(57)【要約】【課題】  特殊な移送手段や移送部材を用いずに、かつ外部からの不純物の混入の可能性がない手段を用い、エネルギー効率が高く、シラン化合物を連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造装置および製造方法を提供すること。【解決手段】  低次シランが導入される反応器１と、反応生成物が冷却される冷却部２と、反応生成物が低次シランと高次シランに分離・精製される精製塔３と、精製された高次シランが導出される高次シラン導出部４と、精製塔から導出された低次シランが冷却され、気液分離されるコールドトラップ５と、分離された液体成分によって液頭を形成する液頭部６と、該液体成分が液頭によって反応器１に導入される循環流路７と、循環流路７に設けられた制御弁８と、制御弁８の制動量を演算し、制御する制御部９と、を備え、制御弁８によって、循環流路７を介して給送される低次シランの循環流量が調整されること。【選択図】  図１
2014152060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、給送された低次シランが導入される反応器と、該反応器で生成した反応生成物が冷却される冷却部と、該冷却部で冷却された反応生成物が導入され、低次シランと高次シランに分離・精製される精製塔と、該精製塔で精製された高次シランが導出される高次シラン導出部と、前記精製塔から導出された低次シランが冷却され、気液分離されるコールドトラップと、該コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭を形成する液頭部と、該液体成分が液頭によって前記反応器または／および前記精留塔に導入される循環流路と、該循環流路に設けられた制御弁と、該制御弁の制動量を演算し、制御するする制御部と、を備え、
前記制御弁によって、前記循環流路を介して給送される低次シランの循環流量が調整されることを特徴とするシラン化合物の製造装置。
【請求項２】
前記精製塔の塔頂部に圧力計が設けられ、前記制御部によって、該圧力計の出力を基に該塔頂部における低次シランの蒸気圧，温度，液体成分の密度および前記制御弁の制動量が演算され、前記液頭の長さが調整されることを特徴とする請求項１記載のシラン化合物の製造装置。
【請求項３】
前記液頭部に液面計が設けられ、前記制御部によって、該液面計の出力を基に前記制御弁の制動量が調整されることを特徴とする請求項１記載のシラン化合物の製造装置。
【請求項４】
前記反応器が複数段の反応を担う複数の反応器から構成され、前記コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭長の異なる複数の液頭部が形成され、前記液体成分が各液頭部に接続される各循環流路から各反応器に導入されるとともに、各液頭部からの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって各循環流量が調整されることを特徴とする請求項１〜３にいずれかに記載のシラン化合物の製造装置。
【請求項５】
前記精留塔が複数段の精留を担い、それぞれコールドトラップを有する複数の精留塔から構成され、前記コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭長の異なる複数の液頭部が形成され、各液体成分が各液頭部に接続される各循環流路から前記反応器または／およびこれに連なる前記精留塔に順次導入されるとともに、各液頭部からの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって前記循環流量が調整されることを特徴とする請求項１〜４にいずれかに記載のシラン化合物の製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のシラン化合物の製造装置を用い、
給送された低次シランが反応器に導入され、高次シランを含む反応生成物が生成され、
生成した反応生成物が冷却部で冷却され、
冷却された反応生成物が精製塔に導入され、低次シランと高次シランに分離・精製され、
前記精製塔から導出された高次シランが取出され、
前記精製塔から導出された低次シランがコールドトラップで冷却され、気液分離され、
該コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭が形成され、
該液体成分が該液頭によって移送され、循環流路を介して前記反応器または／および前記精留塔に導入され、
該循環流路に設けられた制御弁の制動量が制御部で演算され、
該制御弁によって、前記循環流路を介して給送される低次シランの循環流量が調整されることを特徴とするシラン化合物の製造方法。
【請求項７】
前記精製塔の塔頂部の圧力および／または前記液頭部の液面を検出し、該出力値を基に前記制御弁の制動量が調整されることを特徴とする請求項６記載のシラン化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シラン化合物の製造装置および製造方法に関し、具体的には、液頭を利用した液体成分の給送システムを有するシラン化合物の製造装置および製造方法に関するものである。ここで「液頭」とは、所定の高さを有する液体の底面に対する圧力、あるいは当該圧力を生じせしめる液体の形態（例えば中空の円柱に封入された液体によって形成される液柱が該当する）をいう。
【背景技術】
【０００２】
シラン化合物、特にモノシランやジシラン等は、シリコンウエハーの原料として使用され、特に半導体や太陽電池等の製造プロセスを含めた各種プロセスにおいて大きな需要があり、液化ガスとして大量に製造され、供給されている。ジシラン等の高次シランは、モノシラン等の低次シランを原料として、高圧・高温の反応器を用いて製造され、いくつかの製造技術が提案され、実用されている。
【０００３】
例えば、図６に示すような高次シランを製造するためのシステムを挙げることができる（例えば特許文献１参照）。具体的には、当該高次シランを製造するためのシステムにおいて、例えばモノシランからジシラン、ジシランからトリシラン、トリシランからテトラシランなどの、低次シランから高次シランを製造する。第１低次シラン含有流体１２０を、予熱器１００に導入する。予熱器１００は、低次シラン含有流体１２０を第１反応温度範囲内の温度に加熱する。・・予熱器１００が第１低次シラン含有流体１２０を加熱して加熱低次シラン含有流体１２２を生成させ、これを第１反応容器または第１反応ゾーン１０２に導入する。・・第１ガス混合物１２４は、第１反応ゾーン１０２から出る。ガス混合物１２４は、主成分の低次シラン、少量の高次シラン、およびより少量のより高次の高次シランを含有する。ガス混合物１２４はまた、水素およびより低次の低次シランも含有する。ガス混合物１２４は、蒸留塔１０４に導入される。液体窒素を用いて、ガス混合物１２４を濃縮し、比較的高濃度の水素および／またはより低次の低次シランを含有する塔頂流体１３０、比較的高濃度の高次シランを含有する高次シラン含有流体１３２、および予熱器１００に再循環される第２低次シラン含有流体１２６に分離する濃縮器１１２を、蒸留塔１０４は有する。塔頂流体１３０は、系内から出る。高次シラン含有流体１３２を蒸留塔１０４のポット１０８中に集め、それを反応工程が停止した後に蒸留によりさらに精製して、望ましくないより高次の高次シランを除去することができる（段落００１３〜００１９）。
【０００４】
また、低次シランを第１反応ゾーンで反応させ、その反応生成物の一部あるいは全部を第２反応ゾーン以降の反応ゾーンで反応させることを特徴とする高次シランの製造法を挙げることができる（例えば特許文献２参照）。具体的には、図７に示すような試験装置が作成され、２０１より原料のモノシランガスが９６０ｇ／分の割合で供給され、系内からの循環モノシラン（少量のジシランを含む）２１３と混合されて、第１反応ゾーン（ＲＸ−１、有効容積３３リットル）２０２に導入される。・・反応器（ＲＸ−１）出口ガス２０３は−８℃で冷却され、凝縮液２０４は後段の蒸留塔からの循環液２０９と混合され、蒸発器（Ｈ−２）を経由して第２反応ゾーン（ＲＸ−２、有効容積３７リットル）２０５へ導入される。・・一方、反応器（ＲＸ−１）出口ガスのうち非凝縮ガス２１１は系内の他の循環ガス２１０とともに−１００℃の冷却器２段（Ｅ−２）で冷却、トラップされ、反応器（ＲＸ−１）に循環される。ここでの非凝縮ガス２１２は除害設備を経て系外に放出される。反応器（ＲＸ−２）出口ガス２０６は冷却器（Ｅ−３）で−８℃に冷却され、凝縮液２０７は蒸留塔（Ｔ−１）で蒸留され、目的生成物であるＳｉ３Ｈ８からＳｉ９Ｈ２０の高次シラン２０８と、低次シラン（主としてジシラン）２０９、および非凝縮ガス（主としてモノシラン）２１４とに分けられる。２０９は反応器（ＲＸ−２）に、２１４は反応器（ＲＸ−１）に夫々循環され、また反応器（ＲＸ−２）出口の非凝縮ガス２１０は前述のように反応器（ＲＸ−１）に循環される（段落００２１）。ここで、Ｃ−１はコンプレッサー，Ｐ−１はポンプを示す。
【０００５】
こうした高次シランの製造システムや製造法において、前者の製造システムでは、蒸留塔１０４から低次シラン含有流体１２０に還流手段として、符号１０６に示される移送手段（図示された記号からコンプレッサーやポンプ等の給送手段あるいは圧縮手段を示すと推認できる）が使用され、後者の試験装置においても、同様に符号Ｐ−１に示されるポンプが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５３６７８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２６０７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のような高次シランの製造システムや製造法では、以下のような種々の課題が生じることがあった。
（ｉ）高次シランの製造プロセスにおいて、コンプレッサーやポンプ等の使用は、精留装置に対して信頼性の面で不利な影響をもたらす可能性がある。例えば、ポンプ等の内部での圧力や温度の短周期の激しい変動に伴うモノシランやポリシランの自己分解のおそれがある。
（ii）また、ポンプ等を構成する部材を由来とする金属成分が流通系内に混入されるおそれがある。反応性の高いシラン化合物との接触があれば、流路の腐食や詰り等を招来するおそれがある。
（iii）こうした要因を低減するためには、特殊なポンプ等を用いる必要があり、コスト面および保守面においても大きな負荷となる。また、半導体製造プロセスの一部を担う場合には、安定な連続運転が要求されることが多く、駆動部に負荷がかかるポンプ等は回避することが好ましい。
【０００８】
本発明の目的は、シラン化合物の製造プロセスにおいて、特殊な移送手段や移送部材を用いずに、かつ外部からの不純物の混入の可能性がない手段を用い、エネルギー効率が高く、シラン化合物を連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造装置および製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示すシラン化合物の製造装置および製造方法によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１０】
本発明に係るシラン化合物の製造装置は、少なくとも、給送された低次シランが導入される反応器と、該反応器で生成した反応生成物が冷却される冷却部と、該冷却部で冷却された反応生成物が導入され、低次シランと高次シランに分離・精製される精製塔と、該精製塔で精製された高次シランが導出される高次シラン導出部と、前記精製塔から導出された低次シランが冷却され、気液分離されるコールドトラップと、該コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭を形成する液頭部と、該液体成分が液頭によって前記反応器または／および前記精留塔に導入される循環流路と、該循環流路に設けられた制御弁と、該制御弁の制動量を演算し、制御する制御部と、を備え、
前記制御弁によって、前記循環流路を介して給送される低次シランの循環流量が調整されることを特徴とする。
【００１１】
シラン化合物の製造システムの多くが連続運転を要求されることから、こうしたシステムに用いられる移送手段の異常モードの発生を回避することが難しい。一方本発明者は、シラン化合物の製造プロセスの検証過程において、低温条件での液体シラン化合物の安定性が高く、移送等の操作が容易であることの知見を得た。本発明は、こうした知見を基に、反応器に循環させる精留塔から導出されるモノシラン含有物について、低温かつ液体状態を維持しながら精留塔の塔頂の高さを生かした液頭を形成し、低温かつ液体状態での移送によって、連続的に安定した移送が可能となった。こうした構成によって、特別な装置や複雑な操作を用いずに、エネルギー効率が高く、シラン化合物の連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造装置を提供することが可能となった。ここで「低次シラン」と「高次シラン」とは、後述する定義によるものとし、総称して「シラン化合物」という。
【００１２】
本発明は、上記シラン化合物の製造装置であって、前記精製塔の塔頂部に圧力計が設けられ、前記制御部によって、該圧力計の出力を基に該塔頂部における低次シランの蒸気圧，温度，液体成分の密度および前記制御弁の制動量が演算され、前記液頭の長さが調整されることを特徴とする。
液頭を利用した移送手段における移送流量は、液頭の長さとその液密度、および液面にかかる圧力と制御弁の開度が関係する。つまり、液頭の圧力すなわち液頭を構成するシラン化合物の蒸気圧が判れば、該蒸気圧から液温度が設定され、該液温度から液密度が設定され、該液密度から所望の移送流量を設定するための液頭の長さを設定することができる。従って、精製塔の塔頂部に設けられた圧力計の出力を基に、所望の移送流量を設定するのに必要となる、液密度と液頭の長さおよび液面の圧力に係る情報を得ることができ、制御弁の開度を設定することができる。また、こうした特性は、物理的に決定されるものであり、外乱として影響を受けるものは殆どない。本発明は、精製塔の塔頂部に繋がる液頭部を有する構成によって、こうした給送流量の制御に必要な情報を、精留塔の塔頂部の圧力によって得ることができ、非常に精度よく調整することを可能にした。
【００１３】
本発明は、上記シラン化合物の製造装置であって、前記液頭部に液面計が設けられ、前記制御部によって、該液面計の出力を基に前記制御弁の制動量が調整されることを特徴とする。
上記のように、液頭を利用した移送手段における移送（給送）流量は、液頭の長さとその液密度、および液面にかかる圧力と制御弁の開度が関係する。本発明は、上記のような塔頂部の圧力に基づく制御に加え、液頭の液面の位置を正確に把握することによって、さらに正確に液頭の長さを設定することができ、より調整精度を上げることができる。また、精留塔の安定運転時においては、液の組成および液温度（液密度）は実動時においても大きな変動はなく、予め設定可能である。従って、塔頂部の圧力に基づく制御によらずに、液頭の長さを指標とすることによって、精度よくシラン化合物の給送流量を制御することができる。
【００１４】
本発明は、上記シラン化合物の製造装置であって、前記反応器が複数段の反応を担う複数の反応器から構成され、前記コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭長の異なる複数の液頭部が形成され、前記液体成分が各液頭部に接続される各循環流路から各反応器に導入されるとともに、各液頭部からの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって各循環流量が調整されることを特徴とする。
シラン化合物の製造プロセスにおいては、原料であるモノシラン（ジシラン等を含むことがある：低次シラン）を１次反応によってジシラン等高次シランに変換し、さらにジシランの収率を上げるため、あるいはさらに高次のシランに変換するために、複数次の反応とする場合がある。本発明は、このとき１次反応器のみならず、後段の反応器に未反応のモノシランを含むシラン化合物を循環させることによって、残留する低次シランを低減し高次シランの収率向上を図ることができる。
【００１５】
本発明は、上記シラン化合物の製造装置であって、前記精留塔が複数段の精留を担い、それぞれコールドトラップを有する複数の精留塔から構成され、前記コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭長の異なる複数の液頭部が形成され、各液体成分が各液頭部に接続される各循環流路から前記反応器または／およびこれに連なる前記精留塔に順次導入されるとともに、各液頭部からの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって前記循環流量が調整されることを特徴とする。
シラン化合物の製造プロセスにおいては、反応生成物を複数段の精留塔を用いて、高次シランの純度をさらに高くする、あるいは例えばジシランとトリシランを分離して取出す場合がある。本発明は、このとき各精留塔にコールドトラップを設けて液頭を形成し、その液頭を利用して各精留塔の塔頂部からのより低次のシランを循環させることによって、残留する低次シランを低減し高次シランの収率向上を図ることができる。
【００１６】
また、本発明は、上記いずれかに記載のシラン化合物の製造装置を用いたシラン化合物の製造方法であって、給送された低次シランが反応器に導入され、高次シランを含む反応生成物が生成され、
生成した反応生成物が冷却部で冷却され、
冷却された反応生成物が精製塔に導入され、低次シランと高次シランに分離・精製され、
前記精製塔から導出された高次シランが取出され、
前記精製塔から導出された低次シランがコールドトラップで冷却され、気液分離され、
該コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭が形成され、
該液体成分が該液頭によって移送され、循環流路を介して前記反応器または／および前記精留塔に導入され、
該循環流路に設けられた制御弁の制動量が制御部で演算され、
該制御弁によって、前記循環流路を介して給送される低次シランの循環流量が調整されることを特徴とする。
こうした構成によって、複雑な操作を用いずに、エネルギー効率が高く、シラン化合物の連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造方法を形成することが可能となった。
【００１７】
本発明は、上記シラン化合物の製造方法であって、前記精製塔の塔頂部の圧力および／または前記液頭部の液面を検出し、該出力値を基に前記制御弁の制動量が調整されることを特徴とする。
低次シランの循環流量の制御に必要な情報を、精留塔の塔頂部の圧力および液頭部の液面位置によって得ることができ、非常に精度よく調整することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るシラン化合物の製造装置の第１構成例を示す概略図
【図２】本発明に係るシラン化合物の製造装置における液頭長さと蒸気圧との関係を例示する概略図
【図３】本発明に係るシラン化合物の製造装置の第２構成例を示す概略図
【図４】本発明に係るシラン化合物の製造装置の第３構成例を示す概略図
【図５】本発明に係るシラン化合物の製造装置の第４構成例を示す概略図
【図６】従来技術に係る高次シランの製造システムの構成例を示す概略図
【図７】従来技術に係る高次シランの製造法の試験装置を例示する概略図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るシラン化合物の製造装置（以下「本装置」という）は、少なくとも、低次シランが導入される反応器と、反応生成物が冷却される冷却部と、反応生成物が低次シランと高次シランに分離・精製される精製塔と、精製された高次シランが導出される高次シラン導出部と、精製塔から導出された低次シランが冷却され、気液分離されるコールドトラップと、コールドトラップにおいて分離された液体成分によって液頭を形成する液頭部と、液体成分が液頭によって反応器または／および精留塔に導入される循環流路と、循環流路に設けられた制御弁と、制御弁の制動量を演算し、制御する制御部と、を備え、制御弁によって、循環流路を介して給送される低次シランの循環流量が調整されることを特徴とする。エネルギー効率が高く、シラン化合物の連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造装置を提供することができる。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜本装置の基本構成例＞
本装置の基本構成例の概要を、図１に示す（第１構成例）。本装置は、給送された低次シランが導入され、高次シランを含む反応生成物に変換される反応器１と、反応器１から導出され、生成した反応生成物が冷却される冷却部２と、冷却部２で冷却された反応生成物が導入され、低次シランと高次シランに分離・精製される精製塔３と、を備える。精製塔３の塔底部から精製された高次シランが、高次シラン導出部４から導出されるとともに、塔頂部から低次シランを主成分とする成分が導出される。導出された低次シランは、コールドトラップ５において冷却されるとともに、気液分離される。コールドトラップ５において分離された液体成分は、液頭を有する液頭部６を形成するとともに、液頭によって液頭部６の下部６１において接続された循環流路７を介して反応器１に導入される。循環流路７には制御弁８が設けられ、制御部９によって制御弁８の制動量が演算され、低次シランの循環流量が調整される。このとき、コールドトラップ５において分離された液体成分を、液頭によって循環流路７を介して精留塔３に導入する構成あるいは、上記構成に付加することも可能である（図示せず）。水素等の低沸点物が除去された液体成分を精留塔３に還流することによって、精留塔３の還流機能を上げることができる。
【００２１】
反応器１には、原料として低次シランが導入され、所定の加熱手段によって反応温度３００〜５００℃とすることによって、高次シランを含む反応生成物に変換される。さらに例えばパラジウム等の遷移金属系触媒が充填され、所定の圧力条件下（例えば２〜３ＭＰａ）において、より低温（２５０〜３５０℃）で反応させ、かつ高い反応効率を得ることができる。触媒は、原料の流通による圧力損失が小さいことが好ましく、流動層のような大きな負荷を与えるものではなく、固定層あるいはハニカム等流通容易な構造体が好ましい。液頭による給送機能を十分に活用することができる。
【００２２】
反応は、例えば下式１のようにモノシランからジシランを生成するとともに、下式２のようなトリシランが生成する反応等によって高次シランが生成する。
２ＳｉＨ４→Ｓｉ２Ｈ６＋Ｈ２    ・・式１
３ＳｉＨ４→Ｓｉ３Ｈ８＋２Ｈ２  ・・式２
ここでは、これらに加え、さらに高次のシランを含む化合物を総称してシラン化合物といい、「低次シラン」とは、モノシランあるいはモノシランを主成分とするシラン化合物（例えば、モノシランとジシランの混合物）をいうが、必ずしも混合物中のモノシランが５０％以上のものだけではなく、沸点がモノシランに近い（例えば±２０％以内等）物質を含む。また「高次シラン」とは、ジシラン等のポリシランあるいはポリシランを主成分とするシラン化合物をいうが、必ずしも混合物中のポリシランが５０％以上のものだけではなく、沸点がジシランを超える物質を含む。
【００２３】
反応器１から導出された反応生成物（約２００〜３００℃）は、冷却部２において約０〜１０℃に冷却され、液化された状態で、精留塔３の中位に導入される。冷却部２においては、冷却水等冷媒を供給することによって熱回収され、回収された温熱は、後述する循環流路７の加熱部等の熱源に利用される。また、冷却部２は、１つの熱交換器による構成だけではなく、多段の熱交換器を設けた構成が可能である。各部において効率よく冷却することができるとともに、各部から回収される複数種の温熱を利用することができる。
【００２４】
精留塔３に導入された反応生成物中には、低沸点のモノシラン（ｂｐ約−１１２℃）と、これに比較して高沸点のジシラン（ｂｐ約−１４℃）やトリシラン（ｂｐ約５３℃）等のポリシランが混在する。このように分離すべき低次シランと高次シランの沸点の差が大きいことから、本装置の精留塔３においては、多孔板やトレイ等を用いずに、上下方向に所定の長さ（例えば約１０ｍ以上）を有する中空体において上下の温度差を大きく設けた構造によって、十分な分離機能を確保することができるとの知見を得るとともに、後述するように実証することができた。具体的には、内径約数１０ｍｍ〜数１００ｍｍを有し、長さ約数ｍ〜数１０ｍの精留塔が好ましい。このとき、塔頂部から温度約−２０〜−３０℃，圧力約２〜３ＭＰａの気体低次シランが導出され、塔底部から温度約１１０〜１３０℃，圧力約２〜３ＭＰａの液体高次シランが導出される。
【００２５】
塔頂部から導出されたモノシランを主成分とする低次シランは、コールドトラップ５に導入され、温度約−２０〜−３０℃，圧力約２〜３ＭＰａの水素を含む気相とモノシランを主成分とする液相に分離される。水素等の気相（気体成分）は、コールドトラップ５上部から導出され、液相を形成する液体成分は、圧力（蒸気圧）約０．１〜０．２ＭＰａを有し、コールドトラップ５下部から約１０〜１５ｍの長さを有する液頭部６を形成する。
【００２６】
液頭部６の下部６１には、循環流路７が接続され、液頭部６を形成する液体成分が、液頭によって給送され、反応器１に導入される。つまり、低次シランは、原料として補充されつつ、反応器１〜冷却部２〜精留塔３〜コールドトラップ５〜液頭部６〜循環流路７によって循環系が形成される。循環流路７には、制御弁８が設けられ、低次シランの循環流量が調整される。また、反応器１における反応が気相反応である場合には、反応に適した温度に設定された加熱器１１が設けられ、循環する低次シランが予熱・気化される。
【００２７】
制御部９において、制御弁８の制動量が演算され、制御弁８が制動され、循環流量が調整される。循環流量は、別途流量計１０によって検出され、検出信号が制御部９に送信される（ＦＩＣ）。制御弁８の制動は、制御弁８が比例弁であれば、弁の開度によって調整することができ、開閉弁のようにＯＮ−ＯＦＦ制御であればＯＮ／ＯＦＦ時間の割合によって調整することができる。
【００２８】
〔圧力計の設置〕
本装置において、精製塔３の塔頂部に圧力計１２が設けられ、制御部９によって、圧力計１２の出力（ＰＩＣ）を基に液頭の長さＨが調整されることが好ましい。後述のように、液頭の圧力すなわち塔頂部における低次シランの蒸気圧が判れば、その液温度および液密度が設定され、該液密度から所望の移送流量を設定するための液頭の長さＨを設定することができる。従って、圧力計１２の出力（ＰＩＣ）を基に、制御部９で演算し、所望の移送流量を設定するのに必要となる、液密度と液頭の長さＨおよび液面の圧力に係る情報を得て、制御弁８の制動量を設定することができる。また、こうした特性は、物理的に決定されるものであり、外乱として影響を受けるものは殆どなく、非常に精度よく調整することができる。
【００２９】
制御部９において、制御弁８の制動量が演算され、制御弁８が制動され、循環流量が調整される。循環流量は、別途流量計１０によって検出され、検出信号が制御部９に送信される（ＦＩＣ）。制御弁８の制動は、制御弁８が比例弁であれば、弁の開度によって調整することができ、開閉弁のようにＯＮ−ＯＦＦ制御であればＯＮ／ＯＦＦ時間の割合によって調整することができる。
【００３０】
〔液面計の設置〕
本装置において、液頭部６に液面計１３が設けられ、制御部９によって、液面計１３の出力（ＬＩＣ）を基に制御弁８の制動量が調整されることが好ましい。液頭の長さＨとその液密度、および液面にかかる圧力と制御弁の開度が関係する給送流量の調整において、液頭の液面の位置を正確に把握することによって、さらに正確に液頭の長さＨを設定することができ、より調整精度を上げることができる。特に、精留塔の安定運転時においては、液の組成および液温度（液密度）は実動時においても大きな変動はなく、予め設定可能である。従って、塔頂部の圧力に基づく制御によらずに、液頭の長さＨを指標とすることによって、精度よくシラン化合物の給送流量を制御することができる。
【００３１】
制御部９において、制御弁８の制動量が演算され、制御弁８が制動され、循環流量が調整される。循環流量は、別途流量計１０によって検出され、検出信号が制御部９に送信される（ＦＩＣ）。制御弁８の制動は、制御弁８が比例弁であれば、弁の開度によって調整することができ、開閉弁のようにＯＮ−ＯＦＦ制御であればＯＮ／ＯＦＦ時間の割合によって調整することができる。
【００３２】
〔液頭による循環流量の設定について〕
本装置において、液頭を利用した移送手段における移送（給送）流量は、液頭の長さＨとその液密度ｄ、および液面にかかる圧力（正確には給送先の圧力との差圧）と制御弁８の制動量が関係する。本装置における液頭は、主成分をモノシランとする低次シランであり、その物性の特定が容易であることから、例えば液面の圧力や液面の位置等の指標によって容易に、設定された給送流量を確保するための制御量の算出を行うことができる。
【００３３】
具体的には、反応器１に給送される液体成分の循環流量は、反応器１内の圧力と制御弁８入口の圧力の差に対する制御弁８の開度（あるいはＯＮ−ＯＦＦ時間の割合）によって決定される。このとき、制御弁８入口の圧力Ｐは、液密度ｄおよび液頭の長さＨとする液体成分の液面での蒸気圧（飽和蒸気圧）Ｐｏに対して、下式３の通りとなる。
Ｐ＝Ｈ×ｄ＋Ｐｏ  ・・式３
ここで、液密度ｄは、例えばＲａｃｋｅｔｔの式を用い、液体成分の温度Ｔ，臨界温度Ｔｃ，臨界圧力Ｐｃ，気体定数Ｒおよび実験から求められる定数Ｚから、下式４−１，４−２によって推算される。
ｄ＝１／［（Ｒ×Ｔｃ／Ｐｃ）×Ｚｎ］  ・・式４−１
ｎ＝１＋（１−Ｔ／Ｔｃ）２／７  ・・式４−２
また、飽和蒸気圧Ｐｏと液体成分の温度Ｔの関係は、例えばアントワン式を用い、実験から求められる各係数から、下式５によって推算される。
Ｐｏ＝ｅｘｐ［ａ＋ｂ／（Ｔ＋ｃ）＋ｄ×ｌｎ（Ｔ）＋ｅ×Ｔｆ  ・・式５
以上の関係から、設定された給送流量（圧力）を確保するための液頭に係る制御量の算出を行うことができる。例えば、約−１００℃前後のモノシランの液頭について、所定の液頭下部の圧力（例えば０．５１ｋｇ／ｃｍ２）を確保するための液頭長さＨと液頭液面での蒸気圧Ｐｏとの関係を例示すると、図２のように、下式６に示すような関係式で近似することができる。
Ｈ＝０．２５４７×Ｐｏ＋８．９５５７  ・・式６
【００３４】
〔液頭による調整機能を検証〕
上記第１構成例に係る本装置を用いて、液体モノシランによって形成された液頭による循環流量の調整機能を検証した。
（ｉ）例えば５００ｍｂａｒ、すなわち０．５１ｋｇ／ｃｍ２（５０９８．７ｋｇ／ｍ２）の圧力を液頭で得ることを目的とする。なお、前提として、液密度は、液体モノシランが飽和状態であるという条件で演算を行った。
（ii）コールドトラップ５の１次側に設けられた圧力計１２によって、コールドトラップ５の入口圧力を測定した。例えば液温度約−２８℃において、圧力計１２の出力Ｐｏ（ＰＩＣ）が２５ｂａｒＡだと仮定する。
（iii）液頭部６を形成する液組成は、純粋なモノシランなので、液密度は一意的に決定することが可能であり、例えば密度ρ＝Ｐｏという関数で表現することができる。
（iｖ）上記条件における液密度は、４００．３Ｋｇ／ｍ３となる。
（ｖ）従って、５０９８．７ｋｇ／ｍ２の圧力を液頭で得るためには、
５０９８．７［ｋｇ／ｍ２］÷４００．３［ｋｇ／ｍ３］＝１２．７３７［ｍ］
の液頭が要求される。
（ｖi）当該液頭高さを確保するように、液面計１３の出力（ＬＩＣ）によって液面ＬＶをコントロールする。
（ｖii）コールドトラップ５の１次圧が変動した場合、上記方法と同様に、関数等を用いてプロセス上最適な水頭を計算してＬＩＣの設定値とすることにより、プロセスの安定性を確保することができる。
【００３５】
〔本装置を用いたシラン化合物の製造方法〕
以上の本装置を用い、以下の手順に操作することによって、エネルギー効率が高く、シラン化合物の連続的に安定した移送が可能なシラン化合物の製造方法（以下「本方法」という）を形成することができる。
（１）給送された低次シランが反応器１に導入され、高次シランを含む反応生成物が生成される。反応器１において、例えば、２．５ＭＰａ，３００℃で加熱され、水素，モノシラン，ジシランおよびさらに高次のポリシランからなる混合ガスが生成される。
（２）生成した反応生成物が冷却部２で冷却される。冷却水によって冷却され、例えば約８℃まで冷却される。
（３）冷却された反応生成物が精製塔３に導入され、低次シランと高次シランに分離・精製される。
（４）精製塔３から導出された高次シランが取出される。
（５）精製塔３から導出された低次シランがコールドトラップ５で冷却され、気液分離される。水素を含む低沸点成分に富んだ低次シランが精留塔３の塔頂部からコールドトラップ５に導入され、冷却される。
（６）コールドトラップ５において分離された液体成分によって液頭が形成される。低次シランに同伴したモノシランまたはモノシランとジシランの混合物が凝縮し、液体成分として液頭部６を形成する。
（７）液体成分が液頭によって移送され、循環流路７を介して反応器１に導入される。このとき、循環流路７に設けられた加熱部１１によって所望の温度に調整される。ここで、循環流路７を介して給送される液体成分の圧力は、液頭によって、精留塔３の頭頂部の圧力よりも高いものとなる。例えば、コールドトラップ５を、例えば液頭部６の下部６１から１０ｍの位置に設置することによって、その液頭の長Ｈさに対応した給送圧力を得ることができる。
（８）循環流路７に設けられた制御弁８の制動量が制御部９で演算される。
（９）制御弁８によって、循環流路７を介して給送される低次シランの循環流量が調整される。
【００３６】
また、本方法において、精製塔３の塔頂部の圧力および／または液頭部６の液面を検出し、該出力値を基に制御弁８の制動量が調整されることが好ましい。低次シランの循環流量の制御に必要な情報を、精留塔８の塔頂部の圧力あるいは液頭部６の液面位置によって得ることができ、非常に精度よく調整することを可能にした。
【００３７】
＜本装置の他の構成例＞
本装置の他の構成例として、複数の精留塔から構成された装置の概要を、図３に示す（第２構成例）。上記第１構成例において、精製塔３（本構成例では第１精留塔３ａに相当）において精製され、導出された高次シランに対して、さらに分離・精製処理を行うことを特徴とする。第２精留塔３ｂに導入することによって、高次シラン中のジシラン成分を、トリシラン等のさらに高次のポリシランと分離し精製することができる。操作性や安定性がよく、半導体プロセス等において有用される高純度ジシランを効率よく取り出すことができる。
【００３８】
具体的には、第１精留塔３ａから導出される、ジシランを主成分とする高沸点成分に富んだ液体の高次シランは、高次シラン導出部４ａを介して第２精留塔３ｂに導入され、更なる精留に供される。分離・精製された気体ジシランは、第２精留塔３ｂの上部から取り出される。第２精留塔３ｂの下部からは、高沸点成分に富んだ液体高次シランが、高次シラン導出部４ｂを介して抜き出され、除害装置や再生反応装置等に給送される。
【００３９】
〔本装置の第３構成例〕
本装置の他の構成例として、複数の反応器に対して適用される複数の液頭部を有する装置の概要を、図４に示す（第３構成例）。上記第１構成例において、複数段の反応を担う複数の反応器１ａ，１ｂから構成され、コールドトラップ５において分離された液体成分によって液頭の長さＨａ，Ｈｂの異なる複数の液頭部６ａ，６ｂが形成され、液体成分が各液頭部６ａ，６ｂに接続される各循環流路７ａ，７ｂから各反応器１ａ，１ｂに導入されるとともに、各液頭部６ａ，６ｂからの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって各循環流量が調整されることを特徴とする。原料である低次シラン（モノシランのみならずジシラン等を含むことがある）を１次反応（反応器１ａ）によってジシラン等高次シランに変換し、さらにジシランの収率を上げるため、あるいはさらに高次のシランに変換するために、複数次の反応（２次反応：反応器１ｂ）を行った。このとき、反応器１ａのみならず、後段の反応器１ｂに未反応のモノシランを含むシラン化合物を循環させることによって、残留する低次シランを低減し高次シランの収率向上を図ることができる。
【００４０】
具体的には、精留塔３の塔頂部から導出されたモノシランを主成分とする気体成分がコールドトラップ５において液化され、水素等と分離され、液頭部６ａ，６ｂから循環流路７ａ，７ｂを介して、加熱器１１ａ，１１ｂにおいて加熱された後、反応器１ａ，１ｂに導入される。このとき各反応器１ａ，１ｂの所望の供給圧力となるように液頭部６ａ，６ｂの液頭を変更することができる。循環流量は、各々制御弁８ａ，８ｂによって調整され、流量計１０ａ，１０ｂによってモニターすることができる。なお、反応生成物から精製された純度の高いモノシランを取出すことができることは、第１構成例と同様であり、用途が増大する高次シランの収率を上げ、特に有用性の高いジシランを効率的に得ることができる。
【００４１】
〔本装置の第４構成例〕
本装置の他の構成例として、複数の反応器と精留塔を有し、各反応器に対して適用される複数の液頭部を有する装置の概要を、図５に示す（第４構成例）。上記第１構成例において、複数段の精留を担い、それぞれコールドトラップ５ａ，５ｂを有する複数の精留塔（本構成例では第１精留塔３ａ，第２精留塔３ｂに相当）から構成され、コールドトラップ５ａ，５ｂにおいて分離された液体成分によって液頭の長さＨａ，Ｈｂの異なる複数の液頭部６ａ，６ｂが形成され、各液体成分が各液頭部６ａ，６ｂに接続される各循環流路７ａ，７ｂから反応器１ａ，１ｂに順次導入されるとともに、各液頭部からの給送流量の切換えまたは各給送流量の調整によって前記循環流量が調整されることを特徴とする。第２構成例と同様、反応生成物を第１精留塔３ａ，第２精留塔３ｂを用いて、高次シランの純度をさらに高くする、あるいは例えばジシランとトリシランを分離して取出す場合において、第１精留塔３ａ，第２精留塔３ｂにコールドトラップ５ａ，５ｂを設けて液頭を形成し、その液頭を利用して第１精留塔３ａ，第２精留塔３ｂの塔頂部６ａ，６ｂからのより低次のシランを循環させることによって、残留する低次シランを低減し高次シランの収率向上を図ることができる。
【００４２】
具体的には、第１精留塔３ａの塔頂部から導出されたモノシランを主成分とする気体成分がコールドトラップ５ａにおいて液化され、水素等と分離され、液頭部６ａから循環流路７ａを介して、加熱器１１ａにおいて加熱された後、反応器１ａに導入される。第１精留塔３ａから導出される、ジシランを主成分とする高沸点成分に富んだ液体の高次シランは、高次シラン導出部４ａを介して第２精留塔３ｂに導入され、更なる精留に供される。分離・精製された気体ジシランは、第２精留塔３ｂの上部から導出され、コールドトラップ５ｂにおいて液化され、気体のジシラン等と分離して取り出され、液頭部６ｂから循環流路７ｂを介して、加熱器１１ｂにおいて加熱された後、反応器１ｂに導入される。第２精留塔３ｂの下部からは、高沸点成分に富んだ液体高次シランが、高次シラン導出部４ｂを介して抜き出され、除害装置や再生反応装置等に給送される。このとき各反応器１ａ，１ｂの所望の供給圧力となるように液頭部６ａ，６ｂの液頭を変更することができる。循環流量は、各々制御弁８ａ，８ｂによって調整され、流量計１０ａ，１０ｂによってモニターすることができる。用途が増大する高次シランの収率を反応および精留両面において向上させ、特に有用性の高いジシランを効率的に得ることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    反応器
２    冷却部
３    精製塔
４    高次シラン導出部
５    コールドトラップ
６    液頭部
６１  液頭部の下部
７    循環流路
８    制御弁
９    制御部
１０  流量計
１１  加熱器
１２  圧力計
１３  液面計
Ｈ    液頭の長さ
【図１】
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【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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