WO2020153596A1 - 세라믹 히터 - Google Patents

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WO2020153596A1
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ceramic heater
joint
pair
present
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윤수원
황철호
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주식회사 미코세라믹스
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic heater, in order to uniformly implement the temperature distribution of the ceramic heater heating surface, the concentric circumference of the ceramic heater heating element so that the extension line of the symmetric axis of each pair of concentric circumferences of the ceramic heater heating element does not pass through the center of the ceramic plate.
  • the invention relates to a ceramic heater on which a joint is formed.
  • the ceramic heater (CERAMIC HEATER) is used to heat-treat a heat treatment object for various purposes such as a semiconductor wafer, a glass substrate, and a flexible substrate at a predetermined heating temperature.
  • the ceramic heater includes a ceramic plate (CERAMIC PLATE) that is heated by receiving power from an external electrode, and the ceramic plate includes a heating element having a predetermined resistance embedded in the ceramic plate.
  • the temperature distribution of the heating surface of the ceramic heater can be adjusted by the arrangement and design of the embedded heating element.
  • the temperature distribution of the heating surface of the ceramic heater can be adjusted according to changes in the spacing of the heating element, the shape of the heating element, the material of the heating element, and the thickness of the heating element. have.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a ceramic heater 100 structure.
  • the ceramic heater 100 may include a ceramic plate 110 including a heating element and a shaft (SHAFT) 120 including a power supply line to supply power to the heating element.
  • the ceramic plate 110 may include a heating surface on which the object to be heated is located, and may be designed to transfer heat at a pre-designated temperature to the object to be heated using heat supplied from the heating element.
  • the shaft 120 may include a power line capable of supplying power to the heating element included in the ceramic plate 110.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of a heating element structure included in a conventional ceramic heater.
  • a ceramic heater in designing a ceramic heater, may be designed using only one heating element or a ceramic heater may be designed by embedding two or more independent heating elements in the ceramic heater.
  • FIG. 2(a) shows the structure of a heating element 210 of a conventional 1-zone ceramic heater designed using one heating element
  • FIG. 2(b) is an example of a ceramic heater designed by embedding two or more independent heating elements. It shows the structure of the heating element 220 of a conventional two-zone ceramic heater designed using two heating elements.
  • the heating elements included in the ceramic heaters of FIGS. 2 (a) and 2 (b) may be designed such that the electrodes exist at positions corresponding to the shaft 120 in the ceramic plate 110 to receive power from the outside.
  • the heating element may include a bent portion that is bent at an angle of about 90 degrees.
  • the heating element bent portion may have a constant pattern in a two-dimensional plane including a heating element and be formed side by side.
  • a ceramic heater is a component that transfers heat to an object to be heated (for example, a wafer), and the temperature uniformity transmitted from the heating surface of the ceramic plate 110 to the object to be heated must be good to reach the object to be heated.
  • the effect that a uniform thin film can be accumulated can be expected.
  • the most important role in the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic plate 110 is a heating element included in the ceramic plate. As described above, there may be a case where a bent portion is required for the production of the heating element. In the process of designing the structure of the heating element, the shape of the heating element around the bent portion is different from the shape of the heating element in other parts, so the heating surface of the ceramic plate corresponding to the bent portion of the heating element The temperature of the part is different from other parts, and there is a problem in that the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic plate can be destroyed. As an example in which the heating surface temperature uniformity of the ceramic plate can be destroyed, referring to FIG.
  • the small circle portion in the plane including the conventional 1-zone heating element 210 is a low temperature region 211, 212 , 213, 214, 215, a phenomenon in which a temperature lower than the ambient temperature is formed in a heating surface region of the ceramic plate corresponding to the low temperature region may occur.
  • the conventional 2-zone heating element 220 in the plane of the small circle is a low temperature region (221, 222, 223, 224), the heating of the ceramic plate corresponding to the low temperature region A phenomenon in which a temperature lower than the ambient temperature is formed in the surface area may occur.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a partial region 230 including a low temperature region of the conventional 1-zone heating element 210 shown in FIG. 2(a).
  • the heating element includes two or more concentric circumferences, and first to fourth joints 310, 320, 330, and 340 connecting each concentric circumference, and a first bend connecting the concentric circumference to the joint It may include a sixth to sixth bent portion (301, 302, 303, 304, 305, 306).
  • the first to fourth joints 310, 320, 330, and 340 connecting two adjacent concentric circumferences may be formed in pairs, and the pair of joints 310, 320, 330, and 340 are parallel to each other.
  • the lines 361 and 362 extending in the longitudinal direction of the pair of joints 310 and 320, 330 and 340 formed in the parallel direction are formed between the pair of joints 310 and 320, 330 and 340 and parallel to the pair of joints. It is possible to have a line-symmetrical arrangement based on the "joint pair symmetric axis 360" in the direction.
  • the joints 310 and 320 of the conventional 1-zone heating element 210 may be formed such that the joint pair symmetry axis 360 passes through the center of the heating element, and all concentric circles included in the conventional 1-zone heating element
  • the joint biaxial symmetry 360 connecting the main is designed as a structure passing through the center of the heating element as described above, as shown in FIG. 2, cold regions 211, 212, 213, 214, 215, 221, 222, and 223 , 224).
  • the interval C of the concentric circles of the heating element 210 may be uniformly formed.
  • the low temperature region of the heating element 210 may be formed between adjacent concentric circumferential bent portions 303, 304, 305, 306 that are not connected by a pair of joints, and the fourth bent portion 304 and the fifth bent portion ( The line segment A connecting the 305) and the line segment B connecting the third bent part 303 and the sixth bent part 306 may form an intersection 350 intersecting each other, and the intersection point of the A and B 350 ) May be a point that is most distant from the heating element among all points of a plane in which the heating element of the ceramic plate 110 is included.
  • the maximum separation distance may be A/2 or B/2. Accordingly, the intersection 350 of A and B may form a low temperature region, and the heating surface region of the heating element corresponding to the low temperature region may have a temperature lower than the ambient temperature, so that the heating plate temperature uniformity of the ceramic plate ( Uniformity) can be destroyed.
  • the temperature of the heating surface of the ceramic plate 110 corresponding to the region between the joints of the heating element 210 is around. Since a temperature higher than the temperature is formed, the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic plate may be destroyed, it is undesirable to reduce the low temperature region by adjusting the distance D between the joints.
  • An object of the present invention is to provide a ceramic heater with improved temperature uniformity of a ceramic plate heating surface by alleviating the low temperature region of the heating element included in the ceramic heater.
  • Another object of the present invention is to provide a ceramic heater with improved temperature uniformity of a heating surface of a ceramic heater through a design change of a concentric circumferential joint structure of a heating element included in the ceramic heater.
  • the joint pair symmetry axis of the joint pair connecting the concentric circumference of the heating element 400 included in the ceramic heater 100 sets the center 420 of the heating element. It provides a ceramic heater characterized in that the concentric circumferential joint of the heating element is formed so as not to pass.
  • the axis of symmetry of each joint of the pair of the heating element joints arranged in a first direction which is one direction relative to the center 420 of the heating element, is parallel, and is made based on the center 420 of the heating element.
  • the axis of symmetry of each joint of the pair of heating element joints disposed in the second direction which is one direction different from the one direction, may be parallel.
  • each of the pair of symmetrical joints of the pair of heating element joints arranged in the first direction and the pair of axes of symmetry of each joint of the pair of heating element joints arranged in the second direction are parallel, in the first direction and The second direction may be formed in directions opposite to each other based on the center 420 of the heating element.
  • each joint angle of the heating element included in the ceramic heater 100 is larger than a critical angle and smaller than a right angle, and the joint angle is an acute angle among angles formed by a pair of symmetric axis and a stretch line of the joint of the heating element, and the critical angle is the When any one of the bent portions connected to the pair of joints of the heating element is positioned on the stretch line, it may be an acute angle among the angles formed by the pair of symmetric axis of the joint and the stretch line.
  • the joint angle may be 30 degrees or more and 60 degrees or less.
  • the material of the heating element 400 may include any one of Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo.
  • the material of the heating element 400 may be mixed with any one material of Ti or C or coated with any one material.
  • the ceramic heater 100 it is possible to provide a ceramic heater in which the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic plate is improved by alleviating the low temperature region of the heating element included in the ceramic heater.
  • the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic heater is improved only by changing the design of the joint structure connecting the concentric circumference of the heating element included in the ceramic heater without adding an additional device. There is an effect that can provide a ceramic heater (100).
  • FIG. 1 is a view showing an example of a ceramic heater 100 structure.
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of a heating element structure included in a conventional ceramic heater.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a partial region 230 including a low temperature region of the conventional 1-zone heating element 210 shown in FIG. 2(a).
  • FIG 4 is a view showing the structure of a 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing in more detail a partial region 410 of the 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion of a heating element in order to define an extension line of the heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 7 to 9 are views showing various structures of the 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the structure of the 2-zone heating element 1000 included in the ceramic heater 100 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 11 is a view showing the temperature distribution of the heating surface of the ceramic heater 100 according to the joint angle J of the 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing the structure of a 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • both ends of the heating element 400 in which the electrode of the heating element 400 is formed so that the electrode of the heating element 400 is located in an area corresponding to the shaft 120 in order to supply power to the heating element May be designed to be located close to the central portion of the heating element 400.
  • the heating element 400 may include a plurality of pairs of joints connecting a plurality of concentric circumferences, and the pair of joints may not be positioned in a straight line as in the form included in the conventional heating element, and may be formed in a diagonal direction. have. The connection direction of the pair of joints will be described in more detail below.
  • FIG 5 is a view showing in more detail a partial region 410 of the 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a partial region 410 including a pair of 1-zone heating elements 400 included in a ceramic heater according to an embodiment of the present invention illustrated in FIG. 4.
  • 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention is shown to form a plurality of concentric circumference, each Concentric circumference can be connected to the joint (510, 520, 530, 540), each concentric circumference and the joint can have a structure connected through the bent portion (501, 502, 503, 504, 505, 506).
  • the first joint 510 is connected to two adjacent concentric circumferences through the first bending portion 501 and the third bending portion 503.
  • the structure may have a structure
  • the second joint 520 may have a structure connected to two neighboring concentric circumferences through the second bend 502 and the fourth bend 504.
  • the straight line extending the first joint 510 and the straight line extending the second joint 520 may be in a line-symmetrical shape based on the pair of symmetrical axes 550 of the first joint.
  • the straight line extending the third joint 530 and the straight line extending the fourth joint 540 are the second joint pair symmetric axis 560 ).
  • each pair of joints included in the heating element 400 may have one pair of axes of symmetry, which is a virtual symmetry line of a straight line extending the joint.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a partial region 410 of the heating element in order to define an extension line of the heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • an imaginary line as a reference for determining the angle at which the joint is formed is set. It may be, hereinafter, referred to as the stretched lines (740, 750).
  • the stretch line is a concentric circumference from the center 420 of the heating element, which is the center of the concentric column of the heating element included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the center 600 of the pair of concentric circumferential joints is four bent portions 501, 502, 503 connected to any one pair of joints 510, 520 of the heating element. 504) by connecting the first bent portion 501 and the fourth bent portion 504 in a diagonal direction, the line segment M is formed, and the second bent portion 502 and the third bent portion 503 are connected to each other. It is the intersection point formed by the line segment (N) being formed.
  • the extension line may be formed in two directions from the center of the heating element, but there may also be a heating element in which the extension line is formed in three or more directions.
  • the structure of the heating element included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention it is assumed that two extension lines 740 and 750 are formed from the center 420 of the heating element, and the two extension lines ( 740, 750) is assumed to be 180 degrees.
  • this is only an example of the structure of the heating element included in the ceramic heater according to the present invention, and the angle formed by two extension lines from the center of the heating element in the heating element structure of the ceramic heater according to another embodiment of the present invention is 180 It may be formed at an angle other than degrees.
  • the joint bisymmetry axis 550 may not be parallel to the first stretch line 740.
  • the joint pair symmetric axis 360 of the heating element 210 included in the conventional ceramic heater shown in FIG. 3 may be parallel to or parallel to the stretch line, but the ceramic heater according to the present invention shown in FIG. 5 (
  • the joint symmetric axis 550 of the joint of the heating element 400 included in 100) may be formed at a constant angle with the first extension line 740.
  • the joints 510 and 520 of the heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to the present invention may be designed and formed so that the joint pair symmetric axis 550 does not pass through the center 420 of the heating element. .
  • any one of the angles formed between the pair of symmetric axis 550 of the joint and the first extension line 740 may be referred to as a joint angle J.
  • a low temperature region may be formed at an intersection point 650 of a diagonal line E formed by connecting the diagonal line F formed by connecting and the fourth curved line 504 and the fifth curved line 505, the present invention
  • the distance from the nearest heating element at the intersection 650 is E/2
  • the low temperature of the heating element 210 included in the conventional ceramic heater shown in FIG. 3 It may be significantly shorter than A/2, which corresponds to the distance from the position 350 corresponding to the region to the nearest heating element. Therefore, it is possible to expect an effect that the low temperature region is relaxed and disappears at the intersection 650.
  • the pair of symmetrical axes 550 of the heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to the present invention is formed at a constant angle with the first extension line 740, and the joint angle J is a specific angle.
  • any one of the bent portions 501 or 504 may be located on the first stretched line 740, and a specific joint angle J at that time may be referred to as a critical angle. If the joint angle (J) has a size greater than or equal to the critical angle, the distance to the nearest heating element from the intersection point 650 of E and F is equal to G/2, which is half of the distance from the neighboring concentric column of the heating element, E At the intersection point 650 of and F, a low temperature region may be alleviated and disappear.
  • FIG 7 to 9 are views showing various structures of the 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 includes six joint pairs symmetrical axes 721, 722, 723, and 724 corresponding to six joints 725 and 726 may be present, and each pair of joints is the same as the first stretched line 740 or the second stretched line 750 where each axis of symmetry of each joint extends in two directions from the center 420 of the heating element. It can be formed side by side to form an angle.
  • the six joint pairs included in the 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention include six joint pairs symmetrical axes 721, corresponding to the six joint pairs 722, 723, 724, 725, 726 may be formed side by side so that they are all parallel.
  • a 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 includes six joint pairs symmetrical axes 821, 822, 823, and 824 corresponding to six joint pairs 825, 826) may be present, and among the pair of joints, the pair of heating element joints disposed in a first direction, which is one direction based on the center 420 of the heating element, may be disposed in a first direction.
  • the three joint pairs of symmetrical axes 821, 822, and 823 intersecting the stretched portions may be formed to be parallel to each other, and among each joint pair, which is different from the first direction based on the center 420 of the heating element
  • the pair of the heating element joints arranged in the second direction, which is the direction, may be formed such that three pairs of joints symmetrical axes 824, 825, and 826 that intersect with the second extensions arranged in the second direction are parallel to each other. have.
  • the joint angle formed by 826) with the second stretched portion may be formed to have the same size and different directions.
  • the pair of symmetrical axes 821, 822, and 823 that intersect with the first stretched part may form an acute angle having a constant size in a clockwise direction at an intersection with the first stretched part, and the second stretched part
  • the joint symmetry axes 824, 825, and 826 intersecting with may form an acute angle having a constant size in a counterclockwise direction at an intersection with the second stretch.
  • a 1-zone heating element included in the ceramic heater 100 has six joint pairs of symmetrical axes 921, 922, 923, and 924 corresponding to six joints 925, 926) may be present, and each joint pair, if necessary, each joint pair symmetric axis extending from the center 420 of the heating element in two directions, the first extension line 740 or the second extension line 750 ) And different joint angles.
  • the six joint pairs of symmetry axes 921, 922, 923, 924, 925, and 926 corresponding to the six joints of the heating element have different joint angles in consideration of the temperature distribution of the ceramic plate heating surface. It may be formed, and accordingly, the heating surface temperature distribution of the ceramic plate may be designed to meet the needs of the ceramic heater designer.
  • FIG. 10 is a view showing the structure of the 2-zone heating element 1000 included in the ceramic heater 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the concentric circumferential joint pair of the 2-zone heating element 1000 included in the ceramic heater 100 according to another embodiment of the present invention also has a pair of axis of symmetry of each joint centering the center of the heating element. It can be designed not to go too far. Therefore, when the heating element joint structure according to the present invention is applied to a ceramic heater including a 2-zone heating element, the effect that the low temperature region generated by the heating element joint structure included in the conventional 2-zone ceramic heater can be removed can be removed. Can be obtained.
  • the heating element structure included in the ceramic heater according to the present invention shown in FIGS. 4 and 10 is only exemplary, and the heating element structure included in the ceramic heater according to the present invention is not limited to the 1-zone or 2-zone structure. Instead, it can be applied to a ceramic heater including a heating element having a temperature range of 3-zone or more.
  • FIG 11 is a view showing the temperature distribution of the heating surface of the ceramic heater 100 according to the joint angle J of the 1-zone heating element 400 included in the ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the shortest distance G between adjacent concentric circumferences of the heating element included in the ceramic heater is 1 mm
  • the distance H between pairs of concentric circumferences is 0.5 mm
  • the heating surface of the ceramic heater Under the condition that the temperature is 500°C
  • the joint angle between the concentric circumferential joint biaxial symmetry axis and the stretch line is (a) 30 degrees, (b) 45 degrees, (c) 60 degrees, respectively.
  • the results of measuring the heating surface temperature of the ceramic heater corresponding to the low temperature region are shown in comparison with the conventional ceramic heater.
  • the heating surface temperature of the ceramic heater corresponding to the low temperature region of Example a is 493 °C
  • the heating surface temperature of the ceramic heater corresponding to the low temperature region of Example b is 498 °C
  • the heating surface temperature of the ceramic heater corresponding to the low temperature region of Example c was 495°C. It can be seen that a significant difference appears when the result is compared with the heating surface temperature of 432°C corresponding to the low temperature region in the conventional ceramic heater.
  • a low temperature region is significantly reduced compared to a ceramic heater having a conventional heating element structure.
  • the joint angle (J) of the heating element included in the ceramic heater according to the present invention was designed and tested at 30 degrees or less, the reduction in the low-temperature region was not noticeable, and the joint angle (J) was designed at 60 degrees or more and failed.
  • the design of the joint angle J of the heating element included in the ceramic heater according to the present invention is most preferably made at 30 degrees or more and 60 degrees or less.
  • the material of the heating element included in the ceramic heater according to an embodiment of the present invention may include any one of Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo. Further, the material of the heating element may be designed by mixing with one of Ti or C, or may be designed by coating with one of Ti or C.
  • the ceramic heater 100 it is possible to provide a ceramic heater in which the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic plate is improved by alleviating the low temperature region of the heating element included in the ceramic heater.
  • the temperature uniformity of the heating surface of the ceramic heater is improved only by changing the design of the joint structure connecting the concentric circumference of the heating element included in the ceramic heater without adding an additional device. There is an effect that can provide a ceramic heater (100).
  • the present invention is applicable to ceramic heaters.

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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
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.
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.
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.
본 발명은 세라믹 히터에 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이음각은 30도 이상 60도 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열체(400)의 소재는 Mo, Mo2C, MoC, Mo3C2, Mo 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발열체(400)의 소재는 Ti 또는 C 중 어느 하나의 소재와 혼합되거나 어느 하나의 소재로 코팅된 것을 특징으로 하는 세라믹 히터.
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