JP2005247629A - クーラー及びインゴット製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ムラなく黒色化したクーラーの設置を実現し、その結果、結晶からの熱吸収性を大きく確保することができるばかりでなく、結晶からの熱吸収性のばらつきの小さいインゴット製造装置を提供する。
【解決手段】 引き上げ中の半導体インゴット２８の引き上げ領域が熱遮蔽板２９によって取り巻かれ、この熱遮蔽板２９の内側に引き上げ中の半導体インゴット２９の通過を許容するように平面視略円形若しくは放射状に配設されたステンレス鋼管からなるクーラー３２を配設する。このクーラー３２の表面には黒色化処理が施されていると共に、その黒色化処理を行う前に黒色化処理を施した際の熱吸収率が高くなるように表面処理が施されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インゴット（例えば、半導体インゴットのような半導体単結晶や、ガリウム砒素などの化合物半導体）を成長させる半導体インゴット製造装置に関し、特に、インゴット製造装置のチャンバ内に配設されるインゴット冷却用のクーラーに関するものである。

従来から、半導体インゴットを成長させる単結晶製造装置には、チョクラルスキー法（ＣＺ法）を用い、坩堝の上空にステンレス鋼管からなるクーラーを設けて引き上げ中の単結晶を速やかに冷却し、引き上げ速度の促進化、ひいては単結晶の生産性及び品質を向上させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、このようなクーラーを設けた単結晶製造装置の要部の縦断面図である。図５において、単結晶製造装置（全体図省略）の下部を構成するチャンバ１の中心部には坩堝２が回転及び昇降自在に設置されている。坩堝２は、黒鉛坩堝２ａの中に石英坩堝２ｂを収容した二重構造からなり、また、坩堝２の周りにはヒータ３を設け、さらにヒータ３の外周を取り巻くように断熱材からなる保温筒７を設置している。

チャンバ１の内部には、坩堝２の上方に位置して半導体インゴット６の引き上げ領域の周囲に熱遮蔽板８が設置されている。熱遮蔽板８は、坩堝２やヒータ３から半導体インゴット６に放射される直接的な放射熱を遮断し、特に固液界面近傍における半導体インゴット６の半径方向ならびに軸方向の温度勾配を大きくして冷却を促進する。また、熱遮蔽板８は、チャンバ１の上方から導入される不活性ガスを半導体インゴット６の周囲に誘導し、シリコン融液４から蒸発するＳｉＯ，ＳｉＯ_２，Ｓｉや重金属等を効果的に排出して、半導体インゴット６の無転位結晶化率を向上させる機能を備えている。

熱遮蔽板８の内側には、ステンレス鋼管からなるクーラー１１が設置されている。このクーラー１１は、引き上げ中の半導体インゴット６を取り巻くように螺旋状に形成されたステンレス鋼管からなる冷却水管で、その表面には酸化処理または窒化処理による黒色化処理が施されている。

クーラー１１の表面に行う黒色化処理としては、クーラー１１をクロム酸−硫酸混合加温水溶液からなる溶液中に浸漬し、表面に酸化膜を形成させるいわゆるインコ法や、溶融塩浸漬法（タフトライド処理等）またはガス軟窒化等によってクーラー１１の表面に窒化膜を形成させる方法、あるいは黒クロム，黒ニッケル，亜鉛等のメッキ処理等の方法が挙げられる。特に、インコ法や溶融塩浸漬法等によって形成された酸化膜や窒化膜は、皮膜が緻密なため、クリーンな環境が要求されるＣＺ炉内において表面にシリコン等の皮膜が成長しても、剥がれ落ちることがないという利点がある。

上記のような単結晶製造装置において、坩堝２に素材となる多結晶シリコンを充填し、坩堝２の周囲に設けた円筒状のヒータ３によって多結晶シリコンを加熱溶解してシリコン融液４とする。そして、シードホルダ５に取り付けた種結晶をシリコン融液４に浸漬し、シードホルダ５および坩堝２を互いに同方向または逆方向に回転させながらシードホルダ５を引き上げることにより、半導体インゴット６を所定の直径及び長さに成長させる。
特開平１１−２９２６８４号公報

ところで、上記の如く構成された単結晶製造装置にあっては、クーラー１１を設けており、そのクーラー１１の表面には酸化処理または窒化処理による黒色化処理を施している。

しかしながら、上述したクーラー１１の黒色化処理では、クーラー１１の表面に素材に起因する輻射率の差が発生し易かった。
これは、表面仕上げの相違を始めとしてクーラー１１の素材であるステンレス鋼管の組織，粒界析出物，製造履歴等の影響を受け、ステンレス鋼管の表面に形成される皮膜が不均質になることに原因があると考えられる。

そして、このような輻射率の差は、結晶からの熱吸収性を低下させるばかりでなく、輻射率の高い部分と低い部分とに対応して結晶からの熱吸収性にばらつきを発生させたり、各装置のクーラーごとに熱吸収性にばらつきを発生させたりしている。このように各装置のクーラーごとの熱吸収性が異なると、同一条件で結晶生産が出来なくなり、同一の品質の結晶が出来ないという問題が発生する。

本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ムラなく黒色化したクーラーの設置を実現し、その結果、結晶からの熱吸収性を大きく確保することができるばかりでなく、各装置間でクーラーが異なっても結晶からの熱吸収性のばらつきが小さいインゴット製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、引き上げ中のインゴットの外周を囲繞するように配設されたステンレス鋼管からなるクーラーを備えたインゴット製造装置において、前記クーラーの表面には黒色化処理が施されていると共に、その黒色化処理を行う前に黒色化処理を施した際の熱吸収率が高くなるように表面処理が施されていることを特徴とするインゴット製造装置である。
上記の発明によれば、クーラーの表面は輻射率の差の小さい黒色表面とすることができる。従って、結晶からの放熱を満遍なく吸熱して安定した結晶を得ることができる。また、装置ごとにクーラーが異なっても各クーラー間の輻射率の差が小さいため、装置ごとにおける結晶からの熱吸収性のばらつきを小さくすることができる。更に、熱吸収率の向上に伴って成長時間の短縮化をも実現することができる。

また、本出願に係る第２の発明は、前記クーラーが、前記黒色化処理を行う前に電解研磨若しくは化学研磨によって表面処理が施されていることを特徴とする上記第１の発明に記載のインゴット製造装置である。
上記の発明によれば、黒色化処理前のクーラーの表面をミクロ単位で平滑化することが可能となる。従って、黒色化処理後のクーラーの表面ムラをより一層防止することができる。また、クーラーの表面輻射率をより一層高いものとすることができる。これにより、熱吸収率のさらなる向上を実現することができる。

さらに、本出願に係る第３の発明は、前記クーラーは、前記表面処理の前にバフ研磨処理が施されていることを特徴とする上記第１又は第２の発明に記載のインゴット製造装置である。
上記の発明によれば、予めクーラーの表面を平滑化することによりマクロ単位での平滑化を行うことが可能となる。従って、黒色化処理後のクーラーの輻射率のばらつきを防止することができる。また、クーラーの表面黒色化をより一層促進することができ、これにより熱吸収率を大幅に向上させることができる。

また、本出願に係る第４の発明は、前記クーラーが、前記表面処理の後にインコ法若しくは電解発色法により黒色化処理されていることを特徴とする上記第１乃至第３の発明の何れか１つに記載のインゴット製造装置である。
上記の発明によれば、クーラーの形状に拘わらず、全体を満遍なく黒色化することができる。

さらに、本出願に係る第５の発明は、前記黒色化処理が、前記表面処理の後にステンレス鋼管の表面に酸化皮膜を形成することによって行われ、水溶性染料を添加したアルカリ性を呈する水溶液中に前記ステンレス鋼管を浸し、陽極電解処理および陰極電解処理を交互に繰り返して行うことで黒色化されることを特徴とする上記第１乃至第３の発明の何れか１つに記載のインゴット製造装置である。
上記の発明によれば、クーラーの表面処理後の平滑度が高くなるほど、表面の輻射率を高くすることが可能となる。

また、本出願に係る第６の発明は、引き上げ中のインゴットの外周を囲繞するように配設される、ステンレス鋼管からなるクーラーにおいて、前記クーラーの表面には黒色化処理が施されていると共に、その黒色化処理を行う前に黒色化処理を施した際の熱吸収率が高くなるように表面処理が施されていることを特徴とするクーラーである。
上記の発明によれば、クーラーの表面は輻射率の差の小さい黒色表面とすることができる。従って、結晶からの放熱を満遍なく吸熱して安定した結晶を得ることができる。また、装置ごとにクーラーが異なっても各クーラー間の輻射率の差が小さいため、装置ごとにおける結晶からの熱吸収性のばらつきを小さくすることができる。更に、熱吸収率の向上に伴って成長時間の短縮化をも実現することができる。

さらに、本出願に係る第７の発明は、前記クーラーが、前記黒色化処理を行う前に電解研磨若しくは化学研磨によって表面処理が施されていることを特徴とする上記第６の発明に記載のクーラーである。
上記の発明によれば、黒色化処理前のクーラーの表面をミクロ単位で平滑化することが可能となる。従って、黒色化処理後のクーラーの表面ムラをより一層防止することができる。また、クーラーの表面輻射率をより一層高いものとすることができる。これにより、熱吸収率のさらなる向上を実現することができる。

本発明のインゴット製造装置によれば、結晶からの熱吸収性を大きく確保することができ、しかも、表面輻射率のばらつきの小さいクーラーを配置することができるため、装置間における熱吸収性のばらつきを小さくすることができる。

次に、本発明のインゴット製造装置を図面に基づいて説明する。図１は本発明の単結晶製造装置を示す要部の拡大断面図、図３は本発明の単結晶製造装置に採用されるクーラーと従来のクーラーの熱吸収量割合を比較したグラフ図、図４（Ａ）はシードホルダが着液位置にある状態の単結晶製造装置の説明図、図４（Ｂ）はシードホルダが上端位置にある状態の単結晶製造装置の説明図である。
尚、本発明の単結晶製造装置は、特に図示をしていないが、この種の単結晶製造装置に通常採用される不活性ガスの導入・排気システムを備えている。

＜全体構成＞
図４において、単結晶製造装置２０は、有底円筒形状のチャンバ２１と、このチャンバ２１の上部中央から立ち上がる筒状のプルチャンバ２２とを備えている。
チャンバ２１の炉内には、図１に示すように、上方に開放する有底円筒形状の坩堝２３が設けられている。この坩堝２３は、黒鉛坩堝２３ａと、その内側に位置する石英坩堝２３ｂとを備えている。石英坩堝２３ｂには素材となる多結晶シリコンが充填され、坩堝２３の外周囲に設けた円筒状のヒータ２４によって多結晶シリコンを加熱溶解してシリコン融液２５とする。

さらに、坩堝２３は、その底面に回転軸２６の上端が固定されている。この回転軸２６の下端は、チャンバ２１の外部において図示を略する駆動源に接続されており、チャンバ２１内で坩堝２３を回転可能且つ昇降可能に支持している。また、ヒータ２４の外周は、このヒータ２４からの輻射熱がチャンバ２１の内壁に直接輻射されることを防止する断熱材２７に包囲されている。さらに、チャンバ２１の内部には、坩堝２３の上方に位置して半導体インゴット２８の引き上げ領域の周囲に熱遮蔽板２９が設置されている。

熱遮蔽板２９は、坩堝２３やヒータ２４等から半導体インゴット２８に放射される直接的な放射熱を遮断し、特に固液界面近傍における半導体インゴット２８の半径方向ならびに軸方向の温度勾配を大きくして冷却を促進する。また、熱遮蔽板２９は、チャンバ１の上方から導入される不活性ガスを半導体インゴット２８の周囲に誘導し、シリコン融液２５から蒸発するＳｉＯ，ＳｉＯ_２，Ｓｉや重金属等、単結晶化を阻害する各種ガスを効果的に排出して、半導体インゴット２８の無転位結晶化率を向上させる機能を備えている。
また、熱遮蔽板２９の内側には、ステンレス鋼管からなるクーラー３２が設置されている。

＜クーラーの構成＞
クーラー３２は、引き上げ中の半導体インゴット２８を取り巻くように螺旋状に形成されたステンレス鋼管からなる冷却水管である。クーラー３２は、例えば図２に示すフローチャートに沿って製造することができる。
まず、所定の内径及び外径のステンレス鋼管を製造する（ＳＴＥＰ１）。次に、ステンレス鋼管を螺旋状に曲げ加工する（ＳＴＥＰ２）。ステンレス鋼管の径や曲げ加工の曲率は、単結晶製造装置２０の大きさや半導体インゴット２８の大きさ等によって異なる。その表面を必要に応じてバフ研磨する（ＳＴＥＰ３）。続いて、バフ研磨されたステンレス鋼管を更に電解研磨する（ＳＴＥＰ４）。最後にステンレス鋼管に黒色化処理を施し（ＳＴＥＰ５）、単結晶製造装置に組み付ける（ＳＴＥＰ６）。

ＳＴＥＰ４において、クーラー３２は、螺旋状に形成されたステンレス鋼管材料をプラスとして電解研磨液中で電気（マイナス側対極）を流すことで、ステンレス鋼管材料表面の凸部を優先的に溶解して全体的に平滑化する電解研磨工程を行う。
この際、電解研磨液には、ステンレス鋼管材料がプラスイオンとして溶け出して、その表面付近に金属イオンと電解研磨液とが絡み合った粘性の高い液層を形成し、その液層部分の電気抵抗が電解研磨液の電気抵抗よりも高くなる材料が用いられる。

また、ステンレスは錆び易い鉄にクロムを含ませることで耐食性を向上させている。このステンレスに電解研磨を行うことでステンレス鋼管の表面では、クロムよりも鉄が優先的に溶け出し、結果として表面ではクロムが濃化する現象が起こる。その結果、ステンレス鋼管の表面の耐食性を向上させることができる。
さらに、電解研磨を行うことでステンレス鋼管の表面を溶解しているので、表面に付着した汚れや加工変質層等も除去することができ、表面に加工変質層のないクリーンな表面を得ることができる。

ＳＴＥＰ４においては、電解研磨の代わりに化学研磨によってステンレス鋼管の表面研磨を行っても良い。何れにおいても、機械研磨による加工変質層を除去でき、クリーンな表面を得ることができる。

ＳＴＥＰ３は必須の工程ではないが、ステンレス鋼管の表面のマクロ的な平滑化を実現するために、電解研磨を行う前工程にて巾数μｍ以上の凹凸を除去するためのバフ研磨等を行うことが好ましい。

ＳＴＥＰ４で電解研磨が行われたステンレス鋼管材料に、ＳＴＥＰ５において、公知のインコ法や電解発色法等により黒色化処理を施す。黒色化処理の方法としては、ステンレス鋼管の表面に酸化皮膜を形成することによって発色を行う際に、水溶性染料を添加したアルカリ性を呈する水溶液中にステンレス鋼管を浸し、陽極電解処理および陰極電解処理を交互に繰り返して行う方法が好ましい。

このように、黒色化処理前に電解研磨を行うことにより、電解研磨を行っていない場合よりも輻射率の高いステンレス鋼管を得ることができる。また、黒色化処理後のステンレス鋼管は、半導体インゴット２８に対向する内面側と熱遮蔽板２９に対向する外面側の両面に跨って、ムラが少なく輻射率の高い黒色化を実現することができる。

図３は、１０００〜２５００ｎｍの波長域で、１５００Ｋの黒体から発したエネルギーを黒体が吸収する量に対する各サンプル（ステンレス鋼板）における割合を計算した結果を、グラフ化したものである。縦軸の１００％とは理論的な黒体の吸収量を示し、数値が高いほど熱吸収性能が高いことを意味する。

図３のグラフにおいて吸収量の割合は、黒色化処理前のステンレス鋼板の表面に何も処理を施さなかった場合（グラフの◆点）では３３．８５％、黒色化処理前のステンレス鋼板の表面に電解研磨を施した場合（グラフの●点）では２６．１４％、黒色化処理前のステンレス鋼板の表面にサンドブラスト（研磨）を施した場合（グラフの▲点）では４８．７３％であった。

一方、黒色化処理後（各５回測定）においては、表面処理なし（グラフの◆点）では、１回目：８０．９２％，２回目：８２．１６％，３回目：８３．８１％，４回目：８３．９３％，５回目：８１．９３％といったように、８０〜８４％の範囲の熱吸収率の結果を得た。また、サンドブラスト処理（グラフの▲点）を施した場合では、１回目：７８．３３％，２回目：７７．９６％，３回目：７６．８７％，４回目：７９．０１％，５回目：７６．６６％といったように、７６〜８０％の範囲の熱吸収率の結果を得た。

これに対し、電解研磨処理（グラフの●点）を施した場合では、１回目：９０．７８％，２回目：９０．５６％，３回目：９１．６２％，４回目：９２．６４％，５回目：９１．７９％といったように、９０〜９３％の高い範囲の熱吸収率の結果を得ることができた。
この結果から、電解研磨処理（グラフの●点）を施した場合では、黒色化処理前は表面処理なし（グラフの◆点）やサンドブラスト処理（グラフの▲点）を施した場合よりも低い熱吸収率であったものが、黒色化処理後ではこれらよりも高い熱吸収率となったことがわかる。

このような黒色化処理されたクーラー３２には、図示を略する供給管を介して炉外から冷却水が供給され、クーラー３２の内部を通過する際に熱を吸熱し、図示を略する配水管から炉外へと排出される。
この際、クーラー３２を構成する配管の内径は１７ｍｍ以下であり、配管内を通過する冷却水の流通速度は１５リットル／分以下に設定される。また、クーラー３２の下端からシリコン融液２５の融液面までの離間距離は１５０ｍｍ程度に設定される。尚、冷却水の流通速度は、炉内温度や半導体インゴット２８の成長過程等に応じて流速（流量）制御することも可能である。

＜プルチャンバの構成＞
一方、図４に示すようにプルチャンバ２２の上部には、ワイヤー３３の巻取器３４が設けられている。このワイヤー３３の先端には、連結部材３５を介してシードホルダ３６が装着されている。
また、プルチャンバ２２の下方寄りには、チャンバ２１の炉内とプルチャンバ２２の内部とを隔絶するためのゲートバルブ３７が設けられている。プルチャンバ２２内とチャンバ２１内は連続した気密空間を形成しているが、半導体インゴット２８の引上げ最中以外にはゲートバルブ３７を閉めることにより、チャンバ２１内ではシリコン融液２５の融液状態を維持し、その状態でプルチャンバ２２内にガスを封入する事により大気開放を可能とし、引き上げられた半導体インゴット２８の取り出しや種結晶の取り付け等を可能としている。

巻取器３４は、ワイヤー３３の先端に装着されたシードホルダ３６を着液位置（図４（Ａ）に示す位置）と上端位置（図４（Ｂ）に示す位置）との間で昇降させる。着液位置は、シードホルダ３６の先端に備えた種結晶がシリコン融液２５の液面に着いたときの位置であり、上端位置は、成長した半導体インゴット２８を引き上げきった位置である。また、巻取器３４とプルチャンバ２２との間にはシール部品３８並びに回転伝達部品３９が設けられている。

＜半導体インゴットの製造＞
このような構成において、坩堝２３内に素材となる多結晶シリコンを投入し、坩堝２３の外周囲に設けた円筒状のヒータ２４によって多結晶シリコンを加熱する。
多結晶シリコンが完全に溶融してシリコン融液２５となったら、図４（Ａ）に示すように、ゲートバルブ３７を開放して種結晶を坩堝２３のシリコン融液２５の液面に接触させる。

坩堝２３を回転させつつ（ワイヤー３３を同時に同方向または逆方向に回転させても良い）ワイヤー３３を巻取器３４で巻き取ってシードホルダ３６を引き上げることで、図１に示すように単結晶の半導体インゴット２８が成長する。
この際、半導体インゴット２８は、クーラー３２によって冷却されつつ引き上げられる。

クーラー３２は、電解研磨等の表面処理を施した上で黒色化処理が施されていることから、半導体インゴット２８に対向する内面側と熱遮蔽板２９に対向する外面側とを含め全体的にムラの少ない黒色化を実現しているため、１本の半導体インゴット２８の全体において安定した成長を実現することが可能となる。

クーラー３２のステンレス鋼管の内径を例えば従来品と同等の１７ｍｍ程度とし、ステンレス鋼管の長さも従来品と同じ長さにした場合には、高い熱吸収機能を発揮するため、半導体インゴット２８の引き上げ速度を速めることができる。これに対し、クーラー３２のステンレス鋼管の内径を１７ｍｍより小さくした場合もしくはステンレス鋼管の長さを短くした場合には、半導体インゴット２８の引き上げ速度を従来と略同一としたまま装置全体の小型化を実現することができる。
このように本願のクーラー３２によれば、従来品よりも熱吸収の性能が向上したため、従来品と同程度の熱吸収機能を望む場合には、クーラー３２の小型化を実現することができ、また、クーラー３２を従来品と同程度のサイズに構成した場合には、その熱吸収機能の向上から、半導体インゴット２８の成長時間の短縮化を実現することができる。

＜クーラーによる温度制御の例＞
クーラー３２による冷却は、半導体インゴット２８の成長過程において冷却効果を変化させるために、冷却水の流量制御を伴うこともできる。例えば、引き上げ中の半導体インゴット２８の結晶欠陥のコントロールを行うためには、引き上げ速度Ｖと半導体インゴット２８の温度勾配Ｇの比「Ｖ／Ｇ」の制御を適切に行うものとする。

更に詳しくは、半導体インゴットの場合には、温度勾配Ｇは、Ｇ１（界面近傍の温度勾配）と称されるシリコン融点から１３５０℃乃至１３００℃の部分、及びＧ２（欠陥形成温度領域の温度勾配）と称される１１５０℃乃至１０８０℃の部分についてのものを特に適切にコントロールする。

また、ＣＺ法による単結晶インゴットの製造では、単結晶を所望の長さに成長させた後、一般にテール部と呼ばれる逆さ円錐状の絞り込み部分を形成させる必要がある。これは、単結晶インゴットをいきなりシリコン融液２５から引き上げてしまうと、スリップ転移と呼ばれる結晶転移がインゴット内に発生し（スリップバック）、その部分は製品として使用することができなくなってしまうためである。

ここで、スリップバックは、シリコン融液２５の液面から切れたところの直径分だけインゴット内に戻って発生するため、製品として適切なウェーハをインゴットからできるだけ多く取るためには、ウェーハに加工される部分（以下、直胴部分）にスリップバックを発生させないように、引き上げの終了に至る過程において、インゴットの径を注意深く絞りこんで下向き円錐形状のテール部を形成する必要がある。
このテール部は、直胴部の直径ぐらいの長さに形成するのが一般的である。その理由は、テール部の長さが短すぎると酸素の異常析出部分が直胴部にかかりその部分が製品化できなくなってしまい、テール部の長さが長すぎるとウェーハとして製品化できない部分が必要以上に増えてしまって不経済だからである。

そして、このようなテール部を形成するには、単結晶インゴットの軸方向の温度勾配を低くして単結晶インゴットを引き上げれば良いため、テール部を形成する際に坩堝２３を余分に加熱してシリコン融液２５の温度を上げると共にクーラー３２へ供給する冷却水の流速（流量）を低く制御したり、クーラー位置を上昇させることによって、引き上げ中の単結晶インゴットの温度勾配を下げれば良い。

上記の実施例では、クーラー３２を平面視真円形の螺旋状としたものを開示したが、例えば、平面視Ｃ型（例えば、特開２００１−２４０４８４号公報の図７）としたもの、複数の円弧状の協働（例えば、特開２００１−２４０４８４号公報の図４及び図５）としたもの、上下方向に延び且つ中心方向に傾斜させた複数の配管により平面視放射状（例えば、特開２０００−２８１４７９号公報の図１参照）としたもの等、配管を屈曲させたもの全般に適用することができる。

また、上述した各公開公報に開示のクーラーでは、その温度制御を目的の一つとして昇降可能としている。これは、従来のクーラーでは、所定位置で固定とした場合、その温度制御範囲が狭いということにも起因している。即ち、温度制御範囲を広くするには、配管内径を大きく確保するか配管の長さを長くする必要がある。しかしながら、配管の内径を大きく確保すると配管自体の外径を太くする必要があり、炉内全体の大型化等の理由により限界がある。また、配管の長さを長くすると、冷却水の供給端側の配管表面温度と排水側の配管表面温度とに大きな差が発生してしまい、逆に温度管理が困難になってしまう。

これに対し、本願のクーラー３２では、その表面を電解研磨等で処理した後に、黒色化処理を施しているため、配管自体に大きな熱吸収率を具備させることができ、結果的に冷却水の流量制御との併用により、より広い温度制御範囲を確保することができる。
従って、装置全体の大型化等の要因となる昇降機構を不要若しくは小型化（リチャージや追いチャージの際にクーラー３２を坩堝２３から一時的に退避させる機構として併用）することができ、安価な単結晶製造装置２０を提供することが可能となる。

一方、半導体インゴット２８の製造工程がすべて終了し、半導体インゴット２８を炉内から取り出した後、次の製造工程に入る前に炉内のいわゆるホットゾーンを解体・清掃する必要がある。そして、作業員がこの解体作業に入るためには、ホットゾーンを十分に冷却する必要がある。
この際、本願のクーラー３２では、その熱吸収率が高いため、坩堝２３を含むホットゾーンの強制的冷却時間を短くすることができ、次の製造工程への移行時間を短縮して、全体としての製造サイクルの短縮化を実現することができる。尚、ホットゾーンの炉内部品の中でもっとも高い熱を持つ部品は坩堝２３であるので、クーラー３２を坩堝２３にできるだけ近接させて、坩堝２３の冷却を促進させても良い。

上記の実施例では、単結晶インゴットの製造について主に説明しているが、本発明は単結晶インゴットの製造に限られるものではなく、ガリウム砒素などの化合物半導体の製造にも適用できる。
また、融液から固体インゴットを成長させる装置であれば、半導体に限らず適用することができる。

本発明のインゴット製造装置を示す要部の縦断面図である。 本発明の単結晶製造装置に用いられるクーラーの製造工程を示すフロー図である。 本発明のインゴット製造装置に採用されるクーラーと従来のクーラーの熱吸収量割合を比較したグラフ図である。 本発明のインゴット製造装置を示し、（Ａ）はシードホルダが着液位置にある状態のインゴット製造装置の説明図、（Ｂ）はシードホルダが上端位置にある状態のインゴット製造装置の説明図である。 従来のインゴット製造装置を示す要部の縦断面図である。

符号の説明

１…チャンバ
２…坩堝 ２ａ…黒鉛坩堝 ２ｂ…石英坩堝
３…ヒータ
４…シリコン融液
５…シードホルダ
６…半導体インゴット
７…保温筒
８…熱遮蔽板
１１…クーラー
２０…単結晶製造装置
２１…チャンバ
２２…プルチャンバ
２３…坩堝 ２３ａ…黒鉛坩堝 ２３ｂ…石英坩堝
２４…ヒータ
２５…シリコン融液
２６…回転軸
２７…断熱材
２８…半導体インゴット
２９…熱遮蔽板
３２…クーラー
３３…ワイヤ
３４…巻取器
３５…連結部材
３６…シードホルダ
３７…ゲートバルブ
３８…シール部品
３９…回転伝達部品。

Claims (7)

1. 引き上げ中のインゴットの外周を囲繞するように配設されたステンレス鋼管からなるクーラーを備えたインゴット製造装置において、
   前記クーラーの表面には黒色化処理が施されていると共に、その黒色化処理を行う前に黒色化処理を施した際の熱吸収率が高くなるように表面処理が施されていることを特徴とするインゴット製造装置。
2. 前記クーラーは、前記黒色化処理を行う前に電解研磨若しくは化学研磨によって表面処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のインゴット製造装置。
3. 前記クーラーは、前記表面処理の前にバフ研磨処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインゴット製造装置。
4. 前記クーラーは、前記表面処理の後にインコ法若しくは電解発色法により黒色化処理されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のインゴット製造装置。
5. 前記黒色化処理は、前記表面処理の後にステンレス鋼管の表面に酸化皮膜を形成することによって行われ、
   水溶性染料を添加したアルカリ性を呈する水溶液中に前記ステンレス鋼管を浸し、陽極電解処理および陰極電解処理を交互に繰り返して行うことで黒色化されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載のインゴット製造装置。
6. 引き上げ中のインゴットの外周を囲繞するように配設される、ステンレス鋼管からなるクーラーにおいて、
   前記クーラーの表面には黒色化処理が施されていると共に、その黒色化処理を行う前に黒色化処理を施した際の熱吸収率が高くなるように表面処理が施されていることを特徴とするクーラー。
7. 前記クーラーは、前記黒色化処理を行う前に電解研磨若しくは化学研磨によって表面処理が施されていることを特徴とする請求項６に記載のクーラー。

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