TW201521507A

TW201521507A - 立體形狀的陶瓷加熱器

Info

Publication number: TW201521507A
Application number: TW103127543A
Authority: TW
Inventors: Takuma Kushihashi; Noboru Kimura; Kazuyoshi Tamura
Original assignee: Shinetsu Chemical Co
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-06-01
Also published as: KR102193401B1; DE102014216489A1; TWI548302B; KR20150021885A; US10080259B2; JP5911179B2; CN104427666A; US20150053667A1; CN104427666B; JP2015041447A

Abstract

本發明的目的是提供一種用於加熱真空蒸鍍裝置的原料坩堝的長壽命立體形狀的陶瓷加熱器，本發明為一種陶瓷加熱器，其包括：立體形狀的電絕緣性陶瓷的支撐基材、設置於該支撐基材上的包括導電性陶瓷且形成有包含折回部的加熱器圖案的薄膜狀發熱體、設置在該發熱體上的電絕緣性陶瓷的絕緣層、以及用於將發熱體連接到電源的電力供給端子，本發明的特徵在於，加熱器圖案的折回部被沿著電流流動的方向分割成N列電流通路，並且，某第n列電流通路的功率密度Xn齊整為整體的功率密度平均值的±30%的範圍之內。

Description

立體形狀的陶瓷加熱器

本發明涉及用於對在半導體、太陽電池、有機電激發光(electroluminescence，EL)顯示器等的製造步驟中使用的真空蒸鍍裝置的原料坩堝進行加熱的立體形狀的陶瓷加熱器。

真空蒸鍍法作為薄膜形成方法之一為人所知。該真空蒸鍍法是將蒸鍍原料放入坩堝，並在真空裝置內將坩堝加熱至蒸鍍原料的氣化溫度以上而產生蒸鍍原料的蒸氣，從而沈積在基板上形成薄膜層的方法。並且，作為坩堝的加熱方法，通常採用電阻加熱、電子束加熱、高頻感應加熱等。其中，作為電阻加熱的方式，已知在坩堝的外側纏繞用絕緣體保持的包含鉭絲或鎢絲的發熱體的結構(專利文獻1)。

但是，在專利文獻1的電阻加熱方式中，由於發熱體沒有任何包覆層而是在導體裸露的狀態下使用，所以有發生放電或短路的危險。另外，當發熱體被加熱到高溫時，有時會發生因發熱體的脆化或飛散而引起的損耗等造成斷線。

另一方面，專利文獻2中記載了如下的陶瓷加熱器 (PG/PBN加熱器)：在由化學氣相沈積法生成的熱解氮化硼(PBN)的支撐基材上，通過化學氣相沈積法形成熱解碳(PG)的導電性薄膜，並對其進行加工形成所期望的加熱器發熱體，再通過化學氣相沈積法在該加熱器發熱體上包覆熱解氮化硼的絕緣層。

專利文獻2所記載的陶瓷加熱器，由於發熱體由絕緣層所包覆，故沒有放電或短路的擔心，並且，因為支撐基材、發熱體及絕緣層均通過化學氣相沈積法製造，故具有高純度而不容易產生雜質的優點。

但是，由於這種陶瓷加熱器是用於均勻加熱形成半導體晶片或薄膜時的基板的平板狀的加熱器，故無法將這種陶瓷加熱器直接應用於加熱真空蒸鍍裝置的原料坩堝。另外，即使應用於加熱溫度上升至1000℃以上的原料坩堝的加熱，若採用這種陶瓷加熱器的加熱器圖案，在其折回部流動的電流會集中於內周側，折回部的內周側產生局部發熱，而外周側出現低溫，因此，從長期穩定使用的角度考慮，在耐久性和壽命方面存在問題。

專利文獻3中記載了一種為了解決以往的有關平板狀陶瓷加熱器的均勻加熱問題而在加熱器圖案的折回部沿著電流流動的方向分割成多個流路的陶瓷加熱器。然而，這種改良後的陶瓷加熱器也是為了均勻地加熱平板狀的被加熱體而改進的，並不適用於立體形狀的原料坩堝的高溫加熱。另外，對於能否將這種陶瓷加熱器作為加熱溫度上升至1000℃以上的原料坩堝的加熱器長期穩定地使用(長壽命化)，專利文獻3也並未給出任何啟示。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]：日本特開2007-262478

[專利文獻2]：日本特開2001-6854

[專利文獻3]：日本特開2001-342071

不過，作為PG/PBN製的陶瓷加熱器，其形狀除了平板狀的之外，也有採用圓筒形狀等立體形狀的。例如，在製作呈圓筒形狀的立體形狀的PG/PBN陶瓷加熱器時，其加熱器圖案的加工可通過如下方法進行：利用加工中心(machining center)等的車床和前端形狀平坦的立銑刀(end mill)或球頭立銑刀等的切削工具，將導電性薄膜機械加工成所希望的加熱器圖案形狀，或者將所希望的加熱器圖案形狀的罩幕黏貼在導電性薄膜表面後通過噴砂處理(sand blast)去掉不需要的導電性薄膜。

但是，通過這種方法製作的立體形狀的PG/PBN陶瓷加熱器，當用於真空蒸鍍裝置的原料坩堝時，由於存在在一千數百℃的高溫加熱製程中的壽命不能令人滿意的問題，下面，使用圖式對該問題進行具體說明。

首先，說明伴隨於加熱器圖案的問題。圖6(a)是從上方觀察圓筒形狀的PG/PBN陶瓷加熱器時的俯視圖，圖6(b)是從側面觀察圓筒形狀的PG/PBN陶瓷加熱器時的側視圖。而且，圖7是圓筒形狀的PG/PBN陶瓷加熱器的分解圖，表示陶瓷加熱器的圖案形狀。

這種陶瓷加熱器的圖案形狀由規定電流通路的槽部2a和發熱體2b構成。該槽部2a通過對於設置在熱解氮化硼PBN的支撐基材上的熱解碳PG的導電性薄膜，實施採用立銑刀等進行的機械加工或噴砂處理之後，去掉不需要的導電性薄膜而形成。該槽部2a以外的殘留於支撐基材上的PG的導電性薄膜部分成為發熱體2b。並且，在上述構成的陶瓷加熱器的一端形成有電力供給端子1，從該電力供給端子1流入的電流沿著發熱體2b流動，並在加熱器圖案折回部3一面改變方向，一面流向相反側的電力供給端子1。

圖8是上述加熱器圖案的折回部的放大圖。圖8中的半橢圓形的虛線箭頭表示流過發熱體2b的電流。如圖8所示，該電流在加熱器圖案的折回部3處集中於內周側4，因此，在折回部3的內周側4處會出現局部發熱的現象。這是由電流總是流向電阻較低的地方的特性所造成的，電流所流動的地方越靠折回部3的內周側4，電流通路的長度越短電阻越低，故電流集中於折回部3的內周側4，因此，存在在多處形成與發熱體3a上的折回部3的個數相應的局部發熱部的問題。

其次，對伴隨於圓筒形狀的陶瓷加熱器的製作的問題進行說明。在製作圓筒形狀的陶瓷加熱器時，如果支撐基材的圓筒外表面各部位的直徑的偏差大，則在利用立銑刀對支撐基材表面的PG導電性薄膜進行機械加工而形成加熱器圖案時，會出現立銑刀的刀刃較深切入支撐基材而較深地形成槽部的部分和刀刃較淺切入支撐基材而較淺地形成槽部的部分，因此，在刀刃較深切入而較深地形成槽部的部分，存在設置於加熱器圖案上的PBN絕緣層容易剝離，並且加熱器的使用溫度越高越易於剝離的問題。

這種製作上的問題，即使使用球頭立銑刀進行機械加工而形成加熱器圖案時也同樣會發生。在使用球頭立銑刀的情況下，由於其前端形狀是球面，所以在刀刃較深切入而較深地形成槽部的部分同時槽部也變寬，由於與變寬的槽部相鄰的發熱體的寬度相應地變窄，故存在形成局部發熱部的問題。為了避免上述問題，作為使切削工具的刀刃切入支撐基材的深度固定的方法，已知使切削工具的動作追隨支撐基材的直徑變化的所謂的仿削加工，但利用這種仿削加工存在車床昂貴的問題。

另外，在支撐基材的圓筒外表面各部位的直徑偏差大的情況下，有時在PG的導電性薄膜的表面黏貼所希望的加熱器圖案形狀的罩幕，通過噴砂處理加工形成加熱器圖案。但是，此種情況下，無變形地黏貼罩幕是很困難的，因此，形成為發熱體的寬度較寬的部分或較窄的部分、或者是槽部的寬度較寬的部分或較窄的部分，而存在於發熱體的寬度較窄的部分形成局部發熱部的問題。並且，在槽部窄的部分通電時發生短路的可能性增大，而且由於相鄰發熱體彼此之間距離非常近，故該區域的發熱體所占的比例增大，而槽部所占的比例減小，因此存在形成局部發熱部的問題。

此外，對伴隨該局部發熱和材料等的問題進行說明。在通過真空蒸鍍法形成無機材料膜或金屬材料膜時，需要一千數百℃的高溫加熱製程。例如，以Cu為蒸鍍源時即屬於這種情況，若將PG/PBN陶瓷加熱器用於這種用途時，陶瓷加熱器將被升溫至1300℃。而且，在加熱器圖案的折回部的內周側的局部發熱部或支撐基材的圓筒外表面各部位的局部發熱部，其溫度更高。雖然作為陶瓷加熱器的材料的PBN是比較穩定的物質，但在1300℃附近的高溫區域開始微量的自分解，而且溫度越高，這種自分解現象越加速，因此，如果陶瓷加熱器上多處存在上述的局部發熱部，將成為該局部發熱部中絕緣層的損耗更快進行的事態。

另外，當真空室內存在氧或水分時，這些氧或水分成為在高溫下會使PBN氧化損耗的主要原因，而且溫度越高，PBN的氧化越加快，因此，成為在局部發熱部中絕緣層的氧化損耗也更快進行的事態。

並且，如果上述PBN的自分解或氧化損耗長期持續發生的話，加熱器圖案的折回部內周側的絕緣層很快會完全消失而使發熱體露出，進而會發生發熱體產生飛散損耗而導致發熱體斷線的事態。

如上所述，如果在陶瓷加熱器內多處存在加熱器圖案的折回部中電流集中於內周側而引起的局部發熱部或因支撐基材的直徑的偏差引起的局部發熱部，在這些局部發熱部，在一千數百℃的高溫加熱製程中會助長和促進PBN絕緣層的剝離和PBN本身的損耗，因此，會產生陶瓷加熱器的壽命不能令人滿意的問題。

因此，本發明的目的在於，解決上述立體形狀的陶瓷加熱器中的諸問題，提供一種用於加熱真空蒸鍍裝置原料坩堝的長壽命的立體形狀的陶瓷加熱器。

為了達到上述目的，本發明人進行了深入的研究，結果發現將先前提出的專利文獻3中所記載的加熱器圖案應用於原料坩堝加熱用的立體形狀的陶瓷加熱器時，可以大幅度減少給壽命帶來損害的加熱器圖案的折回部的局部發熱部，並且發現，若將分割成多列的各電流通路的功率密度齊整為全部通路的電流密度(electric power density)平均值的±30%的範圍之內，則發熱不會集中於特定的電流通路，不容易產生各分割後的電流通路的溫度偏差，因此，能夠進一步延長陶瓷加熱器的壽命，從而促成了本發明的完成。

即，本發明是一種立體形狀的陶瓷加熱器，包括：立體形狀的包含電絕緣性陶瓷的支撐基材、設置於該支撐基材上的包含導電性陶瓷且形成有包含折回部的加熱器圖案的薄膜狀發熱體、設置在該發熱體上的包含電絕緣性陶瓷的絕緣層、以及用於將上述發熱體連接到電源的電力供給端子，所述立體形狀的陶瓷加熱器的特徵在於，上述加熱器圖案的折回部被沿著電流流動的方向分割成多個電流通路，並且，當該電流通路的一個分割區間被分割為N列(N為2以上的整數)電流通路時，第n列(n為1~N)電流通路的功率密度Xn滿足下式1。

並且，本發明的特徵在於，本發明的加熱器圖案在相鄰的折回部之間被沿著電流流動的方向連續地分割成多個電流通路，優選地，在被分割的所述電流通路的範圍內包含偶數個折回部。

再者，本發明的特徵在於，本發明的加熱器圖案從與一個電力供給端子相鄰的折回部到與其他的另一個電力供給端子相鄰的折回部，被沿著電流流動的方向連續地分割成多個電流通路，優選地，在電力供給端子和與該電力供給端子相鄰的折回部之間，也被沿著電流流動的方向分割成多個電流通路。

本發明的立體形狀優選圓筒形狀、有底容器形狀、舟狀或槽狀中任意一種，當所述支撐基材的形狀為圓筒形狀時，該圓筒形狀的圓筒外表面各部位的直徑的偏差優選在±0.025mm的範圍之內。

優選地，本發明的支撐基材包含熱解氮化硼，發熱體包含熱解石墨、含有硼和/或碳化硼的熱解石墨中的任意一種，絕緣層包含熱解氮化硼或含碳熱解氮化硼中的任意一種。

再者，優選地，為了使Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si中的任意一種蒸鍍原料熔融或昇華，本發明的立體形狀的陶瓷加熱器被用於將收容有該蒸鍍原料的真空蒸鍍裝置的原料坩堝加熱至1000℃以上的溫度。

根據本發明，能夠減少加熱器圖案的折回部的局部發熱，並且發熱不會集中於特定的電流通路，分割後的各電流通路的溫度偏差也能得到減少，因此能夠提供一種用於加熱真空蒸鍍裝置的原料坩堝的長壽命的立體形狀的PG/PBN製的陶瓷加熱器。

1‧‧‧電力供給端子

2a‧‧‧槽部

2b‧‧‧發熱體

3、5、14、15‧‧‧折回部

4‧‧‧折回部的內周側

6、11、12、16、18‧‧‧內周側的電流通路

7、10、13、17、19‧‧‧外周側的電流通路

8、9‧‧‧電流

圖1為本發明的陶瓷加熱器的加熱器圖案的分解圖。

圖2為將本發明的陶瓷加熱器的加熱器圖案折回部放大而表示電流通路的圖。

圖3為本發明的陶瓷加熱器的其他實施方式的加熱器圖案的分解圖。

圖4為本發明的陶瓷加熱器的另一個實施方式的加熱器圖案的分解圖，且為在實施例2中製作的陶瓷加熱器的加熱器圖案的分解圖。

圖5為對被分割的電流通路的功率密度進行說明的示意圖。

圖6(a)~圖6(b)為比較例的立體形狀的陶瓷加熱器的俯視圖和側視圖。

圖7為比較例的陶瓷加熱器的加熱器圖案的分解圖。

圖8為將比較例的陶瓷加熱器的加熱器圖案折回部放大而表示電流通路的圖。

圖9(a)~圖9(c)為表示實施例1和比較例1及比較例2的陶瓷加熱器的加熱器圖案的折回部的加熱狀態的外觀照片圖。

以下，在本發明的實施形態中使用圖式進行說明，但本發明並不限定於所述實施形態。另外，為了容易視覺辨認，圖式中的各構成要素的比例尺等與實際者適當不同。

本發明的陶瓷加熱器可以為圓筒形狀、有底容器形狀、舟狀、槽狀中任意一種形狀的立體形狀的PG/PBN製陶瓷加熱器，其形狀根據要加熱的原料坩堝的形狀而選擇最優的形狀即可。

本發明的陶瓷加熱器由包含電絕緣性陶瓷的支撐基材和設置於該支撐基材上的導電性陶瓷而構成。該導電性陶瓷部分即為形成有具有折回部的加熱器圖案的薄膜狀的發熱體。並且，在該發熱體之上形成包含電絕緣性陶瓷的絕緣層，同時形成有用於將發熱體連接到電源的電力供給端子。

圖1是本發明的陶瓷加熱器的加熱器圖案的分解圖，在電力供給端子1與下一個電力供給端子1之間，將折回部5的加熱器圖案沿著電流通路分割成了兩列，即內周側的電流通路6和外周側的電流通路7。這裏，基於圖2對該加熱器圖案的電流的流向進行說明。圖2是將沿著電流通路而被分割的折回部放大表示的圖，圖2中的半橢圓形的虛線箭頭表示流經發熱體的電流。流經發熱體的電流分別被分割為流經內周側電流通路6的電流8和流經外周側電流通路7的電流9，因此，使電流向折回部最內側的集中得到減少，從而能夠減少局部發熱。

不過，在該加熱器圖案中，由於內周側的電流通路6的長度比外周側的電流通路7的長度短，所以內周側的電流通路6的電阻值小於外周側的電流通路7的電阻值。因此，就圖1的加熱器圖案而言，雖然向折回部的最內側的電流集中得到了減少，但由於流向內周側的電流通路6的電流值更大，所以在減少電流集中方面尚有改善的餘地。

因此，若將加熱器圖案在多個折回部之間連續地進行分割，並使該分割部分包含偶數個折回部而形成的話，則能夠進一步減少局部發熱。圖3是在相鄰的兩個折回部之間沿著電流通路將加熱器圖案連續地分割成電流通路10和電流通路11的改善例。

並且，當被分割的電流通路部分包含偶數個折回部時，因為各電流通路的長度相同，所以各電流通路的電阻值幾乎沒有差異，流經各電流通路的電流值也幾乎沒有差異，故對防止加熱器圖案的折回部內周側的局部發熱更有效。

但是，圖3所示的分割為電流通路12和電流通路13的電流通路部分中，由於不包含偶數個折回部，所以電流通路12和電流通路13的電阻值之間產生差異。此種情況下，如圖3所示，優選通過將被分割的通路部分延伸到電力供給端子附近而盡可能地增加其全長，來相對地減小在折回部的內周側和外周側之間產生的電阻值的差異的影響。

再者，出於與圖3同樣的觀點，若從與加熱器圖案一側的電力供給端子相鄰的折回部到與其他的另一個的電力供給端子相鄰的折回部，在加熱器圖案的幾乎全長沿著電流流動的方向將電流通路連續地分割成多段的話，則能夠進一步減少局部發熱。

圖4是將從與一個的電力供給端子相鄰的折回部14到與其他的另一個的電力供給端子相鄰的折回部15的區間，在其全長連續地將電流通路2分割為內周側的電流通路16和外周側的電流通路17的改善例。

而且，如該改善例所示，若對電流通路進行分割，即使電流通路被分割的範圍內所包含的折回部的個數為奇數，由於分割部分的總長較長，各自的電流通路的電阻值的差異甚微，所以對防止局部發熱更為有效。

另外，如圖4所示，在折回部14和與其相鄰的電力供給端子之間以及折回部15和與其相鄰的電力供給端子之間電流通路也被2分割，所以內周側的電流通路16與外周側的電流通路17的電阻值之差進一步減小。

再者，對於分割成多個的電流通路部分的寬度，雖然優選分割成相同的寬度，但並非限定於此。另外，想要精密地形成陶瓷加熱器的溫度分布時，也可根據需要，將某個電流通路設定得寬一些，而將其他電流通路設定得窄一些，也可以在一個電流通路之內設定較寬的部分和較窄的部分。

下面，基於圖5對分割後的電流通路的電流密度進行說明。

圖5是電流通路被分割成N列的情況的示意圖。由於陶瓷加熱器的溫度決定於功率密度(每單位面積的消耗電力)，所以，若功率密度大，則該部分的溫度高，若功率密度小，則該部分的溫度低。例如，圖5所示的加熱器圖案的情況下，第n列電流通路的功率Pn、電阻值Rn、面積Sn、功率密度Xn分別可用下式表示。

第n列電流通路的功率Pn=V×In=V²/Rn

第n列電流通路的電阻值Rn=ρ×Ln/Wn×T

第n列電流通路的面積Sn=Wn×Ln

第n列電流通路的功率密度Xn=Pn/Sn

其中，In：流過第n列電流通路的電流

Ln：第n列電流通路的總長度(虛線的總長度)

Wn：第n列電流通路的寬度

V：被分割的電流通路兩端A-A'之間的電壓

T：發熱體的厚度

ρ：發熱體的電阻率

因此，根據以上關係式，第n列的分割後的電流通路的功率密度Xn可由下式求出：Xn=Pn/Sn=(V²×T/ρ)×1/Ln²

但是，當陶瓷加熱器用於真空蒸鍍裝置的原料坩堝的加熱時，由於升溫至約1300℃的高溫，如果各電流通路之間出現溫度偏差，將會給陶瓷加熱器的壽命帶來損壞。因此，為了使各分割後的電流通路之間難於產生溫度偏差，在本發明中設法使各電流通路的電流密度齊整為某一定的範圍。

即，當某個區間的發熱體被分割成N列(N為2以上的整數)電流通路的情況下，通過將各電流通路的功率密度齊整為從第1列到第N列的全體電流通路的功率密度平均值的±30%的範圍，來減少各電流通路間的溫度偏差，同時也能避免發熱集中於特定的電流通路上，從而也能減少折回部的局部發熱，故能夠對陶瓷加熱器的長壽命化做出顯著貢獻。

因此，本發明的特徵在於，當電流通路的一個分割區間被分割為N列(N為2以上的整數)電流通路時，第n列(n為1~N)電流通路的功率密度Xn滿足下式1。並且，其效果也可以在後面所述的實施例1和比較例1的結果中得到確認。

【式1】

當由上式1計算的電流通路的功率密度的比超過上限的1.3時，各電流通路的溫度容易產生偏差，給壽命帶來損壞。另外，如圖5所示，當該電流通路在第1列或第N列包含虛線圓圈所示的加熱器圖案折回部的最內周部分時，在最內周部分將發生由電流集中而引起的異常發熱，導致內周部分的絕緣層消失而發熱體斷線的事態。此外，若電流通路的功率密度小於下限的0.7，各分割通路的溫度同樣容易產生偏差，給壽命帶來損壞。

然後，在本發明的絕緣性陶瓷的支撐基材為圓筒形狀的情況下，如果支撐基材的圓筒外表面各部位的直徑的偏差在±0.025mm的範圍內，則當使用立銑刀對設置於支撐基材表面的薄膜狀的導電性陶瓷進行機械加工而形成加熱器圖案時，由於立銑刀的刀刃以幾乎恒定的深度切入支撐基材，能夠避免刀刃切入過深較深地形成槽部的部分，具有使設置於加熱器圖案上的電絕緣性陶瓷的絕緣層不容易剝離的效果。

另外，如果支撐基材的圓筒外表面各部位的直徑的偏差為±0.025mm的範圍內，使用球頭立銑刀進行機械加工而形成加熱器圖案時，由於球頭立銑刀的刀刃也同樣以恒定的深度切入支撐基材，所以槽部的粗細恒定，發熱體的寬度也恒定，故能避免形成異常發熱部。

再者，如果支撐基材的圓筒外表面各部位的直徑的偏差為±0.025mm的範圍內，在黏貼所希望的加熱器圖案形狀的罩幕，利用噴砂加工形成加熱器圖案時，也能夠容易地不發生變形地黏貼罩幕，槽部的粗細恒定且發熱體的寬度也恒定，故能避免異常發熱部分的形成，並且，由於避免了相鄰發熱體彼此之間形成得過於接近，故也能夠防止短路。

本發明的電絕緣性陶瓷的支撐基材優選為利用化學氣相沈積法而形成的熱解氮化硼，這種材料的支撐基材即便在1500℃附近的高溫加熱工藝中，而且即便在以100℃/min以上的速度急速升降溫的加熱工藝中也能夠穩定地使用。支撐基材的厚度優選0.5~2mm，更優選0.8~1.3mm。若支撐基材的厚度比0.5mm薄時，作業員進行處理時使其破損的危險性大，而若比2mm厚，則利用化學氣相沈積法進行支撐基材的生成時的時間變長，導致成本增加。

另一方面，包含導電性陶瓷的薄膜狀的發熱體，優選為通過化學氣相沈積法形成的熱解石墨、含有硼和/或碳化硼的熱解石墨中的任意一種。這種材料的發熱體能夠在高溫下穩定地使用，而且由於利用化學氣相沈積法生成，與作為向陶瓷表面形成發熱體的方法通常所採用的使用絲網印刷塗布導電性膏料的方法相比，純度高且厚度均勻，故優選。發熱體的厚度沒有特別限定，為了使加熱器的溫度達到目的溫度，並且將必要的區域升溫至必要的溫度，綜合考慮與電源容量或加熱器圖案的形狀的關係，選擇適當的厚度即可。優選10~300μm，特別優選30~150μm。

另外，包含電絕緣性陶瓷的絕緣層優選為通過化學氣相沈積法形成的熱解氮化硼、含碳熱解氮化硼的任意一種。若為這種材料的絕緣層，即便在1500℃附近的高溫加熱工藝中，而且即便在以100℃/min以上的速度急速升降溫的加熱工藝中也能夠穩定地使用。該絕緣層的厚度沒有特別限定，優選20~300μm，特別優選50~200μm。因為如果絕緣層的厚度比20μm薄，有引起絕緣破壞的危險，如果比300μm厚，則容易剝離。

由於本發明的陶瓷加熱器如以上構成，因此，即使在加熱溫度為1000℃以上的高溫加熱工藝中，也能夠長期穩定地使用。並且，在真空蒸鍍裝置中，為了使例如，Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si的蒸鍍原料熔融或昇華，即使用於加熱收容有蒸鍍原料的原料坩堝，也能夠長期穩定地使用。

[實施例]

(實施例1)

在實施例1中，在壓力10Torr、溫度1900℃下使氨4SLM與三氯化硼2SLM進行反應，製作直徑145mm、厚度1mm的熱解氮化硼製圓板。接著，在壓力5Torr、溫度1750℃下，使甲烷在該圓板上熱分解，設置厚度50μm的熱解石墨層，再對其實施機械加工，形成寬度為8mm的發熱體配置於圓板的直徑方向的加熱器圖案。如圖9(a)所示，形成在加熱器圖案上的一對折回部從一對折回部相向的位置E到離開30mm處被分割成寬4mm的內周側電流通路18和寬4mm的外周側電流通路19兩個電流通路。然後，在壓力10Torr、溫度1890℃的條件下使氨5SLM與三氯化硼2SLM在陶瓷加熱器上進行反應，被覆熱解氮化硼的絕緣層，從而完成陶瓷加熱器。對於該實施例1的陶瓷加熱器計算上述式1的功率密度比，其結果是，內周側通路的功率密度比為1.30，外周側通路的功率密度比為0.70，所以，滿足本發明的上述式1。

接著，將該陶瓷加熱器放入真空室，在加熱器上安裝上溫度測定用的熱電偶，然後，利用真空泵將真空室內減壓為1Pa。之後，向該陶瓷加熱器通電，升溫至1000℃。圖9(a)是在向1000℃升溫過程中的陶瓷加熱器的折回部分的外觀照片，由於流經發熱體的電流被分割成了內周側的電流通路18和外周側的電流通路19，所以在折回部的最內周側未觀測到局部發熱。

(比較例1)

在比較例1中，以與實施例1同樣的方式製作了陶瓷加熱器，不過，如圖9(b)所示，從一對折回部相向的位置F到離開15mm處分割為分割成內周側電流通路18和外周側電流通路19兩個電流通路。對於該比較例1的陶瓷加熱器計算上述式1的功率密度比，其結果是，內周側通路的功率密度比為1.56，外周側通路的功率密度比為0.44，所以超出了本發明的範圍。

接著，將該陶瓷加熱器放入真空室，在加熱器上安裝上溫度測定用的熱電偶，然後，利用真空泵將真空室內減壓為1Pa。之後，向該陶瓷加熱器通電，升溫至1000℃。圖9(b)是在向1000℃升溫過程中的陶瓷加熱器的折回部的外觀照片，雖然流經發熱體的電流被分割成了內周側的電流通路18和外周側的電流通路19，但流入內周側的電流通路18的電流比流入外周側的電流通路的電流大，在折回部的最內周側觀測到了局部發熱(箭頭所示部分)。

(比較例2)

在比較例2中，以與實施例1同樣的方式製作了陶瓷加熱器，不過，如圖9(c)所示，未對折回部的電流通路進行分割。將該陶瓷加熱器放入真空室，在加熱器上安裝上溫度測定用的熱電偶，然後，利用真空泵將真空室內減壓為1Pa。之後，向該陶瓷加熱器通電，升溫至1000℃。圖9(c)是在向1000℃升溫過程中的陶瓷加熱器的折回部的外觀照片，流經發熱體的電流集中在折回部的最內周側，並觀測到了局部發熱(箭頭所示部分)。

(實施例2)

在實施例2中，在壓力10Torr、溫度1900℃下使氨4SLM與三氯化硼2SLM進行反應，製作外徑85mm、高度200mm、厚度1.3mm的熱解氮化硼製圓筒。接著，在壓力5Torr、溫度1750℃下使甲烷在該圓筒上熱分解，設置厚度40μm的熱解石墨層，再對其實施機械加工，形成圖4所示的加熱器圖案。該加熱器圖案是在具有在電力供給端子之間分割的兩個電流通路的加熱器圖案中，從與一側的電力供給端子相鄰的折回部到與另一個的電力供給端子相鄰的折回部之間沿著電流流動的方向連續地分割成兩個電流通路16和17，並且，在折回部14和與其相鄰的電力供給端子之間，以及折回部15和與其相鄰的電力供給端子之間也分割成兩個電流通路16和17。電流通路16和17的寬度均為7.3mm，電流通路16的全長為141.9mm，並且電流通路17的全長為145.2mm。

然後，在壓力10Torr、溫度1900℃的條件下，使氨5SLM與三氯化硼2SLM在該陶瓷加熱器上進行反應，被覆熱解氮化硼的絕緣層，從而完成陶瓷加熱器。對於該實施例2的陶瓷加熱器計算上述式1的功率密度比，其結果是，電流通路16的功率密度比為1.02，電流通路17的功率密度比為0.98，所以滿足本發明的上述式1。

接著，將該陶瓷加熱器放入真空室，在加熱器上安裝上溫度測定用的熱電偶，然後，利用真空泵將真空室內減壓為1Pa。之後，向該陶瓷加熱器通電，升溫至1400℃附近。從真空室觀察窗使用溫度記錄儀(日本阿鼻歐尼克(AVIONICS)公司製造，機種名稱：Neo Thermo TVS-700)測定了加熱器表面的溫度分布，從結果可知，圖4所示的加熱器圖案上的非折回部的位置點A的溫度為1406℃，而位於加熱器圖案上的折回部處且位於被分割成兩個的電流通路的內周側的B點的溫度為1396℃。

從以上結果可知，如本發明那樣，在折回部進行了電流通路分割的加熱器圖案的情況下，折回部的內周側的溫度和非折回部的位置的溫度幾乎沒有差異，因此能夠防止局部加熱部的發生。

(比較例3)

在比較例3中，以與實施例2同樣的方式製作熱解氮化硼製圓筒，並在圓筒上設置熱解石墨層。對其施以機械加工，形成圖7所示的加熱器圖案。該加熱器圖案雖然在電力供給端子之間有兩個電流通路，但在各自的電流通路中未在折回部進行分割。然後，與實施例2同樣，被覆熱解氮化硼的絕緣層，從而完成陶瓷加熱器的製作。

接著，將該陶瓷加熱器放入真空室，在加熱器上安裝上溫度測定用的熱電偶，然後，利用真空泵將真空室內減壓為1Pa。之後，向該陶瓷加熱器通電，升溫至1400℃。從真空室觀察窗使用溫度記錄儀(日本AVIONICS公司製造，機種名稱：Neo Thermo TVS-700)測定了加熱器表面的溫度分布，從結果可知，加熱器圖案上的非折回部的位置點C的溫度為1402℃，而位於加熱器圖案上的折回部的最內周側的D點的溫度為1561℃。

從以上結果可知，如比較例3所示，在折回部未進行電流通路分割的加熱器圖案的情況下，在折回部的最內周側確認到異常高溫的局部加熱部。

1‧‧‧電力供給端子

5‧‧‧折回部

6‧‧‧內周側的電流通路

7‧‧‧外周側的電流通路

Claims

一種立體形狀的陶瓷加熱器，包括：立體形狀的包含電絕緣性陶瓷的支撐基材、設置於該支撐基材上的包含導電性陶瓷且形成有包含折回部的加熱器圖案的薄膜狀發熱體、設置在該發熱體上的包含電絕緣性陶瓷構成的絕緣層、以及用於將所述發熱體連接到電源的電力供給端子，所述立體形狀的陶瓷加熱器的特徵在於：所述加熱器圖案的折回部被沿著電流流動的方向分割成多個電流通路，並且，當該電流通路的一個分割區間被分割為N列(N為2以上的整數)電流通路時，第n列(n為1~N)電流通路的功率密度Xn滿足下式1
如申請專利範圍第1項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述加熱器圖案在相鄰的折回部之間被沿著電流流動的方向連續地分割成多個電流通路。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述加熱器圖案從與一個電力供給端子相鄰的折回部到與其他的另一個電力供給端子相鄰的折回部，被沿著電流流動的方向連續地分割成多個電流通路。
如申請專利範圍第2項或第3項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述加熱器圖案在被分割的所述電流通路的範圍內包含偶數個折回部。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述加熱器圖案在電力供給端子和與該電力供給端子相鄰的折回部之間，被沿著電流流動的方向分割成多個電流通路。
如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述立體形狀為圓筒形狀、有底容器形狀、舟狀或槽狀中任意一種。
如申請專利範圍第6項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中當所述支撐基材的形狀為圓筒形狀時，該圓筒形狀的圓筒外表面各部位的直徑的偏差在±0.025mm的範圍之內。
如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中所述支撐基材包含熱解氮化硼，所述發熱體包含熱解石墨、含有硼和/或碳化硼的熱解石墨中的任意一種，所述絕緣層包含熱解氮化硼或含碳熱解氮化硼中的任意一種。
如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的立體形狀的陶瓷加熱器，其中該立體形狀的陶瓷加熱器被用來將為了使Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si中的任意一種蒸鍍原料熔融或昇華而收容有所述蒸鍍原料的真空蒸鍍裝置的坩堝加熱至 1000℃以上的溫度。