JP2013159509A - 被処理物投入装置及び被処理物投入装置用の投入管 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を単純化でき、コストダウンに寄与できる被処理物投入装置を提供する。
【解決手段】被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、処理装置の内外を貫通するよう構成された投入管１３を備え、前記投入管１３が、前記処理装置の内外を貫通する直線部分１３１と、前記直線部分１３１の上流側に隣接する拡大部分１３２とを備え、前記直線部分１３１と拡大部分１３２とは別個に形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するために用いられる被処理物投入装置及び被処理物投入装置用の投入管に関するものである。

被処理物を気密状態で処理する処理装置が知られている。例えば、被処理物であるシリコン材料を処理装置の内部に設けられた炉体に投入して溶融させ、溶融したシリコン材料を固体化させる処理を行うことによって、半導体基板の材料である単結晶シリコンを製造する処理装置が知られている。この単結晶シリコンの製造工程中、処理装置の内部は、外気とは異なる特殊な雰囲気中に置かれる（例えば、不活性ガス雰囲気や真空雰囲気）。

そして、前記処理装置の内部に被処理物を外部から投入するための被処理物投入装置も知られている（例えば特許文献１）。

次に、特許文献１に記載された処理装置（当該文献によると「シリコン単結晶の育成装置」）及び被処理物投入装置（同「原料補給装置」）につき説明する。図９に示すように、この処理装置５００には、シリコンを溶融する石英製の炉体（るつぼ）５０２がチャンバ５０１内に設けられている。そして、炉体５０２の上方には熱遮蔽体５０３が設けられている。この熱遮蔽体５０３は、炉体５０２から引き上げられる単結晶シリコンが受ける炉体５０２及び溶融シリコン５０４の熱の影響を低減させるために設けられている。そして、チャンバ５０１には、斜め上方から被処理物投入装置の投入管５０５が貫通している。この投入管５０５を介して粒状の多結晶シリコン５０６を炉体５０２に補給できる。

投入管５０５は、直線部５０５ａと、この直線部５０５ａと一体に形成された拡大部５０５ｂとを備えており、処理装置の外部に位置する拡大部５０５ｂには、多結晶シリコン５０６を内部に充填した原料タンク５０７が挿入されている。

特開２０００−２１１９９４号公報

ところで、特許文献１には明記されていないが、投入管５０５は、不純物の混入を防止するため、石英ガラス製あるいは金属等に石英ガラスが内張りされた構成とされている。

直線部５０５ａと拡大部５０５ｂとは一体であるから、石英ガラス製あるいは金属等に石英ガラスが内張りされた構成とした場合、投入管５０５の製造工程が複雑になるため、被処理物投入装置の製造コストが高くなるという問題がある。また、一部が破損した場合でも投入管５０５の全体を取り替えねばならず、被処理物投入装置のランニングコストが高くなるという問題もある。

そこで、本発明は、製造工程を単純化でき、コストダウンに寄与できる被処理物投入装置及び被処理物投入装置用の投入管を提供することを課題とする。

本発明は、被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、前記処理装置の内外を貫通するよう構成された投入管を備え、前記投入管が、前記処理装置の内外を貫通する直線部分と、前記直線部分の上流側に隣接する拡大部分とを備え、前記直線部分と拡大部分とは別個に形成されたことを特徴とする被処理物投入装置である。

また、本発明は、被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置に用いる投入管で、前記処理装置の内外を貫通するよう構成され、前記処理装置の内外を貫通する直線部分と、前記直線部分の上流側に隣接する拡大部分とを備え、前記直線部分と拡大部分とは別個に形成されたことを特徴とする被処理物投入装置用の投入管である。

これらの構成によると、投入管の直線部分と拡大部分とは別個に形成されたことから、一体に形成する場合に比べて投入管の製造が容易であり、投入管が破損した際の交換も破損部分だけをパーツ毎に行うことができるため経済的である。

本発明によれば、一体に形成する場合に比べて投入管の製造が容易であることから製造工程を単純化でき、投入管が破損した際の交換も破損部分だけをパーツ毎に行うことができるため経済的であることからコストダウンに寄与できる被処理物投入装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る処理装置と被処理物投入装置とを示す概要図である。 同被処理物投入装置のうち投入装置本体を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。 同被処理物投入装置のうち供給タンクの下部周辺を示す概略図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図、（Ｄ）は（Ｃ）のＢ矢視におけるストッパーの動作説明図、（Ｅ）は（Ｂ）のＸ部における供給タンク中心での拡大縦断面図である。 同被処理物投入装置のうち投入部を示す縦断面図である。 同被処理物投入装置のうち投入部を示す要部の縦断面図である。 同被処理物投入装置のうち受けシュートを示す縦断面図である。 同被処理物投入装置のうちジョイント部周辺を示す縦断面図であり、（Ａ）は受けシュート外被ベローズが最も縮んだ状態を示し、（Ｂ）は受けシュート外被ベローズが最も伸びた状態を示す。 同被処理物投入装置のうち投入管を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解状態の斜視図、（Ｃ）は直線部分と拡大部分との接合状態を示す軸方向の断面図である。 従来の処理装置及び被処理物投入装置の構成の一例を示す概要図である。

本発明につき、一実施形態を取り上げて、図面とともに以下説明を行う。下記における方向の説明につき、「上下」とは、図１に示された上下方向を基準としたものである。また、「前後」とは、処理装置Ｆ１の中央に近い側を前方、遠い側を後方としたものである。また、「上流・下流」とは、被処理物Ｓの通過方向（流れ方向）を基準としたものである。ただし、この方向表記は説明の便宜のために用いるものであり、本発明はこの方向で説明した態様に限定して理解されるものではない。

−処理装置−
まず、本実施形態に係る被処理物投入装置１を取り付ける対象である処理装置Ｆ１について述べておく。この処理装置Ｆ１は、図１に示すように、内部を気密状態とでき、この内部に設けられた炉体（るつぼ）Ｆ１１にて被処理物Ｓを溶融できるものである。本実施形態では、この処理装置Ｆ１は、半導体基板の材料である単結晶シリコンを製造するために用いられる。炉体Ｆ１１には、被処理物Ｓとして塊状である多結晶シリコン（シリコンナゲット）が外部から被処理物投入口部Ｆ１２を貫通して投入され、炉体Ｆ１１内で加熱されることにより溶融される。

本実施形態の処理装置Ｆ１では、ＣＺ法により単結晶シリコンが製造される。この単結晶シリコンの製造方法について簡単に説明しておく。まず、アルゴンや窒素などの不活性ガス雰囲気中にて炉体Ｆ１１に投入されたシリコンナゲットが融点を超える温度まで加熱されて溶融される。この溶融状態とされたシリコン（以下、「溶湯」と記す）Ｓ１に、種となる単結晶シリコン（図示しない）が漬けられ、その後、この種となる単結晶シリコンが回転しつつゆっくりと持ち上げられることにより、結晶が成長していく。そして、最終的には略円柱状の固体である単結晶シリコン（インゴット）が形成される。なお、被処理物Ｓの種類によっては処理装置Ｆ１の内部が不活性ガス雰囲気ではなく真空雰囲気とされても良い。

なお、本実施形態では被処理物Ｓを構成する物質がシリコンであるが、本発明の対象となる被処理物Ｓはこれに限定されるものではない。シリコン以外の金属や樹脂などの種々の物質を被処理物Ｓとすることができる。

また、本実施形態における「処理」とは、シリコンナゲットの加熱による溶融、及び、溶湯Ｓ１からの引き上げによる単結晶シリコン（インゴット）の形成までの一連の操作を含んでいるが、本発明における「処理」とは、もっと広い概念であって、気密状態で被処理物Ｓに種々の物理変化あるいは化学変化を加えるための操作全般を含む概念である。

−被処理物投入装置−
被処理物投入装置１は、図１に示すように、前記処理装置Ｆ１の内部に、この処理装置Ｆ１の外部から被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入できるよう構成されている。この被処理物投入装置１は、投入装置本体１ａと投入部１ｂとから構成されており、投入装置本体１ａと投入部１ｂとはジョイント部１５によって分離及び接合可能である。

＜投入装置本体＞
投入装置本体１ａは、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、被処理物収容部（ホッパー）１１と被処理物取出機構１２とを備えており、これらは供給タンク１１１の内部に設けられている。そして、投入装置本体１ａは、下流端にジョイント部１５及び受けシュート１６を備え、この受けシュート１６から投入部１ｂへと被処理物Ｓを送ることができる。供給タンク１１１は、ステンレス合金製で略円筒形状の供給タンク本体１１１ａと、この供給タンク本体１１１ａから水平方向に突出している突出部１１１ｂとを備えており、両者は一体である。そして、投入装置本体１ａは、ジョイント部１５（後述）の一部である上側ジョイントフランジ１５１と受けシュート外被ベローズ１５３とを備える。上側ジョイントフランジ１５１と、投入部１ｂが備える下側ジョイントフランジ１５２とが結合された状態（図７（Ａ）参照）で、かつ、図１に示すように被処理物投入装置１が処理装置Ｆ１に取り付けられた場合において、この供給タンク１１１自体が外気に対する気密状態を保持できる。なお、本実施形態の説明における「外気」とは、被処理物投入装置１及び処理装置Ｆ１の外部雰囲気を指す。

被処理物Ｓは、投入装置本体１ａにおいて被処理物収容部１１から被処理物取出機構１２、受けシュート１６を順に通る。その後、投入部１ｂの閉鎖部１４、投入管１３を順に通り、炉体Ｆ１１まで搬送される。この搬送経路のうちで被処理物Ｓが触れる部分は、磨耗に強い材料である石英ガラス製であるか、あるいは金属等に石英ガラスが内張りされている。これにより、磨耗による金属粉などの不純物が被処理物Ｓに混入する可能性を極力抑えることができ、純度の高い単結晶シリコンを製造することができる。

なお、説明の都合上、被処理物収容部１１に収容されていた被処理物Ｓを気密状態で取り出し、処理装置Ｆ１へと搬送するための部位を搬送部Ｘと定義する。本実施形態における搬送部Ｘとは、ジョイント部１５の接合時における、投入装置本体１ａの一部（ジョイント部１５よりも被処理物収容部１１側の区間）と投入部１ｂ（ジョイント部１５よりも処理装置Ｆ１側の区間）とから構成される。詳しくは、投入装置本体１ａにおける被処理物収容部（ホッパー）１１の下端に位置する取出口１１ｃから被処理物取出機構（電磁振動フィーダ）１２のトラフ１２２、受けシュート１６、閉鎖部１４を経て、投入管１３の下流端１３１ａに至る経路中に存在する各部位から構成される。

＜被処理物収容部＞
被処理物収容部１１は、被処理物Ｓが搬送されるまでの間、被処理物Ｓを一時的に収容しておくことのできる部位である。この被処理物収容部１１を開閉可能とする収容口１１１ｃを供給タンク１１１に備えている。この収容口１１１ｃは、被処理物Ｓが被処理物収容部１１内に収容される際に用いられる。本実施形態では、蓋部１１１ｄによって収容口１１１ｃが開閉できるようになっている。収容口１１１ｃを開放することで、被処理物収容部１１に被処理物Ｓを補充できる。本実施形態の被処理物収容部１１は、前記供給タンク１１１内に設けられ、平板状の石英ガラスが張り合わせられたものであり、具体的には、上下両端部が開放された八角柱の下端に八角錐が接続された形状である。この被処理物収容部１１では、前記八角錐部分の下端が開放されており、その部分から被処理物Ｓが自然落下し、被処理物Ｓが被処理物収容部１１から被処理物取出機構１２に取り出されるようになっている。

蓋部１１１ｄは透明アクリル製である。このため、収容口１１１ｃを閉鎖した状態でも、被処理物収容部１１の内部を上方から目視することができる。よって、収容口１１１ｃを開放することなく、被処理物収容部１１内の被処理物Ｓの状況を容易に確認できる。

また、供給タンク１１１には、複数ののぞき窓１１１ｅが設けられている。具体的には、供給タンク本体１１１ａにおける、図２（Ａ）に図示された状態で裏側に位置する側面に一箇所（図３（Ｂ）参照）、突出部１１１ｂに二箇所（１１１ｅ１、１１１ｅ２）、透明板が取り付けられている。

供給タンク本体１１１ａの側面に設けられたのぞき窓は、被処理物収容部１１の下部と被処理物取出機構１２におけるトラフ１２２の上流端周辺を供給タンク１１１の外部から目視できるように設けられている。これにより、被処理物Ｓの取り出し状況及び搬送状況を容易に確認できる。

そして、突出部１１１ｂにおいては、下流端周辺の上面と側面とにのぞき窓１１１ｅ１，１１１ｅ２が設けられている。いずれののぞき窓も、被処理物取出機構１２におけるトラフ１２２の下流端周辺と受けシュート１６における本体部１６１の漏斗状部分１６１１（一部）を突出部１１１ｂの外部から目視できるように設けられている。これにより、被処理物Ｓの搬送状況及び投入管１３への送り込み状況を容易に確認できる。

なお、図示はしていないが、本実施形態の投入装置本体１ａは、被処理物取出機構１２におけるトラフ１２２の振動を制御する制御部を備えており、前記各のぞき窓を通して得られた（目視あるいはカメラ・センサーにより得られた）被処理物Ｓの搬送状況を基に前記制御部を制御することにより、被処理物Ｓの搬送制御を効率的に行うことができる。

また、供給タンク１１１は、側面の外周にフランジ１１１ｆを有しており、上下分割可能とされている。本実施形態では、フランジ１１１ｆは図示のようにクランプ止めされるが、ねじ止め等、固定のための種々の手段を採用できる。この供給タンク１１１の上下分割は、被処理物収容部１１における前記八角柱部分と八角錐部分との境界位置でなされる。なお、この分割部分にて、被処理物収容部１１における前記八角柱部分の下端面と前記八角錐部分の上端面とが突き合わされており、被処理物Ｓが外に漏れないようになっている。この構成により、被処理物収容部１１の清掃等のメンテナンスが容易である。

また、供給タンク１１１における突出部１１１ｂの下流端周辺の下面にはベローズ取付用フランジ１１１ｇが設けられている。このベローズ取付用フランジ１１１ｇの中央には漏斗状部分１６１１が干渉しない大きさの貫通孔１１１ｇ１を有する（図２（Ｂ）参照）。このベローズ取付用フランジ１１１ｇの下方にベローズ上フランジ１５３ａが固定されている。

また、図１及び図３に示すように、投入装置本体１ａを移動するために設けられる移動機構２における、リフト２１が備える二股形状であるフォーク部２１１の上面には、平板状のタンク支持プレート３１が固定されている。このタンク支持プレート３１上に、上下・水平・斜めの各方向に３６０°回転可能な可動部（ボール）２１２ａを有するベアリング２１２が設けられている。このベアリング２１２における可動部２１２ａは上を向いており、供給タンク１１１の底面に当接している。この構成により、移動機構２（後述）を処理装置Ｆ１に対して固定した状態であっても、供給タンク１１１を水平方向に移動させることができる。このため、投入装置本体１ａと投入部１ｂとを接合する際に、下側ジョイントフランジ１５２に対して上側ジョイントフランジ１５１を、供給タンク１１１ごと容易に水平移動させることができるため、ジョイント部１５における、下側ジョイントフランジ１５２に対する上側ジョイントフランジ１５１の位置合わせを、移動機構２（後述）を移動させることなく容易にでき、迅速なジョイント部１５の接合作業が可能である。

また、前記供給タンク１１１の水平方向への移動を所定範囲に規制するために、供給タンク１１１とフォーク部２１１との間に移動規制機構が設けられている。この移動規制機構としては、供給タンク１１１の底面から下方に突出するように設けられた突出部３２とタンク支持プレート３１に設けられた開口部３３との組み合わせが例示できるが、その他の構成であっても良い。

本実施形態の突出部３２は、図３（Ｅ）に示すように、タンク支持プレート３１を貫通する円柱部３２１と、この円柱部３２１の下端に位置し、タンク支持プレート３１に対して平行な円板部３２２とを有している。開口部３３は、図３（Ｃ）に示すように、タンク支持プレート３１に設けられたホームベース形状の貫通孔である。このホームベース形状の頂部が供給タンク１１１の中心に位置し、基部が前方に位置している。この開口部３３は、寸法が円柱部３２１の横断面寸法よりも大きく、かつ、円板部３３の横断面寸法よりも小さい。このため、開口部３３の周縁に対して円柱部３２が当接することで供給タンク１１１の水平方向の移動範囲が規制され、しかも、円板部３２２により、供給タンク１１１が上方にずれることを規制する。開口部３３はホームベース形状であるため、供給タンク１１１は、中心よりも前方寄りの範囲のうちホームベース形状の幅に相当する範囲が移動可能な範囲である。

また、タンク支持プレート３１は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、前後溝部３１１を備える。そして、供給タンク１１１の側面には規制棒部３４を備える。この規制棒部３４は、下端部３４１が前後溝部３１１に挿入されることで、前記供給タンク１１１の移動方向を前記突出部３２と開口部３３との組み合わせによる移動可能範囲よりも限定された、前後方向のみに規制することができる。この前後方向の移動範囲は、前後溝部３１１の前後方向延長長さに対応する。なお、規制棒部３４は、レバー３４２を操作することで、下端部３４１を上方に移動させて前後溝部３１１から外すことができる。この場合、前記前後方向のみの移動方向の規制が解除される。

また、投入装置本体１ａを投入部１ｂから分離した状態のまま置いておく場合等に、供給タンク１１１をタンク支持プレート３１の中心上の位置からずれないようにするため、図３（Ａ）（Ｃ）に示すようにストッパー３５が設けられている。このストッパー３５は、レバー操作によって、図３（Ｄ）に示すように、先端部３５１を供給タンクの下端縁部に設けられた嵌合孔１１１ｈに嵌合させることができる。

＜被処理物取出機構＞
被処理物取出機構１２は、前記被処理物収容部１１から処理装置Ｆ１に向かい被処理物Ｓを気密状態で搬送させるための部位である。本実施形態では、この被処理物取出機構１２として、電磁振動フィーダが用いられる。

前記電磁振動フィーダは、駆動部１２１とトラフ１２２とを備えている。駆動部１２１によりトラフ１２２を振動させて、トラフ１２２に載せられた被処理物Ｓを下流側へと搬送させることができる。トラフ１２２は、上部及び下流端が開放している樋状の部位であり、本実施形態では、内面に石英ガラスが内張りされている。このトラフ１２２は、供給タンク１１１における突出部１１１ｂの延びる方向に沿って、被処理物収容部１１の直下から突出部１１１ｂの下流端付近まで設けられている。これにより、被処理物収容部１１の下端から自然落下した被処理物Ｓは、トラフ１２２に載って下流側に搬送されていく。そして、トラフ１２２の下流端まで来た被処理物Ｓは、前記受けシュート１６における本体部１６１の漏斗状部分１６１１へと落下する。

なお、被処理物取出機構１２は、本実施形態のような電磁振動フィーダに限らず、例えば、ベルトコンベアやローラコンベアのように、一方側から他方側へと被処理物Ｓを搬送させることのできる機能を有するものであれば、種々の搬送機構を用いることができる。

＜受けシュート＞
受けシュート１６は、石英ガラス製であり内部を被処理物Ｓが通過する筒状の本体部１６１と外筒体１６２とを備えており、図２（Ｂ）及び図６に示すような形状である。本体部１６１の上半分は漏斗状部分１６１１であり、下半分は円筒状部分１６１２である。漏斗状部分１６１は、内面の開き角度が６０°（受けシュート１６の中心軸を基準とした角度で表すと３０°）である。これは、本実施形態における被処理物Ｓであるシリコンナゲットの安息角（約４０°）よりも大きい角度である。このため、被処理物Ｓは、漏斗状部分１６１の内面で引っかかることがなく、スムーズに搬送される。

外筒体１６２は、図６に示すように、本体部１６１の外周に備えられ、本体部１６１を外力から保護する。よって、例えば、ジョイント部１５の分離及び接合の際に受けシュート１６の受ける衝撃が直接本体部１６１に伝わることを防止できる。このため、受けシュート１６が受ける衝撃から本体部１６１を有効に保護できる。

この外筒体１６２はステンレス合金製であり、筒部本体１６２１、漏斗状部支持部１６２２、取付ブラケット１６２３を一体に有する。ここで、本体部１６１は、上下方向の長さが外筒体１６２の長さよりも長く形成されており、本体部１６１に外筒体１６２を取り付けた際に、図６に示すように、本体部１６１の上下両端部が外筒体１６２から露出した状態となる。これにより、本体部１６１を交換する際には、外筒体１６２から露出した部分を把持することで、本体部１６１を外筒体１６２から取り外すことが容易である。

筒部本体１６２１は、本体部１６１における円筒状部分１６１２の外周に位置する。筒部本体１６２１は、内径寸法が前記円筒状部分１６１２の外径寸法よりも大きく形成されており、この筒部本体１６２１の内周面と前記円筒状部分１６１２の外周面との間には、合成ゴム等の弾性体からなるＯリング１６２５が設けられる。このＯリング１６２５により、筒部本体１６２１の内部における前記円筒状部分１６１２の位置決めができ、かつ、弾性により、外力から本体部１６１を有効に保護できる。

漏斗状部支持部１６２２は、筒部本体１６２１の上端に連続し、内周面の形状が、本体部１６１における漏斗状部分１６１１の外周面の形状に沿うように、上方に向かうにつれ、内径寸法が拡大する形状とされている。この漏斗状部支持部１６２２に前記漏斗状部分１６１１が当接することで、外筒体１６２が本体部１６１を支持する。

なお、この漏斗状部支持部１６２２と前記漏斗状部分１６１１との間には緩衝材１６２４が配置される。この緩衝材１６２４により、被処理物Ｓが受けシュート１６に落下する際の、本体部１６１への衝撃を和らげ、前記漏斗状部分１６１１の破損を抑制することができる。

取付ブラケット１６２３は、筒部本体１６２１と漏斗状部支持部１６２２との間から径外方向かつ水平方向に突出して設けられた板状の部分である。この取付ブラケット１６２３は、下面がベローズ上フランジ１５３ａの上面に当接した状態でねじ止めにより固定される。このようにねじ止めによる固定がなされるため、破損等により本体部１６１を交換する際には、ベローズ取付用フランジ１１１ｇからベローズ上フランジ１５３ａを取り外した上、ベローズ上フランジ１５３ａから外筒体１６２を取り外すことで、容易に交換作業を行うことができる。

−投入部−
投入部１ｂは、処理装置Ｆ１に投入される被処理物Ｓが通過可能な部位である。この投入部１ｂの上流端は、前記投入装置本体１ａから被処理物Ｓを受けることができる位置に設けられている。この投入部１ｂは、図１及び図４に示すように、ジョイント部１５（後述）のうち下側ジョイントフランジ１５２、投入管１３、閉鎖部１４、投入部移動機構１７、処理装置固定部１８を備える。この投入部１ｂは、投入部移動機構１７の操作により、処理装置固定部１８以外の部位が処理装置Ｆ１に対して移動される。

＜投入管＞
投入管１３は、投入装置本体１ａの下流端に対し、閉鎖部１４及びジョイント部１５を介して、被処理物Ｓが通過可能なように接続される。この投入管１３は、図１に示すように、処理装置Ｆ１に投入部１ｂを取り付けた状態にて、下斜め前方へ傾斜して延びるように配置される。この投入管１３は、図４に示すように、閉鎖部１４の下方にて投入管支持ブロック１９２と直線部分支持フランジ１９３とにより支持される。本実施形態の投入管１３は石英ガラス製であり、図８（Ａ）に示すように、一本のパイプからなる直線部分１３１と、直線部分１３１の上流側端部に隣接して配置された拡大部分１３２とからなる。本実施形態では、図８（Ｂ）に示すように、直線部分１３１と拡大部分１３２とが別個に形成されており、図８（Ｃ）に示すように、直線部分１３１の上流側端部１３１ｂと拡大部分１３２の下流側端部１３２ａとが当接した状態で投入部１ｂに組み込まれる。前記各端部１３１ｂ，１３２ａが当接した状態にて、直線部分１３１は、図４及び図５に示すように、拡大部分１３２の下流側端部に直交するようにして下流側に延びる。このように、直線部分１３１と拡大部分１３２とが別個に形成されたことにより、投入管１３を一体に形成する場合に比べ、投入管１３の製造が容易であり、投入管１３が破損した際の交換も破損部分だけをパーツ毎に行うことができるため経済的である。

直線部分１３１は、処理装置Ｆ１に投入部１ｂを取り付けた状態にて、処理装置Ｆ１の内外を貫通する部分であって、下流端１３１ａの端面が水平方向に沿い、炉体（るつぼ）Ｆ１１内における溶湯Ｓ１の表面と略平行となる。ただし、これに限らず、例えば下流端１３１ａが垂直方向（炉体Ｆ１１の中央を通る垂直線に平行な方向）に沿うものでも良い。また、直線部分１３１についても、複数のパイプが組み合わされていても良い。更には、複数のパイプが組み合わされた場合には、例えば一方のパイプに他方のパイプを差し込み可能とすることで直線部分１３１が伸縮可能に構成されていても良い。

この直線部分１３１は、直管状の直線部分本体１３１１と、直線部分本体１３１１の上流側端面に設けられた円板状のフランジ部１３１２とを有する。フランジ部１３１２は、図５に示すように、直線部分支持フランジ１９３により固定される。このため、直線部分支持フランジ１９３の上面であり、直線部分本体１３１１を通す貫通孔の周囲には、取付凹部１９３ａが設けられている。この取付凹部１９３ａに、図示のようにフランジ部１３１２を嵌め込むことができる。

拡大部分１３２は、上流側に向かうにつれ径寸法が拡大されて形成された漏斗状の部位である。この拡大部分１３２は被処理物取出機構（電磁振動フィーダ）１２におけるトラフ１２２の下流端に対して下方に位置する。そして、このトラフ１２２上を搬送されてきた被処理物Ｓは、受けシュート１６を介して拡大部分１３２により受け止められ（図７（Ａ）参照）、投入管１３の直線部分１３１へと導かれる。

この拡大部分１３２は、図８（Ｃ）に示すように、軸方向に沿う断面形状にて、上流側端辺（図示右側）と下流側端辺（図示左側）とが、投入管１３が処理装置Ｆ１に対して下斜め前方へ傾斜して延びる角度に略対応して傾いた形状とされている。これにより、図５に示すように、拡大部分１３２の上流側端部１３２ｂが水平とされた場合、下流側端部１３２ａは前記傾き分だけ傾斜する。そして、この拡大部分１３２は、図４及び図５に示すように、投入管支持ブロック１９２の内部に配置される。

ここで、投入管支持ブロック１９２は、図４に示すように、上面が閉鎖部１４の下面に当接するように配置される。そして、この投入管支持ブロック１９２の下方には、保護ベローズ１９１が位置する。なお、この投入管支持ブロック１９２は、図５に示すように、内部に冷却水路１９２ａを備えている。処理装置Ｆ１の運転中には、炉体Ｆ１１及び溶湯Ｓ１から、投入管１３に熱が伝達される。この熱を冷却水路１９２ａに通された冷却水が吸収することで、閉鎖部１４が熱の影響を受けて歪むことを抑制する。よって、閉鎖部１４を、熱の影響を受けることなく確実に動作させることができる。この冷却水路１９２ａは、図示のように、投入管１３（拡大部分１３２）の外周を取り囲むようにして投入管支持ブロック１９２の内部に形成されているが、これに限定されず種々の形状とできる。

炉体Ｆ１１から引き上げられる単結晶シリコンとの干渉を避けるため、また、被処理物Ｓの炉体Ｆ１１内への投入位置を調整するため、投入管１３は処理装置Ｆ１に対して移動可能とされている。このため、投入管１３の直線部分１３１は、長手方向における全区間で直線状とされている。そして、投入管１３は投入部移動機構１７により直線部分１３１の延びる方向に沿って前進及び後退する。ただし、処理装置Ｆ１に対する投入管１３の移動に支障が生じないことを条件として、投入管１３の一部のみが直線状とされ、途中区間では湾曲または屈曲していても良い。

この投入管１３は処理装置Ｆ１の被処理物投入口部Ｆ１２を貫通して設けられる。本実施形態における投入管１３は、被処理物投入口部Ｆ１２の周囲に形成された筒状の取付部Ｆ１３によって支持される。この支持は、図１に示すように処理装置固定部１８を介してなされる。

なお、投入管１３は処理装置Ｆ１に対して移動するため、処理装置Ｆ１の外部に露出する場合がある。この際、石英ガラス製である投入管１３を破損しないように保護するため、投入管１３の外周を覆うように保護ベローズ１９１が設けられている。この保護ベローズ１９１は、ステンレス合金の薄板が蛇腹状に形成されたものであり、投入部移動機構１７の動作に応じて伸縮する。

＜閉鎖部＞
閉鎖部１４は、投入管１３とジョイント部１５との間における空間を遮断することが可能な部位である。この閉鎖部１４は、ジョイント部１５の下側ジョイントフランジ１５２に隣り合うようにして設けられたゲートバルブである。この閉鎖部１４を遮断することで、閉鎖部１４よりも処理装置Ｆ１側の部分である投入管１３を気密状態で閉鎖できる。閉鎖部１４に用いるバルブの種類としては、ゲートバルブ以外に、例えばグローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブなどの種々のバルブが使用できる。

このように閉鎖部１４を設けることにより、閉鎖部１４を遮断すれば、処理装置Ｆ１の内部の不活性ガス雰囲気を保ったままで、被処理物収容部１１を外気に開放することが可能となる。そのため、処理装置Ｆ１の炉体Ｆ１１における被処理物Ｓの溶融を続けたまま、蓋部１１１ｄを開けて被処理物収容部１１に被処理物Ｓを補充することが可能となる。そして、被処理物収容部１１への被処理物Ｓの補充後、閉鎖部１４を開くことによって、被処理物収容部１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入することができる。なお、被処理物収容部１１に新たに補充された被処理物Ｓを炉体Ｆ１１内に投入する場合には、閉鎖部１４よりも被処理物収容部１１側を不活性ガス雰囲気としておく必要がある。

＜投入部移動機構＞
投入部移動機構１７は、投入管１３を直線部分１３１の延びる方向に沿って前進及び後退させ、これに伴い投入管１３を処理装置Ｆ１に対して移動させることができる部位である。この投入部移動機構１７の詳細な説明は省略するが、操作ハンドル１７１を操作することによりシャフト部１７２を回転させ、これに伴い、シャフト部１７２に取り付けられたブラケット１７３を介して投入管１３を移動させる。

＜処理装置固定部＞
処理装置固定部１８は、投入管１３を、貫通した状態で処理装置Ｆ１に取り付けるために用いられる部位であり、取付用フランジ１８１を備える。取付用フランジ１８１は、処理装置Ｆ１の取付部Ｆ１３に重ねられて固定される。

−ジョイント部−
ジョイント部１５は、投入装置本体１ａと投入部１ｂとを分離及び接合可能とする部位である。このジョイント部１５は、上側ジョイントフランジ１５１、下側ジョイントフランジ１５２、受けシュート外被ベローズ１５３を備える。

上側ジョイントフランジ１５１は、投入装置本体１ａの下流端に設けられている。この上側ジョイントフランジ１５１は水平方向に配置された板状のものである。この上側ジョイントフランジ１５１には、中央に貫通孔が設けられており、この貫通孔から下方に前記受けシュート１６における本体部１６１の円筒状部分１６１２、及び、外筒体１６２の筒部本体１６２１が突出可能とされている（図７（Ａ）参照）。受けシュート外被ベローズ１５３は、上側ジョイントフランジ１５１の上方に設けられている。この受けシュート外被ベローズ１５３は、受けシュート１６における本体部１６１の円筒状部分１６１２、及び、外筒体１６２の筒部本体１６２１の外周部分に位置しており、受けシュート１６の延びる方向（上下方向）に沿って伸縮可能である。これにより受けシュート１６を保護できる。この受けシュート外被ベローズ１５３は、ベローズ上フランジ１５３ａと上側ジョイントフランジ１５１との間に設けられ、前記保護ベローズ１９１と同様、ステンレス合金の薄板が蛇腹状に形成されたものであり、投入装置本体１ａと投入部１ｂの距離の変化に応じて伸縮する。よって、投入装置本体１ａと投入部１ｂの上下方向の距離に応じ、受けシュート外被ベローズ１５３が伸縮して投入装置本体１ａと投入部１ｂとを接合できるため、接合作業が容易である。

この受けシュート外被ベローズ１５３が最も縮んだ状態が図７（Ａ）の状態であり、最も伸びた状態が図７（Ｂ）の状態である。受けシュート外被ベローズ１５３が最も伸びた状態では、図７（Ｂ）に示すように、受けシュート１６の下端が受けシュート外被ベローズ１５３及び上側ジョイントフランジ１５１よりも上方に位置するため、外部に露出しない。

一方、受けシュート外被ベローズ１５３が短縮した状態では、図７（Ａ）に示すように、受けシュート１６のうち下端側の一部が受けシュート外被ベローズ１５３から露出し、閉鎖部１４の内部に挿入可能となる。これにより、ジョイント部１５の接合時にて、受けシュート１６における本体部１６１の円筒状部分１６１２、及び、外筒体１６２の筒部本体１６２１が、閉鎖部１４の内部に挿入される（図７（Ａ）参照）。これにより、閉鎖部１４の内面を被処理物Ｓが直接触れないようにできるため、閉鎖部１４を被処理物Ｓから保護できる。

そして、図２（Ａ）（Ｂ）及び図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、直棒状のガイドシャフト１５４が、この受けシュート外被ベローズ１５３に沿って上下方向に設けられている。このガイドシャフト１５４は、下端部１５４ａが上側ジョイントフランジ１５１に固定されている。ガイドシャフト１５４の上端部１５４ｂは、ベローズ上フランジ１５３ａ及びベローズ取付用フランジ１１１ｇを貫通している。そして、この上端部１５４ｂは、径寸法が拡大したストッパー１５４ｃを有している。

このような構成のガイドシャフト１５４が設けられたことにより、上側ジョイントフランジ１５１の左右方向の位置ずれを抑制できる。これにより、受けシュート１６（特に、石英製の本体部１６１）に無理な力がかからないようにできる。また、ガイドシャフト１５４の表面に目盛を付しておくことで、ガイドシャフト１５４を、受けシュート１６の閉鎖部１４に対する挿入量（図７（Ａ）参照）を示すインジケーターとして使用することもできる。

下側ジョイントフランジ１５２は、投入部１ｂの上流端に設けられている。この下側ジョイントフランジ１５２もまた、水平方向に配置された板状のものである。この下側ジョイントフランジ１５２には、中央に貫通孔１５２ａが設けられている。そのため、ジョイント部１５の接合時においては、この貫通孔１５２ａに前記受けシュート１６における本体部１６１の円筒状部分１６１２、及び、外筒体１６２の筒部本体１６２１が入り込み、上側ジョイントフランジ１５１の下面と下側ジョイントフランジ１５２の上面とが当接して接合状態となる。なお、ジョイント部１５の分離及び接合される場合における、上側ジョイントフランジ１５１と下側ジョイントフランジ１５２の相対的な移動方向は上下方向とされている。

本実施形態では、閉鎖部１４とジョイント部１５とが設けられたことによって、投入装置本体１ａと投入部１ｂとがジョイント部１５で分離された場合に、閉鎖部１４によって、投入管１３の気密状態を保つことができる。具体的には次のようなことが可能となる。つまり、もし仮に、処理装置Ｆ１に被処理物Ｓを補充する必要が無くなった時点において、被処理物収容部１１の内部にまだ被処理物Ｓが残っている場合、閉鎖部１４を遮断した上で、ジョイント部１５を境に投入部１ｂを分離し、投入装置本体１ａを分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えることができる。これにより、被処理物収容部１１に残った被処理物Ｓを別の処理装置Ｆ１に投入できる。

そして、被処理物収容部１１に収容された被処理物Ｓが無くなってしまった場合には、まず、閉鎖部１４が閉じられた上で、ジョイント部１５を境に投入部１ｂが分離される。そして、リフトの操作により投入装置本体１ａが下降されるなどして、投入装置本体１ａが作業上都合の良い位置に移動され、その上で被処理物収容部１１に被処理物Ｓが補充される。その後、投入装置本体１ａが分離前とは別の処理装置Ｆ１に付け替えられる。

−移動機構−
また本実施形態では、図１に示すように、投入装置本体１ａを処理装置Ｆ１に対して、接近・離反する方向に移動できる移動機構２を備えている。本実施形態の移動機構２は、リフト２１と複数の車輪２２（前輪２２１、後輪２２２）とを備えている。リフト２１を操作することにより、投入装置本体１ａを上下方向に移動させることができる。本実施形態では、作業者によるハンドル操作により投入装置本体１ａを上下動させる手動式のリフトが採用されているが、モータなどによって駆動される形式のリフトであっても良い。車輪２２は、処理装置Ｆ１の設置された設置面Ｇに沿って回動し、投入装置本体１ａとリフト２１とを主に前後方向に移動させることができ、また、投入装置本体１ａとリフト２１とを左右方向にも移動させることができる。

この移動機構２により、投入装置本体１ａを移動させて前記ジョイント部１５を分離及び接合することが容易となる。そして、投入装置本体１ａを異なる処理装置Ｆ１に対して移動させることができる。また、処理装置Ｆ１が設置面近くまで下降されることで、被処理物Ｓの補充を簡単にできる。また、図１に示すように、処理装置Ｆ１が高い位置に置かれることで、搬送部Ｘのうち、重力による自然落下がなされる部分（本実施形態では投入管１３）における被処理物Ｓの搬送をよりスムーズにできる。このように、移動機構２を備えたものとすることで、被処理物投入装置１を非常に使い勝手の良いものとできる。また、生産現場のレイアウトに与える制限も小さいものとできる。

１ 被処理物投入装置
１１１ 被処理物収容部
１１１ｃ 収容口
１３ 投入管
１３１ 直線部分
１３２ 拡大部分
１４ 閉鎖部
１５ ジョイント部
Ｆ１ 処理装置
Ｓ 被処理物、シリコンナゲット
Ｘ 搬送部

Claims (2)

1. 被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置において、
   前記処理装置の内外を貫通するよう構成された投入管を備え、
   前記投入管が、前記処理装置の内外を貫通する直線部分と、前記直線部分の上流側に隣接する拡大部分とを備え、前記直線部分と拡大部分とは別個に形成されたことを特徴とする被処理物投入装置。
2. 被処理物を気密状態で処理する処理装置の内部に、被処理物を外部から気密状態で投入するための被処理物投入装置に用いる投入管で、前記処理装置の内外を貫通するよう構成され、
   前記処理装置の内外を貫通する直線部分と、前記直線部分の上流側に隣接する拡大部分とを備え、前記直線部分と拡大部分とは別個に形成されたことを特徴とする被処理物投入装置用の投入管。

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