(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が９９．９９質量％以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下であることを特徴とする高純度鉄。
【請求項２】
残留抵抗比が３０００以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下であることを特徴とする高純度鉄。
【請求項３】
塩化鉄水溶液に含まれる鉄を２価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を１価イオンとし、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整して、１価イオンの銅をイオン交換樹脂により塩化鉄水溶液から分離する工程
を含むことを特徴とする高純度鉄の製造方法。
【請求項４】
塩化鉄水溶液に含まれる鉄を２価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を１価イオンとする工程と、
塩化鉄水溶液の塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整する工程と、
鉄を２価イオン、銅を１価イオンとしかつ塩酸濃度を調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させ、塩化鉄水溶液から銅を分離する工程と
を含むことを特徴とする請求項３記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項５】
塩化鉄水溶液に不活性ガスを吹き込むと共に、塩化鉄水溶液と鉄とを接触させることにより、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を２価イオンとすると共に、銅を１価イオンとすることを特徴とする請求項３記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項６】
亜鉛，ガリウム，ニオブ，テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛およびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種の不純物を、銅と共に塩化鉄水溶液から分離することを特徴とする請求項３記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項７】
前記銅を塩化鉄水溶液から分離したのち、更に、前記２価イオンの鉄を３価イオンとし、
塩化鉄水溶液の塩酸濃度を２ｋｍｏｌ／ｍ3 以上１１ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させて３価イオンの鉄を吸着させ、塩化鉄水溶液に含まれるリチウム，ベリリウム，ナトリウム，マグネシウム，アルミニウム，ケイ素，リン，カリウム，カルシウム，スカンジウム，チタン，バナジウム，クロム，マンガン，コバルト，ニッケル，ルビジウム，ストロンチウム，イットリウム，ジルコニウム，セシウム，バリウム，ランタノイド類，ハフニウム，フランシウム，ラジウム，およびアクチノイド類からなる群のうちの少なくとも１種の不純物と鉄とを分離する工程と、
陰イオン交換樹脂に吸着させた鉄を、塩酸溶液により陰イオン交換樹脂から溶離させる工程と
を含むことを特徴とする請求項３記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項８】
陰イオン交換樹脂に吸着させた鉄を、濃度が０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上２ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂から溶離させ、鉄と共に陰イオン交換樹脂に吸着された亜鉛，ガリウム，ニオブ，モリブデン，テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛，ビスマスおよびポロニウムからなる群のうちの少なくとも１種の不純物と鉄とを分離することを特徴とする請求項７記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項９】
更に、
銅を分離した塩化鉄水溶液から酸化鉄を生成する工程と、
酸化鉄を水素雰囲気中において加熱し、鉄を生成する工程と
を含むことを特徴とする請求項３記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項１０】
更に、
得られた鉄を、活性水素を含むプラズマ生成ガスを用いたプラズマアークで溶融し、酸素，窒素，炭素，硫黄，ハロゲン，アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群のうちの少なくとも１種の不純物を除去する工程
を含むことを特徴とする請求項９記載の高純度鉄の製造方法。
【請求項１１】
純度が９９．９９質量％以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下であることを特徴とする高純度鉄ターゲット。
【請求項１２】
残留抵抗比が３０００以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下であることを特徴とする高純度鉄ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅などの不純物の含有量を低減した高純度鉄およびその製造方法ならびに高純度鉄ターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＬＳＩ（very Large Scale Integrated circuit ），ＵＬＳＩ（ultra ＬＳＩ）などの半導体デバイスは、例えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハーの上に様々な金属の薄膜が設けられた構造を有している。近年では、磁気固体メモリー（Magnetic random access memory ；ＭＲＡＭ）の材料として鉄（Ｆｅ）を用いる検討がなされているが、鉄に有害な不純物が含まれていると、半導体デバイスに誤動作あるいは劣化などを生じさせる原因となり好ましくない。例えば、銅（Ｃｕ）はシリコン中での拡散速度が大きく短絡の原因となり、ウラン（Ｕ）あるいはトリウム（Ｔｈ）などの放射性元素は誤作動を引き起こす可能性が高く、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属は特性劣化の原因となる。
【０００３】
更に、将来における環境問題あるいは資源の枯渇問題に対処する新しいエンジニアリングの構築をめざして提案された環境半導体材料としてケイ化鉄（ＦｅＳｉ2 ）がある。環境半導体としてのケイ化鉄に許される不純物の含有量は、現在一般に使用されているガリウムヒ素（ＧａＡｓ）あるいはカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）に代表される化合物半導体と同様、ＶＬＳＩあるいはＵＬＳＩと呼ばれる半導体デバイスに比較して非常に少ない。微量の不純物により不要な不純物準位が形成されてしまうとすぐさま半導体特性の劣化につながるため、原材料の鉄は高純度であることが要求される。
【０００４】
ところが、現在世界的に取引されている粗鉄の品位は９８％〜９９．８％程度である。このような粗鉄には、ニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ）あるいはクロム（Ｃｒ）などの遷移金属、および酸素（Ｏ），窒素（Ｎ）あるいは硫黄（Ｓ）などのガス性元素をはじめ、様々な不純物が含有されている。よって、鉄を半導体デバイスあるいは環境半導体の材料としてに利用するには、粗鉄からこれらの不純物を除去し高純度化する必要がある。また、鉄は、半導体デバイス以外にも、強磁性金属としての特性を生かし、磁気記録媒体あるいは磁気記録ヘッドなどの材料として、非常に有望視されている。鉄の高純度化はこれらへの利用を図る上でも必須である。
【０００５】
粗鉄から不純物を除去する方法は、これまでにも種々研究されてきており、例えば、溶媒抽出，イオン交換あるいは電解精製などの湿式処理による金属元素の分離、乾燥水素ガス（Ｈ2 ）処理による酸素あるいは窒素などのガス性元素の除去、または浮遊帯熔融精製がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶媒抽出では、抽出・逆抽出の制御が難しく工業的に安定に鉄を精製することが難しいという問題があった。イオン交換では、ほぼすべての金属不純物を分離できるものの、銅の除去が困難であり、精製前後で含有量が変わらないという問題があった。電解精製では、電解液のｐＨ領域での制御が必要であり、またニッケルあるいは銅などの除去が困難であるという問題もあった。浮遊帯熔融精製はある程度純化した金属に適用して更に純度をあげることを目的とし、実際に大きな精製効果をあげた報告がなされているが（石川幸雄，三村耕司，一色実，東北大学素材工学研究所彙報，51(1995)，10-18 参照）、大型化することが困難なことと、決して安定して生産できる方法ではないことから、安価に大量の高純度鉄を製造するのは難しいという問題があった。よって、容易に安定して鉄を高純度化する方法、特に銅を除去する方法の開発が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、不純物である銅の含有量が低減された高純度鉄および高純度鉄ターゲットを提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、容易に安定して高純度鉄を得ることができる高純度鉄の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による高純度鉄は、純度が９９．９９質量％以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下のものである。
【００１０】
本発明による他の高純度鉄は、残留抵抗比が３０００以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下のものである。
【００１１】
本発明による高純度鉄の製造方法は、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を２価イオンとすると共に、不純物として含まれる銅を１価イオンとし、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整して、１価イオンの銅をイオン交換樹脂により塩化鉄水溶液から分離する工程を含むものである。
【００１３】
本発明による高純度鉄ターゲットは、純度が９９．９９質量％以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下のものである。
【００１４】
本発明による他の高純度鉄ターゲットは、残留抵抗比が３０００以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下のものである。
【００１５】
本発明による高純度鉄および高純度鉄ターゲットでは、銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下に高純度化されている。
【００１６】
本発明による高純度鉄の製造方法では、鉄を２価イオン、銅を１価イオンとし、塩酸濃度を調整する。これにより、１価イオンの銅は陰イオン交換樹脂に吸着されるのに対して、２価イオンの鉄は吸着されず、塩化鉄水溶液から銅が容易にかつ安定して分離される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、純度が９９．９９質量％以上、好ましくは９９．９９９質量％以上、または残留抵抗比が３０００以上であり、不純物である銅の濃度が５０質量ｐｐｂ以下のものである。
【００２０】
ここで、純度（すなわち化学的純度）は、現在利用できる分析機器・方法を用いて定量可能なすべての不純物濃度を定量し、１から差し引いたものである（一色実，三村耕司，日本金属学会会報、31 (1992), 880-887参照）。例えば，分析機器にグロー放電質量分析（Glow Discharge Mass Spectroscopy）を使用し、定量可能な７０元素あるいはそれ以上の不純物を測定して１から差し引くことにより求められる。酸素，窒素あるいは水素などのガス性元素については、必要に応じて非分散赤外線吸収法，熱伝導度法あるいは不活性ガス中で融解したのちカラムで分離し熱伝導度を測定するなどの適当な方法が適用される。
【００２１】
また、残留抵抗比は高純度金属の純度を示す一つの指標となるものであり、数１に示したように２９８Ｋにおける比抵抗と４．２Ｋにおける比抵抗との比を取ったものである。比抵抗は抵抗値（電気抵抗）と数２に示したような関係があるので、残留抵抗比は数３に示したように変換することができ、温度による体積変化が無視できる程度であれば、２９８Ｋにおける抵抗値と４．２Ｋにおける抵抗値との比で近似される。なお、鉄は強磁性金属であるので、抵抗を測定する際には、地磁気，消磁条件あるいは測定電流による磁場などによる影響を抑える必要があり、通常６０ｋＡ／ｍ程度の縦磁場をかけて測定を行うようにする（高木清一，まてりあ，33 (1994), 6-10 参照）。
【００２２】
【数１】
ＲＲＲ＝ρ298K／ρ4.2K
ＲＲＲ；残留抵抗比
ρ298K；２９８Ｋにおける比抵抗（Ωｍ）
ρ4.2K；４．２Ｋにおける比抵抗（Ωｍ）
【００２３】
【数２】
ρ＝Ｒ×（Ｓ／Ｌ）
ρ；比抵抗（Ωｍ）
Ｒ；抵抗値（Ω）
Ｓ；電流の方向に垂直な断面積（ｍ2 ）
Ｌ；長さ（ｍ）
【００２４】
【数３】
0004323078.tif 000002
ＲＲＲ；残留抵抗比
Ｒ298K，Ｓ298K，Ｌ298K
；２９８Ｋにおける抵抗値，断面積，長さ
Ｒ4.2K，Ｓ4.2K，Ｌ4.2K
；４．２Ｋにおける抵抗値，断面積，長さ
【００２５】
この高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、例えば、半導体デバイス，磁気記録媒体，磁気記録ヘッドあるいは環境半導体を用いたデバイスなどの材料として用いられる。なお、環境半導体とは、地球上に豊富に存在しかつ環境に優しい材料から構成される半導体物質のことであり、例えば、ケイ化鉄（ＦｅＳｉ2 ）あるいはケイ化カルシウム（Ｃａ2 Ｓｉ）が挙げられる（環境半導体研究会ホームページ（http://kan.engjm.saitama-u.ac.jp/SKS/index2.html）参照）。
【００２６】
このような高純度鉄および高純度鉄ターゲットは、次のようにして製造することができる。
【００２７】
図１および図２は本実施の形態に係る高純度鉄の製造工程を表すものである。まず、銅などの不純物を含む鉄を塩酸溶液に溶解し、塩化鉄（ＦｅＣｌ2 あるいはＦｅＣｌ3 ）水溶液を作製する（ステップＳ１０１）。その際、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整する。
【００２８】
次いで、図３に示したように、この塩化鉄水溶液Ｍを鉄などの金属１１と共に容器１２に入れ、窒素ガス（Ｎ2 ）あるいはアルゴンガス（Ａｒ）などの不活性ガス１３を吹き込むと共に、塩化鉄水溶液Ｍと金属１１とを例えばスターラー１４により攪拌して十分に接触させる（ステップＳ１０２）。これにより、塩化鉄水溶液Ｍに含まれる銅は、例えば化１に示したように反応し、２価イオンから１価イオンまたは金属銅となる。また、塩化鉄水溶液Ｍに含まれる鉄は、例えば化２に示したように反応し、３価イオンから２価イオンとなる。なお、化１に示した反応式は完全に右に進行せず、１価の銅イオンが少し塩化鉄水溶液に残存する。
【００２９】
【化１】
0004323078.tif 000003
【化２】
0004323078.tif 000004
【００３０】
ここで塩化鉄水溶液Ｍに不活性ガス１３を吹き込むのは、塩化鉄水溶液Ｍに溶存している酸素を追い出すためであり、化１および化２に示した反応などは塩化鉄水溶液Ｍに酸素が溶存していると進行しない。この不活性ガス１３の吹き込みは塩化鉄水溶液Ｍと金属１１とを攪拌する際に同時に行ってもよく、塩化鉄水溶液Ｍに金属１１を入れる前に行ってもよい。
【００３１】
金属１１は粉末のように表面積の大きいものが好ましい。塩化鉄水溶液Ｍとの接触面積を大きくすることにより、銅および鉄を十分に反応させることができるからである。金属１１には鉄以外のものも用いることができるが、好ましいのは鉄である。塩化鉄水溶液Ｍに他の不純物が混入することを可能な限り防止するためである。
【００３２】
なお、ここでは塩化鉄水溶液Ｍの塩酸濃度を調整したのち、塩化鉄水溶液Ｍと金属１１とを接触させて鉄を２価イオンとすると共に銅を１価イオンとするようにしたが、塩化鉄水溶液Ｍを金属１１と接触させて鉄を２価イオンとしかつ銅を１価イオンとしたのち、塩化鉄水溶液Ｍの塩酸濃度を調整するようにしてもよい。
【００３３】
続いて、図４に示したように、陰イオン交換樹脂２１を充填したカラム２２を用意し、塩化鉄水溶液Ｍを貯蔵タンク２３からカラム２２に流し込み、陰イオン交換樹脂２１と十分に接触させる（ステップＳ１０３）。塩化鉄水溶液Ｍの流速は、塩化鉄水溶液Ｍが陰イオン交換樹脂２１と十分に接触するように、樹脂容量分を１時間かけて流す程度（１bed volume(s)/hour）が好ましい。ここでは、鉄を２価イオンとしかつ銅を１価イオンとしているので、１価イオンの銅は陰イオン交換樹脂２１に吸着され、２価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂２１に全く吸着することなくカラム２２から溶出される。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化（溶離曲線）を図５に示す。図５において横軸は溶出容量、縦軸は金属イオンの最大濃度で規格化した濃度である。このように、２価イオンの鉄と１価イオンの銅との溶離曲線のピークは全く重なる部分がなく、塩化鉄水溶液から銅を完全に分離できることが分かる。すなわち、回収タンク２４には、銅が分離された塩化鉄水溶液Ｍが回収される。
【００３４】
なお、塩化鉄水溶液Ｍに亜鉛（Ｚｎ），ガリウム（Ｇａ），ニオブ（Ｎｂ），テクネチウム（Ｔｃ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），カドミウム（Ｃｄ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ），アンチモン（Ｓｂ），テルル（Ｔｅ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），レニウム（Ｒｅ），オスミウム（Ｏｓ），イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ），水銀（Ｈｇ），タリウム（Ｔｌ），鉛（Ｐｂ）およびビスマス（Ｂｉ）からなる群のうちの少なくとも１種の不純物が含まれている場合には、図５に亜鉛およびスズで示したように、ステップＳ１０３によりこれらの不純物も銅と共に陰イオン交換樹脂２１に吸着され、塩化鉄水溶液Ｍから分離される。
【００３５】
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液Ｍにリチウム（Ｌｉ），ベリリウム（Ｂｅ），ナトリウム（Ｎａ），マグネシウム（Ｍｇ），アルミニウム（Ａｌ），ケイ素（Ｓｉ），リン（Ｐ），カリウム（Ｋ），カルシウム（Ｃａ），スカンジウム（Ｓｃ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ルビジウム（Ｒｂ），ストロンチウム（Ｓｒ），イットリウム（Ｙ），ジルコニウム（Ｚｒ），セシウム（Ｃｓ），バリウム（Ｂａ），ランタノイド類，ハフニウム（Ｈｆ），フランシウム（Ｆｒ），ラジウム（Ｒａ）およびアクチノイド類からなる群のうちの少なくとも１種の不純物が含まれている場合には、塩化鉄水溶液Ｍに例えば過酸化水素水を入れて酸化し、鉄を２価イオンから３価イオンとする（ステップＳ１０４）。なお、この酸化は放置していても自然に起こるので、積極的に酸化工程を行わなくてもよい。
【００３６】
そののち、塩化鉄水溶液Ｍの塩酸濃度を２ｋｍｏｌ／ｍ3 以上１１ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整し、図４に示したように、塩化鉄水溶液Ｍを陰イオン交換樹脂２１と十分に接触させる（ステップＳ１０５）。これにより、３価イオンの鉄は陰イオン交換樹脂２１に吸着され、リチウム，ベリリウム，ナトリウム，マグネシウム，アルミニウム，ケイ素，リン，カリウム，カルシウム，スカンジウム，チタン，バナジウム，クロム，マンガン，コバルト，ニッケル，ルビジウム，ストロンチウム，イットリウム，ジルコニウム，セシウム，バリウム，ランタノイド類，ハフニウム，フランシウム，ラジウムおよびアクチノイド類は陰イオン交換樹脂２１に吸着することなく溶出される。
【００３７】
この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化（溶離曲線）を図６に示す。図６は上述した不純物を代表してアルミニウム，ケイ素，リン，チタン，マンガン，コバルトおよびクロムを鉄と比較したものであり、横軸および縦軸は図５と同様である。このように、これらの不純物と３価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これらの不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。
【００３８】
また、塩化鉄水溶液Ｍに亜鉛，ガリウム，ニオブ，モリブデン（Ｍｏ），テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛，ビスマスおよびポロニウム（Ｐｏ）からなる群のうちの少なくとも１種の不純物が含まれている場合には、ステップＳ１０５においてこれらの不純物も鉄と共に陰イオン交換樹脂２１に吸着される。
【００３９】
この場合には、鉄を陰イオン交換樹脂２１に吸着させたのち、濃度が０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上２ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の塩酸溶液を流して陰イオン交換樹脂２１から鉄を溶離させ、鉄と共に陰イオン交換樹脂に吸着された亜鉛，ガリウム，ニオブ，モリブデン，テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛，ビスマスおよびポロニウムと鉄とを分離する（ステップＳ１０６）。この時の溶出液中における金属イオン濃度の変化（溶離曲線）を図６に合わせて示す。図６は上述した不純物を代表してモリブデンおよび亜鉛を鉄と比較したものである。このように、これら不純物と３価イオンの鉄との溶離曲線のピークはほぼ重なる部分がなく、これら不純物と鉄とをほぼ分離できることが分かる。
【００４０】
但し、ここでは、ステップＳ１０３において既に亜鉛，ガリウム，ニオブ，テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛およびビスマスは銅と共に塩化鉄水溶液Ｍから分離されているので、ステップＳ１０６では主としてモリブデンおよびポロニウムが鉄と分離される。
【００４１】
鉄を溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液Ｍを蒸発乾固および酸化して、酸化鉄とする（ステップＳ１０７）。そののち、酸化鉄を水素雰囲気中において５００Ｋ以上１８００Ｋ未満の温度で加熱する（ステップＳ１０８）。但し、還元を速やかに行うには、１０００Ｋ以上の温度で加熱することが好ましい。これにより、酸化鉄は化３に示したように反応し、鉄が得られる。
【００４２】
【化３】
３Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｈ2 ＝２Ｆｅ3 Ｏ4 ＋Ｈ2 Ｏ
Ｆｅ3 Ｏ4 ＋Ｈ2 ＝３ＦｅＯ＋Ｈ2 Ｏ
Ｆｅ3 Ｏ4 ＋４Ｈ2 ＝３Ｆｅ＋４Ｈ2 Ｏ
ＦｅＯ＋Ｈ2 ＝Ｆｅ＋Ｈ2 Ｏ
【００４３】
酸化鉄を反応させたのち、得られた鉄を、活性水素を含むプラズマ生成ガスを用いたプラズマアークで溶融し、酸素，窒素，炭素（Ｃ），硫黄，ハロゲン，アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群のうちの少なくとも１種の不純物を除去する（ステップＳ１０９）。これにより、本実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットが得られる。
【００４４】
このように本実施の形態の高純度鉄および高純度鉄ターゲットによれば、銅の濃度を５０質量ｐｐｂ以下とすることができるので、例えば、半導体デバイスに用いても短絡を生じさせることがなく、半導体デバイスの特性を向上させることができる。また、磁気記録媒体，磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。更に、ケイ化鉄のような化合物半導体の材料として用いた場合、特性劣化まの原因となるような微量不純物による不要な不純物準位が形成されず、優れた特性を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態に係る高純度鉄の製造方法によれば、鉄を２価イオン、銅を１価イオンとしかつ塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整したのち、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂と接触させるようにしたので、銅を塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、銅の濃度が低い高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができる。
【００４６】
更に、鉄を２価イオンとするようにしたので、亜鉛，ガリウム，ニオブ，テクネチウム，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，銀，カドミウム，インジウム，スズ，アンチモン，テルル，タンタル，タングステン，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金，金，水銀，タリウム，鉛およびビスマスからなる群のうちの少なくとも１種の不純物についても銅と共に塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができる。
【００４７】
【実施例】
更に、本発明の実施例について、図１ないし図６を参照して具体的に説明する。なお、以下の実施例では、上記実施の形態において用いた符合および記号をそのまま対応させて用いる。
【００４８】
まず、スクラップ鉄を原料とし、これを濃度２ｋｍｏｌ／ｍ3 の塩酸溶液に鉄濃度が０．１７９ｋｍｏｌ／ｍ3 （１０ｇ／ｄｍ3 ）となるように溶解し、塩化鉄（ＦｅＣｌ3 ）水溶液Ｍを作製した（ステップＳ１０１）。次いで、図３に示したように、この塩化鉄水溶液Ｍに粉末状の鉄１１を入れ、不活性ガスを吹き込みつつ攪拌して銅を１価イオンとすると共に、鉄を２価イオンとした（ステップＳ１０２）。続いて、図４に示したように、塩化鉄水溶液Ｍを陰イオン交換樹脂２１に接触させ、銅を吸着させて塩化鉄水溶液Ｍから分離した（ステップＳ１０３）。
【００４９】
銅を分離したのち、塩化鉄水溶液Ｍに過酸化水素水を添加して鉄を３価イオンとした（ステップＳ１０４）。そののち、塩化鉄水溶液Ｍの塩酸濃度を５ｋｍｏｌ／ｍ3 とし、塩化鉄水溶液Ｍを陰イオン交換樹脂２１に接触させて鉄を吸着させ、リチウムなどの不純物と分離した（ステップＳ１０５）。次いで、濃度１ｋｍｏｌ／ｍ3 の塩酸溶液により陰イオン交換樹脂２１から鉄を溶離させ、モリブデンなどの不純物と分離した（ステップＳ１０６）。
【００５０】
鉄を陰イオン交換樹脂２１から溶離したのち、得られた塩化鉄水溶液Ｍを蒸発乾固および酸化し、酸化鉄を得た（ステップＳ１０７）。そののち、得られた酸化鉄を水素雰囲気中において１０７３Ｋ（８００℃）で加熱し、鉄を得た（ステップＳ１０８）。鉄を得たのち、この鉄を活性水素を含むプラズマアークで溶融して酸素などの不純物を除去し（ステップＳ１０９）、高純度鉄を得た。
【００５１】
得られた高純度鉄について、グロー放電質量分析により不純物の定量を行い純度を求めると共に、残留抵抗比を求めた。その結果を表１に示す。表１に示したように、銅の濃度は５０質量ｐｐｂ以下と極めて低く、純度は９９．９９９７％、残留比抵抗は５５００と極めて高い値が得られた。
【００５２】
【表１】
0004323078.tif 000005
【００５３】
すなわち、鉄を２価イオンとし、銅を１価イオンとすると共に、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下に調整することにより、塩化鉄水溶液から銅を容易に分離でき、銅の濃度を５０質量ｐｐｂ以下に低減した高純度鉄を容易に得られることが分かった。
【００５４】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、塩化鉄水溶液に含まれる鉄を２価イオン、銅を１価イオンとし、塩化鉄水溶液の塩酸濃度を調整して、塩化鉄水溶液を陰イオン交換樹脂に接触させ、銅を吸着させて分離するようにしたが、鉄および銅のイオン価数を調整したのち、陰イオン交換樹脂に鉄および銅を吸着させ、濃度が０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の塩酸溶液により鉄を溶離させることにより塩化鉄水溶液から銅を分離するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態および実施例では、銅以外の不純物を除去する方法についても具体的に説明したが、他の方法により除去するようにしてもよい。更に、鉄を２価イオンとすることにより銅と共に亜鉛などの不純物を塩化鉄水溶液から分離するようにしたが、銅を他の方法により分離するようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１あるいは請求項２に記載の高純度鉄、または請求項１１あるいは請求項１２に記載の高純度鉄ターゲットによれば、銅の濃度を５０質量ｐｐｂ以下とすることができるので、例えば、半導体デバイスに用いても短絡を生じさせることがなく、半導体デバイスの特性を向上させることができるという効果を奏する。また、磁気記録媒体，磁気記録ヘッドなどのデバイスなどにも用いることができ、それらの特性を向上させることができる。更に、ケイ化鉄のような化合物半導体の材料として用いた場合、特性劣化まの原因となるような微量不純物による不要な不純物準位が形成されず、優れた特性を得ることができる。
【００５７】
また、請求項３ないし請求項１０のいずれか１に記載の高純度鉄の製造方法によれば、鉄を２価イオン、銅を１価イオンとし、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整するようにしたので、銅を陰イオン交換樹脂に吸着させて塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、銅の濃度が低い高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができるという効果を奏する。
【００５８】
更に、請求項６に記載の高純度鉄の製造方法によれば、鉄を２価イオンとし、塩酸濃度を０．１ｋｍｏｌ／ｍ3 以上６ｋｍｏｌ／ｍ3 以下の範囲内に調整するようにしたので、亜鉛などの不純物を陰イオン交換樹脂に吸着させて塩化鉄水溶液から容易に分離することができる。よって、高純度鉄および高純度鉄ターゲットを容易に安定して得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高純度鉄および高純度鉄ターゲットの製造工程を表す流れ図である。
【図２】図１に続く製造工程を表す流れ図である。
【図３】図１に示した一製造工程を説明するための図である。
【図４】図１に示した他の一製造工程を説明するための図である。
【図５】陰イオン交換樹脂の溶出液中における金属イオン濃度の変化を表す特性図である。
【図６】陰イオン交換樹脂の溶出液中における金属イオン濃度の変化を表す他の特性図である。
【符号の説明】
１１…金属、１２…容器、１３…不活性ガス、１４…スターラー、２１…陰イオン交換樹脂、２２…カラム、２３…貯蔵タンク、２４…回収タンク、Ｍ…塩化鉄溶液。
【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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