JP7321285B2 - セラミック構造体及びウェハ用システム - Google Patents

Description

本開示は、セラミック構造体及び該セラミック構造体を含むウェハ用システムに関する。

上面にウェハが重ねられるセラミック構造体が知られている（例えば特許文献１又は２）。このようなセラミック構造体は、セラミックからなる板状の基体と、その内部に位置している内部導体とを有している。そして、セラミック構造体は、内部導体に電圧が印加されることによって、例えば、ウェハを加熱する機能、ウェハを吸着する機能若しくはウェハの周囲にプラズマを発生させる機能又はこれらの２以上の組み合わせを発揮する。このようなセラミック構造体は、例えば、半導体製造装置に用いられる。

特許文献１及び２には、セラミックからなる基体内に内部導体としての抵抗発熱体が設けられたセラミックヒータが開示されている。このセラミックヒータは、内部導体と電気的に接続され、基体の下面から露出する端子を有している。基体の下面は平面状であり、また、端子の下面は基体の下面と面一になっている。

特開２００４－８７３９２号公報 特開平５－１０１８７１号公報

本開示の一態様に係るセラミック構造体は、基体と、内部導体と、凸部と、端子部とを有している。基体は、セラミックからなり、ウェハが重ねられる上面及びその反対側の下面を有している板状である。内部導体は、基体内に位置する。凸部は、基体の下面に形成される。端子部は、内部導体に電気的に接続されており、少なくとも一部が基体内および凸部内に位置しており、凸部の外部へ露出している。凸部はセラミック部材からなり、セラミック部材に形成された貫通孔に端子部が貫通している。セラミック部材は基体の下面および端子部の少なくとも一方に接合される。

本開示の一態様に係るウェハ用システムは、上記のセラミック構造体と、端子部に電力を供給する電力供給部と、電力供給部を制御する制御部と、を有している。

図１は、実施形態に係るヒータの構成を示す模式的な分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図である。 図３Ａは、実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図３Ｂは、実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図４Ａは、図２のＡ－Ａ線における、凸部と端子部の断面の一例を示す図である。 図４Ｂは、図２のＡ－Ａ線における、凸部と端子部の断面の一例を示す図である。 図４Ｃは、図２のＡ－Ａ線における、凸部と端子部の断面の一例を示す図である。 図５Ａは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図５Ｂは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図６Ａは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図６Ｂは、図６Ａの一部の拡大断面図である。 図６Ｃは、図６Ａの一部の拡大断面図である。 図７は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの拡大断面図である。 図８は、他の実施形態に係るヒータの凸部と端子の拡大断面図である。 図９は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１０は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１１は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１２は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１３は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１４は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１５は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１６Ａは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの頂面図である。 図１６Ｂは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの側面図である。 図１７は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。 図１８は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。

以下、本開示のセラミック構造体及びウェハ用システムについて、セラミックヒータを例に取って説明する。以下で参照する各図は、説明の便宜上の模式的なものである。従って、細部は省略されていることがあり、また、寸法比率は必ずしも現実のものとは一致していない。また、ヒータは、各図に示されていない周知の構成要素をさらに備えていても構わない。

第２実施形態以降においては、基本的に、先に説明された実施形態との相違部分についてのみ説明する。特に言及がない事項については、先に説明された実施形態と同様とされてよい。また、説明の便宜上、複数の実施形態間で互いに対応する構成については、相違点があっても同じ符号を付すことがある。

１つの端子部及びその周辺の構成の縦断面図については、特に断りがない限り、上記１つの端子部回り（紙面上下に延びる中心線回り）のいずれの方角から見ても、同じ縦断面図が得られると捉えられてよい。

第１実施形態について説明する。
（ヒータシステム）
図１は、実施形態に係るヒータ１の構成を示す模式的な分解斜視図である。図２は、図１のヒータ１を含むヒータシステム１０１の構成を示す模式図である。図２において、ヒータ１については、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図が示されている。図１は、ヒータ１の構造を示すために便宜的にヒータ１を分解して示しており、実際の完成後のヒータ１は、図１の分解斜視図のように分解可能である必要はない。

図１及び図２の紙面上方は、例えば、鉛直上方である。ただし、ヒータ１は、必ずしも図１及び図２の紙面上方を鉛直上方として利用される必要はない。以下では、便宜上、図１及び図２の紙面上方を上方として、上面及び下面等の用語を用いることがある。特に断りがない限り、単に平面視という場合、図１及び図２の紙面上方から見ることを指すものとする。

ヒータシステム１０１は、ヒータ１と、ヒータ１に電力を供給する電力供給部３（図２）と、電力供給部３を制御する制御部５（図２）と、を有している。ヒータ１と電力供給部３とは配線部材７（図２）によって接続されている。なお、配線部材７は、ヒータ１の一部と捉えられても構わない。また、ヒータシステム１０１は、上記に挙げた構成の他、例えば、ヒータ１に気体及び／又は液体を供給する流体供給部を有していてもよい。

（ヒータ）
ヒータ１は、例えば、概略板状（図示の例では円盤状）のヒータプレート９と、ヒータプレート９から下方へ延びているパイプ１１とを有している。

ヒータプレート９は、その上面１３ａに加熱対象物の一例としてのウェハＷｆ（図２）が載置され（重ねられ）、ウェハの加熱に直接に寄与する。パイプ１１は、例えば、ヒータプレート９の支持及び配線部材７の保護に寄与する。なお、ヒータプレート９のみがヒータと捉えられても構わない。

（ヒータプレート）
ヒータプレート９の上面１３ａ及び下面１３ｂは、例えば、概ね平面である。ヒータプレート９の平面形状及び各種の寸法は、加熱対象物の形状及び寸法等を考慮して適宜に設定されてよい。例えば、平面形状は、円形（図示の例）又は多角形（例えば矩形）である。寸法の一例を示すと、直径は２０ｃｍ以上３５ｃｍ以下、厚さは４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

ヒータプレート９は、例えば、絶縁性の基体１３と、基体１３に埋設されている抵抗発熱体１５（内部導体の一例）と、抵抗発熱体１５に電力を供給するための端子部１７とを備えている。抵抗発熱体１５に電流が流れることによって、ジュールの法則に従って熱が発生し、ひいては、基体１３の上面１３ａに載置されているウェハが加熱される。

（基体）
基体１３の外形は、ヒータプレート９の外形を構成している。従って、上述のヒータプレート９の形状及び寸法に係る説明は、そのまま基体１３の外形及び寸法の説明と捉えられてよい。基体１３の材料は、例えば、セラミックである。セラミックは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、アルミナ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、及び窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を主成分とする焼結体である。なお、主成分は、例えば、その材料の５０質量％以上又は８０質量％以上を占める材料である（以下、同様。）。

図１では、基体１３は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂによって構成されている。なお、基体１３は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂとなる材料（例えばセラミックグリーンシート）が積層されて作製されてもよい。また、基体１３は、上記方法とは異なる方法によって作製され、完成後に抵抗発熱体１５等の存在によって概念的に第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂによって構成されていると捉えることができるだけであってもよい。

これらの絶縁層の厚みは適宜に設定されてよく、各絶縁層が基体１３の厚みに占める割合も適宜に設定されてよい。後述するように、本実施形態に係る技術は、基体１３の下面１３ｂから最下層の内部導体（抵抗発熱体１５）までの厚さ（第２絶縁層１９Ｂの厚さ）が比較的薄いヒータに適用可能である。このような比較的薄い第２絶縁層１９Ｂの厚さの一例を挙げると、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。この場合、例えば、基体１３の厚さは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下とされてよい。

（抵抗発熱体）
抵抗発熱体１５は、基体１３の上面１３ａ及び下面１３ｂに沿って（例えば平行に）延びている。また、抵抗発熱体１５は、平面視において、例えば、基体１３の概ね全面に亘って延びている。図１では、抵抗発熱体１５は、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂとの間に位置している。

平面視における抵抗発熱体１５の具体的なパターン（経路）は適宜なものとされてよい。例えば、抵抗発熱体１５は、ヒータプレート９において１本のみ設けられており、その一端から他端まで自己に対して交差することなく延びている。また、図示の例では、抵抗発熱体１５は、ヒータプレート９を２分割した各領域において、円周方向に往復するように（ミアンダ状に）延びている。この他、例えば、抵抗発熱体１５は、渦巻状に延びていたり、一の半径方向において直線状に往復するように延びていたりしてよい。

抵抗発熱体１５を局部的に見たときの形状も適宜なものとされてよい。例えば、抵抗発熱体１５は、上面１３ａ及び下面１３ｂに平行な層状導体であってもよいし、上記の経路を軸として巻かれたコイル状（スプリング状）であってもよいし、メッシュ状に形成されているものであってもよい。各種の形状における寸法も適宜に設定されてよい。

抵抗発熱体１５の材料は、電流が流れることによって熱を生じる導体（例えば金属）である。導体は、適宜に選択されてよく、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、プラチナ（Ｐｔ）若しくはインジウム（Ｉｎ）又はこれらを主成分とする合金である。また、抵抗発熱体１５の材料は、前記のような金属を含む導電ペーストを焼成して得られるものであってもよい。すなわち、抵抗発熱体１５の材料は、ガラス粉末及び／又はセラミック粉末等の添加剤（別の観点では無機絶縁物）を含むものであってもよい。

（凸部）
図３Ａは、図２のヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。ヒータ１は、基体１３の下面１３ｂに凸部２１を有する。凸部２１は基体１３とは別部材であり、基体１３の下面１３ｂに接合されている。凸部２１の頂面２１ａ（紙面の下側の面）は、下面１３ｂの一部から突出した面を構成している。凸部２１の側面２１ｂは基体１３の下面１３ｂと接している。

（端子部）
端子部１７は、例えば、抵抗発熱体１５の長さ方向両端に接続されているとともに、当該両端の位置にて、基体１３のうちの下面１３ｂ側の一部（第２絶縁層１９Ｂ）を貫通し、さらに凸部２１を貫通し、凸部２１の頂面２１ａへ露出している。これにより、ヒータプレート９の外部から抵抗発熱体１５へ電力を供給可能になっている。１対の端子部１７（抵抗発熱体１５の両端）は、例えば、ヒータプレート９の中央側に位置している。なお、１つの抵抗発熱体１５に電力を供給する３以上の端子部１７が設けられてもよいし、２以上（例えば２層以上）の抵抗発熱体１５に電力を供給する２組以上の端子部１７が設けられてもよい。また、図２および図３Ａ、図３Ｂに示すヒータのように、端子部１７は凸部２１を貫通し、さらに頂面２１ａから延出している構造であっても良い。

端子部１７の材料としては、例えばＷ、Ｍｏ又はＰｔからなる金属を挙げることができる。

（パイプ）
パイプ１１は、上下（軸方向両側）が開口している中空状である。別の観点では、パイプ１１は、上下に貫通する空間１１ｓを有している。凸部２１は、パイプ１１内に位置している。パイプ１１の横断面（軸方向に直交する断面）及び縦断面（軸方向に平行な断面。図２に示す断面）の形状は適宜に設定されてよい。図示の例では、パイプ１１は、軸方向の位置に対して径が一定の円筒形状である。もちろん、パイプ１１は、高さ方向の位置によって径が異なっていてもよい。また、パイプ１１の寸法の具体的な値は適宜に設定されてよい。特に図示しないが、パイプ１１には、気体又は液体が流れる流路が形成されていてもよい。

パイプ１１は、セラミック等の絶縁材料から構成されていてもよいし、金属（導電材料）から構成されていてもよい。セラミックの具体的な材料としては、例えば、基体１３の説明で挙げたもの（ＡｌＮ等）が利用されてよい。また、パイプ１１の材料は、基体１３の材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。

基体１３とパイプ１１との固定は、適宜な方法によってなされてよい。例えば、両者は、両者の間に介在する接着剤（不図示）によって固定されてもよいし、両者の間に接着剤を介在させずに、固相接合によって固定されてもよいし、ボルト及びナット（いずれも不図示）を利用して機械的に固定されてもよい。

接着剤は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよいし、導電材料であってもよいし、絶縁材料であってもよい。具体的には、接着剤としては、例えば、ガラス系のものが用いられてよい（ガラス接合が利用されてよい）。固相接合としては、例えば、拡散接合が利用されてよい。拡散接合では、基体１３とパイプ１１とが加熱加圧されることによって接合される。拡散接合は、基体１３とパイプ１１とを直接に当接させるものだけでなく、両者の間に接合を促進するための材料が配置されるものも含むものとする。当該材料は、接合の際、固相状態であってもよいし、液相状態であってもよい。

（配線部材）
配線部材７は、パイプ１１の空間１１ｓ内に挿通されている。平面透視において、ヒータプレート９のうち空間１１ｓ内に露出する領域では、複数の端子部１７が基体１３の下面１３ｂに形成された凸部２１に露出している。そして、配線部材７は、その一端が複数の端子部１７に接続されている。端子部１７は凸部２１を貫通し、さらに頂面２１ａから延出している構造の場合は、端子部１７の延出した終端側に、配線部材７の一端が接続されている。

複数の配線部材７は、可撓性の電線であってもよいし、可撓性を有さないロッド状のものであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、複数の可撓性の電線は、纏められて１本のケーブルのようになっていてもよいし、纏められていなくてもよい。また、配線部材７と端子部１７との接続も適宜なものとされてよい。例えば、両者は、導電性の接合材によって接合されてよい。また、例えば、両者は、一方に雄ねじが形成され、他方に雌ねじが形成されることにより、螺合されていてもよい。

（ヒータの製造方法）
ヒータ１の製造方法においては、例えば、ヒータプレート９、パイプ１１及び配線部材７等が互いに別個に作製される。その後、これらの部材が互いに固定される。ただし、ヒータプレート９及びパイプ１１は一部又は全部が共に作製されてもよい。パイプ１１及び配線部材７の製造方法は、例えば、公知の種々の方法と同様とされてよい。

ヒータプレート９の製造方法は、凸部２１の作製方法を除いては、公知の種々の方法と同様とされてよい。例えば、抵抗発熱体１５となる導電ペーストが配置された、第１絶縁層１９Ａ及び第２絶縁層１９Ｂとなるセラミックグリーンシートの積層体を焼成して基体１３を作製してよい。また、抵抗発熱体１５となるコイルと、基体１３となるセラミック原料粉末とを型内に配置して加熱及び加圧を行い（すなわちホットプレス法により）、基体１３を作製してよい。

つづいて、端子部１７を挿入するための穴をたとえばドリル加工等によって形成した後、形成した穴に端子部１７を挿入する。このとき、端子部１７の先端に白金等の導電性材料のペーストを予め塗っておく。つづいて、端子部１７が取り付けられた基体１３を真空中で熱処理することによって導電性材料を焼結させる。このときの処理温度は、たとえば１２５０℃である。

つづいて、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック部材２３を端子部１７に挿通させる。このとき、セラミック部材２３の底面２１ｃに接合材２５のペーストを塗っておく。接合材２５のペーストは、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末の各粉末に、バインダー、溶媒を加えてペースト状にしたものである。接合材２５に含まれる各粉末の組成は、Ａｌの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算での含有量が４０質量％以上６５質量％以下、Ｃａの酸化カルシウム（ＣａＯ）換算での含有量が３０質量％以上５０質量％以下、Ｙの酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）換算での含有量が５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。接合材２５に含まれる各粉末の組成は、たとえば、Ａｌの酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）換算での含有量が５０質量％、Ｃａの酸化カルシウム（ＣａＯ）換算での含有量が４０質量％、Ｙの酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）換算での含有量が１０質量％である。

つづいて、基体１３およびセラミック部材２３を真空中で熱処理する。このときの処理温度は、たとえば１５５０℃である。これにより、端子部１７を挿入するための穴（貫通孔２６等）と端子部１７との隙間に接合材２５が毛管現象によって入り込み、かかる隙間が接合材２５（ＡｌＣａＹ）によって封止される。ここで、ＡｌＣａＹは、例えばＡｌ、Ｃａ、Ｙのうち少なくとも１つと、Ｏ（酸素）と、を含む化合物（例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_３Ｙ_５Ｏ_１２、Ｃａ_３Ａｌ_１０Ｏ_１８、ＣａＡｌ_１２Ｏ_１９）である。

（凸部２１と基体１３との封止）
図３Ａに示すように、凸部２１は、基体１３とは別部材であるセラミック部材２３からなる。セラミック部材２３は、端子部１７が挿通される貫通孔２６を有する。

基体１３とセラミック部材２３の材質はともにセラミックであるため、基体１３とセラミック部材２３との熱膨張係数差が小さく、セラミック部材２３の熱伝導率を基体１３と同等以下に抑制することができる。その結果、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱することができる。

セラミック部材２３は、下面１３ｂに接合材２５によって接合（封止）されていてもよい。他の表現では、セラミック部材２３は、下面１３ｂと接合材２５を介して接合されていてもよい。

ここでいう「接合」とは、凸部２１と端子部１７とが接合材によって接合された結果、凸部２１と端子部１７の間が封止され、気密性が保持されている状態である。接合材２５による「接合」は、結果として「封止」という効果を生ずる。

接合材２５の材料は、適宜なものとされてよく、例えば、一般的なガラス系封止材であってもよいし、ＣａＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－Ｙ_２Ｏ_３系の接合材が用いられてもよい。下面１３ｂとセラミック部材２３との間に接合材２５を介在させることにより、接合材２５が蓄熱してセラミック部材２３内の下面１３ｂに直交する方向に熱を伝えにくくすることができる。このため、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができる。また、接合材２５により、基体１３とセラミック部材２３との気密性を向上させることができる。

（凸部２１と端子部１７との封止）
図３Ｂに示すように、セラミック部材２３と端子部１７とは、接合材２５によって接合されていてもよい。セラミック部材２３と端子部１７の間が封止されて気密性が保持できるため、例えば、端子部１７が高温で酸化性のある気体（例えば酸素ガス）に曝されても、端子部１７の周囲から酸素ガスが入り込まないため、抵抗発熱体１５が酸化するおそれが無い。

なお、セラミック部材２３は、基体１３の下面１３ｂおよび端子部１７の少なくとも一方に接合されていればよい。たとえば、図３Ａでは、セラミック部材２３が基体１３の下面１３ｂにのみ接合される例を示し、図３Ｂでは、セラミック部材２３が基体１３の下面１３ｂおよび端子部１７の両方に接合される場合の例を示した。これに限らず、たとえば、セラミック部材２３は、端子部１７にのみ接合されてもよい。この点については後述する。

ヒータにおいては、効率的に加熱することができ、あわせて端子部の気密性を向上させることが望まれる場合がある。これに対し、本実施形態に係るセラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３と、内部導体（抵抗発熱体１５）と、端子部１７とを有している。基体１３は、セラミックからなり、ウェハＷｆが重ねられる上面１３ａ及びその反対側の下面１３ｂを有している板状である。抵抗発熱体１５は、基体１３内に位置している。端子部１７は、抵抗発熱体１５に電気的に接続されており、少なくとも一部が基体１３内および凸部２１に位置しており、凸部２１の外部へ露出している。凸部２１はパイプ１１の内部に収納されている。また、凸部２１はセラミック部材２３からなり、セラミック部材２３に形成された貫通孔２６に端子部１７が貫通している。そして、セラミック部材２３は、基体１３の下面１３ｂおよび端子部１７の少なくとも一方に接合される。

従って、例えば、抵抗発熱体１５で発生した熱が、凸部２１の蓄熱効果によって下面１３ｂ側からパイプ１１側へ伝わることが防止される。その結果、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができる。また、凸部２１と端子部１７とが接合（封止）される場合には、端子部１７の周囲の気密性を向上させることができる。これにより、抵抗発熱体１５の腐食が防止され、長期間にわたって基体１３の上面１３ａが温度変化が少ないヒータ１を構成することができる。

第２実施形態について説明する。図４Ａ～図４Ｃは、図２のＡ－Ａ線における、凸部２１と端子部１７の断面の一例を示す図である。図４Ａに示すように、凸部２１は、下面１３ｂに平行な面で断面視したときに、輪郭が直径Ｌの円であってもよい。ここでいう円の形状は、厳密に円である必要はなく、略円形状をしていればよい。さらに、ここでいう円には、円の輪郭の一部が部分的に欠損し、欠損した部分が直線などからなる形状も含まれる。

図４Ｂに示すように、凸部２１は、下面１３ｂに平行な面で断面視したときに、輪郭が四角形であってもよい。ここでいう四角形には、四角形の角部が曲線である形状、四角形の角部にＣ面が付いた形状も含まれる。さらに、図示しないが、凸部２１は、下面１３ｂに平行な面で断面視したときに、輪郭が四角形以外の多角形であっても良い。

図４Ｃに示すように、凸部２１は、下面１３ｂに平行な面で断面視したときに、輪郭が楕円であってもよい。ここでいう楕円には、曲率半径の異なる３以上の凸曲線をつないで得られる形状も含まれる。

凸部２１の輪郭が円、楕円または多角形のいずれかからなることにより、抵抗発熱体１５で発生し凸部２１で蓄熱された熱が、凸部２１から均等に下側へ伝わりやすくなる。その結果、基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱することができる。

さらに、図示しないが、下面１３ｂに平行な面で凸部２１断面視したときに、凸部２１の輪郭が、円の輪郭の一部、多角形の角部を含む輪郭の一部および楕円の輪郭の一部のうち、いずれかの２つ以上の輪郭の一部の組み合わせからなる場合であっても、同様に基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱することができる。

第３実施形態について説明する。図３に示すように、凸部２１の厚みは、一定の値Ｔであっても良い。別の見方では、凸部２１の頂面２１ａは、下面１３ｂと平行であっても良い。凸部２１の厚みが一定である場合、抵抗発熱体１５で発生した熱が凸部２１で均一に蓄熱されやすくなる。その結果、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱することができる。

第４実施形態について説明する。図４Ａ～４Ｃに示す断面の輪郭およびその内側に仮想直線からなる線分を引いたときに、凸部２１は、厚みＴよりも線分の長さの最大値Ｌが大きい。図４Ａの場合、凸部２１のＡ－Ａ断面の輪郭は円であるため、線分長さＬは仮想直線の位置によらず一定である。図４Ｂの場合は凸部２１のＡ－Ａ断面の輪郭は四角形であるため、線分長さＬは、四角形の内側を通り対向する頂点同士の長さである。図４Ｃの場合の線分の長さＬは、楕円の曲率半径が小さい部分同士をつなぐ線分の長さである。

凸部２１の厚みＴよりも、線分の長さの最大値Ｌが大きいことにより、抵抗発熱体１５で発生した熱が凸部２１へ伝わった後、頂面２１ａ側全体で均一に蓄熱されやすい。このため、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱することができる。

Ｌ／Ｔの値は、２以上が好ましく、４以上であることがさらに好ましい。

第５実施形態について説明する。セラミック部材２３におけるカルシウムの酸化カルシウム換算での含有量は、０．０３質量％以下であってもよい。また、セラミック部材２３におけるイットリウムの酸化イットリウム換算での含有量は、０．３質量％以下であってもよい。かかる構成とすることにより、セラミック部材２３にクラックが生じることを抑制することができる。以下、この点について説明する。

セラミック部材２３は、窒化アルミニウムを主成分とする。窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスには、焼結助剤として、たとえば酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）が用いられる場合がある。すなわち、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスには、カルシウムおよびイットリウムが含有される場合がある。

ここで、セラミック部材２３の内部には、接合材２５中のカルシウムが拡散するおそれがある。セラミック部材２３の内部にカルシウムが拡散すると、カルシウムが拡散した部分においてセラミック部材２３の熱膨張係数が大きくなる。この結果、セラミック部材２３の熱膨張係数と、端子部１７の熱膨張係数との差が大きくなる。セラミック部材２３と端子部１７とは接合材２５を介して接合されているため、たとえば加熱および冷却が繰り返された場合に、端子部１７とセラミック部材２３との熱膨張差によりセラミック部材２３に熱応力がかかってセラミック部材２３にクラックが発生する可能性が高くなる。

これに対し、セラミック部材２３に含有されるカルシウムの量を少なくすると、セラミック部材２３の熱膨張係数と端子部１７の熱膨張係数との差を小さくすることができる。したがって、仮に接合材２５中のカルシウムがセラミック部材２３の内部に拡散したとしても、セラミック部材２３の熱膨張係数と端子部１７の熱膨張係数との差が大きくなり過ぎないようにすることができる。

また、本願発明者は、セラミック部材２３中のカルシウム含有量が少ないほど、接合材２５からセラミック部材２３へのカルシウムの拡散が抑制されることを確認している。具体的には、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて、酸化カルシウムを０．２質量％程度、酸化イットリウムを３質量％程度含有する焼結助剤を用いて製造したセラミック部材（焼結助剤ありセラミック部材）と、焼結助剤を用いずに製造したセラミック部材（焼結助剤なしセラミック部材）とで接合材２５からのカルシウムの拡散の程度を比較した結果、焼結助剤なしセラミック部材の方が明らかにカルシウムの拡散が少ないことを確認している。すなわち、セラミック部材２３に含有されるカルシウムの量を少なくすることで、接合材２５中のカルシウムのセラミック部材２３内部への拡散自体を抑制することができる。

このように、セラミック部材２３に含有されるカルシウムの量を少なくすることで、セラミック部材２３にクラックが発生することを抑制することができる。具体的には、セラミック部材２３におけるカルシウムの酸化カルシウム換算での含有量を、０．０３質量％以下とすることが好ましい。

第６実施形態について説明する。セラミック部材２３は、基体１３と同じ材質のセラミックからなっていてもよい。セラミック部材２３と基体１３とが同じ材質のセラミックからなる場合、基体１３とセラミック部材２３との熱膨張係数を一致または略一致させることができる。このため、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の熱膨張差を緩和し、基体１３またはセラミック部材２３にクラックが生じることを抑制することができる。

第７実施形態について説明する。接合材２５は、基体１３の主成分を構成する金属元素Ａと、基体１３に含まれる焼結助剤を構成する金属元素Ｂとを含んでいてもよい。この場合、金属元素Ａおよび金属元素Ｂの合計は、接合材２５の主成分を構成する。

このような構成により、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３との接合強度を向上させることができる。

第８実施形態について説明する。金属元素ＡはＡｌであってもよい。また、金属元素ＢはＹ，Ｃａであってもよい。これによって、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３およびセラミック部材２３の耐食性を向上させることができる。

第９実施形態について説明する。金属元素Ａがアルミニウム（Ａｌ）である場合、基体１３およびセラミック部材２３の主成分は、窒化アルミウム（ＡｌＮ）からなっていてもよい。金属元素Ｂはイットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）からなっていてもよい。金属元素Ａおよび金属元素Ｂをこれらの金属元素に設定することにより、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の接合強度を向上させることができる。

第１０実施形態について説明する。図５Ａは、図３Ａの構造に対して、基体１３のセラミック部材２３と対向する表面部１３ｃを追加したものである。表面部１３ｃとは、セラミック部材２３と対向する基体１３の部分のうち、下面１３ｂから深さ１００μｍまでの範囲をいう。基体１３のセラミック部材２３と対向する表面部１３ｃの金属元素Ｂの含有量は、基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多い。これにより、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３との接合強度を向上させることができる。

第１１実施形態について説明する。図５Ｂは、図３Ａの構造に対して、基体１３の端子部１７と対向する表面部１３ｄを追加したものである。表面部１３ｄとは、端子部１７と対向する基体１３の部分のうち、端子部１７から深さ１００μｍまでの範囲をいう。基体１３の端子部１７と対向する表面部１３ｄの金属元素Ｂの含有量は、基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多い。これにより、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３との接合強度を向上させることができる。なお、表面部１３ｃの一部と表面部１３ｄの一部とは、重なり合う場合がある。

第１２実施形態について説明する。図３Ｂ、図６Ａ、図７に示されるように、接合材２５は、セラミック部材２３と端子部１７との間にも形成されてもよい。これにより、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の間の気密性を向上させることができる。

第１３実施形態について説明する。図６Ａに示されるように、接合材２５は、セラミック部材２３と基体１３との接合部分の終端から延出した第１の延出部２５ａを有する。これにより、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の間の気密性を向上させることができる。

図６Ｂは、図６Ａの一部の拡大断面図である。第１の延出部２５ａの表面２５ａｓは凹形状である。第１の延出部２５ａの表面２５ａｓが凹形状であることによって、接合材２５にクラックが入ることが抑制できる。

図６Ｃは、図６Ａの一部の拡大断面図である。第２の延出部２５ｂの表面２５ｂｓは凹形状である。を有する。第２の延出部２５ｂの表面２５ｂｓが凹形状である場合には、端子部１７の周囲の封止効果が向上する。

第１４実施形態について説明する。図６Ａに示したように、接合材２５は、端子部１７とセラミック部材２３との接合部分の終端から延出した第２の延出部２５ｂを有する。これにより、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の間の気密性を向上させることができる。

第１５実施形態について説明する。図７に示したように、セラミック構造体としてのヒータ１は、端子部１７の基体１３内に位置する部分の端部側において、基体１３と端子部１７との間に金属層２７を有する。金属層２７の材質は、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｎｉのいずれかが好ましく、Ｐｔが特に好ましい。このような構造によって、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３と端子部１７との接合強度を向上させることができる。図７のように接合材２５と金属層２７が接していることによって、基体１３と端子部１７の間の気密性を向上させることができる。

なお、図示しないが、接合材２５と金属層２７が接している場合、接合材２５と金属層２７が混在する層があることが好ましい。これによって、接合材２５と金属層２７の熱膨張差が低減するため、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３と端子部１７の間の気密性を向上させることができる。

第１６実施形態について説明する。セラミック構造体としてのヒータ１は、セラミック部材２３を貫通する３以上の端子部１７が形成されていてもよい。図８では、セラミック部材２３を貫通する端子部１７が４個図示されている。セラミック部材２３を貫通する３以上の端子部１７があることによって、セラミック構造体としてのヒータ１は、セラミック構造体としてのヒータ１の設計の自由度を向上させることができる。さらに、３以上の端子部１７がセラミック部材２３によって拘束された状態で、セラミック部材２３が基体１３に接合されるため、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の接合の信頼性を向上させることができる。

第１７実施形態について説明する。図９に示すように、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の下面１３ｂに凹部２９が形成されており、凹部２９の底面２９ａに、セラミック部材２３が接合されている。図９における凸部２１は、セラミック部材２３の一部によって構成されている。凸部２１は、下面１３ｂから頂面２１ａまでの間に突出しているセラミック部材２３の部分で構成される。セラミック部材２３の底面２１ｃが基体１３の凹部２９の底面２９ａと接合していることによって、セラミック部材２３および端子部１７の変形が抑制される。さらに、凹部２９の底面で端子部１７の側面の一部が接合材２５で接合されているため、端子部１７の気密性を保持することができる。

これらの結果、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の接合（封止）の信頼性をさらに向上させることができる。

第１８実施形態について説明する。図９に示すように、セラミック構造体としてのヒータ１は、凹部２９の底面２９ａおよび側面２７ｂに、セラミック部材２３が接合材２５を介して接合されている。接合材２５は、底面２９ａの全体または一部、側面２７ｂの全体または一部に、それぞれ存在していればよい。このような構造によって、セラミック部材２３の底面２１ｃおよび側面２１ｂが、接合材２５を介して基体１３の凹部２９の底面２９ａおよび側面２７ｂによって拘束されるので、セラミック部材２３および端子部１７の変形が抑制される。その結果、セラミック構造体としてのヒータ１は、基体１３の上面１３ａを効率的に加熱することができると共に、基体１３とセラミック部材２３の接合（封止）の信頼性をさらに向上させることができる。

第１９実施形態について説明する。図１０は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１０に示すように、セラミック部材２３の断面形状は、基体１３の下面１３ｂに対向する底面２１ｃから頂面２１ａに向かって漸次幅狭となる逆台形状であってもよい。言い換えれば、セラミック部材２３は、基体１３の下面１３ｂに平行な方向の断面の面積が、凸部２１の頂面２１ａの面積よりも広くてもよい。このような構成によれば、端子部１７の開放端側へ放熱される熱量を抑制しつつ、放熱量が全体として均一になる。よって、基体１３の上面１３ａをさらに効率的に加熱できる。

また、セラミック部材２３の側面２１ｂを基体１３の下面１３ｂに対して傾斜させることで、基体１３にクラックを生じさせ難くすることができる。すなわち、たとえば製造工程において、基体１３の下面１３ｂにセラミック部材２３を接合材２５によって接合した後、これらを熱処理した際に、基体１３におけるセラミック部材２３との接合箇所にクラックが生じるおそれがある。具体的には、セラミック部材２３の底面２１ｃの周縁部との接合箇所１３ｅにおいて基体１３にクラックが生じ易い。この理由としては、はみ出した接合材２５（第１の延出部２５ａ）の影響により、接合箇所１３ｅに応力が集中することが考えられる。

これに対し、セラミック部材２３の側面２１ｂを基体１３の下面１３ｂに対して傾斜させた場合、はみ出た接合材２５（第１の延出部２５ａ）が側面２１ｂに沿って広がることで、側面２１ｂを傾斜させない場合と比べて、接合箇所１３ｅの近傍における接合材２５の量が少なくなる。これにより、接合箇所１３ｅにおける応力集中が抑制されることで、基体１３にクラックが生じることが抑制される。

また、第１の延出部２５ａが凹面である場合、第１の延出部２５ａにかかる応力が小さくなるため、第１の延出部２５ａを起点として接合材２５にクラックが生じることを抑制することができる。結果として、接合材２５により、基体１３とセラミック部材２３との気密性を向上させることができる。

基体１３の下面１３ｂとセラミック部材２３の側面２１ｂとのなす角θは、たとえば、１００°以上１５０°以下であってもよい。

なお、図１０に示すセラミック部材２３は、基体１３の下面１３ｂに平行な断面積が、セラミック部材２３の厚み方向によって変化する。この場合であっても、セラミック部材２３は、各断面において、断面の輪郭およびその内側に仮想直線からなる線分を引いたときに、厚みＴよりも線分の長さの最大値が大きいことが好ましい。

第２０実施形態について説明する。図１１は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１１に示すように、セラミック部材２３の側面２１ｂは、基体１３の下面１３ｂに近い第１端（底面２１ｃ側の端部）を含む一部の領域のみが傾斜していてもよい。ここでは、セラミック部材２３の側面２１ｂの一部（傾斜部）が、セラミック部材２３の底面２１ｃに向かって漸次幅狭となる場合の例を示している。すなわち、ここでは、基体１３の下面１３ｂとセラミック部材２３の側面２１ｂの傾斜部とのなす角θが鋭角である場合の例を示している。

この場合においても、はみ出た接合材２５（第１の延出部２５ａ）が側面２１ｂに沿って広がることで、側面２１ｂを傾斜させない場合と比べて、接合箇所１３ｅの近傍における接合材２５の量が少なくなる。これにより、接合箇所１３ｅにおける応力集中が抑制されることで、基体１３にクラックが生じることが抑制される。

このように、セラミック部材２３の側面２１ｂは、基体１３の下面１３ｂに近い第１端を含む少なくとも一部の領域において、基体１３の下面１３ｂに対して傾斜していてもよい。

第２１実施形態について説明する。図１２は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１２に示すように、セラミック部材２３は、頂面２１ａにおける各貫通孔２６の周囲に凹部２３ａを有していてもよい。この場合、第２の延出部２５ｂは、凹部２３ａ内に位置していてもよい。

この構成によれば、第２の延出部２５ｂにおけるセラミック部材２３と端子部１７との接合面積が増えるため、セラミック部材２３と端子部１７との気密性をさらに向上させることができる。ひいては、基体１３とセラミック部材２３との気密性をさらに向上させることができる。

第２２実施形態について説明する。図１３は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１３に示すように、凹部２３ａは、複数の貫通孔２６のうち少なくとも２つを囲んでもよい。図１３では、セラミック部材２３が２つの貫通孔２６を有しており、凹部２３ａがこれら２つの貫通孔２６を囲むように形成される場合の例を示している。この場合、第２の延出部２５ｂは、凹部２３ａ内に位置していてもよい。

このような構成によれば、第２の延出部２５ｂにおけるセラミック部材２３と端子部１７との接合面積がさらに増えるため、セラミック部材２３と端子部１７との気密性をさらに向上させることができる。ひいては、基体１３とセラミック部材２３との気密性をさらに向上させることができる。

第２３実施形態について説明する。図１４は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１４に示すように、端子部１７は、凸部２１の頂面２１ａから露出している部分の径（断面積）が、凸部２１に埋設されている部分の径(断面積)より小さくてもよい。この場合、第２の延出部２５ｂは、端子部１７における大径部分および小径部分間の段差面とセラミック部材２３の頂面２１ａとに跨がるように位置していてもよい。

このような構成によれば、第２の延出部２５ｂにおけるセラミック部材２３と端子部１７との接合面積がさらに増えるため、セラミック部材２３と端子部１７との気密性をさらに向上させることができる。ひいては、基体１３とセラミック部材２３との気密性をさらに向上させることができる。

第２４実施形態について説明する。図１５は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１５に示すように、端子部１７における大径部分および小径部分間の段差面は、凸部２１に埋設されていてもよい。言い換えれば、端子部１７における大径部分および小径部分間の段差面は、貫通孔２６の内部に位置していてもよい。この場合も同様に、セラミック部材２３と端子部１７との気密性をさらに向上させることができ、ひいては、基体１３とセラミック部材２３との気密性をさらに向上させることができる。

第２５実施形態について説明する。図１６Ａは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの頂面図である。また、図１６Ｂは、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩの側面図である。なお、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、接合材２５等を省略して示している。

図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、セラミック部材２３の頂面２１ａに形成される凹部２３ａは、両端がセラミック部材２３の外縁に位置する溝形状を有していてもよい。ここでは、凹部２３ａが、第１端部から第２端部にかけて直線状に延びる溝形状を有する場合の例を示している。

第２６実施形態について説明する。図１７は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１７に示すように、凸部２１は、接合材２５を介することなく基体１３と接合されてもよい。この場合、凸部２１は、たとえば、固相接合によって基体１３と接合されてもよい。また、凸部２１は、拡散接合によって基体１３と接合されてもよい。

第２７実施形態について説明する。図１８は、他の実施形態に係るヒータの領域ＩＩＩにおける拡大断面図である。図１８に示すように、凸部２１は、基体１３と一体的に形成されてもよい。この場合、セラミック部材２３と端子部１７とは、接合材２５によって接合されていてもよい。セラミック部材２３と端子部１７の間が封止されて気密性が保持できるため、例えば、端子部１７が高温で酸化性のある気体（例えば酸素ガス）に曝されても、端子部１７の周囲から酸素ガスが入り込まないため、抵抗発熱体１５が酸化するおそれが無い。

第２実施形態から第２５実施形態までのセラミック構造体としてのヒータの製造方法は、基本的には、第１実施形態のヒータの製造方法と同様とされてよい。

第２６実施形態に係るヒータは、凸部２１が基体１３と接合材２５を介することなく接合される点で、第１実施形態に係るヒータの製造方法と異なる。第２６実施形態に係るヒータを製造するためには、貫通孔２６を有するセラミック部材２３を作製し、作成したセラミック部材２３を基体１３の下面１３ｂに接合し、セラミック部材２３の貫通孔２６に端子部１７を貫通させればよい。凸部２１と下面１３ｂとを接合材２５を介さずに接合する手法としては、例えば固相接合または拡散接合を用いればよい。

第２７実施形態に係るヒータは、凸部２１が基体１３と一体的に形成される点で、第１実施形態に係るヒータの製造方法と異なる。第２７実施形態に係るヒータを製造するためには、第２絶縁層１９Ｂ（図１参照）を作製するときに、第２絶縁層１９Ｂと一体的に凸部２１を形成すれば良い。また、貫通孔２６に端子部１７を貫通させる際、貫通孔２６に接合材２５のペーストを塗布しておく。これにより、端子部１７を貫通孔２６に挿通させた後、真空中で熱処理することにより、接合材２５と端子部１７との隙間が接合材２５により封止される。

第２実施形態から第５実施形態までのセラミック構造体としてのヒータの製造方法は凸部の形状を実施形態に合わせて製造すれば良いので、説明は省略する。第６実施形態から第１８実施形態までのセラミック構造体としてのヒータの製造方法を以下に説明する。

ただし、第１実施形態のセラミック構造体の製造方法などと重複する内容については説明を省略することがある。また、後に記載した実施形態に係るヒータの製造方法のうち、先に記載した実施形態に係るヒータの製造方法と重複する内容は、特に記載した場合を除き省略する。

第６実施形態に係るヒータを製造するためには、基体１３とセラミック部材２３の材質を同じにして製造すればよい。

第７実施形態に係るヒータを製造するためには、接合材２５が、基体１３の主成分を構成する金属元素Ａと、基体１３に含まれる焼結助剤を構成する金属元素Ｂとを含み、前記金属元素Ａおよび前記金属元素Ｂの合計が接合材２５の主成分を構成するように製造すればよい。

第８実施形態に係るヒータを製造するためには、基体１３の主成分を構成する金属元素ＡがＡｌであり、基体１３に含まれる焼結助剤を構成する金属元素ＢがＹ，Ｃａである基体を用いて製造すればよい。

第９実施形態に係るヒータを製造するためには、基体１３とセラミック部材２３の主成分を窒化アルミウム（ＡｌＮ）とし、基体１３（ＡｌＮ）の焼結助剤を構成する金属元素Ｂをイットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）にして製造すればよい。

第１０実施形態に係るヒータを製造するためには、表面部１３ｃを構成する部分の金属元素Ｂの含有量が基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多い基体１３を用いて製造する。具体的には、複数の未焼成のセラミック生シートを積層するときに、焼成後に表面部１３ｃを構成する部分の金属元素Ｂの含有量が基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多くなるように積層して一体化した後、焼成すればよい。

第１１実施形態に係るヒータを製造するためには、基体１３の端子部１７と対向する表面部１３ｄの金属元素Ｂの含有量を、基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多くして製造すればよい。具体的には、複数の未焼成のセラミック生シートを積層するときに、焼成後に表面部１３ｄを構成する部分の金属元素Ｂの含有量が基体１３の内部の前記金属元素Ｂの含有量よりも多くなるように積層して一体化した後、焼成すればよい。

第１２実施形態に係るヒータを製造するためには、端子部１７とセラミック部材２３の間に接合材２５を塗布などにより形成し、加熱して端子部１７とセラミック部材２３接合して製造すればよい。

第１３実施形態に係るヒータを製造するためには、接合材２５を塗布するときに、あわせて第１の延出部２５ａにも接合材を形成するようにすればよい。

第１４実施形態に係るヒータを製造するためには、あわせて第２の延出部２５ｂにも接合材を形成するようにすればよい。

第１５実施形態に係るヒータを製造するためには、端子部１７の基体１３内に位置する部分の端部側に、金属層２７を形成することとなるペーストを塗布などにより形成した後、金属層２７のペーストを抵抗発熱体１５に接触させた状態で加熱して金属層２７を溶融し、基体１３と端子部１７との間に金属層２７を形成すればよい。

第１６実施形態に係るヒータを製造するためには、セラミック部材２３に貫通孔を２つ以上あけ、これらの各貫通孔に端子部１７を挿入して製造すればよい。

第１７実施形態に係るヒータの製造方法は次の通りである。基体１３の凹部２９の深さよりも厚く、かつ凹部２９に挿入できる形状からなるセラミック部材２３を準備する。基体１３の下面１３ｂに凹部２９を切削加工などにより形成する。凹部２９の底面２９ａに接するように、凹部２９内にセラミック部材２３を挿入する。その後、ホットプレスにより、セラミック部材２３を凹部２９の底面２９ａに対して加圧される状態で加熱し、拡散接合する。

第１８実施形態に係るヒータの製造方法は次の通りである。凹部２９の底面２９ａおよび側面２７ｂに接合材２５を塗布などにより形成し、凹部２９内にセラミック部材２３を挿入する。その後、加熱して、凹部２９とセラミック部材２３と接合材２５を介して接合する。

第１９～第２２実施形態、第２４実施形態および第２５実施形態に係るヒータの製造方法は、凸部２１の形状を実施形態に合わせて製造すれば良い。たとえば、第１９実施形態および第２０実施形態に係る凸部２１は、側面２１ｂの形状が第１実施形態に係る凸部２１と異なる。この形状は、たとえばセラミックグリーンシートの積層体を焼成した後、焼成体の側面を切削加工することで得ることができる。また、第２１実施形態、第２２実施形態および第２５実施形態に係る凸部２１は、凸部２１の頂面２１ａに凹部２３ａを有する点が第１実施形態に係る凸部２１と異なる。この形状は、たとえばセラミックグリーンシートの積層体を焼成した後、焼成体の頂面を切削加工することで得ることができる。

第２３実施形態に係るヒータを製造するためには、大径部分と小径部分とを有する端子部１７を用意し、大径部分と小径部分との段差面が下面２１ａと面一に位置するまで端子部１７を貫通孔２６に挿通させればよい。また、第２４実施形態に係るヒータを製造するためには、大径部分と小径部分とを有する端子部１７を用意し、大径部分と小径部分との段差面が貫通孔２６の内部に位置するまで端子部１７を貫通孔２６に挿通させればよい。

また、第１９～第２４実施形態に係るヒータを製造するためには、接合材２５を塗布するときに、延出部（第１の延出部２５ａ、第２の延出部２５ｂ）にも接合材を形成するようにすればよい。

本開示に係るヒータは、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。実施形態では、セラミック構造体として、加熱機能を有するセラミックヒータを例に取った。ただし、セラミック構造体は、他の機能を有するものであってもよい。例えば、セラミック構造体は、静電チャック、又はプラズマ発生用の構造体であってもよいし、これら及びヒータの２つ以上の組み合わせとして機能するものであってもよい。

換言すれば、内部導体は、実施形態では加熱用の抵抗発熱体であったが、他の用途の導体であってよく、例えば、静電チャック用の電極、又はプラズマ発生用の電極であってもよい。セラミック構造体は、これらの電極及び抵抗発熱体の１つ、又は２以上の組み合わせを有していてもよい。内部導体は、例えば、全体として、基体の上面に沿って広がっている（上方に面している）といえる形状を有している導体である。また、例えば、平面視において内部導体全体を囲む最小の凸曲線を仮定したときに、当該凸曲線により囲まれた領域は、基体の上面の６割以上又は８割以上を占める。

１：ヒータ（セラミック構造体）
３：電力供給部
５：制御部
７：配線部材
９：ヒータプレート
１１：パイプ
１１ｓ：空間
１３：基体、１３ａ：上面、１３ｂ：下面
１３ｃ、１３ｄ：金属元素Ｂの含有量が多い領域
１５：抵抗発熱体（内部導体）
１７：端子部
１９Ａ：第１絶縁層
１９Ｂ：第２絶縁層
２１：凸部
２１ａ：頂面
２１ｂ：側面
２１ｃ：底面
２３：セラミック部材
２５：接合材
２５ａ、２５ｂ：延出部
２７：凹部
２７ａ：底面
２７ｂ：側面
１０１：ヒータシステム
Ｔ：厚み
Ｌ：線分

Claims (20)

1. セラミックからなり、ウェハが重ねられる上面及びその反対側の下面を有している板状の基体と、
   前記基体内に位置する内部導体と、
   前記基体の前記下面に位置し、貫通孔を有するセラミック部材と、
   前記貫通孔内を通り前記内部導体に電気的に接続されている端子部と、
   前記下面から延びるパイプと、
   を有しており、
   前記セラミック部材は、頂面と、該頂面とつながる側面とを有する凸部を有し、
   前記セラミック部材は、前記下面および前記端子部の少なくとも一方に接合され、前記パイプの内に位置している、セラミック構造体。
2. 前記凸部は、前記下面に平行な断面における輪郭が円、楕円または多角形のいずれかからなる、請求項１に記載のセラミック構造体。
3. 前記輪郭およびその内側に仮想直線からなる線分を引いたときに、前記線分の長さの最大値は、前記凸部の厚みよりも大きい、請求項２に記載のセラミック構造体。
4. 前記凸部の前記下面に平行な方向の断面の面積は、前記凸部の頂面の面積よりも広い、請求項１～３のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
5. 前記セラミック部材の側面は、前記下面に近い第１端を含む少なくとも一部の領域において、前記下面に対して傾斜している、請求項３または４に記載のセラミック構造体。
6. 前記セラミック部材は、前記凸部の頂面における前記貫通孔の周囲に凹部を有する、請求項３～５のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
7. 複数の前記端子部を有し、
   前記セラミック部材は、複数の前記貫通孔を有し、
   前記凹部は、複数の前記貫通孔のうち少なくとも２つを囲む、請求項６に記載のセラミック構造体。
8. 前記凹部は、両端が前記セラミック部材の外縁に位置する溝形状を有する、請求項６または７に記載のセラミック構造体。
9. 前記セラミック部材は、前記下面および前記端子部の少なくとも一方に対して接合材を介して接合される、請求項１～８のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
10. 前記接合材は、前記基体の主成分を構成する金属元素Ａと、前記基体に含まれる焼結助剤を構成する金属元素Ｂとを含み、前記金属元素Ａおよび前記金属元素Ｂの合計は前記接合材の主成分を構成する、請求項９に記載のセラミック構造体。
11. 前記金属元素ＡはＡｌであり、前記金属元素ＢはＹおよびＣａである、請求項１０に記載のセラミック構造体。
12. 前記基体の主成分がＡｌＮからなる、請求項１１に記載のセラミック構造体。
13. 前記基体の前記セラミック部材と対向する表面部の金属元素Ｂの含有量は、前記基体の内部の金属元素Ｂの含有量よりも多い、請求項１０～１２のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
14. 前記基体と、前記基体内に位置する前記端子部との間に接合材が形成されており、前記基体の前記端子部と対向する表面部の金属元素Ｂの含有量は、前記基体の内部の金属元素Ｂの含有量よりも多い、請求項１３に記載のセラミック構造体。
15. 前記接合材は、前記セラミック部材と前記端子部との間に形成されている、請求項１３または請求項１４に記載のセラミック構造体。
16. 前記接合材は、前記セラミック部材と前記基体との接合部分の終端から延出した第１の延出部を有する、請求項９～１５のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
17. 前記接合材は、前記端子部と前記セラミック部材との接合部分の終端から延出した第２の延出部を有する、請求項９～１６のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
18. 前記セラミック部材は、前記基体と同じ材質のセラミックからなる、請求項１～１７のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
19. 前記内部導体を発熱させて物体を加熱する加熱装置に用いられる、請求項１～１８のいずれか一つに記載のセラミック構造体。
20. 請求項１～１９のいずれか一つに記載のセラミック構造体と、
    前記端子部に電力を供給する電力供給部と、
    前記電力供給部を制御する制御部と、
    を有しているウェハ用システム。

Images