KR20200091591A

KR20200091591A - 세라믹 히터

Info

Publication number: KR20200091591A
Application number: KR1020190008526A
Authority: KR
Inventors: 윤수원; 황철호
Original assignee: 주식회사 미코세라믹스
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-31
Also published as: WO2020153596A1; CN112930710A; US20220046761A1; CN112930710B; TW202029831A; KR102630201B1; US12089296B2

Abstract

본 발명은 세라믹 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 동심원주를 연결하는 이음부 쌍의 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심(420)을 지나지 않도록 발열체의 동심원주 이음부가 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 세라믹 히터에 포함된 발열체의 저온 영역을 완화하여 세라믹 플레이트 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터를 제공할 수 있는 효과가 있고, 부가적인 장치의 추가 없이, 세라믹 히터에 포함된 발열체의 동심원주를 연결하는 이음부 구조의 설계 변경만을 통하여 세라믹 히터 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터(100)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

세라믹 히터{ceramic heater}

본 발명은 세라믹 히터에 관한 것으로서, 세라믹 히터 가열 면의 온도 분포를 균일하게 구현하기 위하여 세라믹 히터 발열체의 각 동심원주 이음부 쌍의 대칭축의 연장선이 세라믹 플레이트의 중심을 지나지 않도록 세라믹 히터 발열체의 동심원주 이음부가 형성된 세라믹 히터에 관한 발명이다.

세라믹 히터(CERAMIC HEATER)는 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 플렉시블 기판 등 다양한 목적의 열처리 대상체를 소정의 가열 온도에서 열처리하기 위하여 사용된다. 일반적으로 세라믹 히터는 외부의 전극으로부터 전력을 공급받아 발열되는 세라믹 플레이트(CERAMIC PLATE)를 포함하고, 세라믹 플레이트는 세라믹 플레이트 내부에 매설되는 소정의 저항을 갖는 발열체를 포함한다. 세라믹 히터 가열 면의 온도 분포는 매설된 발열체의 배치 및 설계로 조절 가능한데, 발열체의 간격, 발열체의 모양, 발열체의 소재 및 발열체의 굵기 등의 변화에 따라 세라믹 히터 가열 면의 온도 분포가 조절될 수 있다.

도 1은 세라믹 히터(100) 구조의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 세라믹 히터(100)는 발열체를 포함하는 세라믹 플레이트(110)와 발열체에 전력을 공급하기 위해서 전력 공급 라인이 포함된 샤프트(SHAFT) (120)를 포함할 수 있다. 세라믹 플레이트(110)는 가열 대상 물체가 위치하는 가열 면을 포함할 수 있고, 발열체에서 공급되는 열을 이용하여 가열 대상 물체에 기 설계된 온도로 열을 전달할 수 있도록 설계될 수 있다. 샤프트(120)는 세라믹 플레이트(110)에 포함된 발열체에 전력을 공급할 수 있는 전력 라인을 포함할 수 있다.

도 2는 종래 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조의 일 실시 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 세라믹 히터를 설계함에 있어서, 하나의 발열체 만을 이용하여 세라믹 히터를 설계할 수도 있고, 세라믹 히터에 2 이상의 독립된 발열체를 매설하여 세라믹 히터를 설계할 수도 있는다. 도 2 (a)는 하나의 발열체를 이용하여 설계된 종래 1-zone 세라믹 히터의 발열체(210) 구조를 도시하고 도 2 (b)는 2 이상의 독립된 발열체를 매설하여 설계된 세라믹 히터의 일 예로서, 두 개의 발열체를 이용하여 설계된 종래 2-zone 세라믹 히터의 발열체(220) 구조를 도시한다.

도 2 (a) 및 (b)의 세라믹 히터에 포함된 발열체는 외부로부터 전력을 공급받기 위하여 세라믹 플레이트(110)에서 샤프트(120)에 대응되는 위치에 전극이 존재하도록 발열체의 구조가 설계될 수 있는데, 이 과정에서 발열체가 약 90 도의 각도로 꺾이는 꺾임부를 포함할 수 있다. 세라믹 플레이트의 가열 면의 온도 균일도 향상을 위하여 발열체 꺾임 부는 발열체를 포함하는 2차원 평면에서 일정한 패턴을 가지며 나란하게 형성될 수 있다. 반도체 공정에서 세라믹 히터는 가열 대상 물체(예를 들어, wafer)에 열을 전달하는 부품으로서, 세라믹 플레이트(110)의 가열 면으로부터 가열 대상 물체로 전달되는 온도 균일도(Uniformity)가 좋아야 가열 대상 물체에 균일한 박막이 쌓일 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 세라믹 플레이트(110)의 가열 면 온도 균일도에 가장 중요한 역할을 하는 것은 세라믹 플레이트 내부에 포함된 발열체 이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 발열체 제작을 위해서는 꺾임부가 필요한 경우가 있는데, 발열체의 구조 설계 과정에서 꺾임부 주변의 발열체 모양은 그 외의 부분의 발열체 모양과 다르기 때문에 발열체 꺾임부에 대응되는 세라믹 플레이트의 가열 면 부분의 온도는 그 외의 부분과 차이가 나게 되어, 세라믹 플레이트의 가열 면 온도 균일도(Uniformity)가 파괴될 수 있는 문제점이 있다. 세라믹 플레이트의 가열 면 온도 균일도(Uniformity)가 파괴될 수 있는 일 예로, 도 2 (a)를 참조하면, 종래 1-zone 발열체(210)가 포함된 평면에서 작은 동그라미 부분은 저온 영역(211, 212, 213, 214, 215)으로서, 저온 영역에 대응되는 세라믹 플레이트의 가열 면 영역에 주변의 온도보다 낮은 온도가 형성되는 현상이 발생할 수 있다. 그리고, 도 2 (b)를 참조하면, 종래 2-zone 발열체(220)가 포함된 평면에서 작은 동그라미 부분은 저온 영역(221, 222, 223, 224)으로서, 저온 영역에 대응되는 세라믹 플레이트의 가열 면 영역에 주변의 온도보다 낮은 온도가 형성되는 현상이 발생할 수 있다.

도 3은 도 2 (a)에 도시된 종래 1-zone 발열체(210)의 저온 영역을 포함하는 일부 영역(230)을 확대하여 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 발열체는 2이상의 동심원주 및 각 동심원주를 연결하는 제1 이음부 내지 제4 이음부(310, 320, 330, 340)및 상기 동심원주와 상기 이음부를 연결시키는 제1 꺾임부 내지 제6 꺾임부(301, 302, 303, 304, 305, 306)를 포함할 수 있다. 이웃한 2개의 동심원주를 연결하는 제1 이음부 내지 제4 이음부(310, 320, 330, 340)는 쌍으로 형성될 수 있는데, 이음부 쌍(310 및 320, 330 및 340)은 서로 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 나란한 방향으로 형성된 이음부 쌍(310 및 320, 330 및 340)을 길이 방향으로 연장한 선(361, 362)은 이음부 쌍(310 및 320, 330 및 340) 사이에 형성되고 이음부 쌍과 나란한 방향의 "이음부 쌍 대칭축(360)"을 기준으로 선대칭 형상의 배치를 가질 수 있다. 상기와 같이, 종래 1-zone 발열체(210)의 이음부(310, 320)는 이음부 쌍 대칭축(360)이 발열체의 중심을 지나도록 형성될 수 있고, 종래 1-zone 발열체에 포함된 모든 동심원주를 연결하는 이음부 쌍 대칭축(360)이 상기와 같이 발열체의 중심을 지나는 구조로 설계된 경우에는 도 2에서 도시된 바와 같이 저온 영역(211, 212, 213, 214, 215, 221, 222, 223, 224)이 형성될 수 있는 문제점이 있다.

도 3을 참조하여, 발열체(210)의 저온 영역 형성에 관하여 보다 자세하게 설명하면, 일반적으로 발열체(210) 동심원주간 간격(C)은 일정하게 형성될 수 있다. 발열체(210)의 저온 영역은 이음부 쌍으로 연결되지 않은 이웃한 동심원주의 꺾임부들(303, 304, 305, 306) 사이에 형성될 수 있는데, 제4 꺾임부(304) 및 제5 꺾임부(305)를 연결하는 선분 A와 제3 꺾임부(303)와 제6 꺾임부(306)를 연결하는 선분 B는 서로 교차되는 교점(350)을 형성할 수 있고, 상기 A와 B의 교점(350)은 세라믹 플레이트(110)의 발열체가 포함된 평면의 모든 점들 중에서 발열체로부터 가장 멀리 이격 되어 있는 지점일 수 있다. 그 최대 이격 거리는 A/2 또는 B/2 일 수 있다. 따라서, 상기 A와 B의 교점(350)은 저온 영역을 형성할 수 있고, 저온 영역에 대응되는 발열체의 가열 면 영역은 주변의 온도보다 낮은 온도가 형성될 수 있어 세라믹 플레이트의 가열 면 온도 균일도(Uniformity)가 파괴될 수 있는 문제점이 있다.

그리고, 상기 저온 영역을 감소시키기 위하여 발열체(210)의 이음부 간의 거리(D)를 좁히게 되면 발열체(210)의 이음부 사이의 영역에 대응되는 세라믹 플레이트(110) 가열 면의 온도가 주변의 온도보다 높은 온도가 형성되어 세라믹 플레이트의 가열 면 온도 균일도(Uniformity)가 파괴될 수 있기 때문에 이음부 간의 거리(D)를 조정하는 방법으로 저온 영역을 감소시키는 것은 바람직하지 않은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 세라믹 히터에 포함된 발열체의 저온 영역을 완화하여 세라믹 플레이트 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 세라믹 히터에 포함된 발열체의 동심원주 이음부 구조의 설계 변경을 통하여 세라믹 히터 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터를 제공하는데 있다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 동심원주를 연결하는 이음부 쌍의 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심(420)을 지나지 않도록 발열체의 동심원주 이음부가 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터를 제공한다.

또한, 상기 발열체의 중심(420)을 기준으로 어느 한 방향인 제1 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축이 평행을 이루고, 상기 발열체의 중심(420)을 기준으로 제1 방향과 다른 어느 한 방향인 제2 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축이 평행을 이룰 수 있다.

또한, 상기 제1 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축과 상기 제2 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축은 평행하되, 상기 제1 방향 및 제2 방향은 발열체의 중심(420)을 기준으로 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체의 각 이음각이 임계각보다 크고 직각보다 작은 크기이되, 상기 이음각은 상기 발열체의 이음부 쌍 대칭축과 뻗음선이 이루는 각 중에서 예각이고, 임계각은 상기 발열체의 이음부 쌍과 연결된 어느 한 꺾임부가 뻗음선 위에 위치하게 되는 경우에, 이음부 쌍 대칭 축과 뻗음선이 이루는 각 중에서 예각일 수 있다.

또한, 상기 이음각은 30도 이상 60도 이하일 수 있다.

또한, 상기 발열체(400)의 소재는 Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발열체(400)의 소재는 Ti 또는 C 중 어느 하나의 소재와 혼합되거나 어느 하나의 소재로 코팅될 수 있다.

본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 의하면, 세라믹 히터에 포함된 발열체의 저온 영역을 완화하여 세라믹 플레이트 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터를 제공할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 의하면, 부가적인 장치의 추가 없이, 세라믹 히터에 포함된 발열체의 동심원주를 연결하는 이음부 구조의 설계 변경만을 통하여 세라믹 히터 가열 면의 온도 균일도가 향상된 세라믹 히터(100)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 세라믹 히터(100) 구조의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2 (a)에 도시된 종래 1-zone 발열체(210)의 저온 영역을 포함하는 일부 영역(230)을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 일부 영역(410)을 보다 자세하게 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 뻗음선의 정의를 위하여 발열체의 일부 영역을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체의 다양한 구조를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 2-zone 발열체(1000)의 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 이음각(J)에 따른 세라믹 히터(100)의 가열 면 온도 분포를 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참고하면, 발열체에 전력을 공급하기 위하여 발열체(400)의 전극이 샤프트(120)에 대응되는 영역 내에 위치할 수 있도록 발열체(400)의 전극이 형성되는 발열체(400)의 양 끝 단은 발열체(400)의 중심 부분에 가까이 위치하도록 설계될 수 있다. 그리고, 발열체(400)에는 복수의 동심원주를 연결하는 복수의 이음부 쌍이 포함될 수 있는데, 상기 이음부 쌍들이 종래의 발열체에 포함된 형태와 같이 일직선상에 위치하지 않고, 사선 방향으로 형성될 수 있다. 복수의 이음부 쌍의 연결 방향에 대하여 아래에서 보다 자세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 일부 영역(410)을 보다 자세하게 도시한 도면이다.

도 5에는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터에 포함된 1-zone 발열체(400)의 이음부 쌍을 포함하는 일부 영역(410)이 확대되어 도시되어 있다. 도 5를 참조하여 이음부 쌍 구조를 보다 자세하게 설명하면, 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)는 복수의 동심원주를 형성하고, 각 동심원주는 이음부(510, 520, 530, 540)로 연결될 수 있으며, 각 동심원주와 이음부는 꺾임부(501, 502, 503, 504, 505, 506)를 통하여 연결되는 구조를 가질 수 있다.

도 5에 도시된 어느 한 이음부 쌍(510, 520) 중에서 제1 이음부(510)는 제1 꺾임부(501) 및 제3 꺾임부(503)를 통하여 이웃한 2개의 동심원주와 연결되는 구조를 가질 수 있고, 제2 이음부(520)는 제2 꺾임부(502) 및 제4 꺾임부(504)를 통하여 2개의 이웃한 동심원주와 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이 때, 제1 이음부(510)를 연장한 직선 및 제2 이음부(520)를 연장한 직선은 제1 이음부 쌍 대칭축(550)을 기준으로 선대칭 형태일 수 있다. 도 5에 도시된 또 다른 이음부 쌍(530, 540)에 대하여, 제3 이음부(530)를 연장한 직선 및 제4 이음부(540)를 연장한 직선은 제2 이음부 쌍 대칭축(560)을 기준으로 선대칭 형태일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열체(400)에 포함된 각 이음부 쌍은 이음부를 연장한 직선의 가상의 대칭선인 이음부 쌍 대칭축을 하나씩 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 뻗음선의 정의를 위하여 발열체의 일부 영역(410)을 확대하여 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 설계에서 이음부가 사선으로 형성될 때, 이음부가 형성되는 각도를 결정하는 기준이 되는 가상의 선을 설정할 수 있는데, 이하에서, 이를 뻗음선(740, 750)이라고 한다.

도 6을 참조하여 뻗음선을 보다 자세하게 정의하면, 뻗음선이란, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체의 동심원주의 중심인 발열체의 중심(420)으로부터 동심원주 이음부 쌍의 중심(600) 방향으로 연장되는 반 직선으로서, 동심원주 이음부 쌍의 중심(600)은 발열체의 어느 한 이음부 쌍(510, 520)과 연결된 4개의 꺾임부(501, 502, 503, 504)를 대각 방향으로 제1 꺾임부(501)와 제4 꺾임부(504)를 연결하여 형성되는 선분(M)과, 제2 꺾임부(502)와 제3 꺾임부(503)를 연결하여 형성되는 선분(N)이 만나서 형성되는 교점이다. 일반적인 발열체의 설계에 있어서, 뻗음선은 발열체의 중심으로부터 2개의 방향으로 형성되는 것이 보편적일 수 있으나, 뻗음선이 3 이상의 방향으로 형성된 발열체도 있을 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체의 구조에서는 발열체의 중심(420)으로부터 2개의 뻗음선(740, 750)이 형성되어 있다고 가정하고, 2개의 뻗음선(740, 750)이 형성하는 각도는 180도라고 가정한다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조의 일 예시일 뿐이고, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 세라믹 히터의 발열체 구조에서 발열체의 중심으로부터 2개의 뻗음선이 형성하는 각도가 180도가 아닌 다른 각도로 형성될 수도 있다.

다시, 도 5로 돌아가서 이음부 쌍 대칭축의 각도에 관하여 보다 자세하게 설명하면, 이음부 쌍 대칭축(550)은 제1 뻗음선(740)과 나란하지 않을 수 있다. 다시 말해, 도 3에 도시된 종래 세라믹 히터에 포함된 발열체(210)의 이음부 쌍 대칭축(360)은 뻗음선과 나란하거나 동일선 상에 있을 수 있으나, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 이음부 쌍 대칭축(550)은 제1 뻗음선(740)과 일정한 각도를 이루며 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 이음부(510, 520)는 이음부 쌍 대칭축(550)이 발열체의 중심(420)을 지나지 않도록 설계되어 형성될 수 있다. 이 때, 이음부 쌍 대칭축(550)과 제1 뻗음선(740)과 이루는 각 중에 어느 한 예각을 이음각(J)이라고 할 수 있다.

이렇게, 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 이음부 쌍 대칭축(550)이 제1 뻗음선(740)과 일정한 각도를 이루며 형성되는 경우에, 이음부(510, 520, 530, 540)로 연결되지 않은 이웃한 동심원주의 4개의 꺾임부(503, 504, 505, 506) 사이의 공간에 저온 영역이 사라지는 효과를 기대할 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 도 3에서 종래 세라믹 히터에 포함된 발열체(210)의 저온 영역에 대응되는 위치(350)를 도 5에서도 살펴보면, 제3 꺾임부(503)와 제6 꺾임부(506)를 연결하여 형성되는 대각선(F)와 제4 꺾임부(504)와 제5 꺾임부(505)를 연결하여 형성되는 대각선(E)의 교점(650)에서 저온 영역이 형성될 우려가 있는데, 본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조에서는 제4 꺾임부(504)와 제5 꺾임부(505)를 연결하여 형성되는 대각선(E)은 제3 꺾임부(503)와 제6 꺾임부(506)를 연결하여 형성되는 대각선(F)보다 더 짧아지게 되므로, 상기 교점(650)에서 가장 가까운 발열체와의 거리는 E/2 가 되고, 도 3에서 도시된 종래 세라믹 히터에 포함된 발열체(210)의 저온 영역에 대응되는 위치(350)로부터 가장 가까운 발열체와의 거리에 해당하는 A/2 보다 상당히 짧아질 수 있다. 따라서, 상기 교점(650)에서 저온 영역이 완화되어 사라지는 효과를 기대할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 이음부 쌍 대칭축(550)이 제1 뻗음선(740)과 일정한 각도를 이루며 형성되고, 이음각(J)이 특정한 각도를 이루는 경우에, 어느 한 꺾임부(501 또는 504)가 제1 뻗음선(740) 위에 위치할 수 있는데, 그 때의 특정 이음각(J)을 임계각이라고 할 수 있다. 이음각(J)이 임계각 이상의 크기를 가지는 경우에는, E와 F의 교점(650)에서 가장 가까운 발열체와의 거리는 발열체의 이웃한 동심원주와의 거리의 절반인 G/2와 같아지게 되므로, E와 F의 교점(650)에서 저온 영역이 완화되어 사라지는 효과가 발생할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체의 다양한 구조를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체에는 6개의 이음부 쌍에 대응하는 6개의 이음부 쌍 대칭축(721, 722, 723, 724, 725, 726)이 존재할 수 있고, 각 이음부 쌍은 각 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심(420)으로부터 두 방향으로 뻗어있는 제1 뻗음선(740) 또는 제2 뻗음선 (750)과 동일한 이음각을 이루도록 나란하게 형성될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체에 포함된 6개의 이음부 쌍은 상기 6개의 이음부 쌍에 대응되는 6개의 이음부 쌍 대칭축(721, 722, 723, 724, 725, 726)이 모두 평행이 될 수 있도록 나란하게 형성될 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체에는 6개의 이음부 쌍에 대응하는 6개의 이음부 쌍 대칭축(821, 822, 823, 824, 825, 826)이 존재할 수 있고, 각 이음부 쌍 중에서, 발열체의 중심(420)을 기준으로 어느 한 방향인 제1 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍은 제1 방향으로 배치되어 있는 제1 뻗음부와 교차하는 3개의 이음부 쌍 대칭축(821, 822, 823)이 서로 평행을 이루도록 형성될 수 있고, 각 이음부 쌍 중에서, 발열체의 중심(420)을 기준으로 상기 제1 방향과 다른 어느 방향인 제2 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍은 제2 방향으로 배치되어 있는 제2 뻗음부와 교차하는 3개의 이음부 쌍 대칭축(824, 825, 826)이 서로 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 그리고, 제1 뻗음부와 교차하는 3개의 이음부 쌍 대칭축(821, 822, 823)이 제1 뻗음부와 형성하는 이음각과 제2 뻗음부와 교차하는 3개의 이음부 쌍 대칭축(824, 825, 826)이 제2 뻗음부와 형성하는 이음각은 크기가 같고 방향이 다르도록 형성될 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, 제1 뻗음부와 교차하는 이음부 쌍 대칭축(821, 822, 823)은 제1 뻗음부와의 교점에서 시계 방향으로 일정한 크기를 가지는 예각을 형성할 수 있고, 제2 뻗음부와 교차하는 이음부 쌍 대칭축(824, 825, 826)은 제2 뻗음부와의 교점에서 반시계 방향으로 일정한 크기를 가지는 예각을 형성할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체에는 6개의 이음부 쌍에 대응되는 6개의 이음부 쌍 대칭축(921, 922, 923, 924, 925, 926)이 존재할 수 있고, 각 이음부 쌍은 필요에 따라, 각 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심(420)으로부터 두 방향으로 뻗어있는 제1 뻗음선(740) 또는 제2 뻗음선(750)과 서로 다른 이음각을 이루도록 형성될 수도 있다. 다시 말해, 발열체의 6개의 이음부 쌍에 대응되는 6개의 이음부 쌍 대칭축(921, 922, 923, 924, 925, 926)은 세라믹 플레이트 가열 면의 온도 분포를 고려하여 모두 다른 크기의 이음각이 형성될 수도 있고, 그에 따라 세라믹 플레이트의 가열 면 온도 분포가 세라믹 히터 설계자의 요구에 부합하도록 설계될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 2-zone 발열체(1000)의 구조를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 2-zone 발열체(1000)의 동심원주 이음부 쌍도 역시, 각 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심을 지나지 않도록 설계될 수 있다. 따라서, 2-zone 발열체를 포함하는 세라믹 히터에도 본 발명에 따른 발열체 이음부 구조가 적용되면, 종래 2-zone 세라믹 히터에 포함된 발열체 이음부 구조에 의해서 발생하는 저온 영역이 제거될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 도 4 및 도 10에 도시된 본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조는 예시적인 것일 뿐이고, 본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체 구조는 1-zone 또는 2-zone 구조에 한정되지 않고, 3-zone 이상의 온도 영역을 가진 발열체를 포함하는 세라믹 히터에도 적용될 수 있다.

도 11은 본 발명 일 실시 예에 따른 세라믹 히터(100)에 포함된 1-zone 발열체(400)의 이음각(J)에 따른 세라믹 히터(100)의 가열 면 온도 분포를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 세라믹 히터에 포함된 발열체의 이웃한 동심원주 사이의 최단 거리(G)가 1 mm 이고, 동심원주 이음부 쌍 사이의 거리(H)가 0.5 mm 이며, 세라믹 히터의 가열 면 온도가 섭씨 500℃ 인 조건에서, 동심원주 이음부 쌍 대칭축과 뻗음선이 이루는 이음각이 각각 (a) 30도 일 때, (b) 45도 일 때, (c) 60도 일 때의 각각의 저온 영역에 대응되는 세라믹 히터의 가열 면 온도를 측정한 결과를 종래 세라믹 히터와 비교하여 도시하였다. 도 11의 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시 예 a의 저온 영역에 대응되는 세라믹 히터의 가열 면 온도는 493℃ 이고, 실시 예 b의 저온 영역에 대응되는 세라믹 히터의 가열 면 온도는 498℃ 이며, 실시 예 c의 저온 영역에 대응되는 세라믹 히터의 가열 면 온도는 495℃ 로 나타났다. 상기 결과를 종래 세라믹 히터에서 저온 영역에 대응되는 가열 면 온도인 432℃ 와 비교하면 상당히 큰 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 발열체 구조를 가지는 세라믹 히터의 가열 면에서는 종래 발열체 구조를 가지는 세라믹 히터와 비교하여, 저온 영역이 크게 감소되는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체의 이음각(J)을 30도 이하로 설계하여 실험한 경우에는 저온 영역의 감소가 두드러지지 않았고, 이음각(J)을 60도 이상로 설계하여 실함한 경우에는, 발열체 설계에 있어서, 발열체의 중심과 가까운 위치에 존재하는 발열체의 이음부의 설계가 힘들어지는 문제점이 발생하였다. 따라서, 본 발명에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체의 이음각(J)의 설계는 30도 이상 60도 이하에서 이루어지는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세라믹 히터에 포함된 발열체의 소재는 Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 발열체의 소재는 Ti 또는 C 중 어느 하나의 소재와 혼합되어 설계될 수 있고, 또는, Ti 또는 C 중 어느 하나의 소재로 코팅되어 설계될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 세라믹 히터
110: 세라믹 플레이트(CERAMIC PLATE)
120: 샤프트(SHAFT)
400: 발열체
420: 발열체의 중심
740: 제1 뻗음선(740)
750: 제2 뻗음선(750)
550: 이음부 쌍 대칭축

Claims

세라믹 히터(100)에 포함된 발열체(400)의 동심원주를 연결하는 이음부 쌍의 이음부 쌍 대칭축이 발열체의 중심(420)을 지나지 않도록 발열체의 동심원주 이음부가 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서,
상기 발열체의 중심(420)을 기준으로 어느 한 방향인 제1 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축이 평행을 이루고,
상기 발열체의 중심(420)을 기준으로 제1 방향과 다른 어느 한 방향인 제2 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축이 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제2항에 있어서,
상기 제1 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축과 상기 제2 방향으로 배치되어있는 상기 발열체 이음부 쌍의 각 이음부 쌍 대칭축은 평행하되,
상기 제1 방향 및 제2 방향은 발열체의 중심(420)을 기준으로 서로 반대 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서,
상기 세라믹 히터(100)에 포함된 발열체의 각 이음각이 임계각보다 크고 직각보다 작은 크기이되,
상기 이음각은 상기 발열체의 이음부 쌍 대칭축과 뻗음선이 이루는 각 중에서 예각이고,
임계각은 상기 발열체의 이음부 쌍과 연결된 어느 한 꺾임부가 뻗음선 위에 위치하게 되는 경우에, 이음부 쌍 대칭 축과 뻗음선이 이루는 각 중에서 예각인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제4항에 있어서,
상기 이음각은 30도 이상 60도 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제1항에 있어서,
상기 발열체(400)의 소재는 Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
제6항에 있어서,
상기 발열체(400)의 소재는 Ti 또는 C 중 어느 하나의 소재와 혼합되거나 어느 하나의 소재로 코팅된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.