WO2013099433A1

WO2013099433A1 - シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置、シリカガラスルツボの製造用のモールドの製造条件の設定を支援する装置、シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置

Info

Publication number: WO2013099433A1
Application number: PCT/JP2012/078259
Authority: WO
Inventors: 俊明須藤; 忠広佐藤; 江梨子北原; 修司飛田; 鈴木　光一
Original assignee: ジャパンスーパークォーツ株式会社
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-07-04
Also published as: US9754052B2; CN104136665A; US20140358270A1; TWI483132B; TW201337614A; KR20140108579A; EP2799598A1; KR101623178B1; CN104136665B; EP2799598A4

Abstract

設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造する。当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する。また、当初の製造条件に基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる改善製造条件を設定する。その結果、シリカガラスルツボの設計データおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。すなわち、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

Description

シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置、シリカガラスルツボの製造用のモールドの製造条件の設定を支援する装置、シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置

　本発明は、シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置、およびその装置によって得られるデータ、シリカガラスルツボの製造用のモールドの製造条件の設定を支援する装置、およびその装置によって得られるデータ、シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置、およびその装置によって得られるデータに関する。

　シリカガラスルツボの製造方法は、一例では、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程を備える（この方法を「回転モールド法」と称する）。

　アーク熔融工程の初期にはシリカ粉層を強く減圧することによって気泡を除去して透明シリカガラス層（以下、「透明層」と称する。）を形成し、その後、減圧を弱くすることによって気泡が残留した気泡含有シリカガラス層（以下、「気泡含有層」と称する。）を形成することによって、内表面側に透明層を有し、外表面側に気泡含有層を有する二層構造のシリカガラスルツボを形成することができる。

　一方、チョクラルスキー（以下、ＣＺという。）法によりシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶を引上げて製造するために、固体であるシリコン単結晶と液体であるシリコン融液との固液界面形状や、この固液界面近傍の温度分布を、コンピュータによりシミュレーションを行って数値解析を行う方法の開発が精力的に行われている。

　例えば、特許文献１には、メッシュ構造でモデル化したホットゾーンの各部材の物性値をコンピュータに入力し、各部材の表面温度分布をヒータの発熱量及び各部材の輻射率に基づいて求めることが記載されている。

特開２００９－１９０９２６号公報

　しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術は、シリカガラスルツボを回転モールド法で製造する際のシミュレーションには用いることが困難であった。そして、シリカガラスルツボを回転モールド法で製造する際には、様々な要因により設計データとは異なる三次元形状のシリカガラスルツボが得られることが多い。そのため、これまでは、設計データと同じ三次元形状のシリカガラスルツボを実際に回転モールド法で製造することは困難であった。また、シリカガラスルツボの設計データと同じ三次元形状のシリカガラスルツボを製造することのできるモールドを得ることも困難であった。また、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定に用いることも困難であった。

　また、近年では直径３００ｍｍのウェハーが半導体チップの製造プロセスの主流となり、直径４５０ｍｍのウェハーを用いるプロセスも開発中である。このようなウェハーを製造するには、当然ながら単結晶シリコンインゴットを製造するためのＣＺ法で用いられるシリカガラスルツボも２８インチ（７１ｃｍ）、３２インチ（８１ｃｍ）、３６インチ（約９１ｃｍ）または４０インチ（１０２ｃｍ）の大口径のものが求められるようになっている。直径１０１ｃｍのルツボは、重量が約１２０ｋｇという巨大なものであり、そこに収容されるシリコン融液の質量は９００ｋｇ以上である。

　シリカガラスルツボを用いて引き上げられるシリコン単結晶の純度は、９９．９９９９９９９９９％以上であることが要求されるので、引き上げに利用されるシリカガラスルツボの内表面は設計データの３次元形状と同じように平滑であることが要求される。もしも、シリカガラスルツボの内表面が設計データと同じではなく亀裂などがある場合には、その亀裂からシリカの破片などが剥離して混入して大きな問題を引き起こす場合がある。

　これまでは、小口径のシリカガラスルツボを設計データと同様の３次元形状になるように製造することは困難ではなかった。しかしながら、シリカガラスルツボが大口径になるほど、設計データと同じ三次元形状のシリカガラスルツボを実際に回転モールド法で製造することが困難になってきている。また、シリカガラスルツボが大口径になるほど、シリカガラスルツボの設計データと同じ三次元形状のシリカガラスルツボを製造することのできるモールドを得ることも困難になってきている。

　また、シリカガラスの軟化点は１２００～１３００℃程度であるのに対し、ＣＺ法ではシリコン融液を１４５０～１５００℃の高温に加熱した状態で２週間以上の長時間にわたって引上げが行われる。つまり、シリコン単結晶の引き上げ時には、約１５００℃のシリコン融液が９００ｋｇ以上もルツボに収容されることになる。そして、シリカガラスルツボは１回の単結晶シリコンインゴットの引上げが終わると廃棄される使い捨ての製品である。しかも、使い捨てであるにもかかわらず、１個数百万円もすることもある高価な製品である。そのために、ユーザとしては、単結晶シリコンインゴットの引上げの前に、あらかじめ多結晶シリコンのチャージ量、引上条件などの情報をシリカガラスルツボ毎に設定しなければならない。そして、シリカガラスルツボが大口径になるほど、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定は困難になってきている。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することを目的とする。また、本発明の別の目的は、シリカガラスルツボの設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを製造することのできるモールドを得ることである。また、本発明のさらに別の目的は、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定を容易にすることを目的とする。

　本発明によれば、シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置が提供される。この装置は、任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得する設計データ取得部と、その設計データに基づいてシリカガラスルツボの製造条件データを設定する製造条件データ設定部と、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、その製造条件によって得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、その計算エンジンが用いる物性パラメータを設定する物性パラメータ設定部と、その製造条件に基づいて製造されたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、その設計データ、そのシミュレーションデータ、その測定データのうち２種類のデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する一致度判定部と、そのシミュレーションデータ又は製造条件データの出力部と、を備える。

　また、この物性パラメータ設定部は、当初の物性パラメータに基づいて得られたそのシミュレーションデータおよびその測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する改善物性パラメータ設定部を有している。そして、この製造条件設定部は、その設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定する改善製造条件データ設定部を有している。

　この構成によれば、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。また、この構成によれば、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定するため、設計データおよびシミュレーションデータの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。その結果、この構成によれば、シリカガラスルツボの設計データおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。すなわち、この構成によれば、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　また、本発明によれば、上記の装置によって得られる、シミュレーションデータが提供される。

　このシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度は、上述のとおり所定の水準以上である。そのため、このシミュレーションデータを用いれば、回転モールド法で実際に製造されるシリカガラスルツボの三次元形状を精度よく予測することができる。

　また、本発明によれば、上記の装置によって得られる、改善製造条件データが提供される。

　この改善製造条件データを用いた場合には、上述のとおり設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる。そして、上記の装置を用いる場合には、上述のとおり当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。そのため、この改善製造条件データを用いれば、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　また、本発明によれば、シリカガラスルツボの製造用のモールドの製造条件の設定を支援する装置が提供される。この装置は、任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得するルツボ設計データ取得部と、そのルツボ設計データに基づいてモールドの三次元形状の設計データを設定するモールド設計データ設定部と、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、そのモールド設計データ通りの三次元形状のモールド上でシリカ粉末をアーク熔融して得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、その計算エンジンが用いる物性パラメータを設定するパラメータ設定部と、そのモールド設計データに基づいて製造されるモールド上でシリカ粉末をアーク熔融して得られるシリカガラスルツボの三次元形状のルツボ測定データを取得するルツボ測定データ取得部と、そのルツボ設計データ、そのシミュレーションデータ、そのルツボ測定データのうち２種類のデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する一致度判定部と、そのシミュレーションデータ又はモールド設計データの出力部と、を備える。

　また、この物性パラメータ設定部は、当初の物性パラメータに基づいて得られたそのシミュレーションデータおよびそのルツボ測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する改善物性パラメータ設定部を有している、そして、このモールド設計データ設定部は、そのルツボ設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる改善モールド設計データを設定する改善モールド設計データ設定部を有している。

　この構成によれば、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。また、この構成によれば、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られるモールド設計データを設定するため、設計データおよびシミュレーションデータの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。その結果、この構成によれば、シリカガラスルツボの設計データおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。すなわち、この構成によれば、シリカガラスルツボの設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを製造することのできるモールドが得られる。

　このシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度は、上述のとおり所定の水準以上である。そのため、このシミュレーションデータを用いれば、モールド設計データに基づいて製造されたモールドを用いて実際に製造されるシリカガラスルツボの三次元形状を精度よく予測することができる。

　また、本発明によれば、上記の装置によって得られる、改善モールド設計データが提供される。

　この改善モールド設計データを用いた場合には、上述のとおり設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる。そして、上記の装置を用いる場合には、上述のとおり当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。そのため、この改善モールド設計データに基づいて製造されたモールドを用いれば、シリカガラスルツボの設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　また、本発明によれば、シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置が提供される。この装置は、ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定可能なルツボ特定情報を取得するルツボ特定情報取得部と、そのルツボ特定情報によって個別に特定されるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、その測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、そのシミュレーション部が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件を設定し、当初の引上条件に基づいて得られたそのシミュレーションデータの結晶欠陥の発生率が所定の水準を超えている場合には、その結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する引上条件設定部と、その引上げ条件を出力する出力部と、を備える。

　この構成によれば、ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定したうえで、そのシリカガラスルツボの三次元形状の測定データに基づいてシミュレーションを行って、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を出力することができる。そのため、ユーザは、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定を容易に行うことができる。

　また、本発明によれば、別のシリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置が提供される。この装置は、ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定可能なルツボ特定情報を取得するルツボ特定情報取得部と、そのルツボ特定情報によって個別に特定されるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、その測定データを出力する出力部と、を備える。

　この構成によれば、ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定したうえで、そのシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを出力する。そのため、ユーザは、そのシリカガラスルツボの三次元形状の測定データに基づいて、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定を容易に行うことができる。

　本発明によれば、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。また、本発明によれば、シリカガラスルツボの設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを製造することのできるモールドが得られる。また、本発明によれば、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定を容易に行うことができる。

実施形態１の装置の動作原理を説明するための概念図である。実施形態１または実施形態２の装置を用いて得られた改善製造条件データまたは改善モールド設計データを用いて、シリカガラスルツボの製造プロセスにおけるアーク電源および減圧機構のフィードバック制御をより緻密におこなうことについて説明するための概念図である。実施形態１の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態１の装置のシミュレーション部、製造条件データ設定部および物性パラメータ設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態１～３の装置で用いるシリカガラスルツボの測定データのデータ構成について説明するためのデータテーブルである。実施形態１の装置の動作を説明するためのフローチャートである。実施形態１～３の装置で用いるシリカガラスルツボの測定データをロボットアームおよび測距部を用いて測定する方法について説明するための測定工程図である。図７における測定原理を説明するための概念図である。図７における内部測距部の測定結果を示すグラフである。図７における外部測距部の測定結果を示すグラフである。実施形態２の装置の動作原理を説明するための概念図である。実施形態２の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態２の装置のシミュレーション部、モールド設計データ設定部および物性パラメータ設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態２の装置の動作を説明するためのフローチャートである。実施形態３の装置の動作原理を説明するための概念図である。実施形態３の装置を用いて得られたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを用いて、ユーザが単結晶シリコンの引上げプロセスにおける多結晶シリコン原料のチャージおよび熔融を適切におこなうことについて説明するための概念図である。実施形態３の装置を用いて得られた引上条件のデータを用いて、ユーザが単結晶シリコンの引上げプロセスにおける加熱温度、引上げ速度及び回転数のフィードバック制御をより緻密におこなうことについて説明するための概念図である。実施形態３の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態３の装置のシミュレーション部、および引上条件設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。実施形態３の装置の動作を説明するためのフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、実施形態１～３において、異なる構成要素に同様の符号を付している場合があるが、構成要素名が異なる場合には別のものを示している。

　＜実施形態１：シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置＞
　図１は、本実施形態の装置の動作原理を説明するための概念図である。本実施形態の装置を用いてシリカガラスルツボの製造条件を設定する際には、シリカガラスルツボを三次元ＣＡＤなどで設計した設計データをまず用意する。この三次元ＣＡＤの設計データは、二次元ＣＡＤの設計データを三次元ＣＡＤの設計データに変換したものであってもよい。

　次いで、その設計データに基づいてシリカガラスルツボを製造するための製造条件データ（例えば、アーク電力、減圧条件、モールド回転数などのタイムテーブル）を設定する。この場合、当初の製造条件データとしては、例えば、熟練のオペレータ又はエンジニアが過去の知識および経験に基づいて、適切であると判断した製造条件データを設定してもよい。あるいは、当初の製造条件データとしては、過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であった製造条件データをそのまま用いてもよい。

　そして、この当初設定した製造条件データを用いて、電源、カーボン電極、カーボンモールド、減圧機構などを備えるシリカガラスルツボの製造装置を用いて、モールド上に積層したシリカ粉（別名として、石英粉ともいう）を熔融してシリカガラスルツボを製造する。具体的には、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程によって、シリカガラスルツボを製造する。

　このとき、アーク熔融工程の初期にはシリカ粉層を強く減圧することによって気泡を除去して透明層を形成し、その後、減圧を弱くすることによって気泡が残留した気泡含有層を形成することによって、内表面側に透明層を有し、外表面側に気泡含有層を有する二層構造のシリカガラスルツボを形成することができる。

　そして、後述するロボットアームを用いてこのシリカガラスルツボの三次元形状を測定して、シリカガラスルツボの三次元形状の測定データを得る。

　また、上述の当初設定した製造条件データを用いてシリカガラスルツボを製造した場合に得られると想定されるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを、例えば応力解析および熱流体解析などの数値解析手法を用いて生成する。このときに、カーボンモールド、天然石英粉、合成シリカ粉、透明層、気泡含有層などについての物性パラメータ（例えば、密度、誘電率、透磁率、磁化率、剛性率、ヤング率、導電率、分極率、硬度、比熱、線膨張率、沸点、融点、ガラス転移点、伝熱係数、ポアソン比など）を設定する。これらの物性パラメータとしては、市販のシミュレーションソフトウェアに付属するデフォルトの物性パラメータを当初の物性パラメータとして用いることができる。あるいは、熟練のオペレータ又はエンジニアが過去の知識および経験に基づいて、適切であると判断した物性パラメータを設定してもよい。

　その後、上述のようにして得られたシミュレーションデータおよび測定データの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、カーボンモールド、天然石英粉、合成シリカ粉、透明層、気泡含有層などについての物性パラメータを変更して、上記の一致度が所定の水準以上になるまでシミュレーションを繰り返す。その結果、上記の一致度が所定の水準以上になった物性パラメータを改善物性パラメータとして採用する。このような一致度を示す指標としては、既存の各種のパターンマッチング法を用いることができる。

　続いて、その改善物性パラメータを用いた場合の設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、シリカガラスルツボを製造するための製造条件データ（例えば、アーク電力、減圧条件、モールド回転数などのタイムテーブル）を変更して、上記の一致度が所定の水準以上になるまでシミュレーションを繰り返す。その結果、上記の一致度が所定の水準以上になった製造条件データを改善製造条件データとして採用する。このような一致度を示す指標としては、既存の各種のパターンマッチング法を同様に用いることができる。

　このようにすれば、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。また、このようにすれば、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定するため、設計データおよびシミュレーションデータの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。その結果、このようにすれば、シリカガラスルツボの設計データおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。すなわち、このようにすれば、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　図２は、本実施形態の装置を用いて得られた改善製造条件データを用いて、シリカガラスルツボの製造プロセスにおけるアーク電源および減圧機構のフィードバック制御をより緻密におこなうことについて説明するための概念図である。図１で説明した手法を用いて得られた改善製造条件データを用いることによって、この図に示すように、アーク電力、減圧条件、モールド回転数などのタイムテーブルにおいて、より緻密なフィードバックをかけることができる。その結果、設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　図３は、本実施形態の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。この製造条件設定支援装置１０００には、任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得する設計データ取得部１０４が設けられている。この設計データ取得部１０４は、熟練のオペレータ又はエンジニアが操作部１２４を通じて入力したシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得することができる。また、この設計データ取得部１０４は、外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の設計データをネットワーク１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、設計データに基づいてシリカガラスルツボの製造条件データを設定する製造条件データ設定部１４０が設けられている。この製造条件データ設定部１４０は、熟練のオペレータ又はエンジニアが操作部１２４を通じて入力したシリカガラスルツボの製造条件データ（例えば、アーク電力、減圧条件、モールド回転数などのタイムテーブル）を当初の製造条件データとして設定することができる。また、この製造条件データ設定部１４０は、外部のサーバ１２６に格納されている過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であった製造条件データをネットワーク１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、上記の製造条件によって得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを応力解析および熱流体解析などの数値解析手法を用いて得るシミュレーション部１１２を備える。また、この製造条件設定支援装置１０００には、上記のシミュレーション部１１２の計算エンジンが用いる物性パラメータを設定する物性パラメータ設定部１０６が設けられている。この物性パラメータ設定部１０６は、熟練のオペレータ又はエンジニアが操作部１２４を通じて入力したカーボンモールド、天然石英粉、合成シリカ粉、透明層、気泡含有層などについての物性パラメータ（例えば、密度、誘電率、透磁率、磁化率、剛性率、ヤング率、導電率、分極率、硬度、比熱、線膨張率、沸点、融点、ガラス転移点、伝熱係数、ポアソン比など）を当初の物性パラメータとして設定することができる。あるいは、この物性パラメータ設定部１０６は、外部のサーバ１２６に格納されている物性パラメータなどをネットワーク１１８を介して取得してもよい。または、この物性パラメータ設定部１０６は、物性パラメータ記憶部１４２に格納されている市販のシミュレーションソフトウェアに付属するデフォルトの物性パラメータを当初の物性パラメータとして用いることができる。

　この製造条件設定支援装置１０００には、上記の製造条件に基づいて実際に製造されたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部１０２が設けられている。この測定データ取得部１０２は、後述する測定装置１２８から測定データをネットワーク１１８を介してダイレクトに取得することができる。あるいは、この測定データ取得部１０２は、外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の測定データをネットワーク１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、上記の設計データ、上記のシミュレーションデータ、上記の測定データのうち２種類のデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する一致度判定部１１４が設けられている。この一致度判定部１１４は、既存の各種のパターンマッチング法を行うことができればよい。このようなパターンマッチングの手法としては残差マッチング、正規化相関法、位相限定相関、幾何マッチング、ベクトル相関、一般化ハフ変換などを好適に用いることができる。

　この製造条件設定支援装置１０００には、シミュレーションデータ又は製造条件データの出力部１１６が設けられている。この出力部１１６は、シミュレーションデータ又は製造条件データを画像表示部１２２を通して画像データとして出力することができる。また、この出力部１１６は、シミュレーションデータ又は製造条件データをネットワーク１２０を介して画像表示部１３０、プリンタ１３２、サーバ１３４などに出力することもできる。

　図４は、本実施形態の装置のシミュレーション部、製造条件データ設定部および物性パラメータ設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。この図に示すように、上記のシミュレーション部１１２には、伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８などを格納する計算エンジン記憶部２１０が設けられている。そして、このシミュレーション部１１２には、これらの伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８を計算エンジン記憶部２１０から読み込んで、応力解析および熱流体解析などの数値解析を行う解析部２０２も設けられている。

　上記の物性パラメータ設定部１０６には、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する改善物性パラメータ設定部４０２が設けられている。一致度判定部１１４においてシミュレーションデータおよび測定データの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、一致度判定部１１４が物性パラメータ設定部１０６に物性パラメータの変更命令を受け渡す。そして、この変更命令を受け取った物性パラメータ設定部１０６の改善物性パラメータ設定部４０２は、例えば、カーボンモールド、天然石英粉、合成シリカ粉、透明層、気泡含有層などについての物性パラメータ（例えば、密度、誘電率、透磁率、磁化率、剛性率、ヤング率、導電率、分極率、硬度、比熱、線膨張率、沸点、融点、ガラス転移点、伝熱係数、ポアソン比など）を変更する。こうして変更された改善物性パラメータはシミュレーション部１１２に受け渡される。この改善物性パラメータを受け取ったシミュレーション部１１２は、改善物性パラメータを用いて再度シミュレーションを行ってシミュレーション結果を一致度判定部１１４に受け渡す。この一連の動作が上記の一致度が所定の水準以上になるまで繰り返される。

　上記の製造条件データ設定部１４０には、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定する改善製造条件設定部３０２が設けられている。この改善製造条件設定部３０２には、アーク放電条件設定部３０２、回転数設定部３０４、減圧条件設定部３０６が設けられている。一致度判定部１１４において設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、一致度判定部１１４が製造条件データ設定部１４０に製造条件データの変更命令を受け渡す。そして、この変更命令を受け取った製造条件データ設定部１４０の改善製造条件設定部３０２は、アーク放電条件設定部３０２、回転数設定部３０４、減圧条件設定部３０６に製造条件データ（例えば、アーク電力、減圧条件、モールド回転数などのタイムテーブル）を変更させる。こうして変更された改善製造条件データはシミュレーション部１１２に受け渡される。この改善製造条件データを受け取ったシミュレーション部１１２は、改善製造条件データを用いて再度シミュレーションを行ってシミュレーション結果を一致度判定部１１４に受け渡す。この一連の動作が上記の一致度が所定の水準以上になるまで繰り返される。

　図５は、本実施形態の装置で用いるシリカガラスルツボの測定データのデータ構成について説明するためのデータテーブルである。この図に示すように、測定データ取得部１０２は、後述する測定装置１２８からこの図に示すようなデータ構造を有する測定データをネットワーク１１８を介してダイレクトに取得することができる。この測定データでは、それぞれの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅごとに、内側ＸＹＺ座標、外側ＸＹＺ座標、気泡含有率、ＦＴ－ＩＲスペクトル、ラマンスペクトル、表面粗さなどのデータがテーブル形式で記録されている。

　図６は、本実施形態の装置の動作を説明するためのフローチャートである。最初に、この製造条件設定支援装置１０００の電力がオンになり一連の動作が開始される。すると、まず、設計データ取得部１０４が外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の設計データをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０２）。次に、製造条件データ設定部１４０が、外部のサーバ１２６に格納されている過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であった製造条件データをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０４）。

　続いて、物性パラメータ設定部１０６が、外部のサーバ１２６に格納されている物性パラメータなどをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０６）。そして、シミュレーション部１１２が、上記の製造条件によって得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを応力解析および熱流体解析などの数値解析手法を用いて得る（Ｓ１０８）。

　他方、上記の製造条件データを用いて、電源、カーボン電極、カーボンモールド、減圧機構などを備えるシリカガラスルツボの製造装置によって、モールド上に積層したシリカ粉を熔融して実際にシリカガラスルツボを製造する（Ｓ１１０）。そして、測定データ取得部１０２が、上記の製造条件に基づいて実際に製造されたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する（Ｓ１１２）。

　その後、一致度判定部１１４が、上記のシミュレーションデータおよび上記の測定データを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する（Ｓ１１４）。具体的には、一致度判定部１１４においてシミュレーションデータおよび測定データの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回るかどうか判定する（Ｓ１１６）。もしも、シミュレーションデータおよび測定データの一致度が所定の水準を下回る場合には、改善物性パラメータ設定部４０２が一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する（Ｓ１１８）。この場合、シミュレーション部１１２が、改善物性パラメータを用いてシミュレーションをやり直す。一方、シミュレーションデータおよび測定データの一致度が所定の水準以上である場合には、その物性パラメータをそのまま使う。

　次に、一致度判定部１１４が、上記の設計データおよび上記のシミュレーションデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する（Ｓ１２０）。具体的には、一致度判定部１１４において設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回るかどうか判定する（Ｓ１２２）。もしも、設計データおよびシミュレーションデータの一致度が所定の水準を下回る場合には、改善製造条件設定部３０２が一致度が所定の水準以上となる改善製造条件データを設定する（Ｓ１２４）。この場合、シミュレーション部１１２が、改善製造条件データを用いてシミュレーションをやり直す。一方、設計データおよびシミュレーションデータの一致度が所定の水準以上である場合には、その製造条件データをそのまま使う。そして、出力部１１６が、シミュレーションデータ又は製造条件データをネットワーク１２０を介して画像表示部１３０、プリンタ１３２、サーバ１３４などに出力する（Ｓ１２６）。これで、一連の動作が終了する。

　＜シリカガラスルツボの三次元形状測定装置＞
　以下、図７～図１０を用いて、上記の実施形態で用いるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得するためのシリカガラスルツボの三次元形状測定方法を説明する。

　＜シリカガラスルツボ＞
　図７は、本実施形態の装置で用いるシリカガラスルツボの測定データをロボットアームおよび測距部を用いて測定する方法について説明するための測定工程図である。測定対象であるシリカガラスルツボ１１は、内表面側に透明層１３と、外表面側に気泡含有層１５を有するものであり、開口部が下向きになるように回転可能な回転台９上に載置されている。シリカガラスルツボ１１は、曲率が比較的大きいラウンド部１１ｂと、上面に開口した縁部を有する円筒状の側壁部１１ａと、直線または曲率が比較的小さい曲線からなるすり鉢状の底部１１ｃを有する。本実施形態において、ラウンド部とは、側壁部１１ａと底部１１ｃを連接する部分で、ラウンド部の曲線の接線がシリカガラスルツボの側壁部１１ａと重なる点から、底部１１ｃと共通接線を有する点までの部分のことを意味する。言い換えると、シリカガラスルツボ１１の側壁部１１ａが曲がり始める点が側壁部１１ａとラウンド部１１ｂの境界である。さらに、ルツボの底の曲率が一定の部分が底部１１ｃであり、ルツボの底の中心からの距離が増したときに曲率が変化し始める点が底部１１ｃとラウンド部１１ｂとの境界である。

　＜内部ロボットアーム、内部測距部＞
　ルツボ１１に覆われる位置に設けられた基台１上には、内部ロボットアーム５が設置されている。内部ロボットアーム５は、複数のアーム５ａと、これらのアーム５ａを回転可能に支持する複数のジョイント５ｂと、本体部５ｃを備える。本体部５ｃには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。内部ロボットアーム５の先端にはルツボ１１の内表面形状の測定を行う内部測距部１７が設けられている。内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面に対してレーザー光を照射し、内表面からの反射光を検出することによって内部測距部１７からルツボ１１の内表面までの距離を測定する。本体部５ｃ内には、ジョイント５ｂ及び内部測距部１７の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部５ｃ設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント５ｂを回転させてアーム５を動かすことによって、内部測距部１７を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、内部測距部１７をルツボ内表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ内表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、内部測距部１７の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図７（ａ）に示すようなルツボ１１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図７（ｂ）に示すように、ルツボ１１の底部１１ｃに向かって内部測距部１７を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、１～５ｍｍであり、例えば２ｍｍである。測定は、予め内部測距部１７内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、内部測距部１７内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部５ｃに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部５ｃに送られるようにする。内部測距部１７は、本体部５ｃとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。

　ルツボの開口部から底部１１ｃまでの測定が終わると、回転台９を少し回転させ、同様の測定行う。この測定は、底部１１ｃから開口部に向かって行ってもよい。回転台９の回転角は、精度と測定時間との考慮して決定されるが、例えば、２～１０度である。回転角が大きすぎると測定精度が十分でなく、小さすぎると測定時間が掛かりすぎる。回転台９の回転は、内蔵プログラム又は外部入力信号に基づいて制御される。回転台９の回転角は、ロータリーエンコーダ等によって検出可能である。回転台９の回転は、内部測距部１７及び後述する外部測距部１９の移動と連動してすることが好ましく、これによって、内部測距部１７及び外部測距部１９の三次元座標の算出が容易になる。

　後述するが、内部測距部１７は、内部測距部１７から内表面までの距離（内表面距離）、及び内部測距部１７から透明層１３と気泡含有層１５の界面までの距離（界面距離）の両方を測定することができる。ジョイント５ｂの角度はジョイント５ｂに設けられたロータリーエンコーダ等によって既知であるので、各測定点での内部測距部１７の位置の三次元座標及び方向が既知になるので、内表面距離及び界面距離が求まれば、内表面での三次元座標、及び界面での三次元座標が既知となる。そして、ルツボ１１の開口部から底部１１ｃまでの測定が、ルツボ１１の全周に渡って行われるので、ルツボ１１の内表面の三次元形状、及び界面の三次元形状が既知になる。また、内表面と界面の間の距離が既知になるので、透明層１３の厚さも既知になり、透明層の厚さの三次元分布が求められる。

　＜外部ロボットアーム、外部測距部＞
　ルツボ１１の外部に設けられた基台３上には、外部ロボットアーム７が設置されている。外部ロボットアーム７は、複数のアーム７ａと、これらのアームを回転可能に支持する複数のジョイント７ｂと、本体部７ｃを備える。本体部７ｃには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。外部ロボットアーム７の先端にはルツボ１１の外表面形状の測定を行う外部測距部１９が設けられている。外部測距部１９は、ルツボ１１の外表面に対してレーザー光を照射し、外表面からの反射光を検出することによって外部測距部１９からルツボ１１の外表面までの距離を測定する。本体部７ｃ内には、ジョイント７ｂ及び外部測距部１９の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部７ｃ設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント７ｂを回転させてアーム７を動かすことによって、外部測距部１９を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、外部測距部１９をルツボ外表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ外表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、外部測距部１９の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図７（ａ）に示すようなルツボ１１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図７（ｂ）に示すように、ルツボ１１の底部１１ｃに向かって外部測距部１９を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、１～５ｍｍであり、例えば２ｍｍである。測定は、予め外部測距部１９内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、外部測距分１９内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部７ｃに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部７ｃに送られるようにする。外部測距部１９は、本体部７ｃとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。

　内部測距部１７と外部測距部１９は、同期させて移動させてもよいが、内表面形状の測定と外表面形状の測定は独立して行われるので、必ずしも同期させる必要はない。

　外部測距部１９は、外部測距部１９から外表面までの距離（外表面距離）を測定することができる。ジョイント７ｂの角度はジョイント７ｂに設けられたロータリーエンコーダ等によって既知であるので、外部測距部１９の位置の三次元座標及び方向が既知になるので、外表面距離が求まれば、外表面での三次元座標が既知となる。そして、ルツボ１１の開口部から底部１１ｃまでの測定が、ルツボ１１の全周に渡って行われるので、ルツボ１１の外表面の三次元形状が既知になる。以上より、ルツボの内表面及び外表面の三次元形状が既知になるので、ルツボの壁厚の三次元分布が求められる。

＜距離測定の詳細＞
　次に、図８を用いて、内部測距部１７及び外部測距部１９による距離測定の詳細を説明する。
　図８に示すように、内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面側（透明層１３側）に配置され、外部測距部１９は、ルツボ１１の外表面側（気泡含有層１５側）に配置される。内部測距部１７は、出射部１７ａ及び検出部１７ｂを備える。外部測距部１９は、出射部１９ａ及び検出部１９ｂを備える。また、内部測距部１７及び外部測距部１９は、図示しない制御部及び外部端子を備える。出射部１７ａ及び１９ａは、レーザー光を出射するものであり、例えば、半導体レーザーを備えるものである。出射されるレーザー光の波長は、特に限定されないが、例えば、波長６００～７００ｎｍの赤色レーザー光である。検出部１７ｂ及び１９ｂは、例えばＣＣＤで構成され、光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理に基づいてターゲットまでの距離が決定される。

　内部測距部１７の出射部１７ａから出射されたレーザー光は、一部が内表面（透明層１３の表面）で反射し、一部が透明層１３と気泡含有層１５の界面で反射し、これらの反射光（内表面反射光、界面反射光）が検出部１７ｂに当たって検出される。図８から明らかなように、内表面反射光と界面反射光は、検出部１７ｂの異なる位置に当たっており、この位置の違いによって、内部測距部１７から内表面までの距離（内表面距離）及び界面までの距離（界面距離）がそれぞれ決定される。好適な入射角θは、内表面の状態、透明層１３の厚さ、気泡含有層１５の状態等によって、変化しうるが例えば３０～６０度である。

　図９は、市販のレーザー変位計を用いて測定された実際の測定結果を示す。図９に示すように、２つのピークが観察されており、Ｎｅａｒ側のピークが内表面反射光によるピークであり、Ｆａｒ側のピークが界面反射光によるピークに対応する。このように、透明層１３と気泡含有層１５の界面からの反射光によるピークもクリアに検出されている。従来は、このような方法で界面の特定がなされたことがなく、この結果は非常に斬新である。

　内部測距部１７から内表面までの距離が遠すぎる場合や、内表面又は界面が局所的に傾いている場合には、２つのピークが観測されない場合がある。その場合には、内部測距部１７を内表面に近づけたり、内部測距部１７を傾けてレーザー光の出射方向を変化させて、２つのピークが観測される位置及び角度を探索することが好ましい。また、２つのピークが同時に観測されなくても、ある位置及び角度において内表面反射光によるピークを観測し、別の位置及び角度において界面反射光によるピークを観測するようにしてもよい。また、内部測距部１７が内表面に接触することを避けるために、最大近接位置を設定しておいて、ピークが観測されない場合でも、その位置よりも内表面に近づけないようにすることが好ましい。

　また、透明層１３中に独立した気泡が存在する場合、この気泡からの反射光を内部測距部１７が検出してしまい、透明層１３と気泡含有層１５の界面を適切に検出できない場合がある。従って、ある測定点Ａで測定された界面の位置が前後の測定点で測定された界面の位置から大きく（所定の基準値を超えて）ずれている場合には、測定点Ａでのデータを除外してもよい。また、その場合、測定点Ａからわずかにずれた位置で再度測定を行って、得られたデータを採用してもよい。

　また、外部測距部１９の出射部１９ａから出射されたレーザー光は、外表面（気泡含有層１５）の表面で反射し、その反射光（外表面反射光）が検出部１９ｂに当たって検出され、検出部１９ｂ上での検出位置に基づいて外部測距部１９と外表面の間の距離が決定される。図１０は、市販のレーザー変位計を用いて測定された実際の測定結果を示す。図４に示すように、１つのピークのみが観察される。ピークが観測されない場合には、外部測距部１９を内表面に近づけたり、外部測距部１９を傾けてレーザー光の出射方向を変化させて、ピークが観測される位置及び角度を探索することが好ましい。

　本発明者らは、ルツボの性能向上や品質管理を容易にするには、ルツボの内表面の三次元形状や透明層の厚さの三次元分布のデータを取得することが必須であると考えたが、ルツボが透明体であるので、光学的に三次元形状を測定することは困難であった。ルツボ内表面に光を照射して画像を取得し、その画像を解析する方法も試してみたが、この方法では、画像の解析に非常に長い時間がかかるため、ルツボの内表面全体の三次元形状の測定には到底使えるものではなかった。

　このような状況において、本発明者らは、ルツボの内表面に対して斜め方向からレーザー光を照射したところ、ルツボ内表面からの反射光（内表面反射光）に加えて、透明層と気泡含有層の界面からの反射光（界面反射光）も検出が可能であることを見出した。透明層と気泡含有層の界面は、気泡含有率が急激に変化する面であるが、空気とガラスの界面のような明確な界面ではないため、透明層と気泡含有層の界面からの反射光が検出可能であることは驚くべき発見であった。そして、上記の実施形態のシリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置は、このようなシリカガラスルツボの三次元形状測定装置の開発があって初めて可能になったものである。

　＜シリカガラスルツボの三次元形状に関連付けられた特性値＞
　上記の設計データ、上記のシミュレーションデータ、上記の測定データは、いずれも上記のシリカガラスルツボの三次元形状に関連付けられた特性値のデータを含んでいてもよい。この特性値としては、例えば、気泡含有率、表面粗さ、赤外吸収スペクトルおよびラマンスペクトルから選ばれる１種以上の特性値を好適に用いることができる。

　この場合には、一致度判定部１１４は、上記の設計データ、上記のシミュレーションデータ、上記の測定データのうち２つのデータに含まれる特性値の一致度も判定するように構成される。そして、改善物性パラメータ設定部４０２は、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状又は特性値の一致度のいずれかが所定の水準を下回っている場合には、三次元形状及び特性値の一致度がともに所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するように構成される。また、改善製造条件データ設定部３０８は、設計データとの三次元形状及び特性値の一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定するように構成される。

　このように、三次元形状にくわえて、気泡含有率、表面粗さ、赤外吸収スペクトルおよびラマンスペクトルなどの特性値についても考慮に入れることによって、より一層シミュレーションの精度を高めることができる。その結果、設計データに対する三次元形状の一致度がさらに高いシリカガラスルツボを回転モールド法で製造することができる。

　＜ルツボの気泡分布の三次元分布の決定方法＞
　ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点において、各測定点に対応した位置のルツボの壁での気泡分布を測定することによって、気泡分布の三次元分布を決定する。各測定点でのルツボの壁での気泡分布の測定方法は、非接触式であれば特に限定されないが、焦点が合った面からの情報を選択的に取得することができる共焦点顕微鏡を用いれば気泡の位置が明確に分かるクリアな画像が取得できるので、高精度な測定が可能である。また、焦点位置をずらしながら各焦点位置の面において画像を取得して合成することによって気泡の三次元配置が分かり、各気泡のサイズが分かるので、気泡分布を求めることができる。焦点位置を移動させる方法としては、（１）ルツボを移動させたり、（２）プローブを移動させたり、（３）プローブの対物レンズを移動させたりする方法がある。

　測定点の配置は、特に限定されないが、例えば、ルツボの開口部から底部に向かう方向には５～２０ｍｍ間隔で配置し、円周方向には例えば１０～６０度間隔である。具体的な測定は、例えば、共焦点顕微鏡用プローブを内部ロボットアーム５の先端に取り付け、内部測距部１７と同様の方法で、非接触で内表面に沿って移動させる。内部測距部１７を移動させる際には、内表面の大雑把な三次元形状が分かっているだけで内表面の正確な三次元形状は分かっていなかったので、その大雑把な三次元形状に基づいて内部測距部１７を移動させていたが、気泡分布の測定時には、内表面の正確な三次元形状が分かっているので、共焦点顕微鏡用プローブを移動させる際に、内表面とプローブとの距離を高精度に制御することが可能である。

　共焦点顕微鏡用プローブをルツボの開口部から底部まで移動させ、その移動経路上の複数点で気泡分布を測定した後は、回転台９を回転させて、ルツボ１１の別の部位の気泡分布の測定を行う。このような方法でルツボの内表面全体に渡って気泡分布を測定することができ、その測定結果により、ルツボの気泡分布の三次元分布を決定することができる。

　＜ルツボの内表面の表面粗さの三次元分布の決定方法＞
　ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点において内表面の表面粗さを測定することによって、その三次元分布を決定する。各測定点での表面粗さの測定方法は、非接触式であれば特に限定されないが、焦点が合った面からの情報を選択的に取得することができる共焦点顕微鏡を用いれば、高精度な測定が可能である。また、共焦点顕微鏡を用いれば、表面の詳細な三次元構造の情報を取得することができるので、この情報を用いて表面粗さを求めることができる。表面粗さには、中心線平均粗さＲａ、最大高さＲｍａｘ、十点平均高さＲｚがあり、これらの何れを採用してもよく、表面の粗さを反映する別のパラメータを採用してもよい。なお、測定点の配置および具体的な測定方法は、上記のルツボの気泡分布の三次元分布の決定方法の場合と同様である。

　＜ルツボの内表面の赤外吸収スペクトルの三次元分布の決定方法＞
　ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点において内表面の赤外吸収スペクトルを測定することによって、その三次元分布を決定する。各測定点での赤外吸収スペクトルの測定方法は、非接触式であれば特に限定されないが、内表面に向けて赤外線を照射してその反射光を検出し、照射光のスペクトルと反射光のスペクトルの差分を求めることによって測定することができる。なお、測定点の配置および具体的な測定方法は、上記のルツボの気泡分布の三次元分布の決定方法の場合と同様である。なお、測定点の配置および具体的な測定方法は、上記のルツボの気泡分布の三次元分布の決定方法の場合と同様である。

　＜ルツボの内表面のラマンスペクトルの三次元分布の決定方法＞
　ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点において内表面のラマンスペクトルを測定することによって、その三次元分布を決定する。各測定点でのラマンスペクトルの測定方法は、非接触式であれば特に限定されないが、内表面に向けてレーザー光を照射してそのラマン散乱光を検出することによって測定することができる。なお、測定点の配置および具体的な測定方法は、上記のルツボの気泡分布の三次元分布の決定方法の場合と同様である。

　＜実施形態２：シリカガラスルツボを製造するためのモールドの設計データの設定を支援する装置＞
　図１１は、本実施形態の装置の動作原理を説明するための概念図である。本実施形態の装置を用いてシリカガラスルツボを製造するためのモールドの設計データを設定する際には、シリカガラスルツボを三次元ＣＡＤなどで設計した設計データをまず用意する。この三次元ＣＡＤの設計データは、二次元ＣＡＤの設計データを三次元ＣＡＤの設計データに変換したものであってもよい。

　次いで、そのシリカガラスルツボの設計データに基づいてモールドを製造するためのモールド設計データ（例えば、モールド三次元形状、モールド温度勾配、モールド減圧配管など）を設定する。この場合、当初のモールド設計データとしては、例えば、熟練のオペレータ又はエンジニアが過去の知識および経験に基づいて、適切であると判断したモールド設計データを設定してもよい。あるいは、当初のモールド設計データとしては、過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であったモールド設計データをそのまま用いてもよい。

　そして、この当初設定したモールド設計データ（三次元ＣＡＤデータ）を用いて、切削または研削加工が可能なＮＣ工作機械などを用いて、モールド設計データと略一致した三次元形状のカーボンモールドを削り出す。なお、現在のＮＣ工作機械の加工精度は非常に精密であるため、削り出されたカーボンモールドの三次元形状は、モールド設計データと略一致することとなる。

　次に、このモールド上に積層したシリカ粉（別名として、石英粉ともいう）を熔融してシリカガラスルツボを製造する。具体的には、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程によって、シリカガラスルツボを製造する。このとき、アーク熔融工程の初期にはシリカ粉層を強く減圧することによって気泡を除去して透明層を形成し、その後、減圧を弱くすることによって気泡が残留した気泡含有層を形成することによって、内表面側に透明層を有し、外表面側に気泡含有層を有する二層構造のシリカガラスルツボを形成することができる。

　また、上述の当初設定したモールド設計データを用いてシリカガラスルツボを製造した場合に得られると想定されるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを、例えば応力解析および熱流体解析などの数値解析手法を用いて生成する。このときに、カーボンモールド、天然石英粉、合成シリカ粉、透明層、気泡含有層などについての物性パラメータ（例えば、密度、誘電率、透磁率、磁化率、剛性率、ヤング率、導電率、分極率、硬度、比熱、線膨張率、沸点、融点、ガラス転移点、伝熱係数、ポアソン比など）を設定する。これらの物性パラメータとしては、市販のシミュレーションソフトウェアに付属するデフォルトの物性パラメータを当初の物性パラメータとして用いることができる。あるいは、熟練のオペレータ又はエンジニアが過去の知識および経験に基づいて、適切であると判断した物性パラメータを設定してもよい。

　続いて、その改善物性パラメータを用いた場合の設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、シリカガラスルツボを製造するためのモールド設計データ（例えば、モールド三次元形状、モールド温度勾配、モールド減圧配管など）を変更して、上記の一致度が所定の水準以上になるまでシミュレーションを繰り返す。その結果、上記の一致度が所定の水準以上になったモールド設計データを改善モールド設計データとして採用する。このような一致度を示す指標としては、既存の各種のパターンマッチング法を同様に用いることができる。

　このようにすれば、当初の物性パラメータに基づいて得られたシミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、その一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するため、シミュレーションデータおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。また、このようにすれば、設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られるモールド設計データを設定するため、設計データおよびシミュレーションデータの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。その結果、このようにすれば、シリカガラスルツボの設計データおよび測定データの三次元形状の一致度を所定の水準以上に高めることができる。すなわち、このようにすれば、シリカガラスルツボの設計データに対する三次元形状の一致度が高いシリカガラスルツボを製造することのできるモールドが得られる。

　図２は、本実施形態の装置を用いて得られた改善モールド設計データに基づいて製造されたモールドを用いて、シリカガラスルツボを製造することについて説明するための概念図である。なお、この概念図の内容は実施形態１と同様であるために説明を繰り返さない。

　図１２は、本実施形態の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。この製造条件設定支援装置１０００には、任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得するルツボ設計データ取得部１０４が設けられている。このルツボ設計データ取得部１０４は、熟練のオペレータ又はエンジニアが操作部１２４を通じて入力したシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得することができる。また、このルツボ設計データ取得部１０４は、外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の設計データをネットワーク１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、シリカガラスルツボの設計データに基づいてモールド設計データを設定するモールド設計データ設定部１４０が設けられている。このモールド設計データ１４０は、熟練のオペレータ又はエンジニアが操作部１２４を通じて入力したモールド設計データ（例えば、モールド三次元形状、モールド温度勾配、モールド減圧配管など）を当初のモールド設計データとして設定することができる。また、このモールド設計データ設定部１４０は、外部のサーバ１２６に格納されている過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であったモールド設計データをネットワーク１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、シミュレーションデータ又はモールド設計データの出力部１１６が設けられている。この出力部１１６は、シミュレーションデータ又はモールド設計データを画像表示部１２２を通して画像データとして出力することができる。また、この出力部１１６は、シミュレーションデータ又はモールド設計データをネットワーク１２０を介して画像表示部１３０、プリンタ１３２、サーバ１３４などに出力することもできる。

　図１３は、本実施形態の装置のシミュレーション部、製造条件データ設定部および物性パラメータ設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。この図に示すように、上記のシミュレーション部１１２には、伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８などを格納する計算エンジン記憶部２１０が設けられている。そして、このシミュレーション部１１２には、これらの伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８を計算エンジン記憶部２１０から読み込んで、応力解析および熱流体解析などの数値解析を行う解析部２０２も設けられている。

　上記のモールド設計データ設定部１４０には、シリカガラスルツボの設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られるモールド設計データを設定する改善モールド設計データ設定部３０２が設けられている。この改善モールド設計データ設定部３０２には、モールド三次元形状設定部３０２、モールド温度勾配設定部３０４、モールド減圧配管設定部３０６が設けられている。一致度判定部１１４においてシリカガラスルツボの設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回る場合には、一致度判定部１１４がモールド設計データ設定部１４０に製造条件データの変更命令を受け渡す。そして、この変更命令を受け取ったモールド設計データ設定部１４０の改善モールド設計データ設定部３０２は、モールド三次元形状設定部３０２、モールド温度勾配設定部３０４、モールド減圧配管設定部３０６にモールド設計データ（例えば、モールド三次元形状、モールド温度勾配、モールド減圧配管など）を変更させる。こうして変更された改善モールド設計データはシミュレーション部１１２に受け渡される。この改善モールド設計データを受け取ったシミュレーション部１１２は、改善モールド設計データを用いて再度シミュレーションを行ってシミュレーション結果を一致度判定部１１４に受け渡す。この一連の動作が上記の一致度が所定の水準以上になるまで繰り返される。

　図５は、本実施形態の装置で用いるシリカガラスルツボの測定データのデータ構成について説明するためのデータテーブルである。なお、このデータテーブルの構成は実施形態１と同様であるために説明を繰り返さない。

　図１４は、本実施形態の装置の動作を説明するためのフローチャートである。最初に、この製造条件設定支援装置１０００の電力がオンになり一連の動作が開始される。すると、まず、設計データ取得部１０４が外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の設計データをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０２）。次に、ルツボ設計データ設定部１４０が、外部のサーバ１２６に格納されている過去のシリカガラスルツボの製造記録において所定の型式のシリカガラスルツボの品質検査の結果が良好であったルツボ設計データをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０４）。

　続いて、物性パラメータ設定部１０６が、外部のサーバ１２６に格納されている物性パラメータなどをネットワーク１１８を介して取得する（Ｓ１０６）。そして、シミュレーション部１１２が、上記のルツボ設計データによって得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを応力解析および熱流体解析などの数値解析手法を用いて得る（Ｓ１０８）。

　他方、上記ルツボ設計データに基づいて製造されるカーボンモールドを用いて、電源、カーボン電極、減圧機構などを備えるシリカガラスルツボの製造装置によって、モールド上に積層したシリカ粉を熔融して実際にシリカガラスルツボを製造する（Ｓ１１０）。そして、測定データ取得部１０２が、上記の製造条件に基づいて実際に製造されたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する（Ｓ１１２）。

　次に、一致度判定部１１４が、上記のシリカガラスルツボの設計データおよび上記のシミュレーションデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する（Ｓ１２０）。具体的には、一致度判定部１１４においてシリカガラスルツボの設計データおよびシミュレーションデータの一致度を計算してその一致度が所定の水準を下回るかどうか判定する（Ｓ１２２）。もしも、シリカガラスルツボの設計データおよびシミュレーションデータの一致度が所定の水準を下回る場合には、改善ルツボ設計データ設定部３０２が一致度が所定の水準以上となる改善ルツボ設計データを設定する（Ｓ１２４）。この場合、シミュレーション部１１２が、改善ルツボ設計データを用いてシミュレーションをやり直す。一方、シリカガラスルツボの設計データおよびシミュレーションデータの一致度が所定の水準以上である場合には、そのルツボ設計データをそのまま使う。そして、出力部１１６が、シミュレーションデータ又はモールド設計データをネットワーク１２０を介して画像表示部１３０、プリンタ１３２、サーバ１３４などに出力する（Ｓ１２６）。これで、一連の動作が終了する。

　＜シリカガラスルツボの三次元形状測定装置＞
　図７～図１０は、上記の実施形態で用いるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得するためのシリカガラスルツボの三次元形状測定方法について説明するための図である。なお、このシリカガラスルツボの三次元形状測定方法については、実施形態１と同様であるために説明を繰り返さない。

　＜実施形態３：シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置＞
　図１５は、本実施形態の装置の動作原理を説明するための概念図である。本実施形態では、まず、電源、カーボン電極、カーボンモールド、減圧機構などを備えるシリカガラスルツボの製造装置を用いて、モールド上に積層したシリカ粉（別名として、石英粉ともいう）を熔融してシリカガラスルツボを製造する。具体的には、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程によって、シリカガラスルツボを製造する。

　次いで、後述するロボットアームを用いてこのシリカガラスルツボの三次元形状を測定して、シリカガラスルツボの三次元形状の測定データを得る。

　その後、ユーザの要求に応じて、このシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを提供する。

　そして、その測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションを行って、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる引上条件を設定する。続いて、その結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる引上条件をユーザに提供する。その結果、ユーザは、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定を容易に行うことができる。

　図１６は、本実施形態の装置を用いて得られたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを用いて、ユーザが単結晶シリコンの引上げプロセスにおける多結晶シリコン原料のチャージおよび熔融を適切におこなうことについて説明するための概念図である。シリコン単結晶の引き上げ時には、図１６（ａ）に示すように、ルツボ１１内に多結晶シリコン２１を充填し、この状態でルツボ１１の周囲に配置されたカーボンヒーターで多結晶シリコンを加熱して熔融させて、図１６（ｂ）に示すように、シリコン融液２３を得る。

　シリコン融液２３の体積は、多結晶シリコン２１の質量によって定まるので、シリコン融液２３の液面２３ａの高さ位置Ｈは、多結晶シリコン２１の質量とルツボ１１の内表面の三次元形状によって決まる。本実施形態によれば、ルツボ１１の内表面の三次元形状の測定データが提供されるので、ルツボ１１の任意の高さ位置までの容積が特定され、従って、シリコン融液２３液面２３ａの高さ位置Ｈが決定される。シリコン融液２３の初期液面の高さ位置Ｈが決定された後は、種結晶の先端を高さ位置Ｈまで下降させてシリコン融液２３に接触させ、その後、ゆっくりと引き上げることによって、シリコン単結晶を製造することができる。

　図１７は、本実施形態の装置を用いて得られた引上条件のデータを用いて、ユーザが単結晶シリコンの引上げプロセスにおける加熱温度、引上げ速度及び回転数のフィードバック制御をより緻密におこなうことについて説明するための概念図である。シリコン単結晶の引き上げ時には、ルツボ１１内に多結晶シリコンを充填し、この状態でルツボ１の周囲に配置されたカーボンヒーターで多結晶シリコンを加熱して熔融させて、図１７（ａ）に示すように、シリコン融液２３を得る。

　シリコン融液２３の体積は、多結晶シリコン２１の質量によって定まるので、シリコン融液２３の液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０は、多結晶シリコン２１の質量とルツボ１１の内表面の三次元形状によって決まる。本実施形態によれば、ルツボ１１の内表面の三次元形状の測定データが提供されるので、ルツボ１１の任意の高さ位置までの容積が特定され、従って、シリコン融液２３液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０が決定される。

　シリコン融液２３の液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０が決定された後は、図１７（ａ）に示すように、種結晶２４の先端を高さ位置Ｈ０まで下降させてシリコン融液２３に接触させ、その後、本実施形態で提供される加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件に従って、ゆっくりと引き上げることによって、シリコン単結晶２５の引き上げを行う。

　図１７（ｂ）に示すように、シリコン単結晶２５の直胴部（直径が一定の部位）を引き上げているときに、液面２３ａがルツボ１１の側壁部１１ａに位置している場合には、本実施形態で提供される加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件に従って、一定の速度で引き上げると液面２３ａの降下速度Ｖはほぼ一定になるので、引き上げの制御は容易である。

　しかし、図１７（ｃ）に示すように、液面２３ａがルツボ１１のラウンド部１１ｂに到達すると、液面２３ａの下降に伴ってその面積が急激に縮小するので、液面２３ａの降下速度Ｖが急激に大きくなる。降下速度Ｖは、ラウンド部１１ｂの内表面形状に依存しているが、この内表面形状がルツボ毎に若干異なっているので、降下速度Ｖがどのように変化するのかを事前に把握することは困難であり、引き上げの自動化の妨げになっていた。

　本実施形態では、後述する方法によって、ルツボの内表面の三次元形状を正確に測定するので、ラウンド部１１ｂの内表面形状（ラウンド部の凹凸のデータ）が事前に分かり、従って、降下速度Ｖがどのように変化するのかを正確に予測することができるので、その予測に基づいて、シリコン単結晶２５の引き上げ速度等の引き上げ条件を決定してユーザに提供することによって、ラウンド部１１ｂにおいても有転位化を防止し且つ引き上げを自動化することが可能である。

　図１８は、本実施形態の装置の全体構成を説明するための機能ブロック図である。この製造条件設定支援装置１０００には、ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定可能なルツボ特定情報を取得するルツボ特定情報取得部１４０が設けられている。このルツボ特定情報取得部１４０は、ユーザがユーザ端末１５２で入力したシリカガラスルツボの型式、製造ロット、シリアルナンバーなどのシリカガラスルツボを個別に特定可能な情報をインターネット１５０および構内ＬＡＮ１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、上記のルツボ特定情報によって個別に特定されるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部１０２が設けられている。この測定データ取得部１０２は、外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを構内ＬＡＮ１１８を介して取得してもよい。

　この製造条件設定支援装置１０００には、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、上記の測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションデータを得るシミュレーション部１１２が設けられている。

　この製造条件設定支援装置１０００には、上記のシミュレーション部１１２が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件を設定し、当初の引上条件に基づいて得られたシミュレーションデータの結晶欠陥の発生率が所定の水準を超えている場合には、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する引上条件設定部１１４が設けられている。

　この製造条件設定支援装置１０００には、上記の引上げ条件を出力する出力部１１６が設けられている。この出力部１１６は、シリカガラスルツボの三次元形状の測定データ又はシリコン単結晶の引上条件を構内ＬＡＮ１１８およびインターネット１５０を介してユーザ端末１５２に出力することができる。

　図１９は、本実施形態の装置のシミュレーション部、および引上条件設定部の詳しい構成を説明するための機能ブロック図である。この図に示すように、上記のシミュレーション部１１２には、伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８などを格納する計算エンジン記憶部２１０が設けられている。そして、このシミュレーション部１１２には、これらの伝熱計算エンジン２０４、流体計算エンジン２０６、構造計算エンジン２０８を計算エンジン記憶部２１０から読み込んで、応力解析および熱流体解析などの数値解析を行う解析部２０２も設けられている。

　このシミュレーション部１１２には、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生について予測する結晶欠陥予測部１０６が設けられている。この結晶欠陥予測部１０６には、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶構造のシミュレーションを行う結晶構造計算部４０２が設けられている。また、このシミュレーション部１１２には、結晶欠陥の発生率が超えてはいけない所定の水準（閾値）を記憶している閾値記憶部４０４が設けられている。

　一方、引上条件設定部１１４には、シミュレーション部１１２が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件をデフォルトの引上条件に設定するデフォルト引上条件設定部３１０が設けられている。このデフォルト引上条件設定部３１０は、デフォルト記憶部３１２からそのシリカガラスルツボの型式の場合に一般的に用いられるデフォルト引上条件を読み出す。また、引上条件設定部１１４には、当初の引上条件に基づいて得られたシミュレーションデータの結晶欠陥の発生率が閾値記憶部４０４に格納されている所定の水準（閾値）を超えている場合には、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する改善引上条件設定部３０８が設けられている。この改善引上条件設定部３０８には、シミュレーション部１１２が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件をそれぞれ設定する加熱温度設定部３０２、引上速度設定部３０４、回転数設定部３０６が設けられている。この改善引上条件設定部３０８は、デフォルト引上条件では結晶欠陥の発生率が所定の水準を超える場合には、そのシリカガラスルツボの三次元形状の個別の測定データおよび後述の追加情報を考慮に入れた上で、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する。

　ここで、図１８に戻ると、この製造条件設定支援装置１０００には、ユーザにより入力された多結晶シリコン原料、引上装置の直径（又は引上装置のメーカー名、シリーズ名など）、印加される磁場の強さ（磁場の有無の入力を含む）、引き上げるシリコン単結晶のサイズ、引き上げるシリコン単結晶の長さ、加熱方式（高周波誘導、カーボンヒータなど）、雰囲気ガスの種類（アルゴン、窒素、水素ガスなど）、雰囲気ガスの減圧度、連続引上条件、追加原料チャージ条件及び保管条件（天候条件、保管期間など）からなる群から選ばれる１種以上の追加情報を取得する追加情報取得部１０４がさらに設けられている。なお、天候条件は、保管中のルツボに湿度・温度が効いてくる（クラックが広がる）ために重要な情報である。この追加情報取得部１０４は、ユーザがユーザ端末１５２で入力したこれらの追加情報をインターネット１５０および構内ＬＡＮ１１８を介して取得してもよい。

　これらの追加情報を考慮に入れてシミュレーション部１１２がシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生について予測する場合には、シミュレーションの精度がさらに向上する。そのために、引上条件設定部１１４がさらに適切な引上条件を設定することができる。その結果、ユーザは、シリカガラスルツボ毎の特性に適した単結晶シリコンの引上条件の設定をさらに容易に行うことができる。

　図２０は、本実施形態の装置の動作を説明するためのフローチャートである。最初に、この製造条件設定支援装置１０００の電力がオンになり一連の動作が開始される。すると、まず、ルツボ特定情報取得部１０４が、ユーザがユーザ端末１５２で入力したシリカガラスルツボの型式、製造ロット、シリアルナンバーなどのシリカガラスルツボを個別に特定可能な情報をインターネット１５０および構内ＬＡＮ１１８を介して取得する（Ｓ１０２）。すると、測定データ取得部１０２が、外部のサーバ１２６に格納されているシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを構内ＬＡＮ１１８を介して取得する（Ｓ１０４）。

　一方、追加情報取得部１０４が、ユーザがユーザ端末１５２で入力した結晶シリコン原料、引上装置の直径、印加される磁場の強さ、引き上げるシリコン単結晶のサイズ、引き上げるシリコン単結晶の長さ、加熱方式、雰囲気ガスの種類、雰囲気ガスの減圧度、連続引上条件、追加原料チャージ条件及び保管条件などの追加情報を取得するをインターネット１５０および構内ＬＡＮ１１８を介して取得する（Ｓ１０６）。

　その後、シミュレーション部１１２が、伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、上記の測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションデータを得る（Ｓ１０８）。

　そして、引上条件設定部１１４が、上記のシミュレーション部１１２が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件を設定し、当初の引上条件に基づいて得られたシミュレーションデータの結晶欠陥の発生率が所定の水準を超えているかどうか判定する（Ｓ１１０）。その結果、引上条件設定部１１４は、結晶欠陥の発生率が所定の水準を超えている場合には、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する（Ｓ１１２）。一方、引上条件設定部１１４は、結晶欠陥の発生率が所定の水準以下の場合には、その引上条件をそのまま用いる。

　そして、出力部１１６が、シリカガラスルツボの三次元形状の測定データ又はシリコン単結晶の引上条件を構内ＬＡＮ１１８およびインターネット１５０を介してユーザ端末１５２に出力する（Ｓ１１４）。こうして一連の動作が終了する。

Claims

　シリカガラスルツボの製造条件の設定を支援する装置であって、
　任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得する設計データ取得部と、
　前記設計データに基づいてシリカガラスルツボの製造条件データを設定する製造条件データ設定部と、
　伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、前記製造条件によって得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、
　前記計算エンジンが用いる物性パラメータを設定する物性パラメータ設定部と、
　前記製造条件に基づいて製造されたシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、
　前記設計データ、前記シミュレーションデータ、前記測定データのうち２種類のデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する一致度判定部と、
　前記シミュレーションデータ又は製造条件データの出力部と、
　を備え、
　前記物性パラメータ設定部は、当初の物性パラメータに基づいて得られた前記シミュレーションデータおよび前記測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、前記一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する改善物性パラメータ設定部を有しており、
　前記製造条件設定部は、前記設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定する改善製造条件データ設定部を有している、
　装置。
　請求項１に記載の装置において、
　前記シミュレーション部は、前記計算エンジンを用いて、応力解析または熱流体解析を実行可能に構成されている、
　装置。
　請求項１に記載の装置において、
　前記設計データ、前記シミュレーションデータ、前記測定データは、いずれも前記シリカガラスルツボの三次元形状に関連付けられた特性値のデータを含み、
　前記一致度判定部は、前記両者の特性値の一致度も判定するように構成されており、
　前記改善物性パラメータ設定部は、当初の物性パラメータに基づいて得られた前記シミュレーションデータおよび前記測定データの三次元形状又は特性値の一致度のいずれかが所定の水準を下回っている場合には、三次元形状及び特性値の一致度がともに所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定するように構成されており、
　前記改善製造条件データ設定部は、前記設計データとの三次元形状及び特性値の一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる製造条件を設定するように構成されている、
　装置。
　請求項３に記載の装置において、
　前記特性値が、気泡含有率、表面粗さ、赤外吸収スペクトルおよびラマンスペクトルから選ばれる１種以上の特性値である、
　装置。
　請求項１に記載の装置によって得られる、シミュレーションデータ。
　請求項１に記載の装置によって得られる、改善製造条件データ。
　シリカガラスルツボの製造用のモールドの製造条件の設定を支援する装置であって、
　任意の型式、製造ロット又はシリアルナンバーのシリカガラスルツボの三次元形状の設計データを取得するルツボ設計データ取得部と、
　前記ルツボ設計データに基づいてモールドの三次元形状の設計データを設定するモールド設計データ設定部と、
　伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、前記モールド設計データ通りの三次元形状のモールド上でシリカ粉末をアーク熔融して得られるシリカガラスルツボの三次元形状のシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、
　前記計算エンジンが用いる物性パラメータを設定するパラメータ設定部と、
　前記モールド設計データに基づいて製造されるモールド上でシリカ粉末をアーク熔融して得られるシリカガラスルツボの三次元形状のルツボ測定データを取得するルツボ測定データ取得部と、
　前記ルツボ設計データ、前記シミュレーションデータ、前記ルツボ測定データのうち２種類のデータを比較対照して、両者の三次元形状の一致度を判定する一致度判定部と、
　前記シミュレーションデータ又はモールド設計データの出力部と、
　を備え、
　前記物性パラメータ設定部は、当初の物性パラメータに基づいて得られた前記シミュレーションデータおよび前記ルツボ測定データの三次元形状の一致度が所定の水準を下回っている場合には、前記一致度が所定の水準以上となる改善物性パラメータを設定する改善物性パラメータ設定部を有しており、
　前記モールド設計データ設定部は、前記ルツボ設計データとの一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる改善モールド設計データを設定する改善モールド設計データ設定部を有している、
　装置。
　請求項７に記載の装置において、
　前記シミュレーション部は、前記計算エンジンを用いて、応力解析または熱流体解析を実行可能に構成されている、
　装置。
　請求項７に記載の装置において、
　前記ルツボ設計データ、前記シミュレーションデータ、前記ルツボ測定データは、いずれも前記シリカガラスルツボの三次元形状に関連付けられた特性値のデータを含み、
　前記一致度判定部は、前記両者の特性値の一致度も判定するように構成されており、
　前記改善パラメータ設定部は、当初のパラメータに基づいて得られた前記シミュレーションデータおよび前記ルツボ測定データの三次元形状又は特性値の一致度のいずれかが所定の水準を下回っている場合には、三次元形状及び特性値の一致度がともに所定の水準以上となる改善パラメータを設定するように構成されており、
　前記改善モールド設計データ設定部は、前記改善パラメータを用いた場合に、前記ルツボ設計データとの三次元形状及び特性値の一致度が所定の水準以上となるシミュレーションデータが得られる改善モールド設計データを設定するように構成されている、
　装置。
　請求項９に記載の装置において、
　前記特性値が、気泡含有率、表面粗さ、赤外吸収スペクトルおよびラマンスペクトルから選ばれる１種以上の特性値である、
　装置。
　請求項７に記載の装置によって得られる、シミュレーションデータ。
　請求項７に記載の装置によって得られる、改善モールド設計データ。
　シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置であって、
　ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定可能なルツボ特定情報を取得するルツボ特定情報取得部と、
　前記ルツボ特定情報によって個別に特定されるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、
　伝熱計算、流体計算及び構造計算からなる群から選ばれる１種以上の計算が可能な計算エンジンを用いて、前記測定データ通りの三次元形状のシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションデータを得るシミュレーション部と、
　前記シミュレーション部が用いる加熱温度、引上げ速度及び回転数を含む引上条件を設定し、当初の引上条件に基づいて得られた前記シミュレーションデータの結晶欠陥の発生率が所定の水準を超えている場合には、前記結晶欠陥の発生率が所定の水準以下となる改善引上条件を設定する引上条件設定部と、
　前記引上げ条件を出力する出力部と、
　を備える、
　装置。
　請求項１３に記載の装置において、
　前記シミュレーション部は、前記計算エンジンを用いて、応力解析または熱流体解析を実行可能に構成されている、
　装置。
　請求項１３に記載の装置において、
　前記測定データが、前記シリカガラスルツボの三次元形状に関連付けられた特性値のデータを含み、
　前記シミュレーション部は、前記測定データ通りの三次元形状及び特性値を有するシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引上げを行った場合の結晶欠陥の発生についてシミュレーションデータを得るように構成されている、
　装置。
　請求項１５に記載の装置において、
　前記特性値が、気泡含有率、表面粗さ、赤外吸収スペクトル及びラマンスペクトルから選ばれる１種以上の特性値である、
　装置。
　請求項１３に記載の装置において、
　前記測定データが、前記シリカガラスルツボのラウンド部の凹凸のデータを含み、
　前記引上条件が、前記ラウンド部近辺での引き上げ速度、加熱温度及び回転数のタイムテーブルを含む、
　装置。
　請求項１３に記載の装置において、
　ユーザにより入力された多結晶シリコン原料、引上装置の直径、印加される磁場の強さ、引き上げるシリコン単結晶のサイズ、引き上げるシリコン単結晶の長さ、加熱方式、雰囲気ガスの種類、雰囲気ガスの減圧度、連続引上条件、追加原料チャージ条件及び保管条件からなる群から選ばれる１種以上の追加情報を取得する追加情報取得部をさらに備える、
　装置。
　請求項１３に記載の装置において、
　前出力部が、前記測定データをさらに出力するように構成されている、
　装置。
　シリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶引上げの条件設定を支援する装置であって、
　ユーザにより入力されたシリカガラスルツボを個別に特定可能なルツボ特定情報を取得するルツボ特定情報取得部と、
　前記ルツボ特定情報によって個別に特定されるシリカガラスルツボの三次元形状の測定データを取得する測定データ取得部と、
　前記測定データを出力する出力部と、
　を備える、
　装置。