KR20210148331A - 열 시스템의 불균일을 보상하는 방법 - Google Patents

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KR20210148331A
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Abstract

본 발명에 따른 저항 히터의 와트 밀도 분포를 조정하는 방법은 베이스라인 히터 회로의 설계를 포함한다. 검출 회로는 일정한 트레이스 와트 밀도를 갖도록 설계되고, 검출 회로는 베이스라인 히터 회로와 겹쳐진다. 상기 검출 회로는 제조되고, 그것의 베이스라인 써멀 맵이 얻어진다. 베이스라인 히터 회로가 제조되고, 노미널 써멀 맵이 얻어진다. 후속 검출 회로가 제조되고, 실제 써멀 맵이 얻어진다. 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 뺌으로써 감산 열 이미지가 생성되고, 후속 베이스라인 히터 회로는 감산 열 이미지에 따라서 변형된다.

Description

열 시스템의 불균일을 보상하는 방법
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 2019.4.8.자로 출원되고 발명의 명칭이 "열 시스템의 불균일을 보상하는 방법(Method to Compensate for Irregularities in a Thermal System)"인 미국 출원 제16/377,903호에 기초한 우선권 주장을 수반하는 것으로서, 그 문헌의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다.
[기술 분야]
본 발명은 저항 히터의 제조, 그리고 재료 및 제조 편차를 보상하기 위한 방법에 관한 것이다.
이 부분의 설명은 본 발명에 관한 배경 정보를 제공할 뿐인 것으로서, 반드시 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
일반적으로 레이어드 히터 조립체는 다른 층들 중에서도, 기판, 기판 상에 배치된 유전체층, 및 유전체층 상에 배치된 저항 가열층을 포함한다. 예를 들어, 저항 가열층 위에는 보호층이 배치될 수 있다. 또한 복수의 유전체층 및 복수의 저항 가열층이 있을 수 있다. 상기 유전체층, 저항 가열층, 보호층, 및 다른 층들은 함께 전체적으로 레이어드 히터라고 호칭된다. 또한, 어떤 소정의 조립체 내에는 하나 이상의 레이어드 히터가 있을 수 있고, 레이어드 히터는 기판의 재료(예를 들어, 기판이 도전성이 아닌 경우) 및 작동 환경에 따라서, 유전체층 또는 보호층을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
레이어드 히터에는 다른 유형들도 있을 수 있으나, "두꺼운" 필름, "얇은" 필름, 또는 "써멀 스프레이(thermal spray)"로 처리될 수 있는데, 이 유형의 레이어드 히터들 사이의 주된 차이점은 층들이 형성되는 방법에 있다. 예를 들어, 두꺼운 필름 히터용 층들은 이에 국한되는 것은 아니지만, 통상적으로 스크린 프린팅, 데칼 어플리케이션(decal application), 도는 필름 토출 헤드(film dispensing head)와 같은 공정을 이용하여 형성된다. 한편 얇은 필름 히터용 층들은 이에 국한되는 것은 아니지만, 통상적으로 이온 플레이팅(ion plating), 스퍼터링(sputtering), 화학 증착(chemical vapor deposition: CVD), 및 물리 증착(physical vapor deposition: PVD)과 같은 퇴적 공정을 이용하여 형성된다. 레이어드 히터를 형성하기 위한 세번째 유형의 공정인 써멀 스프레잉 공정은 이에 국한되는 것은 아니지만, 화염 스프레잉(flame spraying), 대기 플라즈마 스프레잉(atmospheric plasma spraying: APS), 서스펜션 대기 플라즈마 스프레잉(SAPS), 와이어 아크 스프레잉(wire arc spraying), 콜드 스프레이(cold spray), 저압 플라즈마 스프레이(low pressure plasma spray: LPPS), 고속 산소 연료법(high velocity oxygen fuel: HVOF), 및 서스펜현 고속 산소 연료법(suspension high velocity oxygen fuel: SHVOF)과 같은 공정을 이용한다. 레이어드 히터의 공정에 이용될 수 있는 또 다른 방안으로서는 솔 겔 공정(sol gel process)이 있다.
미소 규모(microscopic scale)의 관점에서, 퇴적된 층들은 균일하지 못한 표면 또는 가변적인 기하형태를 가질 수 있는데, 이는 저항층 또는 다른 층을 형성하는 방법과 관련된 제조 공차와 기판 내의 홈과 같은 다양한 이유에 기인한 것일 수 있다. 그 결과, 레이어드 히터 전체의 시트 저항(sheet resistance)이 히터 조립체마다 균일하지 않을 수 있다. 일반적으로, 시트 저항은 저항 재료에 대해 작각인 저항과 대비하여, 적용되는 저항 재료의 상대적으로 얇은 성질로 인하여 저항층의 평면에 대한 저항을 지칭한다. 레이어드 히터의 시트 저항의 균일성 부족은 레이어드 히터의 전기 저항을 예측불가능하게 변경할 수 있으며, 이것은 히터가 의도된 열 분포를 획득함을 방해할 수 있다. 또한, 요망되는 열 분포는, 다양한 층들의 국부적인 접합/접착 불균일성과, 기판의 불균일성, 그리고 다른 조립/시스템 불균일성으로 인하여 방해받을 수 있다.
통상적인 방법에 따르면, 저항층의 패턴 또는 "트레이스(trace)"는 레이어드 히터가 요망되는 열 프로파일을 발생시키기 위하여 필요한 전기 와트수(wattage) 분포를 결정하는 컴퓨터 분석 도구를 이용하여 설계된다. 회로 기하형태 및 노미널(nominal) 시트 저항 값은 분석 모델에 입력된다. 일부 적용예에 있어서, 저항층 트레이스는, 와트수 분포의 최적화를 위하여, 상이한 폭을 가진 세그먼트를 포함한다. 분석 모델에 의하여 만족스럽지 못한 열 분포가 예상되면, 타겟 열 분포를 얻기 위하여, 전체 트레이스 기하형태를 따라서 세그먼트 폭들이 조정될 수 있다.
설계된 저항 트레이스를 제조하기 위하여, 다양한 패턴 공정이 채택될 수 있다. 레이어드 히터용 패턴 공정의 예에는 화학 에칭, 드라이 에칭, CNC(computer numerical control)에 의한 기계 삭마 및 레이저 삭마와 같은 재료 제거 공정이 포함될 수 있다. 고정밀도의 제조 방법에 의하더라도, 제조 배치(manufacturing batch)마다 저항 트레이스에 걸쳐서 또는 저항 트레이스를 따라서의 저항에 있어서의 편차가 발생할 수 있다.
본 발명은, 저항 가열층의 시트 저항의 편차, 층간 인터페이스의 편차, 기판의 편차, 및 조립/시스템 편차를 포함하는 전술된 편차를 해결함을 목적으로 한다.
일 형태에 따르면, 본 발명에 따른 저항 히터의 와트 밀도 분포를 조정하는 방법은 베이스라인 히터 회로의 설계를 포함한다. 검출 회로는 일정한 트레이스 와트 밀도를 갖도록 설계되고, 검출 회로는 베이스라인 히터 회로와 겹쳐지며 마진을 포함한다. 상기 검출 회로는 선택적 분리 공정에 의해 제조된다. 상기 검출 회로에 전력이 적용되고, 베이스라인 써멀 맵이 얻어진다. 선택적 분리 공정에 의하여 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로가 제조된다. 베이스라인 히터 회로에 전력이 적용되고, 노미널 써멀 맵이 얻어진다. 선택적 분리 공정에 의하여 검출 회로를 제조하는 단계, 검출 회로에 전력을 적용(인가)하고 베이스라인 써멀 맵을 얻는 단계, 선택적 분리 공정에 의하여 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로를 제조하는 단계, 및 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고 노미널 써멀 맵을 얻는 단계는, 타겟 표면을 따라서 요망되는 온도 파일을 획득하기 위하여 반복된다. 요망되는 온도 프로파일이 획득된 후에는, 선택적 분리 공정에 의하여 후속 검출 회로가 제조된다. 그 다음, 전력이 후속 검출 회로에 적용되고 실제 써멀 맵이 얻어진다. 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 감산함으로써 감산 열 이미지가 생성된다. 감산 열 이미지에 따라서 후속 베이스라인 히터 회로가 변형된다.
다른 일 형태에 따르면, 선택적 분리 공정에 의하여 후속 검출 회로를 제조하는 단계, 실제 써멀 맵을 얻기 위하여 후속 검출 회로에 전력을 적용하는 단계, 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 감산함으로써 감산 열 이미지를 생성하는 단계, 및 상기 열 이미지에 따라서 후속 베이스라인 히터 회로를 변형하는 단계는, 요망되는 "n"개의 히터에 대해 수행될 수 있다.
일 형태에서, 상기 마진은 베이스라인 히터 회로의 트레이스 폭의 대략 1% 내지 대략 50% 사이이다. 다른 일 형태에서, 상기 마진은 대략 10% 내지 대략 20% 사이이다.
일 형태에 따르면, 상기 변형은 다양한 방안들 중에서도, 후속 베이스라인 히터 회로의 트레이스 폭을 변화시킴, 후속 베이스라인 히터 회로의 두께를 변화시킴, (예를 들어 레이저 공정에 의한 국부적 산화물 추가와 같은 열 처리 공정에 의해 후속 베이스라인 히터 회로의 미세구조를 변형함으로써) 후속 베이스라인 히터 회로의 비저항을 변형시킴, 후속 베이스라인 히터 회로의 세그먼트들에 상이한 재료를 추가함, 및 이들의 조합에 의하여 달성된다.
다양한 형태들에 있어서, 써멀 맵은 IR 카메라에 의하여 얻어진다. 깍아냄(trimming)은 레이저 삭마, 기계적 삭마, 및 하이브리드 워터젯 중 적어도 하나에 의해 수행되고, 상기 히터는 써멀 스프레잉에 의해 형성된다.
다른 일 형태에서, 상기 회로들은 레이어드 회로, 포일 회로, 및 와이어 회로로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 일 형태에서, 저항 히터의 와트 밀도 분포를 조정하는 방법은 베이스라인 히터 회로를 설계하는 단계를 포함한다. 일정한 트레이스 와트 밀도를 가진 검출 회로가 설계되고, 상기 검출 회로는 베이스라인 히터 회로와 겹쳐지며, 마진을 포함한다. 그 다음 상기 검출 회로가 제조된다. 그 다음 상기 검출 회로에 전력이 적용되고, 이에 따라 베이스라인 써멀 맵이 얻어진다. 그 다음, 상기 베이스라인 히터 회로가 검출 회로로부터 제조된다. 베이스라인 히터 회로에 전력이 적용되고, 노미널 써멀 맵이 얻어진다. 상기 베이스라인 히터 회로는 열 장치에 조립되고, 베이스라인 히터 회로에 전력이 적용되어 타겟 표면의 써멀 맵이 얻어진다. 검출 회로의 제조 단계, 검출 회로에 전력을 적용하고 베이스라인 써멀 맵을 얻는 단계, 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로를 제조하는 단계, 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고 노미널 써멀 맵을 얻는 단계, 열 장치에 베이스라인 히터 회로를 조립하는 단계, 및 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고 타겟 표면의 써멀 맵을 얻는 단계는, 요망되는 온도 파일을 획득하기 위하여 필요한만큼 반복된다. 그 다음, 후속 검출 회로가 제조되고, 후속 검출 회로에 전력이 적용되어 실제 써멀 맵이 얻어진다. 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 감산함으로써 감산 열 이미지가 생성된다. 감산 열 이미지에 따라서 후속 베이스라인 히터 회로가 변형된다.
변형예에 따르면, 상기 검출 회로와 후속 검출 회로 중 적어도 하나가 선택적 분리 공정을 이용하여 제조된다.
다른 변형예에 따르면, 상기 베이스라인 히터 회로 및 후속 베이스라인 히터 회로 중 적어도 하나가 선택적 분리 공정을 이용하여 제조된다. 또 다른 변형예에서는, 후속 베이스라인 히터 회로가 선택적 분리 공정에 의해 변형된다.
일 변형예에서, 후속 검출 회로를 제조하는 단계, 후속 검출 회로에 전력을 적용하고 실제 서멀 맵을 얻는 단계, 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 감산함으로서 감산 열 이미지를 생성하는 단계, 및 감산 열 이미지에 따라서 후속 베이스라인 히터 회로를 변형하는 단계는 "n"개의 히터에 대해 반복된다.
일 변형예에 따르면, 본 발명의 단계들에 따라서 복수의 히터 조립체가 제조될 수 있다.
또 다른 변형예에 따르면, 상기 회로들은 써멀 스프레잉에 의해 형성된다. 상기 회로들은 레이어드 회로, 포일 회로, 및 와이어 회로로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형예에 따르면, 저항 가열층의 와트 밀도 분포를 조정하는 방법은 검출 회로를 제조하는 단계를 포함한다. 그 다음, 검출 회로에 전력이 적용되고, 베이스라인 써멀 맵이 얻어진다. 상기 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로가 제조된다. 그 다음, 베이스라인 히터 회로에 전력이 적용되고, 노미널 써멀 맵이 얻어진다. 베이스라인 히터 회로는 열 장치에 조립된다. 상기 베이스라인 히터 회로에 전력이 적용되고, 타겟 표면의 써멀 맵이 얻어진다. 검출 회로의 제조 단계, 검출 회로에 전력을 적용하고 베이스라인 써멀 맵을 얻는 단계, 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로를 제조하는 단계, 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고 노미널 써멀 맵을 얻는 단계, 열 장치에 베이스라인 히터 회로를 조립하는 단계, 및 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고 타겟 표면의 써멀 맵을 얻는 단계는, 타겟 표면을 따라서 요망되는 온도 파일을 획득하기 위하여 반복된다. 그 다음, 후속 검출 회로가 제조된다. 후속 검출 회로에 전력이 적용되어 실제 써멀 맵이 얻어진다. 실제 써멀 맵으로부터 베이스라인 써멀 맵을 감산함으로써 감산 열 이미지가 생성된다. 감산 열 이미지에 따라서 후속 베이스라인 히터 회로가 변형된다.
일 변형예에서, 상기 회로들 중 적어도 하나는 선택적 분리 공정에 의해 제조 또는 변형된다.
또 다른 변형예에서, 상기 회로들은 써멀 스프레잉에 의해 형성된다.
다른 변형예에서, 상기 회로들은 레이어드 회로, 포일 회로, 및 와이어 회로로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적용의 추가적인 영역들은 여기에서 제공되는 설명으로부터 명확히 이해될 것이다. 본원의 설명 및 특정 예들은 단지 예시를 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도로 제시된 것이 아니라는 점이 이해되어야 할 것이다.
본 발명이 보다 잘 이해될 수 있도록 하기 위하여, 하기 첨부 도면들을 참조로 하고 비제한적인 예로서 제시되는 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1 에는 본 발명에 따른 베이스라인 히터 회로의 평면도가 도시되어 있다.
도 2 에는 본 발명에 따른, 도 1 의 베이스라인 히터 회로과 겹쳐지는 검출 회로의 평면도가 도시되어 있다.
도 3a 에는 본 발명에 따른 도 2 의 제조된 검출 회로의 평면도가 도시되어 있다.
도 3b 에는 본 발명에 따른, 도 3a 의 제조된 검출 회로의 베이스라인 써멀 맵의 평면도가 도시되어 있다.
도 4a 에는 도 3a 의 검출 회로로부터 제조된 베이스라인 히터 회로의 평면도가 도시되어 있다.
도 4b 에는 도 4a 의 제조된 베이스라인 히터 회로의 노미널 써멀 맵의 평면도가 도시되어 있다.
도 5 에는 본 발명에 따른 열 장치에 조립된, 도 4a 의 베이스라인 히터 회로의 단면도가 도시되어 있다.
도 6 에는 도 1 내지 도 5 의 단계들을 나타내는 흐름도가 도시되어 있는바, 이들은 요망되는 온도 프로파일을 얻기 위하여 필요한 만큼 반복된다.
도 7 에는 본 발명의 방법의 추가적인 단계들을 나타내는 개략도가 도시되어 있다.
도 8 에는 본 발명의 방법의 더 추가적인 단계들을 나타내는 개략도가 도시되어 있다.
여기에서 개시되는 도면들은 단지 예시를 위한 것일 뿐으로서, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것이 아니다.
아래의 설명은 본질적으로 단지 예시적인 것일 뿐으로서, 본 발명, 그 적용, 또는 그 이용을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 도면들에 걸쳐서, 대응되는 참조번호는 동일 또는 유사한 부분 또는 특징부를 지칭한다는 점이 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 예를 들어 레이어드 히터를 포함하는, 저항 히터의 와트 밀도를 조정하는 방법을 제공한다. 이 형태의 히터에 대한 보다 상세한 설명은 미국 특허 제8,680,443호, 제7,132,628호, 제7,342,206호, 및 제7,196,295호에 제공되어 있는바, 이 문헌들의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다. 또한 상기 방법은 "레이어드" 히터가 아닌 다양한 다른 유형의 히터에도 채택될 수 있는바, 그러한 히터에는 예를 들어 포일 히터, 저항 와이어 히터가 포함된다. 따라서, 여기에서 제시되는 방법은 임의 유형의 저항 히터 구조에 채택될 수 있으며, 이들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것이고, "레이어드"라는 용어가 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 단계 (a) 에서 베이스라인 히터 회로(20)의 설계 단계로 시작되는바, 이것은 특정의 열 프로파일(thermal profile)을 제공하도록 분석적으로 최적화된 노미널(공칭)(nominal) 설계안이고, 상기 열 프로파일의 일 형태는 목표물에 대한 균일한 열 프로파일이다 (이 히터 회로는 공통적으로 "저항 트레이스"라고 호칭되며, 여기에는 저항 가열 재료 또는 구성요소 횡단재(element traverse)가 배치되는 경로가 포함된다).
도시된 바와 같이, 예시적인 베이스라인 히터 회로(20)는 상대적으로 폭넓은 세그먼트들 및 상대적으로 폭좁은 세그먼트들을 포함하는바, 이들은 베이스라인 히터 회로(20)의 길이를 따라서 최적화된 와트 밀도를 제공한다. 예를 들어, 베이스라인 히터 회로(20)는 낮은 와트 밀도를 제공하는 트레이스(W1)의 세그먼트들을 포함하는 한편, (상대적으로 폭이 좁은) 트레이스(W2)의 세그먼트들은 높은 와트 밀도를 제공한다. 또한, 베이스라인 히터 회로(20)는 전류 크라우딩(current crowding)을 방지하기 위하여 전체적으로 폭넓은 굽힘 세그먼트(22)들과, 전력 공급원(미도시)에 대한 연결을 위한 터미널(24)을 포함한다. 도시된 서펀타인 패턴(serpentine pattern)은 단지 예시적인 것일 뿐으로서, 적용예와 열 필요사항에 따라서 설계 노력에 의하여 베이스라인 히터 회로(20)을 위한 임의 형상의 트레이스(예를 들어 전기적으로 병렬적으로 연결되도록 설계되는 세그먼트들을 포함하는 트레이스)가 가능하다는 점이 이해되어야 할 것이다.
도 2 를 참조하면, 상기 방법은 다음으로 일정한 트레이스 와트 밀도를 갖는 검출 회로(30)를 설계하는 단계 (b) 를 포함하는데, 여기에서 상기 검출 회로(30)는 마진(margin)을 두고 베이스라인 히터 회로(20)과 겹쳐지고, 상기 마진은 베이스라인 히터 회로(20)의 가변적인 폭으로 인하여 가변적이다. 그러나, 일 형태에서 상기 마진은 베이스라인 히터 회로(20) 트레이스의 최대 폭의 대략 1-50% 보다 크지 않을 수 있다. 예를 들어, 만일 W1 이 1.0mm 이라면, 마진(M)은 0.1mm 내지 0.5mm 사이이다. 다른 일 형태에서, 상기 마진은 대략 10-20%보다 크지 않다. 그러나, 저항 히터의 구조 및 적용예에 따라서 다른 마진이 채택될 수 있으며, 여기에서 제시된 값들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다는 점이 이해되어야 할 것이다.
검출 회로(30)의 일정한 트레이스 와트 밀도는 일정한 폭 및 일정한 두께를 가진 트레이스에 의하여 제공되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 일정한 트레이스 와트 밀도를 얻기 위한 다른 방안이 채택될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 폭이 점차 좁아지는 한편 두께가 점차 두꺼워지는 트레이스도 일정한 트레이스 와트 밀도를 제공할 수 있다.
도 3a 를 참조하면, 상기 방법은 그 다음으로 검출 회로(30)를 제조하는 단계 (c) 를 포함하는데, 이것은 예를 들어 기판에 저항 재료가 적용된 이후의 선택적 분리 공정을 이용함으로써 수행될 수 있다. 상기 저항 재료는 예를 들어 써멀 스프레잉과 같은 임의의 레이어드 공정에 의하여 적용될 수 있다. 대안적으로는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서, 상기 저항 재료가 포일 또는 도전성 와이어일 수 있다. 상기 선택적 분리 공정은 예를 들어 레이저 삭마, 기계적 삭마, 하이브리드 워터젯(laser and waterjet), 또는 다른 분리 공정일 수 있다. 그러나, 검출 회로(30)는 프린팅, 마스킹, 등과 같은 다른 방법으로 제조될 수 있으며, 따라서 검출 회로(30)를 제조하기 위한 선택적 분리 공정은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 할 것이다.
도 3b 을 참조하면, 일단 검출 회로(30)가 제조된 다음에 상기 방법은 단계 (d)로 진행되는데, 여기에서는 (예를 들어 터미널(24)에 전력을 적용함으로써) 상기 검출 회로에 전력이 가해져서 베이스라인 써멀 맵(40)이 얻어진다. 베이스라인 써멀 맵(40)은 IR 카메라를 이용하여 얻어질 수 있다. 써멀 이미지를 얻기 위하여 2 와이어 콘트롤러의 이용이 고려되는 경우에는, 미국 특허 제7,196,295호에 그러한 과정이 상세히 도시 및 설명되어 있는바, 이 문헌의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 포함된다. 상기 베이스라인 써멀 맵은, 예를 들어 메모리 안에 저장될 수 있다.
도 4a 를 참조하면, 베이스라인 히터 회로(20)는 단계 (e) 에서 검출 회로(30)로부터 제조된다. 일 형태에서, 베이스라인 히터 회로(20)는 선택적 분리 공정에 의해 제조된다. 검출 회로(30)를 제조하기 위한 전술된 선택적 분리 공정은베이스라인 히터 회로(20)를 제조하는데 이용될 수도 있다. 상기 베이스라인 히터 회로(20)를 제조하기 위한 선택적 분리 공정은 검출 회로(30)를 제조하기 위하여 이용되는 선택적 분리 공정과 동일할 필요가 없다는 점에 유의한다.
도 4b 를 참조하면, 베이스라인 히터 회로(20)의 제조 이후에는 단계 (f) 에서 노미널 써멀 맵(50)을 얻기 위하여 (예를 들어 터미널(24)에 전력을 적용함으로써) 베이스라인 히터 회로(20)에 전력이 적용된다. 노미널 써멀 맵(50)은 IR (적외선) 카메라를 이용하여 얻어질 수 있다. 노미널 써멀 맵은, 예를 들어 컴퓨팅 장치(미도시)의 마이크로프로세서 상의 메모리 내에 저장될 수 있다.
도 5 를 참조하면, 단계 (g) 에서 베이스라인 히터 회로(20)는 열 장치(60)에 조립된다. 예를 들어, 베이스라인 히터 회로(20)는 척 장치(chuck device)(62)인 열 장치 내에 배치되어 있는 것으로 도시되어 있는바, 상기 척 장치(62)는 내장된 전극(68)을 가진 세라믹 퍽(ceramic puck)(66) 및 칠 플레이트(chill plate)(64)을 포함한다. 세라믹 퍽(66)은 도시된 바와 같은 타겟 표면(70)을 포함하는바, 여기에는 일반적으로 척 장치(62)의 작동 동안에 에칭을 위하여 기판에 놓여진다. 상기 척 장치(62)는 단지 예시적인 것일 뿐이고, 본 발명에 따른 방법은 저항 히터 회로의 시트 저항을 조정함이 유리한 많은 적용예들에서 채택될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다.
위에서 설명된 단계들에 관한 도 6 을 참조하면, 조립 후에는 단계 (h) 에서 베이스라인 히터 회로(20)에 전력이 적용되어 타겟 표면(70)의 써멀 맵이 얻어진다. 전술된 열 이미지들과 유사하게, 타겟 표면(70)의 써멀 맵은 IR 카메라를 이용하여 얻어질 수 있다. 상기 타겟 표면의 써멀 맵은 예를 들어 컴퓨팅 장치(미도시)의 마이크로프로세서 상의 메모리 내에 저장될 수 있다.
상기 타겟 표면(70)에서 요망되는 온도 프로파일이 나타나는지의 여부를 판별하기 위하여 상기 타겟 표면(70)의 써멀 맵이 분석된다. 만일 그렇지 않다면, 도 6 에 도시된 바와 같이, 요망되는 온도 프로파일이 얻어질 때까지 단계 (a) 내지 (h) 가 반복된다. 일 형태에서, 상기 방법은 상기 온도 프로파일이 달성되지 않더라도, 단계 (a) 내지 (h) 의 미리 정해진 횟수 이후에 종료될 수 있다.
도 7 을 참조하면, 타겟 표면(70)이 요망되는 온도 프로파일을 나타내는 것으로 판별된 이후에, 상기 방법은 단계 (i)로 진행되는바, 여기에서는 일 형태에서 전술된 바와 같은 선택적 분리 공정에 의하여 제조된 것일 수 있는 후속 검출 회로(30')가 제조된다. 다음으로, 상기 방법은 단계 (j)로 진행되는데, 여기에서는 후속 검출 회로(30')에 전력이 적용됨으로써 실제 써멀 맵(80)이 얻어진다.
도 8 에 도시된 바와 같이, 단계 (k) 에서, 실제 써멀 맵(80)에서 베이스라인 써멀 맵(40)을 뺌(감산)으로써 감산 열 이미지(90)가 생성된다. 그 다음, 단계 (l) 에서, 후속 베이스 라인 히터 회로(20')는 감산 열 이미지(90)에 따라서 변형된다. 구체적으로, 후속 베이스 라인 히터 회로(20')는 그 시트 저항(sheet resistivity)을 요망되는 저항(desired resistivity)으로 변화시킴으로써 변형된다. 상기 베이스라인 히터 회로(20)와 후속 베이스 라인 히터 회로(20') 간의 시트 저항 변화는 다음 식에 의해 산출된다.
Figure pct00001
여기에서,
Figure pct00002
는 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 각 세그먼트에서의 평균 트레이스 온도(average trace temperature)이고,
Figure pct00003
는, 상기 베이스라인 히터 회로의 베이스 히터의 각 세그먼트에서의 평균 트레이스 온도이고,
Figure pct00004
는 테스트 환경에 따른 참조 온도(reference temperature)이다. 만일 상기 히터가 개방된 공기의 환경에서 테스트된다면,
Figure pct00005
는 대기 온도이다. 만일 상기 히터가 제어되는 냉각 시스템에 부착된다면,
Figure pct00006
는 그 냉각 시스템의 온도이다. 일 형태에서, TBaseHeater 와 THeater 는 동일한 Tref 에서 얻어진다.
상기 시트 저항 변화가 산출된 다음에는, 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 트레이스 폭이 다음과 같이 산출될 수 있다.
Figure pct00007
여기에서,
Figure pct00008
는 베이스 라인 히터 회로의 특정 위치에서의 상기 베이스라인 히터 회로의 트레이스 폭이고,
Figure pct00009
, 즉 시트 저항 변화의 값은 상기 등식의 출력값이다.
단계 (l) 에서 얻어진 것과 동일 또는 유사한 요망되는 온도 프로파일을 얻기 위하여, 상기 시트 저항이 변형되거나 또는 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 트레이스 폭이 변형될 수 있다. 시트 저항이 변형될 수 있는 공정에는, 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 두께를 깍아내거나 비저항(specific resistance)을 변형함이 포함될 수 있다. 이와 같은 폭 또는 두께의 변형은, 레이저 삭마, 기계적 삭마(예를 들어, 그라인딩(grinding), 밀링(milling), 마이크로-블라스팅(micro-blasting), 및 하이브리드 워터젯과 같은 공정에 의하여 수행될 수 있다. 한편, 폭/두께는 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 세그먼트에 재료를 추가함으로써 증가될 수 있다. 전술된 공정에 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 시트 저항의 변형은 (예를 들어 레이저 공정에 의한 국부적 산화물 추가와 같은 열 처리 공정에 의해 미세구조를 변형함으로써) 후속 베이스 라인 히터 회로(20')의 비저항을 변형함으로써 얻어질 수 있다. 결과적인 저항 히터는 타겟 표면(70) 상에 요망되는 써멀 맵을 나타내고, 임의 갯수 n 개의 후속 열 장치(60)들이 후속적으로 일관되게 생산될 수 있다.
여기에서 달리 명시적으로 기재되지 않은한, 기계적/열적 특성을 나타내는 모든 수치값들, 조성 백분율, 치수, 및/또는 공차, 또는 다른 특성값은 본 발명의 범위를 설명하는 경우에 "대략"을 포함하는 의미로 이해되어야 할 것이다. 이것은, 산업상 실제, 제조 기술, 및 테스트 능력을 포함하는 다양한 이유로 인하여 요망된다.
여기에서 "A, B, 및 C 중 적어도 하나"라는 문구가 사용된다면, 이것은 비-배타적인 논리 표시인 "OR"을 이용하여 논리적으로 "A OR B OR C"를 의미하는 것으로 해석되어야 할 것이며, "A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나, 그리고 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되지 말아야 할 것이다.
본 발명의 상기 설명은 본질적으로 예시적인 것이며, 따라서 본 발명의 실질을 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 이와 같은 변형은 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 저항 히터(resistive heater)의 와트 밀도 분포(watt density distribution)를 조정하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    (a) 검출 회로를 제조하는 단계;
    (b) 상기 검출 회로에 전력을 적용하고, 베이스라인 써멀 맵(baseline thermal map)을 얻는 단계;
    (c) 상기 검출 회로로부터 베이스라인 히터 회로(baseline heater circuit)를 제조하는 단계;
    (d) 상기 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고, 노미널 써멀 맵(nominal thermal map)을 얻는 단계;
    (e) 상기 베이스라인 히터 회로를 열 장치(thermal device)에 조립하는 단계;
    (f) 상기 베이스라인 히터 회로에 전력을 적용하고, 타겟 표면(target surface)의 써멀 맵(thermal map)을 얻는 단계;
    - 상기 타겟 표면의 요망되는 온도 프로파일(temperature profile)을 얻기 위하여 (a) 내지 (f) 단계를 반복하는 단계;
    (g) 후속 검출 회로를 제조하는 단계;
    (h) 후속 검출 회로에 전력을 적용하고, 실제 써멀 맵(actual thermal map)을 얻는 단계;
    (i) 상기 실제 써멀 맵으로부터 상기 베이스라인 써멀 맵을 뺌으로써 감산 열 이미지(subtraction thermal image)를 생성하는 단계; 및
    (j) 상기 감산 열 이미지에 따라서 후속 베이스 라인 히터 회로를 변형하는 단계;를 포함하는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회로들 중 적어도 하나는 선택적 분리 공정(selective removal process)에 의하여 제조되는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변형은 선택적 분리 공정에 의하여 얻어지는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 선택적 분리 공정은 레이저 삭마(laser ablation), 기계적 삭마, 및 하이브리드 워터젯 중 적어도 하나에 의해 수행되는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회로들은 써멀 스프레잉(thermal spraying)에 의해 형성되는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회로들은 레이어드(layered), 포일(foil), 및 와이어(wire)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 회로는 일정한 트레이스 와트 밀도를 가지고, 상기 검출 회로는 상기 베이스라인 히터 회로와 겹쳐지는 것으로서 마진(margin)을 포함하는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마진은 트레이스 폭의 대략 1% 내지 50% 사이인, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    "n"개의 히터들에 대해 (g) 내지 (j) 단계들을 반복함을 더 포함하는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 변형은, 후속 베이스라인 히터 회로의 트레이스 폭의 변화, 후속 베이스라인 히터 회로의 두께 변화, 열처리 공정을 통한 후속 베이스라인 히터 회로의 미세구조의 변형에 의한 후속 베이스라인 히터 회로의 비저항(specific resistivity) 변형, 후속 베이스라인 히터 회로의 세그먼트들에 대한 상이한 재료의 추가, 및 이들의 조합 중 적어도 하나에 의하여 달성되는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 써멀 맵들은 IR 카메라에 의해 얻어지는, 저항 히터의 와트 밀도 분포의 조정 방법.
  12. 제1항의 방법에 따라 제조된 복수의 히터 조립체.
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