JP2014040345A - Method for sealing gas - Google Patents

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Yoshiki Iwata
好喜 岩田
Takayuki Arakane
孝行 荒金
Kazushi Yokozaki
和司 横▲崎▼
Toshimitsu Fuchigami
俊光 渕上
Shiyuuichi Honda
終一 本田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for sealing a gas, which maintains airtightness to a high degree at the fitting part between the insertion part and the support part of a segmented reaction vessel for use in manufacturing device of a polycrystalline silicon.SOLUTION: The method for sealing a gas at the fitting part between the insertion part and the support part of a segmented reaction vessel for use in manufacturing device of a polycrystalline silicon includes at least the step of arranging a string-like gas sealing material in a groove formed at the fitting part. The gas sealing material is formed by treating a metal wire reinforced braid of ceramic fiber with inorganic filler and/or organic filler.

Description

本発明は、多結晶シリコン製造装置に用いられる分割型反応器のガスシール方法に関する。   The present invention relates to a gas sealing method for a split reactor used in a polycrystalline silicon production apparatus.

太陽電池用のシリコンウェーハは、シーメンス法、亜鉛還元法などで得られたシリコンインゴットにより製造される他、半導体用単結晶シリコンを引き上げた後のルツボ残さや、単結晶シリコンインゴットの切削屑などのスクラップ品などを溶融し、不純物を除去後、冷却し結晶化させて得られたシリコンインゴットにより製造される。   Silicon wafers for solar cells are manufactured by silicon ingots obtained by the Siemens method, zinc reduction method, etc., as well as crucible residue after pulling up single crystal silicon for semiconductors, cutting chips of single crystal silicon ingots, etc. It is manufactured from a silicon ingot obtained by melting scraps, removing impurities, cooling and crystallizing.

特許文献1、2には、上方から下方に向かって挿入された石英ガラス製のシリコン塩化物ガス供給ノズルと、還元剤ガス供給ノズルおよび排気ガス抜き出しパイプを備え、外周面に加熱手段を備えた反応器を用い、シリコン塩化物ガス供給ノズルの先端部に、高純度多結晶シリコンを管状に凝集成長させるようにした製造方法や製造装置が記載されている。これら特許文献に開示された製造方法で得られた高純度多結晶シリコンは、管状に凝集した形状であるため容易に解砕することができ、解砕により針状や樹枝状として得ることができる。このような高純度多結晶シリコンは、例えばそのままCZ法による単結晶インゴット引き上げ用や、多結晶シリコンインゴットの原料として用いることができる。また、多結晶シリコンインゴット製造の際、塊状シリコンの隙間充填用としても有用である。   Patent Documents 1 and 2 include a silica glass gas supply nozzle made of quartz glass inserted downward from above, a reducing agent gas supply nozzle and an exhaust gas extraction pipe, and a heating means on the outer peripheral surface. A manufacturing method and a manufacturing apparatus are described in which high purity polycrystalline silicon is aggregated and grown in a tubular shape at the tip of a silicon chloride gas supply nozzle using a reactor. The high-purity polycrystalline silicon obtained by the production methods disclosed in these patent documents can be easily crushed because it has an aggregated shape in a tubular shape, and can be obtained as a needle shape or a dendritic shape by crushing. . Such high-purity polycrystalline silicon can be used, for example, as it is for pulling a single crystal ingot by the CZ method or as a raw material for a polycrystalline silicon ingot. In addition, it is useful for filling gaps in bulk silicon during the production of polycrystalline silicon ingots.

特開2007−145663号公報JP 2007-145663 A 特開2007−223822号公報JP 2007-223822 A

ところで、特許文献1、2に開示された高純度多結晶シリコンの製造時に用いられる反応器は、挿入部と支持部とで構成された、いわゆる分割型反応器であり、この分割型反応器は、挿入部と支持部とを嵌め合わせてなるため、挿入部と支持部との嵌合部の気密性を高度に維持する必要があり、高度なガスシール方法が求められている。   By the way, the reactor used at the time of manufacture of the high purity polycrystalline silicon disclosed in Patent Documents 1 and 2 is a so-called split reactor composed of an insertion portion and a support portion, and this split reactor is Since the insertion portion and the support portion are fitted together, it is necessary to maintain a high degree of airtightness of the fitting portion between the insertion portion and the support portion, and an advanced gas sealing method is required.

本発明は、このような実情に鑑みなされたものであって、多結晶シリコンの製造装置に用いられる分割型反応器における挿入部と支持部との嵌合部の気密性を高度に維持することのできるガスシール方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and highly maintains the airtightness of the fitting portion between the insertion portion and the support portion in the split reactor used in the polycrystalline silicon manufacturing apparatus. It is an object of the present invention to provide a gas sealing method capable of performing the above.

金属線で補強したセラミック繊維を編み組し、これを無機充填剤および/または有機充填剤で処理して紐状に成形したパッキンを挿入部と支持部との嵌合部の隙間に充填して、ガスシール材として用いることにより上記課題を解決することができる。   A braided ceramic fiber reinforced with metal wire, treated with an inorganic filler and / or organic filler, and formed into a string is packed into the gap between the insertion part and the support part. By using it as a gas seal material, the above problem can be solved.

本発明によれば、金属線で補強されたセラミック繊維の編み組を無機充填剤および/または有機充填剤で処理して紐状に成形したガスシール材を用いて分割型反応器の挿入部と支持部との嵌合部のガスシールを行っているので、嵌合部の気密性を高度に維持することができる。   According to the present invention, the insertion portion of the split reactor is formed by using a gas seal material formed by processing a braid of ceramic fibers reinforced with a metal wire with an inorganic filler and / or an organic filler into a string shape. Since the gas seal of the fitting portion with the support portion is performed, the airtightness of the fitting portion can be maintained at a high level.

また、ガスシール材を押さえ金具を介して所定の締め付けトルクで締め付け固定しているので、嵌合部の気密性を高度に維持することができる。   In addition, since the gas seal material is fastened and fixed with a predetermined tightening torque via the presser fitting, the tightness of the fitting portion can be maintained at a high level.

本発明のガスシール方法を採用した多結晶シリコン製造装置に用いられる分割型反応器の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the split reactor used for the polycrystalline silicon manufacturing apparatus which employ | adopted the gas sealing method of this invention. 図1に示した分割型反応器における挿入部と支持部との嵌合部の概略断面拡大図である。FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of a fitting portion between an insertion portion and a support portion in the split reactor shown in FIG. 1. 図1に示した分割型反応器と同一材質からなるとともに同様の構造を有する気密試験装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the airtight test apparatus which consists of the same material as the split reactor shown in FIG. 1, and has the same structure. 本発明のガスシール方法を採用した多結晶シリコン製造装置に用いられるガスシール材の概略斜視図であり、図4(a)は有端紐状のガスシール材をリング状に形成した状態を説明する概略斜視図、図4(b)はリング状に形成されたガスシール材を積み重ねた状態を説明する概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the gas seal material used for the polycrystalline silicon manufacturing apparatus which employ | adopted the gas seal method of this invention, Fig.4 (a) demonstrates the state which formed the end-string-like gas seal material in the ring shape FIG. 4B is a schematic perspective view for explaining a state in which gas seal materials formed in a ring shape are stacked.

本発明は、以下の構成を有する。
[1]
多結晶シリコン製造装置に用いられる分割型反応器の挿入部と支持部との嵌合部のガスシール方法であって、前記嵌合部に形成された溝内に、金属線で補強されたセラミック繊維の編み組を無機充填剤および/または有機充填剤で処理して紐状に成形したガスシール材を配設する工程を少なくとも有することを特徴とするガスシール方法。
このようなガスシール材を用いて分割型反応器の挿入部と支持部との嵌合部のガスシールを行えば、高い気密性を得ることができ、高純度の多結晶シリコンの製造に寄与することができる。
The present invention has the following configuration.
[1]
A gas sealing method of a fitting portion between an insertion portion and a support portion of a split reactor used in a polycrystalline silicon manufacturing apparatus, wherein a ceramic reinforced with a metal wire in a groove formed in the fitting portion A gas sealing method comprising at least a step of disposing a gas sealing material formed into a string by treating a braid of fibers with an inorganic filler and / or an organic filler.
If such a gas seal material is used to perform gas sealing at the fitting portion between the insertion portion and the support portion of the split reactor, high airtightness can be obtained, contributing to the production of high-purity polycrystalline silicon. can do.

[2]
前記ガスシール材を配設する工程の後、前記ガスシール材に押さえ金具を押し当てた状態で前記押さえ金具を、締結部材を介して100〜200N・mの締め付けトルクで前記支持部に締め付け固定する工程を有する、[1]に記載のガスシール方法。
このように押さえ金具を所定の締め付けトルクで固定するようにすれば高い気密性を得ることができる。
[2]
After the step of disposing the gas seal material, the press fitting is clamped and fixed to the support portion with a tightening torque of 100 to 200 N · m via a fastening member in a state where the press fitting is pressed against the gas seal material. The gas sealing method according to [1], including a step of:
In this way, high airtightness can be obtained by fixing the pressing metal with a predetermined tightening torque.

[3]
前記締め付け固定する工程の後、前記分割型反応器を800〜1200℃に昇温する工程を有する、[2]に記載のガスシール方法。
[4]
前記昇温する工程の後、前記押さえ金具を100〜200N・mの締め付けトルクでさらに前記支持部に増し締め固定する工程を有する、[3]に記載のガスシール方法。
このように増し締めを行えば、さらに高い気密性を得ることができる。
[3]
The gas sealing method according to [2], including a step of raising the temperature of the split reactor to 800 to 1200 ° C after the step of fastening and fixing.
[4]
The gas sealing method according to [3], further including a step of further tightening and fixing the presser fitting to the support portion with a tightening torque of 100 to 200 N · m after the step of raising the temperature.
If tightening is performed in this manner, higher airtightness can be obtained.

[5]
前記分割型反応器内の保持圧を0.5kPaとしたとき、前記嵌合部からのリーク量が5L/hr以下である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載のガスシール方法。
このように僅かなリーク量に抑えることができるので、高純度の多結晶シリコンを確実に製造することができる。
[5]
The gas seal according to any one of [1] to [4], wherein when the holding pressure in the split reactor is 0.5 kPa, a leak amount from the fitting portion is 5 L / hr or less. Method.
Thus, since it can be suppressed to a slight leak amount, high-purity polycrystalline silicon can be reliably manufactured.

[6]
冷却手段を用いて前記押さえ金具および前記締結部材が固定される前記支持部のフランジ部を冷却する工程を有する、[1]〜[5]のいずれか1項に記載のガスシール方法。
このように押さえ金具および締結部が固定されるフランジ部を冷却すれば、押さえ金具が高温に曝されても劣化や変形を生ずることがなく、長期にわたって高い気密性を維持することができる。
[6]
The gas sealing method according to any one of [1] to [5], including a step of cooling a flange portion of the support portion to which the pressing metal fitting and the fastening member are fixed using a cooling means.
If the flange portion to which the presser fitting and the fastening portion are fixed is cooled in this way, even if the presser fitting is exposed to a high temperature, deterioration and deformation do not occur, and high airtightness can be maintained over a long period of time.

以下、本発明のガスシール方法の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
<分割型反応器>
図1は、本発明のガスシール方法を採用した多結晶シリコン製造装置に用いられる分割型反応器の概略断面図、図2は、図1に示した分割型反応器における挿入部と支持部との嵌合部の概略断面拡大図である。本発明のガスシール方法を採用してなる分割型反応器Cは、図1および図2に示したように大別すると挿入部Aと支持部Bとから構成され、その周囲には付属装置が設けられている。分割型反応器Cの挿入部Aは有天筒状をなしており、その天面に貫くように例えば石英ガラス製の還元剤ガス供給ノズル1とシリコン塩化物ガス供給ノズル2とが設けられている。さらに挿入部Aには、その周囲を取り囲むように加熱器8が設けられ、加熱器8の外側には断熱材10が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the gas sealing method of the present invention will be described in more detail based on the drawings.
<Split reactor>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a split reactor used in a polycrystalline silicon manufacturing apparatus employing the gas sealing method of the present invention, and FIG. 2 shows an insertion section and a support section in the split reactor shown in FIG. It is a schematic cross-sectional enlarged view of the fitting part. The split reactor C employing the gas sealing method of the present invention is roughly composed of an insertion part A and a support part B as shown in FIG. 1 and FIG. Is provided. The insertion portion A of the split reactor C is formed in a cylindrical shape, and a reducing agent gas supply nozzle 1 and a silicon chloride gas supply nozzle 2 made of, for example, quartz glass are provided so as to penetrate the top surface. Yes. Further, the insertion portion A is provided with a heater 8 so as to surround the periphery thereof, and a heat insulating material 10 is provided outside the heater 8.

断熱材10の材質としては、球状ヒュームドシリカを主体とする成形体、または非晶質シリカと金属酸化物、ガラスフィラメントなどで構成される成形体が好ましく、さらにシリカ系、アルミナシリカ系のブランケット状またはクロス状のものであってもよい。このような断熱材10は薄型かつ軽量であり、これに接触した材料の放熱を抑えることができる。そして断熱材10の外側から、円筒形の外被18が覆っている。   The material of the heat insulating material 10 is preferably a molded body mainly composed of spherical fumed silica, or a molded body composed of amorphous silica, a metal oxide, a glass filament, and the like, and further, a silica-based or alumina-silica blanket. Or cross-shaped. Such a heat insulating material 10 is thin and lightweight, and can suppress the heat radiation of the material in contact therewith. A cylindrical casing 18 covers the outside of the heat insulating material 10.

一方、支持部Bは、有底筒状をなしており、その概形がキャスタブル(耐火材)11で形成され、キャスタブル(耐火材)11の内側から外側を貫通するように排気ガス抜き出しパイプ3が設けられ、さらに底面には底板7が設けられ、キャスタブル(耐火材)11の周囲を覆うように外被18が設けられている。なお、キャスタブル(耐火材)11は、内方に円筒状の段付き19が設けられており、挿入部Aを支持部Bに嵌め合わせた際に、挿入部Aの下端が支持部Bの段付き19に当接するようになっている。また、この際、挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20には隙間が生ずるようになっており、この隙間がガスシール材4を装填するための溝21の役割をなしている。   On the other hand, the support part B has a bottomed cylindrical shape, and its outline is formed of a castable (refractory material) 11, and the exhaust gas extraction pipe 3 extends from the inside to the outside of the castable (refractory material) 11. Further, a bottom plate 7 is provided on the bottom surface, and a jacket 18 is provided so as to cover the periphery of the castable (refractory material) 11. The castable (refractory material) 11 is provided with a cylindrical stepped portion 19 on the inner side. When the insertion portion A is fitted to the support portion B, the lower end of the insertion portion A is the step of the support portion B. It comes into contact with the attachment 19. At this time, a gap is formed in the fitting portion 20 between the insertion portion A and the support portion B, and this gap serves as a groove 21 for loading the gas seal material 4.

さらに、段付き19の端部上面のフランジ部9には、溝21内に装填されたガスシール材4を保持する押さえ金具5と締結部材6が設けられ、この押さえ金具5が締結部材6を介して、フランジ部9に締め付け固定されるようになっている。押さえ金具5、締結部材6およびフランジ部9の材質としては、例えば鉄を用いることができるが、高温での劣化や変形を防止するため、冷却手段(図示せず)を用いて冷却することが好ましい。冷却手段(図示せず)は、例えば押さえ金具5およびフランジ部9の内部に冷媒を通して冷却する方法が挙げられる。そしてこの溝21内にガスシール材4を装填した後、ガスシール材4に押さえ金具5を当て、この押さえ金具5を締結部材6で締め付け固定し、支持部Bに対して挿入部Aを嵌め合わせることにより、分割型反応器C内のガスシールがなされる。   Further, the flange 9 on the upper surface of the end portion of the stepped portion 19 is provided with a pressing metal 5 and a fastening member 6 for holding the gas seal material 4 loaded in the groove 21, and the pressing metal 5 attaches the fastening member 6 to the flange 19. Thus, the flange portion 9 is fastened and fixed. For example, iron can be used as the material of the presser fitting 5, the fastening member 6, and the flange portion 9. However, in order to prevent deterioration and deformation at high temperatures, cooling can be performed using a cooling means (not shown). preferable. As a cooling means (not shown), for example, a method of cooling the inside of the presser fitting 5 and the flange portion 9 through a coolant can be cited. Then, after the gas seal material 4 is loaded into the groove 21, the presser fitting 5 is applied to the gas sealant 4, the presser fitting 5 is fastened and fixed by the fastening member 6, and the insertion portion A is fitted to the support portion B. By combining them, a gas seal in the split reactor C is made.

なお、溝21内に装填されるガスシール材4は、一つに限定されるものではなく例えば縦に複数重ねて装填されてもよいものである。さらに、ガスシール材4は、周環状であっても有端紐状であってもよいものである。有端紐状のガスシール材4を使用する場合には、有端紐状のガスシール材4を溝21内に重ねて装填する際に、各ガスシール材4の端部の位置が、同じ位置にならないように、配置するようにすればよい。   The gas sealing material 4 loaded in the groove 21 is not limited to one, and may be loaded, for example, vertically in a plurality. Further, the gas seal material 4 may be a ring shape or an end string shape. When the end-striped gas seal material 4 is used, when the end-strip-like gas seal material 4 is stacked and loaded in the groove 21, the position of the end of each gas seal material 4 is the same. What is necessary is just to arrange | position so that it may not become a position.

また、ガスシール材4の断面形状についても特に限定されるものではないが、断面角状であれば、重ねた際に溝21内に隙間なくガスシール材4を装填することができ、好ましい。ここで、挿入部Aおよび支持部Bの材質としては、例えばシリカ、石英、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ジルコニアから選ばれるか、それらの組み合わせおよび/またはそれらの混合物からなるキャスタブル(耐火材)や高強度セラミックスのいずれであってもよいが、シリコン製品の品質上からは、溶融したシリカ、石英、炭化珪素、窒化珪素を主成分とするのがより好ましい。また、挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20で生ずる溝21(例えばφ900mm程度)内に装填されるガスシール材4は、金属線で補強したセラミック繊維を編み組し、これを流動性や弾力性を向上させるため、無機充填剤および/または有機充填剤で処理して断面角形の紐状に成形してなるものを用いることが好ましい。   Also, the cross-sectional shape of the gas seal material 4 is not particularly limited. However, if the cross-sectional shape is a square shape, the gas seal material 4 can be loaded into the groove 21 without any gap when stacked, which is preferable. Here, the material of the insertion part A and the support part B is, for example, selected from silica, quartz, silicon carbide, silicon nitride, alumina, zirconia, a combination thereof and / or a mixture thereof and a castable (refractory material) However, from the viewpoint of the quality of the silicon product, it is more preferable that the main component is fused silica, quartz, silicon carbide, or silicon nitride. Further, the gas seal material 4 loaded in a groove 21 (for example, about φ900 mm) formed in the fitting portion 20 between the insertion portion A and the support portion B braids ceramic fibers reinforced with a metal wire, and flows this In order to improve the property and elasticity, it is preferable to use a material formed by processing with an inorganic filler and / or an organic filler into a string having a square cross section.

ここで金属線の材質としては、例えばステンレス、インコネル、チタン合金、ニッケル合金、銅合金、アルミ合金などを用いることができる。さらにセラミック繊維の材質としては、例えばアルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素などを用いることができる。また無機充填剤の材質としては、例えばマイカ、クレー、シリカ、ワラストナイト、タルク、バーミキュライト、ステアタイト、二硫化モリブデンなどを用いることができる。さらに有機充填剤の材質としては、例えばアラミド系、ポリエステル系、尿素系、フェノール系、フッ素樹脂系などの有機繊維、カーボンおよび/またはゴムなどを用いることができる。   Here, as the material of the metal wire, for example, stainless steel, inconel, titanium alloy, nickel alloy, copper alloy, aluminum alloy or the like can be used. Furthermore, as a material of the ceramic fiber, for example, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxide, or the like can be used. As the material for the inorganic filler, for example, mica, clay, silica, wollastonite, talc, vermiculite, steatite, molybdenum disulfide and the like can be used. Furthermore, as the material of the organic filler, for example, organic fibers such as aramid, polyester, urea, phenol, and fluororesin, carbon and / or rubber can be used.

このような分割型反応器Cは、反応時において内部が加熱器8によって加熱され、断熱材10が反応温度の低下を防止するようになっている。また支持部Bに挿入される挿入部Aの下端の形状は、ガスシール材4の装填に伴う偏応力緩和のため、円筒状であることが好ましい。このようなガスシール材4を用いて分割型反応器Cの挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20のガスシールを行えば、高い気密性を得ることができ、高純度の多結晶シリコンの製造に寄与することができる。   In such a split reactor C, the inside is heated by the heater 8 during the reaction, and the heat insulating material 10 prevents the reaction temperature from decreasing. Further, the shape of the lower end of the insertion portion A inserted into the support portion B is preferably cylindrical in order to alleviate the partial stress accompanying the loading of the gas seal material 4. If the gas seal of the fitting part 20 between the insertion part A and the support part B of the split reactor C is performed using such a gas seal material 4, high airtightness can be obtained, and high-purity polycrystalline It can contribute to the production of silicon.

以下、このように構成されて成る分割型反応器Cの挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20のガスシール方法について説明する。
<ガスシール方法>
まず、外気温度で挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20のガスシール用の溝21内に、上述したガスシール材4を装填し、この状態でガスシール材4に押さえ金具5を当て、これを締結部材6で締め付けトルク100〜200N・mで締め付け固定し、その後、昇温を行う。なお締め付けトルクは、好ましくは130〜170N・m、さらに好ましくは140〜160N・mである。そして、分割型反応器Cの内部の温度を800〜1200℃に昇温した後、締め付けトルク100〜200N・mでさらに締結部材6を増し締めする。これにより良好な気密性を得ることができる。
Hereinafter, a gas sealing method of the fitting portion 20 between the insertion portion A and the support portion B of the split reactor C configured as described above will be described.
<Gas sealing method>
First, the gas seal material 4 described above is loaded into the gas seal groove 21 of the fitting portion 20 between the insertion portion A and the support portion B at the outside air temperature, and the presser fitting 5 is attached to the gas seal material 4 in this state. This is clamped and fixed by the fastening member 6 with a fastening torque of 100 to 200 N · m, and then the temperature is raised. The tightening torque is preferably 130 to 170 N · m, more preferably 140 to 160 N · m. Then, after the temperature inside the split reactor C is raised to 800 to 1200 ° C., the fastening member 6 is further tightened with a tightening torque of 100 to 200 N · m. Thereby, favorable airtightness can be obtained.

分割型反応器Cの内部の昇温温度は、好ましくは900〜1100℃であり、増し締めの締め付けトルクは、好ましくは130〜170N・m、さらに好ましくは140〜160N・mである。このように、昇温の後に所定のトルクで締結部材6を増し締めすることにより、昇温時における長時間の気密性を保持することができ、この気密性を冷却後も保持させることができる。このような気密性は、一旦冷却した後に再度加熱すると保持されなくなるため、分割型反応器Cを再度加熱する場合には、昇温の後、締結部材6の締め付けを再度実施(増し締め)することで、高い気密性を維持することができる。   The temperature rising temperature inside the split reactor C is preferably 900 to 1100 ° C., and the tightening torque for retightening is preferably 130 to 170 N · m, more preferably 140 to 160 N · m. Thus, by tightening the fastening member 6 with a predetermined torque after the temperature rise, the airtightness for a long time at the time of the temperature rise can be maintained, and this airtightness can be maintained even after cooling. . Such airtightness is not retained when the reactor is once cooled and then heated again. Therefore, when the split reactor C is heated again, the fastening member 6 is tightened again (increase tightening) after the temperature rises. Therefore, high airtightness can be maintained.

図3に示した気密試験装置Dは、図1および図2の分割型反応器Cと同型同一材料の部材からなるものであり、実施例においては、この気密試験装置Dを用いて、分割型反応器Cの環境を再現し、気密性の測定を行った。   The airtight test apparatus D shown in FIG. 3 is composed of members of the same type and the same material as the split reactor C of FIGS. 1 and 2. In this embodiment, the airtight test apparatus D is divided into The environment of the reactor C was reproduced, and the airtightness was measured.

この気密試験装置Dの基本構造は、図1および図2に示した分割型反応器Cにおける構造と基本的には同じ構成であるので、同じ構成部材には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。   The basic structure of the airtight test apparatus D is basically the same as the structure in the split reactor C shown in FIGS. 1 and 2, and therefore the same constituent members are denoted by the same reference numerals and the details thereof are described. The detailed explanation is omitted.

なお、図中符号12は外被固定用締結部材、13はセラミックボード断熱材、14は温度計、15は内装ヒーター、16は窒素ガス入口、17は窒素ガス出口である。また温度計14、内装ヒーター15、窒素ガス出口17などには、気密試験装置内の気密を保つため、閉塞用のフランジや調節バルブ(図示せず)などが設備されている。
ここで温度計14の保護管、内装ヒーター15の保護管の材質としては、例えば窒化珪素またはアルミナを主成分とするセラミック系のものが採用される。
In the figure, reference numeral 12 is a fastening member for fixing the jacket, 13 is a ceramic board heat insulating material, 14 is a thermometer, 15 is an internal heater, 16 is a nitrogen gas inlet, and 17 is a nitrogen gas outlet. Further, the thermometer 14, the internal heater 15, the nitrogen gas outlet 17 and the like are provided with a closing flange, an adjustment valve (not shown) and the like in order to keep the air tightness in the air tightness test apparatus.
Here, as the material for the protective tube of the thermometer 14 and the protective tube of the internal heater 15, for example, a ceramic material mainly composed of silicon nitride or alumina is employed.

[実施例1]
φ900mmの石英製ルツボからなる挿入部Aを用い、外気温で、炭化珪素を主成分とするキャスタブル(耐火材)11からなる支持部Bの段付き19に挿入部Aをセットして形成され、挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20にできた幅25mmの溝21内に、溝21の内径の長さにカットされた25mm角のガスシール材4(日本バルカー工業株式会社製 パッキン#N340)をリング状で且つ切り口を120度ずらして8段重ねで装填し、ガスシール材4の上から、ボルト穴を32個持つ押さえ金具5を被せ、締め付けトルク150N・mで締結部材6を締めて固定し、押さえ金具5および支持部Bのフランジ部9の内部に設けられた冷却管(図示せず)に室温の水を通して、図3に示した構造の気密試験装置Dとした。このとき、この気密試験装置D内の内圧は、図1に示した分割型反応器Cの内圧と同じにするため、窒素ガス入口16から窒素ガスを導入し、窒素ガス出口17に調節バルブを取り付けて保持圧0.5kPaとした。そして、この状態で気密試験装置Dを内部の温度が1000℃となるように昇温し、この温度において締め付けトルク150N・mで、さらに締結部材6を増し締めし、ガスシール材4の収縮度を59%とした。
この締結部材6の増し締め直後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で2L/hrと極僅かであり、そのまま気密試験装置D内の温度1000℃を保持し、50時間後も窒素ガスのリーク量は2L/hrであった。
[Example 1]
Using an insertion part A made of a quartz crucible of φ900 mm, the insertion part A is set on a stepped portion 19 of a support part B made of a castable (refractory material) 11 mainly composed of silicon carbide at an outside temperature, A 25 mm square gas seal material 4 cut to the length of the inner diameter of the groove 21 (packing made by Nippon Valqua Industries, Ltd.) in a groove 21 having a width of 25 mm formed in the fitting part 20 of the insertion part A and the support part B # N340) is loaded in the form of a ring and the cut end is shifted by 120 degrees and stacked in eight stages, and the presser fitting 5 having 32 bolt holes is put on the gas seal material 4 and the fastening member 6 is tightened with a tightening torque of 150 N · m. The airtight test device D having the structure shown in FIG. 3 was obtained by passing water at room temperature through a cooling pipe (not shown) provided inside the presser fitting 5 and the flange portion 9 of the support portion B. At this time, in order to make the internal pressure in the airtight test apparatus D the same as the internal pressure of the split reactor C shown in FIG. 1, nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas inlet 16 and a control valve is connected to the nitrogen gas outlet 17. The holding pressure was set to 0.5 kPa. In this state, the airtightness test apparatus D is heated so that the internal temperature becomes 1000 ° C., and the fastening member 6 is further tightened at this temperature with a tightening torque of 150 N · m. Was 59%.
The leak amount of nitrogen gas immediately after retightening of the fastening member 6 is very small at 2 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa, and the temperature in the airtight test device D is kept at 1000 ° C., and after 50 hours. The amount of nitrogen gas leaked was 2 L / hr.

[実施例2]
実施例1で、気密試験装置D内の温度1000℃を保持し、50時間後も窒素ガスのリーク量が保持圧0.5kPa下で2L/hrであった気密試験装置Dにおいて、気密試験装置D内の温度を、1000℃から外気温度まで下げた。このとき保持圧0.5kPa下で窒素ガスのリーク量は5L/hrであった。これを再度、気密試験装置D内の温度を1000℃に昇温したとき、窒素ガスのリーク量は保持圧0.5kPa下で39L/hrとなった。
[Example 2]
In Example 1, in the airtight test apparatus D in which the temperature in the airtight test apparatus D was maintained at 1000 ° C. and the leak amount of nitrogen gas was 2 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa even after 50 hours. The temperature in D was lowered from 1000 ° C. to the outside air temperature. At this time, the leakage amount of nitrogen gas was 5 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa. When the temperature inside the hermetic test apparatus D was raised to 1000 ° C. again, the nitrogen gas leak amount was 39 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa.

ここで、さらにトルク150N・mで締結部材6の増し締めを実施し、ガスシール材4の収縮度を57%とした。このとき、保持圧0.5kPa下での窒素ガスのリーク量は3L/hrであり、気密試験装置D内の温度1000℃を保持し、24時間後のリーク量は保持圧0.5kPa下で1L/hrとごく僅かであった。   Here, the fastening member 6 was further tightened with a torque of 150 N · m, and the contraction degree of the gas seal material 4 was set to 57%. At this time, the leakage amount of nitrogen gas under a holding pressure of 0.5 kPa is 3 L / hr, the temperature in the airtight test apparatus D is maintained at 1000 ° C., and the leakage amount after 24 hours is under a holding pressure of 0.5 kPa. It was very slight at 1 L / hr.

[実施例3]
φ900mmの石英製ルツボからなる挿入部Aを用い、外気温で、炭化珪素を主成分とするキャスタブル(耐火材)11からなる支持部Bの段付き19に挿入部Aをセットして形成され、挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20にできた幅25mmの溝21内に、図4(a)および図4(b)に示したように、溝21の内径の長さにカットされた25mm角の有端紐状のガスシール材4(日本バルカー工業株式会社製 パッキン#N340)をリング状に形成したものを6段重ねで装填した。
[Example 3]
Using an insertion part A made of a quartz crucible of φ900 mm, the insertion part A is set on a stepped portion 19 of a support part B made of a castable (refractory material) 11 mainly composed of silicon carbide at an outside temperature, Cut into the length of the inner diameter of the groove 21 as shown in FIGS. 4A and 4B in the groove 21 having a width of 25 mm formed in the fitting portion 20 of the insertion portion A and the support portion B. The formed 25 mm square end-string-like gas seal material 4 (packing # N340 manufactured by Nippon Valqua Industries, Ltd.) in a ring shape was loaded in six layers.

なお、6段重ねで装填する際には、略リング状に形成されたガスシール材4の両端部が対向する位置(切り口4a)を120度ずらして装填した。
装填後、ガスシール材4の上から、ボルト穴を32個持つ押さえ金具5を被せ、締め付けトルク150N・mで締結部材6を締めて固定し、図3に示した構造の気密試験装置Dとした。このとき、この気密試験装置D内の内圧は、図1に示した分割型反応器Cの内圧と同じにするため、窒素ガス入口16から窒素ガスを導入し、窒素ガス出口17に調節バルブを取り付けて保持圧0.5kPaとした。さらに加熱して気密試験装置D内の温度を1000℃にし、トルク150N・mで、さらに締結部材6で増し締めし、ガスシール材4の収縮度を50%とした。この締結部材6の増し締め直後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で3L/hrであった。
In addition, when loading in 6-stage stacking, the positions (cut ends 4a) where both ends of the gas seal material 4 formed in a substantially ring shape face each other were shifted by 120 degrees.
After the loading, the gas seal member 4 is covered with a pressing metal fitting 5 having 32 bolt holes, and the fastening member 6 is fastened and fixed with a fastening torque of 150 N · m. did. At this time, in order to make the internal pressure in the airtight test apparatus D the same as the internal pressure of the split reactor C shown in FIG. 1, nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas inlet 16 and a control valve is connected to the nitrogen gas outlet 17. The holding pressure was set to 0.5 kPa. Further, the temperature in the airtightness test apparatus D was increased to 1000 ° C., and further tightened with a fastening member 6 with a torque of 150 N · m, so that the contraction degree of the gas seal material 4 was 50%. The amount of nitrogen gas leaked immediately after the fastening member 6 was tightened was 3 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa.

この一連の外気温度で、締め付けトルク150N・mで押さえ金具5を締め付け固定し、さらに気密試験装置D内の温度1000℃で、締め付けトルク150N・mで増し締めし、外気温度まで下げる動作を1サイクルとした。この動作を繰り返して、4サイクル目の1000℃における150N・mでのボルト締め直後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で2L/hrであり、ガスシール材4の収縮度は44%であった。さらに7サイクル目の1000℃における150N・mでの締結部材6の締め付け直後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で3L/hrであり、ガスシール材4の収縮度は42%であった。そしてさらに、10サイクル目の1000℃における150N・mでの締結部材6の締め付け直後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で4L/hrであり、ガスシール材4の収縮度は42%であった。   At this series of outside air temperature, the holding metal fitting 5 is fastened and fixed with a tightening torque of 150 N · m, and further tightened with a tightening torque of 150 N · m at a temperature of 1000 ° C. in the airtightness test apparatus D, and lowered to the outside temperature 1 Cycle. By repeating this operation, the leakage amount of nitrogen gas immediately after bolting at 150 N · m at 1000 ° C. in the fourth cycle is 2 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa, and the shrinkage of the gas seal material 4 is 44%. Further, the leakage amount of nitrogen gas immediately after fastening of the fastening member 6 at 150 N · m at 1000 ° C. in the seventh cycle is 3 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa, and the shrinkage of the gas seal material 4 is 42%. Met. Further, the leak amount of nitrogen gas immediately after fastening of the fastening member 6 at 150 N · m at 1000 ° C. in the 10th cycle is 4 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa, and the contraction degree of the gas seal material 4 is 42%.

さらに気密試験装置D内の温度を1000℃に保持し、46時間後の窒素ガスのリーク量は、保持圧0.5kPa下で4L/hrとごく僅かであった。
実施例1〜3の結果より、亜鉛還元法を用いた高純度シリコン製造用の分割型反応器のガスシール方法として、本発明のガスシール方法が有効であることが確認された。
Furthermore, the temperature in the airtightness test apparatus D was kept at 1000 ° C., and the amount of nitrogen gas leaked after 46 hours was very small at 4 L / hr under a holding pressure of 0.5 kPa.
From the results of Examples 1 to 3, it was confirmed that the gas sealing method of the present invention was effective as a gas sealing method for a split reactor for producing high-purity silicon using a zinc reduction method.

[比較例1]
φ900mmの石英製ルツボからなる挿入部Aを用い、外気温で、炭化珪素を主成分とするキャスタブル(耐火材)11からなる支持部Bの段付き19に挿入部Aをセットして形成され、挿入部Aと支持部Bとの嵌合部20にできた幅25mmの溝21内に、溝21の内径の長さにカットされた25mm角のガスシール材4(日本バルカー工業株式会社製 パッキン#N340)をリング状で且つ切り口を120度ずらして8段重ねで装填し、ガスシール材4の上から、ボルト穴を32個持つ押さえ金具5を被せ、締め付けトルク150N・mで締結部材6を締めて固定し、図3に示した構造の気密試験装置Dとした。
[Comparative Example 1]
Using an insertion part A made of a quartz crucible of φ900 mm, the insertion part A is set on a stepped portion 19 of a support part B made of a castable (refractory material) 11 mainly composed of silicon carbide at an outside temperature, A 25 mm square gas seal material 4 cut to the length of the inner diameter of the groove 21 (packing made by Nippon Valqua Industries, Ltd.) in a groove 21 having a width of 25 mm formed in the fitting part 20 of the insertion part A and the support part B # N340) is loaded in the form of a ring and the cut end is shifted by 120 degrees and stacked in eight stages, and the presser fitting 5 having 32 bolt holes is put on the gas seal material 4 and the fastening member 6 is tightened with a tightening torque of 150 N · m. Was tightened and fixed to obtain an air tightness test apparatus D having the structure shown in FIG.

このとき、ガスシール材4の収縮度は63%であり、この気密試験装置D内の内圧を、図1に示した分割型反応器Cの内圧と同じにするため、窒素ガス入口16から窒素ガスを導入し、窒素ガス出口17に調節バルブを取り付けて保持圧0.5kPaとしたが、締結部材による締め付け直後の窒素ガスのリーク量は2L/hrであった。   At this time, the degree of contraction of the gas seal material 4 is 63%, and in order to make the internal pressure in the airtight test apparatus D the same as the internal pressure of the split reactor C shown in FIG. Gas was introduced and a regulating valve was attached to the nitrogen gas outlet 17 to set the holding pressure to 0.5 kPa, but the nitrogen gas leakage immediately after tightening by the fastening member was 2 L / hr.

しかしながら、さらに加熱して気密試験装置D内の温度を1000℃にしたとき、窒素ガスのリーク量は54L/hrと多量となった。
この結果から、昇温後の増し締めを行わず、昇温前の(外気温度での)締結部材6の締め付けのみで、亜鉛還元反応を行えば、原料ガスや反応ガスなどのリーク量が多くなることが容易に推定される。
However, when the temperature in the airtightness test apparatus D was further increased to 1000 ° C. by further heating, the amount of nitrogen gas leaked was as large as 54 L / hr.
From this result, if the zinc reduction reaction is performed only by fastening the fastening member 6 before the temperature rise (at the outside temperature) without performing the tightening after the temperature rise, the amount of leakage of the source gas, the reaction gas, etc. is large. It is easily estimated that

A・・・挿入部
B・・・支持部
C・・・分割型反応器
D・・・気密試験装置
1・・・還元剤ガス供給ノズル
2・・・シリコン塩化物ガス供給ノズル
3・・・排気ガス抜き出しパイプ
4・・・ガスシール材
4a・・切り口
5・・・押さえ金具
6・・・締結部材
7・・・底板
8・・・加熱器
9・・・フランジ部
10・・・断熱材
11・・・キャスタブル(耐火材)
12・・・外被固定用締結部材
13・・・セラミックボード断熱材
14・・・温度計
15・・・内装ヒーター
16・・・窒素ガス入口
17・・・窒素ガス出口
18・・・外被
19・・・段付き
20・・・嵌合部
21・・・溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS A ... Insertion part B ... Supporting part C ... Division type reactor D ... Airtight test apparatus 1 ... Reducing agent gas supply nozzle 2 ... Silicon chloride gas supply nozzle 3 ... Exhaust gas extraction pipe 4... Gas seal material 4 a .. Cut 5. Holding metal 6. Fastening member 7. Bottom plate 8. Heater 9 ... Flange part 10. 11 ... Castable (refractory material)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Fastening member for jacket fixing 13 ... Ceramic board heat insulating material 14 ... Thermometer 15 ... Interior heater 16 ... Nitrogen gas inlet 17 ... Nitrogen gas outlet 18 ... Jacket 19 ... Stepped 20 ... Fitting part 21 ... Groove

Claims (6)

多結晶シリコン製造装置に用いられる分割型反応器の挿入部と支持部との嵌合部のガスシール方法であって、
前記嵌合部に形成された溝内に、金属線で補強されたセラミック繊維の編み組を無機充填剤および/または有機充填剤で処理して紐状に成形したガスシール材を配設する工程を少なくとも有することを特徴とするガスシール方法。
A gas sealing method for a fitting portion between an insertion portion and a support portion of a split reactor used in a polycrystalline silicon manufacturing apparatus,
A step of disposing a gas seal material formed by processing a braid of ceramic fibers reinforced with a metal wire with an inorganic filler and / or an organic filler into a groove formed in the fitting portion and forming it into a string shape A gas sealing method characterized by comprising:
前記ガスシール材を配設する工程の後、前記ガスシール材に押さえ金具を押し当てた状態で前記押さえ金具を、締結部材を介して100〜200N・mの締め付けトルクで前記支持部に締め付け固定する工程を有する、請求項1に記載のガスシール方法。   After the step of disposing the gas seal material, the press fitting is clamped and fixed to the support portion with a tightening torque of 100 to 200 N · m via a fastening member in a state where the press fitting is pressed against the gas seal material. The gas sealing method according to claim 1, further comprising the step of: 前記締め付け固定する工程の後、前記分割型反応器を800〜1200℃に昇温する工程を有する、請求項2に記載のガスシール方法。   The gas sealing method according to claim 2, further comprising a step of raising the temperature of the split reactor to 800 to 1200 ° C. after the step of fastening and fixing. 前記昇温する工程の後、前記押さえ金具を100〜200N・mの締め付けトルクでさらに前記支持部に増し締め固定する工程を有する、請求項3に記載のガスシール方法。   The gas sealing method according to claim 3, further comprising a step of further tightening and fixing the presser fitting to the support portion with a tightening torque of 100 to 200 N · m after the step of raising the temperature. 前記分割型反応器内の保持圧を0.5kPaとしたとき、前記嵌合部からのリーク量が5L/hr以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスシール方法。   The gas sealing method according to any one of claims 1 to 4, wherein when the holding pressure in the split reactor is 0.5 kPa, a leak amount from the fitting portion is 5 L / hr or less. 冷却手段を用いて前記押さえ金具および前記締結部材が固定される前記支持部のフランジ部を冷却する工程を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスシール方法。   The gas sealing method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step of cooling a flange portion of the support portion to which the pressing metal fitting and the fastening member are fixed using a cooling means.
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