ホーム > 特許ランキング > 日本特殊陶業株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024119674
(43)【公開日】2024-09-03
(54)【発明の名称】セラミックスヒータ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H05B 3/74 20060101AFI20240827BHJP
H05B 3/10 20060101ALI20240827BHJP
H05B 3/20 20060101ALI20240827BHJP
H05B 3/28 20060101ALI20240827BHJP
【ＦＩ】
H05B3/74
H05B3/10 A
H05B3/20 309
H05B3/20 328
H05B3/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023026748
(22)【出願日】2023-02-22
(71)【出願人】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099793
【弁理士】
【氏名又は名称】川北 喜十郎
(74)【代理人】
【識別番号】100154586
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 正広
(72)【発明者】
【氏名】北林 徹夫
(72)【発明者】
【氏名】下嶋 浩正
【テーマコード（参考）】
3K034
3K092
【Ｆターム（参考）】
3K034AA02
3K034AA03
3K034AA15
3K034BA06
3K034BB06
3K034CA02
3K092PP20
3K092QA06
3K092QB02
3K092QB04
3K092QC02
3K092VV22
(57)【要約】
【課題】セラミックスヒータの均温性の悪化を抑制するための技術を提供する。
【解決手段】
セラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２１～１２３とを備えている。ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、同心状に配置された円形状又は円環形状の発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈを形成している。発熱領域１２２Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの径方向の外側に位置する部分を有する発熱領域１２３Ｈの同心度が９０％以上である。
【選択図】 図２
【解決手段】
セラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２１～１２３とを備えている。ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、同心状に配置された円形状又は円環形状の発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈを形成している。発熱領域１２２Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの径方向の外側に位置する部分を有する発熱領域１２３Ｈの同心度が９０％以上である。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面及び前記上面と上下方向において対向する下面を有する円板状のセラミックス基材と、
前記セラミックス基材に埋設された、又は前記セラミックス基材の前記下面に配置された複数のヒータ電極と、を備え、
前記複数のヒータ電極は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域を有し、
前記複数のヒータ電極の前記発熱領域は、前記セラミックス基材の前記上面の中心に対して同心状に配置され、
前記複数の発熱領域のうち、第１の発熱領域と、半径方向において前記第１の発熱領域の外側に位置する部分を有する第２の発熱領域について、
前記第１の発熱領域の外縁と前記第２の発熱領域の内縁との間の前記半径方向の距離を、前記中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線に沿って４箇所測ったときの最大値に対する最小値の比が、９０％以上であることを特徴とするセラミックスヒータ。
前記セラミックス基材に埋設された、又は前記セラミックス基材の前記下面に配置された複数のヒータ電極と、を備え、
前記複数のヒータ電極は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域を有し、
前記複数のヒータ電極の前記発熱領域は、前記セラミックス基材の前記上面の中心に対して同心状に配置され、
前記複数の発熱領域のうち、第１の発熱領域と、半径方向において前記第１の発熱領域の外側に位置する部分を有する第２の発熱領域について、
前記第１の発熱領域の外縁と前記第２の発熱領域の内縁との間の前記半径方向の距離を、前記中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線に沿って４箇所測ったときの最大値に対する最小値の比が、９０％以上であることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項2】
前記複数のヒータ電極は、０．１ｍｍ以下の平行度で配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項3】
前記複数のヒータ電極の前記複数の発熱領域のうち、少なくとも二つの発熱領域は前記上下方向において互いに重なっていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項4】
前記複数の発熱領域の数は、３以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックスヒータ。
【請求項5】
前記複数の発熱領域のうち、少なくとも２以上の発熱領域は同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項6】
前記複数の発熱領域のうち、少なくとも２以上の発熱領域は同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のセラミックスヒータ。
【請求項7】
前記複数のヒータ電極は、前記上下方向の最大厚さが０．２ｍｍ以下の金属メッシュにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項8】
上面及び下面の平行度が０．１ｍｍ以下である、円板状のセラミックス成形体又はセラミックス仮焼体を準備する工程と、
前記セラミックス成形体又は前記セラミックス仮焼体の前記上面の外径よりも小さく、且つ、互いに外径の異なる複数の円形状又は円環形状のヒータ電極を準備する工程と、
前記セラミックス成形体又は前記セラミックス仮焼体の前記上面又は前記下面に、対応する前記複数のヒータ電極を配置したときに、前記の複数のヒータ電極の外縁との間隔が０．２ｍｍ以下となるような外形を有する複数の凹部を形成する工程と、
前記複数のヒータ電極を、対応する前記複数の凹部にそれぞれ配置する工程とを含むことを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
前記セラミックス成形体又は前記セラミックス仮焼体の前記上面の外径よりも小さく、且つ、互いに外径の異なる複数の円形状又は円環形状のヒータ電極を準備する工程と、
前記セラミックス成形体又は前記セラミックス仮焼体の前記上面又は前記下面に、対応する前記複数のヒータ電極を配置したときに、前記の複数のヒータ電極の外縁との間隔が０．２ｍｍ以下となるような外形を有する複数の凹部を形成する工程と、
前記複数のヒータ電極を、対応する前記複数の凹部にそれぞれ配置する工程とを含むことを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコンウェハ等の基板を保持して加熱するセラミックスヒータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ウェハなどの基板を保持して加熱するセラミックスヒータの一例として、異なる２つの発熱領域に対応する２つのヒータ電極が埋設されているセラミックスヒータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－５９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載のセラミックスヒータにおいては、２つのヒータ電極は略同心円状に配置されている。同心状に配置された複数のヒータ電極に同心のズレが生じた場合には、セラミックスヒータの均温性を悪化させる恐れがある。
【0005】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、セラミックスヒータの均温性の悪化を抑制するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の態様に従えば、上面及び前記上面と上下方向において対向する下面を有する円板状のセラミックス基材と、
前記セラミックス基材に埋設された、又は前記セラミックス基材の前記下面に配置された複数のヒータ電極と、を備え、
前記複数のヒータ電極は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域を有し、
前記複数のヒータ電極の前記発熱領域は、前記セラミックス基材の前記上面の中心に対して同心状に配置され、
前記複数の発熱領域のうち、第１の発熱領域と、半径方向において前記第１の発熱領域の外側に位置する部分を有する第２の発熱領域について、
前記第１の発熱領域の外縁と前記第２の発熱領域の内縁との間の前記半径方向の距離を、前記中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線に沿って４箇所測ったときの最大値に対する最小値の比が、９０％以上であることを特徴とするセラミックスヒータが提供される。
前記セラミックス基材に埋設された、又は前記セラミックス基材の前記下面に配置された複数のヒータ電極と、を備え、
前記複数のヒータ電極は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域を有し、
前記複数のヒータ電極の前記発熱領域は、前記セラミックス基材の前記上面の中心に対して同心状に配置され、
前記複数の発熱領域のうち、第１の発熱領域と、半径方向において前記第１の発熱領域の外側に位置する部分を有する第２の発熱領域について、
前記第１の発熱領域の外縁と前記第２の発熱領域の内縁との間の前記半径方向の距離を、前記中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線に沿って４箇所測ったときの最大値に対する最小値の比が、９０％以上であることを特徴とするセラミックスヒータが提供される。
【発明の効果】
【0007】
セラミックスヒータの径方向の温度分布の均一性を向上させるためには、径方向の内側と外側に配置された発熱領域の同心度を一定値以上することが好ましい。発熱領域の同心度が小さい場合、円周方向に沿って２つの発熱領域の間の距離のばらつきが大きくなるため、面積当たりの発熱量（ワット密度）に差が生じ、円周方向において温度不均一となる恐れがある。上記態様においては、径方向の内側と外側に配置された発熱領域の同心度が９０％以上である。そのため、２つの発熱領域の間において、円周方向に沿った温度の不均一を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施形態に係るセラミックスヒータ１００について、図１、２を参照しつつ説明する。本実施形態に係るセラミックスヒータ１００は、シリコンウェハなどの半導体ウェハ（以下、単にウェハ１０という）の加熱に用いられるセラミックスヒータである。なお、以下の説明においては、セラミックスヒータ１００が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向５が定義される。図１に示されるように、本実施形態に係るセラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、シャフト１６０とを備える。また、図２、３（ａ）、３（ｂ）に示されるように、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極１２１～１２３と、導電性部材１３１～１３３と、接続部分１４１～１４５と、端子１５１～１５４とが埋め込まれている。
【0010】
＜セラミックス基材１１０＞
セラミックス基材１１０は、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、厚さ２５ｍｍの円形の板状の形状を有する部材であり、セラミックス基材１１０の上面１１１には加熱対象であるウェハ１０が載置される。なお、図１では図面を見やすくするためにウェハ１０とセラミックス基材１１０とを離して図示している。セラミックス基材１１０は、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成することができる。
セラミックス基材１１０は、直径１２インチ（約３００ｍｍ）、厚さ２５ｍｍの円形の板状の形状を有する部材であり、セラミックス基材１１０の上面１１１には加熱対象であるウェハ１０が載置される。なお、図１では図面を見やすくするためにウェハ１０とセラミックス基材１１０とを離して図示している。セラミックス基材１１０は、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成することができる。
【0011】
図２はセラミックス基材１１０の縦断面を模式的に表した図である。図２において点線で示されている仮想面Ａ、Ｂは、いずれも上下方向５に直交する水平面である。仮想面Ａ、Ｂは、上下方向５において、セラミックス基材１１０の上面１１１と下面１１３との間にあり、仮想面Ａは仮想面Ｂの上方に位置している。図３（ａ）は、仮想面Ａにおけるセラミックス基材１１０の断面を模式的に表した図であり、図３（ｂ）は、仮想面Ｂにおけるセラミックス基材１１０の断面を模式的に表した図である。図２、３（ａ）、３（ｂ）に示されるように、セラミックス基材１１０の内部には、３つのヒータ電極１２１～１２３と、３つの導電性部材１３１～１３３と、５つの接続部分１４１～１４５と、４つの端子１５１～１５４とが埋設されている。
【0012】
＜ヒータ電極１２１～１２３＞
ヒータ電極１２１～１２３について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。ヒータ電極１２１～１２３は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔等の耐熱金属（融点２０００℃以上の高融点金属）を帯状に裁断することにより形成されている。ヒータ電極１２１～１２３をヒータ電極として使用する場合には、抵抗値を確保するために最大厚さ０．２ｍｍ以下の金属メッシュを用いることが好適である。金属メッシュを用いる場合において、ヒータ電極１２１～１２３の厚さはワイヤーの交点部分を除き０．０３ｍｍ～０．２ｍｍであることがさらに好ましい。ヒータ電極１２１～１２３の抵抗値は、約２Ω～２０Ωであることが好ましい。ヒータ電極１２１～１２３は、例えば、Ｍｏメッシュ（線径０．１ｍｍ、平織＃５０メッシュ）の素材を所定のパターンに裁断することにより形成することができる。タングステン、モリブデンの純度は９９％以上であることが好ましい。また、帯状に裁断されたヒータ電極１２１～１２３の幅は２．５ｍｍ～２０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ～１５ｍｍであることがさらに好ましい。本実施形態においては、ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）に示される形状に裁断されているが、ヒータ電極１２１～１２３の形状はこれには限られず、適宜変更しうる。なお、セラミックス基材１１０の内部にはヒータ電極１２１～１２３に加えて、あるいは、ヒータ電極１２１～１２３に代えて、ウェハ１０をクーロン力により上面１１１に引き付けるための静電チャック電極及びセラミックス基材１１０の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方が埋設されていてもよい。
ヒータ電極１２１～１２３について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。ヒータ電極１２１～１２３は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔等の耐熱金属（融点２０００℃以上の高融点金属）を帯状に裁断することにより形成されている。ヒータ電極１２１～１２３をヒータ電極として使用する場合には、抵抗値を確保するために最大厚さ０．２ｍｍ以下の金属メッシュを用いることが好適である。金属メッシュを用いる場合において、ヒータ電極１２１～１２３の厚さはワイヤーの交点部分を除き０．０３ｍｍ～０．２ｍｍであることがさらに好ましい。ヒータ電極１２１～１２３の抵抗値は、約２Ω～２０Ωであることが好ましい。ヒータ電極１２１～１２３は、例えば、Ｍｏメッシュ（線径０．１ｍｍ、平織＃５０メッシュ）の素材を所定のパターンに裁断することにより形成することができる。タングステン、モリブデンの純度は９９％以上であることが好ましい。また、帯状に裁断されたヒータ電極１２１～１２３の幅は２．５ｍｍ～２０ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ～１５ｍｍであることがさらに好ましい。本実施形態においては、ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、図３（ａ）、３（ｂ）に示される形状に裁断されているが、ヒータ電極１２１～１２３の形状はこれには限られず、適宜変更しうる。なお、セラミックス基材１１０の内部にはヒータ電極１２１～１２３に加えて、あるいは、ヒータ電極１２１～１２３に代えて、ウェハ１０をクーロン力により上面１１１に引き付けるための静電チャック電極及びセラミックス基材１１０の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方が埋設されていてもよい。
【0013】
図３（ａ）に示されるように、ヒータ電極１２１はセラミックス基材１１０の仮想面Ａの略中央に配置されており、ヒータ電極１２２はヒータ電極１２１の外側を取り囲むように配置されている。ヒータ電極１２１は、略円環形状のリング部１２１ａと、直線状に延びる２つの直線部１２１ｂとを含んでいる。リング部１２１ａは、図３（ａ）の上側において開いた円環形状を有しており、２つの直線部１２１ｂは、開いた円環状のリング部１２１ａの両端から図３（ａ）の下方に向かって延びている。ヒータ電極１２２は、ヒータ電極１２１のリング部１２１ａの外側を取り囲むように配置された２つの半円の円環形状の内側リング部１２２ａと、２つの内側リング部１２２ａの外側を取り囲むように配置された、略円環形状の外側リング部１２２ｂと、２つの内側リング部１２２ａと外側リング部１２２ｂを繋ぐように直線状に延びる２つの直線部１２２ｃとを含んでいる。外側リング部１２２ｂは、図３（ａ）の左側が開いた円環形状を有している。２つの直線部１２２ｃは、外側リング部１２２ｂの両端と、２つの内側リング部１２２ａとをそれぞれ繋ぐように、図３（ａ）の左右方向に延びている。
【0014】
図３（ｂ）に示されるように、ヒータ電極１２３はセラミックス基材１１０の仮想面Ｂの外周部分に配置されている。ヒータ電極１２３は、図３（ｂ）の上側が開いた略円環形状のリング部１２３ａを含んでいる。仮想面Ａと仮想面Ｂとを重ねた場合において、ヒータ電極１２３は、ヒータ電極１２１及びヒータ電極１２２の外側に配置されており、ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２とヒータ電極１２３とは互いに重ならないように同心状に配置されている。ヒータ電極１２３の外径はヒータ電極１２１、１２２の外径よりも大きい。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極１２１、ヒータ電極１２２、ヒータ電極１２３にそれぞれ対応した３つの発熱領域（上下方向において、ヒータ電極１２１による第１発熱領域１２１Ｈと、ヒータ電極１２２による第２発熱領域１２２Ｈと、ヒータ電極１２３による第３発熱領域１２３Ｈ）が形成される（図３（ａ）、３（ｂ）参照）。なお、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３とは上下方向５においてオーバーラップして配置されていてもよい。
【0015】
＜導電性部材１３１～１３３＞
次に、導電性部材１３１～１３３について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図３（ｂ）に示されるように、導電性部材１３１～１３３は同一の仮想面Ｂに配置されている。導電性部材１３１～１３３は、ヒータ電極１２３の内側において略円形の領域を占めるように、互いに重なり合わないように並べられている。導電性部材１３１は略半円形状であり、図３（ｂ）において、ヒータ電極１２３の内側の領域の左半分を占めている。導電性部材１３１の、右側の略中央部には、矩形状の切り欠き１３１Ｃが形成されている。導電性部材１３２は、中心角が約９０°の扇形形状を有しており、導電性部材１３１の下半分と向かい合うように、導電性部材１３１の右側に配置されている。導電性部材１３３は、中心角が約９０°の扇形形状を有しており、導電性部材１３１の上半分と向かい合うように、導電性部材１３１の右側に配置されている。
次に、導電性部材１３１～１３３について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図３（ｂ）に示されるように、導電性部材１３１～１３３は同一の仮想面Ｂに配置されている。導電性部材１３１～１３３は、ヒータ電極１２３の内側において略円形の領域を占めるように、互いに重なり合わないように並べられている。導電性部材１３１は略半円形状であり、図３（ｂ）において、ヒータ電極１２３の内側の領域の左半分を占めている。導電性部材１３１の、右側の略中央部には、矩形状の切り欠き１３１Ｃが形成されている。導電性部材１３２は、中心角が約９０°の扇形形状を有しており、導電性部材１３１の下半分と向かい合うように、導電性部材１３１の右側に配置されている。導電性部材１３３は、中心角が約９０°の扇形形状を有しており、導電性部材１３１の上半分と向かい合うように、導電性部材１３１の右側に配置されている。
【0016】
導電性部材１３１～１３３の合計面積は、ヒータ電極１２１～１２３のうち、最も外径の大きいヒータ電極１２３の外径によって規定される仮想円の面積の４０％以上であることが好ましく、５５％以上であることがさらに好ましい。また、導電性部材１３１の面積、導電性部材１３２の面積、及び導電性部材１３３の面積はいずれも、上記仮想円の面積をヒータ電極１２１～１２３の数（３つ）で割った面積の４０％以上であることが好ましく、５５％以上であることがさらに好ましい。
【0017】
導電性部材１３１～１３３は、ヒータ電極１２１～１２３と同様に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔等の耐熱金属（融点２０００℃以上の高融点金属）を所定の形状に裁断することにより形成されている。なお、導電性部材１３１～１３３は、ヒータ電極１２１～１２３と同じ金属材料で形成されることが好ましい。この場合には、製造が容易になるとともに、焼成時の収縮率の違いに起因するひずみを抑制することができる。後述のように、導電性部材１３１は、端子１５２及び接続部分１４４と接続されている（図３（ｂ）参照）。導電性部材１３１の、端子１５２と接続されている部分と接続部分１４４との間の抵抗は約０．０１Ω～１Ωであり、ヒータ電極１２１～１２３のいずれの抵抗よりも小さい。導電性部材１３２は、端子１５３及び接続部分１４３と接続されている（図３（ｂ）参照）。導電性部材１３２の、端子１５３と接続されている部分と接続部分１４３との間の抵抗は約０．０１Ω～１Ωであり、ヒータ電極１２１～１２３のいずれの抵抗よりも小さい。導電性部材１３３は、端子１５４及び接続部分１４１、１４２、１４５と接続されている（図３（ｂ）参照）。導電性部材１３３の、端子１５４と接続されている部分と接続部分１４１との間の抵抗、端子１５４と接続されている部分と接続部分１４２との間の抵抗、端子１５４と接続されている部分と接続部分１４５との間の抵抗は、いずれも、約０．０１Ω～１Ωであり、ヒータ電極１２１～１２３の抵抗よりも小さい。
【0018】
＜接続部分１４１～１４５＞
次に、接続部分１４１～１４５について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図２に示されるように、接続部分１４１、１４２は仮想面Ａと仮想面Ｂとの間に配置されている。接続部分１４１、１４２の下端は導電性部材１３３に電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、電気的に接続されていることを、単に接続されていると称する。接続部分１４１の上端はヒータ電極１２１の直線部１２１ｂに接続され、接続部分１４２の上端はヒータ電極１２２のリング部１２２ａに接続されている。接続部分１４３も接続部分１４１、１４２と同様に、仮想面Ａと仮想面Ｂとの間に配置されている（図３（ａ）、３（ｂ）参照）。接続部分１４３の下端は導電性部材１３２に接続され、接続部分１４３の上端はヒータ電極１２２のリング部１２２ａに接続されている。これらの接続部分１４１～１４３は、仮想面Ａと仮想面Ｂとを接続するビア構造である。また、図３（ｂ）に示されるように、接続部分１４４、１４５は仮想面Ｂに配置されている。接続部分１４４、１４５の一端（図３（ｂ）の上側の端部）はヒータ電極１２３に接続されている。接続部分１４４の他端（図３（ｂ）の下側の端部）は導電性部材１３１に接続され、接続部分１４５の他端（図３（ｂ）の下側の端部）は導電性部材１３３に接続されている。接続部分１４４、１４５は、複数のヒータ電極１２１～１２３及び導電性部材１３１～１３３と同じ素材（タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔）により形成されている。これにより、接続部分１４４は導電性部材１３１及びヒータ電極１２３と一体化しており、接続部分１４５は導電性部材１３３及びヒータ電極１２３と一体化している。
次に、接続部分１４１～１４５について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図２に示されるように、接続部分１４１、１４２は仮想面Ａと仮想面Ｂとの間に配置されている。接続部分１４１、１４２の下端は導電性部材１３３に電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、電気的に接続されていることを、単に接続されていると称する。接続部分１４１の上端はヒータ電極１２１の直線部１２１ｂに接続され、接続部分１４２の上端はヒータ電極１２２のリング部１２２ａに接続されている。接続部分１４３も接続部分１４１、１４２と同様に、仮想面Ａと仮想面Ｂとの間に配置されている（図３（ａ）、３（ｂ）参照）。接続部分１４３の下端は導電性部材１３２に接続され、接続部分１４３の上端はヒータ電極１２２のリング部１２２ａに接続されている。これらの接続部分１４１～１４３は、仮想面Ａと仮想面Ｂとを接続するビア構造である。また、図３（ｂ）に示されるように、接続部分１４４、１４５は仮想面Ｂに配置されている。接続部分１４４、１４５の一端（図３（ｂ）の上側の端部）はヒータ電極１２３に接続されている。接続部分１４４の他端（図３（ｂ）の下側の端部）は導電性部材１３１に接続され、接続部分１４５の他端（図３（ｂ）の下側の端部）は導電性部材１３３に接続されている。接続部分１４４、１４５は、複数のヒータ電極１２１～１２３及び導電性部材１３１～１３３と同じ素材（タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金のワイヤーを織ったメッシュや箔）により形成されている。これにより、接続部分１４４は導電性部材１３１及びヒータ電極１２３と一体化しており、接続部分１４５は導電性部材１３３及びヒータ電極１２３と一体化している。
【0019】
＜端子１５１～１５４＞
次に、端子１５１～１５４について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図２に示されるように、端子１５１の上端はヒータ電極１２１の直線部１２１ｂ（図３（ａ）参照）に接続されている。端子１５１の上端は、ヒータ電極１２１の直線部１２１ｂと接触していてもよい。あるいは、端子１５１の上端とヒータ電極１２１の直線部１２１ｂとが、タングステン、モリブデン、又は、これらの少なくとも１つを含む合金によって形成されたペレットを介して接触していてもよい。後述の端子１５２～１５４についても同様である。端子１５１は、ヒータ電極１２１の直線部１２１ｂから下方に向かって延び、さらに後述のシャフト１６０の中空の円筒部１６１の中空の部分を通って下方に延びている。なお、図３（ｂ）に示されるように、仮想面Ｂに配置されている導電性部材１３１の右側の略中央部には、矩形状の切り欠き１３１Ｃが形成されている。端子１５１は仮想面Ｂの切り欠き１３１Ｃが形成された部分を通って下方に延びているため、端子１５１と導電性部材１３１とは電気的に導通していない。
次に、端子１５１～１５４について、図２、３（ａ）、３（ｂ）を参照しつつ説明する。図２に示されるように、端子１５１の上端はヒータ電極１２１の直線部１２１ｂ（図３（ａ）参照）に接続されている。端子１５１の上端は、ヒータ電極１２１の直線部１２１ｂと接触していてもよい。あるいは、端子１５１の上端とヒータ電極１２１の直線部１２１ｂとが、タングステン、モリブデン、又は、これらの少なくとも１つを含む合金によって形成されたペレットを介して接触していてもよい。後述の端子１５２～１５４についても同様である。端子１５１は、ヒータ電極１２１の直線部１２１ｂから下方に向かって延び、さらに後述のシャフト１６０の中空の円筒部１６１の中空の部分を通って下方に延びている。なお、図３（ｂ）に示されるように、仮想面Ｂに配置されている導電性部材１３１の右側の略中央部には、矩形状の切り欠き１３１Ｃが形成されている。端子１５１は仮想面Ｂの切り欠き１３１Ｃが形成された部分を通って下方に延びているため、端子１５１と導電性部材１３１とは電気的に導通していない。
【0020】
図２に示されるように、端子１５４の上端は仮想面Ｂに配置された導電性部材１３３に接続されている。端子１５４は、導電性部材１３３から下方に向かって延び、端子１５１と同様に、シャフト１６０の円筒部１６１の中空の部分を通って下方に延びている。同様に、端子１５２の上端は仮想面Ｂに配置された導電性部材１３１に接続されている（図３（ｂ）参照）。端子１５２は、導電性部材１３１から下方に向かって延び、端子１５１と同様に、シャフト１６０の円筒部１６１の中空の部分を通って下方に延びている。また、端子１５３の上端は仮想面Ｂに配置された導電性部材１３２に接続されている（図３（ｂ）参照）。端子１５３は、導電性部材１３２から下方に向かって延び、端子１５１と同様に、シャフト１６０の円筒部１６１の中空の部分を通って下方に延びている。つまり、シャフト１６０の円筒部１６１の中空の部分には、４つの端子１５１～１５４が配置されている。
【0021】
＜シャフト１６０＞
次にシャフト１６０について、図１、２、４を参照しつつ説明する。図１、２に示されるように、セラミックス基材１１０の下面１１３には、シャフト１６０が接続されている。シャフト１６０は中空の略円筒形状の円筒部１６１と、円筒部１６１の下方に設けられた大径部１６２（図１参照）を有する。大径部１６２は、円筒部１６１の径よりも大きな径を有している。以下の説明において、円筒部１６１の長手方向をシャフト１６０の長手方向６として定義する。図１に示されるように、セラミックスヒータ１００の使用状態において、シャフト１６０の長手方向６は上下方向５と平行である。
次にシャフト１６０について、図１、２、４を参照しつつ説明する。図１、２に示されるように、セラミックス基材１１０の下面１１３には、シャフト１６０が接続されている。シャフト１６０は中空の略円筒形状の円筒部１６１と、円筒部１６１の下方に設けられた大径部１６２（図１参照）を有する。大径部１６２は、円筒部１６１の径よりも大きな径を有している。以下の説明において、円筒部１６１の長手方向をシャフト１６０の長手方向６として定義する。図１に示されるように、セラミックスヒータ１００の使用状態において、シャフト１６０の長手方向６は上下方向５と平行である。
【0022】
図２に示されるように、シャフト１６０の円筒部１６１の内部（内径より内側の領域）には長手方向６（図１参照）に延びる貫通孔が形成されており、上述のように、ヒータ電極１２１～１２３に電力を供給するための端子１５１～１５４が配置されている。これにより、端子１５１～１５４を介してヒータ電極１２１～１２３に電力が供給される。
【0023】
なお、セラミックス基材１１０の下面１１３に、シャフト１６０との接合のための凸部１１４（以下、接合用凸部１１４と呼ぶ）を設けることができる（図４参照）。接合用凸部１１４の形状は、接合されるシャフト１６０の上面の形状と同じであることが好ましく、接合用凸部１１４の直径は１００ｍｍ以下であることが好ましい。接合用凸部１１４の高さ（下面１１３からの高さ）は、０．２ｍｍ以上であればよく、１ｍｍ以上であることが好ましい。特に高さの上限に制限はないが、製作上の容易さを勘案すると、接合用凸部１１４の高さは２０ｍｍ以下であることが好ましい。また、接合用凸部１１４の下面は、セラミックス基材１００の下面１１３に平行であることが好ましい。接合用凸部１１４の下面の表面粗さＲａは１．６μｍ以下であればよい。なお、接合用凸部１１４の下面の表面粗さＲａは０．４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。
【0024】
円筒部１６１の上面は、セラミックス基材１１０の下面１１３（接合用凸部１１４が設けられている場合には、接合用凸部１１４の下面）に固定されている。なお、シャフト１６０は、セラミックス基材１１０と同じように、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成されてもよい。あるいは、断熱性を高めるために、セラミックス基材１１０より熱伝導率の低い材料で形成されてもよい。また、円筒部１６１の上面に、円筒部１６１の下方に設けられた大径部１６２と同様な拡径部１６３が設けられてもよい。
【0025】
＜セラミックスヒータ１００の製造方法＞
次に、セラミックスヒータ１００の製造方法について説明する。以下では、セラミックス基材１１０及びシャフト１６０が窒化アルミニウムで形成される場合を例に挙げて説明する。
次に、セラミックスヒータ１００の製造方法について説明する。以下では、セラミックス基材１１０及びシャフト１６０が窒化アルミニウムで形成される場合を例に挙げて説明する。
【0026】
まず、セラミックス基材１１０の製造方法について説明する。図５（ａ）に示されるように、窒化アルミニウムの造粒粉にバインダーを加えてＣＩＰ成型し、円板状に加工して、窒化アルミニウムのセラミックス成形体５１０を作製する。なお、セラミックス成形体５１０の厚さのばらつきが０．１ｍｍ以下となるようにセラミックス成形体５１０を加工する。詳細には、セラミックス成形体５１０の上面及び下面の平行度が０．１ｍｍ以下となるように円板状のセラミックス成形体５１０を形成する。次に、図５（ｂ）に示されるように、セラミックス成形体５１０の脱脂処理を行い、バインダーを除去する。
【0027】
図５（ｃ）に示されるように、脱脂されたセラミックス成形体５１０に、ヒータ電極１２１を埋設するための凹部５２１と、ヒータ電極１２２を埋設するための凹部５２２と、ヒータ電極１２３を埋設するための凹部５２３と、導電性部材１３１～１３３を埋設するための凹部５３１と、プリフォーム１４３Ｐを挿入するための貫通孔を形成する。プリフォーム１４３Ｐは、タングステン、モリブデン、又は、これらの少なくとも１つを含む合金によって形成された多孔質材である。なお、凹部５２１、５２２、５２３、５３１の形状は、埋設されるヒータ電極１２１などの形状とほぼ同じである。このとき、凹部５２１とヒータ電極１２１とのクリアランスが０．２ｍｍ以下となるように、凹部５２１を加工する。同様に、凹部５２２とヒータ電極１２２とのクリアランスが０．２ｍｍ以下となるように、凹部５２２を加工し、凹部５２３とヒータ電極１２３とのクリアランスが０．２ｍｍ以下となるように凹部５２３を加工し、凹部５３１と導電性部材１３１～１３３とのクリアランスが０．２ｍｍ以下となるように凹部５３１を加工する。なお、端子１５３（図３（ｂ）参照）と重なる位置にタングステン、モリブデン、又は、これらの少なくとも１つを含む合金によって形成されたペレットを埋設してもよい。なお、脱脂されたセラミックス成形体５１０に上記のような凹部を形成することには限られず、セラミックス成形体５１０を仮焼してセラミックス仮焼体を作製し、セラミックス仮焼体に上記のような凹部を形成することもできる。
【0028】
セラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）の凹部５２１にヒータ電極１２１を配置し、凹部５２２にヒータ電極１２２を配置し、凹部５２３にヒータ電極１２３を配置し、凹部５３１に導電性部材１３１～１３３を配置する。さらに、貫通孔にプリフォーム１４３Ｐを配置し、複数のセラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）を積層する。ペレットを埋設した場合には、必要に応じて、ヒータ電極１２２とペレットとの間に、タングステン、モリブデン等の高融点金属の粉末をペーストにして塗布してもよい。これにより、ヒータ電極１２２とペレットとの間の密着性を高めることができる。他の電極及び導電性部材についても同様である。なお、凹部５２１、５２２、５２３、５３１及び貫通孔は予めセラミックス成形体５１０に形成しておいてもよい。次に、図５（ｄ）に示されるように、積層された複数のセラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）をプレスした状態で焼成し、セラミックス焼成体を作製する。焼成の際に加える圧力は、１ＭＰａ以上であることが好ましい。また、１８００℃以上の温度で焼成することが好ましい。このとき、プリフォーム１４３Ｐに所定の圧力が加えられた状態で焼成されることにより、多孔質のプリフォーム１４３Ｐは緻密なビア構造となって接続部分１４３が形成される。その後、端子１５３を形成するために、ヒータ電極１２２までの止まり穴加工を行う。他の電極及び導電性部材についても同様である。なお、ペレットを埋設した場合には、ペレットまでの止まり穴加工を行えばよい。
【0029】
このようにして形成されたセラミックス基材１１０の上面１１１に対して外形加工を行う。セラミックス基材１１０の下面１１３には、下面１１３から突出した接合用の凸部１１４（図４参照）が設けられてもよい。
【0030】
次に、シャフト１６０の製造方法及びシャフト１６０とセラミックス基材１１０との接合方法について説明する。まず、バインダーを数ｗｔ％添加した窒化アルミニウムの造粒粉Ｐを静水圧（１ＭＰａ程度）で成形し、成形体を所定形状に加工する。なお、シャフト１６０の外径は、３０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。シャフト１６０の円筒部１６１の端面には円筒部１６１の外径より大きい径を有するフランジ部１６３が設けられてもよい（図４参照）。円筒部１６１の長さは例えば、５０ｍｍ～５００ｍｍにすることができる。成形体を所定形状に加工した後、成形体を窒素雰囲気中で焼成する。例えば、１９００℃の温度で２時間焼成する。そして、焼成後に焼結体を所定形状に加工することによりシャフト１６０が形成される。円筒部１６１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、１６００℃以上、１ＭＰａ以上の一軸圧力下で、拡散接合により固定することができる。この場合には、セラミックス基材１１０の下面１１３の表面粗さＲａは０．４μｍ以下であることが好ましく、０．２μｍ以下であることがさらに好ましい。また、円筒部１６１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、接合剤を用いて接合することもできる。接合剤として、例えば、１０ｗｔ％のＹ２Ｏ３を添加したＡｌＮ接合材ペーストを用いることができる。例えば、円筒部１６１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３との界面に上記のＡｌＮ接合剤ペーストを１５μｍの厚さで塗布し、上面１１１に垂直な方向（シャフト１６０の長手方向６）に５ｋＰａの力を加えつつ、１７００℃の温度で１時間加熱することにより、接合することができる。あるいは、円筒部１６１の上面とセラミックス基材１１０の下面１１３とを、ねじ止め、ろう付け等によって固定することもできる。
【0031】
＜ヒータ電極１２１～１２３の給電経路＞
図２、３（ａ）に示されるように、端子１５１は、ヒータ電極１２１の一端（図３（ａ）の左側の直線部１２１ｂ）と接続されている。ヒータ電極１２１の他端（図３（ａ）の右側の直線部１２１ｂ）は、接続部分１４１と接続されている。図３（ｂ）に示されるように、接続部分１４１は導電性部材１３３と接続されており、さらに導電性部材１３３は端子１５４と接続されている。これにより、端子１５１から、ヒータ電極１２１、接続部分１４１、導電性部材１３３を通って端子１５４に至る電気回路が形成される。端子１５４をグランド端子として、端子１５１と端子１５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極１２１に通電することができる。すなわち導電性部材１３３はグランド接続されている。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極１２１による第１発熱領域１２１Ｈが形成される。第１発熱領域１２１Ｈは図３（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
図２、３（ａ）に示されるように、端子１５１は、ヒータ電極１２１の一端（図３（ａ）の左側の直線部１２１ｂ）と接続されている。ヒータ電極１２１の他端（図３（ａ）の右側の直線部１２１ｂ）は、接続部分１４１と接続されている。図３（ｂ）に示されるように、接続部分１４１は導電性部材１３３と接続されており、さらに導電性部材１３３は端子１５４と接続されている。これにより、端子１５１から、ヒータ電極１２１、接続部分１４１、導電性部材１３３を通って端子１５４に至る電気回路が形成される。端子１５４をグランド端子として、端子１５１と端子１５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極１２１に通電することができる。すなわち導電性部材１３３はグランド接続されている。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極１２１による第１発熱領域１２１Ｈが形成される。第１発熱領域１２１Ｈは図３（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【0032】
図３（ｂ）に示されるように、端子１５３は、導電性部材１３２と接続され、導電性部材１３２は接続部分１４３と接続されている。図３（ａ）に示されるように、接続部分１４３はヒータ電極１２２の一端と接続され、ヒータ電極１２２の他端は接続部分１４２と接続されている。図３（ｂ）に示されるように、接続部分１４２は導電性部材１３３と接続されており、さらに導電性部材１３３は端子１５４と接続されている。これにより、端子１５３から、導電性部材１３２、接続部分１４３、ヒータ電極１２２、接続部分１４２、導電性部材１３３を通って端子１５４に至る電気回路が形成される。端子１５４をグランド端子として、端子１５３と端子１５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極１２２に通電することができる。すなわち、導電性部材１３３はグランド接続されている。また導電性部材１３３と同一平面に配置されている導電性部材１３２は外部電源に接続されている。この給電経路により、セラミックス基材１１０の上面１１１には、ヒータ電極１２２と重なる第２発熱領域１２２Ｈが形成される。第２発熱領域１２２Ｈは図３（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【0033】
図３（ｂ）に示されるように、端子１５２は、導電性部材１３１と接続され、導電性部材１３１は接続部分１４４と接続されている。さらに、接続部分１４４はヒータ電極１２３の一端と接続され、ヒータ電極１２３の他端は接続部分１４５と接続されている。接続部分１４５は導電性部材１３３と接続されており、さらに導電性部材１３３は端子１５４と接続されている。これにより、端子１５２から、導電性部材１３１、接続部分１４４、ヒータ電極１２３、接続部分１４５、導電性部材１３３を通って端子１５４に至る電気回路が形成される。端子１５４をグランド端子として、端子１５３と端子１５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極１２３に通電することができる。すなわち導電性部材１３３はグランド接続されている。また導電性部材１３３と同一平面に配置されている導電性部材１３１は外部電源に接続されている。この給電経路により、セラミックス基材１１０の上面１１１には、ヒータ電極１２３と重なる第３発熱領域１２３Ｈが形成される。第３発熱領域１２３Ｈは図３（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【実施例0034】
以下、本発明について実施例１～３及び比較例１、２を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例に限定されない。なお、図９には実施例１～３及び比較例１、２の結果をまとめた表が示されている。
【0035】
［実施例１］
実施例１のセラミックスヒータ１００について説明する。実施例１のセラミックスヒータ１００は、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータの製造方法によって製造されたものである。電極配置や電極の形状等は、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータ１００と同様であり、実施例１のセラミックスヒータ１００は、ヒータ電極１２１、１２２とヒータ電極１２３とが異なる平面上に形成された二層構造の電極構成を有している。
実施例１のセラミックスヒータ１００について説明する。実施例１のセラミックスヒータ１００は、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータの製造方法によって製造されたものである。電極配置や電極の形状等は、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータ１００と同様であり、実施例１のセラミックスヒータ１００は、ヒータ電極１２１、１２２とヒータ電極１２３とが異なる平面上に形成された二層構造の電極構成を有している。
【0036】
以下の手順により、電極の配置位置の評価を行った。Ｘ線透過装置を用いてセラミックスヒータ１００のセラミックス基材１１０の透過像を撮影した。得られたＸ線透過画像に基づいて、最も内側に配置されているヒータ電極１２１の外縁と、ヒータ電極１２１の外側に配置されているヒータ電極１２２の内縁との間の径方向の距離（以下、電極間隙という）を測定し、ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２との同心度を算出した。同様に、ヒータ電極１２２の外縁と、ヒータ電極１２２の外側に配置されているヒータ電極１２３の内縁との間の電極間隙を測定し、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との同心度を算出した。詳細には、セラミックス基材１１０の上面１１１の中心を通る、２本の直交する直線Ｌ１、Ｌ２（４５°－２２５°に傾いた直線Ｌ１と、１３５°－３１５°に傾いた直線Ｌ２）に沿った電極間隙を測定し、測定した電極間隙の最大値に対する電極間隙の最小値の比を算出し、同心度とした。
【0037】
さらに、超音波探傷装置を用いて、セラミックス基材１１０の上面１１１からヒータ電極１２２、１２３までの距離の測定を行い、同一平面に配置されていないヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との距離を測定し、平行度を算出した。具体的には、以下の手順で平行度を算出した。図３（ａ）に示されるように、直線Ｌ１とヒータ電極１２２の外側リング部１２２ｂとの交点を点Ｐ１、Ｐ４とし、直線Ｌ２とヒータ電極１２２の外側リング部１２２ｂとの交点を点Ｐ２、Ｐ３とする。また、図３（ｂ）に示されるように、直線Ｌ１とヒータ電極１２３のリング部１２３ａとの交点を点Ｐ５、Ｐ８とし、直線Ｌ２とヒータ電極１２３のリング部１２３ａとの交点を点Ｐ６、Ｐ７とした。そして、［１］セラミックス基材１１０の上面１１１から点Ｐ１までの距離と、上面１１１から点Ｐ５までの距離との距離差と、［２］セラミックス基材１１０の上面１１１から点Ｐ２までの距離と、上面１１１から点Ｐ６までの距離との距離差と、［３］セラミックス基材１１０の上面１１１から点Ｐ３までの距離と、上面１１１から点Ｐ７までの距離との距離差と、［４］セラミックス基材１１０の上面１１１から点Ｐ４までの距離と、上面１１１から点Ｐ８までの距離との距離差とを算出し、［１］～［４］で求めた４つの距離差のうち、最大値と最小値との差を平行度として算出した。
【0038】
実施例１においては、ヒータ電極１２１の外縁と、ヒータ電極１２２の内縁との間の電極間隙（図９の表における第１電極間隙）は４．９ｍｍ～５．１ｍｍであった。すなわち、電極間隙の最小値は４．９ｍｍ、電極間隙の最大値は５．１ｍｍであった。ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２との同心度（図９の表における第１同心度）は９６．１％であった。また、ヒータ電極１２２の外縁と、ヒータ電極１２３の内縁との間の電極間隙（図９の表における第２電極間隙）は４．８ｍｍ～５．２ｍｍであった。ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との同心度（図９の表における第２同心度）は９２．３％であった。また、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との平行度は０．０５ｍｍであった。
【0039】
また、実施例１のセラミックスヒータ１００をプロセスチャンバに設置し、以下の手順でセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。セラミックスヒータ１００に直径３００ｍｍの温度評価用のシリコンウェハを載置し、セラミックスヒータ１００のヒータ電極１２１～１２３に不図示の外部電源を接続した。そして、定常状態でシリコンウェハの上面の温度が５００℃となるように外部電源の出力電力を調整した。その後、温度評価用のシリコンウェハの温度分布を赤外線カメラで計測した。上記の２つの直線Ｌ１、Ｌ２の直上の位置に対応するシリコンウェハの温度を計測し、その最大値と最小値との温度差ΔＴを、温度分布として評価した。実施例１においては、温度差ΔＴは１．４℃であり、良好と判定された。なお、温度評価用のシリコンウェハは、直径３００ｍｍのシリコンウェハの上面に厚さ３０μｍの黒体膜をコーティングしたものである。黒体膜とは、放射率（輻射率）が９０％以上である膜であり、例えば、カーボンナノチューブを主原料とする黒体塗料をコーティングすることにより成膜することができる。
【0040】
［実施例２］
実施例２のセラミックスヒータ１００は、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様に、異なる平面上に形成された二層構造の電極構成を有しているが、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３とが上下方向５においてオーバーラップしている点が異なっている（図６参照）。
実施例２のセラミックスヒータ１００は、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様に、異なる平面上に形成された二層構造の電極構成を有しているが、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３とが上下方向５においてオーバーラップしている点が異なっている（図６参照）。
【0041】
実施例２のセラミックスヒータ１００について、実施例１と同様の手順で電極の配置位置の評価と、電極の平行度の測定と、温度評価とを行った。実施例２においては、ヒータ電極１２１の外縁と、ヒータ電極１２２の内縁との間の電極間隙（図９の表における第１電極間隙）は４．９ｍｍ～５．１ｍｍであった。ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２との同心度（図９の表における第１同心度）は９６．１％であった。また、ヒータ電極１２２の外縁と、ヒータ電極１２３の内縁との間の電極間隙（図９の表における第２電極間隙）は４．９ｍｍ～５．１ｍｍであった。ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との同心度（図９の表における第２同心度）は９６．１％であった。また、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との平行度は０．０４ｍｍであった。
【0042】
実施例１と同様の手順で、実施例２のセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例２においては、温度差ΔＴは１．４℃であり、良好と判定された。
【0043】
［実施例３］
実施例３のセラミックスヒータ１００は、実施例１、２のセラミックスヒータ１００と異なり、同一平面に配置されたヒータ電極２２１～２２３を備えている。図７、図８（ａ）、８（ｂ）に示されるように、セラミックス基材１１０の仮想面Ａには３つのヒータ電極２２１～２２３が配置され、仮想面Ｂには３つの導電性部材２３１～２３３が配置されている。ヒータ電極２２１～２２３の素材は上述のヒータ電極１２１～１２３と同じであり、導電性部材２３１～２３３の素材は上述の導電性部材１５１～１５３と同じであるので、説明を省略する。
実施例３のセラミックスヒータ１００は、実施例１、２のセラミックスヒータ１００と異なり、同一平面に配置されたヒータ電極２２１～２２３を備えている。図７、図８（ａ）、８（ｂ）に示されるように、セラミックス基材１１０の仮想面Ａには３つのヒータ電極２２１～２２３が配置され、仮想面Ｂには３つの導電性部材２３１～２３３が配置されている。ヒータ電極２２１～２２３の素材は上述のヒータ電極１２１～１２３と同じであり、導電性部材２３１～２３３の素材は上述の導電性部材１５１～１５３と同じであるので、説明を省略する。
【0044】
図７、８（ａ）に示されるように、端子２５１は、ヒータ電極２２１の一端と接続されている。ヒータ電極２２１の他端は、接続部分２４１と接続されている。図８（ｂ）に示されるように、接続部分２４１は導電性部材２３３と接続されており、さらに導電性部材２３３は端子２５４と接続されている。これにより、端子２５１から、ヒータ電極２２１、接続部分２４１、導電性部材２３３を通って端子２５４に至る電気回路が形成される。端子２５４をグランド端子として、端子２５１と端子２５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極２２１に通電することができる。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極２２１による第１発熱領域２２１Ｈが形成される。第１発熱領域２２１Ｈは図７（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【0045】
図８（ｂ）に示されるように、端子２５３は、導電性部材２３２に接続されており、さらに導電性部材２３２は接続部分２４３と接続されている。接続部分２４３はヒータ電極２２２の一端と接続されている。ヒータ電極２２２の他端は、接続部分２４２と接続されている。図８（ｂ）に示されるように、接続部分２４２は導電性部材２３３と接続されており、さらに導電性部材２３３は端子２５４と接続されている。これにより、端子２５３から、導電性部材２３２、接続部分２４３、ヒータ電極２２２、接続部分２４２、導電性部材２３３を通って端子２５４に至る電気回路が形成される。端子２５４をグランド端子として、端子２５３と端子２５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極２２２に通電することができる。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極２２２による第２発熱領域２２２Ｈが形成される。第２発熱領域２２２Ｈは図８（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【0046】
図８（ｂ）に示されるように、端子２５２は、導電性部材２３１に接続されており、さらに導電性部材２３１は接続部分２４５と接続されている。接続部分２４５はヒータ電極２２３の一端と接続されている。ヒータ電極２２３の他端は、接続部分２４４と接続されている。図８（ｂ）に示されるように、接続部分２４４は導電性部材２３３と接続されており、さらに導電性部材２３３は端子２５４と接続されている。これにより、端子２５２から、導電性部材２３１、接続部分２４５、ヒータ電極２２３、接続部分２４４、導電性部材２３３を通って端子２５４に至る電気回路が形成される。端子２５４をグランド端子として、端子２５２と端子２５４に外部電源を接続することにより、ヒータ電極２２３に通電することができる。これにより、セラミックス基材１１０には、ヒータ電極２２３による第３発熱領域２２３Ｈが形成される。第３発熱領域２２３Ｈは図８（ａ）において、グレーの領域として図示されている。
【0047】
実施例３のセラミックスヒータ１００について、実施例１と同様の手順で電極の配置位置の評価と、温度評価とを行った。実施例３においては、ヒータ電極２２１の外縁と、ヒータ電極２２２の内縁との間の電極間隙（図９の表における第１電極間隙）は４．９ｍｍ～５．１ｍｍであった。ヒータ電極２２１とヒータ電極２２２との同心度（図９の表における第１同心度）は９６．１％であった。また、ヒータ電極２２２の外縁と、ヒータ電極２２３の内縁との間の電極間隙（図９の表における第２電極間隙）は４．９ｍｍ～５．１ｍｍであった。ヒータ電極２２２とヒータ電極２２３との同心度（図９の表における第２同心度）は９６．１％であった。
【0048】
実施例１と同様の手順で、実施例３のセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。実施例３においては、温度差ΔＴは１．５℃であり、良好と判定された。
【0049】
［比較例１］
比較例１のセラミックスヒータは、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータの製造方法とは異なり、電極を埋設するための凹部を成形体に形成する際に、凹部と電極とのクリアランスが０．２ｍｍ以下になるように調整されておらず、クリアランスが０．２ｍｍよりも大きくなっている。なお、電極配置や電極の形状等は、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。
比較例１のセラミックスヒータは、上記の実施形態において説明したセラミックスヒータの製造方法とは異なり、電極を埋設するための凹部を成形体に形成する際に、凹部と電極とのクリアランスが０．２ｍｍ以下になるように調整されておらず、クリアランスが０．２ｍｍよりも大きくなっている。なお、電極配置や電極の形状等は、実施例１のセラミックスヒータ１００と同様である。
【0050】
比較例１のセラミックスヒータについて、実施例１と同様の手順で電極の配置位置の評価と、電極の平行度の測定と、温度評価とを行った。比較例１においては、ヒータ電極１２１の外縁と、ヒータ電極１２２の内縁との間の電極間隙（図９の表における第１電極間隙）は４．７ｍｍ～５．３ｍｍであり、実施例１と比べて電極間隙の最大値と最小値との差が大きくなっていた。ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２との同心度（図９の表における第１同心度）は８８．７％であり、実施例１と比べて小さくなっていた。また、ヒータ電極１２２の外縁と、ヒータ電極１２３の内縁との間の電極間隙（図９の表における第２電極間隙）は４．７ｍｍ～５．３ｍｍであり、実施例１と比べて電極間隙の最大値と最小値との差が大きくなっていた。ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との同心度（図９の表における第２同心度）は８８．７％であり、実施例１と比べて小さくなっていた。また、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との平行度は０．１１ｍｍであり、実施例１と比べて大きくなっていた。
【0051】
実施例１と同様の手順で、比較例１のセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。比較例１においては、温度差ΔＴは２．１℃であり、良好ではないと判定された。
【0052】
［比較例２］
比較例２のセラミックスヒータは、比較例１と同様に、電極を埋設するための凹部を成形体に形成する際に、凹部と電極とのクリアランスが０．２ｍｍ以下になるように調整されておらず、クリアランスが０．２ｍｍよりも大きくなっている。なお、電極配置や電極の形状等は、実施例３のセラミックスヒータ１００と同様である。
比較例２のセラミックスヒータは、比較例１と同様に、電極を埋設するための凹部を成形体に形成する際に、凹部と電極とのクリアランスが０．２ｍｍ以下になるように調整されておらず、クリアランスが０．２ｍｍよりも大きくなっている。なお、電極配置や電極の形状等は、実施例３のセラミックスヒータ１００と同様である。
【0053】
比較例２のセラミックスヒータについて、実施例１～３と同様の手順で電極の配置位置の評価と、温度評価とを行った。比較例２においては、ヒータ電極１２１の外縁と、ヒータ電極１２２の内縁との間の電極間隙（図９の表における第１電極間隙）は４．７ｍｍ～５．３ｍｍであり、実施例３と比べて電極間隙の最大値と最小値との差が大きくなっていた。ヒータ電極１２１とヒータ電極１２２との同心度（図９の表における第１同心度）は８８．７％であり、実施例３と比べて小さくなっていた。また、ヒータ電極１２２の外縁と、ヒータ電極１２３の内縁との間の電極間隙（図９の表における第２電極間隙）は４．６ｍｍ～５．４ｍｍであり、実施例３と比べて電極間隙の最大値と最小値との差が大きくなっていた。ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との同心度（図９の表における第２同心度）は８５．２％であり、実施例３と比べて小さくなっていた。
【0054】
実施例１～３と同様の手順で、比較例２のセラミックスヒータ１００の温度評価を行った。比較例１においては、温度差ΔＴは２．３℃であり、良好ではないと判定された。
【0055】
＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態及び実施例１～３において、セラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２１～１２３（又はヒータ電極２２１～２２３）とを備えている。ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈを形成している。ヒータ電極２２１～２２３は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域２２１Ｈ～２２３Ｈを形成している。発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈ及び発熱領域２２１Ｈ～２２３Ｈは、セラミックス基材１１０の上面１１１の中心に対して同心状に配置されている。発熱領域１２２Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの径方向の外側に位置する部分を有する発熱領域１２３Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。また、発熱領域１２１Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。いずれの場合も、同心度は９０％以上１００％以下であることが好ましい。
上記実施形態及び実施例１～３において、セラミックスヒータ１００は、セラミックス基材１１０と、セラミックス基材１１０に埋設されたヒータ電極１２１～１２３（又はヒータ電極２２１～２２３）とを備えている。ヒータ電極１２１～１２３は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈを形成している。ヒータ電極２２１～２２３は、それぞれ、円形状又は円環形状の発熱領域２２１Ｈ～２２３Ｈを形成している。発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈ及び発熱領域２２１Ｈ～２２３Ｈは、セラミックス基材１１０の上面１１１の中心に対して同心状に配置されている。発熱領域１２２Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの径方向の外側に位置する部分を有する発熱領域１２３Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。また、発熱領域１２１Ｈの外縁と、発熱領域１２２Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。いずれの場合も、同心度は９０％以上１００％以下であることが好ましい。
【0056】
発熱領域２２２Ｈの外縁と、発熱領域２２２Ｈの径方向の外側に位置する部分を有する発熱領域２２３Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。また、発熱領域２２１Ｈの外縁と、発熱領域２２２Ｈの内縁との間の、径方向の距離を、上面１１１の中心を通り、且つ、互いに直交する２本の直線Ｌ１、Ｌ２に沿って４箇所測ったときの、最大値に対する最小値の比である同心度が９０％以上である。いずれの場合も、同心度は９０％以上１００％以下であることが好ましい。
【0057】
径方向の温度分布の均一性を向上させるために、径方向の内側と外側に配置された発熱領域の同心度を一定値以上とすることが好ましい。発熱領域の同心度が小さい場合、円周方向に沿って２つの発熱領域の間の距離のばらつきが大きくなるため、面積当たりの発熱量（ワット密度）に差が生じ、円周方向において温度不均一となる恐れがある。上記実施形態においては、径方向の内側と外側に配置された発熱領域の同心度が９０％以上である。そのため、２つの発熱領域の間において、円周方向に沿った温度の不均一を抑制することができる。なお、セラミックス基材１１０の外縁と、最も外側のヒータ電極１２３の外縁との同心度は９０％以上であることが好ましい。
【0058】
上記実施形態及び実施例１、２において、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３との平行度は０．１ｍｍ以下であった。異なる平面に配置されているヒータ電極間の平行度が大きい場合には、セラミックス基材１１０の上面１１１に対して供給される熱量が均等でなくなり、上面１１１の温度分布が不均一になる可能性がある。異なる平面に配置されているヒータ電極間の平行度を０．１ｍｍ以下とすることにより、セラミックス基材１１０の上面１１１の均温性を向上させることができる。異なる平面に配置されているヒータ電極間の平行度は０．０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好ましい。
【0059】
上記実施例２において、ヒータ電極１２２とヒータ電極１２３とが上下方向５において互いに重なっていた。これにより、ヒータ電極１２２の発熱領域１２２Ｈとヒータ電極１２３の発熱領域１２３Ｈとを上下方向５にオーバーラップさせることができる。この場合には、セラミックス基材１１０の上面１１１の、発熱領域１２２Ｈと発熱領域１２３Ｈとの間に対応する領域において、発熱領域に覆われない領域が生じることを抑制することができ、温度が局所的に下がる箇所が発生することを抑制することができる。その結果、セラミックス基材１１０の上面１１１の均温性を向上させることができる。
【0060】
上記実施形態及び実施例１～３において、セラミックス基材１１０に３つのヒータ電極１２１～１２３（ヒータ電極２２１～２２３）が埋設されていることに起因して、セラミックス基材１１０には、３つの発熱領域１２１Ｈ～１２３Ｈが形成されている。なお、セラミックス基材１１０に４つ以上のヒータ電極を埋設して、セラミックス基材１１０に４つ以上の発熱領域を形成することもできる。発熱領域の数を３つ以上にすることにより、セラミックス基材１１０の上面１１１における径方向の均温性を向上させることができ、温度分布を細かく調整することができる。
【0061】
上記実施形態及び実施例１～３において、３つのヒータ電極１２１～１２３（ヒータ電極２２１～２２３）のうち、少なくとも２つのヒータ電極は同一平面上に配置されている。これにより、少なくとも２つの発熱領域が同一平面上に配置されている。３以上の発熱領域を有するマルチゾーンヒータにおいて、少なくとも２以上の発熱領域を同一平面に配置することにより、各ヒータ電極の配置や、外部電源との結線手段を容易化することができる。
【0062】
上記実施形態及び実施例１～３において、３つのヒータ電極１２１～１２３（ヒータ電極２２１～２２３）を最大厚さが０．２ｍｍ以下の金属メッシュにより形成することができる。ヒータ電極を、金属メッシュにより形成する場合には、焼成時にメッシュ電極が面内で微小に変位することができる。これにより、セラミックス基材とヒータ電極との境界で生じる内部応力が抑制されるとともに、メッシュ開口部でセラミックス同士の焼結が生じ、ヒータ電極の変形が抑制される。その結果ヒータ電極の形状を所定の形状に維持することが容易になる。
【0063】
上記実施形態において、セラミックスヒータ１００の製造方法は、上面及び下面の平行度が０．１ｍｍ以下である、円板状のセラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）を準備する工程と、前記セラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）の上面の外径よりも小さく、且つ、互いに外径の異なる複数の円形状又は円環形状のヒータ電極１２１～１２３を準備する工程と、セラミックス成形体５１０（又はセラミックス仮焼体）の上面又は下面に、対応する複数のヒータ電極１２１～１２３を配置したときに、複数のヒータ電極１２１～１２３の外縁との間隔が０．２ｍｍ以下となるような外形を有する複数の凹部５２１～５２３を形成する工程と、複数のヒータ電極１２１～１２３を、対応する複数の凹部５２１～５２３にそれぞれ配置する工程とを備えている。
【0064】
このような製造方法によって、ヒータ電極１２１～１２３が所望の位置に埋設されたセラミックスヒータ１００を製造することができる。
【0065】
上記実施形態において、セラミックス基材１１０の下面１１３に、筒状のシャフト１６０が設けられている。そして、端子１５１～１５４は、シャフト１６０の外径よりも内側に配置されている。この場合には、筒状のシャフト１６０の内側と外側を気密封止することにより、端子１５１～１５４をシャフト１６０の外部環境から保護することができる。また、筒状のシャフト１６０を設けることにより、セラミックス基材１１０が外部の装置等と直接接触することを避けることができる。これにより、セラミックス基材１１０を周囲から断熱することができ、セラミックス基材１１０の均熱性を高めることができる。
【0066】
＜変更形態＞
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、セラミックス基材１１０、シャフト１６０の形状、寸法は上記実施形態のものには限られず、適宜変更しうる。また、セラミックス基材１１０に埋設される電極、導電性部材、接合部分、端子の形状、寸法、数等は適宜変更しうる。
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、セラミックス基材１１０、シャフト１６０の形状、寸法は上記実施形態のものには限られず、適宜変更しうる。また、セラミックス基材１１０に埋設される電極、導電性部材、接合部分、端子の形状、寸法、数等は適宜変更しうる。
【0067】
上記実施形態においては、ヒータ電極１２１～１２３として、モリブデン、タングステン、モリブデン及び／又はタングステンを含む合金を用いていたが、本発明はそのような態様には限られない。例えば、モリブデン、タングステン以外の金属又は合金を用いることもできる。
【0068】
上記実施形態においては、セラミックスヒータ１００はセラミックス基材１１０に埋設された３つのヒータ電極１２１～１２３（又は３つのヒータ電極２２１～２２３）を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、セラミックスヒータ１００のセラミックス基材１１０に埋設されている電極の数は、２つ又は４つ以上であってもよい。
【0069】
上記実施形態においては、セラミックスヒータ１００はシャフト１６０を備えていたが、本発明はそのような態様には限られず、セラミックスヒータ１００は必ずしもシャフト１６０を備えていなくてもよい。
【0070】
以上、発明の実施形態及びその変更形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが請求の範囲の記載からも明らかである。
【0071】
明細書、及び図面中において示した製造方法における各処理の実行順序は、特段に順序が明記されておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるので無い限り、任意の順序で実行しうる。便宜上、「まず、」「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。
【符号の説明】
【0072】
１００ セラミックスヒータ
１１０ セラミックス基材
１２１～１２３、２２１～２２３ ヒータ電極
１３１～１３３、２３１～２３３ 導電性部材
１４１～１４５、２４１～２４５ 接続部分
１５１～１５４、２５１～２５４ 端子
１６０ シャフト
１１０ セラミックス基材
１２１～１２３、２２１～２２３ ヒータ電極
１３１～１３３、２３１～２３３ 導電性部材
１４１～１４５、２４１～２４５ 接続部分
１５１～１５４、２５１～２５４ 端子
１６０ シャフト
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】