열전모듈(300) 사이에는 상기 SSR(723)로부터 직류전원을 인가받아 상기 제2열전모듈(300)로 그대로 공급하는 DC어댑터(733)를 설치하는 것이 바람직하다.
흡열반응과 발열반응이 동시에 이루어지는 열전모듈의 특성상, 본 발명의 제1열전모듈(200)과 같이 냉각기능을 주요하게 수행하기 위하여 설치되어도, 전력의 공급이 지속적으로 이루어지게 되면 흡열반응부상에서 흡열반응이 일어남과 동시에 발열반응부에서의 발열반응도 활발하게 이루어지게 되어, 시간이 지속될수록 흡열반응부의 흡열성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 제1실시예에서 상기 제1열전모듈(200)은 상기 열교환핀(100)상에 흡열반응부(210)가 접속되도록 설치가 이루어지게 되는데, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 상기 제1열전모듈의 발열반응부(220)상에 냉각장치를 별도로 연결설치함으로써, 상기 제1열전모듈의 흡열반응부(210)가 흡열기능을 지속적으로 안정되게 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1열전모듈의 발열반응부(220)상에 결합되는 냉각장치는, 냉각수블럭(810), 냉각수열교환기(820), 냉각수펌프(830), 냉각수공급튜브로 이루어지며, 상기 냉각수블럭(810)은 내부에 냉각수를 수용한 상태로 상기 제1열전모듈의 발열반응부(220)에 열전도가능하게 접속설치되고, 상기 냉각수열교환기(820)는 상기 냉각수블럭(810) 내부에서 가온된 냉각수를 다른 냉각유체와의 열교환에 의해 냉각시킨다.
상기 냉각수공급튜브는 상기 냉각수블럭(810)과 냉각수열교환기(820) 내부에 수용된 유체간의 순환이 이루어지도록 상기 냉각수블럭(810)과 냉각수열교환기(820)를 연결하며, 상기 냉각수펌프(830)는 상호 상기 냉각수블럭(810)과 냉각수열교환기(820)간의 냉각수 순환을 강제유도하도록 상기 냉각수공급튜브상에 설치된다.
상기 냉각수열교환기(820)는 확장된 접촉면적을 가질수록, 열교환이 이루어지는 유체간의 온도차이가 확연할수록 보다 높은 열교환성능을 가지는데, 상기 냉각수열교환기(820)를 상기 열교환핀(100) 및 제1, 2열전모듈(200, 300)이 수용되는 공간부와 하나의 공간부상에 설치하게 되면, 상기 냉각수열교환기(820)의 사이즈가 한정될 수 밖에 없게되고, 상기 냉각수열교환기(820)를 수용함에 따라 본 발명에 따른 온도환경 제어기 자체의 소형화에도 부정적인 영향을 끼치게 되며, 냉각수와의 열교환이 이루어지게 되는 공기 또한 상기 열교환핀(100) 및 제1, 2열전모듈(200, 300)에 의해 간접적으로 가열이 이루어지게 되어 냉각성능이 저하될 수 있다.
상기 냉각수열교환기(820)를 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열교환핀(100) 및 제1, 2열전모듈(200, 300)과 이격 내지 분리되어 상대적으로 낮은 온도를 가지 는 공기중에 노출되도록 설치시키면, 장치의 소형화를 구현가능하면서도 상기 열교환핀(100) 및 제1, 2열전모듈(200, 300), 냉각수가 수용되는 공간부의 온도와 무관하게 우수한 열교환성능을 구현할 수 있다.
본 발명이 다른 기술적 요지로 하는 나노 임프린트 장비는, 상기와 같은 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기의 구성요소에 상기 챔버(10)를 결합시킨 구조를 가짐으로써, 본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기를 설명하면서 함께 충분한 설명이 이루어진 바, 별도의 중복 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기는, 나노 임프린트 장비와 별도로 제작하기에 적합하며, 상기 공기흡입관(400) 및 공기배출관(500)을 신축조정 및 굴곡변형시킴으로써 설치위치 또한 임의로 자유롭게 조정가능함에 따라, 나노 임프린트 장비 자체의 단가를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 나노 임프린트 장비가 온도조정장비를 일체로 구비함에 따른 설치공간의 제약, 운반·관리의 불편함을 해결할 수 있다.
그리고, 상기 공기흡입관(400) 및 공기배출관(500)을 나노 임프린트 장비가 사용되는 상기 챔버(10)에 착탈조정시킴으로써 상기 챔버(10)와의 결합상태 또한 용이하게 조정가능하여, 상기 공기흡입관(400) 및 공기배출관(500)과의 결합이 이루어질 수 있는 공기유동용 홀을 구비하기만 하면, 특정한 사이즈나 구조에 구애받지 않고 나노 임프린트 장비 전반에 광범위하게 적용가능하다.
또한, 나노 임프린트 장비가 사용되는 상기 챔버(10) 내부의 공기를 일정하게 유지시키는 작동구조를 가짐으로써, 상기 챔버(10)가 특정 사이즈 이하의 공정 대상물의 수용 및 처리가 가능한 내부공간을 가진다면, 상기 특정 사이즈 이하의 사이즈를 가지는 공정대상물에 대해서는 그 사이즈와 형태에 따라 적용이 한정되지 않으므로, 나노 임프린트 장비 각각의 적용범위 또한 보다 확대시킬 수 있다.
그리고, 공정대상물의 사이즈나 형태에 따라 상기 챔버(10)상의 적합한 위치에 적합한 갯수와 사이즈로 상기 공기흡입관(400) 및 공기배출관(500)을 설치함으로써, 나노 임프린트 공정이 이루어지는 상기 챔버(10)의 내부환경 전반에서 균일한 온도를 유지할 수 있으며, 온도의 실시간 측정 또한 정확하게 이루어질 수 있어 정밀하고 신뢰성높은 온도제어가 가능하다.
또한, 공기 유동에 의해 상기 챔버(10)의 내부를 일정한 온도환경으로 유지함으로써, 나노 임프린트 장비 자체에 냉각장치, 가열장치를 포함한 온도조정장치가 직접적으로 부착설치되는 것과 비교하여, 나노 임프린트 공정에 악영향을 끼치는 진동과 소음을 현격히 감소시키게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명한 것으로, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 균등한 기술범위를 당연히 포함한다고 보아야 할 것이다.
도 1 - 본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기 및 이를 포함한 나노 임프린트 장비의 제1실시예를 도시한 구성도
도 2 - 본 발명에 따른 열교환핀, 제1, 2열전모듈, 냉각수블럭의 결합상태를 도시한 단면사시도
도 3 - 본 발명에 따른 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기의 제1실시예를 도시한 사시도
<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>
10 : 챔버 100 : 열교환핀
110 : 공기유동로 200 : 제1열전모듈
210 : 제1열전모듈의 흡열반응부 220 : 제1열전모듈의 발열반응부
300 : 제2열전모듈 310 : 제2열전모듈의 흡열반응부
320 : 제2열전모듈의 발열반응부 400 : 공기흡입관
500 : 공기배출관 600 : 온도센서
700 : 온도제어수단 710 : PID제어기
721 : SCR 723 : SSR
731 : AC/DC컨버터 733 : DC어댑터
810 : 냉각수블럭 820 : 냉각수열교환기
830 : 냉각수펌프 910 : 필터부재
920 : 순환팬

Claims (9)

  1. 열전도소재로 이루어지며, 공기가 통과가능한 다수의 공기유동로가 형성된 열교환핀;
    상기 열교환핀의 일측에 흡열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 제1열전모듈;
    상기 열교환핀의 타측에 발열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 결합되는 제2열전모듈;
    나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부를 형성하는 챔버 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로로 공기가 흡입이동되는 경로를 형성하는 공기흡입관;
    상기 열교환핀을 통과한 공기가 상기 챔버 내부로 복귀이동되는 경로를 형성하는 공기배출관;
    상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기의 온도를 감지하도록 설치되는 온도센서;
    상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈과 제2열전모듈에 선택적으로 전력을 공급하는 온도제어수단;
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  2. 제 1항에 있어서, 상기 공기흡입관 및 공기배출관은,
    길이의 신축조정과 형상의 굴곡조정이 가능한 주름관으로 이루어짐을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  3. 제 1항에 있어서, 상기 온도제어수단은,
    상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여, 기준수치보다 높으면 상기 제1열전모듈로 공급되는 전력량을 조정시키는 신호를 출력하며, 기준수치보다 낮으면 상기 제2열전모듈로 전력을 공급시키는 신호를 출력하는 PID제어기;
    상기 PID제어기로부터 출력되는 전력량 조절신호를 입력받아 상기 제1열전모듈로 공급되는 전력량을 제어하는 SCR;
    상기 PID제어기로부터 출력되는 온오프 신호를 입력받아 상기 제2열전모듈로 공급되는 전력을 온오프 제어하는 SSR;
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 SCR에서 교류전원을 인가받아 직류상태로 변환하고, 일정비율로 직류전압을 증폭 내지 축소시켜 상기 제1열전모듈로 공급하는 AC/DC컨버터;
    상기 SSR에서 직류전원을 인가받아 상기 제2열전모듈로 공급하는 DC어댑터;
    를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  5. 제 1항에 있어서,
    내부에 냉각수를 수용한 상태로 상기 제1열전모듈의 발열반응부에 열전도가능하게 접속설치되는 냉각수블럭;
    상기 냉각수블럭 내부에서 가온된 냉각수를 다른 냉각유체와의 열교환에 의해 냉각시키는 냉각수열교환기;
    상기 냉각수블럭과 냉각수열교환기간의 냉각수 순환을 강제유도하는 냉각수펌프;
    를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  6. 제 5항에 있어서, 상기 냉각수열교환기는,
    상기 열교환핀 및 열전모듈이 수용되는 공간부와 이격 내지 분리되어 상대적으로 낮은 온도를 가지는 공기중에 노출되도록 설치됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기에 포함된 불순물을 걸러 여과하는 필터부재;를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  8. 제 7항에 있어서, 상기 필터부재는,
    0.1㎛이상의 사이즈를 가지는 입자를 99.999%이상에서 99.9999%이하의 성능으로 여과가능한 울파필터임을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비의 온도환경 제어기
  9. 나노공정을 수행 및 처리가능한 밀폐된 내부공간부를 형성하는 챔버;
    상기 챔버 내부로부터 상기 열교환핀의 공기유동로로 공기가 흡입이동되는 경로를 형성하는 공기흡입관;
    열전도소재로 이루어지며, 공기가 통과가능한 다수의 공기유동로가 형성된 열교환핀;
    상기 열교환핀을 통과한 공기가 상기 챔버 내부로 복귀이동되는 경로를 형성 하는 공기배출관;
    상기 열교환핀의 일측에 흡열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 제1열전모듈;
    상기 열교환핀의 타측에 발열반응부가 접속되도록 상기 열교환핀에 결합되는 결합되는 제2열전모듈;
    상기 공기흡입관 내지 공기배출관을 통과하는 공기의 온도를 감지하도록 설치되는 온도센서;
    상기 온도센서로부터 입력받은 온도수치를 기준수치와 비교하여 상기 제1열전모듈과 제2열전모듈에 선택적으로 전력을 공급하는 온도제어수단;
    을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 나노 임프린트 장비
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