(57)【要約】  原料シリコンの金属汚染を防止できるとともに、熱膨張変形による加熱効率の低下を防止できる、シリコン加熱炉を提供する。  シリコン加熱炉１０は、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂを円筒状に組み合わせることによって構成されている。２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、半円筒状のハウジング３４を有しており、ハウジング３４の内側には、断熱材３６、ヒーター３８および均熱材４２が配設されており、ハウジング３４の周方向両端部内面には、断熱材３６の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材４４が設けられており、径方向離脱防止部材４４には、断熱材３６の周方向端面３６ａを覆う周方向端面被覆部材４６が取り付けられている。そして、断熱材３６の周方向端面３６ａと周方向端面被覆部材４６との間には、内部に冷却水が通される周方向端面冷却管４８が配設されている。
2009019756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの半円筒炉を円筒状に組み合わせることによって構成され、加熱対象となる原料シリコンを収容する加熱室を有するシリコン加熱炉であって、
前記２つの半円筒炉のそれぞれは、半円筒状のハウジングと、前記ハウジングの内側に配設された半円筒状の断熱材と、前記断熱材の内側に配設されたヒーターと、耐熱ガラスからなり、前記ヒーターの内側に配設されて前記ヒーターからの熱で加熱され、かつ、前記加熱室の内周壁を構成する半円筒状の均熱材と、前記ハウジングの周方向両端部内面に設けられ、前記断熱材の周方向端面に当たることによって前記断熱材の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材と、前記径方向離脱防止部材に固定され、前記断熱材の周方向端面を覆う周方向端面被覆部材と、前記断熱材の周方向端面と前記周方向端面被覆部材との間に配設され、内部に冷却水が通される周方向端面冷却管とを有している、シリコン加熱炉。
【請求項２】
前記周方向端面被覆材および前記周方向端面冷却管のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている、請求の範囲第１項に記載のシリコン加熱炉。
【請求項３】
前記断熱材の周方向両端部内面と前記均熱材の周方向両端部外面との間には、石英繊維からなる紐状のシール材が軸方向へ延びて配設されている、請求の範囲第１項に記載のシリコン加熱炉。
【請求項４】
前記２つの半円筒炉のそれぞれは、さらに、前記ハウジングの軸方向両端部に取り付けられ、前記断熱材の軸方向端面に当たることによって前記断熱材の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材と、前記軸方向離脱防止部材に取り付けられた取付板部と前記均熱材の軸方向端部を支持する支持部とを有する支持部材と、前記支持部材に接触するようにして配設され、内部に冷却水が通される側面冷却管と、耐熱ガラスからなり、前記断熱材の軸方向端面を覆うとともに前記加熱室の内側壁を構成する側壁構成部材とを有している、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のシリコン加熱炉。
【請求項５】
前記支持部材および前記側面冷却管のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている、請求の範囲第４項に記載のシリコン加熱炉。
【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粉砕する破砕方法において原料シリコンを加熱するのに用いられるシリコン加熱炉に関し、特に、２つの半円筒炉を円筒状に組み合わせることによって構成された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、（ａ）原料シリコンを生成する工程と、（ｂ）原料シリコンから略円柱状の単結晶シリコンインゴットを生成する工程と、（ｃ）単結晶シリコンインゴットを円盤状に切断する工程とを経て製造される。【０００３】
これらの工程のうち（ｂ）工程では、周知のチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  ｍｅｔｈｏｄ；以下、「ＣＺ法」という。）が一般に用いられるが、このＣＺ法は、「原料シリコンを坩堝内に投入して加熱溶融し、溶融液に単結晶シリコン棒（種）を接触させ、その後、これをゆっくりと回転させながら引き上げて単結晶シリコンを結晶成長させるもの」である。したがって、ＣＺ法においては、坩堝内への投入が可能なように、或いは、短時間での溶融が可能なように、原料シリコンを予め細かく破砕しておく必要がある。【０００４】
このような要請から、近年では、原料シリコンを効率よく破砕する「破砕方法」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の「破砕方法」は、「棒状の原料シリコン（多結晶シリコン）を４４０〜８００℃に加熱した後、１００℃以下まで急冷することによって、原料シリコンの内部にクラックを発生させ、その後、外部から衝撃を加えて原料シリコンを破砕するもの」である。【０００５】
この「破砕方法」によれば、加熱処理によって原料シリコンの内部にクラックを発生させるようにしているので、加熱処理後には、原料シリコンどうしをぶつけ合うだけで、これを簡単に粉砕できる。したがって、ハンマー等を用いて原料シリコンを破砕する必要がなく、労力を大幅に軽減できるとともに、ハンマー等による原料シリコンの汚染を防止できる。しかしながら、加熱処理工程では、原料シリコンを炉内で高温に加熱する必要があるため、炉の構成材料から拡散された金属不純物によって、原料シリコンが汚染されるという問題があった。【０００６】
そこで開発されたのが、特許文献２に記載された「加熱炉」である。特許文献２の「加熱炉」は、「半円筒状の２つのハウジングによって円筒状の炉本体を構成し、炉本体の内周面を石英ガラスからなる被覆材で覆うとともに、分割面をチタンからなる被覆材で覆うようにしたもの」である。
【特許文献１】特開平１０−１５８２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載された「加熱炉」によれば、炉本体の内周面や分割面を被覆材で覆うようにしているので、炉内に金属不純物が拡散するのを防止でき、原料シリコンの金属汚染を防止できる。また、半円筒状の２つのハウジングを離間させることによって、原料シリコンを出し入れするための出入口を確保するようにしているので、当該出入口を大きく開くことができる。【０００８】
しかしながら、この「加熱炉」では、各ハウジングの開口部が「長方形」であるため、開口部の長辺が熱膨張によって変形され易いという問題があった。そして、長辺が熱膨張変形された場合には、２つのハウジングの接合部に隙間が生じるため、当該隙間から炉内の熱が外部へ逃げて加熱効率が著しく低下するという問題があった。【０００９】
それゆえに本発明の主たる課題は、原料シリコンの金属汚染を防止できるとともに、熱膨張変形による加熱効率の低下を防止できる、シリコン加熱炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求の範囲第１項に記載した発明は、「２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、加熱対象となる原料シリコン１２を収容する加熱室Ｓ１を有するシリコン加熱炉１０であって、前記２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、半円筒状のハウジング３４と、前記ハウジング３４の内側に配設された半円筒状の断熱材３６と、前記断熱材３６の内側に配設されたヒーター３８と、耐熱ガラスからなり、前記ヒーター３８の内側に配設されて前記ヒーター３８からの熱で加熱され、かつ、前記加熱室Ｓ１の内周壁を構成する半円筒状の均熱材４２と、前記ハウジング３４の周方向両端部内面に設けられ、前記断熱材３６の周方向端面３６ａに当たることによって前記断熱材３６の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材４４と、前記径方向離脱防止部材４４に固定され、前記断熱材３６の周方向端面３６ａを覆う周方向端面被覆部材４６と、前記断熱材３６の周方向端面３６ａと前記周方向端面被覆部材４６との間に配設され、内部に冷却水が通される周方向端面冷却管４８とを有している、シリコン加熱炉１０」である。【００１１】
本発明では、ハウジング３４とヒーター３８との間に断熱材３６が配設されているので、ヒーター３８の熱がハウジング３４に直接伝わるのを防止でき、ハウジング３４の熱膨張変形を抑制できる。また、断熱材３６の周方向端面３６ａと周方向端面被覆部材４６との間に周方向端面冷却管４８が配設されているので、周方向端面冷却管４８によって断熱材３６の周方向端面３６ａを冷却することができ、ハウジング３４の周方向端部における熱膨張変形を効果的に抑制できる。【００１２】
そして、断熱材３６の内周面３６ｃが均熱材４２で覆われるとともに、断熱材３６の周方向端面３６ａが周方向端面被覆部材４６で覆われているので、断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止できる。さらに、耐熱ガラス製の均熱材４２を用いているので、均熱材４２自体から加熱室Ｓ１内へ金属不純物が拡散されるのを防止できる。【００１３】
請求の範囲第２項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記周方向端面被覆材４６および前記周方向端面冷却管４８のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている」ことを特徴とする。【００１４】
本発明では、周方向端面被覆材４６および周方向端面冷却管４８のそれぞれが熱拡散を生じ難いチタンで形成されているので、これらから金属不純物が放散されるのを防止できる。また、周方向端面被覆材４６と周方向端面冷却管４８とが溶接されているので、周方向端面冷却管４８によって周方向端面被覆材４６を効率よく冷却できるとともに、径方向離脱防止部材４４に周方向端面被覆材４６を固定するだけで周方向端面冷却管４８を簡単に位置決めできる。【００１５】
請求の範囲第３項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記断熱材３６の周方向両端部内面と前記均熱材４２の周方向両端部外面との間には、石英繊維からなる紐状のシール材４０が軸方向へ延びて配設されている」ことを特徴とする。【００１６】
本発明では、断熱材３６と均熱材４２との隙間Ｓ３を石英繊維からなる紐状のシール材４０で封止するようにしているので、断熱材３６の内周面から放散された金属不純物が当該隙間から加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止できる。【００１７】
請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、さらに、前記ハウジング３４の軸方向両端部に取り付けられ、前記断熱材３６の軸方向端面３６ｂに当たることによって前記断熱材３６の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材５０と、前記軸方向離脱防止部材５０に取り付けられた取付板部１０８と前記均熱材４２の軸方向端部を支持する支持部１１０ａとを有する支持部材５４ａ，５４ｂと、前記支持部材５４ａ，５４ｂに接触するようにして配設され、内部に冷却水が通される側面冷却管５６と、耐熱ガラスからなり、前記断熱材３６の軸方向端面３６ｂを覆うとともに前記加熱室Ｓ１の内側壁を構成する側壁構成部材５８とを有している」ことを特徴とする。【００１８】
本発明では、支持部材５４ａ，５４ｂに接触するようにして側面冷却管５６が配設されているので、側面冷却管５６によって支持部材５４ａ，５４ｂを冷却できるとともに、支持部材５４ａ，５４ｂが取り付けられた軸方向離脱防止部材５０を冷却でき、さらに、軸方向離脱防止部材５０に当たる断熱材３６の軸方向端面３６ｂを冷却できる。【００１９】
また、断熱材３６の軸方向端面３６ｂが軸方向離脱防止部材５０および側壁構成部材５８で覆われているので、断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止できる。【００２０】
請求の範囲第５項に記載した発明は、請求の範囲第４項に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記支持部材５４ａ，５４ｂおよび前記側面冷却管５６のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている」ことを特徴とする。【００２１】
本発明では、支持部材５４ａ，５４ｂおよび側面冷却管５６のそれぞれが熱拡散を生じ難いチタンで形成されているので、これらから加熱室Ｓ１内へ金属不純物が拡散されるのを防止できる。また、支持部材５４ａ，５４ｂと側面冷却管５６とが溶接されているので、側面冷却管５６によって支持部材５４ａ，５４ｂを効率よく冷却できるとともに、軸方向離脱防止部材５０に支持部材５４ａ，５４ｂを固定するだけで側面冷却管５６を簡単に位置決めできる。
【発明の効果】
【００２２】
請求の範囲第１項〜第５項に記載した発明によれば、断熱材３６によってヒーター３８の熱がハウジング３４に直接伝わるのを防止できるとともに、周方向端面冷却管４８によって断熱材３６の周方向端面３６ａを効果的に冷却できる。したがって、ハウジング３４が高温に加熱されるのを防止でき、特に、ハウジング３４の周方向端部における熱膨張変形を抑制でき、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂの接合部に隙間が生じるのを防止できる。これにより、当該隙間から加熱室Ｓ１内の熱が逃げるのを防止でき、熱膨張変形による加熱効率の低下を防止できる。【００２３】
また、断熱材３６の内周面３６ｃおよび周方向端面３６ａを均熱材４２および周方向端面被覆部材４６で覆うようにしているので、断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止でき、加熱室Ｓ１内で加熱される原料シリコン１２が当該金属不純物で汚染されるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シリコン加熱炉を示す斜視図
【図２】シリコン加熱炉を示す側面図
【図３】シリコン加熱炉を開いた状態を示す断面図
【図４】シリコン加熱炉における分割面の軸方向端部を示す拡大図
【図５】シリコン加熱炉の使用状態を示す簡略図
【図６】半円筒炉を示す分解斜視図（径方向）
【図７】半円筒炉を示す分解斜視図（軸方向）
【図８】断熱材の取付構造を示す斜視図
【図９】周方向端面被覆部材および周方向端面冷却管の取付構造を示す斜視図
【図１０】取付板の取付構造を示す斜視図
【図１１】支持部材および側面冷却管の取付構造を示す斜視図
【図１２】図１１におけるXII部分拡大図
【図１３】側壁構成部材およびカバー部材の取付構造を示す斜視図
【図１４】図１３におけるXIV部分拡大図
【符号の説明】
【００２５】
Ｓ１…  加熱室
１０…  シリコン加熱炉
１２…  原料シリコン
１４…  冷却水槽
１６…  搬送装置
１８…  バスケット
２６ａ，２６ｂ…  半円筒炉
２８…  蝶番
３０…  支持台
３２…  油圧シリンダ装置
３４…  ハウジング
３６…  断熱材
３６ａ…  断熱材の周方向端面
３６ｂ…  断熱材の軸方向端面
３８…  ヒーター
４０…  シール材
４２…  均熱材
４４…  径方向離脱防止部材
４６…  周方向端面被覆部材
４８…  周方向端面冷却管
５０…  軸方向離脱防止部材
５２…  取付板
５４ａ，５４ｂ…  支持部材
５６…  側面冷却管
５８…  側壁構成部材
６０…  カバー部材
６２…  取付具
６４…  パイプ部材
６６…  補強棒
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明が適用されたシリコン加熱炉１０を示す斜視図であり、図２は、シリコン加熱炉１０を示す側面図である。また、図３は、シリコン加熱炉１０を開いた状態を示す断面図であり、図４は、シリコン加熱炉１０における分割面の軸方向端部を示す拡大図である。そして、図５は、シリコン加熱炉１０の使用状態を示す簡略図である。【００２７】
シリコン加熱炉１０は、「原料シリコンを加熱後に急冷して粉砕する粉砕方法」において、原料シリコン１２を４４０〜１０００℃程度の高温に加熱するものであり、図５に示すように、原料シリコン１２を急冷する冷却水槽１４や、原料シリコン１２を搬送する搬送装置１６と組み合わせて用いられる。【００２８】
ここで、搬送装置１６（図５）は、原料シリコン１２が載置されるバスケット１８と、バスケット１８を吊下げるワイヤ２０と、ワイヤ２０の「巻取り」および「繰出し」を行うウインチ２２と、ウインチ２２を水平方向へ走行させる走行装置２４とによって構成されており、原料シリコン１２を加熱後に急冷する際には、原料シリコン１２が載置されたバスケット１８が、まず、シリコン加熱炉１０の内部へ搬入され、その後、冷却水槽１４の水中に沈められる。【００２９】
搬送装置１６のバスケット１８（図５）は、互いに対向して配設された２枚の側面プレート１８ａと、側面プレート１８ａ間に架け渡され、かつ、原料シリコン１２が載置される複数のパイプ１８ｂとを有しており、各側面プレート１８ａの上部にはワイヤ連結部１８ｃが取り付けられており、このワイヤ連結部１８ｃにワイヤ２０が連結されている。したがって、シリコン加熱炉１０においては、バスケット１８およびワイヤ２０との関係を考慮して、加熱室Ｓ１の大きさや、出入り口Ａの開閉機構等が設計されている。【００３０】
シリコン加熱炉１０（図１〜５）は、バスケット１８を収容する加熱室Ｓ１（図５）を有する円筒炉であり、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂを、蝶番２８（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５に示すように、一方の半円筒炉２６ａが支持台３０に取り付けられるとともに、他方の半円筒炉２６ｂに油圧シリンダ装置３２が取り付けられ、油圧シリンダ装置３２によって半円筒炉２６ａ，２６ｂの開口部、すなわち出入り口Ａが開閉される。【００３１】
半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、図１、図３および図４に示すように、半円筒状のハウジング３４を備えており、ハウジング３４の内側には、図６に示すように、断熱材３６、ヒーター３８、シール材４０および均熱材４２がこの順に組み込まれており、ハウジング３４の周方向両端部内面には、断熱材３６の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材４４が設けられている。そして、径方向離脱防止部材４４には、断熱材３６の周方向端面３６ａを覆う周方向端面被覆部材４６が取り付けられており、断熱材３６の周方向端面３６ａと周方向端面被覆部材４６との間には、周方向端面冷却管４８が配設されている。【００３２】
一方、ハウジング３４の軸方向両端部には、図７に示すように、断熱材３６の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材５０が取り付けられており、軸方向離脱防止部材５０の表面には、取付板５２ならびに２種類の支持部材５４ａおよび５４ｂが取り付けられており、支持部材５４ａおよび５４ｂのそれぞれには、側面冷却管５６が接触して配置されている。さらに、取付板５２の表面には、断熱材３６および均熱材４２のそれぞれの軸方向端面３６ｂ，４２ｂを軸方向離脱防止部材５０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側壁構成部材５８がカバー部材６０と共に複数の取付具６２によって取り付けられている。【００３３】
さらに、ハウジング３４の周方向一方端部外面には、図３に示すように、断面略四角形のパイプ部材６４がハウジング３４の周方向端縁に沿って取り付けられており、一方の半円筒炉２６ａのパイプ部材６４と他方の半円筒炉２６ｂのパイプ部材６４とが蝶番２８を介して連結されている。また、各パイプ部材６４には、ハウジング３４の変形を防止する断面略Ｌ状の補強棒６６が取り付けられている。【００３４】
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詳細に説明する。【００３５】
ハウジング３４は、半円筒炉２６ａ，２６ｂ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。そして、ハウジング３４の軸方向一方端部における周方向両端縁には、図８および図９に示すように、周方向端面冷却管４８の両端部４８ｃ，４８ｄを外部へ導出するための切欠部６８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６８を避けた位置には、図６および図８に示すように、径方向離脱防止部材４４が溶接またはネジ止め等によって取り付けられている。【００３６】
径方向離脱防止部材４４は、図８に示すように、断熱材３６の周方向端面３６ａに当たることによって断熱材３６の径方向への離脱を防止するものであり、ハウジング３４に固定されるハウジング固定片４４ａと、周方向端面被覆部材４６（図９）が取り付けられる被覆部材取付片４４ｂとを有する断面略Ｌ状の棒状に形成されている。そして、被覆部材取付片４４ｂには、取付ネジ７０（図９）が螺合される複数のネジ孔７２が長手方向へ所定の間隔を隔てて形成されている。【００３７】
ハウジング固定片４４ａをハウジング３４に固定した状態において、被覆部材取付片４４ｂの表面（取付面）とハウジング３４の周方向端面３４ａとの間には、周方向端面被覆部材４６と取付ネジ７０の頭部７０ａとを収容する空間Ｓ２が確保されている。したがって、周方向端面被覆部材４６や取付ネジ７０の頭部７０ａがハウジング３４の周方向端面３４ａからはみ出すことはなく、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂを円筒状に組み合わせる際にこれらが妨げになることはない。【００３８】
断熱材３６は、ヒーター３８の熱がハウジング３４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、アルミナ繊維綿等のような断熱性およ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３６の周方向両端部外面には、図６および図８に示すように、径方向離脱防止部材４４のハウジング固定片４４ａを配置するための段部７４ａが形成されており、断熱材３６の軸方向両端部外面には、軸方向離脱防止部材５０の接合片８４（図７）を配置するための段部７４ｂが形成されており、断熱材３６の周方向端面３６ａには、周方向端面冷却管４８の往路４８ａおよび復路４８ｂ（図９）を配置するための段部７４ｃが形成されている。さらに、断熱材３６の内周面３６ｃには、軸方向へ延びる複数の溝７６が周方向へ所定の間隔を隔てて形成されており、これらの溝７６にヒーター３８（図３）が収容されている。【００３９】
断熱材３６をハウジング３４の内側に配設した状態では、図８に示すように、径方向離脱防止部材４４の被覆部材取付片４４ｂが断熱材３６の周方向端面３６ａに対向して配置されるとともに、径方向離脱防止部材４４のハウジング固定片４４ａが断熱材３６の段部７４ａに配置される。したがって、ハウジング３４と断熱材３６との間に隙間が生じることはない。【００４０】
ヒーター３８（図３）は、棒状または線状の抵抗加熱ヒーターであり、加熱室Ｓ１内の温度むらを解消するために、断熱材３６の内周面３６ｃ全体に均等に分布して配設されている。そして、このヒーター３８がハウジング３４の外面に設けられた通電端子（図示省略）に電気的に接続されており、使用時には、この通電端子からヒーター３８に電力が供給される。【００４１】
シール材４０は、石英繊維からなる紐状部材であり、図６および図７に示すように、断熱材３６の周方向両端部内面と均熱材４２の周方向両端部外面との間、および断熱材３６の中央部内面と均熱材４２の中央部外面との間に軸方向へ延びて配設されている。したがって、断熱材３６と均熱材４２との隙間を周方向両端部において封止でき、断熱材３６の内周面から放散された金属不純物が当該隙間から加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止できる。また、シール材４０によって断熱材３６と均熱材４２との間に隙間を確保できるので、これらが互いに接触して損傷するのを防止できる。【００４２】
均熱材４２は、ヒーター３８からの熱で均等に加熱されるとともに、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。均熱材４２の周方向端面４２ａは、図９に示すように、断熱材３６の周方向端面３６ａ（段部７４ｃ）と面一になるように形成されている。【００４３】
均熱材４２を構成する耐熱ガラスは、金属不純物の放散がなく、かつ、優れた耐熱性を有するものである。したがって、断熱材３６およびヒーター３８の内側に均熱材４２を配設した構成によって、断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止できるとともに、均熱材４２自体から金属不純物が放散されるのを防止でき、さらに、ヒーター３８からの熱を、均熱材４２を介して加熱室Ｓ１内へ均等に放射することができる。【００４４】
周方向端面被覆部材４６は、断熱材３６の周方向端面３６ａを覆うことによって断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを防止するものであり、図６および図９に示すように、チタン等のような耐熱性に優れ、かつ、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。そして、周方向端面被覆部材４６の長手方向両端部における均熱材４２の周方向端面４２ａと対向する箇所には、支持部材５４ａとの干渉を避けるための切欠部７８が形成されており、また、径方向離脱防止部材４４のネジ孔７２に対応する箇所には、図９に示すように、取付ネジ７０が挿通される貫通孔８０が形成されている。【００４５】
貫通孔８０は、周方向端面被覆部材４６の長手方向へ長くなった長孔である。したがって、貫通孔８０に挿通された取付ネジ７０が径方向離脱防止部材４４のネジ孔７２に螺合された後であっても、周方向端面被覆部材４６をその長手方向へ位置調整することができる。【００４６】
周方向端面被覆部材４６を径方向離脱防止部材４４に取り付けた状態において、周方向端面被覆部材４６の幅方向一方端部は、図９に示すように、径方向離脱防止部材４４における被覆部材取付片４４ｂの表面に配設され、幅方向他方端部は、図３および図９に示すように、均熱材４２の周方向端面４２ａに近づく方向へ曲げられて、周方向端面４２ａに対向して配設されている。したがって、周方向端面被覆部材４６によって、断熱材３６の周方向端面３６ａだけでなく、断熱材３６と均熱材４２との隙間Ｓ３（図９）をも覆うことができ、断熱材３６から放散された金属不純物が加熱室Ｓ１内へ拡散されるのを確実に防止することができる。【００４７】
周方向端面冷却管４８は、チタン等のような耐熱性に優れ、かつ、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６および図９に示すように、断熱材３６の周方向端面３６ａと周方向端面被覆部材４６との間において、周方向端面３６ａの全長に亘って配設されている。つまり、周方向端面冷却管４８の往路４８ａと復路４８ｂとは、周方向端面３６ａの段部７４ｃに接して略平行に配設されており、「折返し点」となる曲り部４８ｅ（図６）は、周方向端面３６ａの長手方向一方端部に位置決めされており、両端部４８ｃ，４８ｄは、周方向端面３６ａの長手方向他方端部において、ハウジング３４の切欠部６８から外部へ導出されている。【００４８】
周方向端面被覆部材４６と周方向端面冷却管４８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４６の裏面に周方向端面冷却管４８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４６を径方向離脱防止部材４４に取り付けると同時に周方向端面冷却管４８を位置決めでき、周方向端面冷却管４８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４６を周方向端面冷却管４８によって効率よく冷却できる。【００４９】
軸方向離脱防止部材５０は、断熱材３６の軸方向端面３６ｂに当たることによって断熱材３６の軸方向への離脱を防止するものであり、図７に示すように、断熱材３６の軸方向端面３６ｂに当たる当接板部８２と、当接板部８２の外周縁から垂直に立ち上がって形成された接合片８４とによって構成されている。当接板部８２は、略「Ｕ」字状の板状に形成されており、当接板部８２の外径は、ハウジング３４の内径とほぼ同じサイズに設定されており、当接板部８２の内径は、均熱材４２の内径とほぼ同じサイズに設定されている。また、当接板部８２の周方向端面８２ａには、図１０に示すように、段差が設けられており、周方向端面８２ａの外側の部分は、ハウジング３４の周方向端面３４ａと面一になるように形成されており、周方向端面８２ａの内側の部分は、断熱材３６および均熱材４２のそれぞれの周方向端面３６ａ，４２ａと面一になるように形成されている。また、当接板部８２には、取付ネジ８６（図７）が螺合される複数のネジ孔８８と、取付ネジ９０（図７）が螺合される複数のネジ孔９２とが形成されている。そして、ハウジング３４と断熱材３６の段部７４ｂ（図６、図８）との隙間Ｓ４に接合片８４（図７）が挿し込まれ、この接合片８４がハウジング３４に溶接されている。【００５０】
取付板５２は、図７に示すように、板材の一部に半円状の切欠部９４を設けることによって形成されており、この取付板５２には、取付ネジ８６が挿通される複数の貫通孔９６と、取付ネジ９８（図１３、図１４）が螺合される複数のネジ孔１００と、取付ネジ１０２（図５）が挿通される複数の貫通孔１０４とが形成されている。そして、取付板５２が取付ネジ８６によって軸方向離脱防止部材５０に取り付けられている。【００５１】
なお、取付板５２の形状は、図２および図５に示すように、半円筒炉２６ａおよび２６ｂのそれぞれで相違しており、一方の半円筒炉２６ａにおける取付板５２の形状は、取付対象となる支持台３０の形状に応じて設定されており、他方の半円筒炉２６ｂにおける取付板５２の形状は、油圧シリンダ装置３２を取り付ける取付部１０６を確保できるように設定されている。【００５２】
支持部材５４ａおよび５４ｂは、均熱材４２の軸方向端部を支持するものであり、均熱材４２の支持対象部分に応じて使い分けられる。【００５３】
支持部材５４ａは、均熱材４２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、図１１および図１２に示すように、軸方向離脱防止部材５０に取り付けられる取付板部１０８と、取付板部１０８に対して垂直に形成され、均熱材４２の内周面４２ｃに対向して配設される板状の支持部１１０ａと、取付板部１０８および支持部１１０ａのそれぞれに対して垂直に形成され、均熱材４２の周方向端面４２ａに対向して配設される板状の支持部１１０ｂとを有しており、取付板部１０８には、取付ネジ９０が挿通される貫通孔１１２が形成されている。【００５４】
支持部材５４ｂは、均熱材４２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り、図１１および図１２に示すように、軸方向離脱防止部材５０に取り付けられる取付板部１０８と、取付板部１０８に対して垂直に形成され、均熱材４２の内周面４２ｃに対向して配設される板状の支持部１１０ａとによって略「Ｌ」字状に構成されており、取付板部１０８には、取付ネジ９０が挿通される貫通孔１１２が形成されている。【００５５】
なお、支持部材５４ａおよび５４ｂの貫通孔１１２は、単なる「円形孔」であってもよいが、支持部材５４ａおよび５４ｂの位置調整を可能にするために「長孔」であることが望ましい。貫通孔１１２が均熱材４２の径方向へ長くなった「長孔」であれば、支持部材５４ａおよび５４ｂを均熱材４２の径方向へ位置調整できるので、均熱材４２を確実に支持できる。【００５６】
また、支持部材５４ａおよび５４ｂの材質は、特に限定されるものではないが、原料シリコン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、かつ、熱拡散の生じ難い材料を用いることが望ましい。【００５７】
側面冷却管５６は、チタン等のような耐熱性に優れ、かつ、熱拡散の生じ難い材料からなる「通水管」であり、図７および図１１に示すように、全ての支持部材５４ａおよび５４ｂ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５６は、断熱材３６の外周縁および周方向端縁ならびに均熱材４２の内周縁に沿って配設されており、側面冷却管５６の両端部５６ａ，５６ｂは、ハウジング３４の中央部においてハウジング３４の外側へはみ出すように配設されている。【００５８】
支持部材５４ａおよび５４ｂと側面冷却管５６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５４ａおよび５４ｂの取付板部１０８に側面冷却管５６が溶接されている。したがって、本実施例では、支持部材５４ａおよび５４ｂを軸方向離脱防止部材５０に取り付けると同時に側面冷却管５６を位置決めでき、側面冷却管５６の位置決めの手間を軽減できる。また、各支持部材５４ａおよび５４ｂを側面冷却管５６によって効率よく冷却できる。【００５９】
側壁構成部材５８は、図７および図１４に示すように、断熱材３６の軸方向端面３６ｂを軸方向離脱防止部材５０および取付板５２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。そして、一方の半円筒炉２６ａを構成する側壁構成部材５８には、加熱室Ｓ１に収容されたバスケット１８のワイヤ連結部１８ｃを外部へ導出させるための略円形の窓１１６が形成されている。【００６０】
カバー部材６０は、図７および図１４に示すように、側壁構成部材５８を覆い隠すものであり、側壁構成部材５８と対向して配設される半円盤状のカバー板部１１８と、カバー板部１１８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５８を収容する空間Ｓ５を構成する周壁部１２０とを有しており、一方の半円筒炉２６ａを構成するカバー部材６０のカバー板部１１８には、側壁構成部材５８の窓１１６に対応する略円形の窓１２２が形成されている。そして、カバー板部１１８の外周部には、取付ネジ９８が螺合されるネジ孔１２４（図７）が形成されている。また、周壁部１２０の内周面には、略「Ｌ」字状の固定具１２６が取り付けられており、この固定具１２６に側壁構成部材５８が取り付けられている。【００６１】
なお、カバー部材６０の窓１２２には、これを封鎖する蓋体（図示省略）が開閉自在に設けられてもよい。【００６２】
取付具６２は、図１４に示すように、側壁構成部材５８が取り付けられたカバー部材６０を取付板５２に取り付けるものであり、２つの取付板部１２８ａおよび１２８ｂを連結板部１３０で連結することによって略「Ｚ」字状に形成されており、取付板部１２８ａおよび１２８ｂのそれぞれには、取付ネジ９８が螺合されるネジ孔（図示省略）が形成されている。そして、一方の取付板部１２８ａが取付ネジ９８によってカバー部材６０に取り付けられ、かつ、他方の取付板部１２８ｂが取付ネジ９８によって取付板５２に取り付けられている。【００６３】
本実施例によれば、断熱材３６によってヒーター３８の熱がハウジング３４に直接伝わるのを防止できるとともに、周方向端面冷却管４８および側面冷却管５６によって断熱材３６の周方向端面３６ａおよび軸方向端面３６ｂを冷却できるので、ハウジング３４および断熱材３６の熱膨張変形を抑制できる。したがって、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂの接合部に隙間が生じるのを防止でき、当該隙間から加熱室Ｓ１内の熱が逃げるのを防止できる。また、溝７６（図３、図６）の内面からヒーター３８に「曲げ力」が作用するのを防止でき、当該「曲げ力」によるヒーター３８の破損を防止できる。
【図１】
2009019756.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの半円筒炉を円筒状に組み合わせることによって構成され、加熱対象となる原料シリコンを収容する加熱室を有するシリコン加熱炉であって、
前記２つの半円筒炉のそれぞれは、半円筒状のハウジングと、前記ハウジングの内側に配設された半円筒状の断熱材と、前記断熱材の内側に配設されたヒーターと、前記ヒーターの内側に配設されて前記ヒーターからの熱で加熱され、かつ、前記加熱室の内周壁を構成する、半円筒状に形成された耐熱ガラス製の均熱材と、前記ハウジングの周方向両端部内面に設けられ、前記断熱材の周方向端面に当たることによって前記断熱材の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材と、前記径方向離脱防止部材に固定され、前記断熱材の周方向端面を覆う周方向端面被覆部材と、前記断熱材の周方向端面と前記周方向端面被覆部材との間に配設され、内部に冷却水が通される周方向端面冷却管とを有している、シリコン加熱炉。
【請求項２】
前記周方向端面被覆材および前記周方向端面冷却管のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている、請求項１に記載のシリコン加熱炉。
【請求項３】
前記断熱材の周方向両端部内面と前記均熱材の周方向両端部外面との間には、石英繊維からなる紐状のシール材が軸方向へ延びて配設されている、請求項１に記載のシリコン加熱炉。
【請求項４】
前記２つの半円筒炉のそれぞれは、さらに、前記ハウジングの軸方向両端部に取り付けられ、前記断熱材の軸方向端面に当たることによって前記断熱材の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材と、前記軸方向離脱防止部材に取り付けられた取付板部と前記均熱材の軸方向端部を支持する支持部とを有する支持部材と、前記支持部材に接触するようにして配設され、内部に冷却水が通される側面冷却管と、前記断熱材の軸方向端面を覆うとともに前記加熱室の内側壁を構成する、耐熱ガラス製の側壁構成部材とを有している、請求項１ないし３のいずれかに記載のシリコン加熱炉。
【請求項５】
前記支持部材および前記側面冷却管のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている、請求項４に記載のシリコン加熱炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１に記載した発明は、「２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂを円筒状に組み合わせることによって構成され、加熱対象となる原料シリコン１２を収容する加熱室Ｓ１を有するシリコン加熱炉１０であって、前記２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、半円筒状のハウジング３４と、前記ハウジング３４の内側に配設された半円筒状の断熱材３６と、前記断熱材３６の内側に配設されたヒーター３８と、前記ヒーター３８の内側に配設されて前記ヒーター３８からの熱で加熱され、かつ、前記加熱室Ｓ１の内周壁を構成する、半円筒状に形成された耐熱ガラス製の均熱材４２と、前記ハウジング３４の周方向両端部内面に設けられ、前記断熱材３６の周方向端面３６ａに当たることによって前記断熱材３６の径方向への離脱を防止する径方向離脱防止部材４４と、前記径方向離脱防止部材４４に固定され、前記断熱材３６の周方向端面３６ａを覆う周方向端面被覆部材４６と、前記断熱材３６の周方向端面３６ａと前記周方向端面被覆部材４６との間に配設され、内部に冷却水が通される周方向端面冷却管４８とを有している、シリコン加熱炉１０」である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記周方向端面被覆材４６および前記周方向端面冷却管４８のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている」ことを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記断熱材３６の周方向両端部内面と前記均熱材４２の周方向両端部外面との間には、石英繊維からなる紐状のシール材４０が軸方向へ延びて配設されている」ことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂのそれぞれは、さらに、前記ハウジング３４の軸方向両端部に取り付けられ、前記断熱材３６の軸方向端面３６ｂに当たることによって前記断熱材３６の軸方向への離脱を防止する軸方向離脱防止部材５０と、前記軸方向離脱防止部材５０に取り付けられた取付板部１０８と前記均熱材４２の軸方向端部を支持する支持部１１０ａとを有する支持部材５４ａ，５４ｂと、前記支持部材５４ａ，５４ｂに接触するようにして配設され、内部に冷却水が通される側面冷却管５６と、前記断熱材３６の軸方向端面３６ｂを覆うとともに前記加熱室Ｓ１の内側壁を構成する、耐熱ガラス製の側壁構成部材５８とを有している」ことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した「シリコン加熱炉１０」において、「前記支持部材５４ａ，５４ｂおよび前記側面冷却管５６のそれぞれはチタンで形成されており、かつ、互いに溶接されている」ことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
請求項１〜５に記載した発明によれば、断熱材３６によってヒーター３８の熱がハウジング３４に直接伝わるのを防止できるとともに、周方向端面冷却管４８によって断熱材３６の周方向端面３６ａを効果的に冷却できる。したがって、ハウジング３４が高温に加熱されるのを防止でき、特に、ハウジング３４の周方向端部における熱膨張変形を抑制でき、２つの半円筒炉２６ａ，２６ｂの接合部に隙間が生じるのを防止できる。これにより、当該隙間から加熱室Ｓ１内の熱が逃げるのを防止でき、熱膨張変形による加熱効率の低下を防止できる。
【国際調査報告】
2009019756.tif 000017
2009019756.tif 000018