CN108012351A - 加热元件 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种加热元件，其在棒状部的与发热体的连接部中，棒状部的与发热体相连接的面上设置有连接手段，在棒状部的设置有连接手段的面的相反侧的面上形成有供电端子，所述供电端子用于供电至加热元件，并且在供电端子上具有用于固定加热元件的固定手段，并且，棒状部在连接手段与固定手段之间具有空洞部。由此，提供一种加热元件，其能够抑制供电端子的腐蚀，耐久性高、制造成本低并且温度分布良好。

Description

加热元件
技术领域
本发明涉及一种加热元件，其作为加热源而被使用在半导体器件或光学器件制造工艺等之中的晶片(Wafer)加热、原料加热步骤、单晶制造时、太阳能电池制造时等制造工艺中。
背景技术
以往，作为半导体制造工艺和光学制造工艺所使用的电阻加热式加热器，使用下述加热器：在由氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硼等陶瓷烧结体所构成的支撑基板上，缠绕或黏接钼、钨等高熔点金属的线材或箔作为发热体后，在其上承载电绝缘性陶瓷板而成的加热器；或是直接埋设发热体并同时焙烧而成的加热器。又，作为将此加热器加以改良而成的加热器，开发了一种在电绝缘性陶瓷支撑基板上设置导电性陶瓷发热层后，在其上施行电绝缘性陶瓷的被覆所制成的电阻加热式加热元件，进而提升了绝缘性、耐蚀性。
通常，就陶瓷支撑基板而言，使用了一种对原料粉体添加烧结助剂并加以焙烧而成的烧结体。然而，因为添加了烧结助剂，所以会有加热时的杂质污染和耐蚀性降低等的顾虑。进一步，因为是烧结体，在耐热冲击性这点也有问题，特别是如果大型化则会有源自烧结性不均所产生的基材破裂等顾虑，而有无法适用于必须快速升降温的工艺的问题。
因此，开发了一体型的电阻加热式多层陶瓷加热器，其作为一种高纯度且化学稳定的耐热冲击(thermal shock)的加热器，广泛地用于必须急速升降温的各种领域，特别是用于一片一片地处理半导体晶片的单晶片处理(single wafer processing)而需要阶段性改变温度来实行处理的连续工艺等之中，并且，所述一体型的电阻加热式多层陶瓷加热器是如下所述地制成：在由通过热化学气相沉积法(以下，也称作热CVD法)成膜的热解氮化硼(以下，也称作PBN)所构成的支撑基板的表面上，通过由热CVD法成膜的热解石墨(pyrolytic graphite，以下也称作PG)所构成的发热层被接合至支撑基板的表面，进一步，在发热层上，被覆与支撑基板相同材质的致密层状的保护层。
又，此多层陶瓷加热器的构成部件全部都是利用热CVD法来制作，因此不存在将粉末进行烧结所作成的烧结体陶瓷中会观察到的粒界，并且致密而不吸留气体，因此，不脱去气体，所以也被扩大使用作为在真空内的工艺中不会影响到真空度的加热器。
现状为：通常，这种加热元件为了要使发热体通电，会在成为端子的部分设置孔洞后，进一步将覆盖发热体的电绝缘性陶瓷部分地去除来使导电层露出，然后隔着垫圈(washer)等锁上螺栓(bolt)来使其通电。
然而，成为发热体的热解石墨，由于其耐氧化消耗性较差、会与氢反应而甲烷气体化等原因，与制造工艺中所使用的高温气体具有反应性，所以为了要供电而露出的供电端子部的热解石墨会被制造工艺内残存的氧和制造工艺中的高温气体消耗，因此，会有使用寿命短这样的问题。
为了解决这个问题，尝试了使供电端子部远离发热部。例如，提出了下述技术方案：供电端子隔着会因为通电而发热并且具有加热器图案的供电部件而连接至电源端子部件，并将覆盖加热器图案的保护层制成PBN等电绝缘性陶瓷，来防止供电端子部的过热，而延长供电端子的使用寿命(专利文献1)等。
进一步，提出了一种将碳制的供电端子部通过组件来组装后，形成保护层的方法(专利文献2、3)。
然而，关于这种组合复数个零件来加以组装而成的连接部附近的保护层，其会有下述问题：由于使用会容易造成裂痕(crack)，而自裂痕开始进行导电层的腐蚀，于是使用寿命会变短。特别是，已知在由基材上插入螺栓来连接棒状部的情况下，在基材与螺栓的界面处，保护层容易发生裂痕。
在其他发明中，则提出了下述技术方案：利用将发热体与供电端子部制成一体化物件的耐热性基材，不易由于使用而产生裂痕，而使使用寿命变长(专利文献4)。
然而，这种耐热性基材由于要将发热体与供电端子部制成一体化物件，会由于切削而导致加工成本变高，所以组合复数个零件来加以组装的技术方案在成本方面较为有利。
又，在这种支撑基板(板状部)上设置棒状部的情况下，会有热从棒状部散失，发热部的温度发生局部性降低，于是温度分布恶化这样的缺点。进一步，还有热从端子部散失的现象同样也会发生，因此发热部的温度发生局部性降低，于是温度分布恶化这样的缺点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-354260号公报；
专利文献2：日本特表平8-500932号公报；
专利文献3：日本特开2013-45511号公报；
专利文献4：日本特开2007-73492号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于，提供一种加热元件，其能够抑制供电端子的腐蚀，耐久性高、制造成本低并且温度分布良好。
解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明提供一种加热元件，其具有发热体与棒状部，所述发热体是在支撑基板上形成加热器图案而成，所述棒状部连接至该发热体的单面并用于使前述发热体通电，所述加热元件，其在前述棒状部的与前述发热体的连接部中，前述棒状部的与前述发热体相连接的面上设置有连接手段，在前述棒状部的设置有前述连接手段的面的相反侧的面上形成有供电端子，所述供电端子用于供电至前述加热元件，并且在该供电端子上具有用于固定前述加热元件的固定手段，并且，前述棒状部在前述连接手段与前述固定手段之间具有空洞部。
若是这种加热元件，通过空洞部的存在，能够抑制热从棒状部散失，所以能够抑制供电端子腐蚀，并能够抑制在支撑基板与紧固螺栓(tightening bolt)的界面处的保护层产生裂痕，而成为耐久性高、制造成本低、温度分布良好的加热元件。
此时优选为，前述连接手段是连接用孔，前述固定手段是固定用孔。
若是这种加热元件，会成为能够简单进行棒状部与发热体的连接、和加热元件的固定。
又，此时优选为，前述空洞部具有比前述连接用孔的剖面积及前述固定用孔的剖面积更大的剖面积。
若是这种加热元件，则由于抑制热从棒状部散失的效果大，所以能够确实抑制供电端子腐蚀，并能够确实抑制在支撑基板与紧固螺栓的界面处的保护层产生裂痕，而成为耐久性更高、制造成本更低、温度分布更良好的加热元件。
又，此时优选为，前述连接用孔、前述固定用孔、或前述连接用孔及前述固定用孔双方，贯通至前述棒状部的前述空洞部，并与前述空洞部连通。
若是这种加热元件，则在形成加热器图案时，加热器图案的材料会透过利用螺孔(screw hole)等所连通而成的空间而渗透至棒状部的空洞部内等，因此，在连接部的导通会变得更良好。
又，此时优选为，在前述支撑基板及前述棒状部的外侧形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层，进一步，从前述供电端子连通至前述棒状部的前述空洞部内为止，形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层。
若是这种加热元件，则能够制成耐热性高、热劣化少的加热元件。
又，此时优选为，前述空洞部的剖面积相对于前述棒状部整体的剖面积的比率是25％以上且95％以下。
若是这种加热元件，则能够有效地抑制透过棒状部而散失的热。特别是，如果空洞部的剖面积相对于棒状部整体的剖面积的比率是25％以上，则能够减少透过棒状部而散失的热，所以能够抑制发热体的温度降低。又，如果是95％以下，则能够确实抑制热散失，而且还能够抑制棒状部的残余厚度较薄所造成的机械强度降低，而在空洞部形成时不会有发生破损的可能性。
又，此时优选为，前述加热元件形成有传导通路，前述传导通路从前述供电端子经由前述棒状部的侧面及前述发热体的侧面而连接至前述加热器图案。
若是这种加热元件，则即便在透过导电体也就是棒状部来供电的途径的连接部等发生损伤和火花(spark)而变得无法导通，通过另外形成在棒状部侧面的传导通路，还是会成为可供电至加热器图案，而成为可长期间通电。反过来，即便在形成于棒状部侧面的传导通路无法导通的情况下，还是能够透过棒状部与紧固螺栓而供电至加热器图案，于是任一途径皆能够通电，而能够制成使用寿命长的加热元件。
又，此时优选为，前述支撑基板及前述棒状部是由不锈钢、因可耐尔(inconel)合金、钼、钨、钽、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化铝与氮化硼的复合物、热解氮化硼、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。
这样一来，则能够制成高纯度并且耐热性优良、耐久性高的加热元件。
发明的效果
如果是本发明的加热元件，则会成为一种加热元件，其会抑制热从棒状部散失，温度分布优良，并且，能够抑制供电端子腐蚀，并能够抑制在支撑基板与紧固螺栓的界面处的保护层发生裂痕产生，而且，耐久性高并且可稳定供电，使用寿命长并且低成本。通过使用此加热元件来制作半导体器件，能够使其成为高良率，而成为可削减初始成本(initialcost)及更换成本。
附图说明
图1A是表示本发明的加热元件的一个实例的平面图。
图1B是表示本发明的加热元件的一个实例的剖面图。
图2A是在本发明的加热元件的一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。
图2B是沿图2A的A-A线剖面的平面图。
图2C是在图2B中的被四边形包围的部分的放大图。
图3A是在本发明的加热元件的另外一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。
图3B是沿图3A的A-A线剖面的平面图。
图3C是在图3B中的被四边形包围的部分的放大图。
图4A是在本发明的加热元件的再另外一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。
图4B是沿图4A的A-A线剖面的平面图。
图4C是在图4B中的被四边形包围的部分的放大图。
图5A是在本发明的加热元件的再另外一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。
图5B是沿图5A的A-A线剖面的平面图。
图5C是在图5B中的被四边形包围的部分的放大图。
图6A是在以往的加热元件的一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。
图6B是沿图6A的A-A线剖面的平面图。
图6C是在图6B中的被四边形包围的部分的放大图。
具体实施方式
如上所述，寻求一种加热元件，其能够抑制供电端子的腐蚀，耐久性高、制造成本低并且温度分布良好。
图6A是在以往的加热元件的一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。图6B是沿图6A的A-A线剖面的平面图。图6C是在图6B中的被四边形包围的部分的放大图。
如图6A所示，在以往的加热元件101中，支撑基板102利用紧固螺栓106而与棒状部105连接，但在此情况下，热会从棒状部105散失，所以在连接部会有发热部发生温度局部性降低，温度分布恶化这样的缺点。并且，如图6A所示，在支撑基板102的顶面上，依序形成有绝缘层107、加热器图案103及保护层109。又，如图6B、图6C所示，棒状部105的底面成为供电端子112，并在侧面上依序形成有绝缘层115、导电层108及保护层109。
本发明人针对上述问题而反复认真研究的结果，发现如果是一种加热元件，则能够抑制热透过棒状部散失，由此能够抑制支撑基板的与棒状部的连接部的温度降低，因此能够提升支撑基板的均热性，从而完成本发明，所述加热元件具有发热体与棒状部，所述发热体是在支撑基板上形成加热器图案而成，所述棒状部连接至所述发热体的单面并用于使所述发热体通电，所述加热元件，其在所述棒状部的与所述发热体的连接部中，所述棒状部的与所述发热体相连接的面上设置有连接手段，在所述棒状部的设置有所述连接手段的面的相反侧的面上形成有供电端子，所述供电端子用于供电至所述加热元件，并且在所述供电端子上具有用于固定所述加热元件的固定手段，并且，所述棒状部在所述连接手段与所述固定手段之间具有空洞部。
以下，针对本发明来详细说明，但本发明并非限定于此实施方式。
图1A是表示本发明的加热元件的一个实例的平面图，图1B是表示本发明的加热元件的一个实例的剖面图。
如图1所示，加热元件1具有：发热体4，其是在支撑基板2(板状部)上形成加热器图案3而成；及，棒状部5，其连接至发热体4的单面并用于使发热体4通电。
支撑基板2与棒状部5可使用螺栓进行螺接的简单方法来连接(接合)，例如图1所示，支撑基板2与棒状部5利用导电性(例如石墨制)的紧固螺栓6连接来加以固定。并且，亦可在支撑基板2上设置让棒状部5的端部插入的凹陷。另一方面，棒状部5具有空洞部14，并在上端具有连接手段11，并以紧固螺栓6能够旋入的方式形成有螺纹。并且，支撑基板2与棒状部5的连接不限于螺纹，亦可通过销连接(pinning)或压入等来作连接。
作为支撑基板2的代表形状，有圆形、角板形、环状，但只要是板状，则何种形状皆可。又，作为支撑基板2，能够设为例如石墨制的基板。
支撑基板2预先具有贯通孔部以供紧固螺栓6插入，并遍及整个面地被覆有绝缘层7。
利用紧固螺栓6接合在一起的支撑基板2与棒状部5，其通过例如化学气相沉积法(CVD法)而整个面被覆热解石墨制的导电层8。并且，以支撑基板2的顶面的导电层成为发热部的方式来形成加热器图案3。加热器图案3通过使用机械加工、丝网印刷(screenprinting)技术来形成。
加热器图案利用钨、钽、钼等高熔点金属和热解石墨、碳化硅、硅化钼等适用于加热器的公知材料所构成。作为制法，能够通过下述来形成：在利用化学气相沉积法(CVD法)、离子镀(ion plating)法、印刷法等来形成后，依据需求，加以热处理。特别是，如后述，CVD法在棒状部的连接手段或固定手段等与空洞部连通的情况下，优选是原料气体在保持气相的状态下浸透至棒状部的空洞部内。
如图1所示，在支撑基板2的最外层的表面，通过例如CVD法而被覆有热解氮化硼等保护层9，由此，加热器图案3未暴露于腐蚀性气体中而未消耗，于是使用寿命进一步变长。
覆盖加热器图案的保护层，其利用与支撑基板相同的材料来构成，由此，热膨胀差会减少，而能够制成不易变形的加热元件。作为制法，可利用下述来形成：在利用与基材同时焙烧的方法或溅射法、化学气相沉积(CVD法)、离子镀法、印刷法等来形成后，依据需求，加以热处理。
作为保护层的材质，能够举出氧化钇、氧化镁、氧化铝、氮化铝、热解氮化硼等，其即便在含有氟系气体、氨气、氢气、氯化氢气体、氧的环境中也稳定而能够使用。
图2A是在本发明的加热元件的一个实例中，棒状部附近的剖面放大图。图2B是沿图2A的A-A线剖面的平面图。图2C是在图2B中的被四边形包围的部分的放大图。
以下，一边参照图2，一边针对本发明的加热元件中的棒状部来进一步详细说明。
在棒状部5的与发热体4的连接部10中，棒状部5的与发热体4相连接的面上设置有用于与紧固螺栓6螺接的连接手段11(连接用孔(螺母孔))，在棒状部5的设置有连接手段11的面的相反侧的面上形成有供电端子12，所述供电端子12用于供电至加热元件1，并且在供电端子12上具有与供电用配线相连接并用于固定加热元件1的固定手段13(固定用孔(螺母孔))。并且，作为供电端子12的形状，可以是阳螺纹(male screw)形状。
作为棒状部5的形状，能够举出例如圆柱或角柱，也可以是一部分的面经过倒角者。又，在长边方向上，粗度可呈楔状或楼梯状变化。例如图3所示，棒状部5可制成下述形状：在供电端子侧成为凸状的形状。进一步，作为棒状部5，能够设为例如石墨制。
又，在本发明中，棒状部5在连接手段11与固定手段13之间具有空洞部14。棒状部通过具有这种空洞部，能够抑制热透过棒状部散失，由此，能够抑制连接部10的温度降低，而能够提升支撑基板的均热性。
进一步，成为能够抑制基材(支撑基板)与紧固螺栓的界面处的保护层产生裂缝，所述裂缝是在使紧固螺栓插入至支撑基板而连接棒状部的情况下产生。这被认为是因为，以往由于连接部的棒状部温度降低而产生与支撑基板的热膨胀差异，其造成的拉伸应力(tensile stress)会导致裂痕容易产生。认为通过将棒状部制成具有如上所述的空洞部，均热性会提高，所以双方的热膨胀差会变小，对于保护层的拉伸应力也会变小，于是对于裂痕的抑制会有所贡献。
这样一来，本发明的加热元件，其通过空洞部的存在，能够抑制热从棒状部散失，而能够获得支撑基板良好的温度分布，至于在棒状部内未设置空洞部(空间)的情况下，则会产生热散失所造成的温度降低，此温度差所造成的热膨胀差会导致产生热应力，所以在加热器图案和保护层中会产生裂痕。如果是本发明的加热元件，则不会产生此热应力，因此能够抑制在加热器图案与保护层中产生裂痕。
空洞部14优选是具有比连接手段11(连接用孔)的剖面积及固定手段13(固定用孔)的剖面积更大的剖面积。通过具有这种剖面积关系，能够有效遮断连接手段11侧与固定手段13侧的热的移动，并且空洞部14所致的断热效果、保温效果会提升，发热体的温度均匀性也会提升。
又，关于空洞部所占的比率，优选为空洞部的剖面积相对于棒状部整体的剖面积(在相对于棒状部的通电方向是垂直的方向的剖面的剖面积)的比率是25％以上且95％以下，通过设为这种比率，能够抑制透过棒状部而散失的热。如果是25％以上，则比起没有空洞部的情况，能够更加确实地减少透过棒状部而散失的热，所以能够抑制温度降低。又，如果是95％以下，则能够抑制热散失，而且还能够抑制由于棒状部的残余厚度较薄所造成的机械强度降低，而在空洞部形成时不会有发生破损的可能性。进一步，在为了与电源配线作固定而将螺栓旋紧时，在棒状部也不会有发生裂痕的可能性。更优选为50％以上且90％以下，进一步优选为75％以上且90％以下。
又，优选为连接手段11(连接用孔)、固定手段13(固定用孔)、或连接手段11及固定手段13双方，贯通至棒状部5的空洞部14，并与空洞部14连通。特别是，如图2A所示，优选为在棒状部5的长边方向上，二端的螺母孔(连接手段11及固定手段13)以贯通至空洞部14而连通的方式作设置。
例如图2A所示，利用连接手段11及固定手段13贯通至空洞部14并与空洞部14连通，在如上所述地形成导电层及加热器图案时，加热器图案的材料会透过利用螺孔等所连通而成的空间而渗透至紧固螺栓6、连接手段11的未与紧固螺栓6接触的部分(空隙)、空洞部14的内表面，因此，在连接部的导通会变得更良好。
并且，虽然也可以不由棒状部5的形成有供电端子12的前端部(特别是，固定手段13)而由棒状部中间的直径方向等来与空洞部14连通，但为了消除棒状部的机械强度变弱，腐蚀性气体由此处渗透而腐蚀内部等等的疑虑，优选为从棒状部5的固定手段13来与空洞部14连通。这样一来，则棒状部的机械强度不变，而供电螺纹部(固定手段13)作螺接，因此能够获得腐蚀性气体变得不易渗透这样的优越性。
如图2A所示，在使连接手段11及固定手段13来与空洞部14连通的情况下，通过例如CVD法而将利用紧固螺栓6接合后的支撑基板2与棒状部5整个面被覆热解石墨制的导电层8时，由棒状部5的前端的固定手段13连通至空洞部14的内表面并且进一步至旋紧支撑基板2的紧固螺栓6为止，原料气体也会加以渗透而被覆导电层8’。通过这样，会更强固地接合棒状部与紧固螺栓，于是接合强度会提升。在螺孔变得难以被热解石墨覆盖的情况下，可利用将螺纹加以修整来作回原本的螺牙形状。
进一步，在支撑基板2及棒状部5的外侧形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层，进一步，从供电端子12连通至棒状部5的空洞部14内为止，形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层，由此，能够制成耐热性高且热劣化少的加热元件。
利用在形成由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层时使用CVD法(化学气相沉积法)，从连通的螺孔等至上述空隙和空洞部14的内表面为止，原料气体容易加以渗透，而能够获得更加确保连接部的导通这样的优越性。
在本发明的加热元件中是透过导电体也就是棒状部5与紧固螺栓6来使加热器图案3通电而发热，不过，在本发明中，还能够作成如图2A所示，进一步通过在支撑基板2的底面及侧面也被覆导电层8，而以能够经由此导电层8来供电至加热器图案3的方式形成传导通路。通过这样，则即便由棒状部经由紧固螺栓的通电发生问题，也能够经由支撑基板侧面的传导通路来通电至加热器图案，因此能够获得使用寿命变长的效果。
进一步，本发明的加热元件优选为形成有传导通路，所述传导通路从供电端子12经由棒状部5的侧面及发热体4的侧面而连接至加热器图案3。在棒状部5的侧面(外周面)也另外设置这种传导通路的情况下，如图4所示，可在棒状部5的侧面预先被覆绝缘层15。又，棒状部5在供电端子侧成为凸形状的情况下，如图5所示，也能够利用在棒状部5的侧面预先被覆绝缘层15，而在棒状部5的侧面另外设置传导通路。
这样一来，通过在棒状部的侧面另外形成传导通路来加以连接，则即便在透过导电体也就是棒状部来供电的途径的连接部等发生损伤和火花而变得无法导通，通过另外形成在棒状部侧面的传导通路，还是会成为可供电至加热器图案，而成为可长期间通电。反过来，即便在形成于棒状部侧面的传导通路无法导通的情况下，还是能够透过棒状部与紧固螺栓而供电至加热器图案，于是任一途径皆能够通电，而能够制成使用寿命长的加热元件。
并且，支撑基板2及棒状部5不限于覆盖有保护层的石墨，优选为由不锈钢、因可耐尔合金(铬镍铁合金)、钼、钨、钽的耐热金属、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)与氮化硼(BN)的复合物、热解氮化硼(PBN)、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。通过使用这些材料，能够制成一种加热元件，其到高温都还坚固，高纯度并且耐热性优良，并且耐久性高，而成为适用于加热用支撑基板。
又，此处，举例说明连接手段11是连接用孔，固定手段13是固定用孔的情况，但本发明并不限于这种情况。也就是说，在本发明的加热元件中，连接手段11和固定手段13并不限于孔洞，例如，可为阳螺纹。
如同上面所说明的，本发明的加热元件虽然是将支撑基板与棒状部加以连接而成的加热元件，但会成为温度分布良好并抑制裂痕发生，因此会被赋予比起支撑基板与棒状部一体成型的加热元件成本更低的优越性。
实施例
以下，使用实施例及比较例来进一步具体说明本发明，但本发明并非限定于这些实例。
(实施例1～9)
首先，准备直径130mm并且厚度10mm的石墨制支撑基板(板状体)，并在要成为加热器端子的位置预先设置让螺栓插入的贯通孔。在此支撑基板上，覆盖约100μm的热解氮化硼绝缘层。
在此之外，准备直径20mm并且长度40mm的形成供电端子的石墨制棒状部。在棒状部一边的面上，设置用于连接至支撑基板的螺孔(连接手段)，在另一边的面的供电端子部分，设置用于连接供电配线的螺孔(固定手段)。
进一步，在这二个螺孔的中间部分预先设置空洞部。此空洞部被作成设置与二边的螺孔贯通的孔洞而连通的状态。
此处，作为用于实施例1～9的棒状部，准备数种将此空洞部的尺寸(剖面积的比率)相对于棒状部整体的剖面积(在相对于棒状部的通电方向是垂直的方向的剖面的剖面积)由20％至96％变化而成者。
随后，将这些附有绝缘层的支撑基板与棒状部利用石墨制的螺栓加以连接作固定，并在保持旋紧的状态，通过CVD法，遍及整个面地形成厚度50μm的热解石墨层。此热解石墨层渗透至与棒状部的固定手段连通的内部的空洞部与螺纹部而形成。其后，对支撑基板部分施行机械加工来形成加热器图案。
最后，通过CVD法，除了供电端子之外，整个面形成厚度100μm的热解氮化硼保护层而制作加热元件，其棒状部附近成为如图2所示的状态。
将所获得的加热元件置放于腔室内，并在供电端子前端进行配线后，利用螺栓锁上。此时，调查利用锁紧用的转矩扳手(torque wrench)而以10N·m锁紧时，棒状部是否破损。其结果显示于表1。
进一步，在置放后，使端子部通电来将加热元件作加热，升温至1400℃后，将氨以1L/分钟的流量供给至腔室内，并且，将腔室内的压力调整成5000Pa。在此状态下，将加热元件保持100小时后，分别测定当时支撑基板的中心部、与棒状部连接处(连接部)的温度，并将其温度差作为ΔT。又，也确认了有无腐蚀所造成的开路(断路，open circuit)。将这些结果显示于表1。
并且，关于温度差，利用如下所述的基准来进行评估，并将评估结果显示于下述表1中。
◎：ΔT是15℃以下
〇：ΔT超过15℃并且25℃以下
△：ΔT超过25℃并且50℃以下
×：ΔT超过50℃
又，关于综合评估，利用如下所述的基准来进行评估，并将评估结果显示于下述表1中。
◎：ΔT是15℃以下
〇：ΔT超过15℃并且50℃以下，或ΔT是15℃以下但产生少量裂痕
×：ΔT超过50℃
(比较例1)
作为棒状部，除了使用未设置空洞部者(空洞部的剖面积的比率是0％)以外，其余与实施例1～9同样地制作加热元件，并进行评估。
[表1]
如表1所示，已确认在像比较例1这样没有空洞部的情况下，温度差ΔT会超过50℃，温度分布不良，而且一部分发生了腐蚀，至于像实施例1～9这样空洞部的剖面积的比率成为20％以上并成为50℃以下，则会成为良好的温度分布。又，如表1所示，在空洞区域超过95％的实施例9中，棒状部的残余材料厚度会变薄，在供电端子前端利用转矩扳手而以10N·m锁紧螺栓时，确认到在棒状部产生了少量裂痕，至于在实施例1～8的加热元件中则并未确认到裂痕，由此可知其具有充分的强度。进一步，在实施例1～9的加热元件中也没有腐蚀所造成的开路。
(实施例10)
准备与实施例1～9同样地覆盖约100μm的热解氮化硼绝缘层后的石墨制支撑基板、与石墨制的棒状部。并且，在棒状部设置的空洞部的剖面积的比率，其设为在相对于棒状部的通电方向是垂直的方向上的剖面积是81％。
将这些支撑基板与棒状部利用石墨制的螺栓旋紧，并在保持此状态下，设置厚度50μm的热解石墨层后，在支撑基板的顶面上施行机械加工，而以能够透过棒状部并经由紧固螺栓来供电的方式形成加热器图案。此外，制作一种加热元件，其能够同时从棒状部经由支撑基板的底面与侧面的热解石墨层而同样地连接至加热器图案。
最后，在此加热器图案上，形成厚度100μm的热解氮化硼保护层后，进一步在此保护层上覆盖除了供电端子以外的部分来制作加热元件，其棒状部附近成为如图4所示的状态。
将所获得的加热元件置放至腔室内，升温至1400℃后，将氨以1L/分钟的流量供给至腔室内，并且，将腔室内的压力调整成5000Pa。在此状态下，由加热元件的端子部进行通电，并在5分钟内升温至1400℃，2分钟后停止通电，并将加热器冷却至100℃。重复此循环，并观察端子部的状况。
其结果，在第52次，在用于连接棒状部和支撑基板的螺栓与支撑基板的界面部产生了裂痕，并且使棒状部本体通电的路线发生部分损伤。然而，经由支撑基板侧面的热解石墨层而连接至加热器图案的路线并没有问题，而为可通电的状态。
其后，能够利用此路线通电并重复500次的升降温。经由支撑基板侧面的热解石墨层而连接至加热器图案的路线维持没有问题的可通电状态而为良好。
(实施例11)
准备与实施例1～9同样地覆盖约100μm的热解氮化硼绝缘层后的石墨制支撑基板、与石墨制的棒状部。在棒状部设置的空洞部的剖面积的比率，其与实施例6同样地设为在相对于棒状部的通电方向是垂直的方向上的剖面积是81％。
将这些支撑基板与棒状部利用石墨制的螺栓旋紧，并在保持此状态下，设置厚度50μm的热解石墨层后，在支撑基板的顶面上施行机械加工，而以能够透过棒状部并经由紧固螺栓来供电的方式形成加热器图案。不过，并未设置经由支撑基板侧面的热解石墨层的供电路线。
最后，在此加热器图案上，形成厚度100μm的热解氮化硼保护层后，进一步在此保护层上覆盖除了供电端子以外的部分来制作加热元件。
对所获得的加热元件进行与实施例10同样的升降温循环测试的结果，在第44次，在用于连接棒状部和支撑基板的螺栓与支撑基板的界面部产生了裂痕，并且使棒状部本体通电的路线由于火花而损伤。因为此部分有发热，所以其使用寿命比实施例10的使用寿命短。
并且，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式是示例，任何与本发明的权利要求书所记载的技术思想具有实质相同的构成并达到同样的作用效果的技术方案均包含于本发明的技术范围内。

Claims (14)

1.一种加热元件，其具有发热体与棒状部，所述发热体是在支撑基板上形成加热器图案而成，所述棒状部连接至该发热体的单面并用于使所述发热体通电，所述加热元件的特征在于，
在所述棒状部的与所述发热体的连接部中，所述棒状部的与所述发热体相连接的面上设置有连接手段，
在所述棒状部的设置有所述连接手段的面的相反侧的面上形成有供电端子，所述供电端子用于供电至所述加热元件，并且在该供电端子上具有用于固定所述加热元件的固定手段，
并且，所述棒状部在所述连接手段与所述固定手段之间具有空洞部。
2.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述连接手段是连接用孔，所述固定手段是固定用孔。
3.如权利要求2所述的加热元件，其中，所述空洞部具有比所述连接用孔的剖面积及所述固定用孔的剖面积更大的剖面积。
4.如权利要求2所述的加热元件，其中，所述连接用孔、所述固定用孔、或所述连接用孔及所述固定用孔双方，贯通至所述棒状部的所述空洞部，并与所述空洞部连通。
5.如权利要求3所述的加热元件，其中，所述连接用孔、所述固定用孔、或所述连接用孔及所述固定用孔双方，贯通至所述棒状部的所述空洞部，并与所述空洞部连通。
6.如权利要求4所述的加热元件，其中，在所述支撑基板及所述棒状部的外侧形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层，进一步，从所述供电端子连通至所述棒状部的所述空洞部内为止，形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层。
7.如权利要求5所述的加热元件，其中，在所述支撑基板及所述棒状部的外侧形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层，进一步，从所述供电端子连通至所述棒状部的所述空洞部内为止，形成有由热解石墨、或含有硼的热解石墨所构成的层。
8.如权利要求1至7中任一项所述的加热元件，其中，所述空洞部的剖面积相对于所述棒状部整体的剖面积的比率是25％以上且95％以下。
9.如权利要求1至7中任一项所述的加热元件，其中，所述加热元件形成有传导通路，所述传导通路从所述供电端子经由所述棒状部的侧面及所述发热体的侧面而连接至所述加热器图案。
10.如权利要求8所述的加热元件，其中，所述加热元件形成有传导通路，所述传导通路从所述供电端子经由所述棒状部的侧面及所述发热体的侧面而连接至所述加热器图案。
11.如权利要求1至7中任一项所述的加热元件，其中，所述支撑基板及所述棒状部是由不锈钢、因可耐尔合金、钼、钨、钽、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化铝与氮化硼的复合物、热解氮化硼、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。
12.如权利要求8所述的加热元件，其中，所述支撑基板及所述棒状部是由不锈钢、因可耐尔合金、钼、钨、钽、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化铝与氮化硼的复合物、热解氮化硼、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。
13.如权利要求9所述的加热元件，其中，所述支撑基板及所述棒状部是由不锈钢、因可耐尔合金、钼、钨、钽、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化铝与氮化硼的复合物、热解氮化硼、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。
14.如权利要求10所述的加热元件，其中，所述支撑基板及所述棒状部是由不锈钢、因可耐尔合金、钼、钨、钽、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氮化铝与氮化硼的复合物、热解氮化硼、被覆有热解氮化硼的石墨、石墨所选出的材料所构成；或是由这些材料的组合所构成。
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