KR102338229B1 - 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 제1 파이프, 상기 제1 파이프의 둘레를 에워싸도록 마련되고 상기 제1 파이프를 미리 설정된 온도로 균일하게 가열하는 면상 발열체, 및 상기 면상 발열체에 전력을 인가하도록 상기 면상 발열체에 마련된 단자부를 포함한다.

Description

면상 발열체를 이용한 히팅 파이프 {HEATING PIPE USING PLATE HEATING ELEMENT}
본 발명은 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프에 관한 것으로서, 더 상세하게는 면상 발열체를 이용하여 히팅 파이프의 모든 부위에서 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 콜드 스팟(cold spot)의 생성에 의한 파우더의 발생을 미연에 방지할 수 있는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체나 전자 부품 등의 제조 공정에서는 프로세스 챔버에서 반응 가스나 공정 가스를 사용하고, 특정 공정이 완료되면 잔류 가스나 반응 부산물을 배기 라인을 통해 배출한다.
통상의 화학기상증착 설비에서는 화학기상증착 공정 수행 후 프로세스 챔버로부터 배기되는 가스는 배기 라인을 통해서 가스 세정기로 배출된다. 프로세스 챔버에 구비된 진공 펌프는 배기 가스를 흡입한 후 배기 라인을 따라 가스 세정기로 압송하고, 가스 세정기는 배기 라인을 통해 유입되는 배기 가스를 처리한다.
그런데, 배기 가스가 배기 라인을 통과하는 과정에서 배기 라인의 내부에 미세한 분진 형태의 파우더가 생성되는 문제가 있었다. 상기와 같은 파우더가 배기 라인의 내벽에 응축되면 배기압의 저하에 따른 설비 에러가 발생하고, 배기 라인이 파우더에 의해 막히면 배기 가스가 역류하여 공정 불량을 일으키며, 뿐만 아니라 진공 펌프의 성능 저하 문제도 유발한다.
한편, 상기와 같은 파우더의 발생은 배기 라인 또는 진공 라인을 따라 이동되는 가스의 온도가 설정 온도 범위 이하로 낮아지는 경우에 증가하는 것으로 확인되고 있다. 즉, 배기 라인 또는 진공 라인을 따라 이동되는 가스의 온도가 설정 온도 범위로 일정하게 유지되면, 파우더의 발생이 줄어드는 것으로 알려져 있다.
또한, 배기 라인 또는 진공라인은, 프로세스 챔버와 가스 세정기의 설치 위치에 따라 직선 형상이 아닌 곡선 형상으로 배치되거나, 천장 슬래브나 바닥면 슬래브를 관통하여 배치되기도 한다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 최근에는 플렉시블(flexible)하게 절곡됨과 아울러 배기 가스를 설정 온도로 가열하기 위한 히팅 파이프가 배기 라인 또는 진공 라인으로 사용되고 있다.
즉, 한국등록특허 제10-1530612호 (발명의 명칭: 히팅 파이프의 온도제어 시스템, 등록일: 2015.06.16)에는, 반도체 제조공정의 배기라인에 적용되며 파우더 발생을 감소시킬 수 있도록 발열기능을 구비한 히팅 파이프의 온도제어 시스템이 개시되어 있다.
상기와 같은 히팅 파이프는, 다중 주름관 형상으로 형성하여 원활하게 절곡 가능하되, 발열선을 내부에 구비하고 있기 때문에 발열선의 열을 이용하여 배기 가스의 온도를 조절할 수 있다.
하지만, 발열선을 권취시킨 타입의 히팅 파이프는, 발열선을 선형으로 배치하기 때문에 히팅 파이프의 전체 부위를 고르게 가열하는데 한계가 있고, 특히 발열선이 외부 충격이나 조립 오차 등에 의해 정위치에서 벗어나게 되면 히팅 파이프에 충분한 온도로 가열되지 않는 콜드 스팟(cold spot)이 발생한다. 만약, 히팅 파이프에 발열선을 추가로 촘촘하게 설치하는 경우에는, 발열선의 추가 설치에 따른 설치 비용 및 작업 공정수의 증가로 인하여 상품성의 저하를 초래한다.
참고로, 콜드 스팟은 히팅 파이프에서 발열선에 의해 충분히 가열되지 않아 파우더가 생성되는 지점을 지칭한다.
또한, 히팅 파이프의 양단부는 진공 펌프와 가스 세정기에 관이음 방식으로 연통되게 연결되므로, 히팅 파이프의 양단부는 다른 부위보다 발열선의 설치 공간을 확보하는 것이 어렵기 때문에 히팅 파이프의 양단부에 콜드 스팟(cold spot)이 발생되어 파우더의 발생이 빈번하게 일어나고 있다.
또한, 히팅 파이프를 천장 슬래브 또는 바닥면 슬래브에 관통되게 배치하는 경우에는, 히팅 파이프의 외측부에 히팅 자켓(heating jacket)를 부착하여 히팅 파이프의 가열 성능 및 온도 유지 성능을 보완하고 있다. 하지만, 히팅 자켓을 사용하는 방법은, 히팅 파이프의 종류에 따라 별도의 히팅 자켓을 준비해야 하기 때문에 비용 부담 및 부품수가 늘어나고, 히팅 자켓의 사용으로 인해서 히팅 파이프의 전체 부위에 대한 온도 균일성이 떨어지며, 히팅 자켓이 실리콘 또는 고무로 제작됨에 따라 장시간 사용시 이물질이 발생하거나 경화되는 문제도 있다.
이에 따라, 최근에는 히팅 파이프의 전체 부위에서 설정 온도로 균일하게 가열 및 유지되되 비용 부담과 작업 공정수의 증가도 미연에 방지할 수 있는 히팅 파이프의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 실시예는, 면 형상으로 가열하는 면상 발열체를 이용하여 히팅 파이프의 전체 부위에서 균일한 온도로 안정적으로 가열할 수 있는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 면상 발열체의 면 가열 특성을 이용하여 히팅 파이프에서 콜드 스팟의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 콜드 스팟에서 발생되는 파우더의 발생도 방지하여 히팅 파이프의 상품성을 높일 수 있는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 파이프, 상기 제1 파이프의 둘레를 에워싸도록 마련되고 상기 제1 파이프를 미리 설정된 온도로 균일하게 가열하는 면상 발열체, 및 상기 면상 발열체에 전력을 인가하도록 상기 면상 발열체에 마련된 단자부를 포함하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프를 제공한다.
바람직하게, 상기 면상 발열체는, 제1 절연성 보호 시트, 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 형성되고 상기 단자부에 인가되는 전력에 의해 발열되도록 상기 단자부와 전기적으로 연결된 발열체 패턴층, 및 상기 발열체 패턴층을 덮어 보호하도록 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 밀착되게 배치되는 제2 절연성 보호 시트를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연성 보호 시트와 상기 제2 절연성 보호 시트는, 상기 발열체 패턴층을 중간에 배치한 상태로 가열 압착되어 상기 발열체 패턴층과 함께 일체로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 면상 발열체는 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 중 어느 하나의 나노 카본 재질로 마련될 수 있고, 상기 제1 절연성 보호 시트와 상기 제2 절연성 보호 시트는 절연성과 난연성을 가지는 테프론(PTFE) 재질로 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 면상 발열체는 상기 제1 파이프를 에워싼 상태에서 상기 제1 파이프의 외주면에 밀착되도록 접착 테이프에 의해 접착 고정될 수 있다. 상기와 같은 접착 테이프는 절연성 및 난연성의 재질로 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 면상 발열체는, 상기 제1 파이프의 외주면 전체를 덮도록 상기 제1 파이프의 둘레를 따라 말려진 원통 형상으로 배치되되, 상기 제1 파이프의 외주면에 배치되는 과정에서 이중으로 겹쳐진 부분이 발생하지 않도록 상기 제1 파이프의 외주면과 동일한 면적의 평판 형상으로 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 온도를 원하는 설정 온도로 균일하게 만들도록 상기 제1 파이프의 길이 방향 또는 원주 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 서로 다른 패턴 간격이나 패턴 형상으로 마련될 수 있다.
상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 길이 방향을 따라 상기 제1 파이프의 중앙부보다 상기 제1 파이프의 양단부에서 패턴 간격이 조밀하게 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 원주 방향에 대응하는 제1 방향으로 길게 연장된 제1 패턴 라인, 및 상기 제1 파이프의 길이 방향에 대응하는 제2 방향으로 길게 연장된 제2 패턴 라인을 포함할 수 있다.
상기 제1 패턴 라인과 상기 제2 패턴 라인은, 상기 제1 절연성 보호 시트 상에 복수개가 각각 마련되되, 서로 간에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다.
일례로, 상기 제1 패턴 라인들은 상기 제2 방향을 따라 미리 설정된 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제2 패턴 라인들은 상기 제1 패턴 라인들의 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되, 상기 제1 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인들의 단부를 연결하도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 제1 패턴 라인의 패턴 간격은 상기 제1 파이프의 중앙부에서 상기 제1 파이프의 양단부로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다.
다른 예로, 상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 중앙부와 대응되는 위치에 마련된 중앙 패턴 영역, 및 상기 제1 파이프의 양단부와 대응되는 위치에 상기 중앙 패턴 영역과 다른 패턴 형상으로 마련된 양단 패턴 영역으로 제공될 수 있다. 여기서, 상기 중앙 패턴 영역에서는, 상기 제1 패턴 라인들이 상기 제2 방향을 따라 미리 설정된 제1 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제2 패턴 라인들이 상기 제1 패턴 라인들의 제1 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되 상기 제1 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인들의 단부를 연결하도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 양단 패턴 영역에서는, 상기 제2 패턴 라인들이 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 패턴 간격보다 더 좁게 설정된 제2 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제1 패턴 라인들이 상기 제2 패턴 라인들의 제2 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되 상기 제2 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제2 패턴 라인들의 단부에 연결하도록 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 단자부는 상기 면상 발열체의 양면 중 상기 제1 파이프의 외주면과 마주보지 않는 면의 중심부에 배치될 수 있다. 이때, 상기 발열체 패턴층은 상기 단자부를 중심으로 대칭되게 마련될 수 있다.
상기 제2 절연성 보호 시트의 중심부에는 단자홀부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 절연성 보호 시트가 상기 발열체 패턴층을 형성한 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 가열 압착된 후 상기 단자부는 상기 단자홀부를 통해서 상기 발열체 패턴층에 연결될 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 상기 면상 발열체가 마련된 상기 제1 파이프의 외측을 에워싸도록 마련되는 제2 파이프, 및 상기 면상 발열체를 덮어 보온시키도록 상기 제2 파이프와 상기 제1 파이프 사이에 형성되는 공간부에 배치된 보온재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 제1 파이프의 둘레를 면상 발열체로 에워싸는 구조로 형성하므로, 면 가열 특성을 갖는 면상 발열체를 이용하여 제1 파이프를 미리 설정된 온도로 균일하게 가열할 수 있고, 그에 따라 히팅 파이프의 전체 부위를 원하는 설정 온도로 균일하고 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 면상 발열체의 면 가열 특성을 이용하여 히팅 파이프에서 발생되는 콜드 스팟을 효과적으로 억제할 수 있고, 그에 따라 콜드 스팟에서 파우더가 발생되는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 면상 발열체를 제1,2 절연성 보호 시트의 사이에 발열체 패턴층을 배치한 구조이므로, 기존의 면상 발열체에서 사용되는 필름형 기판을 생략할 수 있고, 제1,2 절연성 보호 시트의 가열 압착으로 인해 제1,2 절연성 보호 시트와 발열체 패턴층을 일체로 형성하여 면상 발열체를 매우 콤팩트한 구조로 제조할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 기존의 발열선 대신에 면상 발열체를 제1 파이프와 제2 파이프 사이에 배치하므로, 히팅 파이프의 제조 공정을 간소화시킬 수 있고, 면상 발열체의 사용을 생략함에 따라 부품 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 발열체 패턴층의 패턴 간격이나 패턴 형상을 변경하여 면상 발열체의 가열 성능을 위치에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 그에 따라 면상 발열체는 제1 파이프에서 콜드 스팟이 발생될 수 있는 부위를 상대적으로 더 높은 온도로 가열하여 콜드 스팟의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프는, 콜드 스팟의 발생을 효과적으로 방지할 수 있기 때문에, 콜드 스팟에서 파우더의 발생도 미연에 방지하여 히팅 파이프의 성능 향상 및 상품성 제고를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프가 도시된 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 면상 발열체를 나타낸 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 절연성 보호 시트에 형성된 발열체 패턴층을 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 절연성 보호 시트에 형성된 발열체 패턴층의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체(120)를 이용한 히팅 파이프(100)가 도시된 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 면상 발열체(120)를 나타낸 사시도, 단면도 및 분해 사시도이다. 도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 절연성 보호 시트(122)에 형성된 발열체 패턴층(126)을 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 절연성 보호 시트(122)에 형성된 발열체 패턴층(126)의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 면상 발열체(120)를 이용한 히팅 파이프(100)는 제1 파이프(110), 면상 발열체(120), 단자부(130), 제2 파이프(140), 및 보온재(150)를 포함한다.
통상적으로, 히팅 파이프(100)는 배기 라인 또는 진공 라인을 형성하는 구성으로서, 설정 온도 이상으로 가스를 고르게 가열하여 파우더의 발생을 방지할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는 히팅 파이프(100)가 면상 발열체(120)의 면 가열 구조를 이용하여 제1 파이프(110)의 전체 부위를 설정 온도 이상으로 균일하게 가열 및 유지할 수 있고, 그에 따라 콜드 스팟의 발생도 억제시킬 수 있다.
본 실시예의 히팅 파이프(100)에서는, 제1 파이프(110), 면상 발열체(120), 보온재(150) 및 제2 파이프(140)가 히팅 파이프(100)의 중심축에서 반경 방향으로 외측을 향해 순차적으로 배치된 구조이다. 상기와 같은 히팅 파이프(100)는 절곡 가능하도록 플렉시블한 소재로 마련되거나, 절곡이 불가능하도록 강성 소재로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 히팅 파이프(100)가 절곡되지 않도록 마련된 것으로 설명한다.
또한, 본 실시예에서는 단수개의 히팅 파이프(100)가 배기 라인 또는 진공 라인을 형성하는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 히팅 파이프(100)의 설치 환경 및 주변 상황에 따라 복수개가 길이 방향으로 연결될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 히팅 파이프(100)를 따라 안내되는 가스가 반도체나 전자 부품 등의 제조 공정에서 발생된 잔류 가스 또는 반응 부산물인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 제조 공정에서 발생되는 유독성 가스를 모두 포함할 수 있다. 상기와 같은 가스는 히팅 파이프(100)를 따라 가스 세정기로 유동되어 가스 세정기에 의해 가스의 유독 성분이 제거될 수 있다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 실시예의 제1 파이프(110)는, 반도체나 전자 부품 등의 제조 공정에서 발생되는 각종 가스의 이동을 안내하기 위한 관 형상의 부재이다. 제1 파이프(110)의 외주면에는, 면상 발열체(120)가 원관 형상으로 둘러싸도록 배치되되, 면상 발열체(120)와 밀착되게 마련될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 면상 발열체(120)는 제1 파이프(110)를 미리 설정된 온도로 균일하게 가열 및 유지하기 위한 부재이다. 면상 발열체(120)는 제1 파이프(110)의 둘레를 에워싸도록 마련될 수 있다.
상기와 같은 면상 발열체(120)는, 제1 파이프(110)의 외주면 전체를 덮도록 제1 파이프(110)의 둘레를 따라 말려진 원통 형상으로 배치될 수 있고, 제1 파이프(110)의 외주면에 배치되는 과정에서 이중으로 겹쳐진 부분이 발생하지 않도록 제1 파이프(110)의 외주면과 동일한 면적의 평판 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 면상 발열체(120)는 사각형의 평판 형상으로 마련되되, 가로 길이와 세로 길이가 제1 파이프(110)의 축 길이 및 원주 길이에 각각 대응될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 면상 발열체(120)는, 제1 파이프(110)를 에워싼 상태에서 제1 파이프(110)의 외주면에 밀착되도록 접착 테이프(128)에 의해 접착 고정될 수 있다. 상기와 같은 접착 테이프(128)는 절연성 및 난연성의 재질로 마련될 수 있다. 일례로, 본 실시예에서는 접착 테이프(128)로 캡톤 테이프(kapton type)가 사용될 수 있다.
한편, 면상 발열체(120)는 제1 절연성 보호 시트(122), 제2 절연성 보호 시트(124), 및 발열체 패턴층(126)을 포함할 수 있다.
참고로, 도 1 내지 도 6에서는, 면상 발열체(120)에 대한 설명의 편의를 위하여 제1 절연성 보호 시트(122), 제2 절연성 보호 시트(124) 및 발열체 패턴층(126)의 두께와 크기 등을 매우 크게 도시하였지만, 실제로는 제1 절연성 보호 시트(122), 제2 절연성 보호 시트(124) 및 발열체 패턴층(126)의 두께는 매우 얇게 형성될 뿐만 아니라 발열체 패턴층(126)의 패턴도 매우 미세하게 형성될 수 있다.
제1 절연성 보호 시트(122)와 제2 절연성 보호 시트(124)는 발열체 패턴층(126)을 보호하기 위한 부재로서, 발열체 패턴층(126)의 양면을 덮도록 마련될 수 있다. 제1 절연성 보호 시트(122)와 제2 절연성 보호 시트(124)는 발열체 패턴층(126)을 중간에 배치한 상태로 가열 압착되어 발열체 패턴층(126)과 함께 일체로 형성될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 제1 절연성 보호 시트(122)가 발열체 패턴층(126)의 하면을 덮도록 발열체 패턴층(126)의 하측에 위치되고, 제2 절연성 보호 시트(124)가 발열체 패턴층(126)의 상면을 덮도록 발열체 패턴층(126)의 상측에 위치된 것으로 설명한다.
발열체 패턴층(126)는, 단자부(130)에 인가되는 전력에 의해 발열되기 위한 부재로서, 단자부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 발열체 패턴층(126)은 제1 절연성 보호 시트(122)의 상면에 다양한 형상으로 패터닝될 수 있고, 제2 절연성 보호 시트(124)는 발열체 패턴층(126)이 형성된 제1 절연성 보호 시트(122)의 상면에 가열 압착될 수 있다.
상기와 같은 발열체 패턴층(126)은 제1 절연성 보호 시트(122)의 상면에 선 형상으로 길게 연장된 패턴 라인(160, 162)으로 형성될 수 있다. 여기서, 발열체 패턴층(126)의 패턴 라인(160, 162)은 단자부(130)를 기준으로 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 또한, 패턴 라인(160, 162)은 제1 파이프(110)를 가열시키기 위한 열을 발생하므로, 패턴 라인(160, 162)의 형상을 다양하게 변경시켜 발열체 패턴층(126)의 발열량 및 발열분포를 적절하게 조절할 수 있다.
참고로, 본 실시예와 다르게, 별도의 필름형 기판 사에 발열체 패턴층(126)을 형성하고, 그 발열체 패턴층(126)이 형성된 필름형 기판을 제1 절연성 보호 시트(122)와 제2 절연성 보호 시트(124) 사이에 배치한 상태에서 제1 절연성 보호 시트(122)와 제2 절연성 보호 시트(124)를 가열 압착하는 구조도 가능하다.
한편, 본 실시예에서는, 면상 발열체(120)의 발열체 패턴층(126)이 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 중 어느 하나의 나노 카본 재질로 마련될 수 있고, 제1 절연성 보호 시트(122)와 제2 절연성 보호 시트(124)는 절연성과 난연성을 가지는 테프론(PTFE) 재질로 마련될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 면상 발열체(120)의 발열체 패턴층(126)으로는 발열 특성이 있는 다양한 소재가 사용될 수 있고, 제1,2 절연성 보호 시트(122, 124)로는 절연성과 난연성을 가지는 다양한 소재가 사용될 수 있다.
도 5과 도 6에 도시된 바와 같이, 발열체 패턴층(126)은, 제1 파이프(110)의 온도를 원하는 설정 온도로 균일하게 만들 수 있도록 제1 파이프(110)의 길이 방향 또는 원주 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 서로 다른 패턴 간격(G1, G2, G3, G4)이나 패턴 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 발열체 패턴층(126)은, 패턴 간격(G1, G2, G3, G4)이나 패턴 형상을 다양하게 변경함으로써, 발열량이나 발열 분포, 발열 위치 등과 같은 발열 특성을 조절할 수 있다.
상기와 같은 발열체 패턴층(126)은, 제1 파이프(110)의 길이 방향을 따라 제1 파이프(110)의 중앙부에 대응하는 부위(L1)보다 제1 파이프(110)의 양단부에 대응하는 부위에서 패턴 간격(G1, G2, G3, G4)이 더 조밀하게 형성될 수 있고, 그로 인해서 제1 파이프(110)의 양단부가 제1 파이프(110)의 중앙부보다 더 가열될 수 있다. 왜냐하면, 히팅 파이프(100)의 양단부는 외부 장치(예컨대, 프로세스 챔버 또는 가스 세정기 등)에 연결되는 부위이므로, 구조적으로 쉽게 냉각되어 콜드 스팟이 형성될 가능성이 높기 때문이다.
여기서, 발열체 패턴층(126) 다양한 패턴 형상 또는 패턴 간격(G1, G2, G3, G4)으로 마련될 수 있지만, 본 실시예에서는 상호 직교되는 방향으로 형성된 2개의 패턴 라인(160, 162)이 전기적으로 직렬 연결되는 패턴 형상으로 마련될 수 있다.
예를 들면, 발열체 패턴층(124)은, 제1 파이프(110)의 원주 방향에 대응하는 제1 방향(D1)으로 길게 연장된 제1 패턴 라인(160), 및 제1 파이프(110)의 길이 방향에 대응하는 제2 방향(D2)으로 길게 연장된 제2 패턴 라인(162)을 포함할 수 있다.
제1 패턴 라인(160)과 제2 패턴 라인(162)은, 제1 절연성 보호 시트(122)의 상면에 복수개가 각각 마련될 수 있으며, 서로 간에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 실제로, 본 실시예의 발열체 패턴층(126)은, 제1 패턴 라인(160)의 양단부에 서로 다른 제2 패턴 라인(162)의 단부가 각각 연결됨과 아울러 제2 패턴 라인(162)의 양단부에 서로 다른 제1 패턴 라인(160)의 단부가 각각 연결되되, 제1 패턴 라인(160)들과 제2 패턴 라인(162)들이 제1 절연성 보호 시트(122)의 상면에 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 도 5과 도 6에는 발열체 패턴층(126)의 패턴 배치 형상에 대한 예시가 각각 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 패턴 라인(160)들은 제2 방향(D2)을 따라 미리 설정된 패턴 간격(G3, G4)으로 서로 평행하게 배치될 수 있고, 제2 패턴 라인(162)들은 제1 패턴 라인(160)들의 패턴 간격(G3, G4)에 대응하는 길이로 각각 형성되되 제1 패턴 라인(160)들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인(160)들의 단부를 연결하도록 마련될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 발열체 패턴층(126)에서는, 제1 패턴 라인(160)들이 발열체 역할을 수행함으로써 제1 파이프(110)의 가열을 주도하되, 제2 패턴 라인(162)들은 제1 파이프(110)를 가열하는 역할보다 제1 패턴 라인(160)들을 통전 가능하게 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 발열체 패턴층(126)은, 제1 파이프(110)의 중앙부와 대응되는 위치에 마련된 중앙 패턴 영역(L1), 및 제1 파이프(110)의 양단부와 대응되는 위치에 중앙 패턴 영역(L1)과 다른 패턴 형상으로 마련된 양단 패턴 영역(L2)으로 제공될 수 있다.
이때, 제1 패턴 라인의 패턴 간격(G3, G4)은 제1 파이프(110)의 중앙부에 대응하는 중앙 패턴 영역(L1)에서 제1 파이프(110)의 양단부에 대응하는 양단 패턴 영역(L2)으로 갈수록 점진적으로 감소될 수 있다. 일례로, 양단 패턴 영역(L2)의 제1 패턴 라인(160)들에 대한 제4 패턴 간격(G4)은 중앙 패턴 영역(L1)의 제1 패턴 라인(160)들에 대한 제3 패턴 간격(G3)보다 상대적으로 좁게 형성되므로, 제1 패턴 라인(160)들은 중앙 패턴 영역(L1)보다 양단 패턴 영역(L2)에 높은 밀도로 패터닝되어 양단 패턴 영역(L2)에서 중앙 패턴 영역(L1)보다 더 많은 발열량이 제1 파이프(110)에 제공될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 중앙 패턴 영역(L1)에서는, 제1 패턴 라인(160)들이 제2 방향(D2)을 따라 미리 설정된 제1 패턴 간격(G1)으로 서로 평행하게 배치될 수 있고, 제2 패턴 라인(162)들이 제1 패턴 라인(160)들의 제1 패턴 간격(G1)에 대응하는 길이로 각각 형성되되 제1 패턴 라인(160)들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인(160)들의 단부를 연결하도록 마련될 수 있다. 뿐만 아니라, 양단 패턴 영역(L2)에서는, 제2 패턴 라인(162)들이 제2 방향(D2)을 따라 제1 패턴 간격(G1)보다 더 좁게 설정된 제2 패턴 간격(G2)으로 서로 평행하게 배치될 수 있고, 제1 패턴 라인(160)들이 제2 패턴 라인(162)들의 제2 패턴 간격(G2)에 대응하는 길이로 각각 형성되되 제2 패턴 라인(162)들 중 서로 이웃하게 배치된 제2 패턴 라인(162)들의 단부에 연결하도록 마련될 수 있다.
즉, 도 6에 도시된 발열체 패턴층(126)의 중앙 패턴 영역(L1)에서는, 제1 패턴 라인(160)들이 발열체 역할을 수행함으로써 제1 파이프(110)의 중앙부에 대한 가열을 주도하되, 제2 패턴 라인(162)들은 제1 파이프(110)를 가열하는 역할보다 제1 패턴 라인(160)들을 통전 가능하게 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 발열체 패턴층(126)의 양단 패턴 영역(L2)에서는, 제2 패턴 라인(162)들이 발열체 역할을 수행함으로써 제1 파이프(110)의 양단부에 대한 가열을 주도하되, 제1 패턴 라인(160)들은 제1 파이프(110)를 가열하는 역할보다 제2 패턴 라인(162)들을 통전 가능하게 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 양단 패턴 영역(L2)의 제2 패턴 라인(162)들에 대한 제2 패턴 간격(G2)은 중앙 패턴 영역(L1)의 제1 패턴 라인(160)들에 대한 제1 패턴 간격(G1)보다 상대적으로 좁게 형성되므로, 양단 패턴 영역(L2)의 제2 패턴 라인(162)들이 중앙 패턴 영역(L1)의 제1 패턴 라인(160)들보다 더 높은 밀도로 패터닝되어 양단 패턴 영역(L2)에서 중앙 패턴 영역(L1)보다 더 많은 발열량이 제1 파이프(110)에 제공될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예의 단자부(130)는, 면상 발열체(120)에 전력을 인가하기 위한 부재로서, 면상 발열체(120)에 마련될 수 있다. 상기와 같은 단자부(130)는 양극 단자부(132)와 음극 단자부(134)를 포함하되, 제1 패턴 라인(160)들과 제2 패턴 라인(162)들 중 적어도 하나와 직렬로 연결될 수 있다.
단자부(130)는 면상 발열체(120)의 양면 중 제1 파이프(110)의 외주면과 마주보지 않는 면에 배치될 수 있다. 상기와 같은 단자부(130)는 히팅 파이프(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 면상 발열체(120)의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 5과 도 6에 도시된 바와 같이, 단자부(130)는 면상 발열체(120)의 중심부에 배치되거나 면상 발열체(120)의 중심부에서 일측으로 편심된 위치에 배치될 수 있다. 참고로, 도 5에서는, 단자부(130)가 면상 발열체(120)의 중심부에 배치되되, 발열체 패턴층(126)은 단자부(130)를 중심으로 대칭되게 마련될 수 있다.
한편, 제2 절연성 보호 시트(124)의 중심부에는 단자부(130)의 설치 위치와 대응되는 부위에 단자홀부(125)가 형성될 수 있다. 즉, 히팅 파이프(100)의 제조시 제2 절연성 보호 시트(124)가 발열체 패턴층(126)을 형성한 제1 절연성 보호 시트(122)의 일면에 가열 압착된 후 단자부(130)는 단자홀부(125)를 통해서 발열체 패턴층(126)에 연결될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 단자부(130)가 단자홀부(125)를 통해 발열체 패턴층(126)에 장착 고정되는 구조이지만, 이에 한정되는 것은 아니며 단자부(130)는 단자홀부(125)와 대응되는 발열체 패턴층(126)에 먼저 코팅될 수도 있다.
제2 파이프(140)는 히팅 파이프(100)의 외관을 형성하는 부재로서, 제1 파이프(110)의 외측을 에워싸도록 마련될 수 있다. 상기와 같은 제2 파이프(140)와 제1 파이프(110)의 사이에는 소정의 크기로 공간부가 형성될 수 있다. 즉, 제1 파이프(110)와 제2 파이프(140)는 서로 이중관 형상으로 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 보온재(150)는 면상 발열체(120)를 덮어 보온시키는 부재로서, 제2 파이프(140)와 제1 파이프(110) 사이에 형성되는 공간부(미도시)에 배치될 수 있다. 상기와 같은 보온재(150)도 절연성 및 난연성의 재질로 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프
110: 제1 파이프
120: 면상 발열체
122: 제1 절연성 보호 시트
124: 제2 절연성 보호 시트
126: 발열체 패턴층
128: 접착 테이프
130: 단자부
140: 제2 파이프
150: 보온재
160: 제1 패턴 라인
162: 제2 패턴 라인
L1: 중앙 패턴 영역
L2: 양단 패턴 영역

Claims (14)

  1. 제1 파이프;
    상기 제1 파이프의 둘레를 에워싸도록 마련되고, 상기 제1 파이프를 미리 설정된 온도로 균일하게 가열하는 면상 발열체; 및
    상기 면상 발열체에 전력을 인가하도록 상기 면상 발열체에 마련된 단자부;를 포함하고,
    상기 면상 발열체는 제1 절연성 보호 시트; 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 중 어느 하나의 나노 카본 재질로 패터닝되어 형성되고, 상기 단자부와 전기적으로 연결되어 상기 단자부에 인가되는 전력에 의해 발열되는 발열체 패턴층; 및 상기 발열체 패턴층을 덮어 보호하도록 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 밀착되게 배치되는 제2 절연성 보호 시트;를 포함하며,
    상기 제1 절연성 보호 시트와 상기 제2 절연성 보호 시트는, 상기 발열체 패턴층을 중간에 배치한 상태로 가열 압착되어 상기 발열체 패턴층과 함께 일체로 형성되며,
    상기 면상 발열체는 상기 제1 파이프를 에워싼 상태에서 상기 제1 파이프의 외주면에 밀착되도록 절연성 및 난연성의 재질의 접착 테이프에 의해 접착 고정되고,
    상기 제2 절연성 보호 시트에는 상기 단자부의 설치 위치와 대응되는 부위에 단자홀부가 형성되고, 상기 제2 절연성 보호 시트가 상기 발열체 패턴층을 형성한 상기 제1 절연성 보호 시트의 일면에 가열 압착된 후 상기 단자부는 상기 단자홀부를 통해 상기 발열체 패턴층에 연결되며,
    상기 면상 발열체가 마련된 상기 제1 파이프와의 사이에 공간부를 형성하며 상기 제1 파이프의 외측을 에워싸도록 마련되어 상기 제1 파이프와 함께 이중관 형상으로 구성되는 제2 파이프; 및
    상기 면상 발열체를 덮어 보온시키도록 상기 공간부에 배치되는 보온재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 절연성 보호 시트와 상기 제2 절연성 보호 시트는 절연성과 난연성을 가지는 테프론(PTFE) 재질로 마련된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 면상 발열체는, 상기 제1 파이프의 외주면 전체를 덮도록 상기 제1 파이프의 둘레를 따라 말려진 원통 형상으로 배치되되, 상기 제1 파이프의 외주면에 배치되는 과정에서 이중으로 겹쳐진 부분이 발생하지 않도록 상기 제1 파이프의 외주면과 동일한 면적의 평판 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 온도를 원하는 설정 온도로 균일하게 만들도록 상기 제1 파이프의 길이 방향 또는 원주 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 서로 다른 패턴 간격이나 패턴 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 길이 방향을 따라 상기 제1 파이프의 중앙부보다 상기 제1 파이프의 양단부에서 패턴 간격이 조밀하게 형성된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 원주 방향에 대응하는 제1 방향으로 길게 연장된 제1 패턴 라인; 및 상기 제1 파이프의 길이 방향에 대응하는 제2 방향으로 길게 연장된 제2 패턴 라인;을 포함하며,
    상기 제1 패턴 라인과 상기 제2 패턴 라인은, 상기 제1 절연성 보호 시트 상에 복수개가 각각 마련되되, 서로 간에 전기적으로 직렬 연결된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패턴 라인들은 상기 제2 방향을 따라 미리 설정된 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치되고,
    상기 제2 패턴 라인들은 상기 제1 패턴 라인들의 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되, 상기 제1 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인들의 단부를 연결하도록 마련되며,
    상기 제1 패턴 라인의 패턴 간격은 상기 제1 파이프의 중앙부에서 상기 제1 파이프의 양단부로 갈수록 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 발열체 패턴층은, 상기 제1 파이프의 중앙부와 대응되는 위치에 마련된 중앙 패턴 영역; 및 상기 제1 파이프의 양단부와 대응되는 위치에 상기 중앙 패턴 영역과 다른 패턴 형상으로 마련된 양단 패턴 영역으로 제공되며,
    상기 중앙 패턴 영역에서는, 상기 제1 패턴 라인들이 상기 제2 방향을 따라 미리 설정된 제1 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치되고, 상기 제2 패턴 라인들이 상기 제1 패턴 라인들의 제1 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되 상기 제1 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제1 패턴 라인들의 단부를 연결하도록 마련되고,
    상기 양단 패턴 영역에서는, 상기 제2 패턴 라인들이 상기 제2 방향을 따라 상기 제1 패턴 간격보다 더 좁게 설정된 제2 패턴 간격으로 서로 평행하게 배치되고, 상기 제1 패턴 라인들이 상기 제2 패턴 라인들의 제2 패턴 간격에 대응하는 길이로 각각 형성되되 상기 제2 패턴 라인들 중 서로 이웃하게 배치된 제2 패턴 라인들의 단부에 연결하도록 마련된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 단자부는 상기 면상 발열체의 양면 중 상기 제1 파이프의 외주면과 마주보지 않는 면의 중심부에 배치되고,
    상기 발열체 패턴층은 상기 단자부를 중심으로 대칭되게 마련된 것을 특징으로 하는 면상 발열체를 이용한 히팅 파이프.
  13. 삭제
  14. 삭제
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