炭化珪素とシリコンとの分離方法およびそれに用いる装置
【課題】シリコンおよび炭化珪素砥粒を含む使用済スラリから、シリコンと炭化珪素を分離抽出して、双方を回収する方法およびそれに用いる装置を提供することを課題とする。
【解決手段】不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法により、上記の課題を解決する。
【解決手段】不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法により、上記の課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物からの炭化珪素とシリコンとの分離方法およびそれに用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路用のシリコン材料は高価であり、太陽電池用のシリコン材料の多くは、半導体集積回路用のシリコン材料の製造工程（単結晶引上げ工程）において生じる端材が使用されてきた。
また、シリコン材料を安価に製造するための技術も提案されている。
例えば、特開２０００−３４１１６号公報（特許文献１）には、鉄鋼スラグから炭化珪素およびシリコンの混合物を製造し、これを１４１０〜１６００℃程度で溶融し、セラミックフィルターなどを用いて、溶融物から前記温度で溶融しない炭化珪素を濾過除去して、シリコンを得る方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平１１−２２８２８０号公報（特許文献２）には、低純度金属級シリコンを精製する場合に、溶融したシリコンの湯面上に浮遊する炭化珪素などの不純物を、直接すくい取る方法、濾過させて取り除く方法、湯面浮遊物を一度凝固させてから湯面付近にある部分を取り除く方法などが考えられると記載されている。
しかしながら、上記の特許文献にはいずれも、具体的な方法は記載されておらず、これらの方法を用いた技術は実用化されていない。また、上記の特許文献には、炭化珪素などの不純物を除去することは記載されていても、それを利用することは記載されていない。
【０００４】
太陽電池用のシリコンウエハの多くは、マルチワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライスすることにより作製されている。太陽電池を低価格で得るための１つの手段として、基板となるシリコンウエハを極力薄くスライスする技術が開発されている。例えば、厚さ２００μｍのシリコンウエハでは、この厚さとスライス加工用のワイヤ径が同程度であるために、加工されたシリコンと同程度のシリコンインゴットが、砥粒である炭化珪素粒と混合物となって廃棄されていた。
【０００５】
特開２００５−３１３０３０号公報（特許文献３）には、シリコン、砥粒（炭化珪素）などを含んだ使用済スラリから、遠心分離などにより砥粒を回収する方法が記載されている。しかしながら、上記の特許文献には、シリコンの利用については記載されていない。
また、特開２００１−２７８６１２号公報（特許文献４）には、シリコン、砥粒（炭化珪素）を含んだ使用済スラリの固液分離で得られた固形物を有機溶剤で洗浄して分散剤を除去し、気流分級装置などを用いて得られた固形分から酸化シリコンおよび砥粒を除去してシリコンを回収する方法が開示されている。しかしながら、充分な純度のシリコンは得られておらず、この方法を用いた技術は実用化されていない。
さらに、特開平７−１７２９９８号公報（特許文献５）には、構成元素として炭素を含む坩堝に溶融したシリコンから炭化珪素単結晶を成長させる方法が記載されている。
【０００６】
特開２００１−１７２７２９号公報（特許文献６）には、偏析凝固の利用して不純物を含む、金属シリコンやアルミニウムなどの金属から高純度の金属を得る精製装置および精製方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４１１６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２８２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３０３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２７８６１２号公報
【特許文献５】特開平７−１７２９９８号公報
【特許文献６】特開２００１−１７２７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、シリコンおよび炭化珪素砥粒を含む使用済スラリから、シリコンと炭化珪素を分離抽出して、双方を回収する方法およびそれに用いる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かくして、本発明によれば、不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記の炭化珪素とシリコンとの分離方法に用いる装置であり、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリコンインゴットの切断加工において生じる使用済スラリからシリコンと炭化珪素とを回収できる。回収された炭化珪素は大きな粒径を有し、砥粒として再利用でき、また回収されたシリコンは高純度であり、太陽電池用のシリコンウエハの原料などに利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の炭化珪素とシリコンとの分離方法（以下、「分離方法」という）は、
不活性ガス雰囲気下、
（Ａ）容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、
（Ｂ）次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、
（Ｃ）次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収する
ことにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする。
【００１３】
本発明の分離方法は、上記の工程（Ａ）、工程（Ｂ）および工程（Ｃ）の炭化珪素の回収までを１つの容器内で実施してもよいが、工程（Ａ）、工程（Ｂ）および工程（Ｃ）の溶融シリコンの回収に用いる容器を別々にし、かつ溶融シリコンを含む融液および精製された溶融シリコンをそれぞれ次工程の別の容器にオーバーフローさせる通路を設け、原料となる端材シリコンや炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を連続投入することにより、連続して実施するのが好ましい。
また、不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させるのが好ましい。
【００１４】
すなわち、容器は、第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる第１容器、溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、および精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路からなり、第１容器に前記端材シリコンを連続して加え、かつ第２容器に前記混合物を連続して加えることにより、前記分離が連続して行われるのが好ましい。
【００１５】
本発明の分離方法を、上記の好ましい実施形態に基づき図面を参照して詳細に説明するが、これにより本発明は限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の分離方法を説明するための分離装置の概略模式図である。
この分離装置は、第１ステージ（１）上に設置された第１容器（２）と第１加熱手段（３）、第２ステージ（４）上に設置された第２容器（５）と第２加熱手段（６）、第３容器（７）、端材シリコン（８）を第１容器（２）に投入するための第１投入通路（９）、溶融シリコンを含む融液（１０）を第１容器（２）から第２容器（５）にオーバーフローさせる第１通路（１１）、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を第２容器（５）に投入する第２投入通路（１３）、第２容器（５）の溶融シリコンを含む融液（１４）の上層部位に浸漬する取り出し治具（１５）、精製された溶融シリコン（１６）を第２容器（５）から第３容器（７）にオーバーフローさせる第２通路（１７）からなる。取り出し治具（１５）は、析出部（１８）を有し、図示しない回転機構により矢印方向に回転し、かつ図示しない移動機構により矢印方向に移動する。
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気で行われ、図示しない装置全体を密閉するシールドおよびシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備えている。
【００１７】
第１容器（２）、第２容器（５）および第３容器（７）は、それぞれ溶融シリコンを含む融液（１０）、（１４）および精製された溶融シリコン（１６）を保持し得る材料からなり、当該分野で用いられる材料からなる上面が開放された坩堝が挙げられる。具体的には、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンからなる坩堝が挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンからなる坩堝が好ましい。これにより、各容器、特に第１容器（２）および第２容器（５）から炭化珪素の炭素が供給され、炭化珪素の回収量が多くなるものと考えられる。
【００１８】
第１容器（２）、第２容器（５）および第３容器（７）の形状は特に限定されないが、第１容器（２）は均一に加熱できる点、容器の加工が用意である点等で円筒形状が好ましく、第２容器（５）は取り出し治具（１５）を設けるスペースを必要とするため横長の長円筒形状が好ましい。第３容器（７）は均一に加熱できる点、容器の加工が用意である点等で円筒形状が好ましい。
【００１９】
第１ステージ（１）および第２ステージ（４）は、それぞれ第１容器（２）および第２容器（５）を保持し得る材料からなり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられる。
第１加熱手段（３）および第２加熱手段（６）は、それぞれ第１容器（２）および第２容器（５）内のシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融し得るものであれば特に限定されず、抵抗加熱体やヒータが挙げられる。
【００２０】
第１投入通路（９）および第２投入通路（１３）は、それぞれ端材シリコン（８）を第１容器（２）に投入するための投入通路、および炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を第２容器（５）に投入する投入通路であり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２１】
第１通路（１１）および第２通路（１７）は、それぞれ溶融シリコンを含む融液（１０）を第１容器（２）から第２容器（５）にオーバーフローさせる通路、および精製された溶融シリコン（１６）を第２容器（５）から第３容器（７）にオーバーフローさせる通路であり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２２】
取り出し治具（１５）は、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を効率よく析出させ得るものであれば材質や形状は特に限定されない。その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２３】
取り出し治具（１５）の形状は、図１に示すような複数（３〜１０個程度）の析出部（突起部）（１８）を有するもの、例えば歯車状のものが好ましい。このような形状であれば、複数の析出部（１８）を連続して融液の上層部位に浸漬し各析出部に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を効率よく回収することができる。
【００２４】
複数の析出部を連続して融液の上層部位に浸漬するために、取り出し治具（１５）には、矢印方向に回転させる回転機構（図示せず）が備えられている。すなわち、取り出し治具（１５）の回転により、各析出部（１８）が順次融液の上層部位に浸漬され、炭化珪素の析出物の引上げが繰り返される。
また、取り出し治具（１５）には、矢印方向に移動させる移動機構（図示せず）が備えられている。すなわち、取り出し治具（１５）の上下移動により、析出した炭化珪素を回収することができる。
【００２５】
取り出し治具（１５）は複数（２〜３個程度）からなるのが好ましい。これにより複数の取り出し治具（１５）を連続して融液の上層部位に浸漬し各取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を効率よく回収することができる。
第１容器（２）および第２容器（５）として、グラファイトカーボン製の坩堝を用いる場合には、融液に坩堝を構成する炭素が溶融し、析出部（１８）を浸漬させたとき、特開平７−１７２９９８号公報に記載されているように、析出部（１８）を起点として、溶融シリコンを含む融液（１４）から炭化珪素の析出が起こり、浮遊物となっている炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）の炭化珪素粒の周りに析出し、これらが一塊となって大きな粒子なるものと考えられる。その粒径は条件により変化するものと考えられる。
【００２６】
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気下、まず、工程（Ａ）で、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させる。
第１温度は、シリコン（融点：１４１４℃）を溶融させ得る温度であり、通常１５００〜１７００℃程度であり、好ましくは約１６５０℃である。
図１の分離装置の場合には、不活性ガス雰囲気下、予め第１容器（２）中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコン（８）を第１温度に加熱して溶融させ、第１投入通路（９）を介して端材シリコン（８）の第１容器（２）への追加投入と端材シリコン（８）の溶融を繰り返して、第１通路（１１）を介して融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる。そして、第２容器（５）の融液に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を投入し、第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる。
【００２７】
端材シリコンは、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材である。
また、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物は、シリコンインゴットの切断加工において生じる、砥粒としての炭化珪素粒とその分散媒とからなるスラリに切削されたシリコン粒が混入した使用済みスラリを、少なくとも遠心分離処理により精製した混合物、すなわち、シリコンインゴットをマルチワイヤーソーで切断してウエハに加工する際に生じる切削廃液を固液分離し、精製、乾燥した粉状物質であるのが好ましい。このような粉状物質として、特開２００１−２７８６１２号公報には、シリコンと砥粒よりなる粉体が記載されている。
【００２８】
次いで、工程（Ｂ）で得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する。
第２温度は、融液に浮遊物が形成され得る温度であり、通常１４３０〜１５００℃程度であり、好ましくは約１４５０℃である。
図１の分離装置の場合には、第２温度に保持した融液に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を追加投入する。これにより、炭化珪素（１６００℃程度まで安定）が析出する。
【００２９】
次いで、工程（Ｃ）で融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収する。
炭化珪素を効率よく析出させるには、先に述べたように複数の析出部を有する取り出し治具を複数用いるのが好ましい。
【００３０】
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気で行われる。不活性ガスとしては、シリコンと反応しないガスであれば特に限定されず、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどが挙げられ、好ましくはアルゴンである。これにより、酸化珪素の生成を抑え、高純度のシリコンを回収することができる。
【００３１】
また、工程（Ａ）の第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる工程またはその工程の一部が、不活性ガス雰囲気に炭化水素ガスを供給して行われるのが好ましい。炭化水素ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられ、好ましくはメタンである。
炭化水素ガスの割合は、０．１〜１％程度である。
これにより、炭化珪素の回収量が増加し、かつ回収される炭化珪素が強固な粒子になる。これは、メタンから分解した炭素が炭化珪素の生成に加わるためと考えられる。
図１の分離装置において上記のようにガス雰囲気を制御するためには、第１容器の溶融シリコンを不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気にするシールドおよびガス供給手段をさらに備えていればよい。
【００３２】
回収された炭化珪素は大きな粒径を有し、シリコンインゴットの切断加工（スライス加工）の砥粒として再利用でき、また回収されたシリコンは高純度であり、太陽電池用のシリコンウエハの原料などに利用できる。
【００３３】
以上のことから、不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる本発明の分離方法に用いる装置として、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置が提供される。
【００３４】
（実施例）
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
図１に示す分離装置を用いて、炭化珪素とシリコンとを分離した。
まず、装置全体をシールド（図示せず）で密閉し、シールド内をアルゴンガス雰囲気にした。
グラファイトカーボン製の第１ステージ（１）上に設置した、内径１８５ｍｍ、高さ２５０ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第１容器（２）に、グラファイトカーボン製の第１投入通路（９）を介して７ｋｇの端材シリコン（８）を投入し、抵抗加熱体からなる第１加熱手段（３）で端材シリコン（８）を１６５０℃まで加熱して完全に溶融させ、溶融シリコンを含む融液（１０）を得た。溶融後も同温度で溶融状態を保持した。このとき溶融シリコンを含む融液（１０）に第１容器（２）から炭素が溶解しているものと考えられる。
【００３６】
第１投入通路（９）を介して、第１容器（２）に端材シリコン（８）を追加投入し溶融を継続すると、溶融シリコンを含む融液（１０）が、グラファイトカーボン製の第１通路（１１）を介して溢れ、グラファイトカーボン製の第２ステージ（４）上に設置した、長径４００ｍｍ、高さ２００ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第２容器（５）にオーバーフローした。抵抗加熱体からなる第２加熱手段（６）で、オーバーフローした溶融シリコンを含む融液（１４）を加熱して１４５０℃に保持した。第２容器（５）に溶融シリコンを含む融液（１４）が充分溜まった段階で、第２容器（５）の第１通路（１１）付近にグラファイトカーボン製の第２投入通路（１３）を介して炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を投入し、シリコン粒を溶融させた。この炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）は、シリコンインゴットをマルチワイヤーソーで切断してウエハに加工する際に生じる切削廃液を固液分離し、精製、乾燥した粉状物質であり、Ｓｉが８０％、ＳｉＣが２０％の割合で含まれ、その粒径は５μｍ程度であった。
【００３７】
溶融シリコンを含む融液（１４）に浮遊物があることを確認し、溶融シリコンを含む融液（１４）の上層部位に、複数の突起部からなる析出部（１８）を有し、回転機構および移動機構（図示せず）を備えた、グラファイトカーボン製の取り出し治具（１５）を浸漬し、浮遊物を付着させた。取り出し治具（１５）は、歯車状で外径６０ｍｍ、析出部となる突起部分の最大突出長２０ｍｍ、析出部１０個であった。そして、取り出し治具（１５）の回転、移動および付着物、すなわち炭化珪素粒の回収を繰り返した。この付着物の成分を分析したところ、炭化珪素であることがわかった。またその粒径は１５μｍ程度であった。
【００３８】
付着物（浮遊物）の回収を繰り返すことにより浮遊物が減少し、第２容器（５）の第２通路（１７）付近に浮遊物が観察されなくなった。
以上の工程を繰り返すことにより、精製された溶融シリコン（１６）が第２通路（１７）を介して溢れ、グラファイトカーボン製の内径１８５ｍｍ、高さ１５０ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第３容器（７）にオーバーフローした。このオーバーフローしたシリコンを分析したところ、純度９９％以上のシリコンで、不純物の多くは鉄粉であった。
不純物の鉄粉は炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（スラリ精製物）に含まれていたものと考えられ、この鉄粉は公知の精製方法により容易に除去することができる。
【００３９】
回収された炭化珪素は粒径が１５μｍと大きいため、砥粒として再利用できることがわかった。
また回収されたシリコンは、公知の方法、例えば、特開２００１−１７２７２９号公報に記載の方法により精製することにより、太陽電池用の多結晶シリコンシリコンウエハの原料などに利用できることがわかった。
【００４０】
（実施例２）
第１容器（２）と第１容器（２）以外の第２容器（５）を含む装置全体との、雰囲気ガスの混合を防止する隔壁（図示せず）で隔て、第１容器（２）側をアルゴンガスとメタンガス（０．５％）との混合ガス雰囲気にし、第２容器（５）側をアルゴンガス雰囲気とした以外は、実施例１と同様にして、図１に示す分離装置を用いて、炭化珪素とシリコンとを分離した。
回収されたシリコンに差異はなかったが、炭化珪素の回収量が増加し、かつ回収された炭化珪素が強固な粒子となっていた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の分離方法を説明するための分離装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 第１ステージ
２ 第１容器（坩堝）
３ 第１加熱手段
４ 第２ステージ
５ 第２容器（坩堝）
６ 第２加熱手段
７ 第３容器（坩堝）
８ 端材シリコン
９ 第１投入通路
１０、１４ 溶融シリコンを含む融液（溶湯）
１１ 第１通路
１２ 炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物
１３ 第２投入通路
１５ 取り出し治具
１６ 精製された溶融シリコン（溶湯）
１７ 第２通路
１８ 析出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物からの炭化珪素とシリコンとの分離方法およびそれに用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路用のシリコン材料は高価であり、太陽電池用のシリコン材料の多くは、半導体集積回路用のシリコン材料の製造工程（単結晶引上げ工程）において生じる端材が使用されてきた。
また、シリコン材料を安価に製造するための技術も提案されている。
例えば、特開２０００−３４１１６号公報（特許文献１）には、鉄鋼スラグから炭化珪素およびシリコンの混合物を製造し、これを１４１０〜１６００℃程度で溶融し、セラミックフィルターなどを用いて、溶融物から前記温度で溶融しない炭化珪素を濾過除去して、シリコンを得る方法が開示されている。
【０００３】
また、特開平１１−２２８２８０号公報（特許文献２）には、低純度金属級シリコンを精製する場合に、溶融したシリコンの湯面上に浮遊する炭化珪素などの不純物を、直接すくい取る方法、濾過させて取り除く方法、湯面浮遊物を一度凝固させてから湯面付近にある部分を取り除く方法などが考えられると記載されている。
しかしながら、上記の特許文献にはいずれも、具体的な方法は記載されておらず、これらの方法を用いた技術は実用化されていない。また、上記の特許文献には、炭化珪素などの不純物を除去することは記載されていても、それを利用することは記載されていない。
【０００４】
太陽電池用のシリコンウエハの多くは、マルチワイヤーソーを用いてシリコンインゴットをスライスすることにより作製されている。太陽電池を低価格で得るための１つの手段として、基板となるシリコンウエハを極力薄くスライスする技術が開発されている。例えば、厚さ２００μｍのシリコンウエハでは、この厚さとスライス加工用のワイヤ径が同程度であるために、加工されたシリコンと同程度のシリコンインゴットが、砥粒である炭化珪素粒と混合物となって廃棄されていた。
【０００５】
特開２００５−３１３０３０号公報（特許文献３）には、シリコン、砥粒（炭化珪素）などを含んだ使用済スラリから、遠心分離などにより砥粒を回収する方法が記載されている。しかしながら、上記の特許文献には、シリコンの利用については記載されていない。
また、特開２００１−２７８６１２号公報（特許文献４）には、シリコン、砥粒（炭化珪素）を含んだ使用済スラリの固液分離で得られた固形物を有機溶剤で洗浄して分散剤を除去し、気流分級装置などを用いて得られた固形分から酸化シリコンおよび砥粒を除去してシリコンを回収する方法が開示されている。しかしながら、充分な純度のシリコンは得られておらず、この方法を用いた技術は実用化されていない。
さらに、特開平７−１７２９９８号公報（特許文献５）には、構成元素として炭素を含む坩堝に溶融したシリコンから炭化珪素単結晶を成長させる方法が記載されている。
【０００６】
特開２００１−１７２７２９号公報（特許文献６）には、偏析凝固の利用して不純物を含む、金属シリコンやアルミニウムなどの金属から高純度の金属を得る精製装置および精製方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４１１６号公報
【特許文献２】特開平１１−２２８２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３０３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２７８６１２号公報
【特許文献５】特開平７−１７２９９８号公報
【特許文献６】特開２００１−１７２７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、シリコンおよび炭化珪素砥粒を含む使用済スラリから、シリコンと炭化珪素を分離抽出して、双方を回収する方法およびそれに用いる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かくして、本発明によれば、不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、上記の炭化珪素とシリコンとの分離方法に用いる装置であり、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリコンインゴットの切断加工において生じる使用済スラリからシリコンと炭化珪素とを回収できる。回収された炭化珪素は大きな粒径を有し、砥粒として再利用でき、また回収されたシリコンは高純度であり、太陽電池用のシリコンウエハの原料などに利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の炭化珪素とシリコンとの分離方法（以下、「分離方法」という）は、
不活性ガス雰囲気下、
（Ａ）容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、
（Ｂ）次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、
（Ｃ）次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収する
ことにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする。
【００１３】
本発明の分離方法は、上記の工程（Ａ）、工程（Ｂ）および工程（Ｃ）の炭化珪素の回収までを１つの容器内で実施してもよいが、工程（Ａ）、工程（Ｂ）および工程（Ｃ）の溶融シリコンの回収に用いる容器を別々にし、かつ溶融シリコンを含む融液および精製された溶融シリコンをそれぞれ次工程の別の容器にオーバーフローさせる通路を設け、原料となる端材シリコンや炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を連続投入することにより、連続して実施するのが好ましい。
また、不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させるのが好ましい。
【００１４】
すなわち、容器は、第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる第１容器、溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、および精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路からなり、第１容器に前記端材シリコンを連続して加え、かつ第２容器に前記混合物を連続して加えることにより、前記分離が連続して行われるのが好ましい。
【００１５】
本発明の分離方法を、上記の好ましい実施形態に基づき図面を参照して詳細に説明するが、これにより本発明は限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の分離方法を説明するための分離装置の概略模式図である。
この分離装置は、第１ステージ（１）上に設置された第１容器（２）と第１加熱手段（３）、第２ステージ（４）上に設置された第２容器（５）と第２加熱手段（６）、第３容器（７）、端材シリコン（８）を第１容器（２）に投入するための第１投入通路（９）、溶融シリコンを含む融液（１０）を第１容器（２）から第２容器（５）にオーバーフローさせる第１通路（１１）、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を第２容器（５）に投入する第２投入通路（１３）、第２容器（５）の溶融シリコンを含む融液（１４）の上層部位に浸漬する取り出し治具（１５）、精製された溶融シリコン（１６）を第２容器（５）から第３容器（７）にオーバーフローさせる第２通路（１７）からなる。取り出し治具（１５）は、析出部（１８）を有し、図示しない回転機構により矢印方向に回転し、かつ図示しない移動機構により矢印方向に移動する。
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気で行われ、図示しない装置全体を密閉するシールドおよびシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備えている。
【００１７】
第１容器（２）、第２容器（５）および第３容器（７）は、それぞれ溶融シリコンを含む融液（１０）、（１４）および精製された溶融シリコン（１６）を保持し得る材料からなり、当該分野で用いられる材料からなる上面が開放された坩堝が挙げられる。具体的には、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンからなる坩堝が挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンからなる坩堝が好ましい。これにより、各容器、特に第１容器（２）および第２容器（５）から炭化珪素の炭素が供給され、炭化珪素の回収量が多くなるものと考えられる。
【００１８】
第１容器（２）、第２容器（５）および第３容器（７）の形状は特に限定されないが、第１容器（２）は均一に加熱できる点、容器の加工が用意である点等で円筒形状が好ましく、第２容器（５）は取り出し治具（１５）を設けるスペースを必要とするため横長の長円筒形状が好ましい。第３容器（７）は均一に加熱できる点、容器の加工が用意である点等で円筒形状が好ましい。
【００１９】
第１ステージ（１）および第２ステージ（４）は、それぞれ第１容器（２）および第２容器（５）を保持し得る材料からなり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられる。
第１加熱手段（３）および第２加熱手段（６）は、それぞれ第１容器（２）および第２容器（５）内のシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融し得るものであれば特に限定されず、抵抗加熱体やヒータが挙げられる。
【００２０】
第１投入通路（９）および第２投入通路（１３）は、それぞれ端材シリコン（８）を第１容器（２）に投入するための投入通路、および炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を第２容器（５）に投入する投入通路であり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２１】
第１通路（１１）および第２通路（１７）は、それぞれ溶融シリコンを含む融液（１０）を第１容器（２）から第２容器（５）にオーバーフローさせる通路、および精製された溶融シリコン（１６）を第２容器（５）から第３容器（７）にオーバーフローさせる通路であり、その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２２】
取り出し治具（１５）は、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を効率よく析出させ得るものであれば材質や形状は特に限定されない。その材質としては、石英、ボロンナイトライド、グラファイトカーボンが挙げられ、これらの中でもグラファイトカーボン、特に高純度のグラファイトカーボンが好ましい。
【００２３】
取り出し治具（１５）の形状は、図１に示すような複数（３〜１０個程度）の析出部（突起部）（１８）を有するもの、例えば歯車状のものが好ましい。このような形状であれば、複数の析出部（１８）を連続して融液の上層部位に浸漬し各析出部に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を効率よく回収することができる。
【００２４】
複数の析出部を連続して融液の上層部位に浸漬するために、取り出し治具（１５）には、矢印方向に回転させる回転機構（図示せず）が備えられている。すなわち、取り出し治具（１５）の回転により、各析出部（１８）が順次融液の上層部位に浸漬され、炭化珪素の析出物の引上げが繰り返される。
また、取り出し治具（１５）には、矢印方向に移動させる移動機構（図示せず）が備えられている。すなわち、取り出し治具（１５）の上下移動により、析出した炭化珪素を回収することができる。
【００２５】
取り出し治具（１５）は複数（２〜３個程度）からなるのが好ましい。これにより複数の取り出し治具（１５）を連続して融液の上層部位に浸漬し各取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を効率よく回収することができる。
第１容器（２）および第２容器（５）として、グラファイトカーボン製の坩堝を用いる場合には、融液に坩堝を構成する炭素が溶融し、析出部（１８）を浸漬させたとき、特開平７−１７２９９８号公報に記載されているように、析出部（１８）を起点として、溶融シリコンを含む融液（１４）から炭化珪素の析出が起こり、浮遊物となっている炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）の炭化珪素粒の周りに析出し、これらが一塊となって大きな粒子なるものと考えられる。その粒径は条件により変化するものと考えられる。
【００２６】
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気下、まず、工程（Ａ）で、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させる。
第１温度は、シリコン（融点：１４１４℃）を溶融させ得る温度であり、通常１５００〜１７００℃程度であり、好ましくは約１６５０℃である。
図１の分離装置の場合には、不活性ガス雰囲気下、予め第１容器（２）中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコン（８）を第１温度に加熱して溶融させ、第１投入通路（９）を介して端材シリコン（８）の第１容器（２）への追加投入と端材シリコン（８）の溶融を繰り返して、第１通路（１１）を介して融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる。そして、第２容器（５）の融液に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を投入し、第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる。
【００２７】
端材シリコンは、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材である。
また、炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物は、シリコンインゴットの切断加工において生じる、砥粒としての炭化珪素粒とその分散媒とからなるスラリに切削されたシリコン粒が混入した使用済みスラリを、少なくとも遠心分離処理により精製した混合物、すなわち、シリコンインゴットをマルチワイヤーソーで切断してウエハに加工する際に生じる切削廃液を固液分離し、精製、乾燥した粉状物質であるのが好ましい。このような粉状物質として、特開２００１−２７８６１２号公報には、シリコンと砥粒よりなる粉体が記載されている。
【００２８】
次いで、工程（Ｂ）で得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する。
第２温度は、融液に浮遊物が形成され得る温度であり、通常１４３０〜１５００℃程度であり、好ましくは約１４５０℃である。
図１の分離装置の場合には、第２温度に保持した融液に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を追加投入する。これにより、炭化珪素（１６００℃程度まで安定）が析出する。
【００２９】
次いで、工程（Ｃ）で融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収する。
炭化珪素を効率よく析出させるには、先に述べたように複数の析出部を有する取り出し治具を複数用いるのが好ましい。
【００３０】
本発明の分離方法は、不活性ガス雰囲気で行われる。不活性ガスとしては、シリコンと反応しないガスであれば特に限定されず、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどが挙げられ、好ましくはアルゴンである。これにより、酸化珪素の生成を抑え、高純度のシリコンを回収することができる。
【００３１】
また、工程（Ａ）の第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる工程またはその工程の一部が、不活性ガス雰囲気に炭化水素ガスを供給して行われるのが好ましい。炭化水素ガスとしては、例えばメタン、エタン、プロパン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられ、好ましくはメタンである。
炭化水素ガスの割合は、０．１〜１％程度である。
これにより、炭化珪素の回収量が増加し、かつ回収される炭化珪素が強固な粒子になる。これは、メタンから分解した炭素が炭化珪素の生成に加わるためと考えられる。
図１の分離装置において上記のようにガス雰囲気を制御するためには、第１容器の溶融シリコンを不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気にするシールドおよびガス供給手段をさらに備えていればよい。
【００３２】
回収された炭化珪素は大きな粒径を有し、シリコンインゴットの切断加工（スライス加工）の砥粒として再利用でき、また回収されたシリコンは高純度であり、太陽電池用のシリコンウエハの原料などに利用できる。
【００３３】
以上のことから、不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる本発明の分離方法に用いる装置として、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置が提供される。
【００３４】
（実施例）
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
図１に示す分離装置を用いて、炭化珪素とシリコンとを分離した。
まず、装置全体をシールド（図示せず）で密閉し、シールド内をアルゴンガス雰囲気にした。
グラファイトカーボン製の第１ステージ（１）上に設置した、内径１８５ｍｍ、高さ２５０ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第１容器（２）に、グラファイトカーボン製の第１投入通路（９）を介して７ｋｇの端材シリコン（８）を投入し、抵抗加熱体からなる第１加熱手段（３）で端材シリコン（８）を１６５０℃まで加熱して完全に溶融させ、溶融シリコンを含む融液（１０）を得た。溶融後も同温度で溶融状態を保持した。このとき溶融シリコンを含む融液（１０）に第１容器（２）から炭素が溶解しているものと考えられる。
【００３６】
第１投入通路（９）を介して、第１容器（２）に端材シリコン（８）を追加投入し溶融を継続すると、溶融シリコンを含む融液（１０）が、グラファイトカーボン製の第１通路（１１）を介して溢れ、グラファイトカーボン製の第２ステージ（４）上に設置した、長径４００ｍｍ、高さ２００ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第２容器（５）にオーバーフローした。抵抗加熱体からなる第２加熱手段（６）で、オーバーフローした溶融シリコンを含む融液（１４）を加熱して１４５０℃に保持した。第２容器（５）に溶融シリコンを含む融液（１４）が充分溜まった段階で、第２容器（５）の第１通路（１１）付近にグラファイトカーボン製の第２投入通路（１３）を介して炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）を投入し、シリコン粒を溶融させた。この炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（１２）は、シリコンインゴットをマルチワイヤーソーで切断してウエハに加工する際に生じる切削廃液を固液分離し、精製、乾燥した粉状物質であり、Ｓｉが８０％、ＳｉＣが２０％の割合で含まれ、その粒径は５μｍ程度であった。
【００３７】
溶融シリコンを含む融液（１４）に浮遊物があることを確認し、溶融シリコンを含む融液（１４）の上層部位に、複数の突起部からなる析出部（１８）を有し、回転機構および移動機構（図示せず）を備えた、グラファイトカーボン製の取り出し治具（１５）を浸漬し、浮遊物を付着させた。取り出し治具（１５）は、歯車状で外径６０ｍｍ、析出部となる突起部分の最大突出長２０ｍｍ、析出部１０個であった。そして、取り出し治具（１５）の回転、移動および付着物、すなわち炭化珪素粒の回収を繰り返した。この付着物の成分を分析したところ、炭化珪素であることがわかった。またその粒径は１５μｍ程度であった。
【００３８】
付着物（浮遊物）の回収を繰り返すことにより浮遊物が減少し、第２容器（５）の第２通路（１７）付近に浮遊物が観察されなくなった。
以上の工程を繰り返すことにより、精製された溶融シリコン（１６）が第２通路（１７）を介して溢れ、グラファイトカーボン製の内径１８５ｍｍ、高さ１５０ｍｍのグラファイトカーボン製の坩堝からなる第３容器（７）にオーバーフローした。このオーバーフローしたシリコンを分析したところ、純度９９％以上のシリコンで、不純物の多くは鉄粉であった。
不純物の鉄粉は炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物（スラリ精製物）に含まれていたものと考えられ、この鉄粉は公知の精製方法により容易に除去することができる。
【００３９】
回収された炭化珪素は粒径が１５μｍと大きいため、砥粒として再利用できることがわかった。
また回収されたシリコンは、公知の方法、例えば、特開２００１−１７２７２９号公報に記載の方法により精製することにより、太陽電池用の多結晶シリコンシリコンウエハの原料などに利用できることがわかった。
【００４０】
（実施例２）
第１容器（２）と第１容器（２）以外の第２容器（５）を含む装置全体との、雰囲気ガスの混合を防止する隔壁（図示せず）で隔て、第１容器（２）側をアルゴンガスとメタンガス（０．５％）との混合ガス雰囲気にし、第２容器（５）側をアルゴンガス雰囲気とした以外は、実施例１と同様にして、図１に示す分離装置を用いて、炭化珪素とシリコンとを分離した。
回収されたシリコンに差異はなかったが、炭化珪素の回収量が増加し、かつ回収された炭化珪素が強固な粒子となっていた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の分離方法を説明するための分離装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 第１ステージ
２ 第１容器（坩堝）
３ 第１加熱手段
４ 第２ステージ
５ 第２容器（坩堝）
６ 第２加熱手段
７ 第３容器（坩堝）
８ 端材シリコン
９ 第１投入通路
１０、１４ 溶融シリコンを含む融液（溶湯）
１１ 第１通路
１２ 炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物
１３ 第２投入通路
１５ 取り出し治具
１６ 精製された溶融シリコン（溶湯）
１７ 第２通路
１８ 析出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法。
【請求項２】
不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
前記混合物が、シリコンインゴットの切断加工において生じる、砥粒としての炭化珪素粒とその分散媒とからなるスラリに切削されたシリコン粒が混入した使用済みスラリを、少なくとも遠心分離処理により精製した混合物である請求項１または２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記容器および前記取り出し治具が、グラファイトカーボンからなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項５】
前記取り出し治具が複数の析出部を有し、複数の析出部を連続して融液の上層部位に浸漬し各析出部に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収する請求項１〜４のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項６】
前記取り出し治具が複数あり、複数の取り出し治具を連続して融液の上層部位に浸漬し各取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収する請求項１〜５のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項７】
前記第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる工程またはその工程の一部が、不活性ガス雰囲気に炭化水素ガスを供給して行われる請求項１〜６のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項８】
前記容器が、第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる第１容器、溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、および精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路からなり、第１容器に前記端材シリコンを連続して加え、かつ第２容器に前記混合物を連続して加えることにより、前記分離が連続して行われる請求項２〜７のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項９】
前記回収した炭化珪素が、シリコンインゴットの切断加工の砥粒として用いられる請求項１〜８のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか１つに記載の炭化珪素とシリコンとの分離方法に用いる装置であり、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置。
【請求項１１】
前記第１容器、前記第２容器および前記取り出し治具が、グラファイトカーボンからなる請求項１０に記載の分離装置。
【請求項１２】
前記取り出し治具が、連続して融液の上層部位に浸漬するための複数の析出部を有する請求項１０または１１に記載の分離装置。
【請求項１３】
前記取り出し治具が、連続して融液の上層部位に浸漬するために複数からなる請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の分離装置。
【請求項１４】
前記第１容器の溶融シリコンを不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気にするシールドおよびガス供給手段をさらに備える請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の分離装置。
【請求項１】
不活性ガス雰囲気下、容器中で炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を第１温度に加熱してシリコン粒を溶融させ、次いで得られた溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持し、次いで融液の上層部位に取り出し治具を浸漬して取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収し、かつ容器から精製された溶融シリコンを回収することにより炭化珪素とシリコンとを分離することを特徴とする炭化珪素とシリコンとの分離方法。
【請求項２】
不活性ガス雰囲気下、予め前記容器中でシリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを前記第１温度に加熱して溶融させ、得られた溶融シリコンの融液に前記混合物を加え、前記第２温度に加熱してシリコン粒を溶融させる請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
前記混合物が、シリコンインゴットの切断加工において生じる、砥粒としての炭化珪素粒とその分散媒とからなるスラリに切削されたシリコン粒が混入した使用済みスラリを、少なくとも遠心分離処理により精製した混合物である請求項１または２に記載の分離方法。
【請求項４】
前記容器および前記取り出し治具が、グラファイトカーボンからなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項５】
前記取り出し治具が複数の析出部を有し、複数の析出部を連続して融液の上層部位に浸漬し各析出部に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収する請求項１〜４のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項６】
前記取り出し治具が複数あり、複数の取り出し治具を連続して融液の上層部位に浸漬し各取り出し治具に炭化珪素を析出させ、析出した炭化珪素を回収する請求項１〜５のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項７】
前記第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる工程またはその工程の一部が、不活性ガス雰囲気に炭化水素ガスを供給して行われる請求項１〜６のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項８】
前記容器が、第１温度に加熱してシリコン粒、またはシリコン粒および端材シリコンを溶融させる第１容器、溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、および精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路からなり、第１容器に前記端材シリコンを連続して加え、かつ第２容器に前記混合物を連続して加えることにより、前記分離が連続して行われる請求項２〜７のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項９】
前記回収した炭化珪素が、シリコンインゴットの切断加工の砥粒として用いられる請求項１〜８のいずれか１つに記載の分離方法。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか１つに記載の炭化珪素とシリコンとの分離方法に用いる装置であり、シリコンインゴットの切断加工において生じる端材シリコンを第１温度に加熱して溶融させる第１容器およびその第１加熱手段、第１容器に端材シリコンを供給する第１投入通路、シリコン粒を溶融し、かつ溶融シリコンを含む融液を第２温度に保持する第２容器およびその第２加熱手段、融液を第１容器から第２容器にオーバーフローさせる第１通路、第２容器に炭化珪素粒とシリコン粒とを含む混合物を供給する第２投入通路、融液の上層部位に浸漬して炭化珪素を析出させる取り出し治具、精製された溶融シリコンを回収する第３容器、精製された溶融シリコンを第２容器から第３容器にオーバーフローさせる第２通路、装置全体を密閉するシールド、ならびにシールド内を不活性ガス雰囲気にするガス供給手段を備える炭化珪素とシリコンとの分離装置。
【請求項１１】
前記第１容器、前記第２容器および前記取り出し治具が、グラファイトカーボンからなる請求項１０に記載の分離装置。
【請求項１２】
前記取り出し治具が、連続して融液の上層部位に浸漬するための複数の析出部を有する請求項１０または１１に記載の分離装置。
【請求項１３】
前記取り出し治具が、連続して融液の上層部位に浸漬するために複数からなる請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の分離装置。
【請求項１４】
前記第１容器の溶融シリコンを不活性ガスと炭化水素ガスとの混合ガス雰囲気にするシールドおよびガス供給手段をさらに備える請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の分離装置。
【図１】
【公開番号】特開２００７−３０２５１３（Ｐ２００７−３０２５１３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３２７１１（Ｐ２００６−１３２７１１）
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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