JP5430997B2 - セラミックヒータ - Google Patents

Description

本発明はセラミックヒータに関する。

セラミック焼結体に埋設されている抵抗発熱体の発熱によって当該セラミック焼結体の上面に載置されている対象物を加熱するセラミックヒータにおいて、この面の温度均一性を高める技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−１７２２０８号公報

しかし、抵抗発熱体の発熱特性によってはセラミックヒータにおける上面の温度を均一化することが困難となる場合がある。

そこで、本発明は、抵抗発熱体の特性に鑑みて、対象物の載置面における温度均一化を図りうるセラミックヒータを提供することを目的とする。

本発明は、対象物が載置される面を有するセラミック焼結体と、前記対象物が載置される面に平行な姿勢で前記セラミック焼結体に埋設されているメッシュシートにより構成されている抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電圧を印加するための第１の端子および第２の端子とを備えているセラミックヒータに関する。

第１発明のセラミックヒータは、前記抵抗発熱体を構成する電流経路が、緯線方向および経線方向の折り返しを繰り返し少なくとも１つの分断箇所を有する経路により構成され、前記メッシュシートに平行であり、かつ、前記緯線方向および前記経線方向の基準となる極位置から見た全方位のうち、前記メッシュシートの電気伝導率が極大値を示す第１方位と、前記メッシュシートの電気伝導率が極小値を示す第２方位とは異なる方位に、前記電流経路の折り返し箇所が配置されるように前記電流経路が形成され、前記抵抗発熱体は対象物が載置される面に対して面積比が７５％以上であることを特徴とする。

第１発明のセラミックヒータによれば、抵抗発熱体の経線方向について隣り合う電流経路が短絡しないようにその相互間隔が縮められることにより、当該方向について抵抗発熱体の面積の増加が図られる。抵抗発熱体の「経線方向」とは、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置を基準とする方位線に沿った方向を意味する。抵抗発熱体の「経度」は極位置を基準とした方位角により定義される。前記のように抵抗発熱体の面積の増加が図られることにより、セラミックヒータの対象物の載置面に対する抵抗発熱体の面積比の増加が図られ、当該面積比が７５％以上とされている。その結果、対象物の載置面において、直下における抵抗発熱体の有無の別または抵抗発熱体の面積比の低さ等が原因で、局所的に温度差が生じる可能性が低く抑えられる。

前記セラミックヒータにおいては、抵抗発熱体は、セラミック焼結体との密着度を高める等の目的で、メッシュシートにより構成されている。本願発明者の得た知見によれば、メッシュシートの電気伝導率には当該メッシュシートの織目パターンに応じた異方性があり、この異方性が対象物の載置面の温度均一化のために重要な因子である。特に、メッシュシートの電気伝導率の異方性を考慮して、電流経路の折り返し箇所を配置することが、当該折り返し箇所において他の箇所と比較して相対的な温度差を生じさせないために重要である。

すなわち、電流経路を流れる電流ベクトルは、折り返し箇所において一方の緯線方向（たとえば時計回り方向）成分を主要成分とする状態から、他方の緯線方向（たとえば反時計回り方向）成分を主要成分とする状態に変遷する。「緯線方向」とは、同じ緯度を結ぶ線に沿った方向を意味する。抵抗発熱体が円形状の場合、「緯度」はすべての経線方向について抵抗発熱体の中心点からの距離により定義される。ただし、抵抗発熱体が円形とは異なる形状の場合、「緯度」は抵抗発熱体の中心から経線に沿った抵抗発熱体の外縁までの距離の長短の差に応じてスケーリングされる。たとえば、抵抗発熱体が正方形に形成されている場合、正方形の中心点から各頂点に向かう経線に沿った緯度は、正方形の中心点から各辺の中点に向かう経線に沿った緯度に対して、中心点からの距離が同じでも（１／２^1/2）倍にスケーリングされる。

電流経路の折返し箇所には、電流ベクトルが当該状態遷移の途中で経線方向成分を主要成分とする中間状態を経るという特有の性質がある。このため、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置からみて第１方位（＝メッシュシートの電気伝導率が極大値を示す方位）にあると、少なくとも中間状態において電流が相対的に流れやすくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に増加する可能性がある。これとは逆に、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置からみて第２方位（＝メッシュシートの電気伝導率が極小値を示す方位）にあると、少なくとも中間状態において電流が相対的に流れにくくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に減少する可能性がある。

このため、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置からみて第１方位および第２方位とは異なる方位に配置されるように当該電流経路が形成されることにより、前記のように当該折り返し箇所における発熱量が相対的または局所的に減少または増大する可能性が抑制されうる。この結果、当該折り返し箇所とその他の箇所との温度の均一化が図られる。

よって、前記構成のセラミックヒータによれば、対象物の載置面における温度のさらなる均一化が図られうる。

第２発明のセラミックヒータは、第１発明のセラミックヒータにおいて、前記第１方位を表わす第１方位線および前記第２方位を表わす第２方位線により画定される複数の単位領域のそれぞれに含まれる前記折り返し箇所の数が同一になるように前記電流経路が形成されていることを特徴とする。

第２発明のセラミックヒータによれば、メッシュシートを分割する複数の単位領域（第１方位線および第２方位線により、間に第１方位線および第２方位線を挟まないように画定される領域を意味する。）のそれぞれにおける発熱特性の均一化が図られる。これにより、抵抗発熱体の全体にわたる発熱量の均一化が図られる。

第３発明のセラミックヒータは、第１または第２発明のセラミックヒータにおいて、前記極位置からみて前記折り返し箇所が存在する方位が、前記単位領域のうち前記抵抗発熱体の電気伝導率が中間値を示す方位、または、前記第１方位および前記第２方位の中間方位に一致するように前記電流経路が形成されていることを特徴とする。

第３発明のセラミックヒータによれば、前記のように当該折り返し箇所における発熱量が相対的または局所的に減少または増大する可能性がさらに抑制されうる。この結果、当該折り返し箇所とその他の箇所との温度のさらなる均一化が図られる。

第４発明のセラミックヒータは、第１〜第３発明のうちいずれか１つのセラミックヒータにおいて、前記メッシュシートが電気伝導性の縦糸素材および横糸素材が織り合わせられることにより形成され、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれが伸びる方位を前記第１方位として、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれに対する角度が（１／４）π［ｒａｄ］である方位を前記第２方位として前記電流経路が形成されていることを特徴とする。

第４発明のセラミックヒータによれば、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置からみて第１方位にあると、当該折り返し箇所近傍において中間状態のみならずその前後の状態においても電流が相対的に流れやすくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に増加する可能性が高くなる。これとは逆に、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体を含む面において、抵抗発熱体を全方位に臨む極位置からみて第２方位にあると、当該折り返し箇所近傍において中間状態のみならずその前後の状態においても電流が相対的に流れにくくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に減少する可能性がある。このため、対象物の載置面における温度均一化の意義はいっそう大きいところ、前記のようにメッシュシートの電気伝導率の異方性が考慮された上で当該折り返し箇所が配置されているので、当該温度均一化が実現されうる。

第５発明のセラミックヒータは、第１〜第４発明のうちいずれか１つのセラミックヒータにおいて、前記電流経路が、緯線方向について同一または他の電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において折り返しを繰り返しながら蛇行するように形成されていることを特徴とする。

第５発明のセラミックヒータによれば、一の電流経路が、緯線方向について当該一の電流経路または異なる電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において折り返されている。このため、当該対向しあう折り返し箇所が短絡しないようにその相互間隔が緯線方向に縮められることにより、緯線方向について抵抗発熱体の面積の増加が図られる。

第６発明のセラミックヒータは、第１〜第５発明のうちいずれか１つのセラミックヒータにおいて、前記電流経路の前記折り返し箇所が角張った形状にされていることを特徴とする。

第６発明のセラミックヒータによれば、電流経路の緯線方向についての折り返し箇所が角張っているので、当該折り返し箇所が丸みを帯びている場合と比較して、抵抗発熱体の面積の増加が図られる。

第７発明のセラミックヒータは、第６発明のセラミックヒータにおいて、前記電流経路の角張った折り返し箇所の内側に切欠部が形成されていることを特徴とする。

前記のように抵抗発熱体の面積増加を図るため、電流経路の折り返し箇所が角張っているので、当該折り返し箇所において電流方向に沿った電流経路の幅または断面積が不均一になって、その外側隅角部分の電流密度が相対的に低くなるという傾向がある。第７発明のセラミックヒータによれば、電流経路の折り返し箇所の内側に形成された切欠部により、電流経路の折り返し箇所における電流方向に沿った電流経路の幅または断面積の均一化、ひいては、電流密度の均一化が図られうる。

第８発明のセラミックヒータは、前記セラミック焼結体または前記対象物の載置面が四角形状に形成され、前記抵抗発熱体を構成する電流経路が、前記四角形の各辺の方向に沿って伸展および折り返しを繰り返すような形状に形成され、前記メッシュシートが電気伝導性の縦糸素材および横糸素材が織り合わせられることにより形成され、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれが伸びる方位が前記四角形の各辺の方位と（１／４）π［ｒａｄ］の角度をなし、前記抵抗発熱体は対象物が載置される面に対して面積比が７５％以上であることを特徴とする。

第８発明のセラミックヒータによれば、メッシュシートを構成する電気伝導性のある糸素材の方位およびこれに応じた電気伝導率の異方性が考慮された上で、折り返し箇所が形成されているので、対象物の載置面における温度のさらなる均一化が図られうる。

本発明のセラミックヒータの構成説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 抵抗発熱体の電流経路に関する説明図。 抵抗発熱体の電流経路に関する説明図。 電流経路の折り返し箇所に関する説明図。 電流経路の折り返し箇所の詳細説明図。 抵抗発熱体の電気伝導率の異方性に関する説明図。 他の実施形態における抵抗発熱体の形状に関する説明図。

本発明のセラミックヒータの実施形態について図面を用いて説明する。まず、本発明の一実施形態としてのセラミックヒータの構成について図１を用いて説明する。

図１に示されているセラミックヒータ１は略円盤状のセラミック焼結体２と、セラミック焼結体２の平坦な上面２１に平行な姿勢でセラミック焼結体２に埋設されている抵抗発熱体４と、抵抗発熱体４に電圧を印加するための端子５１〜５４とを備えている。

抵抗発熱体４は図２に示されているように全体としてみた場合に略円形状に形成され、その中央部分４０が、抵抗発熱体４の中心位置（抵抗発熱体４を含む面において、抵抗発熱体４を全方位に臨む「極位置」に該当する。）を原点とする直交座標系における４つの象限部分４１〜４４に分断されている。極位置は上から見たセラミック焼結体２または対象物載置面２１の中心位置にも一致している。中央部分４０を４つに分割する十字状の分断箇所が、電流経路の「分断箇所」に該当する。当該４つの部分４１〜４４のそれぞれに端子５１〜５４のそれぞれが接続されている。端子５１および５２が一対の端子として用いられ、端子５３および５４がもう一対の端子として用いられる。セラミックヒータ１は、セラミック焼結体２の下面２２において円筒状の支持部材３と接合されている。

なお、抵抗発熱体４は上から見た場合に全体として略円形状ではなく、略円環状に形成されてもよい。この場合、抵抗発熱体４の内側輪郭は極位置から経線方向に離反している。抵抗発熱体４の中央部分４０が４つではなく２つに分断され（図２において第１象限部分４１および第４象限部分４４が接続され、第２象限部分４２および第３象限部分４３が接続され）、当該２つに分断された箇所のそれぞれに一対の端子が接続されていてもよい（他対の端子は省略されてもよい）。

セラミック焼結体２および支持部材３のそれぞれの材質としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素及びサイアロンなどの窒化物セラミックス、アルミナ−炭化ケイ素複合材料などの公知のセラミックス材料が採用されうる。ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して高い耐腐食性を付与するためには、窒化アルミニウムまたはアルミナが素材として好ましい。

セラミックヒータ１はたとえば次の手順にしたがって製造される。

まず、下から略円柱状の下型（図示略）が挿入されている状態の円筒部材の内部空間にセラミック粉末が充填される。また、このセラミック粉末がプレス成形されることにより円盤状の予備成形体が形成される。次に、予備成形体の上面に略円盤状のメッシュシートにより構成される抵抗発熱体４が、電極５１〜５４が上側になるように載置される。

さらに、抵抗発熱体４を覆うように付加的なセラミック粉末が円筒部材の内側に充填され、略円柱状の上型（図示略）および下型によりセラミック粉末が加圧成形される。これにより、抵抗発熱体４ならびに電極５１〜５４が埋設されているセラミック成形体が成形される。

セラミック成形体は下型の上昇によって円筒部材から取り出された上で、ホットプレス法またはホットアイソスタティックプレス法にしたがって焼結されることにより、セラミックスが緻密化され、セラミック焼結体２の原型が得られる。そして、この原型が研削加工されることにより、抵抗発熱体４がセラミック焼結体２に埋設されている一方、電極５１〜５４がセラミック焼結体２の表面に露出している状態のセラミックヒータ１が製造される（図１参照）。

なお、セラミックヒータ１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（たとえば、成膜装置、エッチング装置、クリーニング装置または検査装置など）のためのセラミック製品として適用されうる。

セラミックヒータ１および支持部材３は固層接合、または、Ｏリングやメタルパッキングなどのシール部材を用いてシール接合される。電極５１〜５４のそれぞれは、支持部材３の内側を通る電力供給線（たとえばニッケルロッド）６１〜６４のそれぞれに接続される。

ここで、本発明のセラミックヒータ１の要部であるメッシュシートからなる抵抗発熱体４の構成についてさらに詳細に説明する。

抵抗発熱体４の電流経路はメッシュシートに平行な方向に蛇行しているが、この蛇行パターンについて図２〜図５を用いて説明する。説明の便宜のため、図２〜図４のそれぞれに示されているように、抵抗発熱体４を含む面において、抵抗発熱体４を全方位に臨む「極位置」（前記のように略円形状の抵抗発熱体４の中心位置に一致している。）を基準として、右方向の方位角が０［ｒａｄ］、上方向の方位角が（１／２）π［ｒａｄ］、下方向の方位角が−（１／２）π［ｒａｄ］、左方向の方位角がπ［ｒａｄ］または−π［ｒａｄ］と定義される。

本実施形態において、抵抗発熱体４には２つの電流経路が存在する。図５には第１の電流経路の蛇行パターンが一点鎖線で示され、その折り返し箇所が○で示され、また、第２の電流経路の蛇行パターンが二点鎖線で示され、その折り返し箇所が●で示されている。

第１の電流経路は、まず、図３（ａ）に示されているように中央にある第１象限部分４１から角張った形状の折り返しを緯線方向に繰り返しながら、経線方向外側に向かって蛇行する形状とされている。具体的には、図５の一点鎖線左側部分に示されているように、折れ曲がり箇所Ｐ１〜Ｐ１２（○参照）の方位が（１／２）π→（１／４）π→π→０という変化を３回繰り返すように第１の電流経路が経線方向外側に蛇行する。

その後、第１の電流経路は、図３（ｂ）に示されているように緯線方向について同一または他の電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において角張った形状の折り返しを緯線方向に繰り返しながら、経線方向内側に向かって蛇行して中央にある第２象限部分４２に至る。具体的には、図５の一点鎖線右側部分に示されているように、折れ曲がり箇所Ｐ１３〜Ｐ２４（○参照）の方位がπ→（３／４）π→−（３／４）π→（１／２）πという変化を３回繰り返すように第１の電流経路が経線方向内側に蛇行する。

第２の電流経路は、まず、図４（ａ）に示されているように中央にある第４象限部分４４から角張った形状の折り返しを緯線方向に繰り返しながら、経線方向外側に向かって蛇行する形状とされている。具体的には、図５の二点鎖線左側部分に示されているように、折れ曲がり箇所Ｑ１〜Ｑ１２（●参照）の方位が−（１／２）π→（１／４）π→−（１／４）π→０という変化を３回繰り返すように第２の電流経路が経線方向外側に蛇行する。

その後、第２の電流経路は、図４（ｂ）に示されているように緯線方向について同一または他の電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において角張った形状の折り返しを繰り返しながら、経線方向内側に向かって蛇行して中央にある第３象限部分４３に至る。具体的には、図５の二点鎖線右側部分に示されているように、折れ曲がり箇所Ｑ１３〜Ｑ２４（●参照）の方位が−π→−（２／４）π→−（３／４）π→（１／２）πという変化を３回繰り返すように第２の電流経路が経線方向内側に蛇行する。

図５において確認されるように、第１の電流経路の折り返し箇所（○参照）Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８，Ｐ１０およびＰ１２のそれぞれと、他の電流経路である第２の電流経路の折り返し箇所（●参照）Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ１０およびＱ１２のそれぞれとが緯線方向について相互に対向している。

また、第１の電流経路の折り返し箇所（○参照）Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ９およびＰ１１のそれぞれと、同一の電流経路である第１の電流経路の折り返し箇所（○参照）Ｐ２４，Ｐ２２，Ｐ２０，Ｐ１８，Ｐ１６およびＰ１４のそれぞれとが緯線方向について相互に対向している。

同様に、第２の電流経路の折り返し箇所（●参照）Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ９およびＱ１１のそれぞれと、同一の電流経路である第２の電流経路の折り返し箇所（●参照）Ｑ２４，Ｑ２２，Ｑ２０，Ｑ１８，Ｑ１６およびＱ１４のそれぞれとが緯線方向について相互に対向している。

電流経路の折り返しが「角張って」いるが、これは、たとえば図６（ａ）に示されているように電流経路の折り返し箇所の外側に隅角部４６が存在する状態を意味している。折り返し箇所は、一方の緯線方向から経線方向外側または内側に不連続的に折れ曲がった後、当該一方の緯線方向とは反対向きの他方の緯線方向に不連続的に折れ曲がる形状とされている。１つの折れ曲がり箇所には当該２つの不連続的な折れ曲がりに応じて２つの隅角部４６が存在する。なお、複数の折り返し箇所の一部または全部が角張った折れ曲がり形状ではなく丸みを帯びた折れ曲がり形状に形成されてもよい。「丸みを帯びた」とは、たとえば、一方の経線方向から緯線方向外側または内側に連続的に折れ曲がった後、他方の緯線方向に連続的に折れ曲がる形状またはＵ字形状を意味する。

また、図６（ｂ）に示されているように電流経路の折り返し箇所の内側に切欠部４８が形成されていてもよい。切欠部４８は折り返し箇所の内側角部から、外側隅角部に向かって伸びるスリット状に形成されているが、そのほか、隅角部４６における電流密度の低下を抑制しうるようなさまざまな形状または姿勢の切欠部４８が形成されうる。なお、角張っている複数の折り返し箇所の一部または全部において切欠部４８の一部または全部が省略されてもよい。

抵抗発熱体４は、モリブデン、タングステンまたはモリブデン−タングステン合金よりなる縦糸素材および横糸素材が直交するように織り合わせられることにより形成されているメッシュシートにより構成されている。

抵抗発熱体４のセラミックヒータ１の上面または対象物載置面２１に対する面積比は０．７５以上であれば、０．８０、０．８５、０．９０または０．９５等、任意に変更されうる。本実施形態では当該面積比が０．９１〜０．９２になるように抵抗発熱体４が設計されている。

抵抗発熱体４を構成するメッシュシートの電気伝導率には、当該メッシュシートに平行な方向について異方性がある。具体的には、メッシュシートの電気伝導率は、縦糸素材または横糸素材に平行な方位については略同等の極大値を示す。その一方、抵抗発熱体４の電気伝導率は、縦糸素材または横糸素材に対して（１／４）π［ｒａｄ］の角度をなす方位については略同等の極小値を示す。本実施形態では、縦糸素材または横糸素材に平行な方向が、方位角（１／８）π、（５／８）π、−（３／８）πおよび−（７／８）πのそれぞれにより表わされるように、メッシュシートの織目パターンが考慮された上で抵抗発熱体４が形成されている。

このため、図２に示されているようにメッシュシートの電気伝導率が極大値を示す「第１方位」は、方位角（１／８）π、（５／８）π、−（３／８）πおよび−（７／８）πのそれぞれにより表わされる。その一方、メッシュシートの電気伝導率が極小値を示す「第２方位」は、方位角（３／８）π、（７／８）π、−（１／８）πおよび−（５／８）πのそれぞれにより表わされる。また、電気伝導率は方位角に応じて図７に示されているように変化する。

電流経路の折り返し箇所が、第１方位（第１経度）および第２方位（第２経度）の中間方位（中間経度）に配置されるように当該電流経路が形成されている。図２〜図５を参照してこの点について説明する。

第１の電流経路の３つの折り返し箇所（図５○参照）Ｐ２，Ｐ６およびＰ１０、ならびに、第２の電流経路の３つの折り返し箇所（図５●参照）Ｑ２，Ｑ６およびＱ１０のそれぞれは、第１方位（方位角（１／８）π）および第２方位（方位角（３／８）π）の中間方位（方位角（１／４）π）に配置されている。

第１の電流経路の６つの折り返し箇所（図５○参照）Ｐ１，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ１６，Ｐ２０およびＰ２４のそれぞれは、第１方位（方位角（５／８）π）および第２方位（方位角（３／８）π）の中間方位（方位角（１／２）π）に配置されている。

第１の電流経路の６つの折り返し箇所（図５○参照）Ｐ３，Ｐ７，Ｐ１１，Ｐ１４，Ｐ１８およびＰ２２のそれぞれは、第１方位（方位角（５／８）π）および第２方位（方位角（７／８）π）の中間方位（方位角（３／４）π）に配置されている。

第１の電流経路の３つの折り返し箇所（図５○参照）Ｐ１３，Ｐ１７およびＰ２１、ならびに、第２の電流経路の３つの折り返し箇所（図５●参照）Ｑ１３，Ｑ１７およびＱ２１のそれぞれは、第１方位（方位角−（７／８）π）および第２方位（方位角（７／８）π）の中間方位（方位角πまたは−π）に配置されている。

第１の電流経路の３つの折り返し箇所（図５○参照）Ｐ１５，Ｐ１９およびＰ２３、ならびに、第２の電流経路の３つの折り返し箇所（図５●参照）Ｑ１５，Ｑ１９およびＱ２３のそれぞれは、第１方位（方位角−（７／８）π）および第２方位（方位角−（５／８）π）の中間方位（方位角−（３／４）π）に配置されている。

第２の電流経路の６つの折り返し箇所（図５●参照）Ｑ１，Ｑ５，Ｑ９，Ｑ１６，Ｑ２０およびＱ２４のそれぞれは、第１方位（方位角−（３／８）π）および第２方位（方位角−（５／８）π）の中間方位（方位角−（１／２）π）に配置されている。

第２の電流経路の６つの折り返し箇所（図５●参照）Ｑ３，Ｑ７，Ｑ１１，Ｑ１４，Ｑ１８およびＱ２２のそれぞれは、第１方位（方位角−（３／８）π）および第２方位（方位角−（１／８）π）の中間方位（方位角−（１／４）π）に配置されている。

なお、第１方位および第２方位の中間方位に代えて、メッシュシートにより構成される抵抗発熱体４の電気伝導率が中間値を示す方位に、電流経路の折り返し箇所が位置するように当該電流経路が形成されていてもよい。

前記説明から明らかなように、第１方位を表わす第１方位線および第２方位を表わす第２方位線により、中間に第１方位線および第２方位線を含まないように画定される複数の単位領域のそれぞれに含まれる折曲がり箇所の数はすべて同じであって「６」である。

前記構成のセラミックヒータ１によれば、抵抗発熱体４の経線方向に隣り合う電流経路が短絡しないようにその相互間隔が縮められることにより、経線方向について抵抗発熱体４の面積の増加が図られる。また、電流経路の緯線方向についての折り返し箇所が角張っているので、当該折り返し箇所が丸みを帯びている場合と比較して、抵抗発熱体４の面積の増加が図られる（図６参照）。さらに、一の電流経路が、緯線方向について当該一の電流経路または異なる電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において折り返されている（図２〜図５参照）。このため、当該対向しあう折り返し箇所が短絡しないようにその相互間隔が縮められることにより、緯線方向について抵抗発熱体４の面積の増加が図られる。前記のように抵抗発熱体４の面積の増加が図られることにより、セラミックヒータ１の上面（対象物の載置面）２１に対する抵抗発熱体４の面積比の増加が図られる。具体的には、前記のように本実施形態ではセラミックヒータ１の上面２１に対する抵抗発熱体４の面積比が０．９１〜０．９２と非常に高く設計されている。その結果、対象物の載置面２１において、直下における抵抗発熱体４の有無の別または抵抗発熱体４の面積比の低さ等が原因で、局所的に温度差が生じる可能性が低く抑えられる。

前記実施形態セラミックヒータ１においては、抵抗発熱体４はセラミック焼結体２との密着度を高める等の目的で、メッシュシートにより構成されている。メッシュシートの電気伝導率には当該メッシュシートの織目パターンに応じた異方性があり、この異方性が対象物の載置面の温度均一化のために重要な因子である（図７参照）。特に、メッシュシートの電気伝導率の異方性を考慮して、電流経路の折り返し箇所を配置することが、当該折り返し箇所において他の箇所と比較して相対的な温度差を生じさせないために重要である。

すなわち、電流経路を流れる電流ベクトルは、折り返し箇所において一の緯線方向（たとえば時計回り方向）成分を主要成分とする状態から、他の緯線方向（たとえば反時計回り方向）成分を主要成分とする状態に変遷する。電流経路の折り返し箇所には、電流ベクトルが当該状態遷移の途中で経線方向成分を主要成分とする中間状態を経るという特有の性質がある。このため、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体４を含む面において、抵抗発熱体４を全方位に臨む「極位置」からみて第１方位（＝メッシュシートの電気伝導率が極大値を示す方位）にあると、少なくとも中間状態において電流が相対的に流れやすくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に増加する可能性がある。これとは逆に、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体４を含む面において、抵抗発熱体４を全方位に臨む「極位置」からみて第２方位（＝メッシュシートの電気伝導率が極小値を示す方位）にあると、少なくとも中間状態において電流が相対的に流れにくくなり、折り返し箇所の発熱量が相対的または局所的に減少する可能性がある。

このため、電流経路の折り返し箇所が、抵抗発熱体４の中心位置（極位置）からみて第１方位および第２方位とは異なる方位、特に中間方位に配置されるように当該電流経路が形成されることにより、前記のように当該折り返し箇所における発熱量が相対的または局所的に減少または増大する可能性が抑制されうる（図２〜図５参照）。この結果、当該折り返し箇所とその他の箇所との温度の均一化が図られる。

さらに、メッシュシートを分割する複数の単位領域（第１方位線および第２方位線により、間に第１方位線および第２方位線を挟まないように画定される領域を意味する。）のそれぞれにおいて、折り返し箇所の数が同一にされている（図２〜図５参照）。このことによっても、さらなる発熱特性の均一化が図られ、その結果として抵抗発熱体４の全体にわたる発熱量の均一化が図られる。

また、前記のように抵抗発熱体４の面積増加を図るため、電流経路の折り返し箇所が角張っているので、当該折り返し箇所において電流方向に沿った電流経路の幅または断面積が不均一になって、その外側隅角部分４６の電流密度が相対的に低くなるという傾向がある（図６（ａ）参照）。しかるに、電流経路の折り返し箇所の内側に形成された切欠部４８により、電流経路の折り返し箇所における電流方向に沿った電流経路の幅または断面積の均一化、ひいては、電流密度の均一化が図られうる（図６（ｂ）参照）。

よって、セラミックヒータ１の上面２１における温度のさらなる均一化が図られうる。

なお、メッシュシートは縦糸素材および横糸素材が直交するように織り合わされて形成され、当該織目パターンに応じて図７に示されているような電気伝導率の異方性を示しているが、図７とは異なる電気伝導率の異方性を示す別の織目パターンで形成されていてもよい。この状況であっても、前記のように当該電気伝導率の異方性が考慮された上で、抵抗発熱体を構成する電流経路の折り返し箇所の配置が調節されることにより、セラミックヒータ１の対象物載置面２１の温度のさらなる均一化が図られる。

前記実施形態では第１の電流経路および第２の電流経路のそれぞれは、円盤状の抵抗発熱体４の中央部分４０において分断され、当該分断箇所を挟んで対向する箇所に一対の端子５１および端子５２、ならびに、もう一対の端子５４および端子５３が接続されていた（図２参照）。他の実施形態として中央部分ではなく電流経路が蛇行している途中（中央部分４０から離れている箇所）に当該電流経路の分断箇所が設けられ、当該分断箇所を挟んで対向する箇所に一対の端子が接続されてもよい。

前記実施形態では２つの蛇行する電流経路により全体として略円盤状の抵抗発熱体４が構成されていたが、他の実施形態として一または３つ以上の蛇行する電流経路により全体として略円盤状の抵抗発熱体４が構成されてもよい。

前記実施形態では抵抗発熱体４が上面視で略円形状に形成されているが（図２参照）、他の実施形態として抵抗発熱体４が正方形、正六角形、正八角形、長方形または楕円形状等、回転対称性（２回対称、６回対称または８回対称など）を有する形状に形成されてもよい。当該他の実施形態においても前記のようにメッシュシートの織目パターン、ならびに、抵抗発熱体４の緯線方向および経線方向が考慮された上で、抵抗発熱体を構成する蛇行経路の折り返し箇所の配置、個数および形状等のうち少なくとも一部が設計されることにより、セラミックヒータ１の対象物載置面２１の温度のさらなる均一化が図られる。

セラミック焼結体２または対象物の載置面２１が四角形状に形成され、抵抗発熱体４を構成する電流経路が、当該四角形の各辺の方向に沿って伸展および折り返しを繰り返すような形状に形成されていてもよい。また、メッシュシートが電気伝導性の縦糸素材および横糸素材が織り合わせられることにより形成され、縦糸素材および横糸素材のそれぞれが伸びる方位が四角形の各辺の方位と一致するまたは（１／４）π［ｒａｄ］の角度をなすように抵抗発熱体４が形成されている。この場合も抵抗発熱体４は載置面２１に対して面積比が７５％以上となるように設計されている。

たとえば、図８に示されているセラミックヒータ１においては、上から見た場合にセラミック焼結体２および対象物載置面２１は長方形状に形成され、抵抗発熱体４も全体として長方形状に形成されている。抵抗発熱体４を構成する電流経路は、長方形の一の隅角部にあって一方の端子５１が接続される箇所から、長方形の別の隅角部にあって他方の端子が接続される箇所に至るまで、長方形の短辺に平行な方向への伸展と、長方形の長辺に平行な方向への折れ曲がりとが繰り返されるような形状に形成されている。

また、メッシュシートの縦糸素材および横糸素材のそれぞれが伸びる方位が長方形の長辺および短辺のそれぞれの方位と一致するまたは（１／４）π［ｒａｄ］の角度をなすように抵抗発熱体４が形成されている。

当該他の実施形態としてのセラミックヒータ１によれば、メッシュシートを構成する電気伝導性のある糸素材の方位およびこれに応じた電気伝導率の異方性が考慮された上で、折り返し箇所が形成されているので、対象物の載置面における温度のさらなる均一化が図られうる。

本発明は、セラミックヒータの製造分野、当該セラミックヒータにより対象物の温度を調節する必要がある技術分野等において利用されうる。

１‥セラミックヒータ、２‥セラミック焼結体、４‥抵抗発熱体

Claims (8)

1. 対象物が載置される面を有するセラミック焼結体と、前記対象物が載置される面に平行な姿勢で前記セラミック焼結体に埋設されているメッシュシートにより構成されている抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電圧を印加するための第１の端子および第２の端子とを備えているセラミックヒータであって、
   前記抵抗発熱体を構成する電流経路が、緯線方向および経線方向の折り返しを繰り返しながら少なくとも１つの分断箇所を有する経路により構成され、
   前記メッシュシートに平行であり、かつ、前記緯線方向および前記経線方向の基準となる極位置から見た全方位のうち、前記メッシュシートの電気伝導率が極大値を示す第１方位と、前記メッシュシートの電気伝導率が極小値を示す第２方位とは異なる方位に、前記電流経路の折り返し箇所が配置されるように前記電流経路が形成され、
   前記抵抗発熱体は対象物が載置される面に対して面積比が７５％以上であることを特徴とするセラミックヒータ。
2. 請求項１記載のセラミックヒータにおいて、
   前記第１方位を表わす第１方位線および前記第２方位を表わす第２方位線により画定される複数の単位領域のそれぞれに含まれる前記折り返し箇所の数が同一になるように前記電流経路が形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
3. 請求項１または２記載のセラミックヒータにおいて、
   前記極位置からみて前記折り返し箇所が存在する方位が、前記単位領域のうち前記抵抗発熱体の電気伝導率が中間値を示す方位、または、前記第１方位および前記第２方位の中間方位に一致するように前記電流経路が形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のセラミックヒータにおいて、
   前記メッシュシートが電気伝導性の縦糸素材および横糸素材が織り合わせられることにより形成され、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれが伸びる方位を前記第１方位として、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれに対する角度が（１／４）π［ｒａｄ］である方位を前記第２方位として前記電流経路が形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のセラミックヒータにおいて、
   前記電流経路が、緯線方向について同一または他の電流経路の折り返し箇所に対向する箇所において折り返しを繰り返しながら蛇行するように形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のセラミックヒータにおいて、
   前記電流経路の前記折り返し箇所が角張った形状にされていることを特徴とするセラミックヒータ。
7. 請求項６記載のセラミックヒータにおいて、
   前記電流経路の角張った折り返し箇所の内側に切欠部が形成されていることを特徴とするセラミックヒータ。
8. 対象物が載置される面を有するセラミック焼結体と、前記対象物が載置される面に平行な姿勢で前記セラミック焼結体に埋設されているメッシュシートにより構成されている抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電圧を印加するための第１の端子および第２の端子とを備えているセラミックヒータであって、
   前記セラミック焼結体または前記対象物の載置面が四角形状に形成され、前記抵抗発熱体を構成する電流経路が、前記四角形の各辺の方向に沿って伸展および折り返しを繰り返すような形状に形成され、
   前記メッシュシートが電気伝導性の縦糸素材および横糸素材が織り合わせられることにより形成され、前記縦糸素材および前記横糸素材のそれぞれが伸びる方位が前記四角形の各辺の方位と（１／４）π［ｒａｄ］の角度をなし、
   前記抵抗発熱体は対象物が載置される面に対して面積比が７５％以上であることを特徴とするセラミックヒータ。

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