JP6945642B2 - ヒータ及びヒータシステム - Google Patents

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Description

本開示は、ヒータ及びヒータシステムに関する。
半導体製造装置などの技術分野においては、半導体基板（以下「ウェハ」とも称する。）を加熱するために、セラミックヒータ（以下、単に「ヒータ」ということがある。）が広く用いられている。ヒータは、例えば、上面にウェハが載置される円盤状のセラミック基材と、当該セラミック基材に埋設されており、セラミック基材の上面に沿って適宜なパターン（例えば渦巻状）で延びている抵抗発熱体とを有している。
特許文献１及び２では、２つの抵抗発熱体を階層的に設けたヒータが開示されている。換言すれば、セラミック基材の厚み方向における互いに異なる位置に２つの抵抗発熱体を有するヒータが開示されている。特許文献３及び４では、セラミック基材の厚み方向における互いに同一の位置に複数の抵抗発熱体を有するヒータが開示されている。特許文献５では、１つの抵抗発熱体の全体に第１電力を供給するとともに、前記抵抗発熱体の一部に第１電力に重畳して第２電力を供給するヒータが開示されている。
特開平５−３２６１１２号公報 特開平９−２７０４５４号公報 特開２００１−１３５４６０号公報 特開２００５−１６６４５１号公報 国際公開第２０１７／１８８１８９号
本開示の一態様に係るヒータは、基体と、第１抵抗発熱体と、第２抵抗発熱体とを有している。前記基体は、第１面及び該第１面に対向する第２面を有している絶縁性の部材である。前記第１抵抗発熱体は、前記基体の内部又は表面上にて、前記第１面に沿って延びている。前記第２抵抗発熱体は、前記第１抵抗発熱体に対して前記第１面側又は前記第２面側に位置しており、前記基体の内部又は表面上にて、前記第１面に沿って延びている。
本開示の一態様に係るヒータシステムは、上記のヒータと、前記第１抵抗発熱体に電力を供給する第１駆動部と、前記複数の第２抵抗発熱体に個別に電力を供給する第２駆動部と、を有している。
実施形態に係るヒータシステムの構成を示す概略図である。 図１のヒータシステムのヒータの分解斜視図である。 図２のヒータの内部を示す平面図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は図１のヒータシステムにおける温度制御の例を示す概念図である。 図１のヒータシステムにおける信号処理系の構成を機能的観点から示すブロック図である。 図６の信号処理系の電力供給に係るハードウェア構成の一例を示す回路図である。 図６の信号処理系の温度計測に係るハードウェア構成の一例を示す回路図である。 図６の信号処理系の動作を示すタイミングチャートである。 第２実施形態のヒータシステムの要部構成を示す回路図である。 図１０のヒータシステムの動作を示すタイミングチャートである。 第３実施形態のヒータシステムの要部構成を示す回路図である。 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は図１２のヒータシステムの動作を示す概念図及びタイミングチャートである。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は種々の変形例を示す断面図である。 図１５（ａ）は本開示のヒータシステムを適用した応用例を示す図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）における応用例の詳細を説明するための図である。 変形例を説明するための図である。
以下、本開示の実施形態に係るヒータ及びヒータシステムについて、図面を参照しながら説明する。但し、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、ヒータ及びヒータシステムは、各図に示されていない周知の構成部材をさらに備えていても構わない。
また、第２実施形態以降においては、先に説明された実施形態の構成と同様の構成について、先に説明された実施形態の構成に付された符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。先に説明された実施形態の構成に対応する（類似する）構成に対して、先に説明された実施形態の構成に付した符号とは異なる符号を付した場合においても、特に断りがない事項については、先に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。
＜第１実施形態＞
（ヒータシステム）
図１は、実施形態に係るヒータシステム１００の構成を示す概略図である。
ヒータシステム１００は、ヒータ１０と、ヒータ１０を駆動する駆動装置５０とを有している。以下、これらについて順に説明する。
なお、ヒータ１０は、必ずしも図１の紙面上方を実際の上方として利用される必要はない。以下では、便宜上、図１の紙面上方が実際の上方であるものとして、上面及び下面等の用語を用いることがある。なお、例えば、上面が第１面であり、下面が第２面である。
（ヒータ）
ヒータ１０は、例えば、概略板状（図示の例では円盤状）のヒータ本体１０ａと、ヒータ本体１０ａから下方へ延びているパイプ１０ｂとを有している。
ヒータ本体１０ａは、その上面１０ｃに加熱対象物の一例としてのウェハが載置され、ウェハの加熱に直接に寄与する部分である。パイプ１０ｂは、例えば、ヒータ本体１０ａの支持、及び／又はヒータ本体１０ａに接続されるケーブル（不図示）の保護に寄与する部分である。なお、パイプ１０ｂを除くヒータ本体１０ａのみによってヒータが定義されてもよい。
ヒータ本体１０ａの上面１０ｃ及び下面（符号省略）は、例えば、概ね平面である。ヒータ本体１０ａ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）または矩形である。寸法の一例を示すと、直径は２０ｃｍ以上３５ｃｍ以下、厚さは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
パイプ１０ｂは、上下（軸方向両側）が開口している中空部材である（図２も参照）。その横断面（軸方向に直交する断面）及び縦断面（軸方向に平行な断面）の形状は適宜に設定されてよい。また、パイプ１０ｂの寸法は適宜に設定されてよい。
平面透視において、ヒータ本体１０ａのうちパイプ１０ｂの内縁によって規定される領域は、後述する複数の端子５（図２参照）が配置される端子配置領域１０ｄ（図３参照）となっている。複数の端子５は、ヒータ本体１０ａの下面からヒータ本体１０ａの外部へ露出している。
パイプ１０ｂ内には不図示の複数のケーブルが挿通される。複数のケーブルは、一端が複数の端子５に接続され、他端が駆動装置５０に接続される。これにより、ヒータ本体１０ａと駆動装置５０とが電気的に接続される。
（ヒータ本体の内部構造）
図２は、ヒータ１０の分解斜視図である。なお、完成後のヒータ１０又はヒータ本体１０ａは、例えば、分解不可能に一体的に形成されている。すなわち、図２の分解斜視図のように分解可能である必要はない。
ヒータ本体１０ａは、絶縁性の基体１（符号は図１参照。図２では、１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄからなる）と、基体１に埋設されている抵抗発熱体（２Ａ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ及び２Ｂｄ。これらを区別せずに、単に「抵抗発熱体２」ということがある。）と、抵抗発熱体２に電力を供給するための各種の導体とを備えている。各種の導体は、例えば、接続導体３、配線４及び端子５である。抵抗発熱体２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１の上面１０ｃに載置されているウェハが加熱される。
（基体）
基体１の外形は、ヒータ本体１０ａの外形を構成している。従って、上述のヒータ本体１０ａの形状及び寸法に係る説明は、そのまま基体１の外形及び寸法の説明と捉えられてよい。
基体１の材料は、例えば、セラミックスである。従って、ヒータ１０は、いわゆるセラミックヒータである。セラミックスは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等を主成分とする焼結体である。なお、窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム質セラミックスは、例えば、耐食性に優れている。従って、基体１を窒化アルミニウム質セラミックスによって構成した場合、例えば、腐食性の高いガス雰囲気下での使用に有利である。
図２では、基体１は、第１セラミック層１ａ〜第４セラミック層１ｄからなる。なお、基体１は、第１セラミック層１ａ〜第４セラミック層１ｄ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よい。また、基体１は、そのような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２等の存在によって概念的に第１セラミック層１ａ〜第４セラミック層１ｄからなると捉えることができるだけであってもよい。
第１セラミック層１ａ、第２セラミック層１ｂ、第３セラミック層１ｃ及び第４セラミック層１ｄは、この列挙順で上方から積層されている。そして、第１セラミック層１ａは、ヒータ本体１０ａの上面１０ｃを構成している。第４セラミック層１ｄは、ヒータ本体１０ａの下面を構成している。第１セラミック層１ａ〜第４セラミック層１ｄは、例えば、それぞれ、概ね一定の厚さの層状（板状）であり、その平面形状は、上述したヒータ本体１０ａ（基体１）全体としての平面形状と同様である。各層の厚さは、各層の役割に応じて適宜に設定されてよい。
（抵抗発熱体）
ヒータ１０は、抵抗発熱体２として、１つの第１抵抗発熱体２Ａと、複数（図示の例では４つ）の第２抵抗発熱体２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｂｃ及び２Ｂｄ（本実施形態では互いにつながっている。）とを有している。なお、以下では、第２抵抗発熱体２Ｂａ〜２Ｂｄを区別せずに、単に「第２抵抗発熱体２Ｂ」ということがある。
第１抵抗発熱体２Ａは、第１セラミック層１ａと第２セラミック層１ｂとの間に位置する導体パターンによって構成されている。複数の第２抵抗発熱体２Ｂは、第２セラミック層１ｂと第３セラミック層１ｃとの間に位置する導体パターンによって構成されている。すなわち、複数の第２抵抗発熱体２Ｂは、第１抵抗発熱体２Ａに対してヒータ１０の下面側に位置している。
各抵抗発熱体２は、基体１の上面１０ｃに沿って（平行に）延びており、概して言えば線状である。その延びる経路（抵抗発熱体２のパターン。平面視における抵抗発熱体２の形状）は、渦巻形状又はミアンダ形状等の適宜なものとされてよい。本開示において図示するパターンは一例に過ぎない。
各抵抗発熱体２が広がる占有領域を、例えば、その抵抗発熱体２を包含する最小の凸多角形によって定義する。このとき、平面透視において、第１抵抗発熱体２Ａの占有領域と、各第２抵抗発熱体２Ｂの占有領域とは、例えば、少なくとも一部同士が互いに重なっている。ひいては、第１抵抗発熱体２Ａの占有領域と、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体の占有領域とは、少なくとも一部同士が互いに重なっている。例えば、第１抵抗発熱体２Ａの占有領域と、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体の占有領域とは、それぞれの８割以上が互いに重なっている。なお、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体の占有領域は、各第２抵抗発熱体２Ｂの占有領域の合計であってもよいし、複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体を包含する最小の凸多角形であってもよい。また、第１抵抗発熱体２Ａの占有領域は、例えば、上面１０ｃ（ただし、ウェハを載置可能な領域に限る。）の８割以上を占めている。
また、第１抵抗発熱体２Ａのパターンと、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体のパターンとは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、両パターンが互いに同一である場合において、両パターンは、平面透視において互いに重なっていてもよいし、互いにずれていてもよい。なお、ここでいう重なりは、上記の占有領域の重なりよりも狭義の重なり（抵抗発熱体２自体が重なる状態）である。
本実施形態の説明では、両パターンが互いに同一で、かつ互いに重なる態様を例にとる。ただし、両パターンが互いに同一といっても、例えば、両パターンに別々に電力を供給する複数の導体（３、４及び／又は５）が互いに干渉しないように、一部において両パターンは異なっている。
抵抗発熱体２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２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２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。
本実施形態では、後述するように、抵抗発熱体２の全部又は一部は、温度を検出するセンサ素子（サーミスタ）として兼用される。抵抗発熱体２の材料としてタングステン又はタングステンを主成分とする合金を用いた場合、例えば、タングステンは抵抗温度係数が比較的高いことから、温度の検出精度が向上する。
（複数の第２抵抗発熱体の具体的なパターン）
図３は、第３セラミック層１ｃの上面を示す平面図である。
複数の第２抵抗発熱体２Ｂは、一続きの第３抵抗発熱体２Ｃが実質的に分割されることによって構成されている。具体的には、第３抵抗発熱体２Ｃは、その両端と、１以上（図示の例では３つ）の中途位置とが、第３抵抗発熱体２Ｃに電力を供給するための第１給電部Ｐ１〜第５給電部Ｐ５（以下、単に「給電部Ｐ」ということがある。）となっている。これにより、一続きの第３抵抗発熱体２Ｃの複数部位（複数の第２抵抗発熱体２Ｂ）に対して、互いに独立に電流を流すことができるようになっている。
なお、最も両側の給電部Ｐ（Ｐ１及びＰ５）は、第３抵抗発熱体２Ｃの両端からずれていてもよい。また、そのようなずれの有無に関わらず、第１給電部Ｐ１と第５給電部Ｐ５との間の部分に対して一続きの第３抵抗発熱体２Ｃの語を用いるように用語の定義をしてもよい。以下の説明では、便宜上、第３抵抗発熱体２Ｃの両端と最も両側の給電部Ｐとは同義であるものとする。
また、第３抵抗発熱体２Ｃは、給電部Ｐにおいて特別な構成（例えばパッド状になっているなど）を有している必要はなく、抵抗発熱体２の大部分と同様の構成であってよい。図２及び図３では、給電部Ｐの位置を明らかにする便宜上、第３セラミック層１ｃを貫通する貫通導体を給電部Ｐの位置で図示している。この貫通導体は、後述するように、接続導体３又は端子５を構成するものである。なお、第３抵抗発熱体２Ｃは、給電部Ｐにおいて特別な構成を有していてもよい。
第３抵抗発熱体２Ｃは、例えば、その一端（第１給電部Ｐ１）から他端（第５給電部Ｐ５）まで自己に対して交差することなく延びている。その経路の位置及び形状は適宜に設定されてよい。例えば、第３抵抗発熱体２Ｃの両端は、上述した端子配置領域１０ｄに収まっている。
また、例えば、第３抵抗発熱体２Ｃは、平面視において基体１を周方向に分割した第１領域Ａｒ１〜第４領域Ａｒ４（図示の例では扇形の領域。以下、単に領域Ａｒということがある。）を順に延びている。そして、複数の第２抵抗発熱体２Ｂａ〜２Ｂｄは、順に第１領域Ａｒ１〜第４領域Ａｒ４に収まっている。図示の例では、基体１の分割数は４であり、また、基体１は均等に分割されている。
なお、複数の領域Ａｒ（別の観点では複数の第２抵抗発熱体２Ｂの占有領域）の分割数、分割方向、分割位置及び大小関係は、上記以外にも適宜に設定されてよい。例えば、図示の例のような周方向の分割に代えて、又は加えて、半径方向において分割がなされたり、不均等に分割がなされたりしてもよい。また、分割数は、４よりも少なくてもよいし、多くてもよい。
各領域Ａｒそれぞれにおける第２抵抗発熱体２Ｂの経路も適宜に設定されてよい。図示の例では、第２抵抗発熱体２Ｂは、各領域Ａｒにおいて、概略、蛇行するように（ミアンダ状に）延びている。また、第２抵抗発熱体２Ｂは、上記のように蛇行した部分に加えて、基体１の外縁に沿って延びる部分を有している。
（第１抵抗発熱体の具体的なパターン）
既述のように、本実施形態の説明では、第１抵抗発熱体２Ａのパターンと複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体のパターンとが同一である場合を例にとる。従って、上記の第３抵抗発熱体２Ｃのパターンについての説明は、第１抵抗発熱体２Ａに適用されてよい。ただし、第１抵抗発熱体２Ａは、両端のみが給電部Ｐとなっている。
（接続導体、配線及び端子）
図４は、図３のIV−IV線における断面図である。
図２〜図４に示す接続導体３、配線４及び端子５は、抵抗発熱体２に電力を供給するためのものであり、基体１に設けられている。配線４は、例えば、第１抵抗発熱体２Ａ及び複数の第２抵抗発熱体２Ｂに対して下層に位置する階層配線となっており、複数の給電部Ｐのいずれかと複数の端子５のいずれかとを接続している。接続導体３は、配線４と給電部Ｐとの間に介在してこれらの接続に寄与している。このような階層配線が設けられることによって、例えば、抵抗発熱体２の任意の位置（給電部）と、任意の位置に配置された端子５とを接続することが可能となっている。
より具体的には、例えば、端子５は、既に述べたように、基体１の平面視における中央側の領域の一部である端子配置領域１０ｄ（図３）において、基体１の下面から基体１の外部へ露出している。そして、例えば、給電部Ｐのうち、端子配置領域１０ｄの外側に位置するもの（本実施形態ではＰ２及びＰ４）は、接続導体３及び配線４を介して端子５に接続されている。一方、端子配置領域１０ｄに位置する給電部Ｐは、例えば、配線４を介さずに端子５に直接的に接続されている。
接続導体３は、例えば、基体１の一部（図示の例では第３セラミック層１ｃ）を貫通する貫通導体を含んでいる。そして、給電部Ｐの直下に位置することによって、給電部Ｐに接続されている。なお、特に図示しないが、接続導体３は、抵抗発熱体２の延びる方向へ抵抗発熱体２の経路に沿って配列された複数の貫通導体に分割されていてもよい。このようにすることにより、例えば、接続導体３と抵抗発熱体２との導通面積を大きくしつつ、接続導体３の、抵抗発熱体２の幅方向における大きさを小さくすることができる。
配線４は、例えば、第３セラミック層１ｃと第４セラミック層１ｄとの間に位置する導体パターンによって構成されている。すなわち、配線４は、基体１に埋設されている。配線４の寸法及び形状は適宜に設定されてよい。図示の例では、配線４は、概略、基体１の半径方向において直線状に一定の幅で延びている。
複数の端子５のうち、配線４に接続されるものは、例えば、第４セラミック層１ｄを貫通する貫通導体によって構成されている。そして、この端子５は、配線４の接続導体３とは反対側の概ね端部において配線４の直下に位置することによって、配線４に接続されている。
複数の端子５のうち、配線４を介さずに第２抵抗発熱体２Ｂに直接に接続されるものは、例えば、第３セラミック層１ｃ及び第４セラミック層１ｄを貫通する貫通導体によって構成されている。また、第１抵抗発熱体２Ａに接続される端子５は、例えば、第２セラミック層１ｂ〜第４セラミック層１ｄを貫通する貫通導体によって構成されている。そして、これらの端子５は、抵抗発熱体２の直下に位置することによって、給電部に接続されている。なお、当該端子５において、第２セラミック層１ｂ及び／又は第３セラミック層１ｃを貫通する部分の材料及び／又は形状は、抵抗発熱体２と配線４との間に位置する接続導体３と同様とされてもよい。
接続導体３、配線４及び端子５の材料は、適宜な導体（例えば金属）とされてよい。例えば、これらの材料は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、プラチナ（Ｐｔ）、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、接続導体３、配線４及び端子５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、これら導体の材料は、ガラス粉末及び／又はセラミック粉末を含むものであってもよい。また、これらの材料は、抵抗発熱体２の材料と同一の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
貫通導体（接続導体３及び端子５）と層状パターン（抵抗発熱体２及び配線４）との接続部においては、材料若しくは製造工程等の観点から見て、層状パターンの上面又は下面に貫通導体が接続されていてもよいし、貫通導体の周囲に層状パターンが接続されていてもよいし、そのような区別が不可能であってもよい。本実施形態の説明においては、便宜上、いずれの場合であっても、抵抗発熱体２及び配線４の上面又は下面に接続導体３及び／又は端子５が接続されていると概念的に捉えて説明する。
（駆動装置）
図１に示した駆動装置５０は、例えば、電源回路及びコンピュータ等を含んで構成されており、商用電源からの電力を適宜な電圧の交流電力及び／又は直流電力に変換してヒータ１０（複数の端子５）に供給する。コンピュータは、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）及び／又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）によって構成されている。また、コンピュータは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び外部記憶装置を備えており、ＣＰＵがＲＯＭ等に記憶されているプログラムを実行することによって、制御部等の各種の機能部が構成される。なお、所定の演算処理を行う回路を組み合わせて制御部等を構成してもよい。駆動装置５０が行う処理は、デジタル処理であってもよいし、アナログ処理であってもよい。
（制御方法）
ヒータシステム１００における制御方法の概要を説明する。
ヒータ１０は、第１抵抗発熱体２Ａと、第１抵抗発熱体２Ａに対して積層的に配置された複数の第２抵抗発熱体２Ｂとを有しているから、両者が生じる熱量の合計によって上面１０ｃを加熱することができる。このような場合において、第１抵抗発熱体２Ａと、複数の第２抵抗発熱体２Ｂとの間の役割分担は適宜に設定されてよい。
例えば、ヒータ本体１０ａが生じる熱量の大部分を第１抵抗発熱体２Ａによって実現しつつ、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって、ヒータ本体１０ａの領域Ａｒ毎に温度制御を行ってよい。複数の第２抵抗発熱体２Ｂによる局所的な温度制御は、例えば、ヒータ本体１０ａにおける温度分布を均一化したり、逆に、ヒータ本体１０ａに所望の温度勾配を生じさせたりすることに利用されてよい。なお、以下では、温度分布を均一化する場合を例にとる。
図５（ａ）は、上記のようなヒータシステム１００の制御方法の概要を示す概念図である。
図５（ａ）内の３つのグラフにおいて、横軸は、第１領域Ａｒ１〜第４領域Ａｒ４を示している。縦軸は、上面１０ｃの温度ｔｐ（℃）、又は温度ｔｐの上昇量に相当する熱量を示している。なお、便宜上、本開示の説明では、温度ｔｐの上昇量に相当する熱量も温度ｔｐによって説明する（表現の厳密性は無視する）ことがある。
図５（ａ）の上段左側のグラフにおいて、線Ｌ１は、第１抵抗発熱体２Ａによって実現される温度を示している。図５（ａ）の上段右側のグラフにおいて、線Ｌ２は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって実現される温度上昇量を示している。図５（ａ）の下段のグラフにおいて、線Ｌ３は、第１抵抗発熱体２Ａ及び複数の第２抵抗発熱体２Ｂの双方によって実現される温度を示している。
上面１０ｃの目標温度をｔｐ０とする。図５（ａ）の上段左側のグラフに示すように、第１抵抗発熱体２Ａは、例えば、上面１０ｃの温度を概ね目標温度ｔｐ０まで上昇させる熱量を生じることに利用される。ただし、ヒータ１０の製造誤差又はヒータ１０の使用環境等の種々の事情によって、複数の領域Ａｒの温度は互いに同一とはならずにばらつく。そこで、第１抵抗発熱体２Ａには、例えば、複数の領域Ａｒのうち最も温度が高い領域（図示の例では第２領域Ａｒ２）の検出温度が目標温度ｔｐ０に到達する大きさの電力が供給される。
一方、各第２抵抗発熱体２Ｂは、自己に対応する領域Ａｒの検出温度が目標温度ｔｐ０に収束するように電力が供給される。別の観点では、図５（ａ）の上段右側のグラフによって示すように、各第２抵抗発熱体２Ｂは、自己に対応する領域Ａｒにおいて、目標温度ｔｐ０と、第１抵抗発熱体２Ａによって実現される温度との温度差に相当する熱量を生じるように電力が供給される。
その結果、図５（ａ）の下段のグラフに示すように、全ての領域Ａｒの温度は、目標温度ｔｐ０に収束していく。すなわち、上面１０ｃの温度分布のばらつきが低減される。
第１抵抗発熱体２Ａは、目標温度ｔｐ０よりも低い仮目標温度（ここでは不図示。図１３（ａ）のｔｐ１を参照）を実現する熱量を生じるように電力が供給されてもよい。仮目標温度は、例えば、第１抵抗発熱体２Ａによる温度分布のばらつきの最大値以上の差で、目標温度ｔｐ０よりも低くされる。第１抵抗発熱体２Ａは、例えば、目標温度ｔｐ０と仮目標温度との温度差を検出温度から引いた温度が仮目標温度に収束するように制御される。このときの検出温度としては、最も温度が高い領域Ａｒの温度に代えて、上面１０ｃの平均温度を用いてもよい。
一方、各第２抵抗発熱体２Ｂは、上記と同様に、自己に対応する領域Ａｒの検出温度が目標温度ｔｐ０に収束するように電力が供給される。これにより、第２抵抗発熱体２Ｂは、仮目標温度からこれよりも高い目標温度ｔｐ０まで領域Ａｒの温度を上昇させるための熱量を生じる。
第１抵抗発熱体２Ａによって、最も温度が高い領域Ａｒの検出温度を目標温度ｔｐ０に収束させる場合、目標温度ｔｐ０に対して第１抵抗発熱体２Ａによる温度分布のばらつきが非現実的に大きくない限り、全ての領域Ａｒの温度は、目標温度ｔｐ０に近くなる。すなわち、複数の第２抵抗発熱体２Ｂのいずれの発熱量も小さくなる。従って、第１抵抗発熱体２Ａに供給される電力は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給される電力の合計よりも大きくなる。
また、目標温度ｔｐ０よりも低い仮目標温度を実現する熱量を第１抵抗発熱体２Ａによって生じる場合、仮目標温度の設定によって、第１抵抗発熱体２Ａに供給される電力と、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給される電力の合計との相対関係を適宜に設定できる。ただし、この場合も、例えば、第１抵抗発熱体２Ａに供給される電力が、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給される電力の合計よりも大きくなるように仮目標温度が設定される。
例えば、仮目標温度は、基準温度からの上昇量が前記基準温度から目標温度ｔｐ０（℃）までの上昇量の５０％以上又は９０％以上である。基準温度は、例えば、常温（例えば日本工業規格が定義する常温２０℃±１５℃の中央値である２０°とする。）である。一例として、目標温度ｔｐ０は６５０℃であり、仮目標温度は６２０℃である。
図５（ｂ）は、温度のフィードバック制御の応答性について、第１抵抗発熱体２Ａによる制御と、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによる制御との関係を説明するための模式図である。
この図において、横軸は時間を示している。縦軸は温度を示している。線Ｌ６は、第１抵抗発熱体２Ａ及び複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって所定の領域Ａｒ（例えば最も温度が高い領域Ａｒ）の温度をフィードバック制御したと仮定したときの温度の経時変化を示している。線Ｌ５は、線Ｌ６の温度の経時変化が得られた場合における、上記の所定の領域Ａｒにおいて第１抵抗発熱体２Ａが生じた熱量に相当する温度の経時変化を示している。従って、線Ｌ５と線Ｌ６との差は、上記所定の領域Ａｒの第２抵抗発熱体２Ｂが生じた熱量に相当する温度の経時変化を示している。
この図に示されているように、例えば、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによる温度のフィードバック制御は、第１抵抗発熱体２Ａによる温度のフィードバック制御よりも応答性が高くなっている。これにより、例えば、２種の抵抗発熱体２の熱量の合計によって実現される温度は、目標温度ｔｐ０に収束しやすくなっている。換言すれば、２種の制御が相互に干渉して検出温度が発散してしまうおそれが低減されている。
なお、応答性は、例えば、検出値を目標値に復帰させる速さである。従って、例えば、検出値が目標値からずれたときに、検出値が目標値（又は目標値を中心とする所定範囲）に復帰するまでの時間が短いほど応答性が高い。また、ここでいう応答性は、検出値の目標値に対する振動が小さくなる速さ（オーバーシュートの大きさ等）は問題としていない。
両者の応答性の相違は、適宜に実現されてよい。例えば、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの制御は、第１抵抗発熱体２Ａの制御に対して、比例ゲインが大きくされたり、フィードバック制御を行う周期が短くされたりしてよい。すなわち、両制御は、パラメータが互いに異なるものとされてよい。また、例えば、第１抵抗発熱体２Ａの制御が積分制御又はファジィ制御とされる一方で、第２抵抗発熱体の制御が比例制御、ＰＤ（ProportionalDifferential）制御、ＰＩ（Proportional Integral）制御又はＰＩＤ制御とされるなどしてもよい。すなわち、両制御は、制御方式が互いに異なるものとされてもよい。
（駆動装置の具体的な構成）
図６は、ヒータシステム１００における信号処理系の構成を機能的観点から示すブロック図の一例である。
ヒータシステム１００は、既述のように、ヒータ１０及び駆動装置５０を有している。駆動装置５０は、ヒータ１０に電力を供給する、第１駆動部１０１、第２駆動部１０３及び第３駆動部１０５を有している。また、駆動装置５０は、ヒータ１０の温度を検出する温度計測部１０７と、上記駆動部（１０１、１０３及び１０５）の動作を制御する制御部１０９とを有している。
第１駆動部１０１は、第１抵抗発熱体２Ａに電力を供給する。第２駆動部１０３は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに個別に電力を供給する。第３駆動部１０５は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体に共通に電力を供給する。
また、第１駆動部１０１は、温度計測部１０７の検出した温度に基づいて第１抵抗発熱体２Ａに供給する電力のフィードバック制御を行う。同様に、第２駆動部１０３は、温度計測部１０７の検出した温度に基づいて第２抵抗発熱体２Ｂに個別に供給する電力のフィードバック制御を行う。
このような種々の機能部（１０１、１０３、１０５、１０７及び１０９）を実現するハードウェア構成は、適宜なものとされてよい。また、種々の機能部は、互いに一部又は全部が同一のハードウェア（例えば同一のＩＣ又は同一のＰＣ）に構築されていてもよい。また、各機能部は、さらに下位概念の複数の機能部を有しており、その下位概念の複数の機能部の一部は、上位の機能部（１０１、１０３、１０５、１０７及び１０９）同士で共用されていてもよい。
（電力供給に係るハードウェア構成）
図７は、図６に示した種々の機能部のうち主として電力供給に係る部分について、ハードウェア構成の一例を示す回路図である。
（第１駆動部）
第１駆動部１０１は、例えば、電源回路及びコンピュータ（例えばＩＣ）を含んで構成されている。そして、第１駆動部１０１は、商用電源１１１（又は不図示の電源回路）から供給された電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その電力を第１抵抗発熱体２Ａ（その両端の給電部）に供給する。
商用電源１１１から供給される電力は、例えば、５０Ｈｚ以上６０Ｈｚ以下の周波数及び２００Ｖの電圧を有する交流電力である。第１駆動部１０１が第１抵抗発熱体２Ａに供給する電力が交流電力である場合において、当該交流電力の周波数は、商用電源１１１の周波数に対して、低くてもよいし、同等であってもよいし、高くてもよい。
第１駆動部１０１が行う制御は、例えば、既述のように、ヒータ本体１０ａの実際の温度（検出温度）に基づくフィードバック制御である。ただし、第１駆動部１０１が行う制御は、フィードバックを行わないオープン制御であってもよい。領域Ａｒの温度は、第２抵抗発熱体２Ｂの発熱によっても制御されるからである。なお、第２駆動部１０３による温度のフィードバック制御が、第１駆動部１０１による温度の制御よりも応答性が高いという場合、第１駆動部１０１においてオープン制御が行われている態様を含むものとする。
第１駆動部１０１が行うフィードバック制御の方式は、公知の適宜なものとされてよい。例えば、制御は、比例制御であってもよいし、ＰＤ制御であってもよいし、ＰＩ制御であってもよいし、ＰＩＤ制御であってもよいし、積分制御であってもよい。また、例えば、制御は、検出値が目標値に到達していないときは電力を供給し、到達したときは電力供給を停止するオン・オフ制御であってもよい。制御方式として、積分制御を採用した場合においては、例えば、第２抵抗発熱体２Ｂによる温度制御に対して応答性を低くすることが容易である。
第１駆動部１０１による電力の増減は、適宜な方法でなされてよい。例えば、電力は、いわゆるチョッパ制御によって増減されてよい。チョッパ制御は、電力供給のオン・オフを比較的短い周期（通常は一定の周期）で繰り返し、デューティー（オンの期間が周期に占める割合）を変化させることによって電力の実効値を変化させる。また、例えば、電力は、変圧器によって電圧を変化させることによって増減されてもよい。
（第２駆動部）
第２駆動部１０３は、例えば、第１駆動部１０１と同様に、商用電源１１１（又は不図示の電源回路）から供給された電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その電力を複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給する。
本実施形態の説明では、第２駆動部１０３が交流電力を第２抵抗発熱体２Ｂに供給する場合を例にとる。この交流電力の周波数は、適宜に設定されてよい。例えば、当該交流電力の周波数は、商用電源１１１の周波数、又は第１駆動部１０１が交流電力を出力する場合における当該交流電力の周波数に対して、低くてもよいし、同等であってもよいし、高くてもよい。商用電源１１１の周波数と同等の場合、例えば、周波数を変換する必要がないから、第２駆動部１０３の構成を簡素にすることができ、また、周波数の変換に伴う電力の損失も生じない。
第２駆動部１０３は、例えば、第２抵抗発熱体２Ｂ毎に、コンデンサ１１３、トランス１１５及びサイリスタ１１７を有している。また、第２駆動部１０３は、サイリスタ１１７の動作を制御する駆動制御部１１９を有している。
コンデンサ１１３、トランス１１５及びサイリスタ１１７は、商用電源１１１と第２抵抗発熱体２Ｂとの間に介在している。なお、図７では、便宜上、第２抵抗発熱体２Ｂｄに対応するサイリスタ１１７のみ、商用電源１１１との接続を示しているが、他の第２抵抗発熱体２Ｂに対応するサイリスタ１１７の商用電源１１１との接続も同様である。
コンデンサ１１３は、第２抵抗発熱体２Ｂと商用電源１１１（より詳細にはトランス１１５）との間に直列接続されている。このようなコンデンサ１１３が設けられていることにより、例えば、トランス１１５からの交流電力を第２抵抗発熱体２Ｂへ流す一方で、意図していない直流成分が第２抵抗発熱体２Ｂ又はトランス１１５へ流れるおそれを低減できる。コンデンサ１１３の構造及び材料は公知の種々のものとされてよく、また、キャパシタンス（インピーダンス）は適宜に設定されてよい。
トランス１１５は、例えば、絶縁トランスによって構成されており、商用電源１１１と第２抵抗発熱体２Ｂとの間に介在している。このようなトランス１１５が設けられていることによって、例えば、第２抵抗発熱体２Ｂに供給する交流電力の周波数よりも高い周波数の成分（ノイズ）が第２抵抗発熱体２Ｂへ流れるおそれを低減できる。
トランス１１５（絶縁トランス）は、一次側（コイル）と二次側（コイル）とが絶縁されている。トランス１１５は、単に一次側と二次側とが絶縁されているだけでなく、シールドが配置されるなどして一次側と二次側とのアイソレーションが向上するように構成されていてもよい（狭義の絶縁トランスであってもよい。）。トランス１１５の構造及び材料等は公知の種々のものと同様とされてよい。
トランス１１５は、本実施形態では、変圧比が変更不可能なものであり、変圧比は一定である。又は、トランス１１５は、変圧比を変更可能であってもよいが、本実施形態では、第２駆動部１０３は、ヒータ本体１０ａの温度を目標温度に追従させるようにトランス１１５の変圧比を変更することはしない。すなわち、トランス１１５の変圧比は、ヒータ１０の温度に関わらず一定である。ただし、温度に関わらず一定とは言っても、温度変化に伴う誤差の変動が生じ得ることは当然である。
トランス１１５の変圧比は、１未満であってもよいし、１であってもよいし、１超であってもよい。その他のパラメータ（例えばインダクタンス（インピーダンス））も適宜に設定されてよい。
サイリスタ１１７は、商用電源１１１から第２抵抗発熱体２Ｂ（より詳細にはトランス１１５）へ供給される電力をチョッパ制御によって増減することに利用される。サイリスタ１１７は、例えば、逆阻止３端子サイリスタ（狭義のサイリスタ）、逆導通サイリスタ、又は双方向サイリスタ（トライアック）によって構成されている。なお、このように、本開示において、サイリスタの語は、特に断りがない限りは広義に用いられる。これらの種々のサイリスタの構造及び材料は公知の種々のものとされてよい。
逆阻止３端子サイリスタは、一方向（第１方向とする。）の電流（例えば、交流の正及び負の一方、又は直流）のみを流すことが可能であり、第１方向の電流の流れを許容又は禁止可能である（逆方向の電流は常に禁止される。）。具体的には、逆阻止３端子サイリスタは、第１方向の電圧が印加されているときは、基本的に電流（第１方向）の流れを禁止し、オン操作がなされると電流（第１方向）の流れを許容する。その後、逆阻止３端子サイリスタは、オン操作が停止されても、第１方向の電圧の印加が継続されている間は、電流（第１方向）の流れを許容した状態を維持する。換言すれば、第１方向の電圧印加が停止されると（例えば交流電圧の正負が反転すると）、再度、第１方向の電流の流れは禁止された状態となる。
逆導通サイリスタは、二方向の電流（交流）を流すことが可能であり、二方向のうち一方（第１方向とする。）の電流の流れを許容又は禁止可能である（二方向のうち他方の電流は常に許容される）。そして、逆導通サイリスタは、第１方向の電圧が印加されているときは、基本的に電流（第１方向）の流れを禁止し、オン操作がなされると電流（第１方向）の流れを許容する。その後、逆導通サイリスタは、オン操作が停止されても、第１方向の電圧の印加が継続されている間は、電流（第１方向）の流れを許容した状態を維持する。換言すれば、第１方向の電圧印加が停止されると（例えば交流電圧の正負が反転すると）、再度、第１方向の電流の流れは禁止された状態となる。
双方向サイリスタは、２方向の電流（交流）を流すことが可能であり、二方向の電流それぞれの流れを許容又は禁止可能である。本実施形態では、サイリスタ１１７として、双方向サイリスタを例に取る。双方向サイリスタの具体的な動作については後述する。
駆動制御部１１９は、例えば、コンピュータ１２１によって構成されている。コンピュータ１２１は、例えば、ＩＣ及びＰＣの組み合わせによって構成されている。このコンピュータ１２１は、例えば、駆動制御部１１９だけでなく、制御部１０９も構成している。
駆動制御部１１９は、例えば、領域Ａｒ毎に、領域Ａｒの実際の温度（検出温度）が目標温度ｔｐ０収束するようにサイリスタ１１７（別の観点ではサイリスタ１１７から第２抵抗発熱体２Ｂへ供給される電力）を制御する。このフィードバック制御の方式は、第１駆動部１０１の制御と同様に、公知の適宜なものとされてよい。例えば、比例制御、ＰＤ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御又はオン・オフ制御が用いられてよい。なお、制御方式として、ＰＩＤ制御を採用した場合においては、例えば、オーバーシュート及び定常偏差等を低減し、高精度に温度制御を行うことができる。
（第３駆動部）
第３駆動部１０５は、本実施形態では、主として、複数の第２抵抗発熱体２Ｂをサーミスタとして利用するときに複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給する。第３駆動部１０５は、例えば、直流電源１２３と、直流電源１２３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体への電力の供給及び停止を制御するスイッチ１２５とを有している。
直流電源１２３は、例えば、特に図示しないが、商用電源１１１から供給された交流電力を直流電力に変換して複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給する。また、直流電源１２３は、特に図示しないが、定電流回路を含んで構成されている。従って、温度変化によって複数の第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値が変化すると、複数の第２抵抗発熱体２Ｂにおいては、電流は基本的に変化せず、電圧が変化する。すなわち、温度変化は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂにおける電圧に現れる。なお、直流電源１２３において、商用電源１１１からの交流電力を直流電力へ変換するための回路及び定電流回路の構成は、公知の種々のものと同様とされてよい。
スイッチ１２５は、例えば、入力された制御信号に応じて、直流電源１２３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体への電力の供給を許容又は停止する。これにより、任意の時期に直流電源１２３から第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給することができる。例えば、後に詳述するように、第２駆動部１０３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力が供給されていない時期に、直流電源１２３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給することができる。その結果、例えば、直流電源１２３から第２抵抗発熱体２Ｂへ供給される電力のみに基づいて、抵抗発熱体２Ｂの抵抗値（温度）を検出することができる。スイッチ１２５は、トランジスタ等の公知の種々のスイッチによって構成されてよい。
（補助抵抗）
第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂへの電力供給に関しては、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに対して補助抵抗１２７が直列に接続されている。
この補助抵抗１２７は、例えば、第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給されている電力の確認に利用されるものであり、広義のシャントである。補助抵抗１２７は、例えば、温度変化に対する抵抗値の変化が比較的（例えば第２抵抗発熱体２Ｂの材料に比較して）小さい材料によって構成されている。及び／又は、補助抵抗１２７は、温度変化が小さい環境下に配置されている。従って、例えば、温度変化の影響を基本的に受けることなく、第３駆動部１０５から供給される電流の大きさが補助抵抗１２７における電圧の大きさに反映される。
なお、補助抵抗１２７の抵抗値は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値よりも小さく設定されている。例えば、補助抵抗１２７の抵抗値は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体の抵抗値の１／１０００以下である。これにより、補助抵抗１２７が複数の第２抵抗発熱体２Ｂの発熱に及ぼす影響は小さくされている。
補助抵抗１２７は、駆動装置５０に設けられていてもよいし、ヒータ１０に設けられていてもよい。駆動装置５０に設けられている場合においては、例えば、ヒータ１０の温度が補助抵抗１２７に及ぼす影響を低減できる。また、ヒータ１０の構成を簡素にすることができる。補助抵抗１２７は、第３駆動部１０５又は温度計測部１０７の一部として捉えられてもよい。
（温度計測に係るハードウェア構成）
図８は、図６に示した種々の機能部のうち主として温度計測に係る部分について、ハードウェア構成の観点から詳細を示す回路図である。
（温度計測部）
温度計測部１０７は、例えば、第２抵抗発熱体２Ｂ毎に、差動アンプ１２９を有している。各差動アンプ１２９は、自己に対応する第２抵抗発熱体２Ｂの両側の給電部Ｐに接続されており、その２つの給電部Ｐの電位差に応じた信号強度（例えば電圧）の信号を制御部１０９（コンピュータ１２１）に出力する。これにより、既述の説明から理解されるように、第２抵抗発熱体２Ｂの温度が測定される。
また、温度計測部１０７は、補助抵抗１２７に対しても差動アンプ１２９を有している。当該差動アンプ１２９は、補助抵抗１２７の両側に接続されており、補助抵抗１２７の両側の電位差に応じた信号強度の信号を制御部１０９（コンピュータ１２１）に出力する。これにより、既述の説明から理解されるように、第３駆動部１０５によって所定の電流が複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給されているか否かが確認される。
なお、特に図示しないが、温度計測部１０７の素子（例えば差動アンプ１２９）を保護したり、温度計測部１０７の素子が抵抗発熱体２に供給される電力に及ぼす影響を低減したりするために、分圧及び／又は分流のための素子及び／又は経路が適宜に設けられてよい。また、温度計測部１０７に入力される信号又は温度計測部１０７から出力される信号からノイズを除去するフィルタが設けられてもよい。
（制御部）
制御部１０９は、既に述べたように、コンピュータ１２１によって構成されている。制御部１０９は、第３駆動部１０５のスイッチ１２５の制御を行う。また、制御部１０９は、スイッチ１２５をオンしている時期（第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給している時期）において、各差動アンプ１２９からの信号をサンプリングする。そして、制御部１０９は、サンプリングした信号の信号強度（別の観点では第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値）を温度に変換する。これにより、各領域Ａｒの温度が取得される。
なお、抵抗値から温度への変換方法（演算方法）としては、公知の種々の方法が利用されてよい。例えば、抵抗値から温度を特定する演算は、計算式を用いるものであってもよいし、抵抗値と温度とを対応付けたマップを用いるものであってもよい。また、当該演算は、第２抵抗発熱体２Ｂの温度と、上面１０ｃの温度との差を除去する補正を含んでいてもよい。
各領域Ａｒの温度を取得した制御部１０９は、その温度の情報を含む信号を第２駆動部１０３の駆動制御部１１９に出力する。これにより、駆動制御部１１９は、領域Ａｒ毎に温度のフィードバック制御が可能となる。また、制御部１０９は、例えば、最も温度が高い領域Ａｒの温度の情報、又は複数の領域Ａｒの温度から得られる上面１０ｃの平均温度の情報を第１駆動部１０１に出力する。これにより、第１駆動部１０１は、最も温度が高い領域Ａｒの温度又は上面１０ｃの平均温度に基づく、温度のフィードバック制御が可能となる。
なお、制御部１０９と、他の機能部（１０１、１０３、１０５及び１０７）との役割分担は、適宜に変更されてよい。例えば、第１抵抗発熱体２Ａによる温度のフィードバック制御が、目標温度ｔｐ０よりも所定の温度差で低い仮目標温度に収束するように行われる場合において、フィードバックに利用される温度（検出温度から上記の所定の温度差を差し引いた温度）は、第１駆動部１０１が算出するのではなく、制御部１０９が算出してもよい。また、例えば、最も高い温度の領域Ａｒの特定、又は複数の領域Ａｒの平均温度の算出は、制御部１０９ではなく、第１駆動部１０１において行われてもよい。
目標温度ｔｐ０及び／又は仮目標温度等のパラメータは、例えば、不図示の入力装置に対するユーザの操作によって設定される。入力装置は、公知の種々のものと同様とされてよく、例えば、ノブの回転位置に応じた信号を出力するスイッチであってもよいし、タッチパネルであってもよい。また、仮目標温度は、目標温度ｔｐ０に基づいて制御部１０９によって設定されてもよい。例えば、目標温度ｔｐ０に対して所定の係数（１未満）を乗じたり、目標温度ｔｐ０から所定の定数を差し引いたりして、仮目標温度が設定されてよい。
第１駆動部１０１及び第２駆動部１０３が行うフィードバック制御においては、温度変化に伴う抵抗率の変化に対する補償処理が行われてもよい。例えば、ゲインを温度変化に基づいて調整してもよい。これにより、より高精度な温度制御が可能となる。
（温度計測のタイミング）
図９は、温度の計測方法を説明するための模式的なタイミングチャートである。図９に示す４つのグラフにおいて、横軸は時間ｔｍを示している。
図９の最上段のグラフは、商用電源１１１（又は不図示の電源回路）から第２駆動部１０３に印加される交流電圧の経時変化を示しており、縦軸は電圧である。交流電圧は、例えば、半周期（Ｔ０／２）で極性（正負）を反転させている。ここでは、交流電圧として、電圧が曲線状に変化するもの（正弦波状のもの）を例示している。ただし、交流電圧は、正弦波状でないもの（例えば、矩形波、三角波又は鋸歯状波）であってもよい。交流電圧の極大値（正）及び極小値（負）は、例えば、基準電位からの電位差が互いに同等である。ただし、両者は異なっていてもよい。
図９の上から２段目のグラフは、サイリスタ１１７に対する入力操作の経時変化を示しており、縦軸は、入力操作のオン・オフを示している。すなわち、同グラフにおいて、矩形波が立ち上がっている時点は、サイリスタ１１７を導通状態にするためにサイリスタ１１７のゲートに電流が流された時点を示している。
図９の上から３段目のグラフは、第２駆動部１０３から第２抵抗発熱体２Ｂに印加される電圧の経時変化を示しており、縦軸は電圧である。サイリスタ１１７は、オン操作がなされると、導通状態となる。その後、サイリスタ１１７は、オン操作が停止されても、導通状態を維持する。そして、サイリスタ１１７は、交流電圧の正負が反転されると、非導通状態となる。その結果、サイリスタ１１７に印加された交流電圧（図９の最上段のグラフ）は、図９の３段目のグラフに示されるような波形の電圧に変換され、第２抵抗発熱体２Ｂに印加される。
具体的には、サイリスタ１１７から第２抵抗発熱体２Ｂに印加される電圧は、電力の供給と、その停止とを繰り返す波形となる。電力が供給されている第１期間Ｔ１と、電力の供給が停止されている第２期間Ｔ２との和は、交流電力の半周期Ｔ０／２であり、一定である。第１期間Ｔ１から第２期間Ｔ２への切換えは、サイリスタ１１７に印加される電圧の極性が反転する時点（ゼロクロスする時点）においてなされる。一方、第２期間Ｔ２から第１期間Ｔ１への切換えは、基本的には、サイリスタ１１７に印加される電圧がゼロでないときになされる。
サイリスタ１１７に対する操作を介して、第１期間Ｔ１が半周期Ｔ０／２に占める割合（デューティー：Ｔ１／（Ｔ０／２））を変化させることによって、電力の実効値が増減される。すなわち、チョッパ制御が行われる。第２駆動部１０３の駆動制御部１１９は、検出温度に応じてデューティーを変化させることによって、温度のフィードバック制御を行う。
図９の最下段のグラフは、第３駆動部１０５が出力する電流の経時変化を示しており、縦軸は電流Ｉである。この図に示されるように、制御部１０９は、第２抵抗発熱体２Ｂに対する電力の供給が停止される第２期間Ｔ２において、第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力が供給されるように第３駆動部１０５のスイッチ１２５を制御する。これにより、第３駆動部１０５からの電力のみによる第２抵抗発熱体２Ｂにおける電圧が差動アンプ１２９によって検出される。
第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂへ電力を供給する、より詳細なタイミング等は適宜に設定されてよい。例えば、当該電力の供給開始タイミングは、第２期間Ｔ２の開始時点を基準に設定される。なお、第２期間Ｔ２の開始時点は、商用電源１１１から複数の第２駆動部１０３へ供給される交流電力のゼロクロスの時点であるから、複数の第２抵抗発熱体２Ｂ間で共通である。第２期間Ｔ２の開示時点から、第３駆動部１０５からの電力供給開始タイミングまでの時間差（０を含む）は、例えば、複数の第２期間Ｔ２同士で一定となるように設定される。また、例えば、当該電力を供給する時間長さ、及び電流（電流値）も、複数の第２期間Ｔ２同士で互いに同一に設定される。上記の時間差、時間長さ及び電流値の具体的な値は、ヒータシステム１００の具体的な構成に応じて適宜に設定されてよい。
また、例えば、温度計測（差動アンプ１２９からの電圧の取得）は、全ての第２期間Ｔ２においてなされている。換言すれば、交流電力の半周期Ｔ０／２が、温度を計測するサンプリング周期とされている。ただし、サンプリング周期は、半周期Ｔ０／２の２以上の整数倍とされてもよい。
フィードバック制御に利用される検出温度は、サンプリング周期毎のそのままの値であってもよいし、所定回数に亘って検出された温度の平均値であってもよいし、フィルタ（例えばデジタルフィルタ）によってフィルタリングされたものであってもよい。平均値は、平均値を求める期間が複数の平均値間で互いに重複しないものであってもよいし、前記期間が複数の平均値間で互いに重なる移動平均であってもよい。このように平均値及び／又はフィルタリングがなされた値を用いることにより、ノイズを削除することができる。
（ヒータの製造方法）
ヒータ１０の製造方法は、例えば、以下のとおりである。
まず、ドクターブレード法等の公知の方法によって第１セラミック層１ａ〜第４セラミック層１ｄとなるセラミックグリーンシートを準備する。グリーンシートは、概ね一定の厚さに形成される。次に、グリーンシートに対し、所望の形状になるようにレーザ加工及び／又は金型を用いた打ち抜き加工を行う。この際、例えば、接続導体３及び端子５が配置される孔が形成される。
次に、抵抗発熱体２、接続導体３、配線４及び端子５等の導体となる金属ペーストをスクリーン印刷等の適宜な方法によってグリーンシートに配置する。抵抗発熱体２及び／又は配線４となる材料は、導電材料とセラミック粉末とを含んだ導電シートであってもよい。導電シートは、例えば、後述のグリーンシートの積層体の作製の際に、グリーンシートによって挟み込まれる。また、グリーンシートに溝を掘り、導電シートをこの溝内に配置してもよい。また、接続導体３及び／又は端子５となる材料は、完成後の接続導体３及び／又は端子５と同様のものであってもよい。すなわち、当該材料は、固体状かつ柱状の金属（金属バルク材）であってもよい。
次に、グリーンシートを積層し、グリーンシートの積層体を作製する。そして、グリーンシートの積層体を主成分の焼成条件に合わせて焼成する。これにより、抵抗発熱体２、接続導体３、配線４及び端子５を内部に設けた焼結体（基体１）を得ることできる。
抵抗発熱体２、接続導体３、配線４及び端子５以外に、プラズマ処理用電極もしくは静電チャック用電極となる金属ペースト、金属板又は金属メッシュを積層時に挟み込むことによって、プラズマ処理用のテーブルもしくは静電チャックを作製することもできる。
以上のとおり、ヒータ１０は、基体１、第１抵抗発熱体２Ａ及び複数の第２抵抗発熱体２Ｂを有している。基体１は、第１面（上面１０ｃ）を有している絶縁性の部材である。第１抵抗発熱体２Ａは、基体１の内部又は表面上（本実施形態では内部）にて、上面１０ｃに沿って延びている。第２抵抗発熱体２Ｂは、第１抵抗発熱体２Ａに対して上面１０ｃ側又は上面１０ｃとは反対側（本実施形態では上面１０ｃとは反対側）に位置しており、基体１の内部又は表面上（本実施形態では内部）にて、上面１０ｃに沿って延びている。
従って、例えば、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって上面１０ｃの温度を局所的に制御することができる。さらに、例えば、第１抵抗発熱体２Ａが設けられていることから、複数の第２抵抗発熱体２Ｂが生じるべき熱量を低減することができる。その結果、例えば、第２抵抗発熱体２Ｂに接続される各種の構成要素（例えば、接続導体３、配線４、端子５、コンデンサ１１３、トランス１１５及びサイリスタ１１７）を小型化したり、耐電性を低くしたりすることができる。これらの構成要素の数は、第２抵抗発熱体２Ｂの数の増加に伴って増加する。従って、例えば、第１抵抗発熱体２Ａが追加されることにより、一見、ヒータ１０全体又はヒータシステム１００全体として大型化又はコスト増大が生じるように見えても、実際には逆に、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに係る構成要素の小型化又はコスト削減によって、ヒータ１０全体又はヒータシステム１００全体としての小型化又はコスト削減が容易になる。
また、本実施形態では、第１駆動部１０１が第１抵抗発熱体２Ａに供給する電力は、第２駆動部１０３が複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力の合計よりも大きい。
この場合、例えば、上記の複数の第２抵抗発熱体２Ｂが生じるべき熱量を低減する効果が増大する。ひいては、例えば、ヒータ１０全体又はヒータシステム１００全体としての小型化又はコスト削減が容易になる。
また、本実施形態では、第１駆動部１０１は、第１抵抗発熱体２Ａに供給する電力の制御によって第１抵抗発熱体２Ａの温度の制御を行う。第２駆動部１０３は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの少なくとも１つ（本実施形態では全部）について、第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力の制御によって第２抵抗発熱体２Ｂの温度のフィードバック制御を行う。第２駆動部１０３による温度のフィードバック制御は、第１駆動部１０１による温度の制御よりも応答性が高い。
従って、第１抵抗発熱体２Ａの温度制御と第２抵抗発熱体２Ｂの温度制御との相互干渉によってヒータ１０の温度が発散してしまうおそれが低減される。また、実際の温度を目標温度ｔｐ０へ収束させる高精度な制御は、上面１０ｃの全体に亘る第１抵抗発熱体２Ａではなく、局所的に配置された第２抵抗発熱体２Ｂによってなされることになる。その結果、上面１０ｃ全体を所望の温度分布にすることが容易化される。
また、本実施形態では、複数の第２抵抗発熱体２Ｂ全体（第３抵抗発熱体２Ｃ）の両側の位置の１対の給電部Ｐ（Ｐ１及びＰ５）間に電力を供給する第３駆動部１０５を更に有している。
従って、例えば、第３駆動部１０５の電力に対する第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値に基づいて温度計測を行うことができる。また、例えば、第３駆動部１０５の電力によって複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体を発熱させることも可能となる。第２駆動部１０３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂのそれぞれに供給する電力を大きくするとなると、複数の第１給電部Ｐ１〜第５給電部Ｐ５の全てに接続される各種の構成要素について、大型化又は耐電性を高くしなければならない。しかし、複数の第２抵抗発熱体２Ｂの全体に供給される電力を第３駆動部１０５によって供給する場合においては、基本的に、１対の給電部Ｐ（Ｐ１及びＰ５）に接続される構成要素のみについて、大型化又は耐電性を高くすることで対応可能である。その結果、ヒータ１０全体又はヒータシステム１００全体として、小型化又はコスト削減が容易になる。
また、本実施形態では、第２駆動部１０３は、複数の第２抵抗発熱体２Ｂのうちの少なくとも１つ（本実施形態では全部）の所定の第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値に基づいて、前記所定の第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力を制御する。
すなわち、第２駆動部１０３は、第２抵抗発熱体２Ｂをサーミスタとして利用して、第２抵抗発熱体２Ｂの温度のフィードバック制御を行う。従って、ヒータ１０の温度を検出するために専用のセンサを設ける必要がなく（ただし、そのようなセンサが設けられた態様も本開示に係る技術に含まれる。）、ヒータ１０の構成を簡素化することができる。当該効果は、第２抵抗発熱体２Ｂの数が多いほど増大する。
また、本実施形態では、第２駆動部１０３は、少なくとも１つ（本実施形態では全部）の所定の第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給する第１期間Ｔ１と、その電力の供給を停止する第２期間Ｔ２とを交互に繰り返す（なお、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２の長さは、第２抵抗発熱体２Ｂ毎、及び周期毎に適宜に設定される。）。また、第３駆動部１０５は、少なくとも第２期間Ｔ２の一部において前記所定の第２抵抗発熱体２Ｂに電力を供給する。第２駆動部１０３は、第２期間Ｔ２における第３駆動部１０５からの電力に対する前記所定の第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値（本実施形態では直接的には電圧）に基づいて、前記所定の第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力を制御する。
従って、例えば、第３駆動部１０５の供給する電力のみに基づいて、第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値を検出することができる。第２駆動部１０３が供給する電力は、第２抵抗発熱体２Ｂが生じるべき熱量に応じて増減されるものである。このような第２駆動部１０３からの電力が供給されていない時期に抵抗値を検出できることから、例えば、抵抗値の検出方法を簡素化できる。例えば、実施形態で例示したように、定電流を第２抵抗発熱体２Ｂに供給して、抵抗値の変化を電圧の変化として検出することができる。別の観点では、第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値の検出において、温度制御のための電力の変動に起因するノイズを低減することができる。
また、本実施形態では、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２の合計の周期（Ｔ０／２）は一定である。
換言すれば、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２は、いわゆるチョッパ制御におけるオンの時間及びオフの時間である。従って、例えば、温度計測のためだけに、第２抵抗発熱体２Ｂへの電力供給を停止する必要は無い（ただし、そのような制御が行われる態様も本開示に係る技術に含まれる。）。また、例えば、チョッパ制御は、比較的短い周期で行われるから、温度計測のサンプリング周期を短くすることができる。ひいては、温度制御の精度が向上する。
また、本実施形態では、ヒータ１０は、ｎを２以上の整数としたときに、ｎ＋１個の給電部Ｐを有している（本実施形態ではｎ＝４）。ｎ＋１個の給電部Ｐは、一続きの第３抵抗発熱体２Ｃのｎ−１個の中途位置（Ｐ２〜Ｐ４）と、当該ｎ−１個の中途位置よりも一続きの第３抵抗発熱体２Ｃの両側の位置（Ｐ１及びＰ５）とに位置する。これにより、一続きの第３抵抗発熱体２Ｃは、ｎ個の第２抵抗発熱体２Ｂに分割されている。第３駆動部１０５は、上記の両側の位置の１対の給電部Ｐ（Ｐ１及びＰ５）間に電力を供給する。第２駆動部１０３は、ｎ個の第２抵抗発熱体２Ｂそれぞれについて、第２期間Ｔ２における第３駆動部１０５からの電力に対する第２抵抗発熱体２Ｂの抵抗値に基づいて、第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力を制御する。
従って、複数の第２抵抗発熱体２Ｂは、第２駆動部１０３によって、それぞれ別個のサーミスタとして利用される。その一方で、複数の第２抵抗発熱体２Ｂは、温度計測のための電力が第３駆動部１０５から共通に付与される。従って、局所的な温度のフィードバック制御が可能とされつつ、温度計測のための構成が簡素化される。
また、本実施形態では、第２駆動部１０３は、サイリスタ１１７及びトランス１１５を有している。サイリスタ１１７は、交流電力を出力する電源部（商用電源１１１）と第２抵抗発熱体２Ｂとの間に介在しており、交流電力の半周期Ｔ０／２を第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２とに分ける。トランス１１５は、サイリスタ１１７と第２抵抗発熱体２Ｂとの間に介在する。
従って、例えば、サイリスタ１１７を用いていることから、簡便かつ安価にチョッパ制御を行うことができる。サイリスタ１１７では、導通状態になったときにリップルが生じる。このリップルは、第２抵抗発熱体２Ｂに供給する電力の制御、及び／又は第２抵抗発熱体２Ｂをサーミスタとして利用するときの温度計測に影響を及ぼすおそれがある。しかし、サイリスタ１１７と第２抵抗発熱体２Ｂとの間にトランス１１５が介在していることにより、このリップルは少なくとも一部が均される。その結果、上記の影響が低減される。
（第１実施形態の変形例）
図１６は、第１実施形態の変形例を説明するための図であり、図９の一部抜粋に相当する。
図９では、点弧の時期が任意の時期とされ、消弧の時期がゼロクロスの時期とされた。換言すれば、点弧の時期の調整によってチョッパ制御がなされた。ただし、図１６に示すように、点弧の時期がゼロクロスの時期とされ、消弧の時期が任意の時期とされてもよい。すなわち、消弧の時期の調整によってチョッパ制御がなされてもよい。そして、この消弧の時期の後から次のゼロクロスの時期までの第２期間Ｔ２において、温度計測がなされてよい。なお、図示のようなチョッパ制御を実現する、サイリスタを含む回路は公知であることから、詳細な説明は省略する。
＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態のヒータシステム２００の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図７に相当する。
ヒータシステム２００は、基本的に、第２駆動部の構成のみが第１実施形態のヒータシステム１００と相違する。具体的には、本実施形態の駆動装置２５０の第２駆動部１３１は、第１実施形態のサイリスタ１１７に代えて、ソリッドステートリレー（以下、単に「ＳＳＲ」）１３３を有している。
ＳＳＲ１３３は、例えば、トランス１１５よりも第２抵抗発熱体２Ｂ側にて第２抵抗発熱体２Ｂに直列接続されている。ＳＳＲ１３３の構造及び材料は公知の種々のものとされてよい。例えば、ＳＳＲ１３３は、フォトカプラを含むフォトＳＳＲによって構成されている。この場合、信号が光として受け渡されることから、信号経路が絶縁され、電気的なノイズが信号に乗りにくい。
図１１は、駆動装置２５０の動作を説明するためのタイミングチャートであり、第１実施形態の図９に相当する。
同図の４つのグラフは、上から順に、商用電源１１１から第２駆動部１０３に印加される交流電圧の経時変化、ＳＳＲ１３３に対する入力操作の経時変化、第２駆動部１０３から第２抵抗発熱体２Ｂに印加される電圧の経時変化、及び第３駆動部１０５が出力する電流の経時変化を示している。すなわち、第１実施形態の図９において、サイリスタ１１７の動作に代えて、ＳＳＲ１３３の動作が示されている。ＳＳＲ１３３は、例えば、オンのときは所定の入力信号が入力される。
ＳＳＲ１３３は、オンされており、かつ商用電源１１１からの電圧がゼロクロスすると（正負が反転すると）導通状態となる。その後、商用電源１１１からの電圧がゼロクロスするときに、オンされていれば、導通状態が維持され、オフされていれば、非導通状態とされる。すなわち、ＳＳＲ１３３は、交流電力の半周期Ｔ０／２毎に、導通状態又は非導通状態のいずれになるかが決定される。その結果、商用電源１１１から出力された交流電圧（最上段のグラフ）は、図１１の３段目のグラフに示されるような波形の電圧に変換される。
具体的には、ＳＳＲ１３３から第２抵抗発熱体２Ｂに印加される電圧の波形は、電力の供給と、その停止とを繰り返すものとなる。電力が供給されている第１期間Ｔ２１、及び電力の供給が停止されている第２期間Ｔ２２それぞれの長さは、第１実施形態の第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２とは異なり、交流電力の半周期Ｔ０／２のｍ倍（ｍは１以上）であり、かつｍの大きさは任意である。そして、第１期間Ｔ２１及び第２期間Ｔ２２の比によって、電力の実効値が増減される。すなわち、チョッパ制御が行われる。第２駆動部１３１の駆動制御部１１９は、検出温度に応じて第１期間Ｔ２１及び第２期間Ｔ２２の比を変化させることによって、温度のフィードバック制御を行う。
なお、第１期間Ｔ２１及び第２期間Ｔ２２の和は、第１実施形態と異なり、一定である必要は無い。ただし、当該和は一定とされてもよい。別の観点では、第１実施形態と同様に、一定の周期に対するデューティー比によって電力の実効値が制御されてよい。例えば、交流電力が５０Ｈｚの場合に、第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との和を２秒程度とした場合、交流電力は１００段階で増減される。
図１１の最下段のグラフに示されるように、制御部１０９は、第１実施形態と同様に、第２抵抗発熱体２Ｂに対する電力の供給が停止される第２期間Ｔ２２において、第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力が供給されるように第３駆動部１０５のスイッチ１２５を制御する。これにより、第３駆動部１０５からの電力のみによる第２抵抗発熱体２Ｂにおける電圧が差動アンプ１２９によって検出される。
第３駆動部１０５から複数の第２抵抗発熱体２Ｂへ電力を供給する、より詳細なタイミング等は適宜に設定されてよい。例えば、当該電力の供給開始タイミングは、第２期間Ｔ２２の開始時点を基準に設定される。その時間差（０を含む）は、例えば、複数の第２期間Ｔ２２同士で一定である。また、例えば、当該電力を供給する時間長さ、及び電流（電流値）も、複数の第２期間Ｔ２２同士において互いに同一である。上記の時間差、時間長さ及び電流値は、ヒータシステム２００の具体的な構成に応じて適宜に設定されてよい。
なお、本実施形態では、第２期間Ｔ２２は、第１実施形態とは異なり、少なくとも交流電力の半周期Ｔ０／２の長さを有している。従って、図示の例のように、半周期Ｔ０／２の中央付近で温度計測がなされてもよい。
温度計測のサンプリング周期は適宜に設定されてよい。例えば、上記のように第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との和を一定とし、この和の時間長さをサンプリング周期としてよい。すなわち、サンプリングのタイミングが第２期間Ｔ２２内に必ず到来するようにサンプリング周期が設定されてよい。
また、例えば、第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との和が一定でない場合、第２期間Ｔ２２か否かが判定されて温度計測がなされてもよい。換言すれば、サンプリング周期は変動してよい。
また、例えば、第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との和が一定でなく、かつサンプリング周期が一定である場合において、サンプリング周期が到来したときに、温度制御のためのＳＳＲ１３３の制御に優先して、温度計測のためにＳＳＲ１３３を半周期Ｔ０／２だけオフとしてもよい。半周期Ｔ０／２に比較してサンプリング周期が十分に長い場合においては、温度計測のために強制的に第２期間Ｔ２２を設けたとしても、その第２期間Ｔ２２が温度制御に及ぼす影響は小さい。
以上のとおり、本実施形態では、第２駆動部１３１は、ＳＳＲ１３３を有している。ＳＳＲ１３３は、交流電力を出力する電源部（商用電源１１１）と少なくとも１つ（本実施形態では全部）の第２抵抗発熱体との間に設けられており、交流電力がゼロクロスするときに第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との切り換えを行う。
従って、例えば、第１期間Ｔ２１と第２期間Ｔ２２との切換え時期は、交流電力のゼロクロスと一致しており、リップルが生じるおそれが低い。ひいては、このリップルが温度計測にノイズとして現れるおそれが低減される。また、例えば、サイリスタ１１７を用いた場合に比較して、第２駆動部１０３から第２抵抗発熱体２Ｂへの電力を停止する第２期間を長くしやすい。その結果、例えば、第３駆動部１０５のスイッチ１２５の制御条件を緩やかなものにすることができる。なお、サイリスタ１１７は、ＳＳＲ１３３に比較して、安価である等のメリットがある。
＜第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態のヒータシステム３００の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図７に相当する。
ヒータシステム３００は、基本的に、第３駆動部の構成のみが第１実施形態のヒータシステム１００と相違する。具体的には、本実施形態の駆動装置３５０の第３駆動部１３５は、第１実施形態のスイッチ１２５を有していない。すなわち、直流電源１２３からの電力は、ヒータシステム３００が加熱動作を行っている間は常時、複数の第２抵抗発熱体２Ｂに供給されている。
図１３（ａ）は、ヒータシステム１００の制御方法を示す概念図であり、第１実施形態の図５（ａ）に相当する。
本実施形態では、直流電源１２３から複数の第２抵抗発熱体２Ｂに電力が供給される時間が長いことから、第１実施形態に比較して、直流電源１２３からの電力によって生じる熱量が上面１０ｃの温度に及ぼす影響が大きい。そこで、本実施形態では、この影響を加味した制御が行われる。具体的には、以下のとおりである。
図１３（ａ）の上段左側のグラフは、図５（ａ）と同様に、第１抵抗発熱体２Ａによって実現される温度を示している。第１抵抗発熱体２Ａによる温度制御においては、例えば、第１実施形態でも言及した、検出温度から所定の温度差を差し引いた温度を、目標温度ｔｐ０よりも前記所定の温度差で低い仮目標温度ｔｐ１に収束させる制御が行われる。そして、この温度差は、直流電源１２３からの電力によって生じる温度上昇分を含む大きさとされている。
図１３（ａ）の上段右側のグラフは、図５（ａ）と同様に、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって実現される温度上昇量を示している。このグラフにおいて２種のハッチングで示しているように、複数の第２抵抗発熱体２Ｂによって実現される温度上昇量は、複数の領域Ａｒに共通に供給される直流電源１２３からの電力によって実現される温度上昇量と、複数の領域Ａｒに個別に供給される第２駆動部１０３からの電力によって実現される温度上昇量との和になる。
そして、図１３（ａ）の下段のグラフに示すように、各領域Ａｒの温度は、第１駆動部１０１の電力による熱量、第２駆動部１０３の電力による熱量、第３駆動部１３５の電力による熱量の総和によって実現される。そして、全ての領域Ａｒの温度は、目標温度ｔｐ０に収束する。
図１３（ｂ）は、第２駆動部１０３から第２抵抗発熱体２Ｂに印加される電圧の経時変化及び第３駆動部１０５が出力する電流の経時変化を示しており、第１実施形態の図９の一部に相当する。
この図に示すように、本実施形態では、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２に関わりなく、一定の電流が第３駆動部１３５から第２抵抗発熱体２Ｂに供給される。ただし、制御部１０９は、第２期間Ｔ２における差動アンプ１２９からの信号をサンプリングする。すなわち、温度計測は、第１及び第２実施形態と同様に、第２駆動部１０３から第２抵抗発熱体２Ｂに電力が供給されていない第２期間Ｔ２においてなされる。
なお、第１実施形態及び第２実施形態では、例えば、直流電源１２３からの電流は、温度計測に必要十分な大きさとされてよい。本実施形態では、直流電源１２３からの電流は、第１及び第２実施形態と同様に、温度計測に必要十分な大きさとされてもよいし、これよりも大きくされて、第２抵抗発熱体２Ｂの発熱に積極的に寄与してもよい。
図示の例では、第１実施形態のサイリスタ１１７と、本実施形態の第３駆動部１３５とが組み合わされた構成を例示した。ただし、第２実施形態のＳＳＲ１３３と、本実施形態の第３駆動部１３５とが組み合わされてもよい。
＜変形例＞
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、変形例に係るヒータの構成を示す断面図であり、図４に相当している。
実施形態では、第１抵抗発熱体２Ａが上面１０ｃ側に配置され、複数の第２抵抗発熱体２Ｂが下面側に配置された。ただし、図１４（ａ）に示すヒータ４１０のように、第１抵抗発熱体２Ａと、複数の第２抵抗発熱体２Ｂとの位置関係は、実施形態とは逆であってもよい。
この場合、例えば、実施形態よりも第２抵抗発熱体２Ｂが上面１０ｃに近づくから、上面１０ｃの温度の検出精度が向上する。なお、実施形態は、例えば、変形例に比較して、端子５等の数が第１抵抗発熱体２Ａよりも多い複数の第２抵抗発熱体２Ｂが下面側に位置するから、基体１内の導体の構成を簡素にすることができる。
実施形態では、抵抗発熱体２は、セラミックからなる基体１に埋設された。ただし、図１４（ｂ）に示すヒータ５１０のように、抵抗発熱体２は、セラミックからなる基体５０１の表面上に位置していてもよい。図示の例では、第１抵抗発熱体２Ａは、基体５０１の上面上に位置している。また、第２抵抗発熱体２Ｂは、基体５０１の下面上に位置している。なお、第１抵抗発熱体２Ａ及び第２抵抗発熱体２Ｂの一方のみが基体５０１の表面上に位置していてもよい。
図示の例では、第１抵抗発熱体２Ａは、基体５０１とは異なる絶縁材料（例えばＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料）からなる被覆層５０６によって覆われている。この場合、基体５０１と被覆層５０６との全体を基体として定義して、第１抵抗発熱体２Ａが基体に埋設されていると捉えても構わない。
また、図示の例では、第２抵抗発熱体２Ｂは、基体５０１とは異なる絶縁材料（例えばＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の無機絶縁材料）からなる被覆層５０７によって覆われている。この場合、基体５０１と被覆層５０７との全体を基体として定義して、第２抵抗発熱体２Ｂが基体に埋設されていると捉えても構わない。
＜応用例＞
図１５（ａ）は、本開示のヒータシステムを適用した応用例を示す図である。図１５（ａ）では、半導体製造装置のチャンバ２５内に、本開示に係るヒータ３０を備えた様子を示している。ヒータ３０の上面には、加熱対象物としてのウェハ４０が載置されている。
図１５（ｂ）は、ヒータ３０の構成を示す模式図である。ヒータ３０は、例えば、上述した各種の実施形態又は変形例に係るヒータのいずれかと同様の構成、又は当該同様の構成に電極１２等を加えた構成とされている。
電極１２は、例えば、プラズマ処理用電極（例えばＲＦ（Radio Frequency）電極）である。この場合、ヒータ３０、駆動装置５０、及びプラズマ処理用電極に電圧を印加する不図示の駆動装置等を含むシステムは、プラズマ処理装置を構成する。
また、電極１２は、例えば、静電チャック用電極である。この場合、ヒータ３０は静電チャックを構成し、また、ヒータ３０、駆動装置５０、及び静電チャック用電極に電圧を印加する不図示の駆動装置を含むシステムは、吸着装置を構成する。
また、ヒータ３０は、半導体製造におけるＣＶＤ工程に適用されてもよい。
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例等に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
第２駆動部から第２抵抗発熱体への電力の増減は、チョッパ制御に限定されず、例えば、変圧器による電圧の増減によって実現されてもよい。また、第２抵抗発熱体をサーミスタとして利用する場合において、第３駆動部を設けずに、第２駆動部から第２抵抗発熱体へ電力を供給したときの第２抵抗発熱体の抵抗値を検出してもよい。
実施形態では、第２抵抗発熱体のみがサーミスタとして利用された。ただし、第２抵抗発熱体だけでなく、第１抵抗発熱体もサーミスタとして利用されてよい。また、第２抵抗発熱体をサーミスタとして利用する一方で、第１抵抗発熱体はサーミスタとして利用せず、かつ第１抵抗発熱体の温度を検出するためのセンサを設けてもよい。例えば、複数の第２抵抗発熱体よりも第１抵抗発熱体に近い位置にセンサを設けてもよい。
上記の場合において、サーミスタとしての第２抵抗発熱体によって検出された温度に基づいて第２抵抗発熱体の熱量を制御しつつ、サーミスタとしての第１抵抗発熱体又は上記センサによって検出された温度に基づいて第１抵抗発熱体の熱量を制御してもよい。すなわち、第１抵抗発熱体と第２抵抗発熱体とで、フィードバックされる検出温度が別個に計測されていてもよい。
サーミスタとしての第１抵抗発熱体又は上記センサによって検出された温度に基づいて第１抵抗発熱体の熱量を制御する場合、例えば、実施形態で説明した仮目標温度（目標温度よりも低い温度）への制御が行われる。ヒータ内において、サーミスタとしての第１抵抗発熱体又は上記センサの位置が、サーミスタとしての第２抵抗発熱体の位置よりも温度が低くなる位置である場合においては、目標温度と仮目標温度との温度差によっては、サーミスタとしての第１抵抗発熱体又は上記センサの温度がそのまま第１抵抗発熱体のフィードバック制御に用いられてもよい。
実施形態の説明では、ＳＳＲとして、オンされても、ゼロクロスしない限り、導通状態とならない形式のものを例にとった。ただし、ＳＳＲは、オンされたときに導通状態となり、その後、ゼロクロスするときに、オンされていれば、導通状態が維持され、オフされていれば、非導通状態とされるものであってもよい。また、第２駆動部のチョッパ制御は、サイリスタ及びＳＳＲ以外の素子によって実現されてよい。
背景技術の欄で挙げた特許文献１〜５の内容、及び２０１７年１０月２７日付で日本特許庁に出願された特願２０１７−２０８１８４号の内容は、本願において参照による援用（Incorporation by reference）がなされてよい。
１…基体、２Ａ…第１抵抗発熱体、２Ｂ…第２抵抗発熱体、５…端子、１０…ヒータ、１０ｃ…上面（第１面）。

Claims (10)

  1. 第１面及び該第１面に対向する第２面を有している絶縁性の基体と、
    前記基体の内部又は表面上にて、前記第１面に沿って延びている第１抵抗発熱体と、
    前記第１抵抗発熱体に対して前記第１面側又は前記第２面側に位置しており、前記基体の内部又は表面上にて、前記第１面に沿って延びている複数の第２抵抗発熱体と、
    ｎを２以上の整数としたときに、一続きの抵抗発熱体のｎ−１個の中途位置と、当該ｎ−１個の中途位置よりも前記一続きの抵抗発熱体の両側の位置とに位置し、前記一続きの抵抗発熱体をｎ個の前記第２抵抗発熱体に分割している、ｎ＋１個の給電部と、
    前記第１抵抗発熱体に電力を供給する第１駆動部と、
    前記複数の第２抵抗発熱体に個別に電力を供給する第２駆動部と、
    前記両側の位置の１対の給電部間に電力を供給する第３駆動部と、
    を有しているヒータ。
  2. 前記第１駆動部が前記第１抵抗発熱体に供給する電力は、前記第２駆動部が前記複数の第２抵抗発熱体に供給する電力の合計よりも大きい
    請求項１に記載のヒータシステム。
  3. 前記第１駆動部は、前記第１抵抗発熱体に供給する電力の制御によって前記第１抵抗発熱体の温度の制御を行い、
    前記第２駆動部は、前記複数の第２抵抗発熱体の少なくとも１つについて、前記第２抵抗発熱体に供給する電力の制御によって前記第２抵抗発熱体の温度のフィードバック制御を行い、
    前記第２駆動部による温度のフィードバック制御は、前記第１駆動部による温度の制御よりも応答性が高い
    請求項１又は２に記載のヒータシステム。
  4. 前記第１駆動部は、前記ヒータの温度を所定の仮目標温度に収束させる熱量を前記第１抵抗発熱体に生じさせる制御を行い、
    前記第２駆動部は、ヒータの温度を前記仮目標温度から当該仮目標温度よりも高い目標温度に収束させる熱量を前記第２抵抗発熱体に生じさせる制御を行う
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒータシステム。
  5. 前記第２駆動部は、前記複数の第２抵抗発熱体のうちの少なくとも１つの所定の第２抵抗発熱体の抵抗値に基づいて、前記所定の第２抵抗発熱体に供給する電力を制御する
    請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒータシステム。
  6. 前記第２駆動部は、前記所定の第２抵抗発熱体に電力を供給する第１期間と、その電力の供給を停止する第２期間とを交互に繰り返し、
    前記第３駆動部は、少なくとも前記第２期間の一部において前記所定の第２抵抗発熱体に電力を供給し、
    前記第２駆動部は、前記第２期間における前記第３駆動部からの電力に対する前記所定の第２抵抗発熱体の抵抗値に基づいて、前記所定の第２抵抗発熱体に供給する電力を制御する
    請求項５に記載のヒータシステム。
  7. 前記第１期間及び前記第２期間の合計の周期は一定である
    請求項６に記載のヒータシステム。
  8. 前記第２駆動部は、前記ｎ個の第２抵抗発熱体それぞれについて、前記第２期間における前記第３駆動部からの電力に対する前記第２抵抗発熱体の抵抗値に基づいて、前記第２抵抗発熱体に供給する電力を制御する
    請求項６又は７に記載のヒータシステム。
  9. 前記第２駆動部は、
    交流電力を出力する電源部と前記所定の第２抵抗発熱体との間に介在しており、前記交流電力の半周期を前記第１期間と前記第２期間とに分けるサイリスタと、
    前記サイリスタと前記所定の第２抵抗発熱体との間に介在するトランスと、を有している
    請求項６〜８のいずれか１項に記載のヒータシステム。
  10. 前記第２駆動部は、交流電力を出力する電源部と前記所定の第２抵抗発熱体との間に介在しており、前記交流電力がゼロクロスするときに前記第１期間と前記第２期間との切り換えを行うソリッドステートリレーを有している
    請求項６〜８のいずれか１項に記載のヒータシステム。
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