WO2017110966A1 - ルツボ管理システム、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法、ホモエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

ルツボ管理システム、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法、ホモエピタキシャルウェーハの製造方法 Download PDF

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silica glass
glass crucible
image data
distance
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俊明 須藤
忠広 佐藤
賢 北原
江梨子 北原
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株式会社Sumco
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a crucible management system that manages measurement results of silica glass crucibles, a crucible management method, a silica glass crucible manufacturing method, a silicon ingot manufacturing method, and a homoepitaxial wafer manufacturing method.
  • a silicon single crystal (silicon ingot) is manufactured by the Czochralski method (CZochralski) using a silica glass crucible.
  • CZochralski Czochralski
  • first, polycrystalline silicon is filled into a silica glass crucible.
  • the polycrystalline silicon is melted into the silicon melt by heating with a carbon heater or the like disposed around the silica glass crucible.
  • a silicon single crystal seed crystal is brought into contact with the molten silicon melt and gradually pulled up while rotating.
  • the silicon single crystal is grown by using the seed crystal of the silicon single crystal as a nucleus.
  • the pulling of the silicon single crystal is performed at a temperature of about 1450 to 1500 ° C. This is a temperature exceeding 1200 to 1300 ° C. which is the softening point of the silica glass crucible.
  • a silica glass crucible used in manufacturing the silicon single crystal includes a cylindrical side wall, a curved bottom, and a corner having a larger curvature than the bottom by connecting the side and the bottom. It is a shape and the upper end surface of the side wall part of the silica glass crucible is formed as an annular flat surface. Further, the silica glass crucible includes, for example, a transparent layer in which bubbles cannot be observed based on visual observation or image data, and a bubble-containing layer in which bubbles are observed, from the inner surface to the outer surface of the silica glass crucible. It is comprised with the layer of. Silica glass crucibles are manufactured in various sizes such as 28 inches (about 71 cm), 32 inches (about 81 cm), 36 inches (about 91 cm), and 40 inches (about 101 cm) in diameter.
  • the pulling of the silicon single crystal is performed at a temperature exceeding the softening point of silica glass. Therefore, when the silicon single crystal is pulled, the silica glass crucible is deformed. Therefore, generally, a silica glass crucible is used for every pulling of a silicon single crystal. That is, the silica glass crucible needs to be prepared separately for each pulling of the silicon single crystal.
  • the silica glass crucible as described above is manufactured by using, for example, a rotational mold method. That is, the silica glass crucible is formed by depositing silica powder on the inner surface of a rotating mold (made of carbon) to form a silica powder layer, and arc melting the deposited silica powder layer while reducing the pressure. To manufacture. When performing arc melting, the silica glass crucible having a transparent layer and a bubble-containing layer can be produced by strongly reducing the pressure of the silica powder in the initial stage of arc melting and then reducing the pressure reduction.
  • the silica glass crucible is manufactured by the rotational mold method as described above. Due to such a manufacturing method, the silica glass crucible cannot be manufactured as designed. Therefore, the shape of the manufactured silica glass crucible and the characteristics of the inner surface may be deviated from the design drawing. Therefore, the manufactured silica glass crucible is measured and inspected, such as whether or not the manufactured silica glass crucible is as designed.
  • Patent Document 1 describes a method for measuring the three-dimensional shape of a silica glass crucible using an internal distance measuring unit that moves in a non-contact manner along the inner surface of the silica glass crucible. Specifically, the internal distance measuring unit irradiates laser light toward the silica glass crucible, and detects the inner surface reflected light from the inner surface and the interface reflected light from the interface. Then, the internal distance measuring unit calculates a distance between the internal distance measuring unit and the inner surface and a distance between the internal distance measuring unit and the interface based on the detection result.
  • Patent Document 1 Thereafter, according to Patent Document 1, the three-dimensional coordinates of the measurement point are associated with the inner surface distance and the interface distance. Thereby, the three-dimensional shape of the inner surface and the interface can be obtained. According to Patent Document 1, by having the configuration as described above, the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible can be measured nondestructively.
  • Patent Document 2 includes a step of measuring a three-dimensional shape of the inner surface of a silica glass crucible with an internal distance measuring unit, a step of (1) measuring a three-dimensional shape of a foreign object, and (2) a step of measuring a three-dimensional distribution of strain. A method for evaluating a silica glass crucible having any of the steps is described.
  • Patent Document 3 describes a technique of irradiating laser light, specifying an impurity component from the wavelength and intensity of fluorescence generated by the irradiation, and calculating the content of the impurity component. Specifically, according to Patent Document 3, a matching oil thin film is formed on the inner surface of a silica glass crucible, and laser light is totally reflected at the interface between the silica glass crucible and the matching oil to generate an evanescent wave. Then, the tendency intensity obtained from the molecule of the impurity component excited by the evanescent wave is measured. According to Patent Document 3, according to the above configuration, it is possible to specify the impurity component present in the phrase surface layer of the silica glass crucible and to detect the content.
  • Patent Document 4 discloses a silica glass crucible inspection method in which ultraviolet light having a wavelength of 365 nm is irradiated on a side surface of a silica glass crucible, and the number of fluorescent spots having a wavelength within a range of 420 nm to 600 nm generated on a silica glass crucible wall surface is measured. Is described. According to Patent Document 4, with the above configuration, impurities localized in the silica glass crucible can be easily detected.
  • Patent Documents 1 to 4 are techniques for measuring and inspecting a silica glass crucible. Therefore, a real silica glass crucible is required for measurement and inspection.
  • the object of the present invention is to provide a crucible management system, a crucible management method, and a crucible management method that can solve the problem that the cause of the problem cannot be determined by investigating the silica glass crucible before deformation after pulling the silicon single crystal.
  • the object is to provide a method for producing a silica glass crucible, a method for producing a silicon ingot, and a method for producing a homoepitaxial wafer. That is, the present invention predicts the deformability of the silica glass crucible during or after the pulling before the silica glass crucible is used for pulling the silicon single crystal (before use), and the silicon accompanying the crucible deformation.
  • An object of the present invention is to suppress generation of crystal defects in a single crystal (ingot) and to provide a high-quality silicon single crystal and a homoepitaxial wafer.
  • a crucible management system includes: Internally reflected light detecting means for irradiating laser light toward the inner surface of the silica glass crucible and detecting the inner surface reflected light reflected by the inner surface of the silica glass crucible; Based on the detection result by the internal reflection light detection means, the inner surface distance that is the distance between the position of the internal reflection light detection means and the inner surface of the silica glass crucible when the inner surface reflection light is detected is calculated.
  • Internal distance calculating means for The position of the inner surface of the silica glass crucible based on the inner surface distance and the three-dimensional coordinates indicating the position of the inner reflected light detection means when detecting the inner surface reflected light from which the inner surface distance is calculated
  • Coordinate calculating means for calculating inner surface coordinates which are three-dimensional coordinates indicating
  • Inner surface image data acquisition means for acquiring image data of the inner surface of the silica glass crucible
  • Crucible data information storage means for storing, as crucible data information for each silica glass crucible, information associating the image data acquired by the inner surface image data acquisition means and the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data; It has a configuration of having
  • the inner distance calculating means calculates the inner surface distance based on the inner surface reflected light detected by the inner reflected light detecting means. Further, using the calculated inner surface distance, the coordinate calculating means calculates inner surface coordinates which are three-dimensional coordinates where the inner surface of the silica glass crucible is located. Further, the inner surface image data acquisition means acquires image data of the inner surface of the silica glass crucible. Then, the image data and the corresponding inner surface coordinates are stored in association with each other.
  • information in which the image data of the inner surface of the silica glass crucible is associated with the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data is stored as the crucible data information for each silica glass crucible.
  • the crucible management method Irradiate laser light toward the inner surface of the silica glass crucible, detect the inner surface reflected light reflected from the inner surface of the silica glass crucible, Based on the detection result, calculate the inner surface distance that is the distance between the position when detecting the inner surface reflected light and the inner surface of the silica glass crucible, The three-dimensional coordinates indicating the position of the inner surface of the silica glass crucible based on the inner surface distance and the three-dimensional coordinates indicating the position when the inner surface reflected light that is the calculation source of the inner surface distance is detected.
  • the method for producing a silica glass crucible which is another embodiment of the present invention, Irradiate laser light toward the inner surface of the silica glass crucible, detect the inner surface reflected light reflected by the inner surface of the silica glass crucible, and based on the detection result, the position when the inner surface reflected light is detected A three-dimensional coordinate indicating a position when the inner surface distance, which is a distance between the inner surface of the silica glass crucible, is calculated, and the inner surface reflected light that is a calculation source of the inner surface distance is detected.
  • a configuration is adopted that includes a step of associating and storing the image data of the inner surface of the silica glass crucible in the inner surface coordinates as crucible data information for each silica glass crucible.
  • the method for producing a silicon ingot according to another embodiment of the present invention A configuration is adopted in which the method includes the step of pulling up the silicon single crystal using the silica glass crucible manufactured by the silica glass crucible manufacturing method described above.
  • a method for producing a homoepitaxial wafer includes a step of forming a substrate portion by a wafer formed by cutting out a silicon ingot produced by the above method, and a step of forming a silicon single crystal on the substrate portion. Forming an epitaxial layer.
  • the present invention is configured as described above, and can solve the problem that the cause cannot be identified by investigating the silica glass crucible before deformation after pulling the silicon single crystal.
  • (A)-(c) is a schematic diagram explaining the manufacturing method of the silicon single crystal using the silica glass crucible concerning this embodiment. It is a schematic diagram which illustrates the ingot of a silicon single crystal.
  • (A)-(c) is a schematic diagram explaining pull-up control. It is a figure which shows the variation
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the silica glass crucible 1.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the crucible management system 2.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration that can be included in the measurement apparatus 3 shown in FIG. 4 and 5 are diagrams illustrating an example of the configuration of the internal distance measuring unit 31.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing an example of the configuration of the external distance measuring unit 32.
  • FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of the silica glass crucible 1.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the crucible management system 2.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration that can be included in the measurement apparatus 3 shown in FIG. 4 and 5 are diagrams illustrating an example of the configuration of the internal distance measuring unit 31.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing an example of the configuration of the external distance measuring unit 32.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the details of distance measurement by the internal distance measuring unit 31 and the external distance measuring unit 32.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the distorted image acquisition unit 35.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of the crucible shape information 421.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of the internal image information 422.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the external image information 423.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the distortion image information 424.
  • FIG. 14 is a flowchart showing an example of the operation when the crucible management system 2 calculates and stores the inner surface coordinates.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of the operation when the crucible management system 2 calculates and stores the interface coordinates.
  • FIG. 16 is a flowchart showing an example of the operation when the crucible management system 2 calculates and stores the outer surface coordinates.
  • FIG. 17 is a flowchart illustrating an example of an operation when the crucible management system 2 acquires and stores image data.
  • a crucible management system 2 that measures the manufactured silica glass crucible 1 and stores and manages the measurement result in the storage device 42 will be described.
  • the crucible management system 2 in the present embodiment calculates and stores shape data (for example, inner surface coordinates, outer surface coordinates, interface coordinates) of the silica glass crucible 1.
  • the crucible management system 2 stores the image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 and the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data of the inner surface in association with each other.
  • the crucible management system 2 stores distortion image data indicating distortion generated in the silica glass crucible 1.
  • the crucible management system 2 stores the image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 and the outer surface coordinates indicating the shooting location of the image data of the outer surface in association with each other. With such a configuration, the crucible management system 2 can identify the cause by investigating the silica glass crucible 1 before deformation after, for example, pulling the silicon single crystal.
  • a silica glass crucible 1 to be measured and managed by the crucible management system 2 in this embodiment includes a cylindrical side wall portion 11, a curved bottom portion 12, a side wall portion 11 and a bottom portion 12. And a corner portion 13 having a larger curvature than the bottom portion 12. Moreover, the upper end surface of the side wall part 11 of the silica glass crucible 1 is formed as an annular flat surface.
  • the silica glass crucible 1 includes a transparent layer 111 in which bubbles are not observed and a bubble-containing layer 112 in which bubbles are observed from the inner surface toward the outer surface of the silica glass crucible 1 based on visual observation or image data.
  • the silica glass crucible 1 has various sizes such as 28 inches (about 71 cm), 32 inches (about 81 cm), 36 inches (about 91 cm), and 40 inches (about 101 cm) in diameter.
  • Such a silica glass crucible 1 is manufactured using, for example, a rotational mold method. That is, the silica glass crucible 1 forms a silica powder layer by depositing silica powder on the inner surface of a rotating mold (made of carbon), and arc-melting the deposited silica powder layer while reducing the pressure. Manufactured by. When performing arc melting, silica powder is strongly depressurized in the initial stage of arc melting, and then the pressure is weakened, whereby the silica having the transparent layer 111 on the inner surface side and the bubble-containing layer 112 on the outer surface side. A glass crucible 1 can be manufactured.
  • Silica powder used for the production of the silica glass crucible 1 includes natural silica powder produced by pulverizing natural quartz and synthetic silica powder produced by chemical synthesis. Natural silica powder contains impurities, but synthetic silica powder has high purity. On the other hand, synthetic silica glass obtained by melting synthetic silica powder has a lower viscosity at high temperature than silica glass obtained by melting natural silica powder. Thus, natural silica powder and synthetic silica powder have a plurality of differences in their properties. When manufacturing the silica glass crucible 1, natural silica powder and synthetic silica powder can be used properly.
  • the crucible management system 2 in the present embodiment includes a plurality of measuring devices 3 and an information processing device 4. Each of the plurality of measuring devices 3 and the information processing device 4 are connected so as to communicate with each other.
  • FIG. 3 shows an example of the measuring device 3 that the crucible management system 2 can have.
  • the crucible management system 2 includes, as the measuring device 3, for example, an internal distance measuring unit 31 (internal reflected light detecting unit), an external distance measuring unit 32 (external reflected light detecting unit), It has a surface image acquisition unit 33 (inner surface image data acquisition unit), an outer surface image acquisition unit 34 (outer surface image data acquisition unit), and a distortion image acquisition unit 35 (distortion image data acquisition unit).
  • the crucible management system 2 does not necessarily have to include all of the measuring devices 3 shown in FIG.
  • the crucible management system 2 only needs to include at least the internal distance measuring unit 31 and the inner surface image acquisition unit 33.
  • the internal distance measuring unit 31 includes a laser displacement meter or the like, and includes a laser light irradiation unit 311 and a detection unit 312 as described later (see FIG. 8).
  • the internal distance measuring unit 31 moves in a non-contact manner along the inner surface of the silica glass crucible 1 under the control of the information processing unit 513, for example.
  • the laser beam irradiation unit 311 of the internal distance measuring unit 31 irradiates the laser beam obliquely with respect to the inner surface of the silica glass crucible 1 at a plurality of measurement points on the movement path.
  • the detection unit 312 of the internal distance measuring unit 31 detects the inner surface reflected light reflected by the inner surface of the silica glass crucible 1 and the interface reflected light reflected by the interface between the transparent layer 111 and the bubble-containing layer 112. As described above, the internal distance measuring unit 31 irradiates the laser beam obliquely toward the inner surface of the silica glass crucible 1 and detects inner surface reflected light and interface reflected light. As will be described later, based on the detection result detected by the internal distance measuring unit 31, the inner surface distance, which is the distance between the inner distance measuring unit 31 and the inner surface of the silica glass crucible 1, or the internal distance measuring unit 31 and the interface. The interfacial distance that is the distance between the inner surface and the inner surface of the silica glass crucible 1 is calculated.
  • the internal distance measuring unit 31 in the present embodiment is installed at the tip of the internal robot arm 51, for example.
  • the internal robot arm 51 includes a plurality of arm units 511, a plurality of joint units 512, and an information processing unit 513 (internal distance calculation means), and is preferably a 6-axis articulated robot.
  • the arm unit 511 and the arm unit 511 are rotatably supported by a joint unit 512, and an information processing unit 513 is connected to one end of the internal robot arm 51, and an internal distance measuring unit is connected to the other end.
  • Part 31 is installed.
  • the information processing unit 513 is provided with an external terminal (not shown), and is connected to the information processing device 4 via the external terminal. With such a configuration, the internal distance measuring unit 31 can be moved three-dimensionally.
  • the internal distance measuring unit 31 is installed on the internal robot arm 51 configured to be able to move three-dimensionally.
  • the inner surface of the silica glass crucible 1 is measured under the control of the information processing unit 513, for example.
  • the information processing unit 513 stores rough inner surface shape data of the silica glass crucible 1.
  • the information processing unit 513 rotates the joint unit 512 and moves the arm unit 511 based on the data and a program stored in the information processing unit 4 or an external input signal from the information processing device 4 to move the internal distance measuring unit 31 to silica. It moves without contact along the inner surface of the glass crucible 1.
  • the internal distance measuring unit 31 moves in a non-contact manner along the inner surface of the silica glass crucible 1.
  • the internal distance measuring unit 31 irradiates the inner surface of the silica glass crucible 1 with a laser beam obliquely at a plurality of measurement points on the moving path, and reflects the inner surface reflected light or the interface reflected light. Is detected. Specifically, for example, the measurement is started from a position near the opening of the silica glass crucible 1 as shown in FIG. 4, and the internal distance measurement is performed toward the bottom 12 of the silica glass crucible 1 as shown in FIG. 5. The part 31 is moved. Then, the internal distance measuring unit 31 performs measurement (laser light irradiation and reflected light detection) at a plurality of measurement points on the movement path.
  • the internal distance measuring unit 31 performs measurement at an interval of 1 to 5 mm (for example, 2 mm), for example. The measurement is performed at a timing stored in the internal distance measuring unit 31 in advance, for example. Note that the internal distance measuring unit 31 may perform measurement according to an instruction from the outside, for example, according to an instruction from the information processing unit 513. After the measurement, the internal distance measuring unit 31 transmits the measurement result (detection result) to the information processing unit 513.
  • the internal distance measuring unit 31 may be configured to temporarily store the measurement results in the storage unit in the internal distance measuring unit 31 and collectively transmit the measurement results to the information processing unit 513 after the measurement is completed. You may comprise so that a measurement result may be transmitted to the information processing part 513 sequentially each time.
  • the turntable 6 is rotated by a predetermined angle, and the same measurement by the internal distance measuring unit 31 is performed. This measurement may be performed from the bottom 12 toward the opening.
  • the rotation angle of the turntable 6 is determined in consideration of accuracy and measurement time.
  • the rotation angle of the turntable 6 is, for example, 2 to 10 degrees (preferably 6.3 degrees or less).
  • the rotation of the turntable 6 is controlled by, for example, the information processing unit 513 based on a program or an external input signal.
  • the rotation angle of the turntable 6 can be detected by a rotary encoder or the like.
  • the rotation of the turntable 6 is preferably performed in conjunction with the internal distance measuring unit 31. By rotating the turntable 6 in conjunction with the operation of the internal distance measuring unit 31, it becomes possible to easily calculate the three-dimensional coordinates based on the measurement result by the internal distance measuring unit 31.
  • the inner surface of the silica glass crucible 1 is measured as described above.
  • the measurement result by the internal distance measuring unit 31 is transmitted to the information processing unit 513 as described above.
  • the information processing unit 513 determines the position of the internal distance measuring unit 31 (specifically, the position of the detecting unit 312) and the inner surface of the silica glass crucible 1 when detecting the inner surface reflected light.
  • the inner surface distance, which is the distance between is calculated.
  • the information processing unit 513 calculates an interface distance that is a distance between the position of the internal distance measuring unit 31 and the interface of the silica glass crucible 1 based on the received measurement result. Then, the information processing unit 513 transmits the calculation result to the information processing device 4.
  • the angle of the joint part 512 can be detected by a rotary encoder or the like provided in the joint part 512.
  • the length of the arm portion 511 is constant and predetermined. Therefore, the three-dimensional coordinates and direction of the position of the internal distance measuring unit 31 at each measurement point when the internal distance measuring unit 31 performs measurement can be easily calculated.
  • the information processing unit 513 obtains the inner surface distance and the interface distance based on the calculation result and the measurement result. A detailed calculation method of the inner surface distance and the interface distance will be described later.
  • the external distance measuring unit 32 includes a laser displacement meter and the like, like the internal distance measuring unit 31, and includes a laser light irradiation unit 321 and a detection unit 322 as described later (see FIG. 8).
  • the external distance measuring unit 32 moves in a non-contact manner along the outer surface of the silica glass crucible 1 under the control of the information processing unit 523, for example.
  • the laser beam irradiation unit 321 of the external distance measuring unit 32 irradiates the laser beam obliquely with respect to the outer surface of the silica glass crucible 1 at a plurality of measurement points on the movement path.
  • the detection unit 322 of the external distance measuring unit 32 detects the outer surface reflected light reflected by the outer surface of the silica glass crucible 1.
  • the external distance measuring unit 32 irradiates the laser beam obliquely toward the outer surface of the silica glass crucible 1 and detects the outer surface reflected light.
  • an outer surface distance that is a distance between the external distance measuring unit 32 and the outer surface of the silica glass crucible 1 is calculated, and the outer surface of the silica glass crucible 1 is calculated.
  • the outer surface coordinates, which are the coordinates of, are calculated.
  • the external distance measuring unit 32 in the present embodiment is installed at the tip of the external robot arm 52, for example.
  • the external robot arm 52 includes a plurality of arm units 521, a plurality of joint units 522, and an information processing unit 523 (external distance calculation means), and is preferably a 6-axis articulated robot.
  • the arm portion 521 and the arm portion 521 are rotatably supported by a joint portion 522, an information processing portion 523 is connected to one end portion of the external robot arm 52, and an external distance measuring device is connected to the other end portion.
  • Part 32 is installed.
  • the information processing unit 523 is provided with an external terminal (not shown), and is connected to the information processing apparatus 4 via the external terminal. With such a configuration, the external distance measuring unit 32 can be moved three-dimensionally.
  • the external distance measuring unit 32 is installed on the external robot arm 52 configured to be able to move three-dimensionally.
  • the silica glass crucible 1 as a measurement object is formed to be rotatable, for example, as in the case of measuring the inner surface. Place on the turntable 6 with the opening facing downward. Further, an external robot arm 52 having an external distance measuring unit 32 installed at the tip is installed on the base 7 provided outside the silica glass crucible 1 described above.
  • the outer surface of the silica glass crucible 1 is measured under the control of the information processing unit 523, for example.
  • the information processing unit 523 stores rough outer surface shape data of the silica glass crucible 1 as with the information processing unit 513.
  • the information processing unit 523 moves the arm unit 521 by rotating the joint unit 522 based on the data and a program stored in the information processing unit 4 or an external input signal from the information processing apparatus 4, thereby moving the external distance measuring unit 32 to silica. It moves without contact along the outer surface of the glass crucible 1.
  • the external distance measuring unit 32 moves in a non-contact manner along the outer surface of the silica glass crucible 1.
  • the external distance measuring unit 32 irradiates the outer surface of the silica glass crucible 1 with a laser beam obliquely at a plurality of measurement points on the moving path, and detects the outer surface reflected light. Specifically, for example, the measurement is started from a position close to the vicinity of the opening of the silica glass crucible 1 as shown in FIG. 6, and the external distance measurement is performed toward the bottom 12 of the silica glass crucible 1 as shown in FIG. The part 32 is moved. The external distance measuring unit 32 performs measurement at a plurality of measurement points on the movement path. The external distance measuring unit 32 performs measurement at an interval of 1 to 5 mm (for example, 2 mm), for example.
  • the measurement is performed, for example, at a timing stored in the external distance measuring unit 32 in advance.
  • the external distance measuring unit 32 may perform measurement according to an instruction from the outside, for example, according to an instruction from the information processing unit 523. After the measurement, the external distance measuring unit 32 transmits the measurement result to the information processing unit 523.
  • the external distance measuring unit 32 may be configured to temporarily store the measurement results in the storage unit in the external distance measuring unit 32 and collectively transmit the measurement results to the information processing unit 523 after the measurement is completed. You may comprise so that a measurement result may be transmitted to the information processing part 523 sequentially each time.
  • the turntable 6 is rotated by a predetermined angle and the same measurement is performed. This measurement may be performed from the bottom 12 toward the opening.
  • the measurement by the external distance measuring unit 32 may be performed simultaneously with the measurement by the internal distance measuring unit 31, or may be performed independently.
  • the rotation of the turntable 6 is interlocked with the movement of the internal distance measuring unit 31 and the external distance measuring unit 32. It is preferable to carry out.
  • the outer surface of the silica glass crucible 1 is measured as described above.
  • the measurement result by the external distance measuring unit 32 is transmitted to the information processing unit 523 as described above.
  • the information processing unit 523 calculates an outer surface distance that is a distance between the position of the external distance measuring unit 32 and the outer surface of the silica glass crucible 1 when the outer surface reflected light is detected. To do. Then, the information processing unit 523 transmits the calculation result to the information processing device 4.
  • the angle of the joint portion 522 can be detected by a rotary encoder or the like provided in the joint portion 522. Further, the length of the arm portion 521 is constant and predetermined. Therefore, the three-dimensional coordinates and direction of the position of the external distance measuring unit 32 at each measurement point when the external distance measuring unit 32 performs measurement can be easily calculated.
  • the information processing unit 523 obtains the outer surface distance based on the calculation result and the measurement result. A detailed calculation method of the outer surface distance will be described later.
  • the internal distance measuring unit 31 is arranged on the inner surface side (transparent layer 111 side) of the crucible 1, and the outer distance measuring unit 32 is arranged on the outer surface side of the crucible 1 (bubble containing layer 112 side). Placed in.
  • the internal distance measuring unit 31 includes the laser light irradiation unit 311 that irradiates laser light, and the detection unit 312 that detects inner surface reflected light and interface reflected light.
  • the external distance measuring unit 32 includes a laser light irradiation unit 321 that irradiates laser light and a detection unit 322 that detects outer surface reflected light. Further, the internal distance measuring unit 31 and the external distance measuring unit 32 have a control unit and an external terminal (not shown).
  • the laser light irradiation units 311 and 321 are, for example, a semiconductor laser or a solid laser, and are configured to be able to irradiate laser light as described above.
  • the wavelength of the laser light irradiated by the laser light irradiation units 311 and 321 is not particularly limited.
  • Examples of the laser light irradiation units 311 and 321 include, for example, an AlGaInP (aluminum gallium indium phosphorus) -based portable laser light source (output wavelength 630 nm). Neighborhood)).
  • the detection unit 312 and the detection unit 322 are configured with, for example, a CCD (Charge-Coupled Device) and configured to detect reflected light.
  • CCD Charge-Coupled Device
  • the laser light irradiation unit 311 of the internal distance measuring unit 31 irradiates laser light from the inner surface side of the silica glass crucible 1 toward the inner surface of the silica glass crucible 1.
  • a part of the laser light emitted from the laser light irradiation unit 311 of the internal distance measuring unit 31 is reflected by the inner surface (the surface of the transparent layer 111) and partly refracted to travel through the transparent layer 111.
  • a part of the refracted light is reflected at the interface between the transparent layer 111 and the bubble-containing layer 112.
  • the reflected light (inner surface reflected light and interface reflected light) reflected at each point hits the detection unit 312 and is detected.
  • the detection unit 312 of the internal distance measuring unit 31 detects the inner surface reflected light reflected by the inner surface of the silica glass crucible 1 and detects the interface reflected light reflected by the interface. As apparent from FIG. 8, the inner surface reflected light and the interface reflected light hit different positions of the detection unit 312.
  • the distance from the internal distance measuring unit 31 to the inner surface (inner surface distance) and the distance to the interface (interface distance) are determined by the difference in the contact position.
  • the calculation of the inner surface distance and the interface distance is performed by the information processing unit 513, for example.
  • the information processing unit 513 calculates the distance to the inner surface or interface based on the principle of triangulation based on the position where the reflected light detected by the detection unit 312 has hit.
  • the information processing unit 513 uses the triangulation method principle based on the detection result of the detection unit 312 to determine the inner surface distance and interface distance. Can be calculated.
  • the preferred incident angle ⁇ can vary depending on the state of the inner surface, the thickness of the transparent layer 111, the state of the bubble-containing layer 112, etc., but is in the range of 30 to 60 degrees, for example.
  • the reflected light may not be detected well.
  • the position and angle at which the reflected light can be detected can be changed by moving the internal distance measuring unit 31 closer to the inner surface or by tilting the internal distance measuring unit 31 to change the emission direction of the laser light. You can explore. Further, when it is difficult to detect the inner surface reflected light and the interface reflected light at the same time, the reflected light may be detected separately while changing the position and angle of the internal distance measuring unit 31.
  • a maximum proximity position is set in order to avoid the internal distance measuring unit 31 from contacting the inner surface. It is preferable not to approach the inner surface.
  • the internal distance measuring unit 31 detects the reflected light from the bubbles, and the interface between the transparent layer 111 and the bubble-containing layer 112 cannot be detected properly. There is.
  • the position of the interface measured at a certain measurement point A is greatly deviated from the position of the interface measured at the preceding and following measurement points (for example, exceeding a predetermined predetermined reference value). If it is, the data at the measurement point A may be excluded. In that case, data obtained by performing measurement again at a position slightly shifted from the measurement point A may be employed.
  • the laser light emitted from the laser light irradiation unit 321 of the external distance measuring unit 32 is reflected by the surface of the outer surface (bubble-containing layer 112), and the reflected light (outer surface reflected light) hits the detection unit 322 and is detected. Is done.
  • the information processing unit 523 calculates an outer surface distance that is a distance between the external distance measurement unit 32 and the outer surface of the silica glass crucible 1.
  • the position and angle of the external distance measuring unit 32 can be adjusted to search for a desired position and angle.
  • the inner surface image acquisition unit 33 in the present embodiment is, for example, a camera having a CCD image sensor or the like, and is installed at the tip of the internal robot arm 51.
  • the inner surface image acquisition unit 33 captures and acquires image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 using the camera or the like.
  • the inner surface image acquisition unit 33 acquires image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 at the calculated inner surface coordinates.
  • the inner surface image acquisition unit 33 is installed at the tip of the internal robot arm 51. Therefore, the position and orientation of the inner surface image acquisition unit 33 are known.
  • the rotation of the silica glass crucible 1 is also controlled as described above. Therefore, based on the position and orientation of the inner surface image acquisition unit 33 and the state of the silica glass crucible 1, image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 at the calculated inner surface coordinates can be acquired.
  • the inner surface image acquisition unit 33 may be installed at the tip of the internal robot arm 51 at the same time as the internal distance measurement unit 31, or may be installed at the tip of the internal robot arm 51 instead of the internal distance measurement unit 31. I do not care. Moreover, the inner surface image acquisition part 33 can acquire the image data of the silica glass crucible 1 with the same space
  • the inner surface image acquisition unit 33 acquires image data having a size of 50 mm ⁇ 50 mm and image data having a size of 30 mm ⁇ 30 mm. Then, the inner surface image acquisition part 33 can image
  • Outer surface image acquisition unit 34 has the same configuration as the inner surface image acquisition unit 33 and is installed at the tip of the external robot arm 52.
  • the outer surface image acquisition unit 34 captures and acquires image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 using the camera or the like.
  • the outer surface image acquisition unit 34 acquires image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 at the calculated outer surface coordinates. Since the outer surface image acquisition unit 34 is installed at the tip of the external robot arm 52, the image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 at the calculated outer surface coordinates is acquired for the same reason as the inner surface image acquisition unit 33. I can do it.
  • the outer surface image acquisition unit 34 may capture image data at the same interval as the inner surface image acquisition unit 33, or may capture image data at a different interval from the inner surface image acquisition unit 33. .
  • the strain image acquisition unit 35 includes, for example, a light projecting unit 353 including a light source 351 that irradiates light to the silica glass crucible 1 and a polarizer 352 that polarizes light from the light source 351. , An analyzer 354 disposed so that the direction of the transmission axis is substantially orthogonal to the polarizer 352, a lens 355 for condensing light that has passed through the analyzer 354, and light reception for detecting the light collected by the lens 355 And a light receiving unit 357 including a device (for example, a CCD camera) 356.
  • a light projecting unit 353 including a light source 351 that irradiates light to the silica glass crucible 1 and a polarizer 352 that polarizes light from the light source 351.
  • An analyzer 354 disposed so that the direction of the transmission axis is substantially orthogonal to the polarizer 352, a lens 355 for condensing light that has passed through the
  • the silica glass constituting the silica glass crucible 1 does not have birefringence in a state where there is no distortion. Therefore, even if the light that has passed through the polarizer 352 passes through the silica glass crucible 1, the polarization direction does not change, and the component of the light that passes through the analyzer 354 becomes substantially zero. On the other hand, when silica glass has strain (residual stress), it has birefringence. Therefore, in the case of distortion, when the light passing through the polarizer 352 passes through the silica glass crucible 1, the polarization direction changes to have a component that passes through the analyzer 354. Then, by detecting the component passing through the analyzer 354 with the light receiver 356 via the lens 355, the distorted image data can be photographed. The lens 355 can be omitted.
  • positioned on the inner side of the silica glass crucible 1 was mentioned as an example.
  • the arrangement is not limited to the case shown in FIG.
  • the light projecting unit 353 may be disposed inside the silica glass crucible 1 and the light receiving unit 357 may be disposed outside the silica glass crucible 1.
  • the strain image acquisition unit 35 can be installed at the tips of the internal robot arm 51 and the external robot arm 52.
  • the light projecting unit 353 is installed at the tip of the external robot arm 52
  • the light receiving unit 357 is installed at the tip of the internal robot arm 51.
  • the information processing apparatus 4 receives various types of information such as calculation results (for example, inner surface distance, outer surface distance, image data, distortion image data, etc.) from the measurement apparatus 3. Then, the information processing device 4 calculates inner surface coordinates and outer surface coordinates of the silica glass crucible 1 based on the received information. Further, the information processing device 4 stores the received information and the calculated inner surface coordinates and outer surface coordinates in the storage device 42 and manages them.
  • calculation results for example, inner surface distance, outer surface distance, image data, distortion image data, etc.
  • the information processing apparatus 4 includes a coordinate calculation unit 41 (coordinate calculation means) and a storage device 42 (crucible data information storage means).
  • the information processing device 4 has a central processing unit (CPU: Central processing unit) (not shown), and the CPU executes a program stored in the storage device 42 (a storage device other than the storage device 42 may be shown).
  • CPU Central processing unit
  • the coordinate calculation unit 41 may be executed by the CPU as a coordinate calculation program.
  • Coordinate calculation unit 41 calculates three-dimensional coordinates indicating the shape of the silica glass crucible 1 based on the calculation result received from the measurement device 3.
  • the coordinate calculation unit 41 calculates the three-dimensional coordinates of the inner surface of the silica glass crucible 1 based on the inner surface distance received from the internal distance measuring unit 31.
  • the coordinate calculation unit 41 includes a three-dimensional coordinate indicating the inner surface distance and the position of the inner distance measuring unit 31 when detecting the inner surface reflected light from which the inner surface distance is calculated, and the inner distance measuring unit. Information indicating the direction of 31 is acquired.
  • the coordinate calculation part 41 calculates the inner surface coordinate which is a three-dimensional coordinate of the inner surface of the silica glass crucible 1 based on the acquired information. Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated inner surface coordinates in the storage device 42.
  • the coordinate calculation unit 41 calculates the three-dimensional coordinates of the interface between the transparent layer 111 and the bubble-containing layer 112 of the silica glass crucible 1 based on the interface distance received from the internal distance measuring unit 31. Specifically, the coordinate calculation unit 41 determines the interface distance and the three-dimensional coordinates indicating the position of the internal distance measurement unit 31 when detecting the interface reflected light from which the interface distance is calculated, and the direction of the internal distance measurement unit 31. Information indicating that is acquired. And the coordinate calculation part 41 calculates the interface coordinate which is the three-dimensional coordinate of the interface of the silica glass crucible 1 based on the acquired information. Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated interface coordinates in the storage device 42.
  • the coordinate calculation unit 41 calculates the three-dimensional coordinates of the outer surface of the silica glass crucible 1 based on the outer surface distance received from the external distance measurement unit 32.
  • the coordinate calculation unit 41 includes a three-dimensional coordinate indicating the outer surface distance and the position of the external distance measuring unit 32 when detecting the outer surface reflected light from which the outer surface distance is calculated, and the outer distance measuring unit. Information indicating the direction of 32 is acquired.
  • the coordinate calculation part 41 calculates the outer surface coordinate which is a three-dimensional coordinate of the outer surface of the silica glass crucible 1 based on the acquired information. Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated outer surface coordinates in the storage device 42.
  • the storage device 42 is a storage device such as a memory or a hard disk.
  • the storage device 42 stores crucible data information indicating the shape of the silica glass crucible 1 and image data for each crucible.
  • the storage device 42 stores crucible shape information 421, internal image information 422, external image information 423, and distortion image information 424 as crucible data information for each crucible.
  • the crucible shape information 421 is information indicating the shape of the silica glass crucible 1.
  • the crucible shape information 421 includes the inner surface coordinates of the silica glass crucible 1.
  • the first line in FIG. 10A shows that the inner surface coordinates of the silica glass crucible 1 are (X1, Y1, Z1).
  • the crucible shape information 421 includes the outer surface coordinates of the silica glass crucible 1.
  • the first line of FIG. 10B shows that the outer surface coordinates of the silica glass crucible 1 are (x1, y1, z1).
  • the crucible shape information 421 includes interface coordinates of the silica glass crucible 1.
  • the first line in FIG. 10C shows that the interface coordinates of the silica glass crucible 1 are ( ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 1).
  • the crucible shape information 421 stores the three-dimensional coordinates of each point on the inner surface, outer surface, and interface of the silica glass crucible 1.
  • the inner surface three-dimensional shape, the outer surface three-dimensional shape, The three-dimensional shape of the interface can be estimated respectively.
  • the internal image information 422 is information indicating image data of the inner surface of the silica glass crucible 1. As shown in FIG. 11, in the internal image information 422, for example, the image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 is associated with the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data. The first line in FIG. 11 indicates that the image data obtained by photographing the inner surface coordinates (X1, Y1, Z1) is A. Thus, the internal image information 422 is information in which the image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 is associated with the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data.
  • External image information 423 is information indicating the image data of the outer surface of the silica glass crucible 1. As shown in FIG. 12, in the external image information 423, for example, the image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 is associated with the outer surface coordinates indicating the shooting location of the image data. The first line in FIG. 12 indicates that the image data obtained by photographing the outer surface coordinates (x1, y1, z1) is a. As described above, the external image information 423 is information in which the image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 is associated with the outer surface coordinates indicating the shooting location of the image data.
  • the strain image information 424 is information indicating strain image data representing strain generated in the silica glass crucible 1.
  • distorted image data is associated with inner surface coordinates indicating the shooting location of the distorted image data.
  • the first line in FIG. 13 indicates that the distortion image data obtained by photographing the inner surface coordinates (X1, Y1, Z1) is ⁇ .
  • the distorted image information 424 is information in which the distorted image data is associated with the inner surface coordinates indicating the shooting location of the distorted image data.
  • the distorted image information 424 may be information in which the distorted image data and the outer surface coordinates indicating the shooting location of the distorted image data are associated with each other.
  • the flowchart shown in FIG. 14 is an operation when storing inner surface coordinates, which is an aspect of the crucible management method according to the present embodiment.
  • This crucible management method irradiates laser light toward the inner surface of the silica glass crucible and detects the inner surface reflected light reflected by the inner surface of the silica glass crucible (step S101), based on the detection result, A step of calculating an inner surface distance that is a distance between the position when the inner surface reflected light is detected and the inner surface of the silica glass crucible (step S102), and is a calculation source of the inner surface distance and the inner surface distance.
  • a step of calculating inner surface coordinates which are three-dimensional coordinates indicating the position of the inner surface of the silica glass crucible based on the three-dimensional coordinates indicating the position when the inner surface reflected light is detected (step S103)
  • the image data of the inner surface of the silica glass crucible in the surface coordinates is captured and acquired, and the acquired image data and the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data are obtained.
  • the response with information comprises the step (step S104) of storing the crucible data information for each silica glass crucible.
  • the internal distance measuring unit 31 of the crucible management system 2 moves in a non-contact manner along the inner surface of the silica glass crucible 1 under the control of the information processing unit 513, for example.
  • the laser beam irradiation unit 311 of the internal distance measuring unit 31 irradiates the laser beam obliquely with respect to the inner surface of the silica glass crucible 1 at a plurality of measurement points on the movement path.
  • the detection part 312 of the internal ranging part 31 detects the inner surface reflected light reflected on the inner surface of the silica glass crucible 1 (step S101). Thereafter, the detection unit 312 transmits the detection result to the information processing unit 513.
  • the information processing unit 513 detects the distance between the position of the internal distance measuring unit 31 and the inner surface of the silica glass crucible 1 when detecting the inner surface reflected light based on the detection result received from the detecting unit 312.
  • the inner surface distance is calculated (step S102).
  • the information processing unit 513 then calculates a three-dimensional coordinate or an internal distance measurement indicating the position of the internal distance measurement unit 31 when the inner surface distance that is the calculation result or the inner surface reflected light that is the calculation source of the inner surface distance is detected.
  • Information indicating the direction of the unit 31 is transmitted to the information processing device 4.
  • the information processing device 4 calculates the inner surface coordinates of the silica glass crucible 1 based on the information received from the information processing unit 513. Specifically, the coordinate calculation unit 41 of the information processing device 4 detects the inner surface distance received from the information processing unit 513 and the inner surface reflected light from which the inner surface reflected light from which the inner surface distance is calculated is detected. Based on the three-dimensional coordinates indicating the position and the orientation of the internal distance measuring unit 31, inner surface coordinates that are three-dimensional coordinates of the inner surface of the silica glass crucible 1 are calculated (step S103). Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated inner surface coordinates in the storage device 42 (step S104).
  • the crucible management system 2 calculates the inner surface coordinates and stores the calculation result in the storage device 42 by, for example, the operation as described above.
  • FIG. 15 is an operation for storing interface coordinates, which is an aspect of the crucible management method according to the present embodiment.
  • This crucible management method irradiates a laser beam toward the inner surface of a silica glass crucible having a transparent layer and a bubble-containing layer from the inside to the outside, detects the inner surface reflected light, and detects the transparent layer.
  • Step of detecting interface reflected light reflected by the interface with the bubble-containing layer (step S201), calculating the inner surface distance based on the detection result, and detecting the inner surface reflected light and the interface reflected light
  • a step of calculating an interface distance which is a distance between the position of the interface and the interface (step S202), a three-dimensional indicating the interface distance and the position when the inner surface reflected light from which the interface distance is calculated is detected
  • a step of calculating interface coordinates which are three-dimensional coordinates indicating the position of the interface based on the coordinates (step S203), and storing the crucible data information including the interface coordinates Extent comprises (step S204).
  • the internal distance measuring unit 31 of the crucible management system 2 moves in a non-contact manner along the inner surface of the silica glass crucible 1 under the control of the information processing unit 513, for example.
  • the laser beam irradiation unit 311 of the internal distance measuring unit 31 irradiates the laser beam obliquely with respect to the inner surface of the silica glass crucible 1 at a plurality of measurement points on the movement path.
  • the detection part 312 of the internal ranging part 31 detects the interface reflected light reflected in the interface of the silica glass crucible 1 (step S201). Thereafter, the detection unit 312 transmits the detection result to the information processing unit 513.
  • the information processing unit 513 is based on the detection result received from the detection unit 312, based on the distance between the position of the internal ranging unit 31 and the inner surface of the silica glass crucible 1 when the interface reflected light is detected. A certain interface distance is calculated (step S202). Then, the information processing unit 513 detects the interface distance that is the calculation result and the position of the internal distance measuring unit 31 when the interface reflected light that is the calculation source of the interface distance is detected. Information indicating the direction is transmitted to the information processing apparatus 4.
  • the information processing device 4 calculates the interface coordinates of the silica glass crucible 1 based on the information received from the information processing unit 513. Specifically, the coordinate calculation unit 41 of the information processing device 4 determines the interface distance received from the information processing unit 513 and the position of the internal distance measurement unit 31 when detecting the interface reflected light from which the interface distance is calculated. Based on the three-dimensional coordinates shown and the orientation of the internal distance measuring unit 31, interface coordinates that are three-dimensional coordinates of the inner surface of the silica glass crucible 1 are calculated (step S203). Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated interface coordinates in the storage device 42 (step S204).
  • the crucible management system 2 calculates the interface coordinates and stores the calculation result in the storage device 42 by the operation as described above, for example.
  • the crucible management system 2 detects the inner surface reflected light, calculates the inner surface distance and calculates the inner surface coordinates, and simultaneously detects the interface reflected light, calculates the interface distance, and calculates the interface coordinates. May be executed.
  • FIG. 16 is an operation when storing outer surface coordinates, which is an aspect of the crucible management method according to the present embodiment.
  • This crucible management method irradiates laser light toward the outer surface of the silica glass crucible, and detects the outer surface reflected light reflected by the outer surface of the silica glass crucible (step S301), based on the detection result, A step of calculating an outer surface distance that is a distance between the position when the outer surface reflected light is detected and the outer surface of the silica glass crucible (step S302), and is a calculation source of the outer surface distance and the outer surface distance.
  • a step of calculating outer surface coordinates, which are three-dimensional coordinates indicating the position of the outer surface of the silica glass crucible, based on the three-dimensional coordinates indicating the position when the outer surface reflected light is detected (step S303);
  • the image data of the outer surface of the silica glass crucible in the surface coordinates is captured and acquired, and the acquired image data and the outer surface coordinates indicating the shooting location of the image data are obtained.
  • the response with information comprises the step (step S304) of storing the crucible data information for each silica glass crucible.
  • the external distance measuring unit 32 of the crucible management system 2 moves in a non-contact manner along the outer surface of the silica glass crucible 1, for example, under the control of the information processing unit 523.
  • the laser beam irradiation unit 321 of the external distance measuring unit 32 irradiates the laser beam obliquely with respect to the outer surface of the silica glass crucible 1 at a plurality of measurement points on the moving path.
  • the detection part 322 of the external distance measuring part 32 detects the outer surface reflected light reflected on the outer surface of the silica glass crucible 1 (step S301). Thereafter, the detection unit 322 transmits the detection result to the information processing unit 523.
  • the information processing unit 523 determines the distance between the position of the external distance measuring unit 32 and the outer surface of the silica glass crucible 1 when the outer surface reflected light is detected based on the detection result received from the detecting unit 322.
  • the outer surface distance is calculated (step S302).
  • the information processing unit 523 then calculates the outer surface distance, which is the calculation result, and the three-dimensional coordinates indicating the position of the external distance measuring unit 32 when detecting the outer surface reflected light from which the outer surface distance is calculated, Information indicating the direction of the unit 32 is transmitted to the information processing apparatus 4.
  • the information processing device 4 calculates the outer surface coordinates of the silica glass crucible 1 based on the information received from the information processing unit 523. Specifically, the coordinate calculation unit 41 of the information processing apparatus 4 detects the outer surface distance received from the information processing unit 523 and the outer surface reflection unit 32 when detecting the outer surface reflected light from which the outer surface distance is calculated. On the basis of the three-dimensional coordinates indicating the position and the orientation of the external distance measuring unit 32, outer surface coordinates that are three-dimensional coordinates of the outer surface of the silica glass crucible 1 are calculated (step S303). Thereafter, the coordinate calculation unit 41 stores the calculated outer surface coordinates in the storage device 42 (step S304).
  • the crucible management system 2 calculates the outer surface coordinates and stores the calculation result in the storage device 42 by the operation as described above, for example.
  • FIG. 17 is an operation when storing distorted image data which is an aspect of the crucible management method according to the present embodiment.
  • the operation for acquiring and storing the inner surface image data, the operation for acquiring and storing the outer surface image data, and the operation for acquiring and storing the distortion image data are substantially the same. Will be done. Therefore, in the following, an example of the operation when acquiring and storing the inner surface image data will be described as an example of the operation when acquiring the image data and storing the acquired image data.
  • the crucible management method includes a step of acquiring strain image data indicating strain generated in the silica glass crucible at the inner surface coordinates (step S401), and a step of storing the crucible data information including the acquired strain image data (step S401). S402).
  • the inner surface image acquisition unit 33 acquires image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 (step S401). Then, the inner surface image acquisition unit 33 transmits the acquired image data to the information processing device 4 via the information processing unit 513.
  • the information processing apparatus 4 acquires image data from the inner surface image acquisition unit 33. Further, the information processing device 4 specifies the shooting location from the position and orientation of the inner surface image acquisition unit 33 when the image data is acquired and the rotation state of the silica glass crucible 1, and indicates the shooting location of the image data. Specify inner surface coordinates. Then, the information processing device 4 stores the acquired image data in association with the inner surface coordinates that occupy the shooting location of the image data in the storage device 42 (step S402).
  • the crucible management system 2 acquires, for example, the image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 by the operation as described above, and stores the image data in association with the inner surface coordinates indicating the shooting location of the image data. To do.
  • the crucible management system 2 can acquire and store image data and distortion image data of the outer surface of the silica glass crucible 1 by the same operation.
  • the crucible management system 2 in the present embodiment includes the measurement device 3, the coordinate calculation unit 41, and the storage device 42.
  • the coordinate calculation unit 41 can calculate the inner surface coordinates, the outer surface coordinates, and the interface coordinates of the silica glass crucible 1 based on the measurement result of the measuring device 3.
  • the storage device 42 can store the calculation result by the coordinate calculation unit 41 and the measurement result by the measurement device 3.
  • the crucible management system 2 can identify the cause by investigating the silica glass crucible 1 before deformation after pulling up the silicon single crystal, for example.
  • the crucible management system 2 associates the image data of the inner surface of the silica glass crucible 1 with the inner surface coordinates indicating the photographing location, and associates the image data of the outer surface with the outer surface coordinates indicating the photographing location.
  • the silica glass crucible 1 before use (before being used for pulling up the silicon single crystal) is used for the silica glass. From the correspondence between the three-dimensional shape of the crucible 1 and each image data, the deformation state after use (after pulling up the silicon single crystal) can be correlated.
  • a judgment criterion for identifying a part that causes crucible deformation during pulling of the silicon single crystal (the pulling device of the pulling device at the time of pulling the silicon single crystal)
  • the standard for causing a defect such as contact between the shielding plate and the crucible can be determined. If the crucible deformation can cause a problem when pulling up, the silica glass crucible 1 determined before use may be corrected, or it may be determined to stop using or stop shipping. .
  • crucible deformation that causes a problem during the pulling of the silicon single crystal can be prevented in advance, and the crystal defects of the pulled silicon single crystal (ingot) can be made substantially zero.
  • the measuring device 3 may have a configuration other than the configuration described in the present embodiment.
  • the measuring device 3 can include a physical property measuring device for measuring various physical properties. Similar to the internal distance measuring unit 31 and the external distance measuring unit 32, the physical property measuring apparatus is installed at the tip of the internal robot arm 51 or the external robot arm 52. Thereby, a physical property measuring apparatus can be moved along the inner surface and outer surface of the silica glass crucible 1, and the physical property in each point of the silica glass crucible 1 can be measured.
  • Examples of the physical property measuring device include an infrared absorption spectrum measuring device, a Raman spectrum measuring device, a confocal microscope, a camera, and a surface roughness measuring device (contact type, non-contact type).
  • a plurality of types of physical property measuring devices may be installed at the tips of the internal robot arm 51 and the external robot arm 52, or one type may be installed and appropriately changed. The replacement of the physical property measuring device may be performed manually or automatically using an autochanger.
  • the measurement results measured by the various physical property measuring devices are stored in the storage device 42 of the information processing device 4 in association with the corresponding inner surface coordinates and outer surface coordinates.
  • the measuring device 3 can include various sensors such as an AE (Acoustic Emission) sensor.
  • an AE sensor Acoustic Emission
  • an external force is applied to the silica glass crucible 1 in a state where the AE sensor is installed on the inner surface of the silica glass crucible 1 (for example, the compressed air is applied to the silica glass crucible 1 or Submerged silica glass crucible 1 in water).
  • an AE wave generated according to the external force is detected.
  • information such as microcracks generated in the silica glass crucible 1 can be stored in advance.
  • the information processing units 513 and 523 included in the measurement device 3 calculate the inner surface distance, the interface distance, and the outer surface distance
  • the coordinate calculation unit 41 of the information processing device 4 calculates the inner surface coordinates and the interface.
  • the coordinates and outer surface coordinates are calculated.
  • the configuration of the present invention is not limited to the above case.
  • the information processing units 513 and 523 may be configured to calculate inner surface coordinates, interface coordinates, and outer surface coordinates
  • the information processing apparatus 4 calculates inner surface distances, interface distances, and outer surface distances. You may comprise.
  • the crucible management system 2 described in the present embodiment may be used as a process for manufacturing the silica glass crucible 1, the crucible management system 2 described in the present embodiment may be used. That is, when manufacturing the silica glass crucible 1, the inner surface coordinates of the silica glass crucible 1 are calculated, and the calculation results are stored in the storage device 42. By manufacturing the silica glass crucible 1 in this way, when a problem occurs in the manufactured silica glass crucible 1, it becomes possible to investigate the cause of the problem based on stored information or the like. . Further, by pulling up the silicon single crystal using the silica glass crucible 1 manufactured by the above-described method, in the case where some trouble occurs during the pulling, the information on the silica glass crucible 1 before the pulling is based. The cause can be investigated.
  • the crucible management system in the present embodiment includes a measuring device 3 and an information processing device 8. Further, the information processing apparatus 8 includes a coordinate calculation unit 41, a storage device 82, and a crucible evaluation unit 83 (crucible evaluation means). As described above, the crucible management system in the present embodiment is different in the configuration of the crucible management system 2 and the information processing apparatus 8 in the first embodiment. Hereinafter, a characteristic configuration of the present embodiment will be described.
  • the crucible evaluation unit 83 evaluates the silica glass crucible 1 based on the information stored in the storage device 82.
  • the crucible evaluation unit 83 may be executed by the CPU of the information processing apparatus 8 as a crucible evaluation program.
  • the crucible evaluation unit 83 evaluates the shape of the silica glass crucible 1 based on the crucible shape information 421. Specifically, the crucible evaluation unit 83 grasps the shape of the silica glass crucible 1 based on the inner surface coordinates and the outer surface coordinates included in the crucible shape information 421. Then, the crucible evaluation unit 83 compares the grasped result with a threshold value provided for each of the side wall part 11, the bottom part 12, and the corner part 13 of the silica glass crucible 1. For example, as the threshold value, a first threshold value and a second threshold value that is smaller than the first threshold value are determined in advance for each of the side wall portion 11, the bottom portion 12, and the corner portion 13.
  • the crucible evaluation part 83 is when the thickness of the side wall part 11 of the silica glass crucible 1 is thicker than the 1st threshold value of the side wall part 11, or the side wall part of the silica glass crucible 1 than the 2nd threshold value of the side wall part 11.
  • the thickness of 11 is thin, it is determined that the shape of the side wall 11 of the silica glass crucible 1 is unacceptable.
  • the crucible evaluation unit 83 stores in the storage device 42 that the shape of the side wall 11 of the silica glass crucible 1 is rejected.
  • the crucible evaluation part 83 is a memory
  • the crucible evaluation unit 83 performs the same evaluation on the bottom 12 and the corner 13.
  • the crucible evaluation unit 83 can also evaluate the shapes of the transparent layer 111 and the bubble-containing layer 112 by taking interface coordinates into consideration.
  • the crucible evaluation unit 83 evaluates the silica glass crucible 1 based on the internal image information 422, the external image information 423, and the distortion image information 424. For example, when the crucible evaluation unit 83 detects a foreign object from the image data stored in the internal image information 422 or the external image information 423, the crucible evaluation unit 83 indicates that the foreign object has been detected and the inner surface coordinates or external coordinates where the foreign object has been detected. The surface coordinates are stored in the storage device 42 in association with each other. The crucible evaluation unit 83 evaluates the silica glass crucible 1 based on the strain image information 424 and stores the evaluation result in the storage device 42.
  • the storage device 82 is a storage device such as a memory or a hard disk.
  • the storage device 82 stores crucible data information indicating the shape of the silica glass crucible 1 and image data for each crucible.
  • crucible shape information 421, internal image information 422, external image information 423, distortion image information 424, and evaluation information 825 are stored in the storage device 82 as crucible data information for each crucible.
  • the storage device 82 is different from the first embodiment in that the evaluation information 825 is included.
  • the evaluation information 825 will be described.
  • Evaluation information 825 is information indicating the evaluation of the silica glass crucible 1 by the crucible evaluation unit 83. As the evaluation information 825, information on the shape of the silica glass crucible 1 by the crucible evaluation unit 83 and information on the found foreign matters are stored.
  • the crucible management system in the present embodiment has the crucible evaluation unit 83.
  • the evaluation result by the crucible evaluation unit 83 can be stored in the storage device 82.
  • the silicon single crystal is pulled, it is possible to compare and evaluate the evaluation with respect to the silica glass crucible 1 before pulling the silicon single crystal.
  • the crucible management system in the present embodiment can be variously changed in the same manner as the crucible management system 2 in the first embodiment.
  • the crucible management system in the present embodiment includes a measuring device 3 and an information processing device 9.
  • the information processing apparatus 9 includes a coordinate calculation unit 41, a storage device 92, and a manufacturing time information acquisition unit 93 (manufacturing time information acquisition unit).
  • the crucible management system in the present embodiment is different in the configuration of the crucible management system 2 and the information processing apparatus 9 in the first embodiment.
  • a characteristic configuration of the present embodiment will be described.
  • the manufacturing time information acquisition unit 93 acquires manufacturing time information that is various information when the silica glass crucible 1 is manufactured.
  • the manufacturing time information acquisition unit 93 may be executed by the CPU of the information processing apparatus 9 as a manufacturing time information acquisition program.
  • the manufacturing time information acquisition unit 93 is, for example, a manufacturing time condition indicating manufacturing conditions such as a change in temperature over time at each of the side wall portion 11, the bottom portion 12, and the corner portion 13 when the silica glass crucible 1 is manufactured. Get information. Then, the manufacturing time information acquisition unit 93 stores the acquired information in the manufacturing time information 925 of the storage device 92. As described above, by storing information indicating the manufacturing conditions of the silica glass crucible 1 in the storage device 92, when any problem occurs during the pulling of the silicon single crystal, the silica glass before the pulling of the silicon single crystal is performed. It is possible to investigate the cause of the problem using the state of the crucible 1 and the conditions at the time of manufacturing the silica glass crucible 1.
  • FIG. 20A to 20C are schematic views for explaining a method for producing a silicon single crystal using the silica glass crucible according to the present embodiment.
  • the silica glass crucible 1 is filled with polycrystalline silicon, and in this state, the polycrystalline silicon is heated by a heater arranged around the silica glass crucible 1. And melt. Thereby, the silicon melt 230 is obtained.
  • the silica glass crucible of the present invention the crucible during filling can be prevented from being damaged.
  • the volume of the silicon melt 230 is determined by the mass of polycrystalline silicon. Therefore, the initial height position H 0 of the liquid surface 23 a of the silicon melt 230 is determined by the mass of the polycrystalline silicon and the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible 1. That is, when the three-dimensional shape of the inner surface of the silica glass crucible 1 is determined, the volume up to an arbitrary height position of the silica glass crucible 1 is specified, whereby the initial height of the liquid surface 23a of the silicon melt 230 is determined. The position H0 is determined.
  • the tip of the seed crystal 24 is lowered to the height position H0 and brought into contact with the silicon melt 230. Then, the silicon single crystal 25 is grown by slowly pulling up the wire cable 561 while rotating it. At this time, the silica glass crucible 1 is rotated opposite to the rotation of the wire cable 561.
  • the inner surface shape of the corner portion 13 can be known, and therefore how the descent speed Vm changes can be accurately predicted. it can. Based on this prediction, pulling conditions such as the pulling speed of the silicon single crystal 25 are determined. At this time, by using the silica glass crucible 1 of the present embodiment, since the deformation from the predicted shape is less, the prediction accuracy of the descent speed Vm is further improved. As a result, it is possible to prevent transition from occurring in the corner portion 13 and to automate the lifting.
  • the silica glass crucible 1 is prevented from being deformed by the heating of the silica glass crucible 1 when the silicon single crystal 25 is pulled up (such as falling of the side wall 11, distortion, rising of the bottom 12).
  • the deviation of the descending speed Vm of the liquid surface 23a obtained from the three-dimensional shape of the inner surface of the glass crucible 1 is suppressed, and the silicon single crystal 25 having a high crystallization rate can be manufactured with a high yield.
  • the silicon single crystal is pulled up in an argon atmosphere and under reduced pressure (about 660 Pa to 13 kPa).
  • a silicon ingot may be manufactured by setting the silica glass crucible 1 manufactured in the present embodiment to a pulling device and pulling up the silicon single crystal.
  • FIG. 21 is a schematic view illustrating a silicon single crystal silicon ingot.
  • the silicon single crystal ingot 600 is manufactured by setting the silica glass crucible 1 of the present invention in a pulling apparatus and pulling it up by the above-described silicon single crystal manufacturing method.
  • the ingot 600 has a shoulder 610 on the seed crystal 24 side, a straight body 620 continuous from the shoulder 610, and a tail 630 continuous from the straight body 620. Note that the seed crystal 24 is removed from the ingot 600.
  • the diameter of the shoulder portion 610 gradually increases from the seed crystal 24 side to the straight body portion 620.
  • the diameter of the straight body 620 is substantially constant.
  • the diameter of the tail 630 gradually decreases as the distance from the straight body 620 increases.
  • the quality of the ingot 600 is closely related to the quality of the silica glass crucible 1 to be pulled up.
  • contamination of the silica glass crucible 1 for example, an impurity metal element in the glass
  • foreign matters leads to dislocation of the silicon single crystal in the ingot 600.
  • the smoothness of the inner surface of the silica glass crucible 1 unevenness that can be seen visually
  • the amount and size of bubbles in the vicinity of the surface there is a minute amount into the silicon due to chipping of the crucible surface, cracking of the bubbles, or crushing.
  • debris particles peeled off from the crucible
  • the liquid level lowering speed Vm is determined by the function f of the crucible inner volume and the silicon single crystal growth speed Vg (see FIG. 22B).
  • the liquid level lowering speed Vm is obtained by calculation using this function f.
  • the inner shape of the crucible is deformed and the internal volume is changed due to exposure to high temperature (see FIG. 22 (c)).
  • the silica glass crucible is inserted into the carbon susceptor. Therefore, the outer peripheral surface of the silica glass crucible is in a state of being fitted to the carbon susceptor. For this reason, the silica glass crucible is not deformed outward but deformed only inward.
  • the internal volume of the crucible changes, the calculation of the liquid level lowering speed Vm becomes inaccurate, and the silicon single crystal growth speed Vg cannot be determined accurately. This growth rate Vg is an important factor in the generation of crystal defects. Therefore, if the growth rate Vg cannot be accurately controlled, the quality of the ingot 600 is greatly affected.
  • Vg ⁇ L / ⁇ s ⁇ ( ⁇ R / r) 2 ⁇ Vm
  • Vg ⁇ 2 ⁇ ⁇ L / ⁇ s ⁇ ( ⁇ R / r) 2 ⁇ Vm ⁇
  • the thickness of the silicon wafer is 1 A pulling control of / 10 to 1/100 or less (pulling control for making COP substantially zero) is necessary. In this case, in order to control the decrease in the liquid level of the silicon melt, it is necessary to control the accuracy of 0.01 mm or less.
  • the growth rate Vg of the silicon single crystal fluctuates 2%.
  • the rate of decrease Vm of the silicon melt at the corner 13 of the silica glass crucible 1 is higher than the rate of decrease of the level of the silicon melt at the straight body of the silica glass crucible 1. Therefore, the influence of the variation in the inner diameter of the crucible on the variation in the liquid level is larger in the corner portion 13 than in the straight body portion of the crucible.
  • the relationship between the internal residual stress and the change in the inner diameter of the crucible after use (in terms of operation results) Based on the simulation of the fluctuation amount of the inner diameter of the crucible based on this, the inner diameter fluctuation amount of the crucible in use can be estimated at the stage of the silica glass crucible 1 before use (before the silicon single crystal is pulled up). This makes it possible to reduce the deviation from the target value of the growth rate Vg of the silicon single crystal compared to the case where the deformation of the crucible is not considered at all as in the conventional technique, and the entire length of the straight body portion 620 of the ingot 600 can be reduced. Defects can be suppressed (substantially zero).
  • FIG. 23 is a diagram showing the variation amount of the inner diameter of the crucible.
  • the horizontal axis indicates the amount of variation in the inner diameter of the crucible
  • the vertical axis indicates the height from the bottom of the crucible.
  • the plot of FIG. 23 is a measured value.
  • the line L connects the average of the measured value in each height. As shown by line L, it can be seen that fluctuations in the inner diameter of the crucible (that is, fluctuations in the crucible internal volume) occur on average.
  • the rising speed A of the silicon single crystal is changed based on the shape of the inner surface of the crucible, it is possible to control the growth rate Vg of the silicon single crystal so that the entire length of the silicon single crystal is within a defect-free range. become.
  • feedback control during CZ single crystal growth is performed only by a combination of ADC (automatic diameter control) and liquid level control. That is, in the prior art, the shape of the crucible in actual use is not taken into consideration at all, and the shape change of the crucible cannot be accurately grasped, so that the growth rate Vg is accurately controlled in pulling up the silicon single crystal. I can't.
  • the conventional technology does not correspond to the Vg control corresponding to the accuracy of the liquid level lowering velocity Vm of 0.01 mm or less as described above, and the performance of the semiconductor device, particularly the device of the three-dimensional structure is sufficient. It is not a silica glass crucible that can produce a silicon single crystal (ingot) to be drawn out.
  • the temperature gradient (G) in the pulling axis direction is higher on the melt side than on the solid side (in other words, lower on the solid side than on the melt side).
  • the temperature gradient in the plane (in the radial direction) perpendicular to the pulling axis (in the radial plane) is constant.
  • the silica glass crucible 1 of the present invention can stabilize the height H between the liquid surface of the silicon melt and the tip of the heat shielding member because the deformation and collapse of the silicon single crystal are suppressed.
  • the crystal defects in the straight body portion 620 are substantially zero.
  • COP Crystal Originated Particle
  • COP is one of crystal defects and is a fine defect in which silicon atoms are not present at lattice points of a single crystal (holes are collected). The presence of the COP causes deterioration of electrical characteristics (leakage current, resistance value distribution, carrier mobility, etc.) of the semiconductor device.
  • FIG. 24 is a schematic diagram for explaining a situation in which various defects occur based on the Boronkov theory.
  • V the pulling speed
  • G the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the ingot (silicon single crystal)
  • V / G the temperature gradient in the pulling axis direction in the vicinity of the solid-liquid interface of the ingot (silicon single crystal)
  • the relationship between V / G and point defect concentration is schematically shown with the ratio V / G being the horizontal axis and the concentration of vacancy type point defects and the concentration of interstitial silicon type point defects being the same vertical axis. expressing. It is shown that there is a critical point that becomes a boundary between a region where a vacancy type point defect occurs and a region where an interstitial silicon type point defect occurs.
  • V / G falls below the critical point, a single crystal having a dominant interstitial silicon type point defect concentration is grown.
  • V / G is less than the critical point (V / G) I, the interstitial silicon type point defects are dominant in the single crystal, and the region where the aggregate of interstitial silicon point defects exists [I ] Appears.
  • V / G exceeds the critical point, a single crystal having a dominant vacancy point defect concentration is grown.
  • V / G is greater than the critical point (V / G) v, a region where vacancy type point defects are dominant in the single crystal and agglomerates of vacancy type point defects exist [V] Appears and COP occurs.
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing the relationship between the pulling rate and the defect distribution during single crystal growth.
  • a silicon single crystal is grown while the pulling speed V is gradually decreased, and the grown single crystal is cut along a central axis (pulling axis) to form a plate-shaped specimen. It shows the occurrence of defects.
  • the defect distribution is a result of evaluating the occurrence of defects by decorating Cu on the surface of the plate-shaped specimen and performing heat treatment, then observing the plate-shaped specimen by the X-ray topograph method.
  • the OSF region appears in a ring shape from the outer peripheral portion of the single crystal.
  • the diameter of the OSF region gradually decreases as the pulling speed decreases, and disappears when the pulling speed becomes V1. Accordingly, a defect-free region [P] (region [PV]) appears instead of the OSF region, and the entire in-plane area of the single crystal is occupied by the defect-free region [P].
  • the fact that the COP shown above is substantially zero means that the number of detected COPs is substantially zero.
  • COP is detected by a particle counter.
  • the particle counter when the number of particles of 0.020 ⁇ m or more is detected only 30 or less on the wafer surface (semiconductor device forming surface), the number is substantially zero.
  • “0.020 ⁇ m COP” means, for example, 0.020 ⁇ m when measured with the SP series manufactured by Tencor or the particle counter device for semiconductors and silicon wafers having the same performance as this device.
  • the ingot 600 in which the COP of the straight body 620 is substantially zero is sliced into, for example, a diameter of 300 mm and a thickness of about 1 mm to become a silicon wafer.
  • electrical characteristics can be stabilized and deterioration can be suppressed.
  • the method of detecting COP may be other than the particle counter.
  • a method using a surface defect inspection apparatus after forming an oxide film of a predetermined thickness on the surface of a wafer, applying an external voltage to destroy the oxide film at the defective portion of the wafer surface and deposit copper
  • Examples include a method of detecting defects (COP) by observing the deposited copper with the naked eye, a transmission electron microscope (TEM), a scanning electron microscope (SEM), and the like. In the straight body 620 of the ingot 600, COP is not detected by such a detection method (substantially becomes zero).
  • a more preferable form of the ingot 600 according to the present invention is that all the straight body portions 620 do not have a region where point defects (voids) called vacancy are aggregated (V-Rich region where COP exists), and OSF (Oxidation Induced Stacking). Fault) is not detected, and there is no region (I-Rich region) where interstitial point defects called interstitials exist, that is, all of the straight body portion 620 is a neutral region.
  • the neutral region includes not only a region having no defects, but also a region that does not exist as an agglomerated defect or is so small that it cannot be detected even if a slight vacancy or interstitial is included.
  • the crystal defects in the straight body portion 620 are zero, the electrical characteristics of the semiconductor device manufactured using the wafer cut out from the ingot 600 can be stabilized and the deterioration can be suppressed.
  • a homoepitaxial wafer (hereinafter, also simply referred to as “epitaxial wafer”) may be configured by using a wafer cut out from the ingot 600 as a substrate portion.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view illustrating an epitaxial wafer.
  • the epitaxial wafer 700 includes a wafer substrate portion 710 cut out from the ingot 600, and a silicon single crystal epitaxial layer 720 provided on the substrate portion 710.
  • the epitaxial layer 720 is a silicon homoepitaxial layer.
  • the thickness of the epitaxial layer 720 is about 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the substrate unit 710 is heated to about 1200 ° C. in an epitaxial furnace.
  • vaporized silicon tetrachloride (SiCl 4 ) and trichlorosilane (trichlorosilane, SiHCl 3 ) are flowed into the furnace.
  • trichlorosilane, SiHCl 3 trichlorosilane
  • the epitaxial layer 720 having substantially zero crystal defects can be formed.
  • a transistor called a Fin-type FET fin-type field effect transistor
  • a MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the source and drain are two-dimensionally configured.
  • the Fin-type FET has a channel region called FIN in the upper layer of the silicon surface and is in contact with the silicon wafer to form a three-dimensional MOSFET.
  • the planar type has been miniaturized by the gate length, but in the Fin type FET, the fin width is managed as the minimum dimension. There is also a Fin type FET having a fin width of about 20 nm, that is, about the same as COP. Therefore, it is required to reduce the size of the COP to the limit as the surface quality of the silicon wafer directly under the fin.
  • Such a three-dimensional structure is adopted not only in a Fin type FET but also in a three-dimensional NAND type flash memory.
  • a homoepitaxial wafer with improved quality is desired.
  • the size of the COP of the silicon wafer needs to be smaller and smaller.
  • the silicon melt can be controlled by paying attention to the relationship between the liquid level fluctuation of the silicon melt and the silica glass crucible.
  • the silica glass crucible can be evaluated based on the detection result of the AE wave, and a crucible in which there is no microcrack that affects cracking or deformation during pulling can be selected.
  • a crucible in which there is no microcrack that affects cracking or deformation during pulling can be selected.
  • microcracks exist in the silica glass crucible, the crucible is likely to be deformed at a high temperature for a long time during the pulling of the silicon single crystal. If the silica glass crucible is deformed during the pulling of the silicon single crystal, the surface of the silicon melt is disturbed, and various pulling conditions such as the pulling speed cannot be controlled.
  • a high quality epitaxial wafer can be provided by forming an epitaxial layer on the substrate portion of the wafer using the ingot.
  • the epitaxial layer 720 may be formed on the entire surface of the substrate portion 710 or may be partially formed. As a result, it is possible to provide a high-quality epitaxial wafer 700 that can be used when crystal integrity is required or when a multilayer structure with different resistivity is required.
  • crucible management system it is possible to predict the occurrence of defects such as crucible deformation during pulling up before use.
  • crucible deformation during pulling of the silicon single crystal can be predicted with high accuracy, and pulling conditions (pulling speed, etc.) can be controlled with high accuracy. This makes it possible to produce an ingot in which crystal defects are substantially zero.
  • a high quality homoepitaxial wafer can be provided by cutting out the ingot to form a wafer, and forming a homoepitaxial layer using this wafer as a substrate part.
  • FIG. 27 is a flowchart illustrating steps from crucible manufacturing to wafer manufacturing. Steps S501 to S506 shown in FIG. 27 are crucible manufacturing processes, steps S507 to S514 are ingot manufacturing processes, steps S515 to S521 are silicon wafer manufacturing processes, and steps S522 to S527 are performed. It is a manufacturing process of an epitaxial wafer.
  • a series of processes from crucible production to ingot production shown in steps S501 to S514 is referred to as a crucible-ingot production process.
  • a series of processes from crucible manufacturing to silicon wafer manufacturing shown in steps S501 to S521 is referred to as a crucible-silicon wafer manufacturing process.
  • a series of processes from crucible manufacturing to epitaxial wafer manufacturing shown in steps S501 to S527 is referred to as a crucible-epiwafer manufacturing process.
  • an integrated control system is used for production management that assumes the quality of silicon single crystal products (ingots, silicon wafers, epitaxial wafers) due to crucible manufacturing.
  • the diameter of the straight body portion is controlled to be constant by ADC (automatic diameter control).
  • ADC automatic diameter control
  • the time required for pulling up the straight body having a diameter of about 300 mm to a total length of 2000 mm is about 4000 minutes as 0.5 mm / min.
  • the control during this period is mainly based on the relationship between the lifting speed and the weight, and the aim is to raise the COP free over the entire length of the straight body with a constant diameter.
  • the height H between the surface of the silicon melt important for pulling and the cone portion 571 is high when the pulling speed is high, and is low when the pulling speed is slow. Conventionally, the height H is controlled based on the individual difference for each lifting device and the experience of the operator.
  • the height H at the time of pulling up can be controlled more uniformly by predicting the amount of inner surface deformation of the crucible. That is, in the pulling device, the crucible is housed in the carbon susceptor 520, and becomes a weight of, for example, 500 kg due to the filling of polycrystalline silicon. In addition, the crucible being pulled becomes a high temperature of about 1600 ° C. and is pushed outward by the silicon melt, and the gap with the carbon susceptor 520 disappears. Since the carbon susceptor 520 is not deformed, as a result, the crucible is easily deformed inward by a reaction force from the carbon susceptor 520.
  • the integrated control system of the present embodiment accumulates information such as the manufacturing history of the crucible used so far, the measurement result of the internal residual stress before use, the shape change after use, etc. Calculate the behavior and deformation of the crucible when it is pulled up before use.
  • transformation of the crucible internal volume can be known from the deformation
  • the occurrence of defects such as crucible deformation during pulling is reflected in the crucible manufacturing conditions, and the occurrence of defects such as crucible deformation during pulling
  • the silica glass crucible 1 which can suppress is able to be manufactured.
  • crucible deformation during pulling of the silicon single crystal can be predicted with high accuracy, and pulling conditions (pulling speed, etc.) can be controlled with high accuracy. This makes it possible to produce an ingot in which crystal defects are substantially zero.
  • a high quality homoepitaxial wafer can be provided by cutting out the ingot to form a wafer, and forming a homoepitaxial layer using this wafer as a substrate part.
  • a program executed by the CPU such as a coordinate calculation program, a crucible evaluation program, and a manufacturing time information acquisition program, may be recorded on a computer-readable recording medium or distributed via a network.
  • the components of the crucible management system 2 may be arranged at the same place, or may be arranged at an appropriate place via a network.

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Abstract

変形前のシリカガラスルツボを調査して原因を特定することが出来ない、という問題を解決すること。　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、内表面反射光を検出する内部反射光検出手段と、検出結果に基づいて内表面距離を算出する内部距離算出手段と、内表面距離と当該内表面距離の算出元となる内表面反射光を検出した際の内部反射光検出手段の位置を示す三次元座標とに基づいて内表面座標を算出する座標算出手段と、シリカガラスルツボの内表面の画像データを取得する内表面画像データ取得手段と、内表面画像データ取得手段が取得した画像データと当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶するルツボデータ情報記憶手段と、を有する。

Description

ルツボ管理システム、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法、ホモエピタキシャルウェーハの製造方法
　本発明は、シリカガラスルツボの測定結果などを管理するルツボ管理システム、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法、ホモエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
　＜シリコン単結晶の製造＞
　シリコン単結晶（シリコンインゴット）の製造は、シリカガラスルツボを用いたチョクラルスキー法（ＣＺ法：Czochralski）により行われる。ＣＺ法では、まず、シリカガラスルツボの内部に多結晶シリコンを充填する。続いて、シリカガラスルツボの周囲に配置されたカーボンヒーターなどの加熱により、多結晶シリコンをシリコン融液に熔融する。そして、熔融したシリコン融液にシリコン単結晶の種結晶を接触させ、回転させながら徐々に引き上げる。これにより、シリコン単結晶の種結晶を核として成長させ、シリコン単結晶を製造する。シリコン単結晶の引き上げは１４５０～１５００℃ほどの状態で行われる。これは、シリカガラスルツボの軟化点である１２００～１３００℃を超える温度である。
　＜シリカガラスルツボ＞
　上記シリコン単結晶を製造する際に用いられるシリカガラスルツボは、円筒状の側壁部と、湾曲した底部と、側壁部と底部とを連結し且つ底部よりも曲率が大きいコーナー部と、を備えた形状であり、シリカガラスルツボの側壁部の上端面は、円環状の平坦な面として形成されている。また、シリカガラスルツボは、例えば、当該シリカガラスルツボの内面から外面に向かって、目視や画像データなどに基づいて気泡が観察できない透明層と気泡が観察される気泡含有層とを備えるなど、複数の層を備えて構成されている。シリカガラスルツボは、直径が２８インチ（約７１ｃｍ）、３２インチ（約８１ｃｍ）、３６インチ（約９１ｃｍ）、４０インチ（約１０１ｃｍ）など様々な大きさで製造されている。
　上記のように、シリコン単結晶の引き上げは、シリカガラスの軟化点を超える温度で行われる。そのため、シリコン単結晶の引き上げを行うとシリカガラスルツボは変形してしまうことになる。従って、一般に、シリカガラスルツボは、シリコン単結晶の引き上げごとに用いられる。つまり、シリカガラスルツボは、シリコン単結晶の引き上げごとに別途用意することが必要となる。
　＜シリカガラスルツボの製造方法＞
　上記のようなシリカガラスルツボは、例えば、回転モールド法を用いて製造する。つまり、シリカガラスルツボは、回転している（カーボン製の）モールドの内表面にシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成し、当該堆積させたシリカ粉層を減圧しながらアーク熔融することで製造する。アーク熔融を行う際に、アーク熔融の初期段階でシリカ粉を強く減圧し、その後、減圧を弱くすることで、透明層と気泡含有層とを有するシリカガラスルツボを製造することが出来る。
　＜先行文献＞
　シリカガラスルツボは、上記のように回転モールド法により製造する。このような製造方法のため、シリカガラスルツボは設計図通りに製造することが出来ない。従って、製造されたシリカガラスルツボの形状や内表面の特性などは設計図からずれているおそれがあることになる。そこで、製造されたシリカガラスルツボが設計図通りであるか否かなど、製造されたシリカガラスルツボを測定・検査することが行われている。
　シリカガラスルツボを測定するための技術として、例えば、特許文献１がある。特許文献１には、シリカガラスルツボの内表面に沿って非接触で移動する内部測距部を用いたシリカガラスルツボの三次元形状測定方法が記載されている。具体的には、内部測距部は、シリカガラスルツボに向かってレーザー光を照射し、内表面からの内表面反射光と界面からの界面反射光とを検出する。そして、内部測距部は、検出結果に基づいて、内部測距部と内表面との間の距離、内部測距部と界面との間の距離を算出する。その後、特許文献１によると、測定点の三次元座標と内表面距離及び界面距離を関連付ける。これにより、内表面及び界面の三次元形状を求めることが出来る。特許文献１によると、上記のような構成を有することにより、非破壊的にシリカガラスルツボの内表面の三次元形状を測定することが出来る。
　また、同様にシリカガラスルツボを測定するための技術として、例えば、特許文献２がある。特許文献２には、内部測距部によりシリカガラスルツボの内表面の三次元形状を測定する工程と、（１）異物の三次元形状測定工程と（２）歪みの三次元分布測定工程とのいずれかの工程と、を有するシリカガラスルツボの評価方法が記載されている。具体的には、（１）異物の三次元形状測定工程では、複数の測定点において画像を取得し、得られた画像中に異物が存在していると判断した場合、画像を取得した位置においてシリカガラスルツボの厚さ方向の焦点位置を変化させて複数枚の画像を取得する。これにより、異物の三次元位置を特定する。また、（２）歪みの三次元分布測定工程では、内表面三次元形状上の複数の測定点において歪み画像を取得することで、歪みの三次元分布を測定する。特許文献２によると、上記構成を有することで、ルツボの内表面又は内部に存在する異物の三次元位置を特定することができるか又はルツボの歪みの三次元分布を決定することが出来るシリカガラスルツボの評価方法を提供することが出来る。
　また、シリカガラスルツボを検査するための技術としては、例えば、特許文献３がある。特許文献３には、レーザー光を照射し、照射によって生じる蛍光の波長と強度から不純物成分を特定しかつ不純物成分の含有量を算出する、という技術が記載されている。具体的には、特許文献３によると、シリカガラスルツボの内表面にマッチングオイルの薄膜を形成し、シリカガラスルツボとマッチングオイルとの界面でレーザー光を全反射させてエバネッセント波を発生させる。そして、エバネッセント波により励起された不純物成分の分子から得られる傾向強度を測定する。特許文献３によると、上記構成により、シリカガラスルツボの語句表層に存在する不純物成分の特定と含有量の検出とを行うことが出来る。
　また、同様にシリカガラスルツボを検査するための技術として、例えば、特許文献４がある。特許文献４には、波長３６５ｎｍの紫外光をシリカガラスルツボの側面に照射し、シリカガラスルツボ壁面に発生する４２０ｎｍ乃至６００ｎｍの範囲内の波長の蛍光斑点の個数を計測するシリカガラスルツボの検査方法が記載されている。特許文献４によると、上記構成により、シリカガラスルツボ中に局在する不純物を容易に検出することが出来る。
特開２０１３－１３３２２６号公報 特開２０１４－９１６４０号公報 特開２０１２－１７２４３号公報 特開平８－２８３０９２号公報 特表２０１４－５２８６４３号公報 特開２００８－２１９００２号公報
　＜問題が発生する時期の問題＞
　上記特許文献１乃至４の技術は、シリカガラスルツボを測定、検査する技術である。そのため、測定、検査するためには、実物のシリカガラスルツボが必要になる。
　一方、実際にシリコン単結晶の引き上げを行うと、例えば、結晶の有転位化や析出などの問題が生じることがある。また、シリコン単結晶引き上げの最中にシリカガラスルツボが割れてしまう、などの問題が生じることがある。このような問題が発生した場合、問題の原因を特定するためには、引き上げを行ったシリカガラスルツボの検査を行うことが最適であると考えられる。しかしながら、上述したように、シリコン単結晶の引き上げはシリカガラスの軟化点よりも高い温度で行われる。そのため、シリコン単結晶の引き上げによりシリカガラスルツボは変形・熔融してしまうことになる。従って、シリコン単結晶の引き上げ後に変形・熔融前のシリカガラスルツボを測定・検査することは出来ず、また、測定・検査により問題の原因を特定することは出来なかった。
　このように、シリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボを調査して問題の原因を特定することが出来ない、という問題が発生していた。
　そこで、本発明の目的は、シリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボを調査して問題の原因を特定することが出来ない、という問題を解決することが出来るルツボ管理システム、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法、ホモエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
　すなわち、本発明は、シリカガラスルツボをシリコン単結晶の引き上げに使用する前（使用前）の段階で、引き上げ中や引き上げ後のシリカガラスルツボの変形可能性を予測して、ルツボ変形にともなうシリコン単結晶（インゴット）への結晶欠陥の発生を抑制し、高品質なシリコン単結晶およびホモエピタキシャルウェーハを提供できるようにすることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一形態であるルツボ管理システムは、
　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出する内部反射光検出手段と、
　前記内部反射光検出手段による検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出する内部距離算出手段と、
　前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出する座標算出手段と、
　シリカガラスルツボの内表面の画像データを取得する内表面画像データ取得手段と、
　前記内表面画像データ取得手段が取得した画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶するルツボデータ情報記憶手段と、
　を有する
　という構成を採る。
　この構成によると、内部反射光検出手段が検出した内表面反射光に基づいて、内部距離算出手段が内表面距離を算出する。また、算出した内表面距離を用いて、座標算出手段がシリカガラスルツボの内表面が位置する三次元座標である内表面座標を算出する。また、内表面画像データ取得手段がシリカガラスルツボの内表面の画像データを取得する。そして、画像データと対応する内表面座標とを対応付けて記憶する。
　このように、本発明によると、シリカガラスルツボの内表面の画像データと当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する。このような構成により、シリコン単結晶引き上げの際に何らかの問題が生じた場合、記憶している情報により、シリコン単結晶引き上げによる変形・溶損前の状態を参照することが出来る。その結果、シリコン単結晶引き上げによる変形・溶損前の状態から問題の原因の特定を試みることが可能となる。つまり、上記構成により、シリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボを調査して原因を特定することが可能となる。
　また、本発明の他の形態であるルツボ管理方法は、
　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出し、
　検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出し、
　前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出し、
　前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを取得し、
　前記内表面座標と当該内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データとを対応付けてシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する
　という構成を採る。
　また、本発明の他の形態であるシリカガラスルツボの製造方法は、
　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出し、検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出し、前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出し、前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを取得し、前記内表面座標と当該内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データとを対応付けてシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する工程を含む
　という構成を採る。
　また、本発明の他の形態であるシリコンインゴットの製造方法は、
　上述したシリカガラスルツボの製造方法により製造されたシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行う工程を有する
　という構成を採る。
　また、本発明の他の形態であるホモエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記方法によって製造したシリコンインゴットを切り出して形成されたウェーハによる基板部を形成する工程と、基板部の上にシリコン単結晶のエピタキシャル層を形成する工程と、を備える。
　本発明は、以上のように構成されることにより、シリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボを調査して原因を特定することが出来ない、という問題を解決することが出来る。
本発明の第１の実施形態において測定・管理の対象となるシリカガラスルツボの構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における内部測距部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における内部測距部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における外部測距部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における外部測距部の構成の一例を示す図である。 内部測距部及び外部測距部による距離測定の詳細を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態における歪み画像取得部の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ形状情報の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における内部画像情報の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における外部画像情報の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における歪み画像情報の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システムがシリカガラスルツボの内表面座標を算出して算出結果を格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システムがシリカガラスルツボの界面座標を算出して算出結果を格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システムがシリカガラスルツボの外表面座標を算出して算出結果を格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システムがシリカガラスルツボの画像データを取得して格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるルツボ管理システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態におけるルツボ管理システムの構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係るシリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する模式図である。 シリコン単結晶のインゴットを例示する模式図である。 （ａ）～（ｃ）は引き上げ制御を説明する模式図である。 ルツボの内径の変動量を示す図である。 ボロンコフ理論に基づいて各種の欠陥が発生する状況を説明する模式図である。 単結晶育成時の引き上げ速度と欠陥分布との関係を示す模式図である。 エピタキシャルウェーハを例示する模式断面図である。 ルツボ製造からウェーハ製造までの工程を例示するフローチャートである。
　［実施形態１］
　本発明の第１の実施形態におけるルツボ管理システム２、ルツボ管理方法、シリカガラスルツボの製造方法、シリコンインゴットの製造方法を、図１乃至図１７を参照して説明する。図１は、シリカガラスルツボ１の構成の一例を示す図である。図２は、ルツボ管理システム２の構成の一例を示すブロック図である。図３は、図２で示す測定装置３に含まれ得る構成の一例を示すブロック図である。図４、図５は、内部測距部３１の構成の一例を示す図である。図６、図７は、外部測距部３２の構成の一例を示す図である。図８は、内部測距部３１及び外部測距部３２による距離測定の詳細を説明するための図である。図９は、歪み画像取得部３５の構成の一例を示す図である。図１０は、ルツボ形状情報４２１の構成の一例を示す図である。図１１は、内部画像情報４２２の構成の一例を示す図である。図１２は、外部画像情報４２３の構成の一例を示す図である。図１３は、歪み画像情報４２４の構成の一例を示す図である。図１４は、ルツボ管理システム２が内表面座標を算出して格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。図１５は、ルツボ管理システム２が界面座標を算出して格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。図１６は、ルツボ管理システム２が外表面座標を算出して格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。図１７は、ルツボ管理システム２が画像データを取得して格納する際の動作の一例を示すフローチャートである。
　本発明の第１の実施形態では、製造されたシリカガラスルツボ１を測定し、測定結果を記憶装置４２に格納して管理するルツボ管理システム２について説明する。後述するように、本実施形態におけるルツボ管理システム２は、シリカガラスルツボ１の形状データ（例えば、内表面座標、外表面座標、界面座標）を算出して格納する。また、ルツボ管理システム２は、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データと当該内表面の画像データの撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けて記憶する。また、ルツボ管理システム２は、シリカガラスルツボ１に生じている歪みを示す歪み画像データを記憶する。また、ルツボ管理システム２は、シリカガラスルツボ１の外表面の画像データと当該外表面の画像データの撮影箇所を示す外表面座標とを対応付けて記憶する。このような構成により、ルツボ管理システム２は、例えばシリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボ１を調査して原因を特定することを可能とする。
　＜１．シリカガラスルツボ１＞
　図１で示すように、本実施形態におけるルツボ管理システム２による測定・管理の対象となるシリカガラスルツボ１は、円筒状の側壁部１１と、湾曲した底部１２と、側壁部１１と底部１２とを連結し且つ底部１２よりも曲率が大きいコーナー部１３と、を備えた形状を有している。また、シリカガラスルツボ１の側壁部１１の上端面は、円環状の平坦な面として形成されている。
　シリカガラスルツボ１は、当該シリカガラスルツボ１の内面から外面に向かって、目視や画像データなどに基づいて気泡が観察されない透明層１１１と気泡が観察される気泡含有層１１２とを備えている。シリカガラスルツボ１は、直径が２８インチ（約７１ｃｍ）、３２インチ（約８１ｃｍ）、３６インチ（約９１ｃｍ）、４０インチ（約１０１ｃｍ）など様々な大きさを有している。
　このようなシリカガラスルツボ１は、例えば、回転モールド法を用いて製造される。つまり、シリカガラスルツボ１は、回転している（カーボン製の）モールドの内表面にシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成し、当該堆積させたシリカ粉層を減圧しながらアーク熔融することで製造する。アーク熔融を行う際に、アーク熔融の初期段階でシリカ粉を強く減圧し、その後、減圧を弱くすることで、内表面側に透明層１１１を有し外表面側に気泡含有層１１２を有するシリカガラスルツボ１を製造することが出来る。
　シリカガラスルツボ１の製造に用いられるシリカ粉には、天然石英を粉砕して製造される天然シリカ粉と化学合成によって製造される合成シリカ粉とがある。天然シリカ粉は不純物を含んでいるが、合成シリカ粉は高純度である。一方で、合成シリカ粉を熔融して得られる合成シリカガラスは、天然シリカ粉を熔融して得られるシリカガラスよりも高温における粘度が低くなる。このように、天然シリカ粉と合成シリカ粉とはその性質において複数の差異を有している。シリカガラスルツボ１を製造する際には、天然シリカ粉と合成シリカ粉とを使い分けることが出来る。
　＜２．ルツボ管理システム２＞
　図２で示すように、本実施形態におけるルツボ管理システム２は、複数の測定装置３と、情報処理装置４と、を有している。複数の測定装置３のそれぞれと情報処理装置４とは互いに通信可能なよう接続されている。
　＜３．測定装置３＞
　図３は、ルツボ管理システム２が有することが可能な測定装置３の一例を示している。図３を参照すると、本実施形態におけるルツボ管理システム２は、測定装置３として、例えば、内部測距部３１（内部反射光検出手段）と外部測距部３２（外部反射光検出手段）と内表面画像取得部３３（内表面画像データ取得手段）と外表面画像取得部３４（外表面画像データ取得手段）と歪み画像取得部３５（歪み画像データ取得手段）とを有している。
　なお、ルツボ管理システム２は、図３で示す測定装置３を必ずしも全て有していなくても構わない。ルツボ管理システム２は、少なくとも内部測距部３１と内表面画像取得部３３とを有していればよい。
　＜４．内部測距部３１＞
　内部測距部３１は、レーザー変位計などからなり、後述するように、レーザー光照射部３１１と検出部３１２とを有している（図８参照）。内部測距部３１は、例えば情報処理部５１３の制御によりシリカガラスルツボ１の内表面に沿って非接触で移動する。このとき、内部測距部３１のレーザー光照射部３１１は、移動経路上の複数の測定点において、シリカガラスルツボ１の内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射する。そして、内部測距部３１の検出部３１２は、シリカガラスルツボ１の内表面で反射した内表面反射光や透明層１１１と気泡含有層１１２との界面で反射した界面反射光を検出する。このように、内部測距部３１は、シリカガラスルツボ１の内表面に向かって斜め方向にレーザー光を照射し、内表面反射光や界面反射光を検出する。後述するように、内部測距部３１が検出した検出結果に基づいて、内部測距部３１とシリカガラスルツボ１の内表面との間の距離である内表面距離や内部測距部３１と界面との間の距離である界面距離が算出され、また、シリカガラスルツボ１の内表面の座標である内表面座標が算出されることになる。
　図４、図５で示すように、本実施形態における内部測距部３１は、例えば、内部ロボットアーム５１の先端に設置される。内部ロボットアーム５１は、複数のアーム部５１１と、複数のジョイント部５１２と、情報処理部５１３（内部距離算出手段）と、を有しており、好ましくは、６軸多関節ロボットである。アーム部５１１とアーム部５１１とは、ジョイント部５１２により回転可能に支持されており、内部ロボットアーム５１の一方の端部には情報処理部５１３が接続され、他方の端部には内部測距部３１が設置されている。また、情報処理部５１３には図示しない外部端子が設けられており、当該外部端子を介して情報処理装置４と接続されている。このような構成により、内部測距部３１を三次元的に動かすことが可能となる。このように、内部測距部３１は、三次元的に移動させることが出来るよう構成された内部ロボットアーム５１に設置されている。
　＜４－１．シリカガラスルツボ１の内表面の測定＞
　内部測距部３１を用いてシリカガラスルツボ１の内表面の測定を行う際には、例えば、測定対象であるシリカガラスルツボ１を、回転可能に形成された回転台６上に開口部が下向きになるよう載置する。また、上記載置によりシリカガラスルツボ１に覆われる位置に設けられた基台７上に、先端に内部測距部３１を設置した内部ロボットアーム５１を設置する。
　このように設置した後、例えば情報処理部５１３による制御のもと、シリカガラスルツボ１の内表面の測定が行われることになる。本実施形態においては、情報処理部５１３は、シリカガラスルツボ１の大まかな内表面形状データを記憶している。情報処理部５１３は、当該データと自身が記憶するプログラム又は情報処理装置４からの外部入力信号とに基づいてジョイント部５１２を回転させてアーム部５１１を動かすことで、内部測距部３１をシリカガラスルツボ１の内表面に沿って非接触で移動させる。これにより、内部測距部３１はシリカガラスルツボ１の内表面に沿って非接触で移動することとなる。そして、上記のように、内部測距部３１は、移動経路上の複数の測定点においてシリカガラスルツボ１の内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射し、内表面反射光や界面反射光を検出する。具体的には、例えば、図４に示すようなシリカガラスルツボ１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図５に示すように、シリカガラスルツボ１の底部１２に向かって内部測距部３１を移動させる。そして、内部測距部３１は、移動経路上の複数の測定点において測定（レーザー光の照射及び反射光の検出）を行う。内部測距部３１は、例えば、１～５ｍｍ（例えば、２ｍｍ）の間隔で測定を行う。上記測定は、例えば、予め内部測距部３１内に記憶されたタイミングで行うことになる。なお、内部測距部３１は、例えば、情報処理部５１３からの指示に従って測定を行うなど、外部からの指示に従って測定を行っても構わない。測定の後、内部測距部３１は、測定結果（検出結果）を情報処理部５１３に送信する。内部測距部３１は、内部測距部３１内の記憶部に測定結果を一時的に格納し測定終了後にまとめて情報処理部５１３に測定結果を送信するよう構成しても構わないし、測定の度に逐次、測定結果を情報処理部５１３に送信するよう構成しても構わない。
　シリカガラスルツボ１の開口部から底部１２までの測定が終わると、回転台６を所定角度分回転させ、内部測距部３１による同様の測定を行う。この測定は、底部１２から開口部の方向に向かって行っても構わない。回転台６の回転角は、精度と測定時間とを考慮して決定される。回転台６の回転角は、例えば、２～１０度（好ましくは６．３度以下）とする。回転台６の回転は、プログラム又は外部入力信号に基づいて、例えば情報処理部５１３により制御される。なお、回転台６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６の回転は、内部測距部３１と連動して行われることが望ましい。回転台６の回転を内部測距部３１の動作と連動して行うことで、内部測距部３１による測定結果に基づいて容易に三次元座標を算出することが可能となる。
　例えば、上記のようにして、シリカガラスルツボ１の内表面の測定が行われる。内部測距部３１による測定結果は、上記のように情報処理部５１３へと送信される。情報処理部５１３は、受信した測定結果に基づいて、内表面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置（詳しくは、検出部３１２の位置）とシリカガラスルツボ１の内表面との間の距離である内表面距離を算出する。また、情報処理部５１３は、受信した測定結果に基づいて、当該内部測距部３１の位置とシリカガラスルツボ１の界面との間の距離である界面距離を算出する。そして、情報処理部５１３は、算出結果を情報処理装置４へと送信する。
　なお、ジョイント部５１２の角度は当該ジョイント部５１２に設けられたロータリーエンコーダ等によって検出することが出来る。また、アーム部５１１の長さは一定であり予め定まっている。そのため、内部測距部３１が測定を行う際における各測定点での内部測距部３１の位置の三次元座標及び方向は容易に算出することが出来る。情報処理部５１３は、上記算出結果と測定結果とに基づいて、内表面距離及び界面距離を求めることになる。なお、内表面距離及び界面距離の詳細な算出方法は後述する。
　＜５．外部測距部３２＞
　外部測距部３２は、内部測距部３１と同様に、レーザー変位計などからなり、後述するように、レーザー光照射部３２１と検出部３２２とを有している（図８参照）。外部測距部３２は、例えば情報処理部５２３の制御により、シリカガラスルツボ１の外表面に沿って非接触で移動する。そして、外部測距部３２のレーザー光照射部３２１は、移動経路上の複数の測定点において、シリカガラスルツボ１の外表面に対して斜め方向にレーザー光を照射する。続いて、外部測距部３２の検出部３２２は、シリカガラスルツボ１の外表面で反射した外表面反射光を検出する。このように、外部測距部３２は、シリカガラスルツボ１の外表面に向かって斜め方向にレーザー光を照射し、外表面反射光を検出する。外部測距部３２が検出した検出結果に基づいて、外部測距部３２とシリカガラスルツボ１の外表面との間の距離である外表面距離が算出され、また、シリカガラスルツボ１の外表面の座標である外表面座標が算出されることになる。
　図６、図７で示すように、本実施形態における外部測距部３２は、例えば、外部ロボットアーム５２の先端に設置される。外部ロボットアーム５２は、複数のアーム部５２１と、複数のジョイント部５２２と、情報処理部５２３（外部距離算出手段）と、を有しており、好ましくは、６軸多関節ロボットである。アーム部５２１とアーム部５２１とは、ジョイント部５２２により回転可能に支持されており、外部ロボットアーム５２の一方の端部には情報処理部５２３が接続され、他方の端部には外部測距部３２が設置されている。また、情報処理部５２３には図示しない外部端子が設けられており、当該外部端子を介して情報処理装置４と接続されている。このような構成により、外部測距部３２を三次元的に動かすことが可能となる。このように、外部測距部３２は、三次元的に移動させることが出来るよう構成された外部ロボットアーム５２に設置されている。
　＜５－１．シリカガラスルツボ１の外表面の測定＞
　外部測距部３２を用いてシリカガラスルツボ１の外表面の測定を行う際には、例えば内表面の測定を行う際と同様に、測定対象であるシリカガラスルツボ１を回転可能に形成された回転台６上に開口部が下向きになるよう載置する。また、上記載置されたシリカガラスルツボ１の外部に設けられた基台７上に、先端に外部測距部３２を設置した外部ロボットアーム５２を設置する。
　このように設置した後、例えば情報処理部５２３による制御のもと、シリカガラスルツボ１の外表面の測定が行われることになる。本実施形態においては、情報処理部５２３は、情報処理部５１３と同様にシリカガラスルツボ１の大まかな外表面形状データを記憶している。情報処理部５２３は、当該データと自身が記憶するプログラム又は情報処理装置４からの外部入力信号とに基づいてジョイント部５２２を回転させてアーム部５２１を動かすことで、外部測距部３２をシリカガラスルツボ１の外表面に沿って非接触で移動させる。これにより、外部測距部３２はシリカガラスルツボ１の外表面に沿って非接触で移動することとなる。そして、上記のように、外部測距部３２は、移動経路上の複数の測定点においてシリカガラスルツボ１の外表面に対して斜め方向にレーザー光を照射し、外表面反射光を検出する。具体的には、例えば、図６に示すようなシリカガラスルツボ１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図７に示すように、シリカガラスルツボ１の底部１２に向かって外部測距部３２を移動させる。そして、外部測距部３２は、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。外部測距部３２は、例えば、１～５ｍｍ（例えば、２ｍｍ）の間隔で測定を行う。上記測定は、例えば、予め外部測距部３２内に記憶されたタイミングで行うことになる。なお、外部測距部３２は、例えば、情報処理部５２３からの指示に従って測定を行うなど、外部からの指示に従って測定を行っても構わない。測定の後、外部測距部３２は、測定結果を情報処理部５２３に送信する。外部測距部３２は、外部測距部３２内の記憶部に測定結果を一時的に格納し測定終了後にまとめて情報処理部５２３に測定結果を送信するよう構成しても構わないし、測定の度に逐次、測定結果を情報処理部５２３に送信するよう構成しても構わない。
　シリカガラスルツボ１の開口部から底部１２までの測定が終わると、回転台６を所定角度分回転させ、同様の測定行う。この測定は、底部１２から開口部の方向に向かって行っても構わない。なお、外部測距部３２による測定は、内部測距部３１による測定と同時に行われても構わないし、それぞれ独自に行われても構わない。内部測距部３１と外部測距部３２とを用いて内表面と外表面の測定を同時に行う場合、回転台６の回転は、内部測距部３１及び外部測距部３２の移動と連動して行うことが好ましい。
　例えば、上記のようにして、シリカガラスルツボ１の外表面の測定が行われる。外部測距部３２による測定結果は、上記のように情報処理部５２３へと送信される。情報処理部５２３は、受信した測定結果に基づいて、外表面反射光を検出した際の外部測距部３２の位置とシリカガラスルツボ１の外表面との間の距離である外表面距離を算出する。そして、情報処理部５２３は、算出結果を情報処理装置４へと送信する。
　なお、ジョイント部５２２の角度は当該ジョイント部５２２に設けられたロータリーエンコーダ等によって検出することが出来る。また、アーム部５２１の長さは一定であり予め定まっている。そのため、外部測距部３２が測定を行う際における各測定点での外部測距部３２の位置の三次元座標及び方向は容易に算出することが出来る。情報処理部５２３は、上記算出結果と測定結果とに基づいて、外表面距離を求めることになる。なお、外表面距離の詳細な算出方法は後述する。
　＜６．距離測定の詳細＞
　次に、図８を用いて、内部測距部３１及び外部測距部３２による距離測定の詳細について説明する。図８に示すように、内部測距部３１は、ルツボ１の内表面側（透明層１１１側）に配置され、外部測距部３２は、ルツボ１の外表面側（ 気泡含有層１１２側）に配置される。上述したように、内部測距部３１は、レーザー光を照射するレーザー光照射部３１１と、内表面反射光及び界面反射光を検出する検出部３１２とを含んでいる。同様に、外部測距部３２は、レーザー光を照射するレーザー光照射部３２１と、外表面反射光を検出する検出部３２２とを含んでいる。また、内部測距部３１及び外部測距部３２は、図示しない制御部及び外部端子を有する。
　レーザー光照射部３１１、３２１は、例えば、半導体レーザーや固体レーザーなどであり、上記のようにレーザー光を照射可能なよう構成されている。レーザー光照射部３１１、３２１が照射するレーザー光の波長は特に限定しないが、レーザー光照射部３１１、３２１の一例としては、例えば、AlGaInP（アルミニウム　ガリウム　インジウム　リン）系可搬型レーザー光源（出力波長６３０ｎｍ付近）などを挙げることが出来る。検出部３１２及び検出部３２２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）で構成され、反射光を検出可能なよう構成されている。
　図８で示すように、内部測距部３１のレーザー光照射部３１１は、シリカガラスルツボ１の内表面側からシリカガラスルツボ１の内表面に向かってレーザー光を照射する。内部測距部３１のレーザー光照射部３１１から照射されたレーザー光は、一部が内表面（透明層１１１の表面）で反射し一部が屈折して透明層１１１内部を進む。また、屈折した光の一部が透明層１１１と気泡含有層１１２の界面で反射する。上記各地点で反射した反射光（内表面反射光、界面反射光）は、検出部３１２に当たって検出される。つまり、内部測距部３１の検出部３１２は、シリカガラスルツボ１の内表面で反射した内表面反射光を検出するとともに、界面で反射した界面反射光を検出する。図８から明らかなように、内表面反射光と界面反射光とは、検出部３１２の異なる位置に当たっている。この当たる位置の違いによって、内部測距部３１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ことになる。具体的には、上記内表面距離及び界面距離の算出は、例えば、情報処理部５１３により行われる。情報処理部５１３は、検出部３１２が検出した反射光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理により内表面や界面までの距離を算出する。つまり、レーザー光照射部３１１や検出部３１２の位置や角度は既知であるため、情報処理部５１３は、検出部３１２の検出結果に基づいて、三角測量法の原理により、内表面距離や界面距離を算出することが出来る。なお、好適な入射角θは、内表面の状態、透明層１１１の厚さ、気泡含有層１１２の状態等によって、変化しうるが例えば３０～６０度の範囲となる。
　なお、内部測距部３１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、反射光の検出をうまく行えない場合がある。そのような場合には、内部測距部３１を内表面に近づけたり、内部測距部３１を傾けてレーザー光の出射方向を変化させたりすることで、反射光を検出可能な位置及び角度を探索することが出来る。また、内表面反射光と界面反射光とを同時に検出することが難しい場合などにおいては、内部測距部３１の位置及び角度を変えながらそれぞれの反射光を別々に検出しても構わない。内部測距部３１をシリカガラスルツボ１の内表面に近付ける場合には、内部測距部３１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、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１１１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３１が検出してしまい、透明層１１１と気泡含有層１１２との界面を適切に検出できない場合がある。このような場合に備えるため、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（例えば、予め定められた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３２のレーザー光照射部３２１から照射されたレーザー光は、外表面（気泡含有層１１２）の表面で反射し、その反射光（外表面反射光）が検出部３２２に当たって検出される。この検出部３２２上での検出位置に基づいて、情報処理部５２３は、外部測距部３２とシリカガラスルツボ１の外表面との間の距離である外表面距離を算出することになる。なお、内部測距部３１の場合と同様に、反射光の検出をうまく行えない場合には、外部測距部３２の位置や角度を調整して、望ましい位置及び角度を探索することが出来る。
　＜７．内表面画像取得部３３＞
　本実施形態における内表面画像取得部３３は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ等を有するカメラであり、内部ロボットアーム５１の先端に設置される。内表面画像取得部３３は、上記カメラなどによりシリカガラスルツボ１の内表面の画像データを撮影して取得する。本実施形態においては、内表面画像取得部３３は、算出した内表面座標におけるシリカガラスルツボ１の内表面の画像データを取得する。上記のように内表面画像取得部３３は、内部ロボットアーム５１の先端に設置される。従って、内表面画像取得部３３の位置及び向きは既知である。また、シリカガラスルツボ１の回転も上述したように制御されている。従って、内表面画像取得部３３の位置及び向きとシリカガラスルツボ１の状態とに基づくことで、算出した内表面座標におけるシリカガラスルツボ１の内表面の画像データを取得することが出来る。
　なお、内表面画像取得部３３は、内部測距部３１と同時に内部ロボットアーム５１の先端に設置されても構わないし、内部測距部３１の代わりに内部ロボットアーム５１の先端に設置されても構わない。また、内表面画像取得部３３は、例えば、内部測距部３１と同様の流れにより同様の間隔でシリカガラスルツボ１の画像データを取得することが出来る。内表面画像取得部３３は、内部測距部３１よりも広い間隔で画像データを取得しても構わない。例えば、内表面画像取得部３３は、取得する画像データの大きさに応じた間隔で画像データを取得する。具体的には、内表面画像取得部３３は、５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの画像データや３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさの画像データを取得する。そこで、内表面画像取得部３３は、撮影する画像データの大きさに基づいて、過不足なくシリカガラスルツボ１の内表面を撮影可能な間隔でシリカガラスルツボ１の内表面を撮影することが出来る。
　＜８．外表面画像取得部３４＞
　外表面画像取得部３４は、内表面画像取得部３３と同様の構成を有しており、外部ロボットアーム５２の先端に設置される。外表面画像取得部３４は、上記カメラなどによりシリカガラスルツボ１の外表面の画像データを撮影して取得する。外表面画像取得部３４は、算出した外表面座標におけるシリカガラスルツボ１の外表面の画像データを取得する。外表面画像取得部３４は、外部ロボットアーム５２の先端に設置されるため、内表面画像取得部３３と同様の理由により、算出した外表面座標におけるシリカガラスルツボ１の外表面の画像データを取得することが出来る。なお、外表面画像取得部３４は、内表面画像取得部３３と同様の間隔で画像データを撮影しても構わないし、内表面画像取得部３３と異なる間隔で画像データを撮影しても構わない。
　＜９．歪み画像取得部３５＞
　図９で示すように、歪み画像取得部３５は、例えば、シリカガラスルツボ１に対して光を照射する光源３５１と光源３５１からの光を偏光にする偏光子３５２とからなる投光部３５３と、透過軸の方向が偏光子３５２と実質的に直交するように配置された検光子３５４と検光子３５４を通過した光を集光するレンズ３５５とレンズ３５５で集光された光を検出する受光器（例えば、ＣＣＤカメラ）３５６とからなる受光部３５７と、で構成される。シリカガラスルツボ１を構成するシリカガラスは、歪みがない状態では複屈折性を有さない。そのため、偏光子３５２を通過した光がシリカガラスルツボ１を通過しても偏光方向が変化せず、検光子３５４を通過する光の成分が実質的に０になる。一方、シリカガラスが歪み（残留応力）を有すると複屈折性を有するようになる。従って、歪みを有している場合、偏光子３５２を通過した光がシリカガラスルツボ１を通過したときに偏光方向が変化して、検光子３５４を通過する成分を有するようになる。そして、検光子３５４を通過する成分を、レンズ３５５を介して受光器３５６で検出することによって、歪み画像データを撮影することができる。なお、レンズ３５５は省略可能である。
　なお、図９では、一例として、投光部３５３をシリカガラスルツボ１の外側に配置し、受光部３５７をシリカガラスルツボ１の内側に配置した場合を挙げた。しかしながら、配置は図９で挙げた場合に限定されない。例えば、投光部３５３をシリカガラスルツボ１の内側に配置し、受光部３５７をシリカガラスルツボ１の外側に配置しても構わない。
　また、歪み画像取得部３５は、内部ロボットアーム５１及び外部ロボットアーム５２の先端に設置することが出来る。例えば、投光部３５３を外部ロボットアーム５２の先端に設置し、受光部３５７を内部ロボットアーム５１の先端に設置する。このように構成することで、シリカガラスルツボ１に生じている歪みの三次元分布を容易な方法で測定することが出来る。
　＜１０．情報処理装置４＞
　情報処理装置４は、測定装置３から算出結果などの各種情報（例えば、内表面距離や外表面距離、画像データ、歪み画像データなど）を受信する。そして、情報処理装置４は、受信した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面座標や外表面座標を算出する。また、情報処理装置４は、受信した情報や、算出した内表面座標や外表面座標を記憶装置４２に格納して管理する。
　図２を参照すると、情報処理装置４は、座標算出部４１（座標算出手段）と記憶装置４２（ルツボデータ情報記憶手段）とを有している。情報処理装置４は、図示しない中央演算装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit））を有しており、記憶装置４２（記憶装置４２以外の図示しない記憶装置でも構わない）が記憶するプログラムをＣＰＵが実行することで、座標算出部４１などを実現する。座標算出部４１は、座標算出プログラムとしてＣＰＵで実行されてもよい。
　＜１０－１．座標算出部４１＞
　座標算出部４１は、測定装置３から受信した算出結果などに基づいて、シリカガラスルツボ１の形状を示す三次元座標を算出する。
　例えば、座標算出部４１は、内部測距部３１から受信した内表面距離に基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元座標を算出する。具体的には、座標算出部４１は、内表面距離と当該内表面距離の算出元となる内表面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標と内部測距部３１の向きとを示す情報を取得する。そして、座標算出部４１は、取得した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元座標である内表面座標を算出する。その後、座標算出部４１は、算出した内表面座標を記憶装置４２に格納する。
　また、座標算出部４１は、内部測距部３１から受信した界面距離に基づいて、シリカガラスルツボ１の透明層１１１と気泡含有層１１２との界面の三次元座標を算出する。具体的には、座標算出部４１は、界面距離と当該界面距離の算出元となる界面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標と内部測距部３１の向きとを示す情報を取得する。そして、座標算出部４１は、取得した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の界面の三次元座標である界面座標を算出する。その後、座標算出部４１は、算出した界面座標を記憶装置４２に格納する。
　また、座標算出部４１は、外部測距部３２から受信した外表面距離に基づいて、シリカガラスルツボ１の外表面の三次元座標を算出する。具体的には、座標算出部４１は、外表面距離と当該外表面距離の算出元となる外表面反射光を検出した際の外部測距部３２の位置を示す三次元座標と外部測距部３２の向きとを示す情報を取得する。そして、座標算出部４１は、取得した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の外表面の三次元座標である外表面座標を算出する。その後、座標算出部４１は、算出した外表面座標を記憶装置４２に格納する。
　＜１０－２．記憶装置４２＞
　記憶装置４２は、メモリやハードディスクなどの記憶装置である。記憶装置４２には、シリカガラスルツボ１の形状や画像データなどを示すルツボデータ情報がルツボごとに格納されている。具体的には、記憶装置４２には、ルツボごとのルツボデータ情報として、ルツボ形状情報４２１と内部画像情報４２２と外部画像情報４２３と歪み画像情報４２４とが格納されている。
　ルツボ形状情報４２１は、シリカガラスルツボ１の形状を示す情報である。図１０（ａ）で示すように、ルツボ形状情報４２１には、シリカガラスルツボ１の内表面座標が含まれている。図１０（ａ）の１行目は、シリカガラスルツボ１の内表面座標が（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）であることを示している。また、図１０（ｂ）で示すように、ルツボ形状情報４２１には、シリカガラスルツボ１の外表面座標が含まれている。図１０（ｂ）の１行目は、シリカガラスルツボ１の外表面座標が（ｘ１，ｙ１，ｚ１）であることを示している。また、ルツボ形状情報４２１には、シリカガラスルツボ１の界面座標が含まれている。図１０（ｃ）の１行目は、シリカガラスルツボ１の界面座標が（α１，β１，γ１）であることを示している。
　上述したように、内部測距部３１及び外部測距部３２は、シリカガラスルツボ１の各地点について測定を行っている。そのため、ルツボ形状情報４２１には、シリカガラスルツボ１の内表面及び外表面、界面の各地点の三次元座標が格納されることになる。シリカガラスルツボ１の内表面、外表面、界面の各地点における三次元座標を用いることで、当該格納された情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面三次元形状、外表面三次元形状、界面の三次元形状をそれぞれ推定することが出来る。
　内部画像情報４２２は、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データを示す情報である。図１１で示すように、内部画像情報４２２では、例えば、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データと、当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標とが対応付けられている。図１１の１行目は、内表面座標（X1,Y1,Z1）を撮影した画像データがＡであることを示している。このように、内部画像情報４２２は、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データと当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けた情報である。
　外部画像情報４２３は、シリカガラスルツボ１の外表面の画像データを示す情報である。図１２で示すように、外部画像情報４２３では、例えばシリカガラスルツボ１の外表面の画像データと、当該画像データの撮影箇所を示す外表面座標とが対応付けられている。図１２の１行目は、外表面座標（x1,y1,z1）を撮影した画像データがａであることを示している。このように、外部画像情報４２３は、シリカガラスルツボ１の外表面の画像データと当該画像データの撮影箇所を示す外表面座標とを対応付けた情報である。
　歪み画像情報４２４は、シリカガラスルツボ１に生じている歪みを表す歪み画像データを示す情報である。図１３で示すように、歪み画像情報４２４では、例えば、歪み画像データと、当該歪み画像データの撮影箇所を示す内表面座標とが対応付けられている。図１３の１行目は、内表面座標（X1,Y1,Z1）を撮影した歪み画像データがΔであることを示している。このように、歪み画像情報４２４は、歪み画像データと当該歪み画像データの撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けた情報である。なお、歪み画像情報４２４は、歪み画像データと当該歪み画像データの撮影箇所を示す外表面座標とを対応づけた情報であっても構わない。
　以上が、ルツボ管理システム２の構成の一例についての説明である。
　＜１１．ルツボ管理システム２の動作＞
　次に、図１４乃至図１７を参照して、ルツボ管理システム２の動作（ルツボ管理システム２により行われるルツボ管理方法）について説明する。まず、図１４を参照して、ルツボ管理システム２が内表面座標を算出して、算出結果を記憶装置４２に格納する際のルツボ管理システム２の動作の一例について説明する。
　＜１１－１．内表面座標を格納する際の動作＞
　図１４に示すフローチャートは、本実施形態に係るルツボ管理方法の一態様である内表面座標を格納する際の動作である。
　このルツボ管理方法は、シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出する工程（ステップＳ１０１）、検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出する工程（ステップＳ１０２）、前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出する工程（ステップＳ１０３）、前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを撮影して取得し、取得した前記画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する工程（ステップＳ１０４）を備える。
　以下、具体的に説明する。
　図１４を参照すると、ルツボ管理システム２の内部測距部３１は、例えば情報処理部５１３の制御によりシリカガラスルツボ１の内表面に沿って非接触で移動する。内部測距部３１のレーザー光照射部３１１は、移動経路上の複数の測定点において、シリカガラスルツボ１の内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射する。そして、内部測距部３１の検出部３１２は、シリカガラスルツボ１の内表面で反射した内表面反射光を検出する（ステップＳ１０１）。その後、検出部３１２は、検出結果を情報処理部５１３へ送信する。
　続いて、情報処理部５１３は、検出部３１２から受信した検出結果に基づいて、内表面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置とシリカガラスルツボ１の内表面との間の距離である内表面距離を算出する（ステップＳ１０２）。そして、情報処理部５１３は、算出結果である内表面距離や当該内表面距離の算出元となる内表面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標や内部測距部３１の向きを示す情報を情報処理装置４へ送信する。
　情報処理装置４は、情報処理部５１３から受信した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面座標を算出する。具体的には、情報処理装置４の座標算出部４１は、情報処理部５１３から受信した内表面距離と当該内表面距離の算出元となる内表面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標と内部測距部３１の向きとに基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元座標である内表面座標を算出する（ステップＳ１０３）。その後、座標算出部４１は、算出した内表面座標を記憶装置４２に格納する（ステップＳ１０４）。
　ルツボ管理システム２は、例えば上記のような動作により、内表面座標を算出して算出結果を記憶装置４２に格納する。
　＜１１－２．界面座標を格納する際の動作＞
　続いて、図１５を参照して、ルツボ管理システム２が界面座標を算出して、算出結果を記憶装置４２に格納する際のルツボ管理システム２の動作の一例について説明する。
　図１５に示すフローチャートは、本実施形態に係るルツボ管理方法の一態様である界面座標を格納する際の動作である。
　このルツボ管理方法は、内側から外側に向かって透明層と気泡含有層とを有するシリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、前記内表面反射光を検出するとともに、前記透明層と前記気泡含有層との界面により反射する界面反射光を検出する工程（ステップＳ２０１）、検出結果に基づいて、前記内表面距離を算出するとともに、前記内面反射光及び前記界面反射光を検出した際の位置と前記界面との間の距離である界面距離を算出する工程（ステップＳ２０２）、前記界面距離と当該界面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、前記界面の位置を示す三次元座標である界面座標を算出する工程（ステップＳ２０３）、前記界面座標を含む前記ルツボデータ情報を記憶する工程（ステップＳ２０４）を備える。
　以下、具体的に説明する。　図１５を参照すると、ルツボ管理システム２の内部測距部３１は、例えば情報処理部５１３の制御によりシリカガラスルツボ１の内表面に沿って非接触で移動する。内部測距部３１のレーザー光照射部３１１は、移動経路上の複数の測定点において、シリカガラスルツボ１の内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射する。そして、内部測距部３１の検出部３１２は、シリカガラスルツボ１の界面で反射した界面反射光を検出する（ステップＳ２０１）。その後、検出部３１２は、検出結果を情報処理部５１３へ送信する。
　続いて、情報処理部５１３は、検出部３１２から受信した検出結果に基づいて、界面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置とシリカガラスルツボ１の内表面との間の距離である界面距離を算出する（ステップＳ２０２）。そして、情報処理部５１３は、算出結果である界面距離や当該界面距離の算出元となる界面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標や内部測距部３１の向きを示す情報を情報処理装置４へ送信する。
　情報処理装置４は、情報処理部５１３から受信した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の界面面座標を算出する。具体的には、情報処理装置４の座標算出部４１は、情報処理部５１３から受信した界面距離と当該界面距離の算出元となる界面反射光を検出した際の内部測距部３１の位置を示す三次元座標と内部測距部３１の向きとに基づいて、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元座標である界面座標を算出する（ステップＳ２０３）。その後、座標算出部４１は、算出した界面座標を記憶装置４２に格納する（ステップＳ２０４）。
　ルツボ管理システム２は、例えば上記のような動作により、界面座標を算出して算出結果を記憶装置４２に格納する。なお、ルツボ管理システム２は、内表面反射光を検出して内表面距離を算出し内表面座標を算出する処理と同時に、界面反射光を検出して界面距離を算出し界面座標を算出する処理を実行しても構わない。
　＜１１－３．外表面座標を格納する際の動作＞
　続いて、図１６を参照して、ルツボ管理システム２が外表面座標を算出して、算出結果を記憶装置４２に格納する際のルツボ管理システム２の動作の一例について説明する。
　図１６に示すフローチャートは、本実施形態に係るルツボ管理方法の一態様である外表面座標を格納する際の動作である。
　このルツボ管理方法は、シリカガラスルツボの外表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの外表面で反射した外表面反射光を検出する工程（ステップＳ３０１）、検出結果に基づいて、前記外表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの外表面との間の距離である外表面距離を算出する工程（ステップＳ３０２）、前記外表面距離と当該外表面距離の算出元となる前記外表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの外表面の位置を示す三次元座標である外表面座標を算出する工程（ステップＳ３０３）、前記外表面座標におけるシリカガラスルツボの外表面の画像データを撮影して取得し、取得した前記画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記外表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する工程（ステップＳ３０４）を備える。
　以下、具体的に説明する。
　図１６を参照すると、ルツボ管理システム２の外部測距部３２は、例えば情報処理部５２３の制御によりシリカガラスルツボ１の外表面に沿って非接触で移動する。外部測距部３２のレーザー光照射部３２１は、移動経路上の複数の測定点において、シリカガラスルツボ１の外表面に対して斜め方向にレーザー光を照射する。そして、外部測距部３２の検出部３２２は、シリカガラスルツボ１の外表面で反射した外表面反射光を検出する（ステップＳ３０１）。その後、検出部３２２は、検出結果を情報処理部５２３へ送信する。
　続いて、情報処理部５２３は、検出部３２２から受信した検出結果に基づいて、外表面反射光を検出した際の外部測距部３２の位置とシリカガラスルツボ１の外表面との間の距離である外表面距離を算出する（ステップＳ３０２）。そして、情報処理部５２３は、算出結果である外表面距離や当該外表面距離の算出元となる外表面反射光を検出した際の外部測距部３２の位置を示す三次元座標や外部測距部３２の向きを示す情報を情報処理装置４へ送信する。
　情報処理装置４は、情報処理部５２３から受信した情報に基づいて、シリカガラスルツボ１の外表面座標を算出する。具体的には、情報処理装置４の座標算出部４１は、情報処理部５２３から受信した外表面距離と当該外表面距離の算出元となる外表面反射光を検出した際の外部測距部３２の位置を示す三次元座標と外部測距部３２の向きとに基づいて、シリカガラスルツボ１の外表面の三次元座標である外表面座標を算出する（ステップＳ３０３）。その後、座標算出部４１は、算出した外表面座標を記憶装置４２に格納する（ステップＳ３０４）。
　ルツボ管理システム２は、例えば上記のような動作により、外表面座標を算出して算出結果を記憶装置４２に格納する。
　＜１１－４．画像データを格納する際の動作＞
　続いて、図１７を参照して、ルツボ管理システム２が画像データを取得して当該取得した画像データを格納する際の動作の一例について説明する。図１７に示すフローチャートは、本実施形態に係るルツボ管理方法の一態様である歪み画像データを格納する際の動作である。なお、内表面画像データを取得して格納する際の動作と外表面画像データを取得して格納する際の動作と歪み画像データを取得して格納する際の動作とは、概ね同様の動作により行われることになる。そこで、以下では、画像データを取得して当該取得した画像データを格納する際の動作の一例として、内表面画像データを取得して格納する際の動作の一例について説明する。
　このルツボ管理方法は、内表面座標においてシリカガラスルツボに生じている歪みを示す歪み画像データを取得する工程（ステップＳ４０１）、取得した前記歪み画像データを含む前記ルツボデータ情報を記憶する工程（ステップＳ４０２）を備える。
　以下、具体的に説明する。
　図１７を参照すると、内表面画像取得部３３は、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データを取得する（ステップＳ４０１）。そして、内表面画像取得部３３は、取得した画像データを、情報処理部５１３を介して情報処理装置４へと送信する。
　情報処理装置４は、内表面画像取得部３３から画像データを取得する。また、情報処理装置４は、画像データを取得した際の内表面画像取得部３３の位置及び向きやシリカガラスルツボ１の回転の状態から、撮影箇所を特定し、当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標を特定する。そして、情報処理装置４は、取得した画像データと当該画像データの撮影箇所を占めす内表面座標とを対応付けて記憶装置４２に格納する（ステップＳ４０２）。
　ルツボ管理システム２は、例えば、上記のような動作により、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データを取得するとともに、当該画像データを当該画像データの撮影箇所を示す内表面座標と対応付けて記憶する。なお、ルツボ管理システム２は、同様の動作により、シリカガラスルツボ１の外表面の画像データや歪み画像データを取得して格納することが出来る。
　＜１２．構成・作用・効果＞
　このように、本実施形態におけるルツボ管理システム２は、測定装置３と座標算出部４１と、記憶装置４２と、を有している。このような構成により、座標算出部４１は、測定装置３の測定結果に基づいてシリカガラスルツボ１の内表面座標や外表面座標、界面座標を算出することが出来る。また、記憶装置４２は、座標算出部４１による算出結果や測定装置３による測定結果を格納することが出来る。その結果、ルツボ管理システム２は、例えば、シリコン単結晶引き上げ後に変形前のシリカガラスルツボ１を調査して原因を特定することを可能とする。
　つまり、ルツボ管理システム２では、シリカガラスルツボ１の内表面の画像データとその撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けし、外表面の画像データとその撮影箇所を示す外表面座標とを対応付けし、歪み画像データとその撮影箇所を示す内表面座標とを対応付けして管理しているため、使用前（シリコン単結晶の引き上げに使用する前）のシリカガラスルツボ１について、そのシリカガラスルツボ１の三次元形状と各画像データとの対応から、使用後（シリコン単結晶の引き上げを行った後）の変形の状態を関連付けることができる。
　本実施形態、このようなシリカガラスルツボ１の詳細な三次元形状のデータに基づき、シリカガラスルツボ１の撮影箇所の三次元座標と撮影した画像データとの対応付けを記憶しておくことで、実際にシリコン単結晶の引き上げを行ったシリカガラスルツボ１の変形の状態との関連性のデータをルツボ管理システム２で取り込み、蓄積していくことができる。シリコン単結晶の引き上げを行うたびにその引き上げに使用したシリカガラスルツボ１に関する大量のデータを蓄積していき、引き上げ後の変形との関連性のデータを大量に蓄積していくことで、このデータを解析（ビッグデータ解析）することによって、引き上げに使用する前のシリカガラスルツボ１の内面、外面および界面の三次元形状、内表面および外表面の画像、歪み画像に基づき、引き上げを行った後のルツボ変形を推定することが可能となる。
　それにより、シリカガラスルツボ１を使用する前の検査の段階で、シリコン単結晶の引き上げ中のルツボ変形の原因となる部分を特定するための判断基準（シリコン単結晶の引き上げ時における、引き上げ装置の遮蔽板とルツボとの接触などの不具合を生じさせる基準）を決定できる。ルツボ変形が引き上げ時の不具合を発生させるほどの原因となり得ると、使用前に判断されたシリカガラスルツボ１については、修正を施してもよいし、使用中止や出荷停止する判断を行うことができる。これによって、シリコン単結晶引き上げ途中の不具合を発生させるルツボ変形を未然に防止でき、引き上げたシリコン単結晶（インゴット）の結晶欠陥を実質的にゼロにすることが可能となる。
　＜１３．その他の構成＞
　なお、本実施形態には、測定装置３の一例について説明した。測定装置３は、本実施形態で説明した構成以外の構成を有していても構わない。例えば、測定装置３には、種々の物性を測定するための物性測定装置を含むことが出来る。物性測定装置は、内部測距部３１や外部測距部３２と同様に、内部ロボットアーム５１や外部ロボットアーム５２の先端に設置する。これにより、物性測定装置をシリカガラスルツボ１の内表面や外表面に沿って移動させ、シリカガラスルツボ１の各地点における物性を測定することが出来る。物性測定装置としては、例えば、赤外吸収スペクトル測定用装置、ラマンスペクトル測定用装置、共焦点顕微鏡、カメラ、表面粗さ測定装置（接触式、非接触式）などが挙げられる。物性測定装置は、内部ロボットアーム５１や外部ロボットアーム５２の先端に複数種類設置されても構わないし、１種類設置し適宜変更するよう構成しても構わない。物性測定装置の交換は、手動で行っても構わないし、オートチェンジャーを用いて自動で行っても構わない。上記各種物性測定装置が測定した測定結果は、情報処理装置４の記憶装置４２に、対応する内表面座標や外表面座標と対応付けて格納されることになる。
　また、測定装置３には、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサなどの各種センサを含むことが出来る。測定装置３としてＡＥセンサを用いる場合、当該ＡＥセンサをシリカガラスルツボ１の内表面に設置した状態で、シリカガラスルツボ１に外力を加える（例えば、シリカガラスルツボ１に圧縮した空気をぶつける、または、シリカガラスルツボ１を水中に沈める）。そして、当該外力に応じて生じるＡＥ波を検出する。測定装置３としてＡＥセンサを用いることで、シリカガラスルツボ１に生じているマイクロクラックなどの情報を予め記憶しておくことが可能となる。
　また、本実施形態においては、測定装置３が有する情報処理部５１３、５２３が内表面距離や界面距離、外表面距離の算出を行い、情報処理装置４の座標算出部４１が内表面座標や界面座標、外表面座標の算出を行うとした。しかしながら、本発明の構成は、上記場合に限定されない。例えば、情報処理部５１３、５２３が内表面座標や界面座標、外表面座標の算出を行うよう構成しても構わないし、情報処理装置４が内表面距離や界面距離、外表面距離の算出を行うよう構成しても構わない。
　また、シリカガラスルツボ１を製造する際の工程として、本実施形態において説明したルツボ管理システム２を用いて構わない。つまり、シリカガラスルツボ１を製造する際に、シリカガラスルツボ１の内表面座標などを算出しておき、記憶装置４２に算出結果などを格納しておく。このようにシリカガラスルツボ１を製造することで、製造されたシリカガラスルツボ１に何らかの問題が生じた際に、当該問題の原因を格納されている情報などに基づいて調査することが可能となる。また、上述した方法により製造したシリカガラスルツボ１を用いてシリコン単結晶の引き上げを行うことで、仮に引き上げの途中に何らかの不具合が生じた場合などにおいて、引き上げ前のシリカガラスルツボ１に関する情報に基づく原因究明などを行うことが出来るようになる。
　［実施形態２］
　次に、本発明の第２の実施形態におけるルツボ管理システムについて、図１８を参照して説明する。
　図１８を参照すると、本実施形態におけるルツボ管理システムは、測定装置３と情報処理装置８とを有している。また、情報処理装置８は、座標算出部４１と記憶装置８２とルツボ評価部８３（ルツボ評価手段）とを有している。このように、本実施形態におけるルツボ管理システムは、第１の実施形態におけるルツボ管理システム２と情報処理装置８の構成で差異を有している。以下、本実施形態に特徴的な構成について説明する。
　＜１４．ルツボ評価部８３＞
　ルツボ評価部８３は、記憶装置８２に格納されている情報に基づいてシリカガラスルツボ１に対する評価を行う。ルツボ評価部８３は、ルツボ評価プログラムとして情報処理装置８のＣＰＵで実行されてもよい。
　例えば、ルツボ評価部８３は、ルツボ形状情報４２１に基づいて、シリカガラスルツボ１の形状に対する評価を行う。具体的には、ルツボ評価部８３は、ルツボ形状情報４２１に含まれる内表面座標及び外表面座標に基づいて、シリカガラスルツボ１の形状を把握する。そして、ルツボ評価部８３は、把握した結果とシリカガラスルツボ１の側壁部１１、底部１２、コーナー部１３ごとに設けられた閾値との比較を行う。例えば、閾値は、第１の閾値と第１の閾値よりも小さな値である第２の閾値とが上記側壁部１１、底部１２、コーナー部１３ごとに予め定められている。そして、ルツボ評価部８３は、側壁部１１の第１の閾値よりもシリカガラスルツボ１の側壁部１１の厚みが厚い場合や、側壁部１１の第２の閾値よりもシリカガラスルツボ１の側壁部１１の厚みが薄い場合に、シリカガラスルツボ１の側壁部１１の形状を不合格であると判断する。この場合、ルツボ評価部８３は、シリカガラスルツボ１の側壁部１１の形状が不合格である旨を記憶装置４２に格納する。また、ルツボ評価部８３は、例えば、シリカガラスルツボ１の厚みが第２の閾値以上第１の閾値以下である場合に、シリカガラスルツボ１の側壁部１１の形状が合格である旨を記憶装置４２に格納する。ルツボ評価部８３は、同様の評価を底部１２やコーナー部１３に対して行う。なお、ルツボ評価部８３は、界面座標も加味することで、透明層１１１や気泡含有層１１２の形状の評価も行うことが出来る。
　また、ルツボ評価部８３は、内部画像情報４２２や外部画像情報４２３、歪み画像情報４２４に基づいて、シリカガラスルツボ１の評価を行う。例えば、ルツボ評価部８３は、内部画像情報４２２や外部画像情報４２３に格納されている画像データから異物を検出した場合に、異物が検出された旨と当該異物が検出された内表面座標や外表面座標を対応付けて記憶装置４２に格納する。また、ルツボ評価部８３は、歪み画像情報４２４に基づいて、シリカガラスルツボ１の評価を行い、評価結果を記憶装置４２に格納する。
　＜１５．記憶装置８２、評価情報８２５＞
　記憶装置８２は、メモリやハードディスクなどの記憶装置である。記憶装置８２には、シリカガラスルツボ１の形状や画像データなどを示すルツボデータ情報がルツボごとに格納されている。具体的には、記憶装置８２には、ルツボごとのルツボデータ情報として、ルツボ形状情報４２１と内部画像情報４２２と外部画像情報４２３と歪み画像情報４２４と評価情報８２５とが格納されている。このように、記憶装置８２は、第１の実施形態と比較して、評価情報８２５を含んでいる点が異なっている。以下、評価情報８２５について説明する。
　評価情報８２５は、ルツボ評価部８３によるシリカガラスルツボ１に対する評価を示す情報である。評価情報８２５としては、ルツボ評価部８３によるシリカガラスルツボ１の形状に対する評価や、発見された異物などの情報が格納される。
　このように、本実施形態におけるルツボ管理システムは、ルツボ評価部８３を有している。このような構成により、ルツボ評価部８３による評価結果を記憶装置８２に格納することが出来る。その結果、例えば、シリコン単結晶引き上げ後に、シリコン単結晶引き上げ前のシリカガラスルツボ１に対する評価と引き上げ結果とを比較検討することが可能となる。
　なお、本実施形態におけるルツボ管理システムも、第１の実施形態におけるルツボ管理システム２と同様に、種々の変更を行うことが出来る。
　［実施形態３］
　次に、本発明の第３の実施形態におけるルツボ管理システムについて、図１９を参照して説明する。
　図１９を参照すると、本実施形態におけるルツボ管理システムは、測定装置３と情報処理装置９とを有している。また、情報処理装置９は、座標算出部４１と記憶装置９２と製造時情報取得部９３（製造時情報取得手段）とを有している。このように、本実施形態におけるルツボ管理システムは、第１の実施形態におけるルツボ管理システム２と情報処理装置９の構成で差異を有している。以下、本実施形態に特徴的な構成について説明する。
　＜１６．製造時情報取得部９３＞
　製造時情報取得部９３は、シリカガラスルツボ１を製造した際の各種情報である製造時情報を取得する。製造時情報取得部９３は、製造時情報取得プログラムとして情報処理装置９のＣＰＵで実行されてもよい。
　製造時情報取得部９３は、例えば、シリカガラスルツボ１を製造した際の側壁部１１、底部１２、コーナー部１３の各地点における温度の経時的な変化などの製造時の条件などを示す製造時情報を取得する。そして、製造時情報取得部９３は、取得した情報を記憶装置９２の製造時情報９２５に格納する。このように、シリカガラスルツボ１の製造時の条件などを示す情報を記憶装置９２に格納しておくことで、シリコン単結晶引き上げ時に何らかの問題が発生した際に、シリコン単結晶引き上げ前のシリカガラスルツボ１の状態やシリカガラスルツボ１の製造時の条件などを用いて、問題の原因を追究することが可能となる。
＜シリコン単結晶の製造方法＞
　図２０（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係るシリカガラスルツボを用いたシリコン単結晶の製造方法を説明する模式図である。
　図２０（ａ）に示すように、シリコン単結晶の引き上げ時には、シリカガラスルツボ１内に多結晶シリコンを充填し、この状態でシリカガラスルツボ１の周囲に配置されたヒータで多結晶シリコンを加熱して熔融させる。これにより、シリコン融液２３０を得る。この際、本発明のシリカガラスルツボを用いることにより、充填中のルツボの破損を防止することができる。
　シリコン融液２３０の体積は、多結晶シリコンの質量によって定まる。したがって、シリコン融液２３０の液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０は、多結晶シリコンの質量とシリカガラスルツボ１の内表面の三次元形状によって決まる。すなわち、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元形状が定まると、シリカガラスルツボ１の任意の高さ位置までの容積が特定され、これにより、シリコン融液２３０の液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０が決定される。
　シリコン融液２３０の液面２３ａの初期の高さ位置Ｈ０が決定された後は、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２３０に接触させる。そして、ワイヤケーブル５６１を回転させながらゆっくりと引き上げることによって、シリコン単結晶２５を成長させる。この際、シリカガラスルツボ１は、ワイヤケーブル５６１の回転とは反対に回転される。
　図２０（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がシリカガラスルツボ１の側壁部１１に位置している場合には、一定の速度で引き上げると液面２３ａの降下速度Ｖｍ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２０（ｃ）に示すように、液面２３ａがシリカガラスルツボ１のコーナー部１３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Ｖｍが急激に大きくなる。降下速度Ｖｍは、コーナー部１３の内表面形状に依存している。
　シリカガラスルツボ１の内表面の三次元形状を正確に測定しておくことで、コーナー部１３の内表面形状が分かり、したがって、降下速度Ｖｍ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。そして、この予測に基づいて、シリコン単結晶２５の引き上げ速度等の引き上げ条件が決定される。この際、本実施形態のシリカガラスルツボ１を使用することにより、予測した形状から変形することが少ないので、降下速度Ｖｍの予測精度がより向上する。これにより、コーナー部１３においても有転移化を防止し、かつ引き上げを自動化することが可能になる。
　本実施形態に係るシリコン単結晶の製造方法では、シリコン単結晶２５の引き上げ時にシリカガラスルツボ１の加熱による変形（側壁部１１の倒れ、歪み、底部１２の盛り上がりなど）が抑制されるため、シリカガラスルツボ１の内表面の三次元形状から求めた液面２３ａの降下速度Ｖｍのずれが抑制され、結晶化率の高いシリコン単結晶２５を歩留まり良く製造することが可能になる。なお、アルゴン雰囲気、減圧下（約６６０Ｐａ～１３ｋＰａ程度）にてシリコン単結晶の引き上げは行なわれている。
＜シリコン単結晶のインゴット＞
　本実施形態において製造したシリカガラスルツボ１を引き上げ装置にセットして、シリコン単結晶を引き上げることでシリコンインゴットを製造してもよい。
　図２１は、シリコン単結晶のシリコンインゴットを例示する模式図である。
　シリコン単結晶のインゴット６００は、本発明のシリカガラスルツボ１を引き上げ装置にセットして、上記のシリコン単結晶の製造方法によって引き上げることで製造される。
　インゴット６００は、種結晶２４側の肩部６１０と、肩部６１０から連続する直胴部６２０と、直胴部６２０から連続する尾部６３０とを有する。なお、インゴット６００において種結晶２４は除去される。肩部６１０の径は、種結晶２４側から直胴部６２０にかけて漸増する。直胴部６２０の径はほぼ一定である。尾部６３０の径は、直胴部６２０から離れるに従い漸減していく。
　インゴット６００の品質は、引き上げを行うシリカガラスルツボ１の品質と密接に関連する。例えば、シリカガラスルツボ１の不純物（例えば、ガラス中の不純物金属元素）や異物の混入は、インゴット６００におけるシリコン単結晶の有転位化に繋がる。また、シリカガラスルツボ１の内表面の滑らかさ（見た目で分かるような凹凸）、表面付近の気泡の量、大きさによっては、ルツボ表面の欠け、気泡の割れ、潰れによるシリコン内への微小な破片（ルツボから剥離した粒子など）がシリコン融液へ脱落すると、これがインゴット中に混入して有転位化することに繋がる。
　また、インゴット６００の品質は、インゴット６００の製造における引き上げ制御にも大きく左右される。以下に、インゴット６００の品質と引き上げ制御との関係の具体例を説明する。
　図２２（ａ）～（ｃ）は引き上げ制御を説明する模式図である。
　図２２（ａ）に示すように、シリコン単結晶の成長速度をＶｇ、シリコン単結晶の引き上げ速度をＶ、シリコン融液の液面の低下速度をＶｍ、ルツボの上昇速度をＣ、とした場合、次の関係が成り立つ。
　Ｖｇ＝Ｖ＋Ｖｍ－Ｃ
　このうち液面低下速度Ｖｍは、ルツボ内容積とシリコン単結晶の成長速度Ｖｇとの関数ｆによって決まる（図２２（ｂ）参照）。従来の技術においては、この関数ｆを用いた計算によって液面低下速度Ｖｍを求めている。また、引き上げ速度Ｖおよびルツボ上昇速度Ｃは引き上げ装置の条件として既知であるため、これによりシリコン単結晶の成長速度Ｖｇ＝Ｖ＋Ｖｍ－Ｃを求めている。
　しかしながら、実際の引き上げにおいては、高温に曝されるためルツボの内面形状が変形し、内容積も変化することになる（図２２（ｃ）参照）。引き上げ装置では、シリカガラスルツボはカーボンサセプタに内挿される。したがって、シリカガラスルツボの外周面はカーボンサセプタに嵌合している状態になる。このため、シリカガラスルツボは外側には変形せず、内側のみに変形することになる。ルツボの内容積が変化してしまうと、液面低下速度Ｖｍの計算が不正確になってしまい、シリコン単結晶の成長速度Ｖｇを正確に定めることができなくなる。この成長速度Ｖｇは、結晶欠陥の発生における重要な要素である。したがって、成長速度Ｖｇを正確に制御できないと、インゴット６００の品質に大きな影響を与えることになる。
　シリコン融液液面位置のルツボ内半径をＲ、シリコン単結晶（インゴット）の直径をｒ、シリコン融液の密度をρＬ、シリコン単結晶の密度をρｓとすると、液面がルツボ直胴部にある場合、以下の式が成り立つ。
　Ｖｇ＝ρＬ／ρｓ・（Ｒ／ｒ）２・Ｖｍ
　Ｖｇ／Ｖｍ＝ρＬ／ρｓ・（Ｒ／ｒ）２＝ｋ
　ルツボの内側の半径の変動率をαとすると、以下の式が成り立つ。
　Ｖｇ＝ρＬ／ρｓ・（αＲ／ｒ）２・Ｖｍ
　Ｖｇ＝α２・｛ρＬ／ρｓ・（αＲ／ｒ）２・Ｖｍ｝
　このことから、Ｖｇのずれにはαの２乗が寄与する。したがって、Ｒが１％変動すると、Ｖｇは約２％変動することになる。
　Ｒ＝０．７９７ｍ、ｒ＝０．３ｍ、ρＬ＝２５７０ｋｇ／ｍ３、ρｓ＝２３００ｋｇ／ｍ３とすると、ｋ＝７．９５、１／ｋ＝０．１２６となる。
　例えば、シリコンウェーハの厚さ１ｍｍ分に相当するシリコン単結晶（インゴット）を製造する場合、シリコン融液の液面の低下は０．１２６ｍｍとなる。インゴットからシリコンウェーハを切り出す際の切断幅（ブレード等の幅）や切り出した後の研磨を考慮すると、シリコンウェーハの厚さは７００μｍ～８００μｍ程度となる。インゴットのどこを切り出してもＣＯＰが実質的にゼロとなるようにするためには、インゴットの直胴部の全域において、ＣＯＰが実質的にゼロとなるようにする必要がある。また、後述する３次元構造の半導体デバイスなど、構造部がシリコンウェーハの厚さの１／１０～１／１００以下の範囲に収まる場合、シリコン単結晶の引き上げにおいては、シリコンウェーハの厚さの１／１０～１／１００以下の引き上げ制御（ＣＯＰを実質的にゼロにするための引き上げ制御）が必要である。この場合、シリコン融液の液面の低下をコントロールするためには、０．０１ｍｍ以下の精度のコントロールする必要がある。
　このように、シリカガラスルツボ１の内側の径が１％変動すると、シリコン単結晶の成長速度Ｖｇは２％変動することになる。また、シリカガラスルツボ１のコーナー部１３におけるシリコン融液の液面の低下速度Ｖｍは、シリカガラスルツボ１の直胴部におけるシリコン融液の液面の低下速度よりも高くなる。したがって、ルツボ内径の変動が液面低下の変動に与える影響は、ルツボ直胴部よりもコーナー部１３のほうが大きい。
　本実施形態では、実際に引き上げに使用するシリカガラスルツボ１の厚さ方向における内部残留応力を正確に測定できるため、この内部残留応力と、使用後のルツボ内径の変化との関係（操業実績に基づくルツボ内径変動量のシミュレーション）によって、使用前（シリコン単結晶の引き上げを行う前）のシリカガラスルツボ１の段階で、使用中のルツボの内径変動量を推定することができる。これにより、従来技術のように、全くルツボの変形を考慮しない場合に比べ、シリコン単結晶の成長速度Ｖｇの目標値からのずれを低減することができ、インゴット６００の直胴部６２０の全長にわたり欠陥を抑制（実質的にゼロに）することができる。
　図２３は、ルツボの内径の変動量を示す図である。
　図２３において横軸はルツボの内径の変動量を示し、縦軸はルツボの底部からの高さを示している。
　図２３のプロットは測定値である。また、線Ｌは、各高さでの測定値の平均を繋いだものである。
　線Ｌで示すように、ルツボ内径の変動（すなわち、ルツボ内容積の変動）が平均的に起こることが分かる。本実施形態のように、ルツボの内面形状を基準にシリコン単結晶の上昇速度Ａを変えればシリコン単結晶の全長にわたって欠陥のできない範囲に収まるようシリコン単結晶の成長速度Ｖｇをコントロールすることが可能になる。
　一方、従来技術では、ＣＺ単結晶育成中のフィードバック制御を、ＡＤＣ（自動直径制御）と液面制御との組み合わせのみで行っている。すなわち、従来技術では、実際の使用におけるルツボの形状については全く考慮されておらず、しかもルツボの形状変化を正確に把握できていないため、シリコン単結晶の引き上げにおいて成長速度Ｖｇを正確にコントロールすることができない。すなわち、従来技術では、上記のような液面降下速度Ｖｍが０．０１ｍｍ以下の精度に対応したＶｇのコントロールには全く対応しておらず、半導体デバイス、特に３次元構造のデバイスの性能を十分に引き出すためのシリコン単結晶（インゴット）を製造することができるシリカガラスルツボにはなっていない。
　ここで、今までのルツボの製造履歴・検査結果・使用結果からルツボの挙動をシミュレーション技術によって推定することは可能である（ルツボの挙動の例）。ここからルツボの変形について以下のことが分かる。
（１）肉厚が薄めの部分での変動量が大きい。
（２）重量の大きいルツボほど変形量が多い。
（３）外径の小さいルツボほど内面の変形量が大きい。
（４）偏心している部分での変形量が多い。
（５）カーボンサセプタの対称形でない部分でルツボの変形が生じやすい。
（６）シリカガラスルツボはセラミックでもあり、ルツボ内周面は完全な真円にはなっていない。
　上記のように、Ｖｇ＝Ｖ＋Ｖｍ－Ｃによってシリコン単結晶の成長速度Ｖｇを制御するためには、ルツボの情報を正確に把握していることが必要である。したがって、過去からのすべてのルツボの情報を関連づけて記録しておき、検索可能な状態にしておくことが望まれる。
　また、シリコン単結晶の成長速度（Ｖｇ）と、固液界面付近での引き上げ軸方向の温度勾配（Ｇ）との関係を規定することがインゴット６００の結晶欠陥の発生を抑制する上で重要となる。ここで、引き上げ軸方向の温度勾配（Ｇ）は、固体側よりも融液側の方が高い（言い換えると、融液側よりも固体側の方が低い）。また、引き上げ軸と直交する方向（径方向）の面内（径方向の断面の面内）の温度勾配は一定である。
　本発明のシリカガラスルツボ１は、シリコン単結晶の引き上げの際の変形や倒れが抑制されるため、シリコン融液の液面と熱遮蔽部材の先端との高さＨを安定させることができる。このようなシリカガラスルツボ１を用いてシリコン単結晶の引き上げを行い、得られたインゴット６００においては、直胴部６２０における結晶欠陥は実質的にゼロである。例えば、直胴部６２０におけるＣＯＰ（Crystal Originated Particle）が実質的にゼロとなる。ＣＯＰは、結晶欠陥の一つで、単結晶の格子点にシリコン原子がない（空孔が集まった）微細な欠陥のことを言う。ＣＯＰがあることで、半導体装置の電気的特性（リーク電流、抵抗値分布、キャリア移動度など）を劣化させる原因となる。
　ここで、ＣＯＰの発生について説明する。
　図２４は、ボロンコフ理論に基づいて各種の欠陥が発生する状況を説明する模式図である。
　図２４に示すように、ボロンコフ理論では、引き上げ速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）、インゴット（シリコン単結晶）の固液界面近傍における引き上げ軸方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）としたとき、それらの比であるＶ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥の濃度と格子間シリコン型点欠陥の濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を模式的に表現している。そして、空孔型点欠陥の発生する領域と格子間シリコン型点欠陥の発生する領域の境界となる臨界点が存在することを示している。
　Ｖ／Ｇが臨界点を下回ると、格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢な単結晶が育成される。Ｖ／Ｇが臨界点より小さい（Ｖ／Ｇ）Iを下回る範囲では、単結晶内で格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン点欠陥の凝集体が存在する領域［Ｉ］が出現する。
　一方Ｖ／Ｇが臨界点を上回ると、空孔型点欠陥濃度が優勢な単結晶が育成される。Ｖ／Ｇが臨界点より大きい（Ｖ／Ｇ）ｖを上回る範囲では、単結晶内で空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域［Ｖ］が出現し、ＣＯＰが発生する。
　図２５は、単結晶育成時の引き上げ速度と欠陥分布との関係を示す模式図である。
　図２５に示す欠陥分布は、引き上げ速度Ｖを徐々に低下させながらシリコン単結晶を育成し、育成した単結晶を中心軸（引き上げ軸）に沿って切断して板状試片とし、その表面の欠陥の発生状況を示したものである。欠陥分布は、板状試片の表面にＣｕデコレーションさせ、熱処理を施した後、その板状試片をＸ線トポグラフ法により観察し、欠陥の発生状況を評価した結果である。
　図２５に示すように、引き上げ速度を高速にして育成を行った場合、単結晶の引き上げ軸方向と直交する面内全域にわたり、空孔型点欠陥の凝集体（ＣＯＰ）が存在する領域［Ｖ］が発生する。引き上げ速度を低下させていくと、単結晶の外周部からＯＳＦ領域がリング状に出現する。このＯＳＦ領域は、引き上げ速度の低下に伴ってその径が次第に縮小し、引き上げ速度がＶ1になると消滅する。これに伴い、ＯＳＦ領域に代わって無欠陥領域［Ｐ］（領域［ＰV］）が出現し、単結晶の面内全域が無欠陥領域［Ｐ］で占められる。そして、引き上げ速度がＶ２までに低下すると、格子間シリコン型点欠陥の凝集体（ＬＤ）が存在する領域［Ｉ］が出現し、ついには無欠陥領域［Ｐ］（領域［ＰI］）に代わって単結晶の面内全域が領域［Ｉ］で占められる。
　本実施形態において、上記に示すＣＯＰが実質的にゼロとは、ＣＯＰの検出数が実質的に０個であることをいう。ＣＯＰはパーティクルカウンタによって検出される。パーティクルカウンタでは０．０２０μｍ以上のパーティクルがウェーハ表面（半導体デバイス形成面）に３０個以下しか検出されない場合に実質的に０個となる。本明細書において「０．０２０μｍのＣＯＰ」とは、例えばＴｅｎｃｏｒ社製のＳＰシリーズ、またはこの装置と同等性能を有する半導体用およびシリコンウェーハ用のパーティクルカウンタ装置で測定した場合に、０．０２０μｍのパーティクルサイズとして検出されるＣＯＰのことをいう。
　上記説明したように、直胴部６２０のＣＯＰが実質的にゼロとなるインゴット６００は、例えば直径３００ｍｍ、厚さ約１ｍｍにスライスされてシリコンウェーハとなる。インゴット６００から切り出したシリコンウェーハを用いて製造した半導体装置では、電気的特性の安定化、劣化抑制を図ることができる。
　なお、ＣＯＰを検出する方法はパーティクルカウンタ以外であってもよい。例えば、表面欠陥検査装置を用いる方法、ウェーハの表面に所定厚さの酸化膜を形成した後、外部電圧を印加して、ウェーハ表面の欠陥部位で酸化膜を破壊するとともに銅を析出させ、この析出した銅を肉眼、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などで観察することにより欠陥（ＣＯＰ）を検出する方法などが挙げられる。インゴット６００の直胴部６２０では、このような検出方法ではＣＯＰが検出されない（実質的にゼロとなる）。
　本発明のインゴット６００におけるより好ましい形態は、直胴部６２０の全てにおいて、ベーカンシーと呼ばれる点欠陥（空孔）が凝集した領域（ＣＯＰが存在するＶ－Ｒｉｃｈ領域）がなく、ＯＳＦ（Oxidation Induced Stacking Fault）が検出されず、インタースティシャルと呼ばれる格子間型の点欠陥が存在する領域（Ｉ－Ｒｉｃｈ領域）がないこと、すなわち直胴部６２０の全てがニュートラル領域になっていることである。ここで、ニュートラル領域は、欠陥が全くない領域のほか、僅かにベーカンシーやインタースティシャルが含まれていても凝集した欠陥として存在しないか、検出不可能なほど小さい領域を含む。
　このように、直胴部６２０の結晶欠陥がゼロになっていることで、インゴット６００から切り出したウェーハを用いて製造した半導体装置の電気的特性の安定化および劣化抑制を図ることができる。
＜ホモエピタキシャルウェーハ＞
　また、このインゴット６００から切り出したウェーハを基板部としてホモエピタキシャルウェーハ（以下、単に「エピタキシャルウェーハ」とも言う。）を構成してもよい。図２６は、エピタキシャルウェーハを例示する模式断面図である。エピタキシャルウェーハ７００は、インゴット６００から切り出したウェーハの基板部７１０と、基板部７１０の上に設けられたシリコン単結晶のエピタキシャル層７２０と、を備えている。本実施形態において、エピタキシャル層７２０はシリコンのホモエピタキシャル層である。エピタキシャル層７２０の厚さは、約０．５μｍ～２０μｍである。
　エピタキシャルウェーハ７００の製造方法の一例を示す。先ず、基板部７１０をエピタキシャル炉の中で約１２００℃まで加熱する。次に、炉内に気化した四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、三塩化シラン（トリクロルシラン、ＳｉＨＣｌ３）を流す。これにより、基板部７１０の表面上にシリコン単結晶の膜が気相成長（エピタキシャル成長）し、エピタキシャル層７２０が形成される。
　結晶欠陥が実質的にゼロであるインゴット６００から切り出したウェーハを用いてエピタキシャルウェーハ７００を構成することにより、結晶欠陥が実質的にゼロとなるエピタキシャル層７２０を形成することができる。
　近年、半導体集積回路の微細化が進み、従来のプレーナ型トランジスタでは限界に近づいてきている。そこで、Ｆｉｎ型のＦＥＴ（フィン型電界効果トランジスタ）構造と呼ばれているトランジスタが提唱されるようになった（例えば、特許文献５、６参照）。
　従来のプレーナ型では、シリコンウェーハ表面の内部に、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）構造が構成される。
　プレーナ型では、ソース、ドレインを２次元的に構成している。ところが、Ｆｉｎ型のＦＥＴは、シリコン表面の上層にＦＩＮと呼ばれるチャネル領域を有し、シリコンウェーハと接しており三次元構造のＭＯＳＦＥＴとなっている。
　プレーナ型はゲート長で微細化を進めたが、Ｆｉｎ型のＦＥＴではフィン（Ｆｉｎ）幅を最少寸法として管理される。フィン幅が２０ｎｍ程度、つまりＣＯＰと同程度のＦｉｎ型ＦＥＴもある。
　そこで、フィン（Ｆｉｎ）直下のシリコンウェーハの表面品質として、ＣＯＰのサイズを極限まで低減することを求められている。
　このような３次元構造は、Ｆｉｎ型ＦＥＴのほか、３次元ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリでも採用される。
　このような半導体デバイスを製造するためには、品質を向上させたホモエピタキシャルウェーハが要望されている。
　シリコンウェーハを用いてホモエピタキシャル層を成膜する際、シリコンウェーハのＣＯＰのサイズをより小さく、より少なくする必要がある。シリコンウェーハ上のＣＯＰを抑制するために熱処理する方法もあるが、シリコン単結晶のインゴットの段階でＣＯＰを実質的にゼロにするために、引き上げ時におけるシリコン融液のコントロールをすることが重要である。本願発明者らは、シリコン融液の液面変動とシリカガラスルツボとの関係に着目して、シリコン融液をコントロールできることを見出した。
　本実施形態では、ＡＥ波の検出結果に基づいてシリカガラスルツボを評価し、引き上げ中に割れや変形に影響するマイクロクラックが存在しないルツボを選択することができる。シリカガラスルツボにマイクロクラックが存在すると、シリコン単結晶引き上げ中の高温長時間でルツボが変形しやすくなる。シリコン単結晶引き上げ中に、シリカガラスルツボが変形すると、シリコン融液液面が擾乱し、引き上げ速度等の各種引き上げ条件が制御することができなくなる。引き上げ中に割れや変形に影響するマイクロクラックが存在しないルツボを使用してシリコン単結晶を引き上げることで、より引き上げ中の引き上げ速度などの条件制御が高精度に可能になり、それによって結晶欠陥が実質的にゼロになるインゴットを製造することが出来るようになる。またそのインゴットを用いたウェーハによる基板部にエピタキシャル層を形成することで、高品質なエピタキシャルウェーハを提供することができる。
　なお、エピタキシャル層７２０は、基板部７１０の表面の全面に形成されていても、部分的に形成されていてもよい。これにより、結晶の完全性が求められる場合や、抵抗率の異なる多層構造を必要とする場合に対応できる高品質なエピタキシャルウェーハ７００を提供することができる。
　本実施形態に係るルツボ管理システムを用いることで、引き上げ中のルツボ変形などの不具合の発生を、使用前の段階で予測することができる。また、シリコン単結晶の引き上げ中のルツボ変形を高精度に予測でき、引き上げ条件（引き上げ速度など）を高精度に制御することが可能になる。それによって結晶欠陥が実質的にゼロになるインゴットを製造することが出来るようになる。またそのインゴットを切り出してウェーハを形成し、このウェーハを基板部としてホモエピタキシャル層を形成することで、高品質なホモエピタキシャルウェーハを提供することができる。
＜ルツボ製造からシリコン単結晶製品製造までの工程＞
　図２７は、ルツボ製造からウェーハ製造までの工程を例示するフローチャートである。
　図２７に示すステップＳ５０１～Ｓ５０６まではルツボの製造工程であり、ステップＳ５０７～Ｓ５１４まではインゴットの製造工程であり、ステップＳ５１５～Ｓ５２１まではシリコンウェーハの製造工程であり、ステップＳ５２２～Ｓ５２７まではエピタキシャルウェーハの製造工程である。
　ステップＳ５０１～Ｓ５１４に示すルツボ製造からインゴット製造までの一連の工程を、ルツボ－インゴット製造工程と言うことにする。
　ステップＳ５０１～Ｓ５２１に示すルツボ製造からシリコンウェーハ製造までの一連の工程を、ルツボ－シリコンウェーハ製造工程と言うことにする。
　ステップＳ５０１～Ｓ５２７に示すルツボ製造からエピタキシャルウェーハ製造までの一連の工程を、ルツボ－エピウェーハ製造工程と言うことにする。
　ルツボ－インゴット製造工程、ルツボ－シリコンウェーハ製造工程およびルツボ－エピウェーハ製造工程のそれぞれにおいて、一貫した製造条件の制御および品質管理を行うため、本実施形態では、各工程を一括管理する一貫制御システムが用いられる。
　本実施形態では、ルツボ製造に起因してシリコン単結晶製品（インゴット、シリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ）の品質までを想定した生産管理を一貫制御システムが用いられる。
　従来では、例えばシリコン単結晶の引き上げによってインゴットを製造する場合、ＡＤＣ（自動直径制御）で直胴部の直径を一定に制御している。直径約３００ｍｍの直胴部を全長２０００ｍｍまで引き上げる時間は、０．５ｍｍ／分として約４０００分必要となる。また、シリコンインゴット製造における全体としては、（１）シリカガラスルツボへの多結晶シリコンの充填時にシリカガラスルツボが割れないように慎重に装填する作業、（２）多結晶シリコンの溶融、（３）Ｄａｓｈネッキング（転位除去）工程、（４）シリコンインゴットの肩部の形成、（５）直胴部全長２０００ｍｍの引き上げ、（６）シリコンインゴットに転位が入らないようにテール絞りを行い、（７）炉を冷却してシリコンインゴットの回収、を行う。このような一連の処理を行い、直径３００ｍｍ、直胴部の全長２０００ｍｍのシリコンインゴットを１本製造するためには、約７日程度を費やすことになる。
　この間の制御は、主に引き上げ速度と重量の関係のみで、直胴部の直径の一定、全長でのＣＯＰフリーの引き上げを目指している。引き上げにおいて重要なシリコン融液の液面とコーン部５７１との高さＨは、引き上げ速度が速いと高く、引き上げ速度が遅いと低くなる。従来では、高さＨの制御を引き上げ装置ごとの個体差とオペレータの経験で行っている。
　本実施形態では、ルツボの内面変形量を予測することによって、引き上げ時の高さＨをより一定に制御できるようにしている。すなわち、引き上げ装置においてルツボはカーボンサセプタ５２０内に収められ、多結晶シリコンの充填によって例えば５００ｋｇの重量となる。また、引き上げ中のルツボは約１６００℃の高温となり、シリコン融液によって外側に押され、カーボンサセプタ５２０との隙間がなくなる。カーボンサセプタ５２０は変形しないため、結果としてルツボはカーボンサセプタ５２０からの反力で内側に変形しやすくなる。
　本実施形態の一貫制御システムでは、今まで使用してきたルツボの製造履歴・使用前の内部残留応力の測定結果、使用後の形状変化などの情報を蓄積し、引き上げ装置、引き上げ条件との関係から、引き上げ時のルツボの挙動、変形を使用前に事前に計算しておく。これにより、予測される引き上げ中のルツボの変形から、ルツボの内容積の変動が分かり、引き上げ中の高さＨを厳密に制御することができる。したがって、結晶欠陥が実質的にゼロとなるインゴットの製造、このインゴットからのシリコンウェーハの製造、およびこのシリコンウェーハを用いたエピタキシャルウェーハの製造へと一貫した制御を行うことが可能となる。
　本実施形態に係るルツボ管理システムを上記一貫制御システムに適用することで、引き上げ中のルツボ変形などの不具合の発生を、ルツボの製造条件に反映させて、引き上げ中にルツボ変形などの不具合の発生を抑制できるシリカガラスルツボ１を製造することができる。また、シリコン単結晶の引き上げ中のルツボ変形を高精度に予測でき、引き上げ条件（引き上げ速度など）を高精度に制御することが可能になる。それによって結晶欠陥が実質的にゼロになるインゴットを製造することが出来るようになる。またそのインゴットを切り出してウェーハを形成し、このウェーハを基板部としてホモエピタキシャル層を形成することで、高品質なホモエピタキシャルウェーハを提供することができる。
　以上、上記実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、座標算出プログラム、ルツボ評価プログラム、製造時情報取得プログラムなど、ＣＰＵで実行されるプログラムはコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよいし、ネットワークを介して配信されてもよい。また、ルツボ管理システム２の構成要素は、同じ場所に配置されていてもよいし、ネットワークを介して適宜の場所に配置されていてもよい。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることが出来る。
１　シリカガラスルツボ
１１　側壁部
１２　底部
１３　コーナー部
１１１　透明層
１１２　気泡含有層
２　ルツボ管理システム
３　測定装置
３１　内部測距部
３１１　レーザー光照射部
３１２　検出部
３２　外部測距部
３２１　レーザー光照射部
３２２　検出部
３３　内表面画像取得部
３４　外表面画像取得部
３５　歪み画像取得部
３５１　光源
３５２　偏光子
３５３　透光部
３５４　検光子
３５５　レンズ
３５６　受光器
３５７　受光部
４　情報処理装置
４１　座標算出部
４２　記憶装置
４２１　ルツボ形状情報
４２２　内部画像情報
４２３　外部画像情報
４２４　歪み画像情報
５１　内部ロボットアーム
５１１　アーム部
５１２　ジョイント部
５１３　情報処理部
５２　外部ロボットアーム
５２１　アーム部
５２２　ジョイント部
５２３　情報処理部
６　回転台
７　基台
８　情報処理装置
８２　記憶装置
８２５　評価情報
８３　ルツボ評価部
９　情報処理装置
９２　記憶装置
９２５　製造時情報
９３　製造時情報取得部
６００　インゴット
７００　エピタキシャルウェーハ

Claims (15)

  1. 　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出する内部反射光検出手段と、
    　前記内部反射光検出手段による検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出する内部距離算出手段と、
    　前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出する座標算出手段と、
    　前記座標算出手段が算出した前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを撮影して取得する内表面画像データ取得手段と、
    　前記内表面画像データ取得手段が取得した画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶するルツボデータ情報記憶手段と、
    　を有する
    　ルツボ管理システム。
  2. 　請求項１に記載のルツボ管理システムであって、
    　前記内部反射光検出手段は、内側から外側に向かって透明層と気泡含有層とを有するシリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、前記内表面反射光を検出するとともに、前記透明層と前記気泡含有層との界面により反射する界面反射光を検出し、
    　前記内部距離算出手段は、前記内部反射光検出手段による検出結果に基づいて、前記内表面距離を算出するとともに、前記内面反射光及び前記界面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置と前記界面との間の距離である界面距離を算出し、
    　前記座標算出手段は、前記界面距離と当該界面距離の算出元となる前記界面反射光を検出した際の前記内部反射光検出手段の位置を示す三次元座標とに基づいて、前記界面の位置を示す三次元座標である界面座標を算出し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記界面座標を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理システム。
  3. 　請求項１又は２に記載のルツボ管理システムであって、
    　前記内表面座標においてシリカガラスルツボに生じている歪みを示す歪み画像データを取得する歪み画像データ取得手段を有し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記歪み画像データ取得手段が取得した歪み画像データと前記内表面座標とを対応付けた情報を前記ルツボデータ情報として記憶する
    　ルツボ管理システム。
  4. 　請求項１乃至３のいずれかに記載のルツボ管理システムであって、
    　前記内部反射光検出手段及び前記内表面画像データ取得手段は、三次元的に移動させることが出来るよう構成された内部ロボットアームに設置されており、
    　シリカガラスルツボは、前記内部ロボットアームを覆うよう配置されている
    　ルツボ管理システム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載のルツボ管理システムであって、
    　シリカガラスルツボの外表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの外表面で反射した外表面反射光を検出する外部反射光検出手段と、
    　前記外部反射光検出手段による検出結果に基づいて、前記外表面反射光を検出した際の前記外部反射光検出手段の位置とシリカガラスルツボの外表面との間の距離である外表面距離を算出する外部距離算出手段と、
    　を有し、
    　前記座標算出手段は、前記外表面距離と当該外表面距離の算出元となる前記外表面反射光を検出した際の前記外部反射光検出手段の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの外表面の位置を示す三次元座標である外表面座標を算出し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記外表面座標を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理システム。
  6. 　請求項５に記載のルツボ管理システムであって、
    　前記外表面座標におけるシリカガラスルツボの外表面の画像データを撮影して取得する外表面画像データ取得手段を有し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記外表面画像データ取得手段が取得した画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記外表面座標とを対応付けた情報を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理システム。
  7. 　請求項５又は６に記載のルツボ管理システムであって、
    　前記外部反射光検出手段及び前記外表面画像データ取得手段は、三次元的に移動させることが出来るよう構成された外部ロボットアームに設置されている
    　ルツボ管理システム。
  8. 　請求項１乃至７のいずれかに記載のルツボ管理システムであって、
    　前記ルツボデータ情報に基づいてシリカガラスルツボを評価するルツボ評価手段を有し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記ルツボ評価手段による評価結果を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理システム。
  9. 　請求項１乃至８のいずれかに記載のルツボ管理システムであって、
    　シリカガラスルツボを製造する際の情報である製造時情報を取得する製造時情報取得手段を有し、
    　前記ルツボデータ情報記憶手段は、前記製造時情報を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理システム。
  10. 　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出し、
    　検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出し、
    　前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出し、
    　前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを撮影して取得し、
    　取得した前記画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する
    　ルツボ管理方法。
  11. 　請求項１０に記載のルツボ管理方法であって、
    　内側から外側に向かって透明層と気泡含有層とを有するシリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、前記内表面反射光を検出するとともに、前記透明層と前記気泡含有層との界面により反射する界面反射光を検出し、
    　検出結果に基づいて、前記内表面距離を算出するとともに、前記内面反射光及び前記界面反射光を検出した際の位置と前記界面との間の距離である界面距離を算出し、
    　前記界面距離と当該界面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、前記界面の位置を示す三次元座標である界面座標を算出し、
    　前記界面座標を含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理方法。
  12. 　請求項１０又は１１に記載のルツボ管理方法であって、
    　前記内表面座標においてシリカガラスルツボに生じている歪みを示す歪み画像データを取得し、
    　取得した前記歪み画像データを含む前記ルツボデータ情報を記憶する
    　ルツボ管理方法。
  13. 　シリカガラスルツボの製造方法であって、
    　シリカガラスルツボの内表面に向かってレーザー光を照射し、シリカガラスルツボの内表面で反射した内表面反射光を検出し、検出結果に基づいて、前記内表面反射光を検出した際の位置とシリカガラスルツボの内表面との間の距離である内表面距離を算出し、前記内表面距離と当該内表面距離の算出元となる前記内表面反射光を検出した際の位置を示す三次元座標とに基づいて、シリカガラスルツボの内表面の位置を示す三次元座標である内表面座標を算出し、前記内表面座標におけるシリカガラスルツボの内表面の画像データを撮影して取得し、取得した前記画像データと当該画像データの撮影箇所を示す前記内表面座標とを対応付けた情報をシリカガラスルツボごとのルツボデータ情報として記憶する工程を含む
    　シリカガラスルツボの製造方法。
  14. 　請求項１３に記載のシリカガラスルツボの製造方法により製造されたシリカガラスルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行う工程を有する
    　シリコンインゴットの製造方法。
  15. 　請求項１４記載の方法によって製造したシリコンインゴットを切り出して形成したウェーハによる基板部を形成する工程と、
    　前記基板部の上にシリコン単結晶のホモエピタキシャル層を形成する工程と、を備えたホモエピタキシャルウェーハの製造方法。
     
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JP7456182B2 (ja) 2020-02-19 2024-03-27 住友金属鉱山株式会社 単結晶の製造方法

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