KR101079843B1 - 발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 방법 및 구조물 - Google Patents

발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 방법 및 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전 설비의 수명을 평가하기 위하여 도입되는 기계적 또는 열적 하중으로 인한 발전 설비의 변형률을 효과적으로 측정하는 방법 및 구조물에 관한 것으로, 발전 설비를 대상으로 상기 발전 설비의 일부분인 국부 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴을 형성하여 상기 국부 영역이 갖는 발전 설비의 변형률을 측정하는 방법이 제공된다.
이에, 본 발명은 발전 설비 중 터빈 설비 및 보일러 설비의 국부적인 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성됨으로써, 국부적인 영역에 나타난 패턴의 길이 변화를 현미경으로 측정하게 되어 발전 설비의 수명 평가의 정확성 및 신속성을 증진시키는 효과가 달성된다.
발전 설비, 변형률, 수명 평가, MEMS 공정

Description

발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 방법 및 구조물{METHOD AND FABRICATION FOR MEASURING STRAIN OF POWER PLANT EQUIPMENT}
본 발명은 발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 방법 및 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 발전 설비의 수명을 평가하기 위하여 도입되는 기계적 또는 열적 하중으로 인한 발전 설비의 변형률을 효과적으로 측정하는 방법 및 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 화력발전소에 설치되는 발전 설비는 장시간의 경년 열화 현상에 의해 강도가 저하됨으로 효과적인 유지 및 관리가 요구되며, 특히, 수명 평가와 관련한 유지 및 관리가 다른 요소에 비하여 더욱 중요성이 증대되고 있는 실정이다. 이에 따라, 효율적인 수명 평가를 위해서는 기계적 또는 열 하중에 의한 변형률(또는 변형량 또는 길이 변화)을 측정하는 것이 필요 하지만, 현재까지 직접적으로 변형률을 측정하여 해당 발전 설비의 강도 저하 정도를 평가하는 방법은 거의 없는 상태이다.
현재까지의 수명 평가 방법으로는 발전 설비, 예컨대 터빈 설비에 대한 운전조건, 해당 발전 설비의 모델링, 온도 및 응력해석을 통한 이론 해석적인 방법과 설비 조직 복제를 이용한 미세 조직의 경년 열화 평가, 경도 시험, 및 비파괴 시험등과 같이 다양한 방법을 종합적으로 평가하는 방식을 채택하여 왔었다.
이 중에서도 경도 시험은 휴대용 경도계를 이용하여 수행하였지만, 데이터의 불완전성, 해석의 오류 및 시험의 불완전성 등으로 인하여 오차가 발생하였고, 근본적으로 간접적인 강도 예측 방법이라는 특성이라는 한계가 있어 왔다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 화력발전소 내에 있는 발전 설비의 수명을 평가함에 있어, MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴을 발전 설비의 국부 영역에 형성하고, 여기서 국부 영역의 변형된 길이의 변화, 즉 기계적 또는 열적 하중으로 인한 발전 설비의 변형률을 효과적으로 측정하는 방법 및 그 방법이 적용된 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 방법적인 측면에서 국부적인 영역에 MEMS 공정으로 일정한 패턴을 형성하는 과정과 정기 점검시 패턴이 형성된 형태에 따라 다양하게 나타나는 길이의 변화를 예측하는 일련의 과정을 제공하는 것을 보다 구체적인 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징적 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 발전 설비-상기 발전 설비는 터빈 로터 및 케이싱을 구비하는 터빈 설비와, 튜브 및 파이프 설비를 구비하는 보일러 설비를 포함함-를 대상으로 상기 발전 설비의 일부분인 국부 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴을 형성하여 상기 국부 영역이 갖는 발전 설비의 변형률을 측정하는 방법이 제공된다.
상기 마이크로 스케일의 패턴은, 모서리 및 평면 중 어느 하나를 국부 영역으로 할 경우에 상기 국부 영역 상에 형성되어 변형률을 측정하며, 상기 MEMS 공정은, (a) 상기 발전 설비의 국부 영역 상에 포토 레지스터를 도포하는 단계, (b) 패턴화된 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스터 상에 빛을 투과시켜 노광하는 단계, (c) 상기 노광된 포토 레지스터를 제거하는 단계, (d) 상기 제거된 포토 레지스터에 대응하여 상기 국부 영역을 식각하는 단계, 및 (d) 상기 국부 영역 상에 제거되지 않고 남아 있는 포토 레지스터를 완전히 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양에 따르면, MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성될 모재로서의 역할을 하는 발전 설비, 상기 발전 설비의 일부분인 국부 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성되어 상기 국부 영역이 갖는 재료의 변형률이 측정되도록 하는 마이크로 구조물, 및 상기 마이크로 구조물을 삽입하여 상기 국부 영역 상에 형성되며, MEMS 공정의 식각 공정 시에 식각액이 외부로 흐르지 못하도록 막아주고, 상기 국부 영역만이 식각 하도록 하는 보조 구조물을 포함하는 발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 구조물이 제공된다.
상기 발전 설비는, 터빈 로터 및 케이싱을 구비하는 터빈 설비와, 튜브 및 파이프 설비를 구비하는 보일러 설비를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 스케일의 패턴은, 모서리 및 평면 중 어느 하나를 국부 영역으로 할 경우에 상기 국부 영역 상에 형성되며, 가로 및 세로 방향이 일정 간격으로 이루어진 다수 개의 사각형 및 원형의 형상 중 어느 하나를 마스크로 이용하고 있다.
상기 마스크는, 십자 형상이 내재 된 사각형 및 원형의 형상을 구비하고 있으며, 이때의 상기 사각형 및 원형의 각 형상 간에는 1mm 이하의 일정한 간격 범위로 이루어지며, 상기 사각형 및 원형의 형상은, 가로와 세로의 크기가 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 발전 설비 중 터빈 설비 및 보일러 설비의 국부적인 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성됨으로써, 국부적인 영역에 나타난 패턴의 길이 변화를 현미경으로 측정하게 되어 발전 설비의 수명 평가의 정확성 및 신속성을 증진시키는 효과가 달성되고 있다.
또한, MEMS 공정 시에 이용되는 마스크의 패턴이 가로 및 세로로 일정한 간격으로 원형, 사각형, 십자형 형상이 내재된 원형 또는 사각형 등, 다양한 형태와 길이를 가짐으로써, 현미경 측정시 국부적인 영역에 나타난 패턴의 길이 변화를 보다 정확하고 빠르게 예측할 수 있어 수명 평가의 정확성 및 신속성을 더욱 높이는 효과가 달성되고 있다.
위와 같은 수명 평가의 정확성이 높아져, 노후된 설비를 신속히 교체하여 고장에 따른 비용을 절감할 수 있고, 유지, 보수적인 측면과 같이 다양한 관리를 수행할 수 있어 이 또한 고장을 미리 방지하여 비용을 절감하는 효과가 달성된다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
발전 설비에 적용되는 변형률 측정 구조물(100)의 예
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형률 측정 구조물의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형률 측정 구조물(100)은 발전 설비(110), 마이크로 구조물(120) 및 보조 구조물(130)을 구비한다.
먼저, 본 발명의 발전 설비(110)는 MEMS(Microelectromechanical Systems) 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성될 모재로서의 역할을 하며, 발전 설비의 변형률을 측정하는데 이용되는 국부 영역을 포함하며, 상기 국부 영역을 모재 대상으로 삼고 있다. 여기서, 모재 대상으로 이용되고 있는 국부 영역이라 함은 발전 설비(110)의 일부분을 지칭하는 것으로, 모서리 및 평면 중 어느 하나의 일부 영역인 것이 바람직하며, 다른 관점에서 보면 상기 모서리 및 평면 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성될 영역을 의미한다.
다음으로, 본 발명의 마이크로 구조물(120)은 MEMS 공정이 적용된 마이크로 스케일의 패턴을 발전 설비의 국부 영역에 형성하는 역할을 하는데, 상기 마이크로 스케일의 패턴이 형성된 국부 영역에 재료의 변형된 상태, 다시 말해 MEMS 공정에 의해 국부 영역에 나타난 패턴의 변형 길이를 측정할 수 있게 된다. 여기서, 마이크로 스케일의 패턴으로 적용되는 MEMS 공정은 발전 설비의 국부 영역 상에 포토 레지스터 도포, 패턴화된 마스크를 이용하여 국부 영역을 노광하고, 노광된 포토 레지스터를 제거한 뒤, 식각 공정을 통하여 상기 마스크에 대응한 패턴이 국부 영역에 패턴화되는 일련의 과정들이다. 이러한 MEMS 공정에 대하여 이후에 설명될 도 3을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.
통상적으로, MEMS 공정은 클린룸에서 고도로 정밀한 반도체 제조공정에 제한되어 사용되는 공정이지만, 현장에 설치되어 운영되는 발전 설비에 적용하기란 쉽지 않으나, 본 실시 예에서는 이후에 설명될 보조 구조물을 이용하여 MEMS 공정이 적용된 마이크로 스케일의 패턴을 국부 영역에 형성할 수 있게 되었다.
마지막으로, 보조 구조물에 대하여 살펴보면, 본 발명에 의한 보조 구조 물(130)은 마이크로 구조물(120)을 국부 영역에 형성되게끔 마이크로 구조물(120)을 삽입한 상태로, 자신도 또한 국부 영역 상에 형성되며, 이로 인하여 기능적인 측면에서 MEMS 공정의 식각 공정 시에 식각 액이 외부로 흐르지 못하도록 막아 주고, 국부 영역만이 식각이 되게끔 하는 중요한 역할을 한다.
이러한 보조 구조물(130)은 원통 형상의 부착물(131)과 사각 형상의 부착물(132)로 이루지는데, 원통 형상의 부착물(131)이 사각 형상의 부착물(132)을 대략 중앙에 삽입한 상태로 국부 영역 상에 형성된다. 원통 형상의 부착물(131)은 식각 공정 시에 투입되는 식각 액이 사각 형상의 부착물(132) 내로 인입될 경우에 국부 영역의 해당 영역만이 식각 되게끔 하는 역할을 하며, 사각 형상의 부착물(132)은 MEMS 공정시에 사용하는 마스크의 영역을 조정하는 역할을 한다.
이와 같이, 본 실시 예에서는 MEMS 공정을 이용한 마이크로 구조물(120)이 발전 설비의 국부 영역에 형성되게끔 보조 구조물(130)을 적용함으로써 마이크로 스케일의 패턴이 국부 영역에 형성하게 되어 이후에 설명될 국부 영역이 갖는 발전 설비의 변형률을 측정할 수 있게 되는 것이다. 발전 설비의 변형률(길이 변화)을 측정하는 방법은 이후의 도 4a 내지 도 5b를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 이상에서 설명하고 있는 발전 설비는 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성되는데 적합한 설비로 터빈 설비 또는 보일러 설비인 것이 바람직한데, 이를 도 2에서 설명하기로 한다.
마이크로 스케일의 패턴이 적용되는 발전 설비의 예
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 공정에 의한 마이크로 스케일의 패턴 형성에 적합한 발전 설비의 구조를 예시적으로 나타낸 도면으로서, 도 2a는 터빈 설비(200)에 형성될 마이크로 스케일의 패턴의 위치를, 도 2b는 보일러 설비(210)에 형성될 마이크로 스케일의 패턴 위치를 예로서 각각 나타내고 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, A-A' 및 B-B'의 터빈 설비(200)의 단면 구조에서는 마이크로 스케일의 패턴이 H1, H2, H3, H4, H6로 표기된 것과 같이 터빈 설비(200)의 단면 구조의 안쪽에 형성되고 있음을 보여주며, H5, H7로 표기된 것과 같이 터빈 설비(200) 단면 구조의 바깥쪽에 형성되고 있음을 보여준다. 마이크로 스케일의 패턴이 터빈 설비의 안쪽에 형성될 경우에는 터빈 설비(200)가 중지된 경우에 가능하며, 바깥쪽에 형성될 경우에는 터빈 설비(200)가 운전 중에 가능한 것이나, 바람직하게는 운전 중에 실시하는 방법이 더 효율적이다.
따라서, 본 실시 예에서는 터빈 설비(200)의 운전 중 또는 정지 시에 상관없이 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 클린룸이 아닌 현장에서 터빈 설비(200)의 국부 영역에 형성되고 있으므로, MEMS 공정이 반도체의 제조에 이용되는 것에 비하여 큰 장점을 가짐을 충분히 알 수 있는 것이다.
반면, 도 2b에 도시된 바와 같이, C-C'의 보일러 설비(210)의 단면 구조에서는 마이크로 스케일의 패턴이 H8, H9, H10으로 표기된 것과 같이 보일러 설비(210)의 안쪽에 형성되고 있음을 보여주며, 이는 터빈 설비(200)의 구조와는 달리 보일러 설비(200) 단면 구조의 안쪽 공간이 비워져 있는 상태이기 때문에 터빈 설비(200)의 단면 구조의 바깥쪽 위치에 해당 되므로 운전 중에 마이크로 스케일의 패턴이 보일러 설비(210)의 단면 구조에서 안쪽에 형성된다.
MEMS 공정의 예
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스케일의 패턴에 이용되는 MEMS 공정을 예시적으로 나타낸 공정도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스케일의 패턴에 이용되는 MEMS 공정(300)은 (a) 내지 (e) 단계로 구분되는데, 먼저 (a) 단계에서는 모재로서의 발전 설비의 국부 영역(310) 상에 포토 레지스터(320)를 도포하는 과정을 수행한다. 포토 레지스터(320)를 도포하는 방법은 인쇄법, 라미네이터법 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, (b) 단계에서는 패턴화된 마스크(330)를 이용하여 (a) 단계의 포토 레지스터(320) 상에 빛을 투과시켜 노광하는 과정을 수행한다. (c) 단계에서는 (b) 단계에서의 마스크(330)에 빛을 투과시키므로 빛이 투과된 포토 레지스터 영역(340)만이 제거되는 과정이 진행된다. 여기서, 패턴화된 마스크(330)에 따라 제거되는 포토 레지스터(320)의 형태가 달라지는데, 패턴화된 마스크(330)에 대한 보다 구체적인 예는 이후에 설명될 도 4a 및 도 4b를 통하여 후술하기로 한다.
이후, (d) 단계에서는 (c) 단계의 제거된 포토 레지스터(340)에 대응하여 발전 설비의 국부 영역(310)을 화학적 습식 식각에 의한 식각액을 투여하여 변형률을 측정하고자 하는 영역(350)만이 제거되는 식각 과정을 수행하게 된다. 이때, 본 실시 예에서는 화학적 습식 식각 방법을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 식각 방법이 사용될 수 있음을 밝혀둔다. 이후, (e) 단계에서는 발전 설비의 국부 영역(310) 상에 제거되지 않고 남아 있는 포토 레지스터(320)를 완전히 제거하여 식각된 국부 영역(360)만이 존재하는 과정이 수행된다.
한편, 패턴화된 마스크을 이용하여 마이크로 스케일의 패턴에 따라 변형률을 측정하고자 하는 영역만이 식각되는 과정을 통해 알 수 있듯이, 패턴화된 마스크를 이용한 마이크로 스케일의 패턴 형태에 따라 변형률의 측정이 보다 정확해 질 수 있는데, 마이크로 스케일의 패턴 형태에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기 한다.
마이크로 스케일의 패턴 형태 예
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴화된 마스크를 이용한 마이크로 스케일의 패턴 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4a를 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스케일의 패턴은 MEMS 공정에 의해 수행된 결과로서, MEMS 공정 용도로 발전 설비의 국부 영역에 형성되기 위하여 가로 및 세로 방향이 일정 간격으로 이루어진 다수 개의 사각형의 형상(401 ~ 404)으로 이루어진 마스크(400)를 이용한 결과이다. 상기 도면 부호 401 내지 404는 일부의 사각형 형상에만 부여되었으나, 부여되지 않은 다른 사각형 형상도 동일하게 적용된다.
다만, 사각형의 형상 중 일부는 패턴이 제외되는 십자 형상이 내재 된 사각형일 수도 있는데, 이러한 사각형은 변형률의 길이 변화를 측정하기 위하여 기준점의 역할로서 정중앙 및 모서리 지점에 위치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1행 1열에 있는 십자 형상이 내재 된 사각형을 절대적인 기준점으로 선정하는 경우, MEMS 공정이 적용된 초기 상태인 도면 부호 401과 402 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화 대비 MEMS 공정이 적용된 한참 후의 상태인 도면 부호 401과 402 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화, 및 MEMS 공정이 적용된 초기 상태인 도면 부호 401과 404 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화 대비 MEMS 공정을 적용한 한참 후의 상태인 도면 부호 401과 404 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화를 측정하여 각 비교를 함으로써 해당 발전 설비의 수명을 정확히 평가할 수 있게 되는 것이다.
다시 말해, 본 실시 예에서는 절대적인 기준 관점에서 MEMS 공정을 적용하여 초기 및 기간이 흐른 후에 나타난 사각형 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화를 측정함으로써, 수명 평가를 정확히 예측할 수 있는 장점을 갖는다.
다른 예로, 이웃하고 있는 두 사각형 간의 상대적인 길이 변화를 측정할 수도 있는데, MEMS 공정이 적용된 초기 상태인 도면 부호 403과 404 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화 대비 MEMS 공정을 적용한 한참 후의 상태인 도면 부호 403과 404 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화를 측정하는 것이 다른 상대적인 길이 변화를 측정하는 방법이 되는 것이다.
아울러, 사각형의 형상 간에는 1mm 이하의 일정한 간격 범위로, 사각형 및 원형의 형상은 가로와 세로의 크기가 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 범위 내로 이루어질 경우에 가장 현미경으로 길이 변화(변형률)를 정확히 측정할 수 있는 조건이 된다. 이러한 간격 및 크기는 반드시 이에 한정되지 않으며, 간격이 일정하지 않을 수도 있으며, 간격 범위 및 크기가 더 다양하게 이뤄질 수도 있다.
다음, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스케일의 패턴은 원형의 형상으로 이루어진 마스크(410)를 이용한 결과로서, 도 4b와 같이 나타낼 수 있다.
도 4b의 실시 예에 따른 마스크(410)는 원형의 형상 패턴으로 이루어질 수 있으나, 본 도면에서는 모두 다 십자 형상이 내재 된 원형의 형상만을 도시하였다. 십자 형상이 내재 된 원형의 형상(411, 412, 413, 414)만을 도시한 이유는 절대적인 기준점으로 하여 원형 형상 간 국부 영역에 패턴화된 길이변화를 측정하기 위한 것으로, 이럴 경우에 상대적인 기준점으로 하여 원형 형상 간의 국부 영역에 패턴화된 길이변화를 측정하는 것보다 더 정확하게 측정하는 장점을 갖는다.
원형 형상 간 국부 영역에 패턴화된 길이 변화를 측정하는 방법 및 형상 간의 간격, 형상의 크기는 도 4a에서 설명한 내용과 동일한 원리, 간격, 크기이므로 여기서는 생략하기로 한다. 이러한 관점에서 도면 부호 411, 412, 413, 414는 도 4a의 도면 부호 401 402, 403, 404와 대응된다.
국부 영역의 길이 변화 예
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 공정을 적용하여 형성된 국부 영역을 통해 길이 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5a는 도 4a의 마스크를 이용한 MEMS 공정을 이용하여 마이크로 스케일의 패턴이 국부영역에 나타난 결과로서, 왼쪽은 길이 변화가 발생하기 전의 초기 상태를 나타내며, 오른쪽은 길이 변화가 발생한 후기 상태를 나타낸 것이고, 도 5b는 도 4b의 마스크를 이용하여 나타난 결과로서 각 상태는 도 5a와 동일하다.
도 5a에서는 국부 영역(500, 510)에 마이크로 스케일의 패턴 간 길이 변화, 즉 ℓ1, ℓ2, ℓ3 가 ℓ1',ℓ2',ℓ3'로 변화된 것과 같이 경우에 따라 절대적(십자형이 기준점)이거나 상대적인 길이 변화를 측정할 수 있고, ℓ4가ℓ4'로 변화되는 것과 같이 상대적인 길이 변화를 측정할 수 있으며, 임의의 마이크로 스케일의 패턴 크기, 즉 ℓ5 가 ℓ5'로 변화된 것과 같이, 마이크로 스케일의 자체 패턴 크기를 통해서도 길이 변화를 측정할 수도 있다.
다른 예인 도 5b에서는 국부 영역(520, 530)에 십자형의 마이크로 스케일의 패턴 간 길이 변화, 즉 ℓ1, ℓ2, ℓ3 가 ℓ1',ℓ2',ℓ3'로 변화된 것과 같이 절대적인 길이 변화를 측정함으로써, 발전 설비의 수명을 정확히 평가할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변형률 측정 구조물의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 공정에 의한 마이크로 스케일의 패턴 형성에 적합한 발전 설비의 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 스케일의 패턴에 이용되는 MEMS 공정을 예시적으로 나타낸 공정도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴화된 마스크를 이용한 마이크로 스케일의 패턴 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MEMS 공정을 적용하여 형성된 국부 영역을 통해 길이 변화를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 발전 설비 120 : 마이크로 구조물
130 : 보조 구조물 131 : 원통 형상 부착물
200 : 터빈 설비 210 : 보일러 설비

Claims (11)

  1. MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성될 모재로서의 역할을 하는 발전 설비를 제공하는 단계,
    상기 발전 설비의 일부분인 국부 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성되어 상기 국부 영역이 갖는 재료의 변형률이 측정되도록 하는 마이크로 구조물을 제공하는 단계, 및
    상기 마이크로 구조물이 상기 국부영역에 형성되도록 하기 위해, 상기 마이크로 구조물이 삽입된 상태로 상기 국부 영역 상에 형성되며, MEMS 공정의 식각 공정 시에 식각액이 외부로 흐르지 못하도록 막아주고, 상기 국부 영역만이 식각되도록 하는 보조 구조물을 제공하는 단계
    를 포함하는 발전 설비의 변형률을 측정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 MEMS 공정은,
    (a) 상기 발전 설비의 국부 영역 상에 포토 레지스터를 도포하는 단계, (b) 패턴화된 마스크를 이용하여 상기 포토 레지스터 상에 빛을 투과시켜 노광하는 단계, (c) 상기 노광된 포토 레지스터를 제거하는 단계, (d) 상기 제거된 포토 레지스터에 대응하여 상기 국부 영역을 식각하는 단계, 및 (d) 상기 국부 영역 상에 제거되지 않고 남아 있는 포토 레지스터를 완전히 제거하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    가로 및 세로 방향이 일정 간격으로 이루어진 다수 개의 사각형 및 원형의 형상 중 어느 하나를 패턴화된 마스크로 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    십자 형상이 내재 된 사각형 및 원형의 형상을 패턴화된 마스크로 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성될 모재로서의 역할을 하는 발전 설비,
    상기 발전 설비의 일부분인 국부 영역에 MEMS 공정을 이용한 마이크로 스케일의 패턴이 형성되어 상기 국부 영역이 갖는 재료의 변형률이 측정되도록 하는 마이크로 구조물, 및
    상기 마이크로 구조물이 상기 국부영역에 형성되도록 하기 위해, 상기 마이크로 구조물이 삽입된 상태로 상기 국부 영역 상에 형성되며, MEMS 공정의 식각 공정 시에 식각액이 외부로 흐르지 못하도록 막아주고, 상기 국부 영역만이 식각되도록 하는 보조 구조물
    을 포함하는 발전 설비의 변형률을 측정하기 위한 구조물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전 설비는,
    터빈 로터 및 케이싱을 구비하는 터빈 설비와, 튜브 및 파이프 설비를 구비하는 보일러 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 스케일의 패턴은,
    모서리 및 평면 중 어느 하나를 국부 영역으로 할 경우에 상기 국부 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 스케일의 패턴은,
    가로 및 세로 방향이 일정 간격으로 이루어진 다수 개의 사각형 및 원형의 형상 중 어느 하나를 마스크로 이용하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마스크는,
    제외된 패턴인 십자 형상이 내재 된 사각형 및 원형의 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 구조물.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 사각형 및 원형의 각 형상 간에는 1mm 이하의 일정한 간격 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조물.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 사각형 및 원형의 형상은, 가로와 세로의 크기가 각각 0.2mm 내지 0.5mm의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 구조물.
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