シリコン加熱炉及びこれを用いたシリコン破砕装置
【課題】ヒータ断線時に炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができ、しかもヒータ交換などのメンテナンスが容易なシリコン加熱炉を提供する。
【解決手段】２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊１２を加熱するシリコン加熱炉１０において、２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管６４で被覆された複数の直線状のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されると共に、ヒータＨのそれぞれが並列に電気接続されていることを特徴とする。
【解決手段】２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊１２を加熱するシリコン加熱炉１０において、２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管６４で被覆された複数の直線状のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されると共に、ヒータＨのそれぞれが並列に電気接続されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料シリコンを加熱後に急冷して破砕するシリコン破砕装置に関するものであり、特に、原料シリコンの加熱に用いられるシリコン加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料として用いられるシリコンウエーハは、略円柱状に形成された単結晶シリコンインゴットをその直径方向に所定の厚さで切断して研磨仕上げして製造される。この単結晶シリコンインゴットは、溶融した原料シリコンに種結晶となる単結晶シリコン片を溶融接触浸させ、然る後、ゆっくりと回転、引き上げながら結晶成長させて製造される。なお、単結晶シリコンインゴットの原料シリコンには、単結晶シリコンインゴット製造時発生する端部の不純物濃縮部分を切断したシリコン塊あるいはシーメンス法やモノシラン法によって製造された粒が用いられる。
【０００３】
原料シリコンの溶融は、原料シリコンを石英製の坩堝に充填し、これを加熱することによって行われるが、原料シリコンの溶融を効率良く行うためには、原料シリコンが塊状の場合、坩堝に隙間無く且つ充填しやすい大きさまで破砕しなければならない。従来、このような原料シリコン塊の破砕は、タングステン製のハンマー等を用いて人力で行われていたが、非常に硬い原料シリコン塊を人力で破砕するのは重労働であり、また、破砕時にハンマー等を形成するタングステンが原料シリコン破砕片の表面に付着して原料シリコンの純度を低下させるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するため、近年では、原料シリコン塊を効率よく破砕するシリコン破砕装置が種々開発されており、その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のシリコン破砕装置１は、図８に示すように、バスケット２に載置した原料シリコン塊３を搬送する搬送装置４と、原料シリコン塊３を加熱するシリコン加熱炉５と、加熱した原料シリコン塊３を水没させて急冷する冷却水槽６とで構成されている。この内、シリコン加熱炉５は、固定側(５ａ)及び可動側(５ｂ)の２つの円筒炉半体５ａ，５ｂを円筒状に組み合わせることによって構成されており、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊３を加熱する。
【０００５】
かかるシリコン破砕装置１によれば、加熱急冷処理によって原料シリコン塊３の全体にクラックが発生するので、加熱処理後に原料シリコン塊３同士をぶつけ合うだけで、これらを簡単に破砕させることができる。従って、ハンマー等を用いて原料シリコン塊３を破砕する必要がなく、労力を大幅に軽減できると共に、ハンマー等による原料シリコン塊３の汚染を防止できる。
【特許文献１】特開２００５−２８８３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来のシリコン加熱炉５では、図８に示すように、固定側及び可動側の円筒炉半体５ａ，５ｂのそれぞれが胴長方向にて複数のゾーン(図８に示す例の場合、４つゾーンＺ１〜Ｚ４)に分割されており、各ゾーンＺ１〜Ｚ４のそれぞれにヒータ７が蛇行して内蔵され(換言すれば、ヒータ７が各ゾーンに対して面状に配置され)、且つ各ゾーンＺ１〜Ｚ４に内蔵されたヒータ７が並列に電気接続されている。
【０００７】
このため、各ゾーンの数と同数しか独立したヒータ７を配設することができず、例えば、可動側の円筒炉半体５ｂの或るゾーンのヒータ７が断線した場合、シリコン加熱炉５内の加熱バランスが大きく崩れ、原料シリコン塊３の加熱が不均一となる。そうすると、原料シリコン塊３全体に対して均一なクラックを生じさせることができなくなり、後工程で原料シリコン塊３を破砕する際に、破砕した原料シリコン塊３の大きさにバラツキが生じるようになる。その結果、破砕した原料シリコン塊３を効率よく坩堝へ投入して溶融させるのが困難になると云う問題があった。加えて、このような断線が生じた場合、シリコン加熱炉５内の加熱バランスを取るべく主として断線したヒータ７に対面する固定側の円筒炉半体５ａのヒータ７に過負荷が掛かるようになり、この固定側の円筒炉半体５ａのヒータ７も断線に至ると云う問題もあった。
【０００８】
さらに、ヒータ７が各ゾーンに対して面状に配置されているので、断線したヒータ７を交換する際には、シリコン加熱炉５をシリコン破砕装置１から取り外して円筒炉半体５ａ，５ｂを全て分解しなければならず修理修復に多大な時間とコストが掛かると云う問題があった。
【０００９】
それゆえに、本発明の主たる課題は、ヒータ断線時に炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができ、しかもヒータ交換などのメンテナンスが容易なシリコン加熱炉とこれを用いたシリコン破砕装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載した発明は、
(a)２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊１２を加熱するシリコン加熱炉１０であって、
(b)前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管６４で被覆された複数の直線状のヒータＨと、
(c)前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配置され、前記各ヒータＨの長手方向両端部に接続されたリード線６８が係脱自在に接続されるブスバー４４とを具備し、
(d)前記２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に、前記複数の直線状のヒータＨが、前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配列されると共に、
(e)前記ヒータＨのそれぞれが、その長手方向両端部において前記ブスバー４４を介して電気的に並列接続されている、
ことを特徴とするシリコン加熱炉１０である。
【００１１】
本発明のシリコン加熱炉１０では、円筒炉半体２４ａ，２４ｂに内蔵される複数の直線状のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成されると共に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し、且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されているので、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内に多数本の独立したヒータＨを配設することができる。その結果、或るヒータＨが断線したとしても、主として断線したヒータＨに隣接する一対のヒータＨで断線したヒータＨの発熱量を補うことができ、炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができる。
【００１２】
加えて、本発明のシリコン加熱炉１０では、ヒータＨが石英管６４によって被覆されているので、発熱体の熱容量増加により本加熱炉１０内に冷えた物質を入れても炉内の温度降下を軽減することができ、炉内温度を早く設定温度に回復させることができると共に、発熱時にヒータＨから放出される金属不純物が炉内に飛散するのを防止することができる。
【００１３】
また、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内部にて、上述のように配置された各ヒータＨの長手方向両端部は、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配設されるようになる。そして、各ヒータＨは、その長手方向両端部に接続されたリード線６８を介して、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配置されたブスバー４４に係脱自在に接続されており、このブスバー４４を介して電気的に並列接続されている。
【００１４】
このため、断線したヒータＨを交換する際には、まず始めに、断線したヒータＨのリード線６８をブスバー４４から取り外した後、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面から断線したヒータＨを石英管６４と共に取り外し、然る後、該ヒータＨの箇所に新たなヒータＨを固定して両端部のリード線６８をブスバー４４に接続するだけで、ヒータＨの交換が完了する。このように本発明のシリコン加熱炉１０では、ヒータＨの交換に際して円筒炉半体２４ａ，２４ｂを全て分解する必要がなく、ヒータ交換に掛かる時間やコストを大幅に低減することができる。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のシリコン加熱炉１０において、「前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に取り付けられた半円筒状の断熱材３４の内周面に、前記断熱材３４の胴長方向に延びて前記ヒータＨをスライド自在に収容する収容溝３４ａが、周方向に所定の間隔を置いて堀設されている」ことを特徴とするもので、かかる収容溝３４ａにより、ヒータＨの引抜き及び差込み作業をより一層容易且つ迅速に行なうことができる。
【００１６】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のシリコン加熱炉１０において、「前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂを周方向にて複数のゾーンに分割し、前記ヒータＨを分割した各ゾーン毎に制御する」ことを特徴とするもので、これにより、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内にそれぞれ独立したヒータＨを多数本配置した場合であっても、シリコン加熱炉１０内の温度をゾーン毎にきめ細かく管理することができるようになる。
【００１７】
請求項４に記載した発明は、上記シリコン加熱炉１０を用いたシリコン破砕装置Ａであって、
(1)原料シリコン塊１２を搬送する搬送装置Ｃと、
(2)前記原料シリコン塊１２を加熱する請求項１乃至３の何れかに記載のシリコン加熱炉１０と、
(3)前記シリコン加熱炉で加熱した原料シリコン塊１２を水没させて急冷する冷却水槽Ｗとで構成されている、ことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、上記請求項１及び２に記載したシリコン加熱炉１０を用いることにより、原料シリコン塊１２を均一に加熱することができるので、原料シリコン塊１２全体に対して均一なクラックを生じさせることができる。このため、原料シリコン塊１２を略均一の大きさに破砕することができ、後工程において破砕した原料シリコン塊１２を効率よく坩堝へ投入して溶融させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒータ断線時に炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができ、しかもヒータ交換などのメンテナンスが容易なシリコン加熱炉とこれを用いたシリコン破砕装置とを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に従って詳述する。図１は、本発明が適用された一実施例のシリコン破砕装置Ａを示す構成図である。この図が示すように、本実施例のシリコン破砕装置Ａは、大略、搬送装置Ｃ，シリコン加熱炉１０及び冷却水槽Ｗで構成されている。
【００２１】
搬送装置Ｃは、原料シリコン塊１２が載置されるバスケット１４と、バスケット１４を吊下げるワイヤ１６と、ワイヤ１６の「巻取り」及び「繰出し」を行うウインチ１８と、ウインチ１８を水平方向へ走行させる走行装置２０とで構成されており、原料シリコン塊１２を破砕する際には、原料シリコン塊１２が載置されたバスケット１４が、まず、原料シリコン塊１２と共にシリコン加熱炉１０の内部へ搬入され、該加熱炉１０でバスケット１４と共に原料シリコン塊１２を加熱した後、純水が満たされた冷却水槽Ｗの中に原料シリコン塊１２と共にバスケット１４が沈められる。
【００２２】
搬送装置Ｃのバスケット１４(図１)は、互いに対向して配設された２枚の側面プレート１４ａと、側面プレート１４ａ間に架け渡され、且つ原料シリコン塊１２が載置される複数のパイプ１４ｂとを有しており、各側面プレート１４ａの上部にはワイヤ連結部１４ｃが取り付けられており、このワイヤ連結部１４ｃにワイヤ１６が連結されている。したがって、後述するシリコン加熱炉１０では、バスケット１４及びワイヤ１６との関係を考慮して、加熱室Ｓ１の大きさや、出入口２２の開閉機構等が設計されている。
【００２３】
シリコン加熱炉１０(図１〜５)は、バスケット１４を収容する加熱室Ｓ１(図１)を有する円筒炉であり、２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂ(具体的には、固定側の円筒炉半体２４ａと可動側の円筒炉半体２４ｂ)を、蝶番２６(図３)を介して組み合わせることによって構成されている。そして、シリコン加熱炉１０を使用する際には、図１及び図３に示すように、固定側の円筒炉半体２４ａが支持台２８に取り付けられると共に、可動側の円筒炉半体２４ｂに油圧シリンダ装置３０が取り付けられ、油圧シリンダ装置３０によって円筒炉半体２４ａ，２４ｂの開口部、すなわち出入口２２が開閉される。
【００２４】
円筒炉半体２４ａ，２４ｂのそれぞれは、図２，図５及び図６に示すように、半円筒状のハウジング３２を備えており、ハウジング３２の内側には、図６に示すように、断熱材３４、石英管６４で被覆されたヒータＨ及び均熱材３６がこの順に組み込まれており、ハウジング３２の周方向両端部内面には、断熱材３４の径方向への離脱を防止する断面略Ｌ字状の径方向離脱防止部材３８が設けられている。そして、径方向離脱防止部材３８には、断熱材３４の周方向端面を覆う周方向端面被覆部材４０が取り付けられており、断熱材３４の周方向端面と周方向端面被覆部材４０との間には、周方向端面冷却管４２が配設されている。
【００２５】
一方、ハウジング３２の軸方向両端部には、図７に示すように、複数のヒータＨを並列に電気接続するブスバー４４及び断熱材３４の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材４６がこの順に取り付けられている。又、軸方向離脱防止部材４６の表面には、取付板４８ならびに２種類の支持部材５０ａ及び５０ｂが取り付けられており、支持部材５０ａ及び５０ｂのそれぞれには、側面冷却管５２が接触して配置されている。更に、取付板４８の表面には、加熱室Ｓ１の内側壁を構成する側壁構成部材５４がカバー部材５６と共に複数の取付具５８によって取り付けられている。
【００２６】
さらに、ハウジング３２の周方向一方端部外面には、図５に示すように、断面略四角形のパイプ部材６０がハウジング３２の周方向端縁に沿って取り付けられており、固定側の円筒炉半体２４ａのパイプ部材６０と可動側の円筒炉半体２４ｂのパイプ部材６０とが蝶番２６を介して連結されている(図３参照)。又、各パイプ部材６０には、ハウジング３２の変形を防止する断面略Ｌ状或いは断面略コ字状の補強部材６２が取り付けられている。
【００２７】
以下には、シリコン加熱炉１０の各構成部材について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００２８】
ハウジング３２は、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの外周壁を構成するものであり、図６に示すように、ステンレス(ＳＵＳ)等の金属からなる板材を半円筒状に曲げ加工することによって構成されている。このハウジング３２の軸方向一方端部における周方向両端縁には、図７に示すように、周方向端面冷却管４２の両端部４２ａ，４２ｂを外部へ導出するための切欠部６３が形成されており、ハウジング３４の周方向両端部内面における切欠部６３を避けた位置には、図４及び図７に示すように、断面略Ｌ字状の径方向離脱防止部材３８の一片が溶接またはネジ止め等によって取り付けられている。
【００２９】
また、図６に示すように、ハウジング３２の軸方向両端部における所定位置には、後述するブスバー４４の電極片４４ｂを取り出すための電極取出孔３２ａが(本実施例の場合、周方向に各２カ所、ハウジング３２全体として計４カ所)設けられており、ハウジング３２の軸方向中央部における所定位置には、熱電対Ｔ(図５参照)を取り付けるための熱電対取付孔３２ｂが設けられている。更に、ハウジング３２の外表面には、図２に示すように、電極取出孔３２ａから取り出された電極片４４ｂ(後述)を保護する電極保護カバーＣ１が取り付けられると共に、熱電対取付孔３２ｂに取り付けた熱電対Ｔを保護する熱電対保護カバーＣ２が取り付けられている。
【００３０】
断熱材３４は、ヒータＨの熱がハウジング３２に直接伝わるのを防止するものであり、図６に示すように、セラミック等のような断熱性及び耐熱性に優れた材料を半円筒状に加工することによって構成されている。そして、断熱材３４の内周面には、胴長方向へ延びる複数の溝３４ａが周方向に所定の間隔を置いて形成されており、これらの溝３４ａにヒータＨが収容される。
【００３１】
ヒータＨ(図４参照)は、棒状または線状(すなわち、直線状)の抵抗加熱ヒータであり、ハウジング３２の胴長と略同等の長さに形成された石英管６４と、カンタル線などからなり、この石英管６４の内部に挿入された発熱体６６とで構成されている。
【００３２】
ここで、ヒータＨ(より具体的には発熱体６６)を被覆する石英管６４は、透明な物及び不透明な物の何れも使用できるが、不透明な物を用いた場合、透明な物に比べてヒータＨの熱容量をより一層増加させることができる。
【００３３】
また、図４及び図５に示すように、ヒータＨの長手方向両端部には、リード線６８が接続されており、このリード線６８の先端が後述するブスバー４４のリード線接続部４４ａに電気的に接続されている。このため、独立した各ヒータＨがブスバー４４を介して電気的に並列接続されるようになっている。
【００３４】
均熱材３６は、ヒータＨからの熱で均等に加熱されると共に、加熱室Ｓ１の内周壁を構成するものであり、石英ガラス等のような耐熱ガラスによって半円筒状に形成されている。この均熱材３６を構成する耐熱ガラスは、金属不純物の放散がなく、且つ優れた耐熱性を有するものである。従って、断熱材３４及びヒータＨの内側にこのような耐熱ガラスからなる均熱材３６を配設してシリコン加熱炉１０を構成することによって、断熱材３４から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へと拡散するのを防止できると共に、炉内の大熱容量化を図ることができ、ヒータＨからの熱を均熱材３６を介して加熱室Ｓ１内へ均等に放射することができる。
【００３５】
なお、均熱材３６を構成する耐熱ガラスは、上述した石英管６４と同様、透明な物及び不透明な物の何れも使用することができる。
【００３６】
周方向端面被覆部材４０は、断熱材３４の周方向端面を覆うことによって断熱材３４から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内に拡散するのを防止するものであり、図４及び図６に示すように、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料によって帯板状に形成されている。なお、この周方向端面被覆部材４０は、径方向離脱防止部材３８に螺子止めされる。
【００３７】
周方向端面冷却管４２は、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料からなる管材を略Ｕ字状に曲げることによって構成された「通水管」であり、図４及び図６に示すように、断熱材３４の周方向端面と周方向端面被覆部材４０との間において、周方向端面の全長に亘って配設されている。また、この周方向端面冷却管４２における冷媒の流入口及び流出口となる両端部４２ａ，４２ｂは、ハウジング３２の切欠部６３からシリコン加熱炉１０の外部へと導出されている。
【００３８】
ここで、周方向端面被覆部材４０と周方向端面冷却管４２とは、互いに独立して配設されてもよいが、本実施例では、周方向端面被覆部材４０の裏面に周方向端面冷却管４２が溶接されている。したがって、本実施例では、周方向端面被覆部材４０を径方向離脱防止部材３８に取り付けると同時に周方向端面冷却管４２を位置決めでき、周方向端面冷却管４２の位置決めの手間を軽減できる。また、周方向端面被覆部材４０を周方向端面冷却管４２によって効率よく冷却できる。
【００３９】
ブスバー４４は、耐熱性と導電性とに優れた金属材料からなる電極部材であり、図４、図５及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面外縁部に配置され、ヒータＨのリード線６８が接続される円弧板状のリード線接続片４４ａ１と、該リード線接続片４４ａ１の外周縁から略垂直に曲折して断熱材３４の外周面に当接する外周当接片４４ａ２とで構成された円弧状のリード線接続部４４ａ、及び外周当接片４４ａ２の先端から突出した電極片４４ｂを有する。
【００４０】
このうちリード線接続部４４ａを構成するリード線接続片４４ａ１の内周縁側には、同一円弧上に複数のリード線取付孔４５が穿設されており、このリード線取付孔４５のそれぞれに、各ヒータＨのリード線６８の先端が係脱自在に取り付けられる。
【００４１】
また、リード線接続片４４ａ１の外周縁側には、ブスバー４４を断熱材３４の軸方向端面に螺子止めする際に固定ネジｎが挿通される複数のネジ孔４７が穿設されている。
【００４２】
ここで、本実施例のシリコン加熱炉１０では、円筒炉半体２４ａ，２４ｂのそれぞれの胴長方向両端部に２つのブスバー４４が取り付けられている。このため、円筒炉半体２４ａ，２４ｂが周方向にて２つのゾーンに分割されると共に、各ゾーン別個にヒータＨの温度制御ができるようになっている。
【００４３】
軸方向離脱防止部材４６は、断熱材３４の軸方向端面側に配設され断熱材３４の軸方向への離脱を防止するものであり、図４及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面と均熱材３６とハウジング３２とで囲まれたハウジング３２の軸方向両端部の空間に嵌め込まれる略半円弧状の部材である。
【００４４】
取付板４８は、図７に示すように、板材の一部に半円状の切欠部４８ａを設けることによって形成された部材で、この取付板４８表面の所定位置には複数のネジ孔４８ｂが設けられており、取付ネジ７０を介して軸方向離脱防止部材４６の表面に固定されている。
【００４５】
なお、取付板４８の形状は、図２及び図３に示すように、円筒炉半体２４ａ及び２４ｂのそれぞれで相違しており、固定側の円筒炉半体２４ａにおける取付板４８の形状は、取付対象となる支持台２８の形状に応じて設定されており、可動側の円筒炉半体２４ｂにおける取付板４８の形状は、油圧シリンダ装置３０を取り付ける取付部７２を確保できるように設定されている。
【００４６】
支持部材５０ａ及び５０ｂは、均熱材３６と軸方向離脱防止部材４６とに螺子止めされることにより、均熱材３６の軸方向端部を支持するものであり、均熱材３６の支持対象部分に応じて使い分けられる。具体的には、支持部材５０ａは、均熱材３６の軸方向端部をその周方向端部において支持するものであり、支持部材５０ｂは、均熱材３６の軸方向端部をその周方向端部以外の部分で支持するものである。
【００４７】
この支持部材５０ａ及び５０ｂの材質は、特に限定されるものではないが、原料シリコン塊１２の金属汚染を防止するためには、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料を用いることが望ましい。
【００４８】
側面冷却管５２は、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料からなる「通水管」であり、図７に示すように、全ての支持部材５０ａ及び５０ｂに接触するようにして配設されている。つまり、側面冷却管５２は、断熱材３４の外周縁及び周方向端縁ならびに均熱材３６の内周縁に沿って配設されており、側面冷却管５２の両端部は、ハウジング３２の略中央部においてハウジング３２の外側へと導出するように配設されている。
【００４９】
支持部材５０ａ及び５０ｂと側面冷却管５２とは、互いに独立して配設されてもよいが、本実施例では、各支持部材５０ａ及び５０ｂに側面冷却管５２が溶接されている。したがって、本実施例では、支持部材５０ａ及び５０ｂを軸方向離脱防止部材４６に取り付けると同時に側面冷却管５２を位置決めでき、側面冷却管５２の位置決めの手間を軽減できる。また、各支持部材５０ａ及び５０ｂを側面冷却管５２によって効率よく冷却できる。
【００５０】
側壁構成部材５４は、図４及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面を軸方向離脱防止部材４６及び取付板４８の表面側から覆うとともに加熱室Ｓ１の内側壁を構成するものであり、石英ガラス等のような耐熱ガラスによって半円盤状に形成されている。この側壁構成部材５４には、加熱室Ｓ１に収容されたバスケット１４のワイヤ連結部１４ｃを外部へ導出させるための略円形の窓７４が形成されている。
【００５１】
カバー部材５６は、図４及び図７に示すように、側壁構成部材５４を覆い隠すものであり、側壁構成部材５４と対向して配設される半円盤状のカバー板部５６ａと、カバー板部５６ａの外周縁から垂直に立ち上がって形成され、側壁構成部材５４を収容する空間を構成する周壁部５６ｂとを有しており、カバー板部５６ａには、側壁構成部材５４の窓７４に対応する略円形の窓７６が形成されている。
【００５２】
なお、カバー板部５６ａと側壁構成部材５４との間には、セラミックシートなどからなる断熱材７８が配設されている。又、図２及び図３に示すように、カバー部材５６の窓７６には、これを開閉自在に封鎖する蓋体８０が設けられている。
【００５３】
取付具５８は、図３及び図７に示すように、側壁構成部材５４が取り付けられたカバー部材５６を取付板４８に取り付けるためのものであり、互いに平行な一対の取付板部５８ａ及び５８ｂと、これらを連結する連結板部５８ｃとで構成された略「Ｚ」字状の部材である。この取付具５８は、取付板部５８ａをカバー板材５６の外縁に螺子止めすると共に、取付板部５８ｂを取付板４８に螺子止めすることにより、カバー部材５６を取付板４８に着脱可能に固定する。
【００５４】
本実施例によれば、円筒炉半体２４ａ，２４ｂに内蔵される複数のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成されると共に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されているので、図５に示すように、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内に多数本の独立したヒータＨを配設することができる。その結果、或るヒータＨが断線したとしても、断線したヒータＨに隣接して並行する一対のヒータＨで断線したヒータＨの発熱量を補うことができ、炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができる。
【００５５】
また、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内部にて、上述のように配置されたヒータＨの長手方向両端部は、図４に示すように、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面側に配置されるようになる。このため、螺子止めされた取付具５８を取り外し、取付板４８からカバー部材５６と側壁構成部材５４とを取り外すだけで、ヒータＨの端部が外部に露出するようになる。つまり、ヒータＨの交換に際して円筒炉半体２４ａ，２４ｂを全て分解する必要がなく、断線したヒータＨを円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面から交換することができ、ヒータ交換に掛かる時間やコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例のシリコン破砕装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例のシリコン加熱炉を示す斜視図である。
【図３】図２におけるＸ矢視図である。
【図４】図３におけるＩ−Ｉ’線断面図である。
【図５】図４におけるＩＩ−ＩＩ’線断面図である。
【図６】円筒炉半体を示す径方向の分解斜視図である。
【図７】円筒炉半体を示す軸方向の分解斜視図である。
【図８】従来のシリコン破砕装置の概略を示す(a)正面図および(b)右側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…シリコン加熱炉
１２…原料シリコン
２４ａ,２４ｂ…円筒炉半体
２６…蝶番
２８…支持台
３０…油圧シリンダ装置
３２…ハウジング
３４…断熱材
３６…均熱材
３８…径方向離脱防止部材
４０…周方向端面被覆部材
４２…周方向端面冷却管
４４…ブスバー
４６…軸方向離脱防止部材
４８…取付板
５０ａ,５０ｂ…支持部材
５２…側面冷却管
５４…側壁構成部材
５６…カバー部材
５８…取付具
６４…石英管
６６…発熱体
６８…リード線
Ａ…シリコン破砕装置
Ｈ…ヒータ
Ｃ…搬送装置
Ｗ…冷却水槽
Ｔ…熱電対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料シリコンを加熱後に急冷して破砕するシリコン破砕装置に関するものであり、特に、原料シリコンの加熱に用いられるシリコン加熱炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料として用いられるシリコンウエーハは、略円柱状に形成された単結晶シリコンインゴットをその直径方向に所定の厚さで切断して研磨仕上げして製造される。この単結晶シリコンインゴットは、溶融した原料シリコンに種結晶となる単結晶シリコン片を溶融接触浸させ、然る後、ゆっくりと回転、引き上げながら結晶成長させて製造される。なお、単結晶シリコンインゴットの原料シリコンには、単結晶シリコンインゴット製造時発生する端部の不純物濃縮部分を切断したシリコン塊あるいはシーメンス法やモノシラン法によって製造された粒が用いられる。
【０００３】
原料シリコンの溶融は、原料シリコンを石英製の坩堝に充填し、これを加熱することによって行われるが、原料シリコンの溶融を効率良く行うためには、原料シリコンが塊状の場合、坩堝に隙間無く且つ充填しやすい大きさまで破砕しなければならない。従来、このような原料シリコン塊の破砕は、タングステン製のハンマー等を用いて人力で行われていたが、非常に硬い原料シリコン塊を人力で破砕するのは重労働であり、また、破砕時にハンマー等を形成するタングステンが原料シリコン破砕片の表面に付着して原料シリコンの純度を低下させるという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するため、近年では、原料シリコン塊を効率よく破砕するシリコン破砕装置が種々開発されており、その一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載のシリコン破砕装置１は、図８に示すように、バスケット２に載置した原料シリコン塊３を搬送する搬送装置４と、原料シリコン塊３を加熱するシリコン加熱炉５と、加熱した原料シリコン塊３を水没させて急冷する冷却水槽６とで構成されている。この内、シリコン加熱炉５は、固定側(５ａ)及び可動側(５ｂ)の２つの円筒炉半体５ａ，５ｂを円筒状に組み合わせることによって構成されており、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊３を加熱する。
【０００５】
かかるシリコン破砕装置１によれば、加熱急冷処理によって原料シリコン塊３の全体にクラックが発生するので、加熱処理後に原料シリコン塊３同士をぶつけ合うだけで、これらを簡単に破砕させることができる。従って、ハンマー等を用いて原料シリコン塊３を破砕する必要がなく、労力を大幅に軽減できると共に、ハンマー等による原料シリコン塊３の汚染を防止できる。
【特許文献１】特開２００５−２８８３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来のシリコン加熱炉５では、図８に示すように、固定側及び可動側の円筒炉半体５ａ，５ｂのそれぞれが胴長方向にて複数のゾーン(図８に示す例の場合、４つゾーンＺ１〜Ｚ４)に分割されており、各ゾーンＺ１〜Ｚ４のそれぞれにヒータ７が蛇行して内蔵され(換言すれば、ヒータ７が各ゾーンに対して面状に配置され)、且つ各ゾーンＺ１〜Ｚ４に内蔵されたヒータ７が並列に電気接続されている。
【０００７】
このため、各ゾーンの数と同数しか独立したヒータ７を配設することができず、例えば、可動側の円筒炉半体５ｂの或るゾーンのヒータ７が断線した場合、シリコン加熱炉５内の加熱バランスが大きく崩れ、原料シリコン塊３の加熱が不均一となる。そうすると、原料シリコン塊３全体に対して均一なクラックを生じさせることができなくなり、後工程で原料シリコン塊３を破砕する際に、破砕した原料シリコン塊３の大きさにバラツキが生じるようになる。その結果、破砕した原料シリコン塊３を効率よく坩堝へ投入して溶融させるのが困難になると云う問題があった。加えて、このような断線が生じた場合、シリコン加熱炉５内の加熱バランスを取るべく主として断線したヒータ７に対面する固定側の円筒炉半体５ａのヒータ７に過負荷が掛かるようになり、この固定側の円筒炉半体５ａのヒータ７も断線に至ると云う問題もあった。
【０００８】
さらに、ヒータ７が各ゾーンに対して面状に配置されているので、断線したヒータ７を交換する際には、シリコン加熱炉５をシリコン破砕装置１から取り外して円筒炉半体５ａ，５ｂを全て分解しなければならず修理修復に多大な時間とコストが掛かると云う問題があった。
【０００９】
それゆえに、本発明の主たる課題は、ヒータ断線時に炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができ、しかもヒータ交換などのメンテナンスが容易なシリコン加熱炉とこれを用いたシリコン破砕装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載した発明は、
(a)２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊１２を加熱するシリコン加熱炉１０であって、
(b)前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管６４で被覆された複数の直線状のヒータＨと、
(c)前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配置され、前記各ヒータＨの長手方向両端部に接続されたリード線６８が係脱自在に接続されるブスバー４４とを具備し、
(d)前記２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に、前記複数の直線状のヒータＨが、前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配列されると共に、
(e)前記ヒータＨのそれぞれが、その長手方向両端部において前記ブスバー４４を介して電気的に並列接続されている、
ことを特徴とするシリコン加熱炉１０である。
【００１１】
本発明のシリコン加熱炉１０では、円筒炉半体２４ａ，２４ｂに内蔵される複数の直線状のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成されると共に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し、且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されているので、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内に多数本の独立したヒータＨを配設することができる。その結果、或るヒータＨが断線したとしても、主として断線したヒータＨに隣接する一対のヒータＨで断線したヒータＨの発熱量を補うことができ、炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができる。
【００１２】
加えて、本発明のシリコン加熱炉１０では、ヒータＨが石英管６４によって被覆されているので、発熱体の熱容量増加により本加熱炉１０内に冷えた物質を入れても炉内の温度降下を軽減することができ、炉内温度を早く設定温度に回復させることができると共に、発熱時にヒータＨから放出される金属不純物が炉内に飛散するのを防止することができる。
【００１３】
また、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内部にて、上述のように配置された各ヒータＨの長手方向両端部は、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配設されるようになる。そして、各ヒータＨは、その長手方向両端部に接続されたリード線６８を介して、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向両端側に配置されたブスバー４４に係脱自在に接続されており、このブスバー４４を介して電気的に並列接続されている。
【００１４】
このため、断線したヒータＨを交換する際には、まず始めに、断線したヒータＨのリード線６８をブスバー４４から取り外した後、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面から断線したヒータＨを石英管６４と共に取り外し、然る後、該ヒータＨの箇所に新たなヒータＨを固定して両端部のリード線６８をブスバー４４に接続するだけで、ヒータＨの交換が完了する。このように本発明のシリコン加熱炉１０では、ヒータＨの交換に際して円筒炉半体２４ａ，２４ｂを全て分解する必要がなく、ヒータ交換に掛かる時間やコストを大幅に低減することができる。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のシリコン加熱炉１０において、「前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内側に取り付けられた半円筒状の断熱材３４の内周面に、前記断熱材３４の胴長方向に延びて前記ヒータＨをスライド自在に収容する収容溝３４ａが、周方向に所定の間隔を置いて堀設されている」ことを特徴とするもので、かかる収容溝３４ａにより、ヒータＨの引抜き及び差込み作業をより一層容易且つ迅速に行なうことができる。
【００１６】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載のシリコン加熱炉１０において、「前記円筒炉半体２４ａ，２４ｂを周方向にて複数のゾーンに分割し、前記ヒータＨを分割した各ゾーン毎に制御する」ことを特徴とするもので、これにより、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内にそれぞれ独立したヒータＨを多数本配置した場合であっても、シリコン加熱炉１０内の温度をゾーン毎にきめ細かく管理することができるようになる。
【００１７】
請求項４に記載した発明は、上記シリコン加熱炉１０を用いたシリコン破砕装置Ａであって、
(1)原料シリコン塊１２を搬送する搬送装置Ｃと、
(2)前記原料シリコン塊１２を加熱する請求項１乃至３の何れかに記載のシリコン加熱炉１０と、
(3)前記シリコン加熱炉で加熱した原料シリコン塊１２を水没させて急冷する冷却水槽Ｗとで構成されている、ことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、上記請求項１及び２に記載したシリコン加熱炉１０を用いることにより、原料シリコン塊１２を均一に加熱することができるので、原料シリコン塊１２全体に対して均一なクラックを生じさせることができる。このため、原料シリコン塊１２を略均一の大きさに破砕することができ、後工程において破砕した原料シリコン塊１２を効率よく坩堝へ投入して溶融させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒータ断線時に炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができ、しかもヒータ交換などのメンテナンスが容易なシリコン加熱炉とこれを用いたシリコン破砕装置とを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に従って詳述する。図１は、本発明が適用された一実施例のシリコン破砕装置Ａを示す構成図である。この図が示すように、本実施例のシリコン破砕装置Ａは、大略、搬送装置Ｃ，シリコン加熱炉１０及び冷却水槽Ｗで構成されている。
【００２１】
搬送装置Ｃは、原料シリコン塊１２が載置されるバスケット１４と、バスケット１４を吊下げるワイヤ１６と、ワイヤ１６の「巻取り」及び「繰出し」を行うウインチ１８と、ウインチ１８を水平方向へ走行させる走行装置２０とで構成されており、原料シリコン塊１２を破砕する際には、原料シリコン塊１２が載置されたバスケット１４が、まず、原料シリコン塊１２と共にシリコン加熱炉１０の内部へ搬入され、該加熱炉１０でバスケット１４と共に原料シリコン塊１２を加熱した後、純水が満たされた冷却水槽Ｗの中に原料シリコン塊１２と共にバスケット１４が沈められる。
【００２２】
搬送装置Ｃのバスケット１４(図１)は、互いに対向して配設された２枚の側面プレート１４ａと、側面プレート１４ａ間に架け渡され、且つ原料シリコン塊１２が載置される複数のパイプ１４ｂとを有しており、各側面プレート１４ａの上部にはワイヤ連結部１４ｃが取り付けられており、このワイヤ連結部１４ｃにワイヤ１６が連結されている。したがって、後述するシリコン加熱炉１０では、バスケット１４及びワイヤ１６との関係を考慮して、加熱室Ｓ１の大きさや、出入口２２の開閉機構等が設計されている。
【００２３】
シリコン加熱炉１０(図１〜５)は、バスケット１４を収容する加熱室Ｓ１(図１)を有する円筒炉であり、２つの円筒炉半体２４ａ，２４ｂ(具体的には、固定側の円筒炉半体２４ａと可動側の円筒炉半体２４ｂ)を、蝶番２６(図３)を介して組み合わせることによって構成されている。そして、シリコン加熱炉１０を使用する際には、図１及び図３に示すように、固定側の円筒炉半体２４ａが支持台２８に取り付けられると共に、可動側の円筒炉半体２４ｂに油圧シリンダ装置３０が取り付けられ、油圧シリンダ装置３０によって円筒炉半体２４ａ，２４ｂの開口部、すなわち出入口２２が開閉される。
【００２４】
円筒炉半体２４ａ，２４ｂのそれぞれは、図２，図５及び図６に示すように、半円筒状のハウジング３２を備えており、ハウジング３２の内側には、図６に示すように、断熱材３４、石英管６４で被覆されたヒータＨ及び均熱材３６がこの順に組み込まれており、ハウジング３２の周方向両端部内面には、断熱材３４の径方向への離脱を防止する断面略Ｌ字状の径方向離脱防止部材３８が設けられている。そして、径方向離脱防止部材３８には、断熱材３４の周方向端面を覆う周方向端面被覆部材４０が取り付けられており、断熱材３４の周方向端面と周方向端面被覆部材４０との間には、周方向端面冷却管４２が配設されている。
【００２５】
一方、ハウジング３２の軸方向両端部には、図７に示すように、複数のヒータＨを並列に電気接続するブスバー４４及び断熱材３４の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材４６がこの順に取り付けられている。又、軸方向離脱防止部材４６の表面には、取付板４８ならびに２種類の支持部材５０ａ及び５０ｂが取り付けられており、支持部材５０ａ及び５０ｂのそれぞれには、側面冷却管５２が接触して配置されている。更に、取付板４８の表面には、加熱室Ｓ１の内側壁を構成する側壁構成部材５４がカバー部材５６と共に複数の取付具５８によって取り付けられている。
【００２６】
さらに、ハウジング３２の周方向一方端部外面には、図５に示すように、断面略四角形のパイプ部材６０がハウジング３２の周方向端縁に沿って取り付けられており、固定側の円筒炉半体２４ａのパイプ部材６０と可動側の円筒炉半体２４ｂのパイプ部材６０とが蝶番２６を介して連結されている(図３参照)。又、各パイプ部材６０には、ハウジング３２の変形を防止する断面略Ｌ状或いは断面略コ字状の補強部材６２が取り付けられている。
【００２７】
以下には、シリコン加熱炉１０の各構成部材について、図面を参照しながらより詳細に説明する。
【００２８】
ハウジング３２は、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの外周壁を構成するものであり、図６に示すように、ステンレス(ＳＵＳ)等の金属からなる板材を半円筒状に曲げ加工することによって構成されている。このハウジング３２の軸方向一方端部における周方向両端縁には、図７に示すように、周方向端面冷却管４２の両端部４２ａ，４２ｂを外部へ導出するための切欠部６３が形成されており、ハウジング３４の周方向両端部内面における切欠部６３を避けた位置には、図４及び図７に示すように、断面略Ｌ字状の径方向離脱防止部材３８の一片が溶接またはネジ止め等によって取り付けられている。
【００２９】
また、図６に示すように、ハウジング３２の軸方向両端部における所定位置には、後述するブスバー４４の電極片４４ｂを取り出すための電極取出孔３２ａが(本実施例の場合、周方向に各２カ所、ハウジング３２全体として計４カ所)設けられており、ハウジング３２の軸方向中央部における所定位置には、熱電対Ｔ(図５参照)を取り付けるための熱電対取付孔３２ｂが設けられている。更に、ハウジング３２の外表面には、図２に示すように、電極取出孔３２ａから取り出された電極片４４ｂ(後述)を保護する電極保護カバーＣ１が取り付けられると共に、熱電対取付孔３２ｂに取り付けた熱電対Ｔを保護する熱電対保護カバーＣ２が取り付けられている。
【００３０】
断熱材３４は、ヒータＨの熱がハウジング３２に直接伝わるのを防止するものであり、図６に示すように、セラミック等のような断熱性及び耐熱性に優れた材料を半円筒状に加工することによって構成されている。そして、断熱材３４の内周面には、胴長方向へ延びる複数の溝３４ａが周方向に所定の間隔を置いて形成されており、これらの溝３４ａにヒータＨが収容される。
【００３１】
ヒータＨ(図４参照)は、棒状または線状(すなわち、直線状)の抵抗加熱ヒータであり、ハウジング３２の胴長と略同等の長さに形成された石英管６４と、カンタル線などからなり、この石英管６４の内部に挿入された発熱体６６とで構成されている。
【００３２】
ここで、ヒータＨ(より具体的には発熱体６６)を被覆する石英管６４は、透明な物及び不透明な物の何れも使用できるが、不透明な物を用いた場合、透明な物に比べてヒータＨの熱容量をより一層増加させることができる。
【００３３】
また、図４及び図５に示すように、ヒータＨの長手方向両端部には、リード線６８が接続されており、このリード線６８の先端が後述するブスバー４４のリード線接続部４４ａに電気的に接続されている。このため、独立した各ヒータＨがブスバー４４を介して電気的に並列接続されるようになっている。
【００３４】
均熱材３６は、ヒータＨからの熱で均等に加熱されると共に、加熱室Ｓ１の内周壁を構成するものであり、石英ガラス等のような耐熱ガラスによって半円筒状に形成されている。この均熱材３６を構成する耐熱ガラスは、金属不純物の放散がなく、且つ優れた耐熱性を有するものである。従って、断熱材３４及びヒータＨの内側にこのような耐熱ガラスからなる均熱材３６を配設してシリコン加熱炉１０を構成することによって、断熱材３４から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へと拡散するのを防止できると共に、炉内の大熱容量化を図ることができ、ヒータＨからの熱を均熱材３６を介して加熱室Ｓ１内へ均等に放射することができる。
【００３５】
なお、均熱材３６を構成する耐熱ガラスは、上述した石英管６４と同様、透明な物及び不透明な物の何れも使用することができる。
【００３６】
周方向端面被覆部材４０は、断熱材３４の周方向端面を覆うことによって断熱材３４から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内に拡散するのを防止するものであり、図４及び図６に示すように、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料によって帯板状に形成されている。なお、この周方向端面被覆部材４０は、径方向離脱防止部材３８に螺子止めされる。
【００３７】
周方向端面冷却管４２は、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料からなる管材を略Ｕ字状に曲げることによって構成された「通水管」であり、図４及び図６に示すように、断熱材３４の周方向端面と周方向端面被覆部材４０との間において、周方向端面の全長に亘って配設されている。また、この周方向端面冷却管４２における冷媒の流入口及び流出口となる両端部４２ａ，４２ｂは、ハウジング３２の切欠部６３からシリコン加熱炉１０の外部へと導出されている。
【００３８】
ここで、周方向端面被覆部材４０と周方向端面冷却管４２とは、互いに独立して配設されてもよいが、本実施例では、周方向端面被覆部材４０の裏面に周方向端面冷却管４２が溶接されている。したがって、本実施例では、周方向端面被覆部材４０を径方向離脱防止部材３８に取り付けると同時に周方向端面冷却管４２を位置決めでき、周方向端面冷却管４２の位置決めの手間を軽減できる。また、周方向端面被覆部材４０を周方向端面冷却管４２によって効率よく冷却できる。
【００３９】
ブスバー４４は、耐熱性と導電性とに優れた金属材料からなる電極部材であり、図４、図５及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面外縁部に配置され、ヒータＨのリード線６８が接続される円弧板状のリード線接続片４４ａ１と、該リード線接続片４４ａ１の外周縁から略垂直に曲折して断熱材３４の外周面に当接する外周当接片４４ａ２とで構成された円弧状のリード線接続部４４ａ、及び外周当接片４４ａ２の先端から突出した電極片４４ｂを有する。
【００４０】
このうちリード線接続部４４ａを構成するリード線接続片４４ａ１の内周縁側には、同一円弧上に複数のリード線取付孔４５が穿設されており、このリード線取付孔４５のそれぞれに、各ヒータＨのリード線６８の先端が係脱自在に取り付けられる。
【００４１】
また、リード線接続片４４ａ１の外周縁側には、ブスバー４４を断熱材３４の軸方向端面に螺子止めする際に固定ネジｎが挿通される複数のネジ孔４７が穿設されている。
【００４２】
ここで、本実施例のシリコン加熱炉１０では、円筒炉半体２４ａ，２４ｂのそれぞれの胴長方向両端部に２つのブスバー４４が取り付けられている。このため、円筒炉半体２４ａ，２４ｂが周方向にて２つのゾーンに分割されると共に、各ゾーン別個にヒータＨの温度制御ができるようになっている。
【００４３】
軸方向離脱防止部材４６は、断熱材３４の軸方向端面側に配設され断熱材３４の軸方向への離脱を防止するものであり、図４及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面と均熱材３６とハウジング３２とで囲まれたハウジング３２の軸方向両端部の空間に嵌め込まれる略半円弧状の部材である。
【００４４】
取付板４８は、図７に示すように、板材の一部に半円状の切欠部４８ａを設けることによって形成された部材で、この取付板４８表面の所定位置には複数のネジ孔４８ｂが設けられており、取付ネジ７０を介して軸方向離脱防止部材４６の表面に固定されている。
【００４５】
なお、取付板４８の形状は、図２及び図３に示すように、円筒炉半体２４ａ及び２４ｂのそれぞれで相違しており、固定側の円筒炉半体２４ａにおける取付板４８の形状は、取付対象となる支持台２８の形状に応じて設定されており、可動側の円筒炉半体２４ｂにおける取付板４８の形状は、油圧シリンダ装置３０を取り付ける取付部７２を確保できるように設定されている。
【００４６】
支持部材５０ａ及び５０ｂは、均熱材３６と軸方向離脱防止部材４６とに螺子止めされることにより、均熱材３６の軸方向端部を支持するものであり、均熱材３６の支持対象部分に応じて使い分けられる。具体的には、支持部材５０ａは、均熱材３６の軸方向端部をその周方向端部において支持するものであり、支持部材５０ｂは、均熱材３６の軸方向端部をその周方向端部以外の部分で支持するものである。
【００４７】
この支持部材５０ａ及び５０ｂの材質は、特に限定されるものではないが、原料シリコン塊１２の金属汚染を防止するためには、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料を用いることが望ましい。
【００４８】
側面冷却管５２は、チタン等のような耐熱性に優れ、且つ熱拡散の生じ難い材料からなる「通水管」であり、図７に示すように、全ての支持部材５０ａ及び５０ｂに接触するようにして配設されている。つまり、側面冷却管５２は、断熱材３４の外周縁及び周方向端縁ならびに均熱材３６の内周縁に沿って配設されており、側面冷却管５２の両端部は、ハウジング３２の略中央部においてハウジング３２の外側へと導出するように配設されている。
【００４９】
支持部材５０ａ及び５０ｂと側面冷却管５２とは、互いに独立して配設されてもよいが、本実施例では、各支持部材５０ａ及び５０ｂに側面冷却管５２が溶接されている。したがって、本実施例では、支持部材５０ａ及び５０ｂを軸方向離脱防止部材４６に取り付けると同時に側面冷却管５２を位置決めでき、側面冷却管５２の位置決めの手間を軽減できる。また、各支持部材５０ａ及び５０ｂを側面冷却管５２によって効率よく冷却できる。
【００５０】
側壁構成部材５４は、図４及び図７に示すように、断熱材３４の軸方向端面を軸方向離脱防止部材４６及び取付板４８の表面側から覆うとともに加熱室Ｓ１の内側壁を構成するものであり、石英ガラス等のような耐熱ガラスによって半円盤状に形成されている。この側壁構成部材５４には、加熱室Ｓ１に収容されたバスケット１４のワイヤ連結部１４ｃを外部へ導出させるための略円形の窓７４が形成されている。
【００５１】
カバー部材５６は、図４及び図７に示すように、側壁構成部材５４を覆い隠すものであり、側壁構成部材５４と対向して配設される半円盤状のカバー板部５６ａと、カバー板部５６ａの外周縁から垂直に立ち上がって形成され、側壁構成部材５４を収容する空間を構成する周壁部５６ｂとを有しており、カバー板部５６ａには、側壁構成部材５４の窓７４に対応する略円形の窓７６が形成されている。
【００５２】
なお、カバー板部５６ａと側壁構成部材５４との間には、セラミックシートなどからなる断熱材７８が配設されている。又、図２及び図３に示すように、カバー部材５６の窓７６には、これを開閉自在に封鎖する蓋体８０が設けられている。
【００５３】
取付具５８は、図３及び図７に示すように、側壁構成部材５４が取り付けられたカバー部材５６を取付板４８に取り付けるためのものであり、互いに平行な一対の取付板部５８ａ及び５８ｂと、これらを連結する連結板部５８ｃとで構成された略「Ｚ」字状の部材である。この取付具５８は、取付板部５８ａをカバー板材５６の外縁に螺子止めすると共に、取付板部５８ｂを取付板４８に螺子止めすることにより、カバー部材５６を取付板４８に着脱可能に固定する。
【００５４】
本実施例によれば、円筒炉半体２４ａ，２４ｂに内蔵される複数のヒータＨが、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長と略同等の長さに形成されると共に、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内周方向にて互いに離間し且つ円筒炉半体２４ａ，２４ｂの胴長方向に沿って配置されているので、図５に示すように、円筒炉半体２４ａ，２４ｂ内に多数本の独立したヒータＨを配設することができる。その結果、或るヒータＨが断線したとしても、断線したヒータＨに隣接して並行する一対のヒータＨで断線したヒータＨの発熱量を補うことができ、炉内の加熱バランスが大きく崩れるのを防止することができる。
【００５５】
また、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの内部にて、上述のように配置されたヒータＨの長手方向両端部は、図４に示すように、円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面側に配置されるようになる。このため、螺子止めされた取付具５８を取り外し、取付板４８からカバー部材５６と側壁構成部材５４とを取り外すだけで、ヒータＨの端部が外部に露出するようになる。つまり、ヒータＨの交換に際して円筒炉半体２４ａ，２４ｂを全て分解する必要がなく、断線したヒータＨを円筒炉半体２４ａ，２４ｂの側面から交換することができ、ヒータ交換に掛かる時間やコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例のシリコン破砕装置を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例のシリコン加熱炉を示す斜視図である。
【図３】図２におけるＸ矢視図である。
【図４】図３におけるＩ−Ｉ’線断面図である。
【図５】図４におけるＩＩ−ＩＩ’線断面図である。
【図６】円筒炉半体を示す径方向の分解斜視図である。
【図７】円筒炉半体を示す軸方向の分解斜視図である。
【図８】従来のシリコン破砕装置の概略を示す(a)正面図および(b)右側面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…シリコン加熱炉
１２…原料シリコン
２４ａ,２４ｂ…円筒炉半体
２６…蝶番
２８…支持台
３０…油圧シリンダ装置
３２…ハウジング
３４…断熱材
３６…均熱材
３８…径方向離脱防止部材
４０…周方向端面被覆部材
４２…周方向端面冷却管
４４…ブスバー
４６…軸方向離脱防止部材
４８…取付板
５０ａ,５０ｂ…支持部材
５２…側面冷却管
５４…側壁構成部材
５６…カバー部材
５８…取付具
６４…石英管
６６…発熱体
６８…リード線
Ａ…シリコン破砕装置
Ｈ…ヒータ
Ｃ…搬送装置
Ｗ…冷却水槽
Ｔ…熱電対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの円筒炉半体を円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊を加熱するシリコン加熱炉であって、
前記円筒炉半体の胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管で被覆された複数の直線状のヒータと、
前記円筒炉半体の胴長方向両端側に配置され、前記各ヒータの長手方向両端部に接続されたリード線が係脱自在に接続されるブスバーとを具備し、
前記２つの円筒炉半体の内側に、前記複数の直線状のヒータが、前記円筒炉半体の内周方向にて互いに離間し且つ前記円筒炉半体の胴長方向に沿って配列されると共に、前記ヒータのそれぞれが、その長手方向両端部において前記ブスバーを介して電気的に並列接続されていることを特徴とするシリコン加熱炉。
【請求項２】
前記円筒炉半体の内側に取り付けられた半円筒状の断熱材の内周面に、前記断熱材の胴長方向に延びて前記ヒータをスライド自在に収容する収容溝が、周方向に所定の間隔を置いて堀設されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン加熱炉。
【請求項３】
前記円筒炉半体を周方向にて複数のゾーンに分割し、前記ヒータを分割した各ゾーン毎に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン加熱炉。
【請求項４】
原料シリコンを搬送する搬送装置と、
前記原料シリコンを加熱する請求項１乃至３の何れかに記載のシリコン加熱炉と、
前記シリコン加熱炉で加熱した原料シリコンを水没させて急冷する冷却水槽とで構成されていることを特徴とするシリコン破砕装置。
【請求項１】
２つの円筒炉半体を円筒状に組み合わせることによって構成され、その内部にて加熱対象となる原料シリコン塊を加熱するシリコン加熱炉であって、
前記円筒炉半体の胴長と略同等の長さに形成され、且つ石英管で被覆された複数の直線状のヒータと、
前記円筒炉半体の胴長方向両端側に配置され、前記各ヒータの長手方向両端部に接続されたリード線が係脱自在に接続されるブスバーとを具備し、
前記２つの円筒炉半体の内側に、前記複数の直線状のヒータが、前記円筒炉半体の内周方向にて互いに離間し且つ前記円筒炉半体の胴長方向に沿って配列されると共に、前記ヒータのそれぞれが、その長手方向両端部において前記ブスバーを介して電気的に並列接続されていることを特徴とするシリコン加熱炉。
【請求項２】
前記円筒炉半体の内側に取り付けられた半円筒状の断熱材の内周面に、前記断熱材の胴長方向に延びて前記ヒータをスライド自在に収容する収容溝が、周方向に所定の間隔を置いて堀設されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコン加熱炉。
【請求項３】
前記円筒炉半体を周方向にて複数のゾーンに分割し、前記ヒータを分割した各ゾーン毎に制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン加熱炉。
【請求項４】
原料シリコンを搬送する搬送装置と、
前記原料シリコンを加熱する請求項１乃至３の何れかに記載のシリコン加熱炉と、
前記シリコン加熱炉で加熱した原料シリコンを水没させて急冷する冷却水槽とで構成されていることを特徴とするシリコン破砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７６３５（Ｐ２０１０−１７６３５Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７９４８８（Ｐ２００８−１７９４８８）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（５０６２９４８２０）株式会社テオス (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（５０６２９４８２０）株式会社テオス (6)
【Ｆターム（参考）】
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