セラミックスヒータ
【課題】温度分布の制御精度の向上を図ることができるセラミックスヒータを提供する。
【解決手段】本発明のセラミックスヒータ１によれば、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）から発せられた熱を、セラミックス基板２から伝熱面としての接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）を通過させた上で、セラミックス支持部材４の低温箇所に流れ込ませることができる。セラミックス基板とセラミックス支持部材との接合界面Ｓｊは、セラミックス基板２の載置面Ｓに対して垂直な軸線を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている。
【解決手段】本発明のセラミックスヒータ１によれば、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）から発せられた熱を、セラミックス基板２から伝熱面としての接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）を通過させた上で、セラミックス支持部材４の低温箇所に流れ込ませることができる。セラミックス基板とセラミックス支持部材との接合界面Ｓｊは、セラミックス基板２の載置面Ｓに対して垂直な軸線を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの被加熱物を加熱するセラミックスヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜又はエッチング等の処理の対象となる半導体ウエハ等の被加熱物が載置されるセラミックス基板が複数のゾーンに区分され、当該複数のゾーンのそれぞれに別個の発熱抵抗体が埋設されているマルチゾーンヒータが提案されている（特許文献１参照）。マルチゾーンヒータによれば、各発熱抵抗体による発熱量が独立に制御されるため、ゾーンごとに異なる態様での温度制御が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１９５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、セラミックス基板及びこれを支持するシャフトが窒化アルミニウムなどの熱伝導率が高い素材からなる場合、複数の発熱抵抗体のそれぞれの発熱量が制御されたとしても、セラミックス基板において発生した熱は、最終的にシャフトを通過して伝熱するため、セラミック基板内の熱流は外周部から中心方向へ向かう。その結果、特に外周部を中心部に比べ低温にすることが困難であった。また、セラミック基板内の中心から外周部への熱流の向きを変えることが困難なため、セラミックス基板における温度分布の制御が困難になる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、セラミックス基板内における温度勾配の形成を含む温度分布の制御精度の向上を図ることができるセラミックスヒータ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】
本発明は、被加熱物が載置される載置面を有するセラミックス基板と、前記載置面に対して垂直な軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について相互に間隔をおいて前記セラミックス基板に埋設され、電源から別個の端子を通じて電流が流されることによりジュール熱を発するように構成されている複数の発熱抵抗体と、前記セラミックス基板に対して接合されるセラミックス支持部材とを備えているセラミックスヒータに関する。
【０００７】
前記課題を解決するための本発明のセラミックスヒータは、前記セラミックス基板と前記セラミックス支持部材との接合界面が、前記軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について離散的に配置されている複数の接合界面により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックスヒータによれば、各発熱抵抗体から発せられた熱を、セラミックス基板から伝熱面としての接合界面を通過させた上で、セラミックス支持部材の低温箇所に流れ込ませることができる。セラミックス基板とセラミックス支持部材との「接合界面」は、セラミックス基板の載置面に対して垂直な軸線を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている。したがって、セラミックス基板における熱流の分布は各発熱抵抗体の発熱量と、複数の接合界面の配置態様とによって任意の形態で精度よく調節されうる。また、熱伝導率の高い素材でセラミックス基板及びセラミックス支持部材が構成された場合でも、所望の温度勾配が形成されうる。
【０００９】
「離散的」とは、一の接合界面と他の接合界面とが完全に離れていることを意味する。そのほか、「離散的」とは、一の接合界面と他の接合界面とが、一又は複数の接続部分を介して、前記軸線回りの周長のごく一部（例えば１０％以下）にわたって接続されていることをも意味する。
【００１０】
例えば、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも少なくなるように制御されることにより、セラミックス基板において熱を外側から内側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板から内側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材に熱を流出させることができる。
【００１１】
その結果、セラミック基板から、外側の接合界面のみならず、内側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板において、内側領域の温度が外側領域の温度よりも低温になるように制御されうる。
【００１２】
一方、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも多くなるように制御されることにより、セラミックス基板において熱を内側から外側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板から軸線から遠い外側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材に熱を流出させることができる。
【００１３】
その結果、セラミック基板から、内側の接合界面のみならず、外側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板において、軸線から遠い外側領域の温度が、軸線に近い内側領域の温度よりも低温になるように制御されうる。
【００１４】
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと、前記複数の接合界面のそれぞれとが、前記載置面に対して垂直な方向について少なくとも部分的に重なるように配置されていることが好ましい。
【００１５】
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする同心円状に配置されている円弧状の発熱抵抗体により構成され、前記複数の接合界面のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする円環状の接合界面又は環状に配置されている複数の接合界面を構成要素とする接合界面群により構成されていることが好ましい。
【００１６】
前記複数の接合界面の間に閉空間が存在する場合、前記閉空間を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、前記セラミックス支持部材に形成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図２】本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図３】本発明の第３実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図４】本発明の第４実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図５】発熱抵抗体及び接合界面の第１配置形態に関する説明図。
【図６】発熱抵抗体及び接合界面の第２配置形態に関する説明図。
【図７】発熱抵抗体及び接合界面の第３配置形態に関する説明図。
【図８】セラミックス基板の載置面における温度分布に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（セラミックスヒータの構成（第１実施形態））
図１に示されている本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータは、半導体ウエハ等の被加熱物Ｗが載置される載置面Ｓを有するセラミックス基板２と、セラミックス基板２に埋設されている５つの独立した発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５と、基板２の下側に接合されているセラミックス支持部材４とを備えている。
【００１９】
セラミックスヒータは、さまざまな半導体製造プロセスにおいて使用される半導体製造装置（例えば、成膜装置、エッチング装置、検査装置）のためのセラミックス製品として適用される。
【００２０】
セラミックス基板２は、半径Ｒ（例えばＲ＝１７０［ｍｍ］）の略円板状のセラミックス焼結体により構成されている。セラミックス基板２は、例えば使用温度におけるその体積抵抗率が１０Ｅ＋０８Ω・ｃｍ以上になるように、窒化アルニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）又は石英を主成分として含み、焼結助剤などを副成分として含んでいる。
【００２１】
原料粉末のプレス成形体に発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５が設置され、その上にさらに原料粉末が載置されたものがプレス成形されることによって得られたセラミックス成形体が、ホットプレスによって焼成され、表面研磨等の加工が適宜施されることにより、発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５が埋設されているセラミックス基板２が製造された。
【００２２】
５つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５は、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等の耐熱金属により形成されている。発熱抵抗体Ｑｋは、電気的に短絡しないように少なくとも一箇所で分断された略円環状の部分を有するように形成されている。図５に示されているように、５つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５は、セラミックス基板２の中心軸線（図１破線参照）上の点を中心とする同心円状に配置されている。
【００２３】
第１発熱抵抗体Ｑ１の内径は０．１２Ｒであり、外径は０．２４Ｒである。第２発熱抵抗体Ｑ２の内径は０．２６Ｒであり、外径は０．３８Ｒである。第３発熱抵抗体Ｑ３の内径は０．４０Ｒであり、外径は０．５２Ｒである。第４発熱抵抗体Ｑ４の内径は０．５４Ｒであり、外径は０．７８Ｒである。第５発熱抵抗体Ｑ５の内径は０．８０Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。
【００２４】
セラミックス基板２には、その下面中央部に接続端子（図示略）が埋設されている。発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれは、セラミックス基板２に埋設されている電流供給部材（図示略）によって一対の接続端子に接続されている。各接続端子には、セラミックス支持部材４を構成するシャフト４２が有する中空部（図示略）を通って配線されている給電線が接続されている。給電線は電源（図示略）に接続されている。
【００２５】
コンピュータにより構成されている制御装置（図示略）により、電源から発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれに対する供給電力が制御される。これにより、発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれの発熱量、さらには発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５により画定される５つのゾーンのそれぞれにおけるセラミックス基板２の載置面Ｓの温度分布が制御される。
【００２６】
電流供給部材と接続端子とはろう付け又は溶接されている。電流供給部材はモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）などからなる。接続端子は、箔、板、塊状のニッケル（Ｎｉ）、コバール（登録商標）（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はモリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）を主成分とする耐熱合金などの耐熱金属から構成される。
【００２７】
セラミックス支持部材４は、略円板状のフランジ４１と、略円筒状のシャフト４２とを備えている。セラミックス支持部材４は、セラミックス基板２と同一のセラミックスを原料とする焼結体により構成されていてもよい。セラミックス基板２とセラミックス支持部材４との断熱性を高めるため、セラミックス支持部材４がセラミックス基板２の素材より熱伝導率の低い素材から形成されていてもよい。
【００２８】
フランジ４１の上面には、略円環状の溝Ｕ１及びＵ２が形成されている。当該溝Ｕ１及びＵ２は、例えばセラミックス基板２に接合される前において、焼結体であるフランジ４１の上面に機械加工が施されることによって形成される。なお、フランジ４１に接合される前において、焼結体であるセラミックス基板２の下面が機械加工されることにより、当該溝Ｕ１及びＵ２に加えて又は代えて、閉空間を形成する溝が形成されてもよい。
【００２９】
第１溝Ｕ１の内径は０．２６Ｒであり、外径は０．３８Ｒである。第２溝Ｕ２の内径は０．５４Ｒであり、外径は０．７８Ｒである。このため、図５に示されているように、載置面Ｓに垂直な軸線方向について第１溝Ｕ１は第２発熱抵抗体Ｑ２に重なり、第２溝Ｕ２は第４発熱抵抗体Ｑ４に重なる。
【００３０】
図１に示されているようにフランジ４１の上端面がセラミックス基板２の下端面に接合されることにより、溝Ｕ１及びＵ２は同心円状に配置されている略円環状の閉空間を形成する。セラミックス基板２の下端面とセラミックス支持部材４の上端面とが、拡散接合又はセラミックス若しくはガラス等の接合材による固層接合によって接合されている。これにより、図５に斜線で示されているように、径方向に内側から順に離散的に配置されている略円環状の第１接合界面Ｓ１、第２接合界面Ｓ２及び第３接合界面Ｓ３が形成されている。接合界面Ｓｊ（ｊ＝１，２，３）が形成されることを要件として、フランジ４１そのものの形状は矩形状など、任意の形状に変更されてもよい。
【００３１】
第１接合界面Ｓ１の内径は０．１２Ｒであり、外径は０．２６Ｒである。第２接合界面Ｓ２の内径は０．３８Ｒであり、外径は０．５２Ｒである。第３接合界面Ｓ３の内径は０．７８Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。
【００３２】
図５に示されているように、第１発熱抵抗体Ｑ１の全部が、第１接合界面Ｓ１に対して軸線方向（載置面Ｓに対して垂直な方向）について重なっている。第３発熱抵抗体Ｑ３の全部が、第２接合界面Ｓ２に対して軸線方向について重なっている。第５発熱抵抗体Ｑ５の全部が、第３接合界面Ｓ３に対して軸線方向について重なっている。
【００３３】
シャフト４２は、フランジ４１と一体的に形成され、又は、その上端がフランジ４１の下面に拡散接合又は固層接合によって接合されている。シャフト４２は、給電線等を通すための中空部を有していれば、楕円筒状又は多角形筒状等の任意の形状に変更されてもよい。
【００３４】
シャフト４２の下端部は、フランジなどを介して真空チャンバーに接続されており、シャフト４２の中空部が真空チャンバーの内部と同じ雰囲気となるように構成されている。
【００３５】
なお、フランジ４１の上面に代えて又は加えて、セラミックス基板２の下面に溝が形成され、フランジ４１の上面がセラミックス基板２の下面に接合されることにより、当該溝によって接合界面Ｓｊが形成されてもよい。
【００３６】
（実験結果）
図１及び図５に示されている構成の第１実施形態のセラミックスヒータについて、表１に示されている３つのパターンにしたがって、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）の発熱量が調節されるように、各発熱抵抗体Ｑｋの印加電圧及び電流が制御された。
【００３７】
セラミックス基板２は、窒化アルミニウムを主原料とし、焼結助剤である酸化イットリウムを副原料とする原料から作成された。セラミックス支持部材４は、窒化アルミニウムを原料とし、焼結助剤を含まない原料により作成された。発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５はモリブデンにより構成されている。
【００３８】
【表１】
【００３９】
第１の発熱パターンによれば、最も内側にある第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が０とされ、その外側にある４つの発熱抵抗体Ｑ２〜Ｑ５のそれぞれの発熱量が、外側であるほど多くなるように調節された。第２の発熱パターンによれば、外側にある２つの発熱抵抗体Ｑ４及びＱ５の発熱量が０とされ、その内側にある３つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれの発熱量が、外側であるほど多くなるように調節された。第３の発熱パターンによれば、外側にある３つの発熱抵抗体Ｑ３〜Ｑ５の発熱量が０とされ、その内側にある２つの発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２のそれぞれの発熱量が、内側であるほど多くなるように調節された。
【００４０】
第１〜第３の発熱パターンのそれぞれにおけるセラミックス基板２の径方向の温度分布態様の測定結果が図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれに実線で示されている。横軸はセラミックス基板２の径Ｒに対する、セラミックス基板２の中心からの距離ｒの比（ｒ／Ｒ）であり、縦軸はサーモグラフィを用いて測定されたセラミックス基板２の載置面の温度Ｔを表わしている。
【００４１】
発熱パターン１によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約１０［℃］だけ高くなるような温度勾配が形成されている。発熱パターン２によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約４５［℃］だけ低くなるような温度勾配が形成されている。発熱パターン３によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約９０［℃］だけ低くなるような温度勾配が形成されている。
【００４２】
また、空隙が形成されていない以外は第１実施形態のセラミックスヒータと同様に構成されている比較例のマルチゾーンヒータにおいて、発熱パターン１〜３にしたがって発熱抵抗体の発熱量が調節された場合における、セラミックス基板２の径方向の温度分布態様の測定結果が図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれに破線で示されている。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれから、閉空間が形成されている実施例のセラミックスヒータは、閉空間が形成されていない比較例のセラミックスヒータと比較して、セラミックス基板２の径方向の温度勾配を大きくすることができることがわかる。
【００４４】
（本発明のセラミックスヒータの作用効果）
本発明のセラミックスヒータによれば、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）から発せられた熱を、セラミックス基板２から伝熱面としての接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）を通過させた上で、セラミックス支持部材４の低温箇所に流れ込ませることができる（図１黒矢印参照）。セラミックス基板とセラミックス支持部材との接合界面Ｓｊは、セラミックス基板２の載置面Ｓに対して垂直な軸線（図１破線参照）を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている（図１及び図５参照）。
【００４５】
したがって、セラミックス基板２における熱流の分布は各発熱抵抗体Ｑｋの発熱量と、複数の接合界面Ｓｊの配置態様とによって任意の形態で精度よく調節されうる。また、熱伝導率の高い素材でセラミックス基板２及びセラミックス支持部材４が構成された場合でも、所望の温度勾配が形成されうる。
【００４６】
例えば、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも少なくなるように制御されることにより、セラミックス基板２において熱を外側から内側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板２から内側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材４に熱を流出させることができる。
【００４７】
その結果、セラミック基板２から、外側の接合界面のみならず、内側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材４に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板２において、内側領域の温度が外側領域の温度よりも低温になるように制御されうる（図８（ａ）参照）。
【００４８】
一方、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも多くなるように制御されることにより、セラミックス基板２において熱を内側から外側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板２から外側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材４に熱を流出させることができる。
【００４９】
その結果、セラミック基板２から、内側の接合界面のみならず、外側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材４に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板２において、軸線から遠い外側領域の温度が、軸線に近い内側領域の温度よりも低温になるように制御されうる（図８（ｂ）（ｃ）参照）。
【００５０】
（セラミックスヒータの構成（第２実施形態））
図２に示されている本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータでは、第１発熱抵抗体Ｑ１及び第２発熱抵抗体Ｑ２が、セラミックス基板２に埋設されている。発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２は、一箇所で分断された略円環状の部分を有するように形成されている。発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２は、略円板状のセラミックス基板２の中心軸線上の点を中心として、同心円状に配置されている。第１発熱抵抗体Ｑ１の内径は０．０５Ｒであり、外径は０．２Ｒである。第２発熱抵抗体Ｑ２の内径は０．８５Ｒであり、外径は０．９５Ｒである。
【００５１】
フランジ４１の上面には略円環状の溝Ｕが形成されている。溝Ｕの内径は０．２５Ｒであり、外径は０．８Ｒである。図２に示されているようにフランジ４１の上端面がセラミックス基板２の下端面に接合されることにより、溝Ｕは略円環状の閉空間を形成する。
【００５２】
同心円状の２つの略円環状の接合界面Ｓ１及びＳ２を介してセラミックス基板２及びセラミックス支持部材４が接合されている。第１接合界面Ｓ１の内径は０．１Ｒであり、外径は０．２２Ｒである。第２接合界面Ｓ２の内径は０．８３Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。このため、軸線方向について、第１接合界面Ｓ１の全部と第１発熱抵抗体Ｑ１の一部とが重なっており、第２接合界面Ｓ２の全部と第２発熱抵抗体Ｑ２の全部とが重なっている。
【００５３】
第２実施形態のセラミックスヒータによれば、セラミックス基板２から第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれを経由してセラミックス支持部材４に流出する熱量は、第１接合界面Ｓ１の直上にある第１発熱抵抗体Ｑ１と、第２接合界面Ｓ２の直上にある第２発熱抵抗体Ｑ２により容易に制御されうる。
【００５４】
（セラミックスヒータの構成（第３実施形態））
図３に示されている本発明の第３実施形態としてのセラミックスヒータでは、フランジ４１が略円板状ではなく略円錐台状に形成されている。また、フランジ４１の上面（円錐台の下底）に略円環状の溝Ｕが径方向外側から内側に向かって徐々に深くなるように形成されている。そのほかの構成は、第２実施形態のセラミックスヒータと同様である。
【００５５】
第３実施形態のセラミックスヒータによれば、セラミックス支持部材４における第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれからの熱流経路の合流箇所と、第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれとの距離の延長が図られている。これにより、第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が第２発熱抵抗体Ｑ２の発熱量よりも多くなるように制御された場合、セラミックス基板２において内側領域から外側領域に流れる熱流の増大、さらには温度勾配の増大が図られる。
【００５６】
（セラミックスヒータの構成（第４実施形態））
図４に示されている本発明の第４実施形態としてのセラミックスヒータでは、フランジ４１が円錐台と、その下底の外縁から下方（図４では上方）に突出した円筒とが組み合わせられた形状に形成されている。また、略円板状のセラミックス基板２の側面と、フランジ４１の当該円筒部分の内側面とが全周にわたって接合され又は少なくとも周方向の一部において接合されることにより、第２接合界面Ｓ２が形成されている。そのほかの構成は、第３実施形態のセラミックスヒータと同様である。
【００５７】
第４実施形態のセラミックスヒータによれば、第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が第２発熱抵抗体Ｑ２の発熱量よりも多くなるように制御された場合、セラミックス基板２において内側領域から外側領域に流れる熱流のさらなる増大、さらには温度勾配のさらなる増大が図られる。
【００５８】
（本発明の他の実施形態）
第ｊ接合界面Ｓｊが、軸線回りに放射状又は回転対称性をもって配置された複数の接合界面Ｓｊｈ（ｈ＝１，２，‥）により構成される接合界面群であってもよい。第ｊ接合界面群Ｓｊの構成要素である各接合界面Ｓｊｈの形状は、円形、楕円形、矩形、多角形又は扇形など任意の形状が採用されてもよい。各接合界面Ｓｊｈの形状は統一されてもよく、相互に異なっていてもよい。
【００５９】
例えば、図６に示されているように、第１実施形態のセラミックスヒータにおける接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）が、図６に示されているように、４つの扇形状の接合界面（斜線部分参照）を構成要素とする第ｊ接合界面群Ｓｊにより構成されてもよい。第ｊ接合界面群は、セラミックス基板２の中心軸線回りに４回対称を有するように配置されている。第ｊ接合界面群の各構成要素の形状及び配置態様は、扇形の内側円弧及び外側円弧のそれぞれの中心からの距離と、扇形の直線部分の位置を表わす角度（位相）とを成分とする極座標値によって表現される。
【００６０】
第１接合界面群Ｓ１の各構成要素の形状及び配置態様は、極座標値の距離座標値「０．２６Ｒ」及び「０．３８Ｒ」の組み合わせに加え、角度座標値「δ11」及び「δ11＋δ12(δ12は扇形の両端の位相差を表わす。）」の組み合わせ、「δ11＋π／２」及び「δ11＋π／２＋δ12」の組み合わせ、「δ11＋π」及び「δ11＋π＋δ12」の組み合わせ及び「δ11＋３π／２」及び「δ11＋３π／２＋δ12」の組み合わせのそれぞれにより表現される。
【００６１】
第２接合界面群Ｓ２の各構成要素の形状及び配置態様は、極座標値の距離座標値「０．５４Ｒ」及び「０．７８Ｒ」の組み合わせに加え、角度座標値「δ21」及び「δ21＋δ22(δ22は扇形の両端の位相差を表わす。）」の組み合わせ、「δ21＋π／２」及び「δ21＋π／２＋δ22」の組み合わせ、「δ21＋π」及び「δ21＋π＋δ22」の組み合わせ及び「δ21＋３π／２」及び「δ21＋３π／２＋δ22」の組み合わせのそれぞれにより表現される。
【００６２】
図６の例では「δ11」及び「δ21」が等しいが、「δ11」及び「δ21」が相互に異なっていてもよい。図６の例では「δ12」及び「δ22」が等しいが、「δ12」及び「δ22」が相互に異なっていてもよい。内側閉空間の回転対称性と、外側閉空間の対称性とが異なっていてもよい。
【００６３】
径方向について隣り合う接合界面が、径方向に延びる接続部分を介して、ごく一部（例えば内側円弧又は外側円弧の長さの１０％以下の範囲）において接続されていてもよい。接続部分の形状、個数及び配置態様はさまざまに変更されうる。
【００６４】
例えば、図７に示されているように、第１実施形態のセラミックスヒータにおける第１接合界面Ｓ１及び第２接続界面Ｓ２が４つの接続部分Ｓ０１により接続され、第２接合界面Ｓ２及び第３接続界面Ｓ３が４つの接続部分Ｓ０２により接続されてもよい。接続部分Ｓ０１及びＳ０２は、中心角度は０．０５π［ｒａｄ］以下の略扇形状に形成されている。４つの接続部分Ｓ０１を構成要素とする群と、４つの接続部分Ｓ０２を構成要素とする群とは、軸線回りに４回対称を有するように配置されている。各群の位相はずれていてもよい。
【００６５】
発熱抵抗体の個数は前記実施形態の個数（２又は５）に限定されず任意の複数に変更されうる。各発熱抵抗体の形状は円環状（図５参照）に限定されず、楕円環状、多角形環状、楕円形状又は多角形状等、さまざまな形状が採用されうる。複数の発熱抵抗体が相似する楕円環状等の環状に形成され、中心又は重心が共通するように配置されてもよい。
【００６６】
ある発熱抵抗体の一部が、ある接合界面の一部又は全部に重なる等の別の形態で、発熱抵抗体及び接合界面が軸線方向について少なくとも部分的に重なっていてもよい。例えば、第１実施形態のセラミックスヒータについて、第１接合界面Ｓ１の内径が０．１４Ｒに変更されることにより、第１発熱抵抗体Ｑ１の一部と、第１接合界面Ｓ１の一部とが重なっていてもよい（図５参照）。
【００６７】
また、発熱抵抗体と接合界面との重なりが皆無であってもよい。例えば、第１実施形態のセラミックスヒータにおいて、第１発熱抵抗体Ｑ１、第３発熱抵抗体Ｑ３及び第５発熱抵抗体Ｑ５が省略されてもよい（図５参照）。
【００６８】
セラミックス基板２及びセラミックス支持部材４の接合によって形成される閉空間（図１〜図４参照）を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、セラミックス支持部材４に形成されていてもよい。
【００６９】
当該構成のセラミックスヒータ１によれば、連通経路を通じて閉空間の気圧又は閉空間に充填されるガスの種類が調節されうる。これにより、閉空間の熱伝導特性が調節される。このため、セラミックス基板２の載置面Ｓにおける温度分布態様の変更幅をもたせることができる。
【符号の説明】
【００７０】
２‥セラミックス基板、４‥セラミックス支持部材、Ｑｋ‥発熱抵抗体、Ｓｊ‥接合界面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハなどの被加熱物を加熱するセラミックスヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜又はエッチング等の処理の対象となる半導体ウエハ等の被加熱物が載置されるセラミックス基板が複数のゾーンに区分され、当該複数のゾーンのそれぞれに別個の発熱抵抗体が埋設されているマルチゾーンヒータが提案されている（特許文献１参照）。マルチゾーンヒータによれば、各発熱抵抗体による発熱量が独立に制御されるため、ゾーンごとに異なる態様での温度制御が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３１９５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、セラミックス基板及びこれを支持するシャフトが窒化アルミニウムなどの熱伝導率が高い素材からなる場合、複数の発熱抵抗体のそれぞれの発熱量が制御されたとしても、セラミックス基板において発生した熱は、最終的にシャフトを通過して伝熱するため、セラミック基板内の熱流は外周部から中心方向へ向かう。その結果、特に外周部を中心部に比べ低温にすることが困難であった。また、セラミック基板内の中心から外周部への熱流の向きを変えることが困難なため、セラミックス基板における温度分布の制御が困難になる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、セラミックス基板内における温度勾配の形成を含む温度分布の制御精度の向上を図ることができるセラミックスヒータ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】
本発明は、被加熱物が載置される載置面を有するセラミックス基板と、前記載置面に対して垂直な軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について相互に間隔をおいて前記セラミックス基板に埋設され、電源から別個の端子を通じて電流が流されることによりジュール熱を発するように構成されている複数の発熱抵抗体と、前記セラミックス基板に対して接合されるセラミックス支持部材とを備えているセラミックスヒータに関する。
【０００７】
前記課題を解決するための本発明のセラミックスヒータは、前記セラミックス基板と前記セラミックス支持部材との接合界面が、前記軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について離散的に配置されている複数の接合界面により構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のセラミックスヒータによれば、各発熱抵抗体から発せられた熱を、セラミックス基板から伝熱面としての接合界面を通過させた上で、セラミックス支持部材の低温箇所に流れ込ませることができる。セラミックス基板とセラミックス支持部材との「接合界面」は、セラミックス基板の載置面に対して垂直な軸線を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている。したがって、セラミックス基板における熱流の分布は各発熱抵抗体の発熱量と、複数の接合界面の配置態様とによって任意の形態で精度よく調節されうる。また、熱伝導率の高い素材でセラミックス基板及びセラミックス支持部材が構成された場合でも、所望の温度勾配が形成されうる。
【０００９】
「離散的」とは、一の接合界面と他の接合界面とが完全に離れていることを意味する。そのほか、「離散的」とは、一の接合界面と他の接合界面とが、一又は複数の接続部分を介して、前記軸線回りの周長のごく一部（例えば１０％以下）にわたって接続されていることをも意味する。
【００１０】
例えば、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも少なくなるように制御されることにより、セラミックス基板において熱を外側から内側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板から内側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材に熱を流出させることができる。
【００１１】
その結果、セラミック基板から、外側の接合界面のみならず、内側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板において、内側領域の温度が外側領域の温度よりも低温になるように制御されうる。
【００１２】
一方、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも多くなるように制御されることにより、セラミックス基板において熱を内側から外側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板から軸線から遠い外側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材に熱を流出させることができる。
【００１３】
その結果、セラミック基板から、内側の接合界面のみならず、外側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板において、軸線から遠い外側領域の温度が、軸線に近い内側領域の温度よりも低温になるように制御されうる。
【００１４】
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと、前記複数の接合界面のそれぞれとが、前記載置面に対して垂直な方向について少なくとも部分的に重なるように配置されていることが好ましい。
【００１５】
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする同心円状に配置されている円弧状の発熱抵抗体により構成され、前記複数の接合界面のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする円環状の接合界面又は環状に配置されている複数の接合界面を構成要素とする接合界面群により構成されていることが好ましい。
【００１６】
前記複数の接合界面の間に閉空間が存在する場合、前記閉空間を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、前記セラミックス支持部材に形成されていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図２】本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図３】本発明の第３実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図４】本発明の第４実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。
【図５】発熱抵抗体及び接合界面の第１配置形態に関する説明図。
【図６】発熱抵抗体及び接合界面の第２配置形態に関する説明図。
【図７】発熱抵抗体及び接合界面の第３配置形態に関する説明図。
【図８】セラミックス基板の載置面における温度分布に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（セラミックスヒータの構成（第１実施形態））
図１に示されている本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータは、半導体ウエハ等の被加熱物Ｗが載置される載置面Ｓを有するセラミックス基板２と、セラミックス基板２に埋設されている５つの独立した発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５と、基板２の下側に接合されているセラミックス支持部材４とを備えている。
【００１９】
セラミックスヒータは、さまざまな半導体製造プロセスにおいて使用される半導体製造装置（例えば、成膜装置、エッチング装置、検査装置）のためのセラミックス製品として適用される。
【００２０】
セラミックス基板２は、半径Ｒ（例えばＲ＝１７０［ｍｍ］）の略円板状のセラミックス焼結体により構成されている。セラミックス基板２は、例えば使用温度におけるその体積抵抗率が１０Ｅ＋０８Ω・ｃｍ以上になるように、窒化アルニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）又は石英を主成分として含み、焼結助剤などを副成分として含んでいる。
【００２１】
原料粉末のプレス成形体に発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５が設置され、その上にさらに原料粉末が載置されたものがプレス成形されることによって得られたセラミックス成形体が、ホットプレスによって焼成され、表面研磨等の加工が適宜施されることにより、発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５が埋設されているセラミックス基板２が製造された。
【００２２】
５つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５は、モリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）等の耐熱金属により形成されている。発熱抵抗体Ｑｋは、電気的に短絡しないように少なくとも一箇所で分断された略円環状の部分を有するように形成されている。図５に示されているように、５つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５は、セラミックス基板２の中心軸線（図１破線参照）上の点を中心とする同心円状に配置されている。
【００２３】
第１発熱抵抗体Ｑ１の内径は０．１２Ｒであり、外径は０．２４Ｒである。第２発熱抵抗体Ｑ２の内径は０．２６Ｒであり、外径は０．３８Ｒである。第３発熱抵抗体Ｑ３の内径は０．４０Ｒであり、外径は０．５２Ｒである。第４発熱抵抗体Ｑ４の内径は０．５４Ｒであり、外径は０．７８Ｒである。第５発熱抵抗体Ｑ５の内径は０．８０Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。
【００２４】
セラミックス基板２には、その下面中央部に接続端子（図示略）が埋設されている。発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれは、セラミックス基板２に埋設されている電流供給部材（図示略）によって一対の接続端子に接続されている。各接続端子には、セラミックス支持部材４を構成するシャフト４２が有する中空部（図示略）を通って配線されている給電線が接続されている。給電線は電源（図示略）に接続されている。
【００２５】
コンピュータにより構成されている制御装置（図示略）により、電源から発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれに対する供給電力が制御される。これにより、発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５のそれぞれの発熱量、さらには発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５により画定される５つのゾーンのそれぞれにおけるセラミックス基板２の載置面Ｓの温度分布が制御される。
【００２６】
電流供給部材と接続端子とはろう付け又は溶接されている。電流供給部材はモリブデン（Ｍｏ）又はタングステン（Ｗ）などからなる。接続端子は、箔、板、塊状のニッケル（Ｎｉ）、コバール（登録商標）（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、又はモリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）を主成分とする耐熱合金などの耐熱金属から構成される。
【００２７】
セラミックス支持部材４は、略円板状のフランジ４１と、略円筒状のシャフト４２とを備えている。セラミックス支持部材４は、セラミックス基板２と同一のセラミックスを原料とする焼結体により構成されていてもよい。セラミックス基板２とセラミックス支持部材４との断熱性を高めるため、セラミックス支持部材４がセラミックス基板２の素材より熱伝導率の低い素材から形成されていてもよい。
【００２８】
フランジ４１の上面には、略円環状の溝Ｕ１及びＵ２が形成されている。当該溝Ｕ１及びＵ２は、例えばセラミックス基板２に接合される前において、焼結体であるフランジ４１の上面に機械加工が施されることによって形成される。なお、フランジ４１に接合される前において、焼結体であるセラミックス基板２の下面が機械加工されることにより、当該溝Ｕ１及びＵ２に加えて又は代えて、閉空間を形成する溝が形成されてもよい。
【００２９】
第１溝Ｕ１の内径は０．２６Ｒであり、外径は０．３８Ｒである。第２溝Ｕ２の内径は０．５４Ｒであり、外径は０．７８Ｒである。このため、図５に示されているように、載置面Ｓに垂直な軸線方向について第１溝Ｕ１は第２発熱抵抗体Ｑ２に重なり、第２溝Ｕ２は第４発熱抵抗体Ｑ４に重なる。
【００３０】
図１に示されているようにフランジ４１の上端面がセラミックス基板２の下端面に接合されることにより、溝Ｕ１及びＵ２は同心円状に配置されている略円環状の閉空間を形成する。セラミックス基板２の下端面とセラミックス支持部材４の上端面とが、拡散接合又はセラミックス若しくはガラス等の接合材による固層接合によって接合されている。これにより、図５に斜線で示されているように、径方向に内側から順に離散的に配置されている略円環状の第１接合界面Ｓ１、第２接合界面Ｓ２及び第３接合界面Ｓ３が形成されている。接合界面Ｓｊ（ｊ＝１，２，３）が形成されることを要件として、フランジ４１そのものの形状は矩形状など、任意の形状に変更されてもよい。
【００３１】
第１接合界面Ｓ１の内径は０．１２Ｒであり、外径は０．２６Ｒである。第２接合界面Ｓ２の内径は０．３８Ｒであり、外径は０．５２Ｒである。第３接合界面Ｓ３の内径は０．７８Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。
【００３２】
図５に示されているように、第１発熱抵抗体Ｑ１の全部が、第１接合界面Ｓ１に対して軸線方向（載置面Ｓに対して垂直な方向）について重なっている。第３発熱抵抗体Ｑ３の全部が、第２接合界面Ｓ２に対して軸線方向について重なっている。第５発熱抵抗体Ｑ５の全部が、第３接合界面Ｓ３に対して軸線方向について重なっている。
【００３３】
シャフト４２は、フランジ４１と一体的に形成され、又は、その上端がフランジ４１の下面に拡散接合又は固層接合によって接合されている。シャフト４２は、給電線等を通すための中空部を有していれば、楕円筒状又は多角形筒状等の任意の形状に変更されてもよい。
【００３４】
シャフト４２の下端部は、フランジなどを介して真空チャンバーに接続されており、シャフト４２の中空部が真空チャンバーの内部と同じ雰囲気となるように構成されている。
【００３５】
なお、フランジ４１の上面に代えて又は加えて、セラミックス基板２の下面に溝が形成され、フランジ４１の上面がセラミックス基板２の下面に接合されることにより、当該溝によって接合界面Ｓｊが形成されてもよい。
【００３６】
（実験結果）
図１及び図５に示されている構成の第１実施形態のセラミックスヒータについて、表１に示されている３つのパターンにしたがって、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）の発熱量が調節されるように、各発熱抵抗体Ｑｋの印加電圧及び電流が制御された。
【００３７】
セラミックス基板２は、窒化アルミニウムを主原料とし、焼結助剤である酸化イットリウムを副原料とする原料から作成された。セラミックス支持部材４は、窒化アルミニウムを原料とし、焼結助剤を含まない原料により作成された。発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ５はモリブデンにより構成されている。
【００３８】
【表１】
【００３９】
第１の発熱パターンによれば、最も内側にある第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が０とされ、その外側にある４つの発熱抵抗体Ｑ２〜Ｑ５のそれぞれの発熱量が、外側であるほど多くなるように調節された。第２の発熱パターンによれば、外側にある２つの発熱抵抗体Ｑ４及びＱ５の発熱量が０とされ、その内側にある３つの発熱抵抗体Ｑ１〜Ｑ３のそれぞれの発熱量が、外側であるほど多くなるように調節された。第３の発熱パターンによれば、外側にある３つの発熱抵抗体Ｑ３〜Ｑ５の発熱量が０とされ、その内側にある２つの発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２のそれぞれの発熱量が、内側であるほど多くなるように調節された。
【００４０】
第１〜第３の発熱パターンのそれぞれにおけるセラミックス基板２の径方向の温度分布態様の測定結果が図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれに実線で示されている。横軸はセラミックス基板２の径Ｒに対する、セラミックス基板２の中心からの距離ｒの比（ｒ／Ｒ）であり、縦軸はサーモグラフィを用いて測定されたセラミックス基板２の載置面の温度Ｔを表わしている。
【００４１】
発熱パターン１によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約１０［℃］だけ高くなるような温度勾配が形成されている。発熱パターン２によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約４５［℃］だけ低くなるような温度勾配が形成されている。発熱パターン３によれば、セラミックス基板２の中心位置から縁に向かって約９０［℃］だけ低くなるような温度勾配が形成されている。
【００４２】
また、空隙が形成されていない以外は第１実施形態のセラミックスヒータと同様に構成されている比較例のマルチゾーンヒータにおいて、発熱パターン１〜３にしたがって発熱抵抗体の発熱量が調節された場合における、セラミックス基板２の径方向の温度分布態様の測定結果が図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれに破線で示されている。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれから、閉空間が形成されている実施例のセラミックスヒータは、閉空間が形成されていない比較例のセラミックスヒータと比較して、セラミックス基板２の径方向の温度勾配を大きくすることができることがわかる。
【００４４】
（本発明のセラミックスヒータの作用効果）
本発明のセラミックスヒータによれば、各発熱抵抗体Ｑｋ（ｋ＝１〜５）から発せられた熱を、セラミックス基板２から伝熱面としての接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）を通過させた上で、セラミックス支持部材４の低温箇所に流れ込ませることができる（図１黒矢印参照）。セラミックス基板とセラミックス支持部材との接合界面Ｓｊは、セラミックス基板２の載置面Ｓに対して垂直な軸線（図１破線参照）を取り囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向に離散的に配置されている（図１及び図５参照）。
【００４５】
したがって、セラミックス基板２における熱流の分布は各発熱抵抗体Ｑｋの発熱量と、複数の接合界面Ｓｊの配置態様とによって任意の形態で精度よく調節されうる。また、熱伝導率の高い素材でセラミックス基板２及びセラミックス支持部材４が構成された場合でも、所望の温度勾配が形成されうる。
【００４６】
例えば、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも少なくなるように制御されることにより、セラミックス基板２において熱を外側から内側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板２から内側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材４に熱を流出させることができる。
【００４７】
その結果、セラミック基板２から、外側の接合界面のみならず、内側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材４に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板２において、内側領域の温度が外側領域の温度よりも低温になるように制御されうる（図８（ａ）参照）。
【００４８】
一方、軸線に近い内側の発熱抵抗体の発熱量が、軸線から遠い外側の発熱抵抗体の発熱量よりも多くなるように制御されることにより、セラミックス基板２において熱を内側から外側に流れさせることができる。そして、セラミックス基板２から外側の接合界面を通過させてセラミックス支持部材４に熱を流出させることができる。
【００４９】
その結果、セラミック基板２から、内側の接合界面のみならず、外側の接合界面をも通じてセラミックス支持部材４に熱が流出している状態で系を熱力学的に安定させることができる。そして、セラミックス基板２において、軸線から遠い外側領域の温度が、軸線に近い内側領域の温度よりも低温になるように制御されうる（図８（ｂ）（ｃ）参照）。
【００５０】
（セラミックスヒータの構成（第２実施形態））
図２に示されている本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータでは、第１発熱抵抗体Ｑ１及び第２発熱抵抗体Ｑ２が、セラミックス基板２に埋設されている。発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２は、一箇所で分断された略円環状の部分を有するように形成されている。発熱抵抗体Ｑ１及びＱ２は、略円板状のセラミックス基板２の中心軸線上の点を中心として、同心円状に配置されている。第１発熱抵抗体Ｑ１の内径は０．０５Ｒであり、外径は０．２Ｒである。第２発熱抵抗体Ｑ２の内径は０．８５Ｒであり、外径は０．９５Ｒである。
【００５１】
フランジ４１の上面には略円環状の溝Ｕが形成されている。溝Ｕの内径は０．２５Ｒであり、外径は０．８Ｒである。図２に示されているようにフランジ４１の上端面がセラミックス基板２の下端面に接合されることにより、溝Ｕは略円環状の閉空間を形成する。
【００５２】
同心円状の２つの略円環状の接合界面Ｓ１及びＳ２を介してセラミックス基板２及びセラミックス支持部材４が接合されている。第１接合界面Ｓ１の内径は０．１Ｒであり、外径は０．２２Ｒである。第２接合界面Ｓ２の内径は０．８３Ｒであり、外径は０．９２Ｒである。このため、軸線方向について、第１接合界面Ｓ１の全部と第１発熱抵抗体Ｑ１の一部とが重なっており、第２接合界面Ｓ２の全部と第２発熱抵抗体Ｑ２の全部とが重なっている。
【００５３】
第２実施形態のセラミックスヒータによれば、セラミックス基板２から第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれを経由してセラミックス支持部材４に流出する熱量は、第１接合界面Ｓ１の直上にある第１発熱抵抗体Ｑ１と、第２接合界面Ｓ２の直上にある第２発熱抵抗体Ｑ２により容易に制御されうる。
【００５４】
（セラミックスヒータの構成（第３実施形態））
図３に示されている本発明の第３実施形態としてのセラミックスヒータでは、フランジ４１が略円板状ではなく略円錐台状に形成されている。また、フランジ４１の上面（円錐台の下底）に略円環状の溝Ｕが径方向外側から内側に向かって徐々に深くなるように形成されている。そのほかの構成は、第２実施形態のセラミックスヒータと同様である。
【００５５】
第３実施形態のセラミックスヒータによれば、セラミックス支持部材４における第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれからの熱流経路の合流箇所と、第１接合界面Ｓ１及び第２接合界面Ｓ２のそれぞれとの距離の延長が図られている。これにより、第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が第２発熱抵抗体Ｑ２の発熱量よりも多くなるように制御された場合、セラミックス基板２において内側領域から外側領域に流れる熱流の増大、さらには温度勾配の増大が図られる。
【００５６】
（セラミックスヒータの構成（第４実施形態））
図４に示されている本発明の第４実施形態としてのセラミックスヒータでは、フランジ４１が円錐台と、その下底の外縁から下方（図４では上方）に突出した円筒とが組み合わせられた形状に形成されている。また、略円板状のセラミックス基板２の側面と、フランジ４１の当該円筒部分の内側面とが全周にわたって接合され又は少なくとも周方向の一部において接合されることにより、第２接合界面Ｓ２が形成されている。そのほかの構成は、第３実施形態のセラミックスヒータと同様である。
【００５７】
第４実施形態のセラミックスヒータによれば、第１発熱抵抗体Ｑ１の発熱量が第２発熱抵抗体Ｑ２の発熱量よりも多くなるように制御された場合、セラミックス基板２において内側領域から外側領域に流れる熱流のさらなる増大、さらには温度勾配のさらなる増大が図られる。
【００５８】
（本発明の他の実施形態）
第ｊ接合界面Ｓｊが、軸線回りに放射状又は回転対称性をもって配置された複数の接合界面Ｓｊｈ（ｈ＝１，２，‥）により構成される接合界面群であってもよい。第ｊ接合界面群Ｓｊの構成要素である各接合界面Ｓｊｈの形状は、円形、楕円形、矩形、多角形又は扇形など任意の形状が採用されてもよい。各接合界面Ｓｊｈの形状は統一されてもよく、相互に異なっていてもよい。
【００５９】
例えば、図６に示されているように、第１実施形態のセラミックスヒータにおける接合界面Ｓｊ（ｊ＝１〜３）が、図６に示されているように、４つの扇形状の接合界面（斜線部分参照）を構成要素とする第ｊ接合界面群Ｓｊにより構成されてもよい。第ｊ接合界面群は、セラミックス基板２の中心軸線回りに４回対称を有するように配置されている。第ｊ接合界面群の各構成要素の形状及び配置態様は、扇形の内側円弧及び外側円弧のそれぞれの中心からの距離と、扇形の直線部分の位置を表わす角度（位相）とを成分とする極座標値によって表現される。
【００６０】
第１接合界面群Ｓ１の各構成要素の形状及び配置態様は、極座標値の距離座標値「０．２６Ｒ」及び「０．３８Ｒ」の組み合わせに加え、角度座標値「δ11」及び「δ11＋δ12(δ12は扇形の両端の位相差を表わす。）」の組み合わせ、「δ11＋π／２」及び「δ11＋π／２＋δ12」の組み合わせ、「δ11＋π」及び「δ11＋π＋δ12」の組み合わせ及び「δ11＋３π／２」及び「δ11＋３π／２＋δ12」の組み合わせのそれぞれにより表現される。
【００６１】
第２接合界面群Ｓ２の各構成要素の形状及び配置態様は、極座標値の距離座標値「０．５４Ｒ」及び「０．７８Ｒ」の組み合わせに加え、角度座標値「δ21」及び「δ21＋δ22(δ22は扇形の両端の位相差を表わす。）」の組み合わせ、「δ21＋π／２」及び「δ21＋π／２＋δ22」の組み合わせ、「δ21＋π」及び「δ21＋π＋δ22」の組み合わせ及び「δ21＋３π／２」及び「δ21＋３π／２＋δ22」の組み合わせのそれぞれにより表現される。
【００６２】
図６の例では「δ11」及び「δ21」が等しいが、「δ11」及び「δ21」が相互に異なっていてもよい。図６の例では「δ12」及び「δ22」が等しいが、「δ12」及び「δ22」が相互に異なっていてもよい。内側閉空間の回転対称性と、外側閉空間の対称性とが異なっていてもよい。
【００６３】
径方向について隣り合う接合界面が、径方向に延びる接続部分を介して、ごく一部（例えば内側円弧又は外側円弧の長さの１０％以下の範囲）において接続されていてもよい。接続部分の形状、個数及び配置態様はさまざまに変更されうる。
【００６４】
例えば、図７に示されているように、第１実施形態のセラミックスヒータにおける第１接合界面Ｓ１及び第２接続界面Ｓ２が４つの接続部分Ｓ０１により接続され、第２接合界面Ｓ２及び第３接続界面Ｓ３が４つの接続部分Ｓ０２により接続されてもよい。接続部分Ｓ０１及びＳ０２は、中心角度は０．０５π［ｒａｄ］以下の略扇形状に形成されている。４つの接続部分Ｓ０１を構成要素とする群と、４つの接続部分Ｓ０２を構成要素とする群とは、軸線回りに４回対称を有するように配置されている。各群の位相はずれていてもよい。
【００６５】
発熱抵抗体の個数は前記実施形態の個数（２又は５）に限定されず任意の複数に変更されうる。各発熱抵抗体の形状は円環状（図５参照）に限定されず、楕円環状、多角形環状、楕円形状又は多角形状等、さまざまな形状が採用されうる。複数の発熱抵抗体が相似する楕円環状等の環状に形成され、中心又は重心が共通するように配置されてもよい。
【００６６】
ある発熱抵抗体の一部が、ある接合界面の一部又は全部に重なる等の別の形態で、発熱抵抗体及び接合界面が軸線方向について少なくとも部分的に重なっていてもよい。例えば、第１実施形態のセラミックスヒータについて、第１接合界面Ｓ１の内径が０．１４Ｒに変更されることにより、第１発熱抵抗体Ｑ１の一部と、第１接合界面Ｓ１の一部とが重なっていてもよい（図５参照）。
【００６７】
また、発熱抵抗体と接合界面との重なりが皆無であってもよい。例えば、第１実施形態のセラミックスヒータにおいて、第１発熱抵抗体Ｑ１、第３発熱抵抗体Ｑ３及び第５発熱抵抗体Ｑ５が省略されてもよい（図５参照）。
【００６８】
セラミックス基板２及びセラミックス支持部材４の接合によって形成される閉空間（図１〜図４参照）を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、セラミックス支持部材４に形成されていてもよい。
【００６９】
当該構成のセラミックスヒータ１によれば、連通経路を通じて閉空間の気圧又は閉空間に充填されるガスの種類が調節されうる。これにより、閉空間の熱伝導特性が調節される。このため、セラミックス基板２の載置面Ｓにおける温度分布態様の変更幅をもたせることができる。
【符号の説明】
【００７０】
２‥セラミックス基板、４‥セラミックス支持部材、Ｑｋ‥発熱抵抗体、Ｓｊ‥接合界面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物が載置される載置面を有するセラミックス基板と、
前記載置面に対して垂直な軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について相互に間隔をおいて前記セラミックス基板に埋設され、電源から別個の端子を通じて電流が流されることによりジュール熱を発するように構成されている複数の発熱抵抗体と、
前記セラミックス基板に対して接合されるセラミックス支持部材とを備えているセラミックスヒータであって、
前記セラミックス基板と前記セラミックス支持部材との接合界面が、前記軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について離散的に配置されている複数の接合界面により構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項２】
請求項１記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと、前記複数の接合界面のそれぞれとが、前記載置面に対して垂直な方向について少なくとも部分的に重なるように配置されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする同心円状に配置されている円弧状の発熱抵抗体により構成され、
前記複数の接合界面のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする円環状の接合界面又は環状に配置されている複数の接合界面を構成要素とする接合界面群により構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の接合界面の間に閉空間が存在する場合、前記閉空間を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、前記セラミックス支持部材に形成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項１】
被加熱物が載置される載置面を有するセラミックス基板と、
前記載置面に対して垂直な軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について相互に間隔をおいて前記セラミックス基板に埋設され、電源から別個の端子を通じて電流が流されることによりジュール熱を発するように構成されている複数の発熱抵抗体と、
前記セラミックス基板に対して接合されるセラミックス支持部材とを備えているセラミックスヒータであって、
前記セラミックス基板と前記セラミックス支持部材との接合界面が、前記軸線を囲むとともに、当該軸線に対して垂直な方向について離散的に配置されている複数の接合界面により構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項２】
請求項１記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれと、前記複数の接合界面のそれぞれとが、前記載置面に対して垂直な方向について少なくとも部分的に重なるように配置されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の発熱抵抗体のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする同心円状に配置されている円弧状の発熱抵抗体により構成され、
前記複数の接合界面のそれぞれは、前記軸線上の点を中心とする円環状の接合界面又は環状に配置されている複数の接合界面を構成要素とする接合界面群により構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のセラミックスヒータにおいて、
前記複数の接合界面の間に閉空間が存在する場合、前記閉空間を真空ポンプ又は大気に連通させる連通経路が、前記セラミックス支持部材に形成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１２４１３（Ｐ２０１３−１２４１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４９１０（Ｐ２０１１−１４４９１０）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【出願人】（３９１００５８２４）株式会社日本セラテック (200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【出願人】（３９１００５８２４）株式会社日本セラテック (200)
【Ｆターム（参考）】
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