支援氧化硅玻璃坩埚的制造条件的设定的装置、支援制造氧化硅玻璃坩埚用模具的制造条件的设定的装置、支援使用氧化硅玻璃坩埚的硅单晶提拉的条件设定的装置

摘要

通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数。另外，在基于最初的制造条件得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的改善制造条件。其结果，可以将氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。即，可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

说明书

技术领域

本发明涉及支援氧化硅玻璃坩埚的制造条件的设定的装置以及通过该装置得到的数据、支援制造氧化硅玻璃坩埚用模具的制造条件的设定的装置以及通过该装置得到的数据、支援使用氧化硅玻璃坩埚的硅单晶提拉的条件设定的装置以及通过该装置得到的数据。

背景技术

在氧化硅玻璃坩埚的制造方法的一例中，具备：在旋转模具的内表面上堆积平均粒径约300μm的氧化硅粉末而形成氧化硅粉末层的氧化硅粉末层的形成工序；和从模具侧开始对氧化硅粉末层进行减压的同时、通过使氧化硅粉末层进行电弧熔融而形成氧化硅玻璃层的电弧熔融工序(将该方法称为“旋转模具法”)。

在电弧熔融工序的初期通过对氧化硅粉末层大幅度减压，除去气泡，形成透明氧化硅玻璃层(以下，称为“透明层”)，之后，通过使减压变弱形成残留有气泡的含气泡的氧化硅玻璃层(以下，称为“含气泡层”)，由此，可以形成在内表面侧具有透明层、在外表面侧具有含气泡层的二层结构的氧化硅玻璃坩埚。

另一方面，由于通过切克劳斯基(以下，称为CZ)法使用氧化硅玻璃坩埚提拉硅单晶进行制造，因此，花费精力开发通过计算机对作为固体的硅单晶与作为液体的硅熔液的固液界面形状、和该固液界面附近的温度分布进行模拟、并进行数值分析的方法。

例如，在专利文献1中记载了将以网状结构模型化后的热区的各构件的物性值输入计算机中，基于加热器的发热量以及各构件的辐射率求出各构件的表面温度分布。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本　特开2009-190926号公报。

发明内容

【发明要解决的课题】

但是，上述专利文献1中记载的先前技术，难以用于通过旋转模具法制造氧化硅玻璃坩埚时的模拟。而且，通过旋转模具法制造氧化硅玻璃坩埚时，多数情况下得到根据各种要素与设计数据不同的三维形状的氧化硅玻璃坩埚。因此，至今，实际上难以通过旋转模具法制造与设计数据相同的三维形状的氧化硅玻璃坩埚。另外，也难以得到能够制造与氧化硅玻璃坩埚的设计数据相同的三维形状的氧化硅玻璃坩埚的模具。另外，也难以在适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定中使用。

另外，近年来，直径300mm的晶片成为半导体芯片制造工艺的主流，使用直径450mm的晶片的工艺也在开发中。为了制造这样的晶片，当然在用于制造单晶硅锭的CZ 法中使用的氧化硅玻璃坩埚也要求为28英寸(71cm)、32英寸(81cm)、36英寸(约91cm)或40英寸 (102cm)的大口径坩埚。直径101cm的坩埚为重量约120kg的巨大的坩埚，在其中收容的硅熔液的质量为900kg以上。

使用氧化硅玻璃坩埚被提拉的硅单晶的纯度要求为99.999999999%以上，因此，要求在提拉中利用的氧化硅玻璃坩埚的内表面平滑使其与设计数据的三维形状相同。如果在氧化硅玻璃坩埚的内表面与设计数据不相同而具有龟裂等的情况下，则有时从该龟裂处剥离氧化硅的碎片等并混入而引起大问题。

至今，以达到与设计数据同样的三维形状的方式制造小口径的氧化硅玻璃坩埚并不困难。但是，氧化硅玻璃坩埚的口径越大，实际上通过旋转模具法制造与设计数据相同的三维形状的氧化硅玻璃坩埚变得越困难。另外，氧化硅玻璃坩埚的口径越大，得到能够制造与氧化硅玻璃坩埚的设计数据相同的三维形状的氧化硅玻璃坩埚的模具也变得越困难。

另外，氧化硅玻璃的软化点为约1200~1300℃，相对于此，CZ法中将硅熔液在加热至1450~1500℃的高温的状态下经过两周以上的长时间进行提拉。即，在硅单晶的提拉时，在坩埚中收容约1500℃的硅熔液为900kg以上。而且，氧化硅玻璃坩埚是结束1次单晶硅锭的提拉就废弃的一次性的制品。并且，尽管为一次性的，但为1个达到数百万元的高价的制品。因此，作为使用者，在单晶硅锭的提拉前，必须预先对每个氧化硅玻璃坩埚设定多晶硅的加料量、提拉条件等信息。而且，氧化硅玻璃坩埚的口径越大，适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定变得越困难。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。另外，本发明的其他目的在于，得到能够制造相对于氧化硅玻璃坩埚的设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚的模具。另外，本发明的另一目的在于，使适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定变容易。

【用于解决课题的方法】

根据本发明，提供支援氧化硅玻璃坩埚的制造条件的设定的装置。该装置具备：取得任意的型式、制造批或者序列号的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据的设计数据取得部；基于该设计数据设定氧化硅玻璃坩埚的制造条件数据的制造条件数据设定部；使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算引擎、得到通过该制造条件得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据的模拟部；设定该计算引擎使用的物性参数的物性参数设定部；取得基于该制造条件制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部；在该设计数据、该模拟数据、该测定数据中将2种数据进行比较对照、判定两者的三维形状的匹配度的匹配度判定部；和该模拟数据或者制造条件数据的输出部。

另外，该物性参数设定部，在基于最初的物性参数得到的该模拟数据以及该测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，具有设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数的改善物性参数设定部。而且，该制造条件设定部具有：设定得到与该设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的制造条件的改善制造条件数据设定部。

根据该构成，在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。另外，根据该构成，为了设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的制造条件，可以将设计数据以及模拟数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。其结果，根据该构成，可以将氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。即，根据该构成，可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

另外，根据本发明，提供通过上述装置得到的模拟数据。

该模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度如上所述为规定的水平以上。因此，如果使用该模拟数据，则能够精度良好地预测通过旋转模具法实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状。

另外，根据本发明，提供通过上述装置得到的改善制造条件数据。

在使用该改善制造条件数据的情况下，得到如上所述与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据。而且，在使用上述装置时，如上所述在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。因此，如果使用该改善制造条件数据，则可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

另外，根据本发明，提供支援制造氧化硅玻璃坩埚用模具的制造条件的设定的装置。该装置具备：取得任意的型式、制造批或者序列号的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据的坩埚设计数据取得部；基于该坩埚设计数据设定模具的三维形状的设计数据的模具设计数据设定部；使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎、得到在如该模具设计数据所示的三维形状的模具上将氧化硅粉末进行电弧熔融而得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据的模拟部；设定该计算引擎使用的物性参数的参数设定部；取得在基于该模具设计数据制造的模具上将氧化硅粉末进行电弧熔融而得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的坩埚测定数据的坩埚测定数据取得部；在该坩埚设计数据、该模拟数据、该坩埚测定数据中将2种数据进行比较对照、判定两者的三维形状的匹配度的匹配度判定部；和该模拟数据或者模具设计数据的输出部。

另外，该物性参数设定部，在基于最初的物性参数得到的该模拟数据以及该坩埚测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，具有设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数的改善物性参数设定部，而且，该模具设计数据设定部具有：设定得到与该坩埚设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的改善模具设计数据的改善模具设计数据设定部。

根据该构成，在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。另外，根据该构成，为了设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的模具设计数据，可以将设计数据以及模拟数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。其结果，根据该构成，可以将氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。即，根据该构成，得到能够制造相对于氧化硅玻璃坩埚的设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚的模具。

另外，根据本发明，提供通过上述装置得到的模拟数据。

该模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度如上所述为规定的水平以上。因此，如果使用该模拟数据，则能够精度良好地预测使用基于模具设计数据制造的模具实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状。

另外，根据本发明，提供通过上述装置得到的改善模具设计数据。

在使用该改善模具设计数据的情况下，得到如上所述与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据。而且，在使用上述装置时，在如上所述基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。因此，如果使用基于该改善模具设计数据制造的模具，则可以通过旋转模具法制造相对于氧化硅玻璃坩埚的设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

另外，根据本发明，提供支援使用氧化硅玻璃坩埚的硅单晶提拉的条件设定的装置。该装置具备：取得由使用者输入的能够将氧化硅玻璃坩埚个别地特定的坩埚特定信息的坩埚特定信息取得部；取得通过该坩埚特定信息个别地特定的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部；使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎、关于使用如该测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生得到模拟数据的模拟部；设定该模拟部使用的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件，在基于最初的提拉条件得到的该模拟数据的结晶缺陷的发生率超过规定的水平的情况下，设定该结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件的提拉条件设定部；和输出该提拉条件的输出部。

根据该构成，在个别地特定由使用者输入的氧化硅玻璃坩埚的方面，可以基于该氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据进行模拟，输出结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件。因此，使用者可以容易地进行适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定。

另外，根据本发明，提供另外的支援使用氧化硅玻璃坩埚的硅单晶提拉的条件设定的装置。该装置具备：取得由使用者输入的能够将氧化硅玻璃坩埚个别地特定的坩埚特定信息的坩埚特定信息取得部；取得通过该坩埚特定信息个别地特定的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部；和输出该测定数据的输出部。

根据该构成，在由使用者输入的氧化硅玻璃坩埚个别地特定的方面，输出该氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。因此，使用者基于该氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据，可以容易地进行适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定。

【发明效果】

根据本发明，可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。另外，根据本发明，得到能够制造相对于氧化硅玻璃坩埚的设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚的模具。另外，根据本发明，可以容易地进行适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定。

附图说明

图1是用于说明实施方式1的装置的工作原理的概念图。

图2是用于对利用使用实施方式1或实施方式2的装置得到的改善制造条件数据或改善模具设计数据、更严格地进行氧化硅玻璃坩埚的制造工艺中的电弧电源以及减压机构的反馈控制进行说明的概念图。

图3是用于说明实施方式1的装置的整体构成的功能方块图。

图4是用于说明实施方式1的装置的模拟部、制造条件数据设定部以及物性参数设定部的详细的构成的功能方块图。

图5是用于对实施方式1~3的装置中使用的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的数据构成进行说明的数据表。

图6是用于说明实施方式1的装置的工作的流程图。

图7是用于对使用机械手臂以及测距部测定实施方式1~3的装置中使用的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的方法进行说明的测定工序图。

图8是用于说明图7中的测定原理的概念图。

图9是表示图7中的内部测距部的测定结果的图。

图10是表示图7中的外部测距部的测定结果的图。

图11是用于说明实施方式2的装置的工作原理的概念图。

图12是用于说明实施方式2的装置的整体构成的功能方块图。

图13是用于说明实施方式2的装置的模拟部、模具设计数据设定部以及物性参数设定部的详细的构成的功能方块图。

图14是用于说明实施方式2的装置的工作的流程图。

图15是用于说明实施方式3的装置的工作原理的概念图。

图16是用于对利用使用实施方式3的装置得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据、使用者适当地进行单晶硅的提拉工艺中的多晶硅原料的加料以及熔融进行说明的概念图。

图17是用于对利用使用实施方式3的装置得到的提拉条件的数据、使用者更严格地进行单晶硅的提拉工艺中的加热温度、提拉速度以及转速的反馈控制进行说明的概念图。

图18是用于说明实施方式3的装置的整体构成的功能方块图。

图19是用于说明实施方式3的装置的模拟部、以及提拉条件设定部的详细的构成的功能方块图。

图20是用于说明实施方式3的装置的工作的流程图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，实施方式1~3中，有时对不同的构成要素赋予同样的符号，但构成要素名不同的情况下表示不同的部位。

<实施方式1：支援氧化硅玻璃坩埚的制造条件的设定的装置>

图1是用于说明本实施方式的装置的工作原理的概念图。在使用本实施方式的装置设定氧化硅玻璃坩埚的制造条件时，首先准备通过三维CAD等设计氧化硅玻璃坩埚的设计数据。该三维CAD的设计数据可以将二维CAD的设计数据转换成三维CAD的设计数据而得到。

接着，设定基于该设计数据用于制造氧化硅玻璃坩埚的制造条件数据(例如，电弧电力、减压条件、模具转速等的时间表)。此时，作为最初的制造条件数据，例如，可以设定熟练的操作员或者工程师基于过去的知识以及经验、判断为适当的制造条件数据。或者，作为最初的制造条件数据，可以直接使用在过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的制造条件数据。

而且，使用该最初设定的制造条件数据，使用具备电源、碳电极、碳模具、减压机构等的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，使在模具上层叠的氧化硅粉末(也称为石英粉)进行熔融，制造氧化硅玻璃坩埚。具体而言，通过在旋转模具的内表面上堆积平均粒径约300μm的氧化硅粉末而形成氧化硅粉末层的氧化硅粉末层形成工序、和从模具侧开始对氧化硅粉末层进行减压的同时、通过使氧化硅粉末层进行电弧熔融而形成氧化硅玻璃层的电弧熔融工序，制造氧化硅玻璃坩埚。

此时，在电弧熔融工序的初期通过对氧化硅粉末层大幅度减压，除去气泡，形成透明层，之后，通过使减压变弱，形成残留有气泡的含气泡层，由此，可以形成在内表面侧具有透明层、在外表面侧具有含气泡层的二层结构的氧化硅玻璃坩埚。

而且，使用后述的机械手臂测定该氧化硅玻璃坩埚的三维形状，得到氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

另外，使用例如应力分析以及热流体分析等数值分析方法生成假定为在使用上述最初设定的制造条件数据制造氧化硅玻璃坩埚的情况下得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据。此时，设定关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)。作为这些物性参数，可以使用市售的模拟软件中附属的默认的物性参数作为最初的物性参数。或者，可以设定熟练的操作员或者工程师基于过去的知识以及经验、判断为适当的物性参数。

之后，计算如上所述得到的模拟数据以及测定数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，变更关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数，反复进行模拟直到上述匹配度达到规定的水平以上。其结果，采用上述匹配度达到规定的水平以上的物性参数作为改善物性参数。作为表示这样的匹配度的指标，可以使用已知的各种模式匹配法。

接着，计算使用该改善物性参数时的设计数据以及模拟数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，变更用于制造氧化硅玻璃坩埚的制造条件数据(例如，电弧电力、减压条件、模具转速等的时间表)，反复进行模拟直到上述匹配度达到规定的水平以上。其结果，采用上述匹配度达到规定的水平以上的制造条件数据作为改善制造条件数据。作为表示这样的匹配度的指标，同样可以使用已知的各种模式匹配法。

这样，在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。另外，如果这样操作，则为了设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的制造条件，可以将设计数据以及模拟数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。其结果，如果这样操作，则可以将氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。即，如果这样操作，则可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

图2是用于对利用使用本实施方式的装置得到的改善制造条件数据、更严格地进行氧化硅玻璃坩埚的制造工艺中的电弧电源以及减压机构的反馈控制进行说明的概念图。通过利用使用图1中说明的方法得到的改善制造条件数据，如该图所示，在电弧电力、减压条件、模具转速等的时间表中，可以施加更加严格的反馈。其结果，可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚。

图3是用于说明本实施方式的装置的整体构成的功能方块图。在该制造条件设定支援装置1000中设置：取得任意的型式、制造批或者序列号的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据的设计数据取得部104。该设计数据取得部104可以取得熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据。另外，该设计数据取得部104可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置基于设计数据设定氧化硅玻璃坩埚的制造条件数据的制造条件数据设定部140。该制造条件数据设定部140可以设定熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的氧化硅玻璃坩埚的制造条件数据(例如，电弧电力、减压条件、模具转速等的时间表)作为最初的制造条件数据。另外，该制造条件数据设定部140可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的制造条件数据。

在该制造条件设定支援装置1000中具备模拟部112，所述模拟部112中，使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，使用应力分析以及热流体分析等数值分析方法得到通过上述制造条件得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据。另外，在该制造条件设定支援装置1000中设置设定上述模拟部112的计算引擎使用的物性参数的物性参数设定部106。该物性参数设定部106可以设定关于熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)作为最初的物性参数。或者，该物性参数设定部106可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的物性参数等。或者，该物性参数设定部106可以使用在物性参数存储部142中存储的附属于市售的模拟软件的默认的物性参数作为最初的物性参数。

在该制造条件设定支援装置1000中设置取得基于上述制造条件实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部102。该测定数据取得部102可以由后述的测定装置128通过网络118可以直接地取得测定数据を。或者，该测定数据取得部102可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置在上述设计数据、上述模拟数据、上述测定数据中将2种数据进行比较对照、判定两者的三维形状的匹配度的匹配度判定部114。该匹配度判定部114可以进行已知的各种模式匹配法。作为这样的模式匹配的方法，可以优选使用残差匹配、正规化相关法、位相限定相关、几何匹配、矢量相关、广义霍夫变换等。

在该制造条件设定支援装置1000中设置模拟数据或者制造条件数据的输出部116。该输出部116可以通过图像显示部122将模拟数据或者制造条件数据作为图像数据输出。另外，该输出部116也可以将模拟数据或者制造条件数据通过网络120向图像显示部130、打印机132、服务器134等中输出。

图4是用于说明本实施方式的装置的模拟部、制造条件数据设定部以及物性参数设定部的详细的构成的功能方块图。如该图所示，在上述模拟部112中设置存储传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208等的计算引擎存储部210。而且，在该模拟部112中也设置将这些传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208从计算引擎存储部210中读入、并进行应力分析以及热流体分析等数值分析的分析部202。

在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，在上述物性参数设定部106中设置设定匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数的改善物性参数设定部402。在匹配度判定部114中计算模拟数据以及测定数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，匹配度判定部114将物性参数的变更命令传递到物性参数设定部106。而且，接收该变更命令的物性参数设定部106的改善物性参数设定部402，例如，变更关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)。这样变更后的改善物性参数被传递到模拟部112。接收该改善物性参数的模拟部112使用改善物性参数再次进行模拟模拟，将结果传递到匹配度判定部114。反复进行该一系列的工作直到上述匹配度达到规定的水平以上。

在上述制造条件数据设定部140中设置设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的制造条件的改善制造条件设定部302。在该改善制造条件设定部302中设置电弧放电条件设定部302、转速设定部304、减压条件设定部306。在匹配度判定部114中计算设计数据以及模拟数据的匹配度，该匹配度低于规定的水平的情况下，匹配度判定部114将制造条件数据的变更命令传递到制造条件数据设定部140。而且，接收该变更命令的制造条件数据设定部140的改善制造条件设定部302，在电弧放电条件设定部302、转速设定部304、减压条件设定部306使制造条件数据(例如，电弧电力、减压条件、模具转速等的时间表)发生变更。这样变更后的改善制造条件数据被传递到模拟部112。接收该改善制造条件数据的模拟部112使用改善制造条件数据再次进行模拟，将模拟结果传递到匹配度判定部114。反复进行该一系列的工作直到上述匹配度达到规定的水平以上。

图5是用于对本实施方式的装置中使用的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的数据构成进行说明的数据表。如该图所示，测定数据取得部102可以由后述的测定装置128通过网络118直接地取得具有如该图所示的数据结构的测定数据。该测定数据中，对于各个位置A、位置B、位置C、位置D、位置E，分别以表格形式记录内侧XYZ坐标、外侧XYZ坐标、气泡含有率、FT-IR光谱、拉曼光谱、表面粗糙度等的数据。

图6是用于说明本实施方式的装置的工作的流程图。最初，该制造条件设定支援装置1000的电力变成on，开始一系列的工作。这样，首先，设计数据取得部104通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据(S102)。接着，制造条件数据设定部140通过网络118取得在外部的服务器126中存储的过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的制造条件数据(S104)。

接着，物性参数设定部106通过网络118取得在外部的服务器126中存储的物性参数等(S106)。而且，模拟部112使用应力分析以及热流体分析等数值分析方法得到通过上述制造条件得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据(S108)。

另一方面，使用上述制造条件数据，通过具备电源、碳电极、碳模具、减压机构等的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，将在模具上层叠的氧化硅粉末熔融，制造实际上的氧化硅玻璃坩埚(S110)。而且，测定数据取得部102取得基于上述制造条件实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据(S112)。

之后，匹配度判定部114将上述模拟数据以及上述测定数据进行比较对照，判定两者的三维形状的匹配度(S114)。具体而言，在匹配度判定部114中计算模拟数据以及测定数据的匹配度，判定该匹配度是否低于规定的水平(S116)。如果在模拟数据以及测定数据的匹配度低于规定的水平的情况下，则改善物性参数设定部402设定匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数(S118)。此时，模拟部112使用改善物性参数重新进行模拟。另一方面，模拟数据以及测定数据的匹配度为规定的水平以上的情况下，直接使用该物性参数。

接着，匹配度判定部114将上述设计数据以及上述模拟数据进行比较对照，判定两者的三维形状的匹配度(S120)。具体而言，在匹配度判定部114中计算设计数据以及模拟数据的匹配度，判定该匹配度是否低于规定的水平(S122)。如果在设计数据以及模拟数据的匹配度低于规定的水平的情况下，则改善制造条件设定部302设定匹配度达到规定的水平以上的改善制造条件数据(S124)。此时，模拟部112使用改善制造条件数据重新进行模拟。另一方面，设计数据以及模拟数据的匹配度为规定的水平以上的情况下，直接使用该制造条件数据。而且，输出部116通过网络120将模拟数据或者制造条件数据向图像显示部130、打印机132、服务器134等中输出(S126)。至此，结束一系列的工作。

<氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定装置>

以下，使用图7~图10，说明用于取得上述实施方式中使用的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定方法。

<氧化硅玻璃坩埚>

图7表示使用机械手臂以及测距部测定通过本实施方式装置获得的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的方法进行说明的测定工序图。作为测定对象的氧化硅玻璃坩埚11在内表面侧具有透明层13、在外表面侧具有含气泡层15，以开口部朝下的方式载置于能够旋转的旋转台9上。氧化硅玻璃坩埚11具有：曲率比较大的弯曲部11b、具有上面开口的边缘部的圆筒状的侧壁部11a、和由直线或曲率比较小的曲线构成的研钵状的底部11c。本实施方式中，弯曲部是连接侧壁部11a与底部11c的部分，是指从弯曲部的曲线的切线与氧化硅玻璃坩埚的侧壁部11a重合的点到与底部11c具有共同切线为止的点的部分。换言之，氧化硅玻璃坩埚11的侧壁部11a开始弯曲的点为侧壁部11a与弯曲部11b的边界。另外，坩埚的底的曲率一定的部分为底部11c，距坩埚的底的中心的距离增加时，曲率开始变化的点为底部11c与弯曲部11b的边界。

<内部机械手臂、内部测距部>

在坩埚11上覆盖的位置上设置的基台1上，设置内部机械手臂5。内部机械手臂5具备：多个手臂5a、能够旋转地支撑这些手臂5a的多个接头5b、和主体部5c。在主体部5c上设置未图示的外部端子，能够进行与外部的数据交换。在内部机械手臂5的顶端设置进行坩埚11的内表面形状的测定的内部测距部17。内部测距部17通过对坩埚11的内表面照射激光，检测出来自内表面的反射光，测定从内部测距部17到坩埚11的内表面的距离。在主体部5c内设置进行接头5b以及内部测距部17的控制的控制部。控制部通过在主体部5c上设置的程序或者基于外部输入信号使接头5b旋转而使手臂5进行动作，从而使内部测距部17移动至任意的三维位置。具体而言，使内部测距部17沿坩埚内表面以非接触的方式移动。因此，对控制部提供坩埚内表面的大致的形状数据，根据该数据，使内部测距部17的位置移动。更具体而言，例如，从接近图7(a)所示的坩埚11的开口部附近的位置开始测定，如图7(b)所示，使内部测距部17朝向坩埚11的底部11c移动，在移动路径上的多个测定点处进行测定。测定间隔例如为1~5mm，例如2mm。测定预先在内部测距部17内存储的时刻进行，或者通过外部触发进行。测定结果在内部测距部17内的存储部中存储，在测定结束后集中向主体部5c传送，或者每次测定逐次向主体部5c传送。内部测距部17能够以通过与主体部5c分别设置的控制部进行控制的方式来构成。

从坩埚的开口部到底部11c的测定结束时，使旋转台9略微旋转，进行同样的测定。该测定可以从底部11c朝向开口部进行。旋转台9的旋转角考虑精度和测定时间来确定，例如为2~10度。旋转角过大时，测定精度不充分，过小时，测定时间过长。旋转台9的旋转基于内置程序或者外部输入信号进行控制。旋转台9的旋转角可以通过旋转编码器等检测。旋转台9的旋转优选与内部测距部17以及后述的外部测距部19的移动连动，由此，容易计算内部测距部17以及外部测距部19的三维坐标。

如后文所叙述，内部测距部17可以测定内部测距部17到内表面的距离(内表面距离)、以及内部测距部17到透明层13与含气泡层15的界面的距离(界面距离)二者。由于接头5b的角度通过在接头5b上设置的旋转编码器等已知，在各测定点中的内部测距部17的位置的三维坐标以及方向已知，因此，如果求出内表面距离以及界面距离，则已知内表面上的三维坐标、以及界面上的三维坐标。而且，坩埚11的开口部到底部11c的测定在坩埚11的整个周围进行，因此，已知坩埚11的内表面的三维形状、以及界面的三维形状。另外，已知内表面与界面之间的距离，因此，透明层13的厚度也已知，求出透明层的厚度的三维分布。

<外部机械手臂、外部测距部>

在坩埚11的外部设置的基台3上，设置外部机械手臂7。外部机械手臂7具备：多个手臂7a、能够旋转地支撑这些手臂的多个接头7b、和主体部7c。在主体部7c中设置未图示的外部端子，能够进行与外部的数据交换。在外部机械手臂7的顶端设置进行坩埚11的外表面形状的测定的外部测距部19。外部测距部19通过对坩埚11的外表面照射激光，检测出来自外表面的反射光，测定从外部测距部19到坩埚11的外表面的距离。在主体部7c内设置进行接头7b以及外部测距部19的控制的控制部。控制部通过在主体部7c上设置的程序或者基于外部输入信号使接头7b旋转而使手臂7进行动作，从而使外部测距部19移动至任意的三维位置。具体而言，使外部测距部19沿坩埚外表面以非接触的方式移动。因此，对控制部提供坩埚外表面的大致的形状数据，根据该数据，使外部测距部19的位置移动。更具体而言，例如，从与图7(a)所示的坩埚11的开口部附接近近的位置开始测定，如图7(b)所示，使外部测距部19朝向坩埚11的底部11c移动，在移动路径上的多个测定点处进行测定。测定间隔例如为1~5mm，例如2mm。测定预先在外部测距部19内存储的时刻进行，或者通过外部触发进行。测定结果在外部测距部19内的存储部中存储，在测定结束后集中向主体部7c传送，或者每次测定逐次向主体部7c传送。外部测距部19能够以通过与主体部7c分别设置的控制部进行控制的方式来构成。

内部测距部17和外部测距部19可以同时移动，但内表面形状的测定与外表面形状的测定独立地进行，因此，不一定同时进行。

外部测距部19可以测定外部测距部19到外表面的距离(外表面距离)。由于接头7b的角度通过在接头7b上设置的旋转编码器等已知，外部测距部19的位置的三维坐标以及方向已知，因此，如果求出外表面距离，则已知外表面上的三维坐标。而且，坩埚11的开口部到底部11c的测定在坩埚11的整个周围进行，因此，已知坩埚11的外表面的三维形状。由上，坩埚的内表面以及外表面的三维形状已知，因此，求出坩埚的壁厚的三维分布。

<距离测定的细节>

接着，结合图8说明通过内部测距部17以及外部测距部19的距离测定的细节。

如图8所示，内部测距部17在坩埚11的内表面侧(透明层13侧)配置，外部测距部19在坩埚11的外表面侧(含气泡层15侧)配置。内部测距部17具备：射出部17a以及检测部17b。外部测距部19具备：射出部19a以及检测部19b。另外，内部测距部17以及外部测距部19具备：未图示的控制部以及外部端子。射出部17a以及19a是射出激光的部位，具备例如半导体激光。射出的激光的波长没有特别限定，例如为波长600~700nm的红色激光。检测部17b以及19b例如由CCD构成，根据光照射的位置基于三角测量法的原理确定直到目标对象为止的距离。

由内部测距部17的射出部17a射出的激光，一部分由内表面(透明层13的表面)反射，一部分由透明层13于含气泡层15的界面反射，这些反射光(内表面反射光、界面反射光)照在检测部17b而被检测到。由图8可知，内表面反射光和界面反射光照在检测部17b的不同的位置，根据该位置的不同，分别确定内部测距部17到内表面的距离(内表面距离)以及到界面的距离(界面距离)。优选的入射角θ可以根据内表面的状态、透明层13的厚度、含气泡层15的状态等发生变化，例如为30~60度。

图9表示使用市售的激光位移计测定的实时的测定结果。如图9所示，观察到二个峰，较近一侧（Near一侧）的峰与由内表面反射光产生的峰对应，较远一侧（Far一侧）的峰与由界面反射光产生的峰对应。这样，也清晰地检测由来自透明层13与含气泡层15的界面的反射光产生的峰。以往，未利用这种方法特定其界面，该结果非常新颖。

从内部测距部17到内表面的距离过远的情况下，或者，内表面或界面局部倾斜的情况下，有时没有观察到二个峰。该情况下，优选使内部测距部17接近内表面，或将内部测距部17倾斜使激光的射出方向发生变化，搜索观察到二个峰的位置以及角度。另外，即使没有同时观测到二个峰，也可以在某一位置以及角度上观测到由内表面反射光产生的峰，在其他的位置以及角度上观测到由界面反射光产生的峰。另外，为了避免内部测距部17与内表面接触，优选设定最大接近位置，没有观察到峰的情况下也不会比该位置更接近内表面。

另外，在透明层13中存在独立的气泡的情况下，有时内部测距部17检测来自该气泡的反射光，不能适当地检测透明层13与含气泡层15的界面。因此，在某一测定点A测定的界面的位置从在前后的测定点测定的界面的位置发生大幅(超过规定的基准值)偏差的情况下，可以将测定点A处的数据除外。另外，该情况下，可以在从测定点A略微发生偏差的位置上再次进行测定，采用所得到的数据。

另外，由外部测距部19的射出部19a射出的激光在外表面(含气泡层15)的表面上发生反射，该反射光(外表面反射光)照在检测部19b进行检测，基于在检测部19b上的检测位置，确定外部测距部19与外表面之间的距离。图10表示使用市售的激光位移计测定的实时的测定结果。如图4所示，仅观测到一个峰。在没有观察到峰的情况下，优选使外部测距部19接近内表面，或者将外部测距部19倾斜使激光的射出方向发生变化，搜索观测到峰的位置以及角度。

本发明人认为，为了提高坩埚性能或为了品质管理变容易，必须取得坩埚的内表面的三维形状和透明层的厚度的三维分布的数据，但由于坩埚为透明体，因此，光学上难以测定三维形状。也尝试进行对坩埚内表面照射光、取得图像、并分析该图像的方法，但在该方法中，对于图像的分析需要非常长的时间，因此，无法在坩埚的内表面整体的三维形状的测定中使用。

在这样的状况下，本发明人发现，从倾斜方向对坩埚的内表面照射激光，结果，除了来自坩埚内表面的反射光(内表面反射光)之外，还能够检测来自透明层与含气泡层的界面的反射光(界面反射光)。透明层与含气泡层的界面为气泡含有率急剧发生变化的面，但不是像空气与玻璃的界面这样的明确的界面，因此，能够检测来自透明层与含气泡层的界面的反射光是令人惊奇的发现。而且，上述实施方式的支援氧化硅玻璃坩埚的制造条件的设定的装置，首次能够开发这样的氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定装置。

<与氧化硅玻璃坩埚的三维形状相关的特性值>

上述设计数据、上述模拟数据、上述测定数据均可以包括与上述氧化硅玻璃坩埚的三维形状相关的特性值的数据。作为该特性值，例如，可以优选使用选自气泡含有率、表面粗糙度、红外吸收光谱以及拉曼光谱的一种以上的特性值。

该情况下，匹配度判定部114以也判定在上述设计数据、上述模拟数据、上述测定数据中的二个数据中包括的特性值的匹配度的方式构成。而且，在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状或者特性值的匹配度中的任意一种低于规定的水平的情况下，改善物性参数设定部402以设定三维形状以及特性值的匹配度均达到规定的水平以上的改善物性参数的方式构成。另外，改善制造条件数据设定部308以设定得到与设计数据的三维形状以及特性值的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的制造条件的方式构成。

这样，除了三维形状之外，关于气泡含有率、表面粗糙度、红外吸收光谱以及拉曼光谱等特性值也考虑进去，由此，能够进一步提高模拟的精度。其结果，可以通过旋转模具法制造相对于设计数据的三维形状的匹配度更高的氧化硅玻璃坩埚。

<坩埚的气泡分布的三维分布的确定方法>

在求出坩埚的内表面的三维形状后，在该三维形状上的多个测定点处，测定与各测定点对应的位置的坩埚的壁上的气泡分布，由此，确定气泡分布的三维分布。各测定点处的坩埚的壁上的气泡分布的测定方法只要为非接触式，则没有特别限定，如果使用可以选择性地取得来自焦点对准的面的信息的共焦显微镜，则能够取得明确分出气泡的位置的清晰的图像，因此，实现高精度的测定。另外，在错开焦点位置的同时在各焦点位置的面上取得图像并进行合成，由此，可知气泡的三维配置，可知各气泡的尺寸，因此，能够求出气泡分布。作为使焦点位置移动的方法，有：(1)使坩埚移动、或(2)使探针移动、或(3)使探针的物镜移动的方法。

测定点的配置没有特别限定，例如，在从坩埚的开口部朝向底部的方向上以5~20mm间隔配置，在圆周方向上例如为10~60度间隔。具体的测定例如为：将共焦显微镜用探针在内部机械手臂5的顶端安装，通过与内部测距部17同样的方法，以非接触的方式沿内表面移动。使内部测距部17移动时，仅仅通过已知内表面的大致的三维形状，无法获知内表面的正确的三维形状，因此，基于该大致的三维形状移动内部测距部17，但在测定气泡分布时，可知内表面的正确的三维形状，因此，移动共焦显微镜用探针时，能够高精度地控制内表面与探针的距离。

使共焦显微镜用探针从坩埚的开口部移动到底部，在该移动路径上的多个点测定气泡分布后，使旋转台9旋转，进行坩埚11的其他部位的气泡分布的测定。通过这样的方法可以对坩埚的内表面整体测定气泡分布，通过该测定结果，可以确定坩埚的气泡分布的三维分布。

<坩埚内表面的表面粗糙度的三维分布的确定方法>

求出坩埚内表面的三维形状后，在该三维形状上的多个测定点处测定内表面的表面粗糙度，由此，确定该三维分布。在各测定点处的表面粗糙度的测定方法只要为非接触式，则没有特别限定，如果使用可以选择性地取得来自焦点对准的面的信息的共焦显微镜，则能够实现高精度的测定。另外，如果使用共焦显微镜，则可以取得表面的细节的三维结构的信息，因此，能够使用该信息求出表面粗糙度。表面粗糙度具有中心线平均粗糙度Ra、最大高度Rmax、十点平均高度Rz，可以采用这些中的任意一种，也可以采用反映表面的粗糙度的其他参数。需要说明的是，测定点的配置以及具体的测定方法与上述坩埚的气泡分布的三维分布的确定方法的情况同样。

<坩埚的内表面的红外吸收光谱的三维分布的确定方法>

求出坩埚的内表面的三维形状后，该三维形状上的多个测定点处测定内表面的红外吸收光谱，由此，确定该三维分布。在各测定点处的红外吸收光谱的测定方法只要为非接触式，则没有特别限定，可以通过朝向内表面照射红外线，检测该反射光，求出照射光的光谱与反射光的光谱的差来测定。需要说明的是，测定点的配置以及具体的测定方法与上述坩埚的气泡分布的三维分布的确定方法的情况同样。需要说明的是，测定点的配置以及具体的测定方法与上述坩埚的气泡分布的三维分布的确定方法的情况同样。

<坩埚的内表面的拉曼光谱的三维分布的确定方法>

求出坩埚的内表面的三维形状后，在该三维形状上的多个测定点处测定内表面的拉曼光谱，由此，确定该三维分布。各测定点处的拉曼光谱的测定方法只要为非接触式，则没有特别限定，可以通过朝向内表面照射激光检测该拉曼散射光来测定。需要说明的是，测定点的配置以及具体的测定方法与上述坩埚的气泡分布的三维分布的确定方法的情况同样。

<实施方式2：支援用于制造氧化硅玻璃坩埚的模具的设计数据的设定的装置>

图11是用于说明本实施方式的装置的工作原理的概念图。使用本实施方式的装置设定用于制造氧化硅玻璃坩埚的模具的设计数据时，首先准备通过三维CAD等设计氧化硅玻璃坩埚的设计数据。该三维CAD的设计数据可以是将二维CAD的设计数据转换成三维CAD的设计数据的设计数据。

接着，基于该氧化硅玻璃坩埚的设计数据设定用于制造模具的模具设计数据(例如，模具三维形状、模具温度梯度、模具减压配管等)。此时，作为最初的模具设计数据，例如，可以设定熟练的操作员或者工程师基于过去的知识以及经验、判断为适当的模具设计数据。或者，作为最初的模具设计数据，可以直接使用过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的模具设计数据。

而且，使用该最初设定的模具设计数据(三维CAD数据)，使用能够进行切削或研削加工的NC机床等，削出与模具设计数据大致一致的三维形状的碳模具。需要说明的是，目前的NC机床的加工精度非常高，因此，被削出的碳模具的三维形状与模具设计数据大致一致。

接着，将该模具上层叠的氧化硅粉末(也称为石英粉)熔融，制造氧化硅玻璃坩埚。具体而言，通过在旋转模具的内表面上堆积平均粒径约300μm的氧化硅粉末而形成氧化硅粉末层的氧化硅粉末层形成工序、和从模具侧开始对氧化硅粉末层进行减压的同时、通过使氧化硅粉末层进行电弧熔融而形成氧化硅玻璃层的电弧熔融工序，制造氧化硅玻璃坩埚。此时，在电弧熔融工序的初期通过对氧化硅粉末层大幅度减压，除去气泡，形成透明层，之后，通过使减压变弱形成残留有气泡的含气泡层，由此，可以形成在内表面侧具有透明层、在外表面侧具有含气泡层的二层结构的氧化硅玻璃坩埚。

而且，使用后述的机械手臂测定该氧化硅玻璃坩埚的三维形状，得到氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

另外，使用例如应力分析以及热流体分析等数值分析方法生成假定在使用上述最初设定的模具设计数据制造氧化硅玻璃坩埚的情况下得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据。此时，设定关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)。作为这些物性参数，可以使用附属于市售的模拟软件的默认的物性参数作为最初的物性参数。或者，可以设定熟练的操作员或者工程师基于过去的知识以及经验、判断为适当的物性参数。

之后，计算如上所述得到的模拟数据以及测定数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，变更关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数，反复进行模拟直到上述匹配度达到规定的水平以上。其结果，采用上述匹配度达到规定的水平以上的物性参数作为改善物性参数。作为表示这样的匹配度的指标，可以使用已知的各种模式匹配法。

接着，计算使用该改善物性参数时的设计数据以及模拟数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，变更用于制造氧化硅玻璃坩埚的模具设计数据(例如，模具三维形状、模具温度梯度、模具减压配管等)，反复进行模拟直到上述匹配度达到规定的水平以上。其结果，采用上述匹配度达到规定的水平以上的模具设计数据作为改善模具设计数据。作为表示这样的匹配度的指标，可以同样地使用已知的各种模式匹配法。

这样，在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，为了设定该匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数，可以将模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。另外，这样，为了设定得到与设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的模具设计数据，可以将设计数据以及模拟数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。其结果，这样，可以将氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及测定数据的三维形状的匹配度提高至规定的水平以上。即，这样，得到能够制造相对于氧化硅玻璃坩埚的设计数据的三维形状的匹配度高的氧化硅玻璃坩埚的模具。

图2表示利用基于使用本实施方式的装置得到的改善模具设计数据制造的模具来制造氧化硅玻璃坩埚进行说明的概念图。需要说明的是，该概念图的内容与实施方式1相同，因此，在此不再进行说明。

图12是用于说明本实施方式的装置的整体构成的功能方块图。在该制造条件设定支援装置1000中设置取得任意的型式、制造批或者序列号的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据的坩埚设计数据取得部104。该坩埚设计数据取得部104可以取得熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据。另外，该坩埚设计数据取得部104可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置基于氧化硅玻璃坩埚的设计数据设定模具设计数据的模具设计数据设定部140。该模具设计数据140可以设定熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的模具设计数据(例如，模具三维形状、模具温度梯度、模具减压配管等)作为最初的模具设计数据。另外，该模具设计数据设定部140可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的模具设计数据。

在该制造条件设定支援装置1000中具备模拟部112，其中，使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，使用应力分析以及热流体分析等数值分析方法得到通过上述制造条件得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据。另外，在该制造条件设定支援装置1000中设置设定上述模拟部112的计算引擎使用的物性参数的物性参数设定部106。该物性参数设定部106可以设定熟练的操作员或者工程师通过操作部124输入的关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)作为最初的物性参数。或者，该物性参数设定部106可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的物性参数等。或者，该物性参数设定部106可以使用在物性参数存储部142中存储的附属于市售的模拟软件的默认的物性参数作为最初的物性参数。

在该制造条件设定支援装置1000中设置取得基于上述制造条件实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部102。该测定数据取得部102可以由后述的测定装置128通过网络118直接地取得测定数据。或者，该测定数据取得部102可以通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置在上述设计数据、上述模拟数据、上述测定数据中将2种数据进行比较对照、判定两者的三维形状的匹配度的匹配度判定部114。该匹配度判定部114可以进行已知的各种模式匹配法。作为这样的模式匹配的方法，可以优选使用残差匹配、正规化相关法、位相限定相关、几何匹配、矢量相关、广义霍夫变换等。

在该制造条件设定支援装置1000中设置模拟数据或者模具设计数据的输出部116。该输出部116可以将模拟数据或者模具设计数据通过图像显示部122作为图像数据输出。另外，该输出部116也可以将模拟数据或者模具设计数据通过网络120向图像显示部130、打印机132、服务器134等中输出。

图13是用于说明本实施方式的装置的模拟部、制造条件数据设定部以及物性参数设定部的详细的构成的功能方块图。如该图所示，在上述模拟部112中设置存储传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208等的计算引擎存储部210。而且，在该模拟部112中也设置分析部202，其中，从计算引擎存储部210读入这些传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208，进行应力分析以及热流体分析等数值分析。

在基于最初的物性参数得到的模拟数据以及测定数据的三维形状的匹配度低于规定的水平的情况下，在上述物性参数设定部106中设置设定匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数的改善物性参数设定部402。在匹配度判定部114中计算模拟数据以及测定数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，匹配度判定部114将物性参数的变更命令传递至物性参数设定部106。而且，接收该变更命令的物性参数设定部106的改善物性参数设定部402，变更例如关于碳模具、天然石英粉、合成氧化硅粉末、透明层、含气泡层等的物性参数(例如，密度、介电常数、导磁率、磁化率、刚性模量、杨氏模量、导电率、极化率、硬度、比热、线膨胀系数、沸点、熔点、玻璃化转变温度、传热系数、泊松比等)。这样变更后的改善物性参数被传递到模拟部112。接收该改善物性参数的模拟部112使用改善物性参数再次进行模拟，将模拟结果传递至匹配度判定部114。反复进行该一系列的工作直到上述匹配度达到规定的水平以上。

在上述模具设计数据设定部140中设置设定得到与氧化硅玻璃坩埚的设计数据的匹配度达到规定的水平以上的模拟数据的模具设计数据的改善模具设计数据设定部302。在该改善模具设计数据设定部302中设置模具三维形状设定部302、模具温度梯度设定部304、模具减压配管设定部306。在匹配度判定部114中计算氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及模拟数据的匹配度，在该匹配度低于规定的水平的情况下，匹配度判定部114将制造条件数据的变更命令传递至模具设计数据设定部140。而且，接收该变更命令的模具设计数据设定部140的改善模具设计数据设定部302在模具三维形状设定部302、模具温度梯度设定部304、模具减压配管设定部306中变更模具设计数据(例如，模具三维形状、模具温度梯度、模具减压配管等)。这样变更后的改善模具设计数据被传递至模拟部112。接收该改善模具设计数据的模拟部112，使用改善模具设计数据再次进行模拟，将模拟结果传递至匹配度判定部114。反复进行该一系列的工作直到上述匹配度达到规定的水平以上。

图5是用于对本实施方式的装置中使用的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的数据构成进行说明的数据表。需要说明的是，该数据表的构成与实施方式1相同，因此，在此不再进行说明。

图14是用于说明本实施方式的装置的工作的流程图。最初，该制造条件设定支援装置1000的电力变成ON，开始一系列的工作。这样，首先，设计数据取得部104通过网络118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的设计数据(S102)。接着，坩埚设计数据设定部140通过网络118取得在外部的服务器126中存储的过去的氧化硅玻璃坩埚的制造记录中规定的型式的氧化硅玻璃坩埚的品质检査的结果为良好的坩埚设计数据(S104)。

接着，物性参数设定部106通过网络118取得在外部的服务器126中存储的物性参数等(S106)。而且，模拟部112使用应力分析以及热流体分析等数值分析方法得到通过上述坩埚设计数据得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的模拟数据(S108)。

另一方面，使用基于上述坩埚设计数据制造的碳模具，通过具备电源、碳电极、减压机构等的氧化硅玻璃坩埚的制造装置，将在模具上层叠的氧化硅粉末熔融，实际上制造氧化硅玻璃坩埚(S110)。而且，测定数据取得部102取得基于上述制造条件实际上制造的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据(S112)。

之后，匹配度判定部114将上述模拟数据以及上述测定数据进行比较对照，判定两者的三维形状的匹配度(S114)。具体而言，在匹配度判定部114中计算模拟数据以及测定数据的匹配度，判定该匹配度是否低于规定的水平(S116)。如果在模拟数据以及测定数据的匹配度低于规定的水平的情况下，则改善物性参数设定部402设定匹配度达到规定的水平以上的改善物性参数(S118)。此时，模拟部112使用改善物性参数重新进行模拟。另一方面，模拟数据以及测定数据的匹配度为规定的水平以上的情况下，直接使用该物性参数。

接着，匹配度判定部114将上述氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及上述模拟数据进行比较对照，判定两者的三维形状的匹配度(S120)。具体而言，在匹配度判定部114中计算氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及模拟数据的匹配度，判定该匹配度是否低于规定的水平(S122)。如果在氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及模拟数据的匹配度低于规定的水平的情况下，改善坩埚设计数据设定部302设定匹配度达到规定的水平以上的改善坩埚设计数据(S124)。此时，模拟部112使用改善坩埚设计数据重新进行模拟。另一方面，在氧化硅玻璃坩埚的设计数据以及模拟数据的匹配度为规定的水平以上的情况下，直接使用该坩埚设计数据。而且，输出部116将模拟数据或者模具设计数据通过网络120向图像显示部130、打印机132、服务器134等中输出(S126)。至此，结束一系列的工作。

<氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定装置>

图7~图10表示对用于取得上述实施方式中使用的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定方法进行说明的图。需要说明的是，关于该氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定方法与实施方式1相同，因此，在此不再进行说明。

<实施方式3：支援使用氧化硅玻璃坩埚的硅单晶提拉的条件设定的装置>

图15表示说明本实施方式的装置的工作原理的概念图。本实施方式中，首先，使用具备电源、碳电极、碳模具、减压机构等的氧化硅玻璃坩埚的制造装置、将模具上层叠的氧化硅粉末(也称为石英粉)熔融，制造氧化硅玻璃坩埚。具体而言，通过在旋转模具的内表面上堆积平均粒径约300μm的氧化硅粉末而形成氧化硅粉末层的氧化硅粉末层形成工序、和从模具侧开始对氧化硅粉末层进行减压的同时、通过使氧化硅粉末层进行电弧熔融而形成氧化硅玻璃层的电弧熔融工序，制造氧化硅玻璃坩埚。

此时，在电弧熔融工序的初期通过对氧化硅粉末层大幅度减压，除去气泡，形成透明层，之后，通过使减压变弱，形成残留有气泡的含气泡层，由此，可以形成在内表面侧具有透明层、在外表面侧具有含气泡层的二层结构的氧化硅玻璃坩埚。

接着，使用后述的机械手臂测定该氧化硅玻璃坩埚的三维形状，得到氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

之后，根据使用者的要求，提供该氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

而且，使用如该测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚，对于通过切克劳斯基法进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生进行模拟，设定结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的提拉条件。接着，向使用者提供该结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的提拉条件。其结果，使用者可以容易地进行适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定。

图16是用于对利用使用本实施方式的装置得到的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据、使用者适当地进行单晶硅的提拉工艺中的多晶硅原料的加料以及熔融进行说明的概念图。硅单晶的提拉时，如图16(a)所示，在坩埚11内填充多晶硅21，在该状态下通过在坩埚11的周围配置的碳加热器加热多晶硅使其熔融，如图16(b)所示，得到硅熔液23。

硅熔液23的体积根据多晶硅21的质量来确定，因此，硅熔液23的液面23a的高度位置H根据多晶硅21的质量和坩埚11的内表面的三维形状来确定。根据本实施方式，提供坩埚11的内表面的三维形状的测定数据，因此，直到坩埚11的任意的高度位置的容积被特定，因而，确定硅熔液23液面23a的高度位置H。在确定硅熔液23的初期液面的高度位置H后，使晶种的顶端下降至高度位置H，与硅熔液23接触，然后，缓慢地提拉，由此，可以制造硅单晶。

图17表示对利用使用本实施方式的装置得到的提拉条件的数据、使用者更严格地进行单晶硅的提拉工艺中的加热温度、提拉速度以及转速的反馈控制进行说明的概念图。硅单晶的提拉时，在坩埚11内填充多晶硅，在该状态下通过在坩埚1的周围配置的碳加热器加热多晶硅使其熔融，如图17(a)所示，得到硅熔液23。

硅熔液23的体积根据多晶硅21的质量来确定，因此，硅熔液23的液面23a的初期的高度位置H0根据多晶硅21的质量与坩埚11的内表面的三维形状来确定。根据本实施方式，提供坩埚11的内表面的三维形状的测定数据，因此，直到坩埚11的任意的高度位置的容积被特定，因此，确定硅熔液23液面23a的初期的高度位置H0。

在确定硅熔液23的液面23a的初期的高度位置H0后，如图17(a)所示，使晶种24的顶端下降至高度位置H0，与硅熔液23接触，然后，根据本实施方式中提供的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件，缓慢地提拉，由此，进行硅单晶25的提拉。

如图17(b)所示，在提拉硅单晶25的直筒部(直径一定的部位)时，在液面23a位于坩埚11的侧壁部11a的情况下，根据本实施方式中提供的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件，以恒定速度提拉时，液面23a的下降速度V几乎恒定，因此，容易控制提拉操作。

但是，如图17(c)所示，液面23a达到坩埚11的弯曲部11b时，随着液面23a的下降，该面积急剧缩小，因此，液面23a的下降速度V急剧增大。下降速度V依赖于弯曲部11b的内表面形状，但该内表面形状在每个坩埚中略有不同，因此，难以预先把握下降速度V变化状况，妨碍提拉的自动化。

本实施方式中，根据后述的方法，正确地测定坩埚的内表面的三维形状，因此，预先可知弯曲部11b的内表面形状(弯曲部的凹凸的数据)，因而，能够正确地预测下降速度V如何变化，因此，基于该预测，确定硅单晶25的提拉速度等提拉条件，提供给使用者，由此，在弯曲部11b中也防止位错，并且能够做到提拉的自动化。

图18是用于说明本实施方式的装置的整体构成的功能方块图。在该制造条件设定支援装置1000中设置取得由使用者输入的能够将氧化硅玻璃坩埚个别地特定的坩埚特定信息的坩埚特定信息取得部140。该坩埚特定信息取得部140可以通过互联网150以及区域内LAN118取得使用者由使用者末端152输入的氧化硅玻璃坩埚的型式、制造批、序列号等能够将氧化硅玻璃坩埚个别地特定的信息。

在该制造条件设定支援装置1000中设置取得通过上述坩埚特定信息个别地特定的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的测定数据取得部102。该测定数据取得部102可以通过区域内LAN118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置模拟部112，其中，使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，关于使用如上述测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生得到模拟数据。

在该制造条件设定支援装置1000中设置提拉条件设定部114，其中，设定上述模拟部112使用的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件，在基于最初的提拉条件得到的模拟数据的结晶缺陷的发生率超过规定的水平的情况下，设定结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件。

在该制造条件设定支援装置1000中设置输出上述提拉条件的输出部116。该输出部116可以将氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据或者硅单晶的提拉条件通过区域内LAN118以及互联网150向使用者末端152输出。

图19表示说明本实施方式的装置的模拟部、以及提拉条件设定部的详细的构成的功能方块图。如该图所示，在上述模拟部112中设置存储传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208等的计算引擎存储部210。而且，在该模拟部112中也设置分析部202，其中，从计算引擎存储部210读入这些传热计算引擎204、流体计算引擎206、结构计算引擎208，进行应力分析以及热流体分析等数值分析。

在该模拟部112中设置结晶缺陷预测部106，其中，使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，关于使用如测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生进行预测。在该结晶缺陷预测部106中设置结晶结构计算部402，其中，使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，进行使用如测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚进行硅单晶的提拉时的结晶结构的模拟。另外，在该模拟部112中设置存储不会超过结晶缺陷的发生率的规定的水平(阈值)的阈值存储部404。

另一方面，在提拉条件设定部114中设置将模拟部112使用的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件设定为默认的提拉条件的默认提拉条件设定部310。该默认提拉条件设定部310从默认存储部312中读取在该氧化硅玻璃坩埚的型式的情况下通常使用的默认提拉条件。另外，在基于最初的提拉条件得到的模拟数据的结晶缺陷的发生率超过在阈值存储部404中存储的规定的水平(阈值)的情况下，在提拉条件设定部114中设置设定结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件的改善提拉条件设定部308。在该改善提拉条件设定部308中设置分别设定模拟部112使用的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件的加热温度设定部302、提拉速度设定部304、转速设定部306。该改善提拉条件设定部308在默认提拉条件下结晶缺陷的发生率超过规定的水平的情况下，将该氧化硅玻璃坩埚的三维形状的个别的测定数据以及后述的追加信息列入考虑范围，设定结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件。

在此，返回至图18，在该制造条件设定支援装置1000中进一步设置追加信息取得部104，其中，取得由使用者输入的选自由多晶硅原料、提拉装置的直径(或者提拉装置的制造商名、系列名等)、被施加的磁场的强度(包括磁场的有无的输入)、提拉的硅单晶的尺寸、提拉的硅单晶的长度、加热方式(高频感应、碳加热器等)、气氛气体的种类(氩气、氮气、氢气等)、气氛气体的减压度、连续提拉条件、追加原料加料条件以及保存条件(天气条件、保存期间等)构成的组中的一种以上的追加信息。需要说明的是，由于对于保存中的坩埚而言湿度、温度起作用(裂纹变宽)，因此天气条件是重要的信息。该追加信息取得部104可以通过互联网150以及区域内LAN118取得使用者通过使用者末端152输入的这些追加信息。

将这些追加信息列入考虑范围，模拟部112关于进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生进行预测的情况下，模拟的精度进一步提高。因此，提拉条件设定部114可以进一步设定适当的提拉条件。其结果，使用者能够更加容易地进行适于每个氧化硅玻璃坩埚的特性的单晶硅的提拉条件的设定。

图5是用于对本实施方式的装置中使用的氧化硅玻璃坩埚的测定数据的数据构成进行说明的数据表。需要说明的是，该数据表的构成与实施方式1相同，因此，在此不再进行说明。

图20是用于说明本实施方式的装置的工作的流程图。最初，该制造条件设定支援装置1000的电力变成ON，开始一系列的工作。这样，首先，坩埚特定信息取得部104通过互联网150以及区域内LAN118取得使用者通过使用者末端152输入的氧化硅玻璃坩埚的型式、制造批、序列号等能够将氧化硅玻璃坩埚个别地特定的信息(S102)。这样，测定数据取得部102通过区域内LAN118取得在外部的服务器126中存储的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据(S104)。

另一方面，追加信息取得部104通过互联网150以及区域内LAN118取得使用者通过使用者末端152输入的结晶硅原料、提拉装置的直径、被施加的磁场的强度、提拉的硅单晶的尺寸、提拉的硅单晶的长度、加热方式、气氛气体的种类、气氛气体的减压度、连续提拉条件、追加原料加料条件以及保存条件等追加信息(S106)。

之后，模拟部112使用能够进行选自由传热计算、流体计算以及结构计算构成的组中的一种以上的计算的计算引擎，关于使用上述如测定数据所示的三维形状的氧化硅玻璃坩埚进行硅单晶的提拉时的结晶缺陷的发生得到模拟数据(S108)。

而且，提拉条件设定部114设定上述模拟部112使用的包括加热温度、提拉速度以及转速的提拉条件，判定基于最初的提拉条件得到的模拟数据的结晶缺陷的发生率是否超过规定的水平(S110)。其结果，提拉条件设定部114，在结晶缺陷的发生率超过规定的水平的情况下，设定结晶缺陷的发生率达到规定的水平以下的改善提拉条件(S112)。另一方面，提拉条件设定部114在结晶缺陷的发生率为规定的水平以下的情况下，直接使用该提拉条件。

而且，输出部116将氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据或者硅单晶的提拉条件通过区域内LAN118以及互联网150向使用者末端152输出(S114)。这样一系列的工作结束。

<氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定装置>

图7~图10是用于对用于取得上述实施方式中使用的氧化硅玻璃坩埚的三维形状的测定数据的氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定方法进行说明的图。需要说明的是，关于该氧化硅玻璃坩埚的三维形状测定方法，由于与实施方式1相同，因此，在此不再进行说明。