特許 5749152 シリカガラスルツボの表面粗さの三次元形状測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5749152

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】シリカガラスルツボの表面粗さの三次元形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 15/10 20060101AFI20150625BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20150625BHJP

   C03B 20/00 20060101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   C30B15/10

   C30B29/06 502B

   C03B20/00 H

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-282410(P2011-282410)

(22)【出願日】2011年12月22日

(65)【公開番号】特開2013-133228(P2013-133228A)

(43)【公開日】2013年7月8日

【審査請求日】2013年12月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100180976

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 一郎

(72)【発明者】

【氏名】須藤 俊明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 忠広

(72)【発明者】

【氏名】北原 賢

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 江梨子

【審査官】 若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１８５５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４８６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７８１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９６６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２７１２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１９６６４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｃ０３Ｂ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカガラスルツボの内表面に沿って非接触で内部測距部を移動させ、
移動経路上の複数の測定点において、内部測距部から前記シリカガラスルツボの内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射し、前記内表面からの内表面反射光を検出することによって、内部測距部と前記内表面の間の内表面距離を測定し、
各測定点の三次元座標と、前記内表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの内表面の三次元形状を求め、
この三次元形状上の複数の測定点において前記内表面の表面粗さを測定することによって、前記内表面の表面粗さの三次元分布を決定する工程を備えるシリカガラスルツボの表面粗さの三次元分布の決定方法。

【請求項2】

前記シリカガラスルツボの外表面に沿って外部測距部を移動させ、
移動経路上の複数の測定点において、外部測距部からシリカガラスルツボの外表面に対してレーザー光を照射し、前記外表面からの外表面反射光を検出することによって、前記外部測距部と前記外表面の間の外表面距離を測定し、
各測定点の三次元座標と、前記外表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの外表面の三次元形状を求め、
この三次元形状上の複数の測定点において前記外表面の表面粗さの三次元分布を決定する工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記表面粗さは、共焦点顕微鏡を用いて測定される、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記内部測距部からのレーザー光は、前記内表面に対して３０〜６０度の入射角で照射される、請求項１〜３の何れか１つに記載の方法。

【請求項5】

前記内部測距部は、前記内部測距部を三次元的に移動させることができるように構成された内部ロボットアームに固定され、
前記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に配置される、請求項１〜４の何れか１つに記載の方法。

【請求項6】

前記外部測距部は、前記外部測距部を三次元的に移動させることができるように構成された外部ロボットアームに固定される、請求項２記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリカガラスルツボの表面粗さの三次元形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコン単結晶の製造に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）が採用されている。具体的には、シリカガラスルツボの内部にシリコン多結晶原料を熔融したシリコン融液を貯留し、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、シリコン単結晶の種結晶を核として成長させてシリコン単結晶を製造する。

【0003】

シリコン単結晶引き上げに用いるルツボは、一般に、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程を備える（この方法を「回転モールド法」と称する）。

【0004】

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

【0005】

ルツボの製造に使用されるシリカ粉には、天然石英を粉砕して製造される天然シリカ粉や化学合成によって製造される合成シリカ粉があるが、特に天然シリカ粉は、天然物を原料としているので、物性・形状・サイズがばらつきやすい。物性・形状・サイズが変化すると、シリカ粉の溶融状態が変化するので、同じ条件でアーク熔融を行っても、製造されるルツボの内表面の表面粗さは、ルツボ毎に異なり、又は各ルツボにおいても部位毎に表面粗さが異なる場合がある。

【0006】

ルツボ内表面は、シリコン融液と接触する部分であり、シリコン融液は、引き上げ中にルツボ内でゆっくりと回転しているので、ルツボ内表面の表面粗さは、シリコン融液とルツボ内表面の間の摩擦力の大きさ、シリコン融液の湯面振動の程度、ルツボ内表面の溶損の程度等に影響を与え、そのため、製造されるシリコン単結晶の収率や特性にも影響を与える。

【0007】

特許文献１では、ルツボ内表面の表面粗さを特定の範囲内にすることによって、シリコン単結晶の引き上げ中に内表面に表面荒れが生じることを防ぐ技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平１１―２９２６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、上記の通り、表面粗さは部位毎に差異があるが、特許文献１の方法では、そのような差異は全く考慮されていないので、表面粗さのバラツキの程度や引き上げ条件によっては、シリコン単結晶の引き上げにおいて問題が生じる場合がある。

【0010】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、シリカガラスルツボの表面粗さの三次元分布を高精度に決定する方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明によれば、シリカガラスルツボの内表面に沿って非接触で内部測距部を移動させ、移動経路上の複数の測定点において、内部測距部から前記シリカガラスルツボの内表面に対して斜め方向にレーザー光を照射し、前記内表面からの内表面反射光を検出することによって、内部測距部と前記内表面の間の内表面距離を測定し、各測定点の三次元座標と、前記内表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの内表面の三次元形状を求め、この三次元形状上の複数の測定点において前記内表面の表面粗さを測定することによって、前記内表面の表面粗さの三次元分布を決定する工程を備えるシリカガラスルツボの表面粗さの三次元分布の決定方法が提供される。

【0012】

上記の通り、ルツボ内表面の表面粗さは、シリコン単結晶引き上げ工程におけるパラメーターであるが、従来技術では表面粗さに特定の範囲内にすることが好ましい点が述べられていても、表面粗さの三次元分布について検討されたことはなかった。

【0013】

上記の通り、ルツボ内表面の表面粗さは、シリコン融液とルツボ内表面の間の摩擦力の大きさ、シリコン融液の湯面振動の程度、ルツボ内表面の溶損の程度に影響を与えるものである。本発明では、以下の方法によって、この表面粗さの三次元分布を高精度に決定することを可能にしている。

【0014】

本発明者らは、内表面の三次元形状を最初に特定して、その三次元形状上に複数の測定点において表面粗さを測定することによって表面粗さの三次元分布を決定しようとしたが、通常の三次元レーザースキャナを用いて、内表面の三次元形状を特定しようとしたところ、ルツボが透明体であるので、測定はうまくいかなかった。ルツボ内表面に光を照射して画像を取得し、その画像を解析する方法も試してみたが、この方法では、画像の解析に非常に長い時間がかかるため、ルツボの内表面全体の三次元形状の測定には到底使えるものではなかった。

【0015】

このような状況において、本発明者らは、ルツボの内表面に対して斜め方向からレーザー光を照射したところ、ルツボ内表面からの反射光（内表面反射光）の検出が可能であり、この反射光に基づいて内部測距部と内表面の間の内表面距離が測定可能であることを見出した。

【0016】

また、ルツボの内表面に沿った複数の測定点において測定が行われるが、各測定点での内部測距部の座標と内表面距離を関連付けることによって、各測定点に対応するルツボ内表面座標が得られる。

【0017】

そして、ルツボの内表面に沿って、メッシュ状に多数の測定点を配置して測定を行うことによって、メッシュ状の内表面座標が得られ、これによって、ルツボの内表面の三次元形状を求めることができる。
この方法が優れているのは、画像解析による方法に比べて、データのサンプリングレートが格段に大きいことであり、予備実験によると、直径１ｍのルツボで１０万点の測定をする場合であっても、１０分程度で内表面全体の三次元形状の測定を終えることができた。

【0018】

ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点で内表面の表面粗さを測定することによって、内表面の表面粗さの三次元分布を決定する。このような方法で表面粗さの三次元分布を決定した場合、内表面の三次元形状が高精度に求まっているので、内表面の表面粗さの三次元分布も高精度に決定することができる。
本発明の方法が優れている点は、表面粗さの三次元分布が非破壊で決定できるため、実際の製品の表面粗さの三次元分布が分かることである。従来は、ルツボを切断してサンプルを作成し、このサンプルの表面粗さを測定していたが、この方法では、実際の製品のデータが取得できないこと、サンプル作成に時間とコストがかかるという問題があるので、本発明は、実際の製品の表面粗さを低コストで測定できる点で利点が大きい。また、本発明は、外径２８インチ以上の大型ルツボや、４０インチ以上の超大型ルツボにおいて特に利点がある。なぜなら、このようなルツボにおいては、サンプル作成にかかる時間とコストが小型ルツボに比べて非常に大きいからである。

【0019】

内表面の表面粗さの三次元分布が決定されれば、この分布に基づいてルツボの品質検査を行うことができる。例えば、各部位の表面粗さが規定の範囲内に入っているかどうかだけではなく、そのバラツキが規定の範囲内に入っているかどうかに従って品質検査を行うことができ、規定の範囲外である場合には内表面をファイアーポリッシュする等によって表面粗さを調節して規定範囲内に入るようにすることができる。

【0020】

また、シリコン単結晶の引き上げ条件を設定する際に、内表面の表面粗さの三次元分布を考慮して条件設定を行うことができ、シリコン単結晶の引き上げを高精度に行うことができる。

【0021】

さらに、ルツボの使用前に内表面の表面粗さの三次元分布を決定しておくことによって、万が一、シリコン単結晶の引き上げがうまく行かなかった場合、その原因追求を行うことが容易になる。

【0022】

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下の実施形態は、互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記シリカガラスルツボの外表面に沿って外部測距部を移動させ、移動経路上の複数の測定点において、外部測距部からシリカガラスルツボの外表面に対してレーザー光を照射し、前記外表面からの外表面反射光を検出することによって、前記外部測距部と前記外表面の間の外表面距離を測定し、各測定点の三次元座標と、前記外表面距離を関連付けることによって、前記シリカガラスルツボの外表面の三次元形状を求め、この三次元形状上の複数の測定点において前記外表面の表面粗さの三次元分布を決定する工程をさらに備える。

【0023】

好ましくは、前記表面粗さは、共焦点顕微鏡を用いて測定される

【0024】

好ましくは、内部測距部からのレーザー光は、前記内表面に対して３０〜６０度の入射角で照射される。

【0025】

好ましくは、内部測距部は、内部測距部を三次元的に移動させることができるように構成された内部ロボットアームに固定され、前記シリカガラスルツボは、内部ロボットアームを覆うように配置される。

【0026】

好ましくは、前記外部測距部は、前記外部測距部を三次元的に移動させることができるように構成された外部ロボットアームに固定される。

【0027】

好ましくは、前記シリカガラスルツボ内に保持されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる工程を備え、前記シリコン単結晶の引き上げ条件が、前記シリカガラスルツボの内表面の表面粗さの三次元分布に基づいて決定され、前記内表面の表面粗さの三次元分布は、上記方法によって決定される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、シリカガラスルツボの三次元形状測定方法の説明図である。

【図2】図２は、図１の内部測距部及びその近傍のシリカガラスルツボの拡大図である。

【図3】図３は、図１の内部測距部の測定結果を示す。

【図4】図４は、図１の外部測距部の測定結果を示す。

【図5】図５は、共焦点顕微鏡を用いて取得した内表面の三次元画像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態のシリカガラスルツボの表面粗さの三次元分布の決定方法を説明する。

【0030】

＜１．シリカガラスルツボ＞
本実施形態で使用されるシリカガラスルツボ１１は、一例では、回転モールドの内表面に平均粒径３００μｍ程度のシリカ粉を堆積させてシリカ粉層を形成するシリカ粉層形成工程と、モールド側からシリカ粉層を減圧しながら、シリカ粉層をアーク熔融させることによってシリカガラス層を形成するアーク熔融工程を備える（この方法を「回転モールド法」と称する）方法によって製造される。

【0031】

アーク熔融工程の初期にはシリカ粉層を強く減圧することによって気泡を除去して透明シリカガラス層（以下、「透明層」と称する。）１３を形成し、その後、減圧を弱くすることによって気泡が残留した気泡含有シリカガラス層（以下、「気泡含有層」と称する。）１５を形成することによって、内表面側に透明層１３を有し、外表面側に気泡含有層１５を有する二層構造のシリカガラスルツボを形成することができる。

【0032】

ルツボの製造に使用されるシリカ粉には、天然石英を粉砕して製造される天然シリカ粉や化学合成によって製造される合成シリカ粉があるが、特に天然シリカ粉は、天然物を原料としているので、物性・形状・サイズがばらつきやすい。物性・形状・サイズが変化すると、シリカ粉の溶融状態が変化するので、同じ条件でアーク熔融を行っても、製造されるルツボの内表面の表面粗さは、ルツボ毎にばらついてしまい、また同じルツボ内においても部位毎にばらついてしまう。従って、製造したルツボの一つ一つについて、内表面の表面粗さの三次元分布を決定する必要がある。

【0033】

シリカガラスルツボ１１は、円筒状の側壁部１１ａと、湾曲した底部１１ｃと、側壁部１１ａと底部１１ｃを連結し且つ底部１１ｃよりも曲率が大きいコーナー部１１ｂを備える。本発明において、コーナー部１１ｂとは、側壁部１１ａと底部１１ｃを連接する部分で、コーナー部の曲線の接線がシリカガラスルツボの側壁部１１ａと重なる点から、底部１１ｃと共通接線を有する点までの部分のことを意味する。言い換えると、シリカガラスルツボ１１の側壁部１１ａが曲がり始める点が側壁部１１ａとコーナー部１１ｂの境界である。さらに、ルツボの底の曲率が一定の部分が底部１１ｃであり、ルツボの底の中心からの距離が増したときに曲率が変化し始める点が底部１１ｃとコーナー部１１ｂとの境界である。

【0034】

＜２．ルツボの内表面の三次元形状の測定方法＞
以下、図１〜図４を用いて、ルツボの内表面の三次元形状の測定方法について説明する。本実施形態では、レーザー変位計などからなる内部測距部１７をルツボ内表面に沿って非接触で移動させ、移動経路上の複数の測定点において、ルツボ内表面に対してレーザー光を斜め方向に照射し、その反射光を検出することによって、ルツボの内表面の三次元形状を測定する。以下、詳細に説明する。また、内表面形状を測定する際に、透明層１３と気泡含有層１５の界面の三次元形状も同時に測定することができ、また、内部測距部１９を用いることによってルツボの外表面の三次元形状も測定することができるので、これらの点についても合わせて説明する。

【0035】

＜２−１．シリカガラスルツボの設置、内部ロボットアーム、内部測距部＞
測定対象であるシリカガラスルツボ１１は、開口部が下向きになるように回転可能な回転台９上に載置されている。ルツボ１１に覆われる位置に設けられた基台１上には、内部ロボットアーム５が設置されている。内部ロボットアーム５は、複数のアーム５ａと、これらのアーム５ａを回転可能に支持する複数のジョイント５ｂと、本体部５ｃを備える。本体部５ｃには図示しない外部端子が設けられており、外部とのデータ交換が可能になっている。内部ロボットアーム５の先端にはルツボ１１の内表面形状の測定を行う内部測距部１７が設けられている。内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面に対してレーザー光を照射し、内表面からの反射光を検出することによって内部測距部１７からルツボ１１の内表面までの距離を測定する。本体部５ｃ内には、ジョイント５ｂ及び内部測距部１７の制御を行う制御部が設けられている。制御部は、本体部５ｃ設けられたプログラム又は外部入力信号に基づいてジョイント５ｂを回転させてアーム５を動かすことによって、内部測距部１７を任意の三次元位置に移動させる。具体的には、内部測距部１７をルツボ内表面に沿って非接触で移動させる。従って、制御部には、ルツボ内表面の大まかな形状データを与え、そのデータに従って、内部測距部１７の位置を移動させる。より具体的には、例えば、図１（ａ）に示すようなルツボ１１の開口部近傍に近い位置から測定を開始し、図１（ｂ）に示すように、ルツボ１１の底部１１ｃに向かって内部測距部１７を移動させ、移動経路上の複数の測定点において測定を行う。測定間隔は、例えば、１〜５ｍｍであり、例えば２ｍｍである。測定は、予め内部測距部１７内に記憶されたタイミングで行うか、又は外部トリガに従って行う。測定結果は、内部測距部１７内の記憶部に格納されて、測定終了後にまとめて本体部５ｃに送られるか、又は測定の度に、逐次本体部５ｃに送られるようにする。内部測距部１７は、本体部５ｃとは別に設けられた制御部によって制御するように構成してもよい。

【0036】

ルツボの開口部から底部１１ｃまでの測定が終わると、回転台９を少し回転させ、同様の測定行う。この測定は、底部１１ｃから開口部に向かって行ってもよい。回転台９の回転角は、精度と測定時間との考慮して決定されるが、例えば、２〜１０度である。回転角が大きすぎると測定精度が十分でなく、小さすぎると測定時間が掛かりすぎる。回転台９の回転は、内蔵プログラム又は外部入力信号に基づいて制御される。回転台９の回転角は、ロータリーエンコーダ等によって検出可能である。回転台９の回転は、内部測距部１７及び後述する外部測距部１９の移動と連動してすることが好ましく、これによって、内部測距部１７及び外部測距部１９の３次元座標の算出が容易になる。

【0037】

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

【0038】

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

【0039】

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

【0040】

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

【0041】

＜２−３．距離測定の詳細＞
次に、図２を用いて、内部測距部１７及び外部測距部１９による距離測定の詳細を説明する。
図２に示すように、内部測距部１７は、ルツボ１１の内表面側（透明層１３側）に配置され、外部測距部１９は、ルツボ１１の外表面側（気泡含有層１５側）に配置される。内部測距部１７は、出射部１７ａ及び検出部１７ｂを備える。外部測距部１９は、出射部１９ａ及び検出部１９ｂを備える。また、内部測距部１７及び外部測距部１９は、図示しない制御部及び外部端子を備える。出射部１７ａ及び１９ａは、レーザー光を出射するものであり、例えば、半導体レーザーを備えるものである。出射されるレーザー光の波長は、特に限定されないが、例えば、波長６００〜７００ｎｍの赤色レーザー光である。検出部１７ｂ及び１９ｂは、例えばＣＣＤで構成され、光が当たった位置に基づいて三角測量法の原理に基づいてターゲットまでの距離が決定される。

【0042】

内部測距部１７の出射部１７ａから出射されたレーザー光は、一部が内表面（透明層１３の表面）で反射し、一部が透明層１３と気泡含有層１５の界面で反射し、これらの反射光（内表面反射光、界面反射光）が検出部１７ｂに当たって検出される。図２から明らかなように、内表面反射光と界面反射光は、検出部１７ｂの異なる位置に当たっており、この位置の違いによって、内部測距部１７から内表面までの距離（内表面距離）及び界面までの距離（界面距離）がそれぞれ決定される。好適な入射角θは、内表面の状態、透明層１３の厚さ、気泡含有層１５の状態等によって、変化しうるが例えば３０〜６０度である。

【0043】

図３は、市販のレーザー変位計を用いて測定された実際の測定結果を示す。図３に示すように、２つのピークが観察されており、内表面側のピークが内表面反射光によるピークであり、外表面側のピークが界面反射光によるピークに対応する。このように、透明層１３と気泡含有層１５の界面からの反射光によるピークもクリアに検出されている。従来は、このような方法で界面の特定がなされたことがなく、この結果は非常に斬新である。

【0044】

内部測距部１７から内表面までの距離が遠すぎる場合や、内表面又は界面が局所的に傾いている場合には、２つのピークが観測されない場合がある。その場合には、内部測距部１７を内表面に近づけたり、内部測距部１７の傾けてレーザー光の出射方向を変化させて、２つのピークが観測される位置及び角度を探索することが好ましい。また、２つのピークが同時に観測されなくても、ある位置及び角度において内表面反射光によるピークを観測し、別の位置及び角度において界面反射光によるピークを観測するようにしてもよい。また、内部測距部１７が内表面に接触することを避けるために、最大近接位置を設定しておいて、ピークが観測されない場合でも、その位置よりも内表面に近づけないようにすることが好ましい。
また、透明層１３中に独立した気泡が存在する場合、この気泡からの反射光を内部測距部１７が検出してしまい、透明層１３と気泡含有層１５の界面を適切に検出できない場合がある。従って、ある測定点Ａで測定された界面の位置が前後の測定点で測定された界面の位置から大きく（所定の基準値を超えて）ずれている場合には、測定点Ａでのデータを除外してもよい。また、その場合、測定点Ａからわずかにずれた位置で再度測定を行って、得られたデータを採用してもよい。

【0045】

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

【0046】

＜３．ルツボの内表面の表面粗さの三次元分布の決定方法＞
ルツボの内表面の三次元形状が求まった後は、この三次元形状上の複数の測定点において内表面の表面粗さを測定することによって、その三次元分布を決定する。
各測定点での表面粗さの測定方法は、非接触式であれば特に限定されないが、焦点が合った面からの情報を選択的に取得することができる共焦点顕微鏡を用いれば、高精度な測定が可能である。また、共焦点顕微鏡を用いれば、図５に示すような表面の詳細な三次元構造の情報を取得することができるので、この情報を用いて表面粗さを求めることができる。表面粗さには、中心線平均粗さＲａ、最大高さＲｍａｘ、十点平均高さＲｚがあり、これらの何れを採用してもよく、表面の粗さを反映する別のパラメーターを採用してもよい。
測定点の配置は、特に限定されないが、例えば、ルツボの開口部から底部に向かう方向には５〜２０ｍｍ間隔で配置し、円周方向には例えば１０〜６０度間隔である。
具体的な測定は、例えば、共焦点顕微鏡用プローブを内部ロボットアーム５の先端に取り付け、内部測距部１７と同様の方法で、非接触で内表面に沿って移動させる。内部測距部１７を移動させる際には、内表面の大雑把な三次元形状が分かっているだけで内表面の正確な三次元形状は分かっていなかったので、その大雑把な三次元形状に基づいて内部測距部１７を移動させていたが、表面粗さの測定時には、内表面の正確な三次元形状が分かっているので、共焦点顕微鏡用プローブを移動させる際に、内表面とプローブとの距離を高精度に制御することが可能である。
共焦点顕微鏡用プローブをルツボの開口部から底部まで移動させ、その移動経路上の複数点で表面粗さを測定した後は、回転台９を回転させて、ルツボ１１の別の部位の表面粗さの測定を行う。
このような方法でルツボの内表面全体に渡って表面粗さを測定することができ、その測定結果により、ルツボの内表面の表面粗さの三次元分布を決定することができる。
また、ルツボの外表面についても外表面の三次元形状上の複数の測定点において、内表面と同様の方法で表面粗さを測定することによって外表面の表面粗さの三次元分布を決定することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】