JP6461300B1 - セラミック装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発熱抵抗体又は電極体のパターンの複雑化又は緻密化を可能とするセラミック装置を提供することにある。【解決手段】セラミック装置１００は、セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層１１１、基層１１１上面に積層された中間層１１２及び中間層１１２上面に積層された被覆層１１３を備えるセラミック基体１１０と、平面状に延在する所定のパターンを有し、セラミック基体１１０に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体１２０と、を備える。中間層１１２の上面には水平面が定められ、中間層１１２の上面に沿って発熱抵抗体又は電極体１２０が配置されるとともに、被覆層１１３が発熱抵抗体又は電極体１２０を被覆するように中間層上面に積層された。【選択図】図３

Description

本発明は、セラミック基体に埋設された発熱抵抗体又は電極体を有するセラミック装置に関する。
従来、セラミック装置の一例として、例えば半導体の製造工程でウェハ等の対象を加熱するために、プレート状のセラミック焼結体の内部にシート状の発熱抵抗体であるヒータ線を埋設したセラミックヒータが使用されている。
例えば、特許文献１は、プレート状のセラミック焼結体に発熱体を埋設したセラミックヒータ及びその製造方法を開示する。以下、当該段落において、（）内に特許文献１の符号を示す。セラミックスヒータ（１０）は、円盤状のヒータプレート（１）と、ヒータプレート（１）に埋設された箔状のヒータ線（２）と、を備えている。セラミックスヒータ（１０）の製造方法は以下のとおりである。まず、ヒータプレート（１）を形成するために下部成型体（１ａ）が加圧成型される。下部成型体（１ａ）は、ヒータプレート（１）の原料であるセラミックス粉体を、所定量金型に充填して加圧成型して形成する。次に、成型した下部成型体（１ａ）上に、金属皮膜（４ａ）を形成したヒータ線（２）を所定の位置に配線する。ヒータ線（２）を配線後、ヒータ線（２）を配線した下部成型体（１ａ）上に、さらに所定量のセラミックス粉体を充填し、金型で加圧成型して上部成型体（１ｂ）を成型して、セラミックス成型体（１ｃ）を形成する。続いて、セラミックス成型体（１ｃ）を焼結する。セラミックス原料として、窒化アルミニウムを使用する場合には、窒素雰囲気中、１６００〜２０００℃で数時間加熱して行う。焼結後、ヒータプレート（１）を切削加工して、外部から電力を供給するための電極端子（３）を形成する。
特開２０１２−９６９４８号公報
セラミックヒータの性能は、内部のヒータ線の配線又はパターンによって左右され、細かく緻密なヒータパターンを形成可能であることが望まれる。特に、ヒータ線が細いと抵抗値が上がり、発熱量自体を効率的に向上させることができる。しかしながら、特許文献１のような従来技術では、下部成形体上に平面状に形成されたヒータ線上にセラミックス粉体を充填して加圧する工程において、ヒータ線の平面パターンが細かく緻密であるほど、ヒータ線が断線し易いという問題が挙げられる。特には、加圧成型した下部成形体の上面は、脆弱であり、平坦面を形成及び維持することが困難であることから、ヒータ線がセラミックス粉体と下部成形体とによって挟圧されることで、平面形パターンを維持できず、変形したり、断線したりする虞があった。また、特許文献１のセラミックヒータでは、ヒータ線を埋設したセラミックス成型体を焼結する工程において、セラミックス成型体が収縮変形することが避けられず、同様に焼結時にヒータ線が変形したり、断線したりする虞があった。それ故、従来技術では、ヒータ線の断線を避けるべく、ある程度太い又は厚いパターンが採用され、ヒータ線のパターンを複雑化又は緻密化し難かったことが課題であった。
また、ヒータ線のパターンが複雑化又は緻密化していくと、パターンの線が増えて始端及び終端が増えたり、始端・終端周辺に外部接続端子のスペースを割くことが難しくなったりする。そして、パターンが複雑化しても、ヒータを搭載する装置の都合上、外部接続端子を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するよう設計することが求められる。しかし、特許文献１のセラミックヒータでは、ヒータ線への電力供給のため、ヒータプレートを切削加工してヒータ線に直付けされるようにして電極端子が形成される。それ故、従来技術では、ヒータ線のパターンの複雑化又は緻密化に対応できないこともまた課題として挙げられる。
さらに、特許文献１のセラミックヒータでは、セラミック焼結体内にヒータ線が埋め込まれるが、焼成後、Ｘ線撮影のような特殊な装置を使わなければ、ヒータ線が適切に配置されているかを検査することができない。特には、ヒータ線の平面パターンが傾いているかどうか、ヒータ線がどの程度の深さに位置しているかを事後的に目視で検査することが不可能であった。すなわち、ヒータパターンが所定の平面に沿って配置されているかを事後的に目視検査可能なセラミックヒータを提供することも追加の課題として挙げられる。なお、当該課題は、セラミックヒータ以外の静電チャック用電極装置、ＲＦ電極装置など他の用途のセラミック装置にも共通している。
本発明の目的は、上記課題の少なくとも１つを解決する、セラミック装置を提供することにある。
本発明の一実施形態のセラミック装置は、セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
平面状に延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、を備え、
前記中間層の上面には水平面が定められ、前記中間層の上面に沿って前記発熱抵抗体又は電極体が配置されるとともに、前記被覆層が前記発熱抵抗体又は電極体を被覆するように前記中間層上面に積層されたことを特徴とする。
すなわち、本発明のセラミック装置によれば、セラミック基体が基層、中間層及び被覆層から構成され、平面状のパターンを有する発熱抵抗体又は電極体が、水平面を定める中間層上面に沿って配置されている。そして、被覆層が発熱抵抗体又は電極体とともに中間層上面を被覆している。つまり、発熱抵抗体又は電極体が中間層上面の水平面に沿って配置されていることから、平面状のパターンが歪んだり、発熱抵抗体又は電極体が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密なパターンを描くことが可能となる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記ビアに向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられてもよい。すなわち、中間層の上面に発熱抵抗体又は電極体が配置され、中間層を厚さ方向に貫通するビアの端面が中間層の下面に配置され、下層を貫通する接続孔がビアに連通している。これにより、外部接続端子をパターンの始端・終端の位置に直付けすることなく、電気接続部を外部に露出させることができる。したがって、本発明は、パターンの複雑化・緻密化への対応を可能とするものである。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層と前記基層との間で平面状に延在する所定の導線パターンを有する導線をさらに備え、前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられてもよい。すなわち、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された接続導体を介し、中間層の下面側に配置された導線に電力を供給することが可能となる。そして、導線の導線パターンは発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立して配線可能であることから、導線が発熱抵抗体又は電極体のパターンに干渉することはない。また、接続導体の上面が、発熱抵抗体又は電極体のパターンと絶縁されているので、導線と発熱抵抗体又は電極体とがセラミック基体内部でショートすることも防止される。さらに、発熱抵抗体又は電極体と独立した又は発熱抵抗体又は電極体に関連した各種目的・用途に応じた所定の導線パターンを有する導線による回路を追加することができる。その結果、パターンの複雑化・緻密化に対応した設計が可能となる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層下面には水平面が定められ、前記中間層の下面に沿って前記導線が配置されてもよい。すなわち、導線が中間層下面の水平面に沿って配置されていることから、平面状の導線パターンが歪んだり、導線が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密な導線パターンを描くことが可能となる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記接続導体は、丸みを帯びた上端部を有してもよい。すなわち、接続導体の上端部の先端の角が丸くなっているため、ヒータ使用時に熱応力が生じても、クラックが発生する起点となる虞が軽減される。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記基層、前記中間層及び前記被覆層の各境界において、隣接する層が隙間なく密着していてもよい。すなわち、各層が隙間なく密着することにより、絶縁不良が発生せず、熱伝導にロスが発生することが抑えられる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層の明度が前記基層及び前記被覆層の明度と異なってもよい。すなわち、発熱抵抗体又は電極体が中間層の上面に沿って配置されていることから、側方から境界線を目視すれば、パターンがどの深さにあるのか、傾いていないかどうかを容易に判別することができる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、発熱抵抗体又は電極体がパターン化された導体箔からなってもよい。また、導線がパターン化された導体箔からなってもよい。さらに、電極体が静電チャック用電極又はＲＦ電極であってもよい。
本発明の別実施形態のセラミック装置は、
セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
前記中間層と前記被覆層との間で延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、
前記中間層と前記基層との間で延在する所定の導線パターンを有し、前記発熱抵抗体又は電極体と異なる層で前記セラミック基体に埋設された導線と、を備え、
前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする。
すなわち、本発明のセラミック装置によれば、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された接続導体を介し、中間層の下面側に配置された導線に電力を供給することが可能となる。そして、導線の導線パターンは発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立して配線可能であることから、導線が発熱抵抗体又は電極体のパターンに干渉することはない。また、接続導体の上面が、発熱抵抗体又は電極体のパターンと絶縁されているので、導線と発熱抵抗体又は電極体とがセラミック基体内部でショートすることも防止される。さらに、発熱抵抗体又は電極体と独立した又は発熱抵抗体又は電極体に関連した各種目的・用途に応じた所定の導線パターンを有する導線による回路を追加することができる。その結果、パターンの複雑化・緻密化に対応した設計が可能となる。
本発明のさらなる実施形態のセラミック装置によれば、上記構成において、前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体及び前記導線に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記導線が前記ビア及び前記接続導体を接続してもよい。すなわち、基層の接続孔から中間層の下面側に配置された導線及び接続導体を介し、ビアを経て、中間層の上面側に配置された発熱抵抗体又は電極体に電力を供給することが可能となる。特には、導線の導線パターンはパターンと独立して配線可能であることから、接続導体及び接続孔の位置の任意の平面位置に定めることが可能となる。つまり、導線及び接続導体を介することで、発熱抵抗体又は電極体の始端・終端の位置とは無関係に電力供給部を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するように設計することができる。よって、本発明のセラミック装置は、設計の自由度を拡張するものである。
本発明のセラミック装置は、発熱抵抗体又は電極体のパターンをより一層、複雑化及び緻密化することを可能とする。
本発明の一実施形態のセラミック装置としてのセラミックヒータの部分断面斜視図。 図１のセラミックヒータの側面図。 図２のセラミックヒータのＡ−Ａ断面図。 図２のセラミックヒータのＢ−Ｂ断面図。 本発明の一実施形態のセラミックヒータを製造するための一工程を示し、（ａ）中間層にヒータ線及び導線を貼着する工程を示す模式図。 本発明の一実施形態のセラミックヒータを製造するための一工程を示し、中間層の上面側及び下面側に被覆層及び基層を形成する工程を示す模式図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。 本発明の別実施形態のセラミックヒータを示す概略断面図。
本実施形態のセラミック装置は、全体として所定厚の円盤形状を有し、半導体製造装置に搭載されて製造工程でウェハ等の対象を加熱する用途に使用されるセラミックヒータである。しかしながら、ここで説明するセラミックヒータは、本発明を具現化した一例にすぎず、本発明のセラミック装置が種々の用途に使用可能であることはいうまでもない。
図１は、セラミックヒータ１００を概略的に示す部分断面斜視図である。図２は、セラミックヒータ１００の側面図である。図３及び図４は、セラミックヒータ１００のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。なお、図１乃至図４は、説明の便宜上、セラミックヒータ１００の構造を模式的に表現したものであり、各図の厳密な整合性を問わない。
図１に示すとおり、セラミックヒータ１００は、セラミック焼結体からなる円盤状のセラミック基体１１０と、セラミック基体１１０に埋設されて通電により発熱するヒータ線１２０と、ヒータ線１２０と厚さ方向に異なる層でセラミック基体１１０に埋設された導線１３０と、を備える。セラミックヒータ１００は、その上面及び下面が平行且つ平滑な水平面をなすように形成される。
セラミック基体１１０は、セラミック焼結体からなる。本実施形態では、セラミック基体１１０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）原料粉末の焼結体である。なお、セラミック基体を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等であってもよい。また、セラミック基体１１０は、図２に示すように、下層に配置される所定厚の基層１１１、該基層１１１上面に積層された中間層１１２、及び、該中間層１１２上面に積層された被覆層１１３からなる三層構造を有している。各層は隙間なく積層されている。各層の境界線は、セラミックヒータ１００の上面及び下面と平行に延びている。中間層１１２の上面及び下面には、（セラミックヒータ１００の上面及び下面と平行に延在する）平坦且つ平滑な水平面が定められている。換言すれば、中間層１１２の上面及び下面は、実質的に凹凸のない平面であるが、基層１１１の上面には、導線１３０を収容するための凹部が形成されているとともに、被覆層１１３の下面には、ヒータ線１２０を収容するための凹部が形成されている。つまり、基層１１１が導線１３０の側面及び下面に密着するように導線１３０を内部に埋め込み、被覆層１１３がヒータ線１２０の側面及び上面に密着するようにヒータ線１２０を内部に埋め込んでいる。
また、セラミック基体１１０は、図２の側面視において模式的に示すように、各層で異なる明度を有している。具体的には、中間層１１２は、他の基層１１１及び被覆層１１３に比べて、灰色の濃淡において、より明るい色を有している。すなわち、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３は一体的に形成されているが、その明度によって各層の境界を判断することができる。換言すると、目視によって、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３が適切に平行に配置されているかを検査することが可能である。後述するように、製造工程において、基層１１１及び被覆層１１３と、中間層１１２との間に焼成時間の差を意図的に設けることによって、層間に明度差を形成した。そして、本実施形態では、基層１１１及び中間層１１２の厚みがほぼ等しく、被覆層１１３の厚みが基層１１１及び中間層１１２の厚みの約２倍である。つまり、ヒータ線１２０が配置される中間層１１２と被覆層１１３との間の境界が、セラミックヒータ１００の厚み方向の略中央に位置するように構成されている。これにより、セラミックヒータ１００全体が均一に発熱可能である。
また、図３に示すように、中間層１１２には、該中間層１１２の上面から下面まで延びる複数（本実施形態では２）のビア１１４が設けられている。ビア１１４は、中間層１１２に隙間なく埋設されている。また、ビア１１４の上端面及び下端面は中間層１１２の上面及び下面と同一平面上に延在している。換言すると、ビア１１４は基層１１１及び被覆層１１３には埋入していない。そして、ビア１１４は、中間層１１２の上面と下面とを電気的に接続する導体からなる。導体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の導電性の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択されることが好ましい。本実施形態では、ビア１１４は、中間層１１２を厚さ方向に貫通するモリブデンのピンからなる。しかしながら、ビアは、ビアホールに金属メッキしたものであってもよい。
そして、中間層１１２には、該中間層１１２の下面から上面に向けて中間層１１２の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つ（本実施形態では１）の接続導体１１５が設けられている。接続導体１１５は、中間層１１２に隙間なく埋設されている。また、接続導体１１５下端面は、中間層１１２の下面と同一平面上に延在している。他方，接続導体１１５の上端部は、図３の部分拡大図に示すように、丸みを帯びている。すなわち、接続導体１１５の上端部の先端の角が丸くなっているため、ヒータ使用時に熱応力が生じても、中間層１１２内部にクラックが発生する起点が生じることが抑えられる。
さらに、基層１１１には、該基層１１１を厚さ方向に貫通し、該基層１１１の下面からビア１１４に向けて開口する少なくとも１つの接続孔１１６，１１７と、基層１１１の下面から接続導体１１５に向けて開口する少なくとも１つの接続孔１１８とが設けられている。ビア用の接続孔１１６，１１７は、基層１１１の下面側からビア１１４に連通し、電力供給用の外部端子のための接続ポートを提供する。接続導体用の接続孔１１８は、基層１１１の下面側から接続導体１１５に連通し、同様に外部端子のための接続ポートを提供する。
ヒータ線１２０は、平面状に延在する所定のヒータパターンを有する面状発熱抵抗体である。発熱抵抗体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択され得る。そして、本実施形態では、モリブデンが選択された。また、本実施形態では、ヒータ線１２０は、パターン化された導体箔からなる。一般的に、ヒータ線１２０の断面積が小さいほど、抵抗値が相対的に上昇し、より高い発熱量を得られる。図４に示すように、ヒータ線１２０は、細幅且つ薄厚の導線が複雑且つ緻密に配線されたヒータパターン部１２１と、該ヒータパターン部１２１の始端である始端部１２２と、該ヒータパターン部１２１の終端である終端部１２３とを備える。なお、図４に示したヒータパターンは、例示にすぎず、当業者によって任意の形状のヒータパターンが選択され得る。換言すると、図４の例示的なヒータパターンは、その位置関係において図１乃至図３に対して整合的に示したものではない。云うまでもないが、径方向の両端に始端及び終端が配置されるようにパターンが設計されてもよいし、中心付近に始端及び終端が配置されてもよい。
ヒータ線１２０は、水平面である中間層１１２の上面に載置され、その平面形状が中間層１１２上面に沿って維持されている。このとき、中間層１１２上面及びヒータ線１２０下面が隙間なく密着している。また、ヒータ線１２０は、該中間層１１２上面に積層された被覆層１１３によって被覆されている。このとき、被覆層１１３とヒータ線１２０及び中間層１１２とが隙間なく密着している。すなわち、ヒータ線１２０のヒータパターン部１２１は、中間層１１２の上面に沿って平面形状を維持しつつ延在している。換言すると、中間層１１２上面を平面形状に制御したことによって、ヒータ線１２０が厚さ方向に屈曲することなく、ヒータ線１２０の平面形状が確実に維持されている。
導線１３０は、平面状に延在する所定の導線パターン（図示せず）を有する導体である。導線１３０は、接続対象に電気的に接触する接続部１３１を有する。導体として、一般に、モリブデン、タングステン、ニオブ及びタンタルから選択される１種以上の高融点金属もしくはこれらを１種以上含む合金が選択され得る。そして、本実施形態では、モリブデンが選択された。本実施形態では、導線１３０は、中間層１１２の下層側から上層側のヒータ線１２０に電力を供給する経路として用いられる。また、本実施形態では、導線１３０は、パターン化された導体箔からなる。なお、導線１３０は、それ自体を発熱させることを目的としなくてもよく、ヒータ線１２０よりも発熱しないように相対的に断面積が大きく設計され得る。あるいは、導線１３０の導体パターンは、所定の機能を有する回路部やヒータ線のような発熱部を一部又は全部に含んでもよい。
導線１３０は、水平面である中間層１１２の下面に配置され、その平面形状が中間層１１２下面に沿って維持されている。このとき、中間層１１２下面及び導線１３０上面が隙間なく密着している。また、導線１３０は、該中間層１１２下面に形成された基層１１１に埋設されている。このとき、基層１１１と導線１３０及び中間層１１２とが隙間なく密着している。すなわち、導線１３０の導線パターンは、中間層１１２の下面に沿って平面形状を維持しつつ延在している。換言すると、中間層１１２下面を平面形状に制御したことによって、導線１３０が厚さ方向に屈曲することなく、導線１３０の平面形状が確実に維持されている。
本実施形態のセラミックヒータ１００において、ヒータ線１２０の始端部１２２下面に一方のビア１１４の上端面が接触し、導線１３０の一端（図３の左側）の接続部１３１上面にビア１１４の下端面が接触することによって、ビア１１４がヒータ線１２０と導線１３０を電気的に接続している。また、導線１３０の他端（図３の右側）の接続部１３１上面に接続導体１１５の下端が接触している。つまり、ビア１１４及び接続導体１１５が導線１３０によって電気的に接続されている。なお、接続導体１１５の上端部が中間層１１２の上面に露出していないので、ヒータ線１２０と導線１３０とがショートする虞がない。そして、接続孔１１６，１１８のいずれかを選択して外部電源に接続された外部端子（一方の電極端子）を差し込むことにより、ヒータ線１２０の始端部１２２に外部電源を電気的に接続することができる。また、ヒータ線１２０の終端部１２３下面に他方のビア１１４の上端面が接触し、ビア１１４下端面が接続孔１１７を介して中間層１１２下面側に臨んでいる。接続孔１１７に外部端子（他方の電極端子）を差し込むことにより、ヒータ線１２０の終端部１２３に外部電源を電気的に接続することができる。すなわち、基層１１１下面で開口した接続孔１１６〜１１８を介して、セラミックヒータ１００に外部電源から電力を供給することが可能である。
続いて、本実施形態のセラミックヒータ１００を製造する方法について説明する。本実施形態のセラミックヒータ１００の製造方法は、ビア１１４及び接続導体１１５を含む中間層１１２に対応するセラミック焼結体を形成する工程と、セラミック焼結体の上面及び下面を研磨して水平面を有する中間層１１２の前駆焼結体を得る工程と、前駆焼結体の上下研磨面にヒータ線１２０及び導線１３０を形成する工程と、前駆焼結体の上面側及び下面側に被覆層及び基層をそれぞれ形成する工程と、接続孔を基層１１１に形成する工程とを含む。以下、各工程についてより詳細に説明する。
まず、セラミックヒータ１００の径に対応する型にセラミック原料粉末（本実施形態では、ＡｌＮ粉末）を投入するとともに、型の中で高融点金属のピンを垂直に立つように所定の位置に配置する。ピンは高融点金属の粉末を使用した成形体でもよい。ピンは、ビア１１４及び接続導体１１５の設置位置に配置される。ピンの径は任意に選択され得る。そして、加圧した状態でセラミック原料粉末を窒素雰囲気中で所定時間（数時間）焼成する。例示的には、セラミック原料粉末を焼成可能な温度は約１７５０〜２０００度であり、加圧条件は約１５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。これにより、中間層１１２に対応するセラミック焼結体１１２’を得た（図５（ａ）参照）。加圧焼成（ホットプレス）の導入により、ピンが焼成時に動くことを防止し、ピンを所定の位置に正確に配置することができる。特には、上下から加圧したまま焼成するため、焼成時の焼結体の収縮が、上下方向のみで平面方向にほとんど収縮しないため、端子導体・ビア導体の位置精度が高くなる。
なお、本工程において、ピンを焼成前に配置することにより、焼結基板へ穴開けするポストファイア法と比べて、例えば、直径１ｍｍ以上のような大径のビア・導体を形成することが可能である。大径のビアを使用する場合のメリットとして、（１）大電流が流せること、（２）ビア・接続導体とヒータ線・導線との接続面積が増えて、導通の信頼性が上がること、（３）位置ずれによるビア・接続導体とヒータパターン・導体パターンとの接続不良や接続孔形成時の導通不良のリスクが低減することなどが挙げられる。
次に、型からセラミック焼結体１１２’を取り出して、図５（ａ）の点線に沿って、ビア１１４に対応するピンの上端面及び下端面が露出し、且つ、接続導体１１５に対応するピンの下端面が露出するようにセラミック焼結体１１２’の上面及び下面を研磨して、セラミック焼結体１１２’を所定厚さに調整した。これにより、上面及び下面に水平面（研磨面）が形成された中間層１１２の前駆焼結体１１２”を得た。そして、図５（ｂ）に示すように、前駆焼結体１１２”の各研磨面（上面及び下面）にシートパターン状のヒータ線１２０及び導線１３０の導体箔を所定の位置に載置する（配置する）。なお、ヒータ線及び導線は、蒸着やエッチング、スクリーン印刷など他の形成手段によって形成されてもよい。
次いで、基層１１１に対応する量のセラミック原料粉末を型に投入して、プレス成型し、基層１１１の前駆体１１１’を形成する。図６（ａ）に示すように、プレス成型したセラミック原料粉末の上にヒータ線１２０及び導線１３０を貼り付けた中間層１１２の前駆焼結体１１２”を載置する。さらに、前駆焼結体１１２”上に被覆層１１３に対応する量のセラミック原料粉末を投入してプレス成型し、被覆層１１３の前駆体１１３’を形成する。前駆焼結体１１２”をセラミック原料粉末で挟圧することにより、前駆焼結体１１２”の硬質な水平面に沿って配置されたヒータ線１２０及び導線１３０がセラミック原料粉末中に埋め込まれる。
そして、図６（ｂ）に示すように、カーボンプレートをセラミック原料粉末上に載せて、加圧した状態でセラミック原料粉末を窒素雰囲気中で所定時間（数時間）、焼成する。例示的には、セラミック原料粉末を焼成可能な温度は約１７５０〜２０００度であり、加圧条件は約１５０〜２５０ｋｇｆ／ｃｍ２とした。前駆焼結体１１２”がセラミック原料粉末の成型体と比べて十分に硬質であることから、加圧時にヒータ線１２０及び導線１３０が変形することなく水平面に沿って平面形状に維持される。その結果として、ヒータ線１２０及び導線１３０を断線や変形させることなく、基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３の３層構造を有するセラミック基体１１０が得られる。また、加圧焼成の導入により、ビア１１４及び接続導体１１５と、ヒータ線１２０及び導線１３０との相対位置が焼成時に変動することを防止することができる。特には、上下から加圧したまま焼成するため、焼成時の焼結体の収縮が上下方向のみで平面方向にほとんど収縮しないため、各部材の面内の位置精度が高くなる。位置精度の向上により、ビア１１４、接続導体１１５、ヒータ線１２０及び導線１３０間の接続不良や、接続孔１１６〜１１８の形成時の導通不良のリスクを低減できる。
そして、セラミック基体１１０の表面及び側面を研磨する。中間層１１２が２度の焼成工程を経て形成されることにより、中間層１１２の明度が基層１１１及び被覆層１１３の明度よりも高くなる。そして、中間層１１２と基層１１１及び被覆層１１３との間の境界を目視することによって、ヒータ線１２０及び／又は導線１３０が水平方向からずれているかどうかを検査することができる。中間層１１２が傾斜していると、セラミックヒータ１００の外面とヒータ線１２０との距離が変動することから、所望のヒータ性能を得られない場合がある。万が一、中間層１１２が傾斜してしまっても、境界線を基準としてセラミック基体１１０の外面を研磨すれば、セラミック基体１１０上面とヒータ線１２０のヒータパターンとを平行に調整することができる。
続いて、ビア１１４、接続導体１１５（又は導線１３０との接点部分）に連通するように、基層１１１の下面に接続孔１１６〜１１８を形成する。そして、接続孔１１６〜１１８を介して、搭載先の装置の外部電源に合わせて、給電用の金属端子をセラミックヒータ１００に接続することができる。
なお、上記実施例の製造方法は、一例にすぎず、本発明の技術範囲内であれば、任意に置換、省略及び／又は追加可能である。
以下、本発明に係る一実施形態のセラミックヒータ１００における作用効果について説明する。
本実施形態のセラミックヒータ１００によれば、セラミック基体１１０が基層１１１、中間層１１２及び被覆層１１３から構成され、平面状のヒータパターンを有するヒータ線１２０が、水平面を定める中間層１１２上面に沿って配置されている。そして、被覆層１１３がヒータ線１２０とともに中間層１１２上面を被覆している。つまり、ヒータ線１２０が中間層１１２上面の水平な研磨面に沿って配置されていることから、平面状のヒータパターンが歪んだり、ヒータ線１２０が断線したりすることが防止され得る。これにより、従来よりも細かく緻密なパターンを描くことが可能となる。また、中間層１１２の明度が基層１１１及び被覆層１１３の明度と異なっていることにより、側方から境界線を目視すれば、ヒータ線１２０がどの深さにあるのか、又は、傾いていないかどうかを、特殊な装置を使用することなく、容易に判別することができる。さらに、本実施形態のセラミックヒータ１００は、基層１１１の接続孔１１６〜１１８から中間層１１２の下面側に配置された導線１２０及び接続導体１１５を介し、ビア１１４を経て、中間層１１２の上面側に配置されたヒータ線１２０に電力を供給することが可能である。特には、導線１３０の導線パターンはヒータパターンと独立して配線可能であることから、接続導体１１５及び接続孔１１８の位置の任意の平面位置に定めることが可能となる。つまり、導線１３０及び接続導体１１５を介することで、ヒータ線１３０の始端・終端の位置とは無関係に電力供給部を特定の位置にする、又は特定のエリアに集約するよう設計することができる。その結果、本実施形態のセラミックヒータ１００は、ヒータパターンの複雑化・緻密化に対応することができる。
［別実施形態・変形例］
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の実施形態や変形例を取り得る。以下、本発明の複数の変形例を説明する。各実施形態において、下二桁が共通する構成要素は、特定のない限り、同一又は類似の特徴を有し、その説明を一部省略する。
（１）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図７のセラミック装置２００では、該中間層２１２の上面から下面まで延びる２つのビア２１４，２１４が設けられているとともに、該中間層２１２の下面から上面に向けて中間層２１２の厚さ未満の長さで延びる１つの接続導体２１５が設けられている。一方（図７の左側）のビア２１４の下方には、接続孔が形成されておらず、他方（図７の右側）のビア２１４の下方に接続孔２１６が形成されている。接続導体２１５は他方のビア２１４に近接配置されている。また、接続導体２１５の下方に接続孔２１８が形成されている。そして、導線２３０がビア２１４及び接続導体２１５を接続している。すなわち、本変形例のセラミック装置２００は、給電用ポート（又は端子）を集約させたものである。
（２）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図８のセラミック装置３００では、該中間層３１２の上面から下面まで延びる２つのビア３１４，３１４が設けられているとともに、該中間層３１２の下面から上面に向けて中間層３１２の厚さ未満の長さで延びる２つの接続導体３１５，３１５が設けられている。接続導体３１５，３１５はビア３１４，３１４から離れて配置されているものの、接続導体３１５，３１５が互いに集約して配置されている。両方のビア３１４，３１４の下方には、接続孔が形成されておらず、両方の接続導体３１５，３１５の下方にのみ接続孔３１８，３１８が形成されている。そして、２つの導線３３０，３３０が隣接するビア３１４，３１４及び接続導体３１５，３１５を接続している。すなわち、本変形例のセラミック装置３００は、発熱抵抗体又は電極体のパターン（又はビア）の位置に寄らず、給電用ポート（又は端子）を任意の位置に集約させたものである。
（３）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図９のセラミック装置４００では、該中間層４１２の上面から下面まで延びる２つのビア４１４，４１４が設けられているとともに、該中間層４１２の下面から上面に向けて中間層４１２の厚さ未満の長さで延びる２つの接続導体４１５，４１５が設けられている。両方のビア４１４，４１４の下方に接続孔４１６，４１７が形成され、両方の接続導体４１５，４１５の下方に接続孔４１８，４１８が形成されている。そして、導線４３０が接続導体４１５，４１５同士を接続し、ビア４１６，４１７とは電気的に接続されていない。すなわち、本変形例のセラミック装置４００のように、発熱抵抗体又は電極体のパターンと独立した機能・用途を有する導線パターンを有する導線４３０の回路が個別に配置又は追加されてもよい。
（４）本発明のセラミック装置は、上記実施形態に限定されない。図１０のセラミック装置５００のように、導線及び接続導体が省略されてもよい。このような簡易な構成のセラミック装置５００であっても、本発明の技術的思想の下、従来よりも発熱抵抗体又は電極体のパターンの複雑化・緻密化を達成するものである。
（５）本発明のセラミック装置の形状寸法は、上記実施形態に限定されない。例えば、セラミック装置は円盤状でなくてもよく、矩形状や楕円形や他の多角形状などの任意の形状から選択されてもよい。また、各層の相対的な厚みや径は、用途等に応じて任意に設定することが可能である。さらに、セラミック基体は、３層構造に限定されず、上下に新たな層が追加されてもよい。
（６）上記実施形態のセラミック装置では、各層の明度が焼成回数又は時間によって付加されているが、各層の材料又は成分を変更することによって各層の明度を変更してもよい。
（７）上記実施形態のセラミック装置では、その製造方法において、中間層となるセラミック焼結体を基層及び被覆層となるセラミック原料粉末で挟み込んで加圧焼成することによってセラミック装置を製造したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、基層及び被覆層の一方又は両方をセラミック原料粉末でなくセラミック焼結体として準備し、セラミック焼結体を積層して約１７５０〜２０００度、１００〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２の条件で加圧焼成してもよい。このとき、各層に対応するセラミック焼結体同士は直接接合されてもよい。あるいは、セラミック焼結体の接合面に、母材のセラミックと同じ種類の粉末で作製した接合材料が塗布もしくは印刷され、該接合材料を各層に挟んだ状態でセラミック焼結体同士が加圧焼成されてもよい。
（８）上記実施形態のセラミック装置は、その静電気力でシリコンウエハ等を保持することに主に用いられる静電チャック用電極装置であってもよい。すなわち、セラミック装置は、上記実施形態のヒータ線１２０に代えて、静電チャック用途に特化した所定の回路パターンを有する電極体を備え得る。該静電チャック用電極装置の電極体は、セラミック表面上に正負に帯電したエリアを発生させるように構成される。静電チャック用電極装置においても、上記実施形態のセラミックヒータ１００と同様に、電極が傾かない、端子位置を自由に設計できる、パターンを緻密化できるといった本発明の効果が発揮されることは云うまでもない。なお、発熱抵抗体及び電極体が同時に用いられてもよい。
（９）上記実施形態のセラミック装置は、対象をプラズマ処理することなどに主に用いられるＲＦ（高周波）電極装置であってもよい。すなわち、セラミック装置は、上記実施形態のヒータ線１２０に代えて、ＲＦ放電用途に特化した所定の回路パターンを有する電極体を備え得る。このセラミック装置によれば、一対のＲＦ電極装置が対象を挟むように対向配置して、２つのＲＦ電極間に高周波電圧を印加すると、電極間にプラズマが発生して、対象をプラズマ処理することが可能である。ＲＦ電極装置においても、上記実施形態のセラミックヒータ１００と同様に、電極が傾かない、端子位置を自由に設計できる、パターンを緻密化できるといった本発明の効果が発揮されることは云うまでもない。なお、発熱抵抗体及び電極体が同時に用いられてもよい。
本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限りにおいて種々の態様で実施しうるものである。
１００ セラミックヒータ（セラミック装置）
１１０ セラミック基体
１１１ 基層
１１２ 中間層
１１３ 被覆層
１１４ ビア
１１５ 接続導体
１１６ 接続孔
１１７ 接続孔
１１８ 接続孔
１２０ ヒータ線（発熱抵抗体又は電極体）
１２１ ヒータパターン部（所定のパターン）
１２２ 始端部
１２３ 終端部
１３０ 導線
１３１ 接続部

Claims (12)

  1. セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
    平面状に延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、を備え、
    前記中間層の上面に沿って前記発熱抵抗体又は電極体が配置されるとともに、前記被覆層が前記発熱抵抗体又は電極体を被覆するように前記中間層上面に積層され、
    前記中間層の明度が前記基層及び前記被覆層の明度と異なることを特徴とするセラミック装置。
  2. セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
    平面状に延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、を備え、
    前記中間層の上面には水平面が定められ、前記中間層の上面に沿って前記発熱抵抗体又は電極体が配置されるとともに、前記被覆層が前記発熱抵抗体又は電極体を被覆するように前記中間層上面に積層され、
    前記水平面は、前記中間層の前駆焼結体の研磨面に対応する平面形状を有し、前記発熱抵抗体又は電極体の平面形状が前記水平面に沿って維持されていること特徴とするセラミック装置。
  3. 前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記基層には、前記基層の下面から前記ビアに向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミック装置。
  4. 前記中間層と前記基層との間で平面状に延在する所定の導線パターンを有する導線をさらに備え、
    前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
    前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  5. 前記中間層の下面には水平面が定められ、前記中間層の下面に沿って前記導線が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装置。
  6. 前記接続導体は、厚さ方向に延びるピンからなり、丸みを帯びた上端部を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のセラミック装置。
  7. 前記基層、前記中間層及び前記被覆層の各境界において、隣接する層が隙間なく密着していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  8. 前記発熱抵抗体又は電極体がパターン化された導体箔からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  9. 前記導線がパターン化された導体箔からなることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のセラミック装置。
  10. セラミック焼結体からなり、少なくとも、基層、前記基層上面に積層された中間層及び前記中間層上面に積層された被覆層を備えるセラミック基体と、
    前記中間層と前記被覆層との間で延在する所定のパターンを有し、前記セラミック基体に埋設された通電可能な発熱抵抗体又は電極体と、
    前記中間層と前記基層との間で延在する所定の導線パターンを有し、前記発熱抵抗体又は電極体と異なる層で前記セラミック基体に埋設された導線と、を備え、
    前記中間層には、前記導線から前記中間層の上面に向けて前記中間層の厚さ未満の長さで延びる少なくとも１つの接続導体がさらに設けられ、
    前記基層には、前記基層の下面から前記接続導体に向けて開口する少なくとも１つの接続孔が設けられ、
    前記中間層の明度が前記基層及び前記被覆層の明度と異なることを特徴とするセラミック装置。
  11. 前記中間層には、前記発熱抵抗体又は電極体及び前記導線に電気的に接続され、前記中間層の上面から下面まで延びる少なくとも１つのビアが設けられ、前記導線が前記ビア及び前記接続導体を接続していることを特徴とする請求項１０に記載のセラミック装置。
  12. 前記電極体は、静電チャック用電極又はＲＦ電極であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のセラミック装置。
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