CN104427666A - 立体形状的陶瓷加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于加热真空蒸镀装置的材料坩埚的长寿命立体形状的陶瓷加热器，本发明为一种陶瓷加热器，其包括：立体形状的电绝缘性陶瓷的支撑基材、由设置于该基材上的导电性陶瓷构成且形成有包含折回部的加热器图案的薄膜状发热体、设置在该发热体上的电绝缘性陶瓷的绝缘层、以及用于将发热体连接到电源的电力供给端子，本发明的特征在于，加热器图案的折回部被沿着电流流动的方向分割成N列电流通路，并且，某第n列电流通路的电力密度Xn齐整为整体的电力密度平均值的±30％的范围之内。

Description

立体形状的陶瓷加热器
技术领域
本发明涉及用于对在半导体、太阳电池、有机EL显示器等的制造工艺中使用的真空蒸镀装置的材料坩埚进行加热的立体形状的陶瓷加热器。
背景技术
真空蒸镀法作为薄膜形成方法之一为人所知。该真空蒸镀法是将蒸镀材料放入坩埚，并在真空装置内将坩埚加热至蒸镀材料的气化温度以上而产生蒸镀材料的蒸汽，从而沉积在基板上形成薄膜层的方法。并且，作为坩埚的加热方法，通常采用电阻加热、电子束加热、高频感应加热等。其中，作为电阻加热的方式，已知在坩埚的外侧缠绕用绝缘体保持的由钽丝或钨丝构成的发热体的结构(专利文献1)。
但是，在专利文献1的电阻加热方式中，由于发热体没有任何包覆层而是在导体裸露的状态下使用，所以有发生放电和短路的危险。另外，当发热体被加热到高温时，有时会发生因发热体的脆化或散射而引起的损耗等造成断线。
另一方面，专利文献2中记载了如下的陶瓷加热器(PG/PBN加热器)：在由化学气相沉积法生成的热解氮化硼(PBN)的支撑基材上，通过化学气相沉积法形成热解碳(PG)的导电性薄膜，并对其进行加工形成所期望的加热器发热体，再通过化学气相沉积法在该加热器发热体上包覆热解氮化硼的绝缘层。
专利文献2所记载的陶瓷加热器，由于发热体由绝缘层所包覆，故没有放电和短路的担心，并且，因为支撑基材、发热体及绝缘层均通过化学气相沉积法制造，故具有高纯度而不容易产生杂质的优点。
但是，由于这种陶瓷加热器是用于加热形成半导体晶片或薄膜时的基板的平板状的加热器，故无法将这种陶瓷加热器直接应用于加热真空蒸镀装置的材料坩埚。另外，即使应用于加热温度上升至1000℃以上的材料坩埚的加热，若采用这种陶瓷加热器的加热器图案，在其折回部流动的电流会集中于内周侧，折回部的内周侧产生局部过热，而外周侧出现低温，因此，从长期稳定使用的角度考虑，在耐久性和寿命方面存在问题。
专利文献3中记载了一种为了解决以往的平板状陶瓷加热器的均匀加热问题而在加热器图案的折回部沿着电流流动的方向分割成多个流路的陶瓷加热器。然而，这种改良后的陶瓷加热器也是为了均匀地加热平板状的被加热体而改进的，并不适用于立体形状的材料坩埚的高温加热。另外，对于能否将这种陶瓷加热器作为加热温度为1000℃以上的材料坩埚的加热器长期稳定地使用(长寿命化)，专利文献3也并未给出任何启示。
专利文献
专利文献1:日本特开2007-262478
专利文献2:日本特开2001-6854
专利文献3:日本特开2001-342071
发明内容
发明要解决的课题
不过，作为PG/PBN制的陶瓷加热器，其形状除了平板状的之外，也有采用圆筒形状等立体形状的。例如，在制作呈圆通形状的立体形状的陶瓷加热器时，其加热器图案的加工可通过如下方法进行：利用加工中心(machiningcenter)等的机床和前端形状平坦的立铣刀或球头立铣刀等的切削工具，将导电性薄膜机械加工成所希望的加热器图案形状，或者将所希望的加热器图案形状的膜罩贴在导电性薄膜表面后通过喷砂处理去掉不需要的导电性薄膜。
但是，通过这种方法制作的立体形状的PG/PBN陶瓷加热器，当用于真空蒸镀装置的材料坩埚时，由于存在在一千数百℃的高温下的寿命不能令人满意的问题，下面，使用附图对该问题进行具体说明。
首先，说明伴随于加热器图案的问题。图6(a)是从上方观察圆通形状的PG/PBN陶瓷加热器时的俯视图，图6(b)是从侧面观察圆通形状的PG/PBN陶瓷加热器时的侧视图，图7是圆筒形状的PG/PBN陶瓷加热器的分解图，表示陶瓷加热器的图案形状。
这种陶瓷加热器的图案形状由规定电路通路的槽部2a和发热体2b构成。该槽部2a通过对于设置在热解氮化硼PBN的支撑基材上的热解碳PG的导电性薄膜，实施采用立铣刀进行的机械加工及喷砂处理等之后，去掉不需要的导电性薄膜而形成。该槽部2a以外的残留于支撑基材上的PG的导电性薄膜部分成为发热体2b。并且，在上述结构的陶瓷加热器的一端形成有电力供给端子1，从该电力供给端子1流入的电流沿着发热体2b流动，并在加热器图案折回部3改变方向，流向相反测的电力供给端子1。
图8是上述加热器图案的折回部的放大图。图8中的半椭圆形的虚线箭头表示流过发热体2b的电流。如图8所示，该电流在加热器图案的折回部3处集中于内周侧4，因此，在折回部3的内周侧4处会出现局部发热现象。这是由电流总是流向电阻低的一侧的特性所决定的，电流所流动的通路越靠折回部3的内周侧4，电流通路的长度越短电阻越低，故电流集中于折回部3的内周侧4，因此，存在在多处形成与发热体3a上的折回部3的个数相应的局部发热部的问题。
其次，对伴随于圆筒形状的陶瓷加热器的制作的问题进行说明。在制作圆筒形状的陶瓷加热器时，如果支撑基材的圆筒外表面各部位的直径的偏差大，则在利用立铣刀对支撑基材表面的PG导电性薄膜进行加工而形成加热器图案时，会出现立铣刀的刀刃较深切入支撑基材而较深地形成槽部的部分和刀刃较浅切入支撑基材而较浅地形成槽部的部分，因此，在刀刃较深切入而较深地形成槽部的部分，存在设置于加热器图案上的PBN绝缘层容易剥离，并且加热器的使用温度越高越易于剥离的问题。
这种制作上的问题，即使使用球头立铣刀进行机械加工而形成加热器图案时也同样会发生。在使用球头立铣刀的情况下，由于其前端形状是球面，所以在刀刃较深切入而较深地形成槽部的部分同时槽部也变宽，由于与变宽的槽部相邻的发热体的宽度相应地变窄，故存在形成局部发热部的问题。为了避免上述问题，作为使切削工具的刀刃切入支撑基材的深度固定的方法，已知使切削工具的动作追随支撑基材的直径变化的所谓的仿削加工，但利用这种仿削加工存在车床昂贵的问题。
另外，在支撑基材的圆筒外表面各部位的直径偏差大的情况下，有时在PG的导电性薄膜的表面粘贴所希望的加热器图案形状的膜罩，通过喷砂处理加工形成加热器图案。但是，此种情况下，无变形地粘贴膜罩是很困难的，因此，形成为发热体的宽度较宽或较窄的部分和槽部的宽度较宽或较窄的部分。并且，在槽部窄的部分通电时发生短路的可能性增大，而且由于相邻发热体彼此之间距离非常近，故该区域的发热体所占的比例增大，而槽部所占的比例减小，因此存在形成局部发热部的问题。
此外，对伴随该局部发热和材料等的问题进行说明。在通过真空蒸镀法形成无机材料膜或金属材料膜时，需要一千数百℃的高温加热工艺。例如，以Cu为蒸镀源时即属于这种情况，若将PG/PBN陶瓷加热器用于这种用途时，陶瓷加热器将被升温至1300℃。而且，在加热器图案的折回部的内周侧的局部发热部及支撑基材的圆筒外表面个部位的布局发热部，其温度更高。虽然作为陶瓷加热器的材料的PBN是比较稳定的物质，但在1300℃附近的高温区域开始微量的自分解，而且温度越高，这种自分解现象越加速，因此，如果陶瓷加热器上多处存在上述的局部发热部，将导致在这些局部发热部处绝缘层的损耗加快。
另外，当真空室内存在氧或水分时，这些氧或水分在高温下会导致PBN的氧化损耗，而且温度越高，PBN的氧化越加快，因此，导致在局部发热部的绝缘层的氧化损耗也加快。
并且，如果上述PBN的自分解或氧化损耗长期持续发生的话，加热器图案的折回部内周侧绝缘层很快会完全消失而使发热体露出，进而会发生发热体的散射损耗导致发热体断线造成事故。
如上所述，如果在陶瓷加热器内多处存在因加热器图案的折回部电流集中于内周侧而引起的局部发热部或因支撑基材的直径的偏差引起的局部发热部，在这些局部发热部，在一千数百℃的高温加热工艺中会助长和促进PBN绝缘层的剥离和PBN本身的损耗，因此，会产生陶瓷加热器的寿命不能令人满意的问题。
因此，本发明的目的在于，解决上述立体形状的陶瓷加热器中的诸问题，提供一种用于加热正空蒸镀装置材料坩埚的长寿命的立体形状的陶瓷加热器。
为了达到上述目的，本发明人进行了深入的研究，其结果，使得将先前提出的专利文献3中所记载的加热器图案适用于材料坩埚加热用的立体形状的陶瓷加热器时给寿命带来损害的加热器图案的折回部的局部发热部大幅度减轻，并且发现，若将分割成多列的各电流通路的电流通路齐整为全体的电力密度(electric power density)平均值的±30％的范围之内，则发热不会集中于特定的电流通路，不容易产生各分割后的电流通路的温度偏差，因此，能够进一步延长陶瓷加热器的寿命，从而促成了本发明的完成。
解决问题的技术方案
即，本发明是一种立体形状的陶瓷加热器，包括：由立体形状的电绝缘性陶瓷构成的支撑基材、由设置于该基材上的导电性陶瓷构成且形成有包含折回部的加热器图案的薄膜状发热体、由设置在该发热体上的电绝缘性陶瓷构成的绝缘层、以及用于将上述发热体连接到电源的电力供给端子，所述立体形状的陶瓷加热器的特征在于，上述加热器图案的折回部被沿着电流流动的方向分割成多个电流通路，并且，当该电流通路的一个分割区间被分割为N列(N为2以上的整数)电流通路时，第n列(n为1～N)电流通路的电力密度Xn满足下式1。
【式1】
0.7 ≤ Xn Σ n = 1 N Xn N ≤ 1.3
并且，本发明的特征在于，本发明的加热器图案在相邻的折回部之间被沿着电流流动的方向连续地分割成多个电流通路，优选地，在被分割的所述电流通路的范围内包含偶数个折回部。
再者，本发明的特征在于，本发明的加热器图案从与一个电力供给端子相邻的折回部到与其他的另一个电力供给端子相邻的折回部，被沿着电流流动的方向连续地分割成多个电流通路，优选地，在电力供给端子和与该电力供给端子相邻的折回部之间，也被沿着电流流动的方向分割成多个电流通路。
本发明的立体形状优选圆筒形状、有底容器形状、舟状或槽状中任意一种，当所述支撑基材的形状为圆筒形状时，该圆筒形状的圆筒外面各部位的直径的偏差优选在±0.025mm的范围之内。
优选地，本发明的支撑基材由热解氮化硼构成，发热体由热解石墨、含有硼和/或碳化硼的热解石墨中的任意一种构成，绝缘层由热解氮化硼或含碳热解氮化硼中的任意一种构成。
再者，优选地，为了使Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si中的任意一种蒸镀材料熔融或升华，本发明的立体形状的陶瓷加热器被用于将收容有该蒸镀材料的真空蒸镀装置的材料坩埚加热至1000℃以上的温度。
发明的效果
根据本发明，能够减轻加热器图案的折回部的局部发热，并且发热不会集中于特定的电流通路，分割后的各电流通路的温度偏差也能得到减轻，因此能够提供一种用于加热真空蒸镀装置的材料坩埚的长寿命的立体形状的PG/PBN制的陶瓷加热器。
附图说明
图1本发明的陶瓷加热器的加热器图案的分解图。
图2将本发明的陶瓷加热器的加热器图案折回部放大而表示电流通路的图。
图3本发明的陶瓷加热器的其他实施方式的加热器图案的分解图。
图4本发明的陶瓷加热器的另一个实施方式的加热器图案的分解图，在实施例2中制作的陶瓷加热器的加热器图案的分解图。
图5对被分割的电流通路的电力密度进行说明的示意图。
图6由(a)和(b)两图组成，为比较例的立体形状的陶瓷加热器的俯视图和侧视图。
图7比较例的陶瓷加热器的加热器图案的分解图。
图8将比较例的陶瓷加热器的加热器图案折回部放大而表示电流通路的图。
图9由(a)、(b)以及(c)三个图组成，表示实施例1和比较例1及比较例2的陶瓷加热器的加热器图案的折回部的加热状态的外观照片图。
具体实施方式
以下，对本发明的一个实施方式进行具体说明，不过本发明并不限定于该实施方式。
本发明的陶瓷加热器可以为圆筒形状、有底容器形状、舟状、槽状中任意一种形状的立体形状的PG/PBN制陶瓷加热器，其形状根据要加热的材料坩埚的形状而选择最优的形状即可。
本发明的陶瓷加热器由电绝缘性陶瓷构成的支撑基材和设置于该支撑基材上的导电性陶瓷而构成。该导电性陶瓷部分即为形成有具有折回部的加热器图案的薄膜状的发热体。并且，在该发热体之上形成由电绝缘性陶瓷构成的绝缘层，同时形成有将发热体连接到电源的电力供给端子。
图1是本发明的陶瓷加热器的加热器图案的分解图，在电力供给端子1与下一个电力供给端子1之间，将折回部5的加热器图案沿着电流通路分割成了两列，即内周侧的电流通路6和外周侧的电流通路7。这里，基于图2对该加热器图案的电流的流向进行说明。
图2是将沿着电流通路而被分割的折回部放大表示的图，图2中的半椭圆形的虚线箭头表示在发热体内流动的电流。流经发热体的电流分别被分割为流经内周侧电流通路6的电流8和流经外周侧电流通路7的电流9，因此，使电流向折回部最内侧的集中得到减轻，从而能够减轻局部发热。
不过，在该加热器图案中，由于内周侧的电流通路6的长度比外周侧的电流通路7短，所以内周侧的电流通路6的电阻值小于外周侧的电流通路7的电阻值。因此，就图1的加热器图案而言，虽然向折回部的最内侧的电流集中得到了减轻，但由于流向内周侧的电流通路6的电流值更大，所以在减轻电流集中方面尚有改善的余地。
因此，若将加热器图案在多个折回部之间连续地进行分割，并使该分割部分包含偶数个折回部而形成的话，则能够进一步减轻局部发热。图3是在相邻的两个折回部之间沿着电流通路将加热器图案连续地分割成电流通路10和电流通路11的改善例。
并且，当被分割的电流通路部分包含偶数个折回部时，因为各电流通路的长度相同，所以各电流通路的电阻值几乎没有差异，流经各电流通路的电流值也几乎没有差异，故对防止加热器图案的折回部内周侧的局部发热更有效。
但是，图3所示的分割为电流通路12和电流通路13的电流通路中，由于不包含偶数个折回部，所以电流通路12和电流通路13的电阻值之间产生差异。此种情况下，如图3所示，优选通过将被分割的通路部分延伸到电力供给端子附近而尽可能地增加其全长，来相对地减小在折回部的内周侧和外周侧之间产生的电阻值得差异的影响。
再者，出于与图3同样的观点，若从与加热器图案一侧的电力供给端子相邻的折回部到与其他的另一方的电力供给端子相邻的折回部，对加热器的几乎全长沿着电流流动的方向将电流通路连续地分割成多段的话，则能够进一步减轻局部发热。
图4是将从与一方的电力供给端子相邻的折回部14到与其他的另一方的电力供给端子相邻的折回部15的区间，对其全长连续地2分割为电流通路为内周侧的电流通路16和外周侧的电流通路17的改善例。
而且，如该改善例所示，若对电流通路进行分割，即使电流通路被分割的范围内所包含的折回部的个数为奇数，由于分割部分的长度较长，各自的电流通路的电阻值的差异甚微，所以对防止局部发热更为有效。
另外，如图4所示，在折回部14和与其相邻的电力供给端子之间以及折回部15和与其相邻的电力供给端子之间电流通路也被2分割，所以内周侧的电流通路16与外周侧的电流通路17的电阻值之差进一步减小。
再者，对于分割成多个的电流通路的宽度，虽然优选分割成相同的宽度，但并非限定于此。另外，想要精密地形成陶瓷加热器的温度分布时，也可根据需要，将某个电流通路设定得宽一些，而将其他电流通路设定得窄一些，也可以在一个电流通路之内设定较宽的部分和较窄的部分。
下面，基于图5对分割后的电流通路的电力密度进行说明。
图5是电流通路被分割成N列的情况的示意图。由于陶瓷加热器的温度决定于电力密度(每单位面积的消耗电力)，所以，若电力密度大，则该部分的温度高，若电力密度小，则该部分的温度低。例如，图5所示的加热器图案的情况下，第n列电流通路的功率Pn、电阻值Rn、面积Sn、电力密度Xn分别可用下式表示。
第n列电流通路的功率Pn＝V×In＝V2/Rn
第n列电流通路的电阻值Rn＝ρ×Ln/Wn×T
第n列电流通路的面积Sn＝Wn×Ln
第n列电流通路的电力密度Xn＝Pn/Sn
其中，
In：流过第n列电流通路的电流
Ln：第n列电流通路的总长度(虚线长度)
Wn：第n列电流通路的宽度
V：被分割的电流通路两段A-A'之间的电压
T：发热体的厚度
ρ：发热体的电阻率
因此，根据以上关系，第n列的分割后的电力通路的电力密度可由下式求出：
Xn＝Pn/Sn＝(V2×T/ρ)×1/Ln2
但是，当陶瓷加热器用于真空蒸镀装置的材料坩埚的加热时，由于需要升温至1300℃的高温，如果各电流通路之间出现温度偏差，将会给陶瓷加热器的寿命带来损坏。因此，为了使各分割后的电流通路之间难于产生温度偏差，在本发明中设法使各电流通路的电力密度齐整为某一定的范围。
即，当某个区间的发热体被分割成N列(N为2以上的整数)电流通路的情况下，通过将各电流通路的电力密度齐整为从第1列到第N列的全体电流通路的电力密度平均值的±30％的范围，来减轻各电流通路间的温度偏差，同时也能避免发热集中于某特定的电流通路上，从而也能减轻折回部的局部发热，故能够对陶瓷加热器的长寿命化做出显著贡献。
因此，本发明的特征在于，当电流通路的一个分割区间被分割为N列(N为2以上的整数)电流通路时，第n列(n为1～N)电流通路的电力密度Xn满足下式1。并且，其效果也可以在后面所述的实施例1和比较例1的结果中得到确认。
【式1】
0.7 ≤ Xn Σ n = 1 N Xn N ≤ 1.3
当由上式计算的电流通路的电力密度的比超过1.3时，各电流通路的温度容易产生偏差，给寿命带来损坏。另外，如图5所示，当该电流通路在第1列或第N列包含虚线圆圈所示的加热器图案折回部的最内周部分时，在最内周部分将发生由电流集中而引起的异常发热，导致内周侧的绝缘层消失而引起断线。此外，若电流通路的电力密度的下限小于0.7，各分割通路的温度同样会产生偏差，给寿命带来损坏。
然后，在本发明的绝缘性陶瓷的支撑基材为圆筒形状的情况下，如果支撑基材的圆筒外表面各部位的直径的偏差在±0.025mm的范围内，则当使用立铣刀对设置于支撑基材表面的薄膜状的导电性陶瓷进行机械加工而形成加热器图案时，由于立铣刀的刀刃以几乎恒定的深度切入支撑基材，能够避免刀刃切入过深而形成的槽部过深的部分，具有使设置于加热器图案上的电绝缘性陶瓷的绝缘层不容易剥离的效果。
另外，如果支撑基材的圆筒外表面各部位的直径的偏差为±0.025mm的范围内，使用球头立铣刀进行机械加工而形成加热器图案时，由于球头立铣刀的刀刃也同样以恒定的深度切入，所以槽部的粗细恒定，发热体的宽度也恒定，故能避免形成异常发热部。
再者，如果支撑基材的圆筒外表面各部位的直径的偏差为±0.025mm的范围内，在粘贴所希望的加热器图案形状的膜罩，利用喷砂加工形成加热器图案时，也能够容易地不发生变形地粘贴膜罩，槽部的粗细恒定且发热体的宽度也恒定，故能避免异常发热部分的形成，并且，由于避免了相邻发热体彼此之间形成得过于接近，故也能够防止短路。
本发明的电绝缘性陶瓷的支撑基材优选为利用化学气相沉积法而形成的热解氮化硼，这种材料的支撑基材即便在1500℃附近的高温加热工艺中，而且即便在以100℃/min以上的速度急速升降温的加热工艺中也能够稳定地使用。支撑基材的厚度优选0.5～2mm，更优选0.8～1.3mm。若支撑基材的厚度比0.5mm薄时，作业员进行处理时使其破损的危险性大，而若比2mm厚，则利用化学气相沉积法进行支撑基材的生成时的时间变长，导致成本增加。
另一方面，由导电性陶瓷构成的薄膜状的发热体，优选为通过化学气相沉积法形成的热解石墨、含有硼和/或碳化硼的热解石墨中的任意一种构成。这种材料的发热体能够在高温下稳定地使用，而且由于利用化学气相沉积法生成，与作为向陶瓷表面形成发热体的方法通常所采用的使用丝网印刷涂布导电性膏料的方法相比，纯度高且厚度均匀，故优选。发热体的厚度没有特别限定，为了使加热器的温度达到目的温度，并且将必要的范围升温至必要的温度，综合考虑与电源容量及加热器图案的形状的关系，选择适当的厚度即可。优选10～300μm，特别优选30～150μm。
另外，由电绝缘性陶瓷构成的绝缘层优选为通过化学气相沉积法形成的热解氮化硼、含碳热解氮化硼这种的任意一种。若为这种材料的绝缘层，即便在1500℃附近的高温加热工艺中，而且即便在以100℃/min以上的速度急速升降温的加热工艺中也能够稳定地使用。该绝缘层的厚度没有特别限定，优选20～300μm，特别优选50～200μm。因为如果绝缘层的厚度比20μm薄，有引起绝缘破坏的危险，如果比300μm厚，则容易剥离。
由于本发明的陶瓷加热器如以上构成，因此，即使在加热温度为1000℃以上的高温加热工艺中，也能够长期稳定地使用。并且，在真空蒸镀装置中，为了使例如，Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si的蒸镀材料熔融或升华，即使用于加热收容有蒸镀材料的材料坩埚，也能够长期稳定地使用。
实施例
(实施例1)
在实施例1中，在压力10Torr、温度1900℃下使氨4SLM与三氯化硼2SLM进行反应，制作直径145mm、厚度1mm的热解氮化硼制圆板。接着，在压力5Torr、温度1750℃下，使甲烷在该圆板上热分解，设置厚度50μm的热解石墨层，再对其实施机械加工，形成宽度为8mm的发热体配置于圆板的径方向加热器图案。如图9(a)所示，形成在加热器图案上的一对折回部从一对折回部相向的位置E到离开30mm处被分割成宽4mm的内周侧电流通路18和宽4mm的外周侧电流通路19两个电流通路。然后，在压力10Torr、温度1890℃的条件下使氨5SLM与三氯化硼2SLM在陶瓷加热器上进行反应，被覆热解氮化硼的绝缘层，从而完成陶瓷加热器的制作。对于该实施例1的陶瓷加热器计算上述式1的电力密度比，其结果是，内周侧通路的电力密度比为1.30，外周侧通路的电力密度比为0.7，所以，满足本发明的上述式1。
接着，将该陶瓷加热器放入真空室，在加热器上安装上温度测定用的热电偶，然后，利用真空泵将真空室内减压为1Pa。之后，向该陶瓷加热器通电，升温至1000℃。图9(a)是在向1000℃升温过程中的陶瓷加热器的折回部的外观照片，由于流过发热体的电流被分割成了内周侧的电流通路18和外周侧的电流通路19，所以在折回部的最内周侧未观测到局部发热。
(比较例1)
在比较例1中，以与实施例1同样的方式制作了陶瓷加热器，不过，如图9(b)所示，从一对折回部相向位置F到离开15mm处分割为分割成内周侧电流通路18和外周侧电流通路19两个电流通路。对于该比较例1的陶瓷加热器计算上述式1的电力密度比，其结果是，内周侧通路的电力密度比为1.56，外周侧通路的电力密度比为0.44，所以超出了本发明的范围。
接着，将该陶瓷加热器放入真空室，在加热器上安装上温度测定用的热电偶，然后，利用真空泵将真空室内减压为1Pa。之后，向该陶瓷加热器通电，升温至1000℃。图9(b)是在向1000℃升温过程中的陶瓷加热器的折回部的外观照片，虽然流过发热体的电流被分割成了内周侧的电流通路18和外周侧的电流通路19，但流入内周侧电流通路18的电流比流入外周侧电流通路的电流大，在折回部的最内周侧观测到了局部发热(箭头所示部分)。
(比较例2)
在比较例2中，以与实施例1同样的方式制作了陶瓷加热器，不过，如图9(c)所示，未对折回部的电流通路进行分割。将该陶瓷加热器放入真空室，在加热器上安装上温度测定用的热电偶，然后，利用真空泵将真空室内减压为1Pa。之后，向该陶瓷加热器通电，升温至1000℃。图9(c)是在向1000℃升温过程中的陶瓷加热器的折回部的外观照片，流过发热体的电流集中在折回部的最内周侧，并观测到了局部发热(箭头所示部分)。
(实施例2)
在实施例2中，在压力10Torr、温度1900℃下使氨4SLM与三氯化硼2SLM进行反应，制作外径85mm、厚度1.3mm的热解氮化硼制圆筒。接着，在压力5Torr、温度1750℃下使甲烷在该圆筒上热分解，设置厚度40μm的热解石墨层，再对其实施机械加工，形成图4所示的加热器图案。该加热器图案是在具有在电力供给端子之间分割的两个电流通路的加热器图案中，在与一方的电力供给端子相邻的折回部到与另一方的电力供给端子相邻的折回部之间沿着电流流动的方向连续地分割成两个电流通路16和17，并且，在折回部14和与其相邻的电力供给端子之间，以及折回部15和与其相邻的电力供给端子之间也分割成两个电流通路16和17。电流通路16和17的宽度均为7.3mm，电流通路16的全长为141.9mm，电流通路17的全长为145.2mm。
然后，在压力10Torr、温度1900℃的条件下，使氨5SLM与三氯化硼2SLM在该陶瓷加热器上进行反应，被覆热解氮化硼的绝缘层，从而完成陶瓷加热器的制作。对于该实施例2的陶瓷加热器计算上述式1的电力密度比，其结果是，电流通路16的电力密度比为1.02，电流通路17的电力密度比为0.98，所以满足本发明的上述式1。
接着，将该陶瓷加热器放入真空室，在加热器上安装上温度测定用的热电偶，然后，利用真空泵将真空室内减压为1Pa。之后，向该陶瓷加热器通电，升温至1400℃附近。从真空室观察窗使用温度记录仪(日本AVIONICS公司制造，产品名称：Neo Thermo TVS-700)测定了加热器表面的温度分布，从结果可知，图4所示的加热器图案上的非折回部位置点A的温度为1406℃，而位于加热器图案上的折回部处且被分割成两个的电流通路的内周侧的B点的温度为1396℃。
从以上结果可知，如本发明那样，在折回部进行了电流通路分割的加热器图案的情况下，折回部的内周侧的温度和非折回部的位置的温度几乎没有差异，因此能够防止局部加热部分的发生。
(比较例3)
在比较例3中，以与实施例2同样的方式制作热解氮化硼圆筒，并在圆通上设置热解石墨层，在对其施以机械加工，形成图7所示的加热器图案。该加热器图案虽然在电力供给端子之间有两个电流通路，但在各自的电流通路中未在折回部进行分割。然后，与实施例2同样，被覆热解氮化硼的绝缘层，从而完成陶瓷加热器的制作。
接着，将该陶瓷加热器放入真空室，在加热器上安装上温度测定用的热电偶，然后，利用真空泵将真空室内减压为1Pa。之后，向该陶瓷加热器通电，升温至1400℃。从真空室观察窗使用温度记录仪(日本AVIONICS公司制造，产品名称：Neo Thermo TVS-700)测定了加热器表面的温度分布，从结果可知，加热器图案上的非折回部位置点C的温度为1402℃，而位于加热器图案上的折回部的最内周侧的D点的温度为1561℃。
从以上结果可知，如比较例3所示，在折回部未进行电流通路分割的加热器图案的情况下，在折回部的最内周侧确认到异常高温的局部加热部。
标号说明
1   电力供给端子
2a  槽部
2b  发热体
3,5,14,15  折回部
4   折回部的内周侧
6,11,12,16,18  内周侧的电流通路
7,10,13,17,19  外周侧的电流通路
8,9   电流

Claims (9)

1.一种立体形状的陶瓷加热器，包括：由立体形状的电绝缘性陶瓷构成的支撑基材、由设置于该基材上的导电性陶瓷构成且形成有包含折回部的加热器图案的薄膜状发热体、由设置在该发热体上的电绝缘性陶瓷构成的绝缘层以及用于将所述发热体连接到电源的电力供给端子，其特征在于：所述加热器图案的折回部被沿着电流流动的方向分割成多个电流通路，并且，该电流通路的一个分割区间被分割为N列(N为2以上的整数)电流通路时，第n列(n为1～N)电流通路的电力密度Xn满足下式1。
【式1】
0.7 ≤ Xn Σ n = 1 N Xn N ≤ 1.3
2.如权利要求1所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述加热器图案在相邻的折回部之间被沿着电流流动的方向连续地分割成多个电流通路。
3.如权利要求1或2所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述加热器图案从与一个电力供给端子相邻的折回部到与其他的另一个电力供给端子相邻的折回部，被沿着电流流动的方向连续地分割成多个电流通路。
4.如权利要求2或3所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述加热器图案在被分割的所述电流通路的范围内包含偶数个折回部。
5.如权利要求1至4中任一项所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述加热器图案在电力供给端子和与该电力供给端子相邻的折回部之间，被沿着电流流动的方向分割成多个电流通路。
6.如权利要求1至5中任一项所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述立体形状可以是圆筒形状、有底容器形状、舟状或槽状中任意一种。
7.如权利要求6所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，当所述支撑基材的形状为圆筒形状时，该圆筒形状的圆筒外表面各部位的直径的偏差在±0.025mm的范围之内。
8.如权利要求1至7中任一项所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，所述支撑基材由热解氮化硼构成，所述发热体由热解石墨、含有硼和/或碳化硼的热解石墨中的任意一种构成，所述绝缘层由热解氮化硼或含碳热解氮化硼中的任意一种构成。
9.如权利要求1至8中任一项所述的立体形状的陶瓷加热器，其特征在于，该立体形状的陶瓷加热器被用来将为了使Ag、Al、Au、Cr、Cu、Ga、Ge、In、Si中的任意一种蒸镀材料熔融或升华而收容有所述蒸镀材料的真空蒸镀装置的坩埚加热至1000℃以上的温度。
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