KR20190109581A - 낮은 드리프트 저항 피드백을 가지는 전기 히터 - Google Patents

낮은 드리프트 저항 피드백을 가지는 전기 히터 Download PDF

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KR20190109581A
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Abstract

히터는 적어도 하나의 저항요소를 포함한다. 적어도 하나 이상의 저항요소는 높은 저항온도계수(TCR)를 가지는 재료를 포함하여 저항요소는 히터 및 온도 센서로서 기능한다. 저항요소는 약 95% 이상의 니켈, 니켈-구리 합금, 스테인레스 스틸, 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 몰리브덴, 지르코늄, 텅스텐, 니실 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료이다. 일 형태에서, 히터는 압축된 MgO 절연체 및 금속 피복을 포함하는 관형 히터이다.

Description

낮은 드리프트 저항 피드백을 가지는 전기 히터{Electric Heaters With Low Drift Resistance Feedback}
본 출원은 2016년 10월 21일 출원된 미국 가출원 제 62/411,197 호 및 2016년 10월 21일 출원된 미국 가출원 제 62/411,202 호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 전기 히터에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 온도 감지 능력이 향상된 전기 히터에 관한 것이다.
본 항목의 설명은 단지 본 발명과 관련된 배경 정보를 제공하기 위한 것일 뿐으로서, 선행 기술을 구성하는 것은 아니다.
관형 히터, 카트리지 히터 및 케이블 히터는 튜브 형태의 히터로서, 일반적으로 공간이 제한된 분야에서 사용된다. 필요한 경우, 하나 이상의 온도 센서가 히터에 연결되어 히터 및/또는 주변 환경의 온도를 측정하고 모니터링 할 수 있다. 이러한 히터를 사용할 경우에는 히터 설치가 더욱 어려워지는데, 이는 온도 센서와 온도 센서를 외부 제어 시스템에 연결하기 위한 관련 와이어가 히터를 위해서 확보된 귀중한 공간을 소비할 수 있기 때문이다. 이는 여러 개의 센서를 가진 여러 개의 히터를 설치할 경우에 특히 그러하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히터는 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 높은 저항온도계수(temperature coefficient of resistance: TCR)를 가지는 저항요소를 포함하며, 상기 저항요소는 약 95% 이상의 니켈을 포함하는 재료일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 히터는 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 높은 저항온도계수(TCR)를 가지는 저항요소를 포함하며, 상기 저항요소는 약 500℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에 걸쳐 약 1,000 ppm 이상의 저항온도계수(TCR) 및 약 1 % 미만의 온도 드리프트를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 히터는 히터 및 온도 센서로서 기능하도록 높은 저항온도계수(TCR)를 가지는 저항요소를 포함하며, 상기 저항요소는 약 95% 이상의 니켈, 니켈-구리 합금, 스테인레스 스틸, 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 몰리브덴, 지르코늄, 텅스텐, 니실(Nisil: 마그네슘을 미량 포함하는 니켈-실리콘 합금) 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 히터는 니켈, 니켈 합금, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드, 코발트 합금, 철 합금 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 재료 및 높은 저항온도계수(TCR)를 가지는 적어도 하나의 저항요소를 포함하며, 상기 저항요소는 히터 및 온도 센서로서 기능할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 히터는 복수의 독립적으로 제어 가능한 영역을 포함하며, 각각의 독립적으로 제어 가능한 영역은 니켈, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 재료 및 높은 저항온도계수(TCR)를 가지는 적어도 하나의 저항요소를 포함한다. 상기 저항요소는 히터 및 온도 센서로서 기능할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 다른 영역은 본 명세서에 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 제어 모듈 및 카트리지 히터를 포함하는 히터 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 카트리지 히터의 사시도이다.
도 3은 명확성을 위해 절연 재료 및 외측 피복이 제거된 상태가 도시된 복수의 영역을 가진 카트리지 히터의 사시도이다.
도 4는 도 3의 히터 유닛의 사시도이다.
도 5는 도 3과 유사한 도면으로서, 복수의 저항요소, 복수의 전력 전도체 및 전도성 와이어의 쌍들 간의 연결을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 명세서의 교시에 따른 저항요소들 및 그들의 재료와 함께 사용되는 양방향 열 어레이 및 그를 제어하기 위한 전력 제어 모듈의 개략도이다.
도 7은 본 명세서의 교시에 따른 저항요소들 및 그들의 재료와 함께 사용되는 열 어레이 및 전력 제어를 위한 주소 할당 가능한 스위치들의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 저항 재료 및/또는 제어부를 사용하는 관형 히터의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 저항 재료 및/또는 제어부를 사용하는 층형 히터의 개략 단면도이다.
다음의 설명은 본질적으로 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 응용 또는 용도를 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 반도체 공정에서 정전기 척(electrostatic chucks) 또는 열교환기(heat exchanger)와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 제공되는 히터 및 시스템은 반도체 처리 응용에 한정되지 않으며, 다양한 응용에 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 형태에 따른 히터 시스템(10)은 히터 제어 모듈(20) 및 히터(30)를 포함한다. 히터 제어 모듈(20)은 온도 결정 모듈(24) 및 전력 제어 모듈(26)을 포함하는 2선식 제어부(22)를 포함한다. 2선식 제어부(22)는 한 쌍의 전기 리드(28)를 통해 히터(30)와 연통한다. 히터(30)는 카트리지 히터(30) 일 수 있으며, 일반적으로 코어 몸체(32), 코어 몸체(32) 주위를 둘러싸는 저항성 와이어 형태의 저항요소(34), 그 내부에 코어 몸체(32) 및 저항요소(34)를 둘러싸는 금속 피복(36), 및 금속 피복(36) 내의 공간을 충전하여 저항성 요소 (34)를 금속 피복(36)으로부터 전기적으로 절연하는 절연 재료(38)를 포함하여 저항요소(34)에서 발생한 열을 금속 피복(36)으로 열 전도한다. 코어 몸체(32)는 세라믹으로 제조될 수 있다. 본 발명의 일 형태에서, 절연 재료(38)는 압축된 산화 마그네슘(MgO)일 수 있으며, 보다 구체적으로는 50 % 이상의 산화 마그네슘일 수 있다. 복수의 전력 전도체(42)는 코어 몸체(32)를 통해 길이 방향을 따라 연장되고 저항요소(34)에 전기적으로 연결된다. 전력 전도체(42)는 또한 외측 피복(36)을 밀봉하는 단부 피스(44)를 통해 연장된다. 전력 전도체(42)는 한 쌍의 전기 리드(28)를 통해 2선식 제어부(22)에 연결된다. 카트리지 히터의 다양한 구조 및 추가적인 구조적 및 전기적 세부 구조는 본 출원에 공통으로 양도되고 그 내용 전체가 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 2,831,951 호 및 제 3,970,822 호에 보다 상세히 기재되어 있다. 따라서, 본 명세서에 예시된 형태는 단지 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 도 1에 도시된 카트리지 히터(30) 이외의 다른 유형의 히터가 본 발명의 교시에 따라 사용될 수 있으며, 이는 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
본 발명의 일 형태에 따른 2 선식 제어부(22)는 마이크로 프로세서 기반이며, 온도 결정 모듈(24) 및 전력 제어 모듈 (26)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 히터(30)는 한 세트의 전기 리드(28)를 통해 2선식 제어부(22)에 연결된다. 전력은 전기 리드(28)를 통해 히터(30)에 제공되고, 제어 명령에 따라 히터(30)의 온도 정보는 동일한 전기 리드(28) 세트를 통해 2 선식 제어부(22)에 제공된다. 특히, 온도 결정 모듈(24)은 저항요소 (34)의 계산된 저항에 기초하여 히터(30)의 온도를 결정한 다음, 그에 따라 신호를 전력 제어 모듈(26)에 송신하여 히터(30)의 온도를 제어한다. 그러므로, 단일 세트의 전기 리드(28)만이 필요하며, 히터용 세트 및 온도 센서용 세트를 모두 구비할 필요는 없다.
저항요소(34)가 히터 요소에 추가로 온도 센서의 기능을 겸용하기 위해서, 저항요소(34)는 비교적 높은 온도 계수 계수(TCR)를 갖는 물질이다. 금속의 저항은 온도에 따라 증가하기 때문에, 임의의 온도 t (°C)에서의 저항은 다음과 같이 계산된다:
Figure pat00001
여기서, R0는 특정 기준 온도(종종 0°C)에서의 저항이며, α는 저항온도계수 (TCR)이다. 따라서, 히터의 온도를 결정하기 위해, 저항요소(34)의 저항이 2 선식 제어부(22)에 의해 계산된다. 일 형태에서, 저항요소(34)를 가로지르는 전압 및 전류는 2 선식 제어부(22)에 의해 계산되며, 저항요소(34)의 저항은 옴의 법칙(Ohm's law)에 기초하여 계산된다. 저항 온도 검출기(Resistance Temperature Detector: RTD) 및 및 알려진 저항온도계수(TCR)를 사용하는 온도 측정 분야의 당업자에게 공지된 수학식 1 또는 그와 유사한 방정식을 사용하여, 저항요소(34)의 온도가 계산되고 히터 제어에 사용된다.
따라서, 본 발명의 일 형태에서는, 작은 온도 변화가 큰 저항 변화를 초래하도록, 비교적 높은 TCR이 사용된다. 따라서, 백금(TCR = 0.0039 Ω / Ω / ºC), 니켈 (TCR = 0.0041 Ω / Ω / ºC) 또는 구리(TCR = 0.0039 Ω / Ω / ° C)와 같은 물질을 포함하는 제형 및 그의 합금이 저항요소(34)에 사용된다. 본 출원에 공통으로 양도되었으며, 그 내용은 그 전체가 본원에 참고로 인용된, 미국 특허 제 7,601,935 호 및 제 7,196,295 호 및 계류중인 미국 특허 출원 제 11/ 475,534 호에는 2선식 히터 제어 시스템이 개시되어 있다.
또 다른 형태에서, 저항요소(34)의 재료는 저항요소(34)의 동작 온도 범위와 적어도 부분적으로 겹치는 온도 범위에 걸친 온도 증가에 따라서 전기 저항률이 음의 변화를 갖는다. 저항요소(34)의 기능성은 재료는 본 출원에 공통으로 양도된 "목표 온도 감소 저항 특성을 갖는 가열 요소(HEATER ELEMENT HAVING TARGETED DECREASING TEMPERATURE RESISTANCE CHARACTERISTICS)" 라는 명칭의 미국 특허 출원 제 15/447,994 호에 보다 상세히 기재되어 있으며 그 내용은 전체가 본원에 참고로 인용되어 있다.
저항요소(34)는 니켈, 니켈 구리(예: Monel® 브랜드), 스테인레스 강(예: 304L) 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴, 니실(Nisil: 미량의 마그네슘을 함유한 니켈-실리콘) 및 티탄 및 이들의 조합물을 포함한다. 비교적 높은 TCR을 갖는 저항요소(34)는 단지 2 개의 와이어(즉, 한 쌍의 전기 리드 (28))만을 통한 저항 피드백 제어를 가능하게 한다.
예를 들어, 적어도 약 1,000 ppm의 TCR이 사용되고, 다양한 동작 범위에 걸쳐 약 500 ℃ 내지 1,000 ℃의 온도 범위에 걸쳐 약 1 % 미만의 온도 드리프트가 본 명세서의 교시에 의해 고려될 수 있다.
도 2 내지 도 5룰 참조하면, 히터(50)는 코어 몸체의 수와 사용된 전원 전도체의 수를 제외하면 도 1과 유사한 구성을 갖는 카트리지 히터(50)의 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 카트리지 히터(50)는 복수의 히터 유닛(52)과, 복수의 전력 전도체(56) 및 복수의 히터 유닛(52)을 둘러싸는 외부 금속 피복(54) (도 2에만 도시됨)을 포함한다. 복수의 히터 유닛(52)과 외부 금속 피복(54) 사이에는, 절연 재료(도 2 내지 도 5에 도시되지 않음)가 설치되어 외부 금속 피복(54)으로부터 히터 유닛(52)을 전기적으로 절연한다. 복수의 히터 유닛(52) 각각은 코어 몸체(58) 및 코어 몸체(58)를 둘러싸는 저항 가열 요소(60)(도 5에 명확하게 도시됨)를 포함할 수 있다. 히터 유닛(52) 각각의 저항 가열 요소(60)는 하나 이상의 가열 회로를 포함하여 하나 이상의 가열 영역(62)을 한정할 수 있다.
본 실시예에서, 각각의 히터 유닛(52)은 하나의 가열 영역(62)을 한정하고, 복수의 히터 유닛(52)은 길이 방향(X)을 따라 정렬된다. 따라서, 카트리지 히터(50)는 길이 방향(X)으로 정렬되는 복수의 가열 영역(62)을 포함한다. 히터 유닛(52) 각각의 코어 몸체(58)는 복수의 관통공(64)을 포함하여 전력 전도체(56)가 이를 통해 연장되도록 구성된다.
히터 유닛(52)의 저항 가열 요소(60)는 전력 전도체(56)에 연결되고, 차례로 히터 제어 모듈(20) (도 1에 도시됨)에 연결된다. 전력 전도체(56)는 전력 공급 장치(도시되지 않음)를 포함하는 전력 제어 모듈(26)로부터 복수의 히터 유닛(50)으로 전력을 공급한다. 전력 전도체(56)를 저항요소(60)에 적절하게 연결하고 전력 전도체(56)들 전체 중 일부에만 전력을 공급함으로써, 복수의 히터 유닛(52)의 저항요소(60)는 독립적으로 히터 제어 모듈(20)의 전력 제어 모듈(26)에 의해 제어될 수 있다. 이와 같이, 특정 가열 영역(62)에 대하여 하나의 저항요소(60)가 고장이 난다 하더라도, 나머지 가열 영역(62)에 대한 나머지 저항요소(60)는 이에 영향을 받지 않고 적절하게 기능할 수 있다. 나아가서, 가열 영역(62)은 원하는 가열 프로파일을 제공할 수 있도록 독립적으로 제어될 수 있다.
본 형태에서, 6 개의 히터 유닛(52) 상의 6 개의 독립적인 전기 가열 회로에 전력을 공급하기 위해 4 개의 전력 전도체(56)가 카트리지 히터(50)에 사용된다. 임의의 수의 전력 전도체(56)를 사용하여 임의의 수의 독립적으로 제어되는 가열 회로 및 독립적으로 제어되는 가열 영역(62)을 형성하는 것이 가능하다.
도 5를 참조하여, 6 개의 히터 유닛(52)과 4 개의 전력 전도체(56) 사이의 연결이 아래에서 설명된다. 전력 전도체(56)와 가열 유닛(52) 사이의 연결을 설명하기 위해서, 전력 전도체는 참조 부호 A, B, C, D로 표시된다.
히터 유닛(52)의 저항요소(60)는 각각 4 개의 전력 전도체(A, B, C, D) 중 2 개에 연결된다. 복수의 히터 유닛(52)의 저항요소(60)는 상이한 전력 전도체 쌍에 연결된다. 예를 들어, 히터 유닛(52)의 저항요소(60)는, 도 5에 도시된 좌측에서 우측의 순서대로, 전력 전도체 A 및 B, 전력 전도체 A 및 C, 전력 전도체 A 및 D, 전력 전도체 B 및 C, 전력 전도체 B 및 D, 그리고 전력 전도체 C 및 D에 각각 연결된다. 또한, 카트리지 히터(50)의 길이 방향 단부에 인접한 히터 유닛(52)의 저항요소(60)는 리드 와이어(66) 사이에 배치된 저항성 요소(60)의 저항을 결정하는 2 선식 제어부(22)에 연결된 리드 와이어(66)에 연결된다.
전력 제어 모듈 (26) (도 1에만 도시됨)은 복수의 전력 전도체(A, B, C, D) 중 임의의 전력 전도체에 전달된 전력 수준을 턴 오프(turn off) 또는 턴 다운(turn down)하는 멀티 존 알고리즘(multi-zone algorithm)을 포함하여 상응하는 히터 유닛(52)을 활성화한다. 예를 들어, 전력 제어 모듈(26)이 전력 전도체 A 및 B에만 전력을 공급하고 전력 전도체 C 및 D에 전력을 전혀 공급하지 않는 경우, 도 5에서 가장 왼쪽에 위치한 히터 유닛(52) 만이 활성화되어 열을 발생시킨다. 전력 제어 모듈(26)이 전력 전도체 A, B, C에만 전력을 공급하고 전력 전도체 D에는 전력을 공급하지 않는 경우, 도 5에서 가장 왼쪽에 위치한 2 개의 히터 유닛(52) 만이 활성화되어 열을 발생시킨다. 히터 유닛들(52) 각각에 전달되는 전력을 주의 깊게 변조하여 결과적으로 가열 영역들에 전달되는 전력을 조절함으로써, 카트리지 히터(50)의 전반적인 신뢰성이 향상될 수 있다. 카트리지 히터(50)의 특정 히터 유닛(52)에서 핫 스팟(hot spot)이 검출되는 경우, 특정 히터 유닛(52)에 대한 전력 공급을 감소시켜 특정 히터 유닛(52)의 고장을 피할 수 있고, 안전성을 향상시킬 수 있다.
보다 많은 수의 전기적으로 구분되는 가열 영역(62)들이 전력 제어 모듈(26)에 의한 다중화, 극성에 민감한 스위칭 및 기타의 회로 토폴로지를 통해 생성될 수 있다. 전력 제어 모듈(26)은 열 어레이의 다중화 또는 다양한 배열을 이용하여 주어진 수의 전력 전도체에 대한 카트리지 히터(50) 내의 가열 영역의 수를 증가시킨다. 열 어레이 시스템을 전력 제어 모듈(26)로서 사용하는 것은 미국 특허 제 9,123,755 호, 제 9,123,756 호, 제 9,177,840 호, 제 9,196,513 호 및 계류중인 미국 특허 출원 제 13/598,956 호, 제 13/598,995 호 및 제 13/598,977 호에 개시되어 있다. 이들 특허 및 계류중인 출원은 본 출원에 공통으로 양도되고 그 내용은 전체가 본원에 참고로 인용된다.
일반적으로, 일 형태의 전력 제어 모듈(26)은 측정된 저항 값을 기준 온도와 주기적으로 비교하여 시간에 따른 저항 드리프트를 조정하는 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 또한 본 명세서에 기술된 다양한 히터의 저항 및 와트 밀도(watt density)의 범위를 수용하도록 전력 신호의 전압을 변화시킬 수 있다. 전력 제어 모듈(26)은 2016 년 6 월 15 일자로 출원된 미국 특허 출원 제 62/350,275 호에 개시된 것과 같은 것이고, 해당 출원은 본 출원과 공통으로 소유되며, 그의 전체 내용은 본 출원에 참고로 인용된다.
보다 구체적으로, 전력 제어 모듈(26)은 센서 측정치를 수신하고 측정치에 기초하여 제어 알고리즘을 구현하도록 구성된 제어 회로 또는 마이크로 프로세서 기반 컨트롤러를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 제어 모듈(26)은 복수의 히터 유닛 (52) 내의 하나 이상의 저항요소(60)의 전기적 특성을 측정할 수 있다. 또한, 전력 제어 모듈(26)은 복수의 스위치를 포함하거나 그리고/또는 제어하여 히터 유닛(52)의 저항요소(60)들 각각에 전력을 어떻게 공급할 것인지를 측정치들에 기초하여 결정할 수 있다.
도 6에 도시 된 바와 같이, 전력 제어 모듈(26)은 복수의 전력 노드(136a, 136b, 136c, 138a, 138b, 138c)를 가질 수 있다. 도 5에 도시된 히터 유닛(52)의 저항요소(60)는 도 6에 도시된 열 어레이(100)와 유사하게 배열될 수 있으며, 따라서, 적어도 3 개의 전력 노드의 쌍들 사이에 연결될 수 있다. 복수의 저항요소들의 저항요소는 전력 노드들의 각각의 쌍 사이에 연결된다. 제어 방식은 "열 어레이 시스템(Thermal Array System)" 이라는 명칭의 미국 출원 제 13/598,956 호, 제 13/598,995 호 및 제 13/598,977 호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
보다 구체적으로, 일 예시에서, 참조 번호 112, 114, 116으로 표시된 바와 같은 3상 전력 입력을 통해 열 어레이(100)에 전력이 제공된다. 입력 전력은 정류 회로(118)에 연결되어 양극 직류(DC) 전력 라인(120) 및 음극 직류(DC) 전력 라인(122)을 제공한다. 전력은 6 개의 전력 노드를 통해 열 어레이에 분배될 수 있다. 제어부(110)는 복수의 스위치를 제어하여 양극 전력 라인(120)이 6 개의 전력 노드 중 임의의 하나에 연결되고 음극 전력 라인(122)은 또한 복수의 전력 노드 중 임의의 하나에 연결될 수 있도록 구성될 수 있다.
도시된 구현예에서, 전력 노드는 2 개의 노드 그룹으로 구성된다. 노드들의 제 1 그룹은 전력 노드(136a), 전력 노드(136b) 및 전력 노드(136c)를 포함한다. 제 2 그룹은 전력 노드(138a), 전력 노드(138b) 및 전력 노드(138c)를 포함한다. 도시된 구현예에서, 열 요소들은 매트릭스 배열로 구성되며, 매트릭스 배열은 열 요소의 그룹을 3개 포함하며, 각각의 그룹은 6개의 열 요소를 포함한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 각각의 구현예 에서와 같이, 더 많거나 적은 노드들이 사용될 수 있고, 열 요소들의 수 역시 노드들의 수에 대응하여 증가되거나 감소될 수 있다.
도시된 바와 같이, 열 요소들의 제1그룹(160)은 모두 노드(138a)에 연결된다. 이와 유사하게, 열 요소들의 제2그룹(170)은 모두 전력 노드(138b)에 연결되고, 열 요소들의 제3그룹(180)은 모두 전력 노드(138c)에 연결된다. 열 요소는 히터 요소일 수 있다. 히터 부재는 예를 들어 온도 의존성 전기 저항을 갖는 전기 전도성 재료로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 열 요소는 온도와 상관 관계가 있는 저항, 커패시턴스 또는 인덕턴스와 같은 전기적 특성을 갖는 히터 요소일 수 있다. 그러나, 열 요소는 일반적으로 저항요소와 같은 소산 요소(dissipative element)로 분류될 수도 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 각각의 구현예에서의 열 요소는 상술한 임의의 특성을 가질 수 있다.
각 그룹 내에서, 6 개의 열 요소는 열 요소들의 쌍(pair) 들로서 구성된다. 예를 들어, 열 요소들의 제1쌍(146a)은 제 1 열 요소(164) 및 제2 열 요소(168)를 포함한다. 제 1 열 요소(164)는 제 2 열 요소 (168)와 전기적으로 병렬 연결되도록 구성된다. 또한, 제 1 열 요소(164)는 단방향 회로(162)와 전기적으로 직렬 연결되어 있다. 단방향 회로(162)는 전류가 열 요소(164)를 통해 일 방향으로만 흐르고 반대 방향으로는 흐르지 않도록 구성될 수 있다. 이와 같은 단방향 회로(162)의 가장 간단한 형태로서 다이오드가 도시되어 있다.
제 1 단방향 회로(162)는 캐소드(cathode)가 노드(136a)에 접속되고 애노드(anode)가 열 요소(164)를 통해 노드(138a)에 접속된 다이오드로서 도시된다. 유사한 방식으로, 제 2 단방향 회로(166)는 캐소드가 제2열 요소(168)를 통해 노드(138a)에 접속되고 애노드가 노드(136a)에 접속된 다이오드로서 도시되어, 제 1 단방향 회로(162)의 단방향 특성은 제 2 단방향 회로(166)와 마주 보고 있는 구조가 도시되어 있다. 단방향 회로와 같은 다이오드의 구현은 단지 1 볼트 전원 공급 장치(one volt power supply)에서만 작동할 수 있지만, 예를 들어, 보다 높은 전력 공급 전압을 위해 작동하는 실리콘 제어 정류기(silicon controlled-rectifier: SCR)를 사용하는 회로를 포함하는 다양한 다른 회로가 고안될 수 있다. 이러한 단방향 회로의 구현예는 하기에 보다 상세히 기술되어 있지만, 본 명세서에서 설명된 임의의 구현예와 관련하여 사용될 수 있다.
유사한 방식으로, 제 2 열 요소(168)는 제 2 단방향 회로(166)와 전기적으로 직렬 연결되며, 가장 단순한 형태이 다이오드로서 도시되어 있다. 제 1 열 요소(164) 및 제 1 단방향 회로(162)는 전력 노드(138a)와 전력 노드(136a) 사이의 제 2 열 요소(168) 및 제 2 단방향 회로(166)와 병렬이다. 따라서, 제어부(110)가 노드(136a)에 양 전압을, 노드(138a)에 음 전압을 인가하면, 전력은 제 1 쌍(146a)의 제 1 열 요소(164) 및 제 2 열 요소(168) 양단에 인가될 것이다. 이와 같이, 제 1 단방향 회로(162)는 양의 전압이 노드(138a)에 인가되면 전류가 제 1 열 요소(164)를 통해 흐르도록 허용하지만, 양의 전압이 노드(136a)에 제공되고 음의 전압이 노드(138a)에 제공되는 경우에는 전류가 흐르는 것을 방지한다. 반면, 양의 전압이 노드(136a)에 인가되고 음의 전압이 노드(138a)에 인가되면, 전류는 제 2 열 요소(168)를 통해 흐르게 된다. 그러나, 극성이 전환되면 제 2 열 요소(168)를 통한 전류 흐름은 제 2 단방향 회로(166)에 의해 방지된다.
또한, 그룹 내의 열 요소의 쌍들 각각은 전력 노드(136a, 136b, 136c)의 제 1 그룹의 상이한 전력 노드에 접속된다. 따라서, 제 1 그룹(160)의 열 요소(146a)의 제 1 쌍은 노드(136a)와 노드(138a) 사이에 연결된다. 열 요소(146b)의 제 2 쌍은 전력 노드(136b)와 전력 노드(138a) 사이에 연결되고, 그룹(160)의 열 요소의 제 3 쌍 (146c)은 전력 노드(136c)와 전력 노드(138a) 사이에 연결된다. 이와 같이, 제어부 (110)는 전원 노드(138a)를 전력 공급 또는 복귀를 수행 가능하도록 연결함으로써 열 요소의 그룹을 선택하도록 구성될 수 있고, 이후 노드(136a, 136b, 136c) 중 하나를 전력 공급 또는 복귀를 수행 가능하도록 연결함으로써 열 요소들의 쌍(146a, 146b, 146c)이 선택될 수 있다. 또한, 제어부(110)는 노드(138a)와 노드(136a, 136b, 136c) 사이에 제공된 전압의 극성에 기초하여 각 쌍의 제 1 요소 또는 각 쌍의 제 2 요소에 전력을 제공하도록 선택할 수 있다.
동일한 방식으로, 열 요소들의 제 2 그룹(170)은 제 2 노드 그룹의 노드(138b)와 노드 (136a, 136b, 136c) 사이에 연결된다. 이와 같이, 전력 노드(136a)를 사용하여 그룹(170)의 열 요소의 제1쌍(146d)이 선택될 수 있고, 노드(136b, 136c) 각각에 의해 그룹(170)의 열 요소의 제2쌍(146e) 및 제3쌍(146f)이 선택될 수 있다.
마찬가지로, 열 요소들의 제 2 그룹(180)은 노드들의 제 2 그룹의 노드(138c)와 노드 (136a, 136b, 136c) 사이에 연결된다. 그룹(180)의 열 요소들의 제 1 쌍(146g)은 전력 노드(136a)를 사용하여 선택될 수 있고, 그룹(170)의 열 요소들의 제 2 쌍(146h) 및 제 3 쌍(146i)은 각각 노드 (136b, 136c)에 의해 선택될 수 있다.
도시된 구현예에 있어서, 제어부(110)는 복수의 스위치를 조작하여 양극 전력 라인(120)을 전력 노드의 제 1 그룹 중 하나에 연결하고 음극 전력 라인(122)을 전력 노드의 제 2그룹에 연결할 수 있다. 또는, 대안적으로, 제어부(110)는 복수의 스위치를 조작하여 양극 전력 라인 (120)을 전력 노드의 제 2 그룹에 연결하고 음극 전력 라인 (122)을 전력 노드의 제 1 그룹에 각각 연결할 수 있다. 제어부(110)는 제1극성 제어 스위치(140) 및 제2극성 제어 스위치(142)에 제어 신호(124)를 제공한다. 제1극성 제어 스위치(140)는 전력 노드의 제 1 그룹을 양극 전력 라인(120) 또는 음극 전력 라인(122)에 연결할 수 있으며, 제2극성 스위치(142)는 전력 노드의 제 2 그룹을 양극 전력 라인(120) 또는 음극 전력 라인(122)에 연결할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 제 1 그룹 전력 스위치(130, 132, 134)에 제어 신호(126)를 제공한다. 스위치들(130, 132, 134)은 스위치(140)의 출력(양극 전력 라인(120) 또는 음극 전력 라인(122))을 제 1 노드(136a), 제 2 노드(136b) 및 제 3 노드(136c)에 각각 연결한다. 또한, 제어부(110)는 제 2 그룹 전력 스위치(150, 152, 154)에 제어 신호 (128)를 제공한다. 스위치들(150, 152, 154)은 스위치(142)의 출력(양극 전력 라인(120) 또는 음극 전력 라인(122))을 제1노드(138a), 제2노드(138b) 및 제3노드(138c)에 각각 연결한다.
그러므로, 열 요소를 적어도 세 개의 전력 노드에 연결하거나, 한 노드의 다른 노드에 대한 극성을 제어하거나, 또는 열 요소를 주소 할당 가능한 스위치에 연결함으로써, 열 요소(또는 저항요소)를 활성화 또는 비활성화 시킬 수 있다.
도 6은 18개의 열 요소들이 전력 제어 모듈에 연결되고, 전력 제어 모듈은 제어부 (110) 및 다양한 전력 노드들 및 스위치들을 포함하는 것을 도시하지만, 열 요소들의 수는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 증가 또는 감소될 수 있다는 것은 이해 가능한 일이다. 예를 들어, 도 5의 저항요소(60)가 적절하게 배열되어 제1, 제 2 및 제3그룹(160, 170, 180) 중 어느 하나를 형성하고 제어부(110) 및 다양한 전력 노드 및 스위치에 연결될 수 있으며, 제어부(110)는 이러한 저항요소들을 독립적으로 활성화 또는 비활성화 시킬 수 있다.
이러한 구조로, 카트리지 히터(50)의 복수의 가열 영역(62)은 독립적으로 제어되어 카트리지 히터(50)의 길이를 따라 전력 출력 또는 열 분포를 변화시킬 수 있다. 전력 제어 모듈(26)은 전력을 변조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 가열 영역 (62)은, 다양한 가열 조건 및/또는 개별적인 히터 유닛(52)의 수명 및 신뢰성, 히터 유닛(52)의 크기 및 비용, 국부 히터 자속, 히터 유닛(52)의 특성 및 작동 및 전체 전력 출력을 포함하나 이에 한정되지 않는 가열 요건에 따라, 개별적으로 그리고 동적으로 제어될 수 있다.
각각의 회로는 원하는 온도 및 전력 수준에서 개별적으로 제어되어 온도 및/또는 전력의 분포가 시스템 파라미터(예: 제조 변동/공차, 환경 조건의 변화, 입구 온도, 입구 온도 분포, 유속, 속도 분포, 유체 구성, 유체 열용량 등의 유입 유동 조건의 변화)에 따라 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 제조 변동 및 시간에 따른 히터의 열화 정도로 인해, 히터 유닛(52)은 동일한 전력 수준 하에서 작동될 때 동일한 열 출력을 생성하지 않을 수 있다. 히터 유닛(52)은 독립적으로 제어되어 원하는 열 분포에 따라 열 출력을 조절할 수 있다. 히터 시스템의 부품의 개별 제조 공차 및 히터 시스템의 조립 공차는 전원의 변조된 전력의 함수로서 증가한다. 달리 말하면, 히터 제어의 충실도가 높기 때문에, 개별 부품의 제조 허용 오차는 그렇게 좁거나 엄격하지 않아도 좋다.
대안적으로, 도 7을 참조하면, 도 5의 열 요소 또는 저항요소들(60) 각각은 양극 노드(514)와 음극 노드(516) 사이의 주소 할당 가능한 스위치에 전기적으로 직렬 연결될 수 있다. 주소 할당 가능한 스위치는, 예를 들어, 트랜지스터, 콤퍼레이터 및 실리콘 제어 정류소자(silicon controlled rectifier: SCR)를 포함하는 분별된 소자들의 회로일 수 있으며, 또는 예를 들어, 마이크로 프로세서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array: FPGA) 또는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)를 포함하는 통합 장치일 수 있다. 양극 노드(514) 및/또는 음극 노드(516)를 통해 신호가 주소 할당 가능한 스위치들(524)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 전력 신호는 주파수 변조되거나, 진폭 변조되거나, 듀티 사이클 변조될 수 있으며, 또는 현재 활성화 될 하나 이상의 스위치를 식별할 수 있는 스위치 식별자를 제공하는 캐리어 신호를 포함할 수 있다. 또한, 스위치 온(switch on), 스위치 오프(switch off) 또는 캘리브레이션 커맨드와 같은 다양한 커맨드가 동일한 통신 매체를 통해 제공될 수 있다. 하나의 예에서, 3개의 식별자가 모든 주소 할당 가능한 스위치에 전달되어 27개의 주소 할당 가능한 스위치를 제어할 수 있고, 27개의 열 요소를 독립적으로 활성화 또는 비활성화 시킬 수 있다. 각각의 열 요소(522) 및 주소 할당 가능한 스위치(524)는 양극 노드(514)와 음극 노드(516)의 사이에 연결된 주소 할당 가능한 모듈(520)을 형성한다. 각각의 주소 할당 가능한 스위치는 전력 라인으로부터 전력 및 통신을 수신할 수 있으므로, 제1노드(514) 및/또는 제2노드(516)에 개별적으로 연결될 수 있다.
주소 할당 가능한 모듈들 각각은 고유 ID를 가질 수 있고 각각의 식별자에 기초하여 그룹들로 분리될 수 있다. 예를 들어, 제 1 행의 모든 모든 주소 할당 가능한 모듈들(520, 530, 532, 534, 536, 538, 540, 542, 544)은 1의 x식별자 값을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제2행의 모든 주소 할당 가능한 모듈들(546, 548, 550, 552, 554, 556, 558, 560, 562)은 2의 x식별자 값을 가질 수 있는 한편, 제3행의 모든 주소 할당 가능한 모듈들(564, 566, 568, 570, 572, 574, 576, 578, 580)의 x식별자 값은 3일 수 있다. 동일한 방식으로, 첫 번째 3 개 열(582)의 주소 할당 가능 모듈들(520, 530, 532, 546, 548, 550, 564, 566, 568)은 1의 z식별자 값을 가질 수 있다. 한편, 두 번째 3 개 열(584)은 2의 z식별자 값을 가질 수 있으며, 세 번째 3 개 열(586)은 3의 z식별자 값을 가질 수 있다. 마찬가지로, 그룹 내의 모듈 각각에 주소를 할당하기 위해서, 각각의 주소 할당 가능한 모듈은 각각의 그룹 내에서 고유한 y식별자를 가진다. 예를 들어, 그룹(526)에서, 주소 할당 가능한 모듈(534)은 1의 y식별자 값을 가지며, 주소 할당 가능한 모듈(536)은 2의 y식별자 값을 가지며, 주소 할당 가능한 모듈(538)은 3의 y식별자 값을 갖는다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 형태에 따른 히터(70)는 코일 형태의 저항요소(72), 저항요소(72)를 둘러싸는 절연 재료(74) 및 절연 재료(74)를 둘러싸는 관형 피복(76)을 포함하는 관형 히터일 수 있다. 절연 재료는 필요로 하는 절연 내력, 열전도도 및 수명을 갖는 물질일 수 있으며, 산화 마그네슘 (MgO)을 포함할 수 있다. 저항요소(72)는 한 쌍의 전력 전도 핀(78) (도 8에는 하나만이 도시되어 있음) 에 연결될 수 있으며, 전력 전도 핀(78)은 관형 피복(76) 으로부터 돌출되어 전기 리드(28)의 쌍(도 1에 도시됨)을 통해 2 선식 제어부(24) (도 1에 도시됨)에 연결된다. 저항요소(72)는 열을 발생시키며, 열은 관형 피복(76)으로 전달되어 차례로 주변 환경 또는 부품을 가열한다. 관형 히터(70)는 관형 히터(70)를 반도체 처리 챔버의 벽과 같은 장치에 장착하기 위한 마운팅 부재(80)를 더 포함할 수 있다.
도 1의 저항요소(34)와 유사하게, 저항요소(72)는 니켈, 스테인레스 강, 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 지르코늄, 백금, 몰리브덴, 티탄, 니켈 구리 합금, 또는 니실(Nisil) 로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 비교적 높은 TCR을 포함하는 저항요소(72)는 단지 2 개의 와이어(즉, 한 쌍의 전기 리드 (28))를 통한 저항 피드백 제어를 가능하게 한다. 열 드리프트를 피하거나 감소시키기 위해, 저항요소(72)는 니켈, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅을 더 포함할 수 있다. 코팅은 온도 센서로 사용하기에 충분히 높은 TCR을 유지하면서 더 큰 안정성을 제공할 수 있습니다.
관형 히터(70)의 일 형태에서, 저항요소(72)는 약 95 % 이상의 니켈을 포함하는 재료일 수 있으며, 전술한 바와 같이 MgO와 같은 광물 절연체 및 피복(76)을 위한 금속 재료를 포함할 수 있다. 이러한 히터 구조는 개선된 저항 안정성 및 히터 제어를 제공한다. 본 발명의 또 다른 형태에서, 이러한 관형 히터 구성은 본원에 설명된 전력 제어 모듈 및 제어부의 다양한 형태를 포함하는 제어 기술과 추가로 결합될 수 있으며, 제어부 및/또는 전력 제어 모듈에 의해 온도 드리프트와 같은 특정 재료 특성이 보상될 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 형태에 따른 히터는 기층(92) 상에 배치되는 복수의 층을 포함하는 층형 히터(90) 일 수 있으며, 기층(92)은 가열될 부분 또는 장치 근처에 배치된 별개의 요소일 수 있거나, 가열될 부분 또는 장치 그 자체일 수 있다. 층형 히터는 기층 또는 다른 층에 재료를 축적 또는 증착하는 단계를 포함하는 적층 공정에 의해 형성된 적어도 하나의 기능층을 포함한다. 적층 공정은 후막, 박막, 용사 또는 졸-겔(sol-gel) 공정 일 수 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 층은 유전층(94), 저항층(96) 및 보호층(98)을 포함한다. 유전층(94)은 기층(92)과 저항층(96) 사이의 전기적 절연을 제공하며, 층형 히터(90)의 전력 출력에 상응하는 두께로 기층(92) 상에 배치된다. 저항층(96)은 유전층(94) 상에 배치되며 본 발명에 따른 2 개의 주요 기능을 제공한다. 첫째, 저항층(96)은 층형 히터(90)를 위한 저항 히터 회로이며, 그로 인해 기층(92)에 열을 제공한다. 둘째, 저항층(96)은 또한 온도 센서이며, 저항층(96)의 저항은 층형 히터(90)의 온도를 결정하는 데 사용된다. 보호층(98)은 절연체의 일 형태이지만, 전도성 재료 등과 같은 다른 재료 또한 특정한 가열 응용의 요구 조건에 따라 사용될 수 있으며, 이 역시 본 발명의 범위 내에 있다.
터미널 패드(100)는 유전층(94) 상에 배치되며 저항층(96)과 접촉한다. 따라서, 전기 리드(28)가 터미널 패드(100)와 접촉하여 저항층(96)을 2선식 제어부(22) (도 1에 도시됨)에 연결하여 전력을 공급하고 온도 정보를 2선식 제어부(22)에 전달한다. 또한, 보호 층(98)은 저항층(96) 위에 배치되어 저항층(96)을 동작 환경으로부터 전기적으로 절연하고 보호하기 위한 유전체의 일 형태이다. 저항층(96)이 가열 요소 및 온도 센서의 기능을 모두 수행하기 때문에, 히터 시스템에는 하나의 전기 리드(28) 세트(예: 2개의 와이어)만이 필요하며, 층형 히터(90)를 위해 하나의 세트를 구비하고 별도의 온도 센서를 위해 또 하나의 세트를 구비할 필요가 없게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 히터 시스템을 사용할 경우 임의의 주어진 히터 시스템을 위한 전기 리드의 수를 50% 줄일 수 있다. 또한, 저항층(96) 전체가 히터 요소인 동시에 온도 센서이기 때문에, 열전쌍(thermocouple)과 같은 종래의 온도 센서에서는 한 지점에서만 온도를 감지할 수 있는 것과는 달리, 전체 히터 요소에 걸쳐서 온도를 감지할 수 있다.
도 1의 저항요소(34)와 유사하게, 저항층(94)은 니켈, 스테인레스 스틸, 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. 비교적 높은 TCR을 갖는 저항층(94)은 단지 2 개의 와이어(즉, 한 쌍의 전기 리드 (28))만을 통한 저항 피드백 제어를 가능하게 한다.
열 드리프트를 감소시키기 위한 높은 TCR 및/또는 열 드리프트를 감소시키는 코팅을 갖는 저항요소는 당 업계에 공지된 임의의 히터에 적용될 수 있으며, 카트리지 히터, 관형 히터, 케이블 히터 및 본원에 기술된 바와 같은 층형 히터를 포함할 수 있고, 또한 실리콘-고무 히터에 추가로 적용될 수 있다.
본 발명과 관련된 분야의 통상적인 기술자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 상기의 설명은 본 발명의 원리를 예시적으로 설명하기 위한 것이다. 이 설명은 하기 청구항에 정의된 본 발명의 범위 또는 응용을 제한하려는 것이 아니며, 설명된 실시예들은 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 수정, 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

  1. 히터 및 온도 센서로서 기능하도록, 95% 이상의 니켈을 포함하는 물질로 구성되며 1,000 ppm 이상의 저항온도계수(temperature coefficient of resistance: TCR)를 가지는 저항요소; 및
    상기 저항요소의 계산된 저항값을 기준 온도와 주기적으로 비교하여 작동 중 시간에 따른 저항 드리프트를 조절함으로써 상기 저항요소의 온도 드리프트가 500℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에 걸쳐 1 % 미만이 되도록 제어하도록 구성된 전력 제어 모듈 및 2선식 제어부를 포함하는 히터 제어 모듈; 을 포함하는, 히터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항요소를 둘러싸는 절연재료 및 상기 절연재료를 둘러싸는 피복을 더 포함하는, 히터 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연재료는 산화 마그네슘(MgO)을 포함하며, 상기 피복은 금속재료로 구성된 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항요소는 니켈, 니켈 합금, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드, 코발트 합금, 철 합금 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 재료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항요소는 니켈, 니켈 합금, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드, 코발트 합금, 철 합금 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    1,000 ppm 이상의 TCR을 가지며 95% 이상의 니켈을 포함하는 물질로 구성된 복수의 저항요소를 더 포함하는, 히터 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 복수의 전력 노드를 가지는 전력 제어 모듈을 더 포함하며,
    상기 복수의 저항요소 각각은 상기 복수의 전력 노드의 제1전력노드와 제2전력노드 사이에 연결되고, 상기 저항요소 각각은 상기 저항요소를 활성화 및 비활성화 시키도록 구성된 주소 할당 가능한 스위치에 연결되며, 상기 저항요소 각각은 독립적으로 상기 전력 제어 모듈에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 세 개 이상의 전력 노드를 가지는 전력 제어 모듈을 더 포함하며,
    상기 복수의 저항요소들의 저항요소는 상기 전력 노드들의 각각의 쌍 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 복수의 전력 노드를 가지는 전력 제어 모듈; 을 더 포함하며,
    상기 복수의 저항요소의 제1저항요소 및 제2저항요소는 상기 복수의 전력 노드의 제1전력노드와 제2전력노드 사이에 연결되고, 상기 제2전력노드에 대한 상기 제1전력노드의 제1극성에 의해 상기 제1저항요소가 활성화되고 상기 제2저항요소는 비활성화되며, 상기 제2전력노드에 대한 상기 제1전력노드의 제2극성에 의해 상기 제1저항요소가 비활성화되고 상기 제2저항요소는 활성화되는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 1,000 ppm 이상의 TCR을 가지며 95% 이상의 니켈을 포함하는 물질로 구성된 복수의 저항요소; 및 복수의 독립적으로 제어 가능한 영역; 을 더 포함하며,
    상기 복수의 독립적으로 제어 가능한 영역 각각은 상기 복수의 저항요소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 저항요소는 니켈, 니켈 구리 합금, 몰리브덴-니켈 합금, 니오븀, 니켈-철 합금, 탄탈룸, 지르코늄, 텅스텐, 몰리브덴, 스테인레스 강, 니실(Nisil), 및 티탄 으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 저항요소는 적층 공정에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 히터 시스템.
  13. 저항요소의 계산된 저항값을 기준 온도와 주기적으로 비교하여, 상기 저항요소의 시간에 따른 저항 드리프트가 500℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에 걸쳐 1 % 미만이 되도록 조절하는 단계; 를 포함하며,
    상기 저항요소는 95% 이상의 니켈 및 1,000 ppm 이상의 저항온도계수(temperature coefficient of resistance: TCR)를 가지는 물질을 포함함으로써 히터 및 온도 센서로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템의 작동방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 저항요소의 저항 및 와트 밀도(watt density)의 범위를 수용하도록 전력 신호의 전압을 변화시키는 단계; 를 더 포함하는, 히터 시스템의 작동방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 계산된 저항값에 기초하여 제어 알고리즘(control algorithm)을 구현하는 단계; 를 더 포함하는, 히터 시스템의 작동방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 히터 시스템은 복수의 저항 요소를 더 포함하고, 상기 저항요소 각각은 1,000 ppm 이상의 TCR을 가지는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템의 작동방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 히터 시스템은 복수의 독립적으로 제어 가능한 영역을 더 포함하며, 상기 복수의 독립적으로 제어 가능한 영역 각각은 상기 복수의 저항요소 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템의 작동방법.
  18. 1,000 ppm 이상의 저항온도계수(temperature coefficient of resistance: TCR)를 가지는 저항요소; 를 포함하며, 상기 저항요소는 95% 이상의 니켈을 포함하는 물질로 구성되어 히터 및 온도 센서로서 기능하고,
    전력 제어 모듈 및 2선식 제어부를 포함하는 히터 제어 모듈이 상기 저항요소의 계산된 저항값을 기준 온도와 주기적으로 비교하여 작동 중 시간에 따른 저항 드리프트를 조절함으로써 상기 저항요소의 온도 드리프트가 500℃ 내지 1,000℃의 온도 범위에 걸쳐 1 % 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템에서 사용되는 히터.
  19. 제18항에 있어서, 복수의 전력 노드의 제1전력노드와 제2전력노드 사이에 연결된 복수의 저항요소를 더 포함하며,
    상기 저항요소 각각은 상기 저항요소를 활성화 및 비활성화 시키도록 구성된 주소 할당 가능한 스위치에 연결되며, 상기 저항요소 각각은 독립적으로 상기 전력 제어 모듈에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템에서 사용되는 히터.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 저항요소는 니켈, 니켈 합금, 니켈-크롬 합금, 철-크롬-알루미늄 합금, 니켈 알루미나이드, 코발트 합금, 철 합금 및 귀금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 코팅 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 히터 시스템에서 사용되는 히터.
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