JP3436145B2 - ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リン化ガリウム等
ガリウムを含む化合物半導体結晶ウエハの製造過程で発
生するガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物か
らガリウム分を濃縮して回収するガリウム分の濃縮方法
に係り、特に、その回収率の向上が図れる濃縮方法の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リン化ガリウム等ガリウムを含む化合物
半導体結晶ウエハの製造過程で、ガリウムを含む化合物
半導体結晶（以下、ガリウム化合物という）を切断する
際には、従来、ダイヤモンド内周刃切断装置が用いられ
ていた。この際に切削屑として発生する澱物はガリウム
化合物の切削粉がほとんどであり、金属ガリウム回収の
ための原料として有効利用されていた。

【０００３】ところで、近年、切断ロス低減による低コ
スト化のため、ガリウム化合物の切断方法については、
切断しろのより少ないワイヤーソー切断による方法に置
き換わってきた。このワイヤーソー切断による方法では
砥粒を分散させた切削油を用いるため、ワイヤーソー切
断の際に発生する澱物は、微細な切削粉（細粉）、より
粗大な砥粒（粗粉）および切削油を含む混合物として捕
集される。そして、ワイヤーソー切断では砥粒の使用量
が多いため、上記澱物中のガリウム化合物含有量は１０
重量％以下となりガリウム濃度は低かった。

【０００４】そして、ワイヤーソー切断の際に発生した
上記澱物からガリウム分を回収しようとした場合、ガリ
ウム濃度の低い澱物に対して回収処理を施す必要がある
ことから回収効率が悪く、また、上記澱物には切削油が
含まれているため回収される金属ガリウムに不純物が多
く含まれるといった問題を有していた。

【０００５】このようにワイヤーソー切断の際に発生し
た澱物からガリウム分を回収することは経済的に見合わ
ないと共に不純物も多く含むことから、従来、上記澱物
は産業廃棄物として処分されていた。

【０００６】しかし、不足しがちなガリウム資源を有効
に利用するという観点から、ワイヤーソー切断の際に発
生した澱物から経済的に有利にかつ不純物も多く含まな
いガリウム分を回収する方法が強く要望されていた。

【０００７】この様な技術的背景の下、本出願人は、ガ
リウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からのガリ
ウム分を簡便に、かつ、著しく濃縮して回収する２つの
方法を既に提案している（特願平１０−１１０６３３号
明細書参照）。

【０００８】すなわち、出願人が提案した第一の方法
は、ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物中の
切削油を除去するために上記ガリウム化合物の熱分解温
度未満の温度で澱物を加熱することにより乾燥物を得る
第一工程と、上記砥粒を除去するために得られた乾燥物
についてガリウム分を主に含む細粉と砥粒を主に含む粗
粉とに分級することにより細粉を回収する第二工程から
成ることを特徴とし、また、第二の方法は、上記澱物を
有機溶媒に分散して澱物中の切削油を溶解させた後に固
液分離することにより固形物を得る第一工程と、この固
形物中に残留する上記切削油および有機溶媒を除去する
ために上記ガリウム化合物の熱分解温度未満の温度で固
形物を加熱することにより乾燥物を得る第二工程、およ
び、上記砥粒を除去するために得られた乾燥物について
ガリウム分を主に含む細粉と上記砥粒を主に含む粗粉と
に分級することにより上記細粉を回収する第三工程から
成ることを特徴とするものであった。

【０００９】そして、第一の方法によれば、第一工程で
澱物から切削油が除去され、また、第一工程で得た乾燥
物から第二工程で砥粒が除去されるので、上記澱物から
ガリウム分を簡便、かつ、著しく濃縮させることがで
き、また、第二の方法においても、第一工程および第二
工程で澱物から切削油が除去され、また、第二工程で得
た乾燥物から第三工程で砥粒が除去されるので、上記澱
物からガリウム分を簡便、かつ、著しく濃縮させること
ができるものであった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これ等第一
の方法と第二の方法を比較した場合、第一の方法は、澱
物中の切削油を溶解させる有機溶媒を用いない点におい
て第二の方法より経済的でありかつ処理工数的にも有利
であった。

【００１１】しかし、第一の方法においては、ガリウム
化合物、砥粒および切削油を含む澱物を加熱して乾燥物
を得る第一工程において、切削油中の不揮発成分がガリ
ウム化合物と砥粒とを焼き付かせてこれ等の密着凝集体
を形成してしまう場合があった。このため、この密着凝
集体の存在により上記乾燥物を分級する第二工程におい
てガリウム分を主に含む細粉の回収率が低下してしまう
ことがあり、その分、第二の方法に較べてガリウム分の
回収率に劣る問題を有していた。

【００１２】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、経済的、処理工
数的に有利な上記第一の方法を改良してガリウム分の回
収率向上が図れる澱物からのガリウム分の濃縮方法を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱
物からのガリウム分の濃縮方法を前提とし、上記澱物中
の切削油を除去するためにガリウム化合物の熱分解温度
未満の温度で澱物を加熱することにより乾燥物を得る第
一工程と、得られた乾燥物中に含まれるガリウム化合物
と砥粒との密着凝集体を解砕するため粉砕粒径が砥粒の
平均粒径より大きい条件で上記乾燥物を粉砕する第二工
程、および、上記砥粒を除去するために粉砕された乾燥
物についてガリウム分を主に含む細粉と上記砥粒を主に
含む粗粉とに分級して上記細粉を回収する第三工程から
成ることを特徴とするものである。

【００１４】そして、請求項１記載の発明に係るガリウ
ム分の濃縮方法によれば、第一工程において切削油中の
不揮発成分がガリウム化合物と砥粒とを焼き付かせて上
述した密着凝集体を形成する場合でも、この密着凝集体
が含まれる乾燥物をその粉砕粒径が砥粒の平均粒径より
大きい条件で粉砕して上記密着凝集体を解砕する第二工
程を有しているため、第三工程でのガリウム化合物と砥
粒との分離性を低下させずに向上させることが可能とな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１６】まず、本発明に係るガリウム分の濃縮方法
は以下の第一工程から第三工程とで構成されることを特
徴とするものである。

【００１７】（１）第一工程 この方法の第一工程では、澱物中の切削油を蒸発させる
ために澱物中のガリウム化合物の熱分解温度未満の温度
で上記澱物を加熱する。そして、ガリウム分を主に含む
細粉と砥粒を主に含む粗粉とから成る乾燥物を得る。

【００１８】ここで、上記ガリウム化合物の熱分解温度
未満の温度を加熱温度とするのは、ガリウム化合物の熱
分解温度以上とするとガリウム化合物が熱分解し、生成
した熔融金属ガリウムのためガリウムを主に含む細粉を
第三工程（後述）で回収することが困難となるからであ
る。

【００１９】また、上記加熱温度が切削油の沸点以上で
あると切削油を速やかに蒸発させることができるため好
ましい（請求項２）。尚、切削油の沸点や比較例で述べ
る有機溶媒（灯油）の沸点には温度範囲が通常あるが、
温度範囲のある沸点の高低をいう場合に用いる沸点は
『沸点の上限』を本明細書では意味する。

【００２０】（２）第二工程 第二工程では、上述したガリウム化合物と砥粒との密着
凝集体を含む上記乾燥物を粉砕機により粉砕する。すな
わち、本発明に係る濃縮方法においては、澱物中に含ま
れる切削油を溶解させてこれを取除く有機溶媒を適用し
ないため、上記第一工程において切削油中の不揮発成分
がガリウム化合物と砥粒とを焼き付かせてガリウム化合
物と砥粒との密着凝集体を形成させてしまう場合があ
る。そこで、本発明に係る濃縮方法においては、この密
着凝集体を含む乾燥物を粉砕機によりその粉砕粒径が砥
粒の平均粒径より大きい条件で粉砕し、上記密着凝集体
を解砕してガリウム化合物を主に含む細粉と砥粒を主に
含む粗粉とを別々に分離させる。このため、第三工程
（後述）の分級処理においてガリウム化合物と砥粒との
分離性を向上させることが可能となる。

【００２１】尚、第二工程における乾燥物の粉砕粒径に
ついては、上記砥粒の平均粒径以下まで粉砕してしまう
と、第三工程の分級時に、砥粒の一部が細粉側に混入し
てガリウム化合物の含有率を低下させてしまい、かつ、
砥粒の再利用も困難にさせるため、第二工程における乾
燥物の粉砕粒径については砥粒の平均粒径より大きくな
るように設定することを要する（請求項１）。

【００２２】（３）第三工程 第三工程では、澱物中の砥粒を除去するため、第二工程
で粉砕された上記乾燥物についてガリウム分を主に含む
細粉と砥粒を主に含む粗粉とに分級する。

【００２３】そして、上記細粉を回収する。

【００２４】この分級は、ガリウム分を主に含む細粉と
砥粒を主に含む粗粉との粒径差や密度差などを利用し
て、細粉と粗粉とをできるだけ分離性よく分離する条件
で行えばよい。また、分級方法については特に制限はな
いが、風力分級が簡便で好ましい（請求項３）。

【００２５】また、上記澱物中にワイヤーソーのワイヤ
ー片など磁性物が含まれている場合には、この磁性物を
除去することが好ましい。具体的には、第一工程で得ら
れた乾燥物を粉砕する第二工程あるいは粉砕された乾燥
物を分級する第三工程の少なくとも一方の工程時に、乾
燥物中に含まれるワイヤー片などの磁性物を磁石を用い
て除去する（請求項４）。この除去処理により、金属ガ
リウムとして回収するまでに必要でかつ繁雑な脱Ｆｅ処
理を省略することが可能となる。

【００２６】このように本発明に係る濃縮方法によれ
ば、第一工程で澱物から切削油が除去され、第三工程で
砥粒が除去されるため、澱物からガリウム分を簡便かつ
著しく濃縮することができ、また、第一工程での加熱処
理によりガリウム化合物と砥粒との密着凝集体が形成さ
れた場合でも、この密着凝集体は第二工程で解砕される
ため上記第三工程においてガリウム分の回収率が低下す
ることもない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
する。

【００２８】リン化ガリウム単結晶（熱分解温度：６８
０℃）をワイヤーソーで切断した際に切削屑として発生
した澱物を以下のように処理した。尚、この澱物は、リ
ン化ガリウムの切削粉、ＳｉＣが主成分の砥粒、および
切削油（沸点：２００〜３００℃）を含む。この澱物を
分析した結果を以下の表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】まず、上記澱物７７１ｇ（ガリウム含有量
４８．８ｇ）を３００℃で加熱し、澱物中の切削油を蒸
発させた。また、この第一工程で得られた乾燥物を分析
した結果を以下の表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】尚、上記乾燥物を顕微鏡で観察したとこ
ろ、約１０μｍの粒子と１〜３μｍの粒子とが凝集して
より大きな粒子（密着凝集体）を形成していることが確
認された。また、この乾燥物を１２５μｍメッシュの篩
で篩分けしたところ、篩上に約５０％の残留物が残っ
た。すなわち、粒径が１２５μｍ以上の上記密着凝集体
が５０％程度形成されていることが確認された。

【００３３】そこで、篩落とされた乾燥物と篩上の乾燥
物（密着凝集体）とを再度混ぜ合わせ、これ等乾燥物の
粒径が５０μｍ以下になるように粉砕機にて粉砕した。

【００３４】この第二工程で粉砕された乾燥物につい
て、風力分級機により５μｍを境として分級し、１０３
ｇの細粉と５９１ｇの粗粉を得た。また、この分級時
に、風力分級機内に磁石を入れて磁石吸着物を除去して
いる。

【００３５】尚、上記粗粉の主体をなすものはＳｉＣの
砥粒であり、リン化ガリウムは細粉の方に多く含まれ
る。細粉の分析結果を以下の表３に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】次に、上記細粉１０３ｇから従来方法によ
り金属ガリウムを回収した。

【００３８】すなわち、上記細粉を酸に溶解した後中和
して、ガリウムを一旦水酸化ガリウムとした。その後、
水酸化ガリウムをアルカリ性溶液に溶解し、電解にて金
属ガリウムを回収した。その結果、３９ｇの金属ガリウ
ムが得られた。

【００３９】［比較例１］実施例で用いた澱物７７０ｇ
（ガリウム含有量４８．７ｇ）を３００℃で加熱して上
記切削油分を蒸発させ、実施例１と同様の（表２に示す
組成の）乾燥物を得た。

【００４０】次に、この乾燥物に対し粉砕処理を行うこ
となく、風力分級機により５μｍを境として分級し、５
６ｇの細粉と６２７ｇの粗粉を得た。

【００４１】酸溶解・中和以降の実施例と同様の方法に
より上記細粉５６ｇから金属ガリウムを回収した。その
結果、２１ｇの金属ガリウムが得られた。

【００４２】［比較例２］実施例で用いた澱物７６４ｇ
（ガリウム含有量４８．４ｇ）を灯油（沸点：１５０〜
２８０℃）２０００ミリリットルに攪拌・分散した後、
永久磁石を入れて磁石吸着物を除去し、上記灯油ともど
も切削油を固液分離した。

【００４３】次に、得られた固形物を３００℃で加熱し
て残留灯油分を蒸発させ、乾燥物を得た。

【００４４】得られた乾燥物について、風力分級機によ
り５μｍを境として分級し、９２ｇの細粉と５８９ｇの
粗粉を得た。

【００４５】酸溶解・中和以降の実施例と同様の方法に
より上記細粉９２ｇから金属ガリウムを回収した。その
結果、３７ｇの金属ガリウムが得られた。

【００４６】『ガリウム回収率の比較』 １．実施例のガリウム回収率 （３９ｇ／４８．８ｇ）×１００＝８０％ ２．比較例１のガリウム回収率 （２１ｇ／４８．７ｇ）×１００＝４３％ ３．比較例２のガリウム回収率 （３７ｇ／４８．４ｇ）×１００＝７６％

【００４７】『確 認』比較例１と実施例との比較から
明らかなように、『粉砕』という簡単な工程を追加した
ことにより、ガリウム回収率が４３％から８０％に改善
されたことが確認された。

【００４８】また、比較例２と実施例との比較から明ら
かなように、『粉砕』という簡単な工程を追加したこと
により、切削油を溶解して除去する有機溶媒を適用する
ことなくガリウム回収率を比較例２より改善できること
が確認された。

【００４９】

【発明の効果】このように本発明に係る澱物からのガリ
ウム分の濃縮方法によれば、第一工程で澱物から切削油
が除去され、第三工程で砥粒が除去されるため、澱物か
らガリウム分を簡便かつ著しく濃縮することができ、ま
た、第一工程での加熱処理によりガリウム化合物と砥粒
との密着凝集体が形成された場合でも、この密着凝集体
は第二工程で解砕されるため上記第三工程においてガリ
ウム分の回収率が低下することもない。

【００５０】従って、ガリウム化合物、砥粒および切削
油を含む澱物から簡便かつ高回収率でガリウム分を回収
することができる効果を有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−270425（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188638（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22B 1/00 - 61/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガリウム化合物、砥粒および切削油を含む
   澱物からのガリウム分の濃縮方法において、 上記澱物中の切削油を除去するためにガリウム化合物の
   熱分解温度未満の温度で澱物を加熱することにより乾燥
   物を得る第一工程と、得られた乾燥物中に含まれるガリ
   ウム化合物と砥粒との密着凝集体を解砕するため粉砕粒
   径が砥粒の平均粒径より大きい条件で上記乾燥物を粉砕
   する第二工程、および、上記砥粒を除去するために粉砕
   された乾燥物についてガリウム分を主に含む細粉と上記
   砥粒を主に含む粗粉とに分級して上記細粉を回収する第
   三工程から成ることを特徴とするガリウム化合物、砥粒
   および切削油を含む澱物からのガリウム分の濃縮方法。
2. 【請求項２】上記第一工程における澱物の加熱温度は、
   切削油の沸点以上であることを特徴とする請求項１記載
   のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物からの
   ガリウム分の濃縮方法。
3. 【請求項３】上記第三工程における乾燥物の分級は、風
   力分級であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか
   に記載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物
   からのガリウム分の濃縮方法。
4. 【請求項４】上記第二工程と第三工程の少なくとも一方
   の工程時に、磁石を用いて乾燥物中に含まれる磁性物を
   除去することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載のガリウム化合物、砥粒および切削油を含む澱物から
   のガリウム分の濃縮方法。