JP2006096618A - Apparatus for removing object to be removed in quartz glass crucible - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置に係わり、特に自動的除去対象物の3次元位置、サイズおよび種類を判定してレーザにより除去する石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for removing an object to be removed from a quartz glass crucible, and more particularly to an apparatus for removing an object to be removed from a silica glass crucible that automatically determines the three-dimensional position, size and type of the object to be removed and removes the object by a laser.
一般に石英ガラスルツボは、内層に透明層、外層に気泡を含有する不透明層を有しており、半導体製造工程における単結晶シリコン引き上げに用いられるが、気泡や異物のような除去対象物が透明層内部に近い表面から約5mmの深さまでに含まれていたり、内表面に付着、存在していると、これらがシリコン融液と反応し、シリコン単結晶引き上げ歩留を低下させる要因の一つとなる。 In general, a quartz glass crucible has a transparent layer in the inner layer and an opaque layer containing bubbles in the outer layer, and is used for pulling single crystal silicon in the semiconductor manufacturing process. If they are contained within a depth of about 5mm from the surface close to the inside, or if they are attached to or exist on the inner surface, these will react with the silicon melt and become one of the factors that lower the silicon single crystal pulling yield. .
従来、これらの気泡や異物の検出、除去は、石英ガラスルツボを赤熱温度以上軟化点未満に加熱することで、異物や気泡が輝点となることからその部位を酸水素火炎、プラズマ炎またはアーク炎によって局部的に加熱し、気泡や異物を除去していた。また、気泡や異物の検出は、CCDカメラを使用し、確認して行っていた。 Conventionally, these bubbles and foreign substances are detected and removed by heating the quartz glass crucible to a temperature not lower than the red heat temperature and lower than the softening point. It was heated locally by a flame to remove bubbles and foreign matter. In addition, detection of bubbles and foreign matters has been performed using a CCD camera.
しかしながら、石英ガラスルツボを赤熱温度以上軟化点未満に加熱することによる異物、気泡の検出、除去方法は、異物、気泡の大きさおよび深さや、酸水素火炎、プラズマ炎またはアーク炎の加熱範囲を精密に制御することが難しい。そのため、異物、気泡の位置測定は大まかに行い、その後、位置特定範囲について本来必要な除去部分以上の範囲を広く局部加熱することによって異物や気泡を除去していた。 However, the method for detecting and removing foreign substances and bubbles by heating the quartz glass crucible to a temperature above the red heat temperature and below the softening point is limited to the size and depth of the foreign substances and bubbles, and the heating range of the oxyhydrogen flame, plasma flame or arc flame. It is difficult to control precisely. For this reason, the positions of the foreign substances and bubbles are roughly measured, and then the foreign substances and bubbles are removed by locally heating a range of the position specifying range that is larger than the originally necessary removal portion.
この従来の方法は、局部加熱処理による石英の溶融を必要以上に広い範囲に行う必要があり、長時間で大量の熱エネルギーを必要とする。また、CCDカメラによる検査方法では、CCDカメラで撮影した画像を処理することにより、気泡は深さや大きさを正確に特定することができるが、異物は、色によって認識することができない場合がある。また、気泡の深さ位置を特定するためにはカメラ位置を固定後、深さ方向に焦点を移動させる必要があり、ルツボ内面を全面検査するためには長時間を要するため実用的ではない。 In this conventional method, it is necessary to melt the quartz by the local heat treatment in a wider range than necessary, and a large amount of heat energy is required for a long time. In addition, in the inspection method using a CCD camera, the depth and size of bubbles can be accurately specified by processing an image captured by the CCD camera, but foreign matter may not be recognized by color. . Further, in order to specify the depth position of the bubble, it is necessary to move the focus in the depth direction after fixing the camera position, and it is not practical because it takes a long time to inspect the entire surface of the crucible.
なお、石英ガラスルツボの透明層に包含された異物を機械的研削または化学的エッチングした後、この研削跡または食刻跡の周縁部を熱処理して滑らかにする石英ガラスルツボの再生方法が提案されている(特許文献1)。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、石英ガラスルツボの除去対象物を自動的に除去できる石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a quartz glass crucible removal target removal device that can automatically remove a quartz glass crucible removal target.
上述した目的を達成するため、本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置は、複数種類の除去対象物が存在する石英ガラスルツボの内表面側を順次撮像可能に配置され、同一位置の深さが異なる点に各々焦点が合わされる複数の撮像単位からなる撮像手段と、前記内表面側を照射し、各々発光波長の異なる光を発する複数の照明単位からなる照明手段と、前記撮像手段により撮像された除去対象物の3次元位置を検出する位置検出手段と、前記撮像手段により撮像された除去対象物の大きさを判定するサイズ判定手段と、前記照明手段からの照明の発光波長の違いにより、ルツボ内表面画像での色の濃淡の変化を認識して前記複数種類の除去対象物の種類を識別する種類識別手段と、前記位置検出手段からの位置情報に基づき、レーザ光の照射位置を制御する照射位置制御手段と、前記除去対象物のサイズおよび種類に応じて、出力が変化するレーザ光発振手段と、前記各構成手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the quartz glass crucible removal object removal device according to the present invention is arranged so that the inner surface side of the quartz glass crucible where a plurality of types of removal objects exist can be sequentially imaged, and the same position. Imaging means comprising a plurality of imaging units each focused on a point having a different depth, illumination means comprising a plurality of illumination units that irradiate the inner surface side and each emit light having a different emission wavelength, and the imaging Position detection means for detecting the three-dimensional position of the removal object imaged by the means, size determination means for determining the size of the removal object imaged by the imaging means, and the emission wavelength of illumination from the illumination means Based on the difference between the type identification means for recognizing the change in color shading in the inner surface image of the crucible and identifying the type of the plurality of types of removal object, and the position information from the position detection means An irradiation position control means for controlling the irradiation position of the laser beam, a laser light oscillation means whose output changes according to the size and type of the object to be removed, and a control means for controlling the constituent means. Features.
好適には、前記撮像手段は複数のCCDカメラであり、照明手段はLEDである。 Preferably, the imaging means is a plurality of CCD cameras, and the illumination means is an LED.
また、好適には、前記位置検出手段は、制御手段の制御機能部とCCDカメラおよびLEDを回動させる回動機構とその回動制御器、前記制御機能部と石英ガラスルツボを回転させるルツボ回転機構とそのルツボ回転制御器、前記制御機能部とCCDカメラおよびLEDの送り機構とその進退制御器、および画像処理装置の画像処理機能部である。 Preferably, the position detection means includes a control function section of the control means, a rotation mechanism for rotating the CCD camera and the LED, a rotation controller for the rotation mechanism, and a crucible rotation for rotating the control function section and the quartz glass crucible. The mechanism and its crucible rotation controller, the control function section, the CCD camera and LED feed mechanism and its advance / retreat controller, and the image processing function section of the image processing apparatus.
また、好適には、前記サイズ判定手段は、画像処理装置である。 Preferably, the size determination means is an image processing device.
また、好適には、前記種類識別手段は、照明手段と画像処理装置である。 Preferably, the type identification means is an illumination means and an image processing device.
また、好適には、前記照射位置制御手段は、レーザ光発振手段を進退させるレーザ光発振手段送り機構とこれを制御するレーザ進退制御器、および、回動機構とこれを制御する回動制御器である。 Preferably, the irradiation position control means includes a laser light oscillation means feed mechanism for moving the laser light oscillation means forward and backward, a laser advance / retreat controller for controlling the laser light oscillation means, a rotation mechanism, and a rotation controller for controlling the rotation mechanism. It is.
本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置によれば、石英ガラスルツボの除去対象物を自動的に除去できる石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置を提供することができる。 According to the apparatus for removing a quartz glass crucible removal object according to the present invention, it is possible to provide a quartz glass crucible removal object removal apparatus that can automatically remove a quartz glass crucible removal object.
以下、本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a quartz glass crucible removal target removal apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置の概念図、図2はその制御回路図である。 FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus for removing an object to be removed of a silica glass crucible according to the present invention, and FIG. 2 is a control circuit diagram thereof.
図1および図2に示すように、石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置1は、複数種類の除去対象物が存在する石英ガラスルツボRの内表面側を順次撮像可能に配置され、同一位置の深さが異なる点に各々焦点が合わされる複数の撮像単位からなる撮像手段2と、上記内表面側を照射し、各々発光波長の異なる光を発する複数の照明単位からなる照明手段3と、撮像手段2により撮像された除去対象物の3次元位置を検出する位置検出手段4と、撮像手段2により撮像された除去対象物の大きさを決定するサイズ判定手段5と、照明手段3からの照明の発光波長の違いにより、ルツボ内表面画像での色の濃淡の変化を認識して複数種類の除去対象物の種類を識別する除去対象物種類識別手段6と、位置検出手段からの位置情報に基づき、レーザ光の照射位置を制御する照射位置制御手段7と、除去対象物のサイズおよび種類に応じて、出力が変化するレーザ光発振手段8と、上記各構成手段を制御し装置全体を制御する制御手段9を有している。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the quartz glass crucible removal target object removal device 1 is arranged so that the inner surface side of the quartz glass crucible R where a plurality of types of removal target objects are present can be sequentially imaged. Imaging means 2 comprising a plurality of imaging units each focused on a point having a different depth, illumination means 3 comprising a plurality of illumination units that irradiate the inner surface side and each emit light having a different emission wavelength, The position detection means 4 for detecting the three-dimensional position of the removal object imaged by the imaging means 2, the size determination means 5 for determining the size of the removal object imaged by the imaging means 2, and the illumination means 3 The removal object type identifying means 6 for recognizing a change in color shading in the inner surface image of the crucible according to the difference in the emission wavelength of the illumination and identifying the types of the plurality of kinds of removal object, and position information from the position detection means Based on The irradiation position control means 7 for controlling the irradiation position of the light, the laser light oscillation means 8 whose output changes according to the size and type of the object to be removed, and the control for controlling the entire apparatus by controlling each of the constituent means.
この制御手段9としての制御装置はCPU9aがROM9bおよびRAM9cとデータのやりとりを行いながらROM9bに記憶されている制御プログラムを実行することにより、上記各構成手段を制御するようになっている。
The control device as the control means 9 is configured such that the
図3および図4に示すように、撮像手段2は、例えば、4個の撮像単位であるCCDカメラ2a、2b、2c、2dからなり、四角形の各頂点に位置して四角形状に配置され、その各々は焦点深度がいずれも1.25mmで同一である。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the imaging means 2 is composed of, for example,
図5に示すように、第1のCCDカメラ2aはその焦点f1が石英ガラスルツボRの表面に合わされた場合、深度0〜1.25mmの範囲が撮像可能であり、第2のCCDカメラ2bはその焦点f2が、表面f1を通る垂直線上でかつ表面から1.25mmの位置に合わされた場合、深度1.25〜2.50mmの範囲が撮像可能であり、第3のCCDカメラ2cはその焦点f3が同様に2.5mmの位置に合わされた場合、深度2.5〜3.75mmの範囲が撮像可能であり、第4のCCDカメラ2dはその焦点f4が同様に3.75mmの位置に合わされた場合、深度3.75〜5.0mmが撮像可能である。従って、第1のCCDカメラ2aの焦点f1を表面に合わせ、第1のCCDカメラ2a乃至第4のCCDカメラ2dで同時に石英ガラスルツボRの内表面側を撮像することにより、焦点f1における撮像層P即ち表面から深さ5mmまでが撮像される。焦点f1は本発明の同一位置に対応するが、第2のCCDカメラ2a乃至第4のCCDカメラ2dの焦点は厳密に表面f1を通る垂直線上に合わされる必要はなく、画像処理装置の同一計測ウィンドを形成できれば、多少幅を持ったエリアであってもよい。
As shown in FIG. 5, the
図1および図6に示すように、撮像手段2は撮像系送り機構10に取り付けられ、この撮像系送り機構10は送り用スクリューシャフト10aと、このスクリューシャフト10aに螺合し、撮像手段2および照明手段3が直接取り付けられる取付台10bと、スクリューシャフト10aを回転させ、撮像系進退制御器10c1により制御されるサーボモータ10cからなり、このサーボモータ10cを回転させることにより、撮像手段2および照明手段3を直線的に進退させることができるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 6, the image pickup means 2 is attached to an image pickup
また、撮像系送り機構10は回動機構12に取り付けられており、回動機構12は撮像系送り機構10およびレーザ光発振手段送り機構11が直接取り付けられた回動部材12aと、この回動部材12aを回動させ、回動制御器12b1を介して制御されるサーボモータ12bからなっている。従って、撮像手段2および照明手段3は直線的な進退と垂直平面上での回動ができるようになっている。
The imaging
例えば、以下、第1のCCDカメラ2aを例にとり説明すれば、撮像手段2の垂直面上の回動は、図7(a)に示すように、ルツボ表面のY軸方向の位置Y1を決定するものである。
For example, the following, will be described taking the
さらに、撮像手段2が撮像層Pを撮像した撮像情報は、AD回路13、画像処理装置14を介して制御手段9に送られる。画像処理装置14は画像処理機能部14aとカメラ制御機能部を有し、CPUが所定のプログラムを処理することにより、画像処理機能とカメラ制御機能を実現する。この画像処理機能により計測ウィンド内に除去対象物を撮像した場合には、画像処理して、除去対象物の位置をp1とした場合、例えば第1のCCDカメラ2aの焦点f1から距離(x1、y1)として決定され、記憶される。
Furthermore, imaging information obtained by the
本除去装置1の稼動中の焦点合わせ、すなわち図7(a)のZ方向の位置決めは、予め石英ガラスルツボの種類(大きさ、形状)別に内表面の形状を測定しこれをルツボ内表面の形状情報として、制御手段9のRAM9cに記憶されているデータを呼び出し、撮像系進退制御器10c1を介してサーボモータ10cを作動させて、撮像系送り機構10を進退移動させることで、撮像手段2の垂直平面での移動が行われ、この撮像手段2の位置情報は制御手段9のCPU9aを介してRAM9cに記憶されるようになっている。従って、第1のCCDカメラ2aの焦点f1のZ方向の位置はZ1として決定される。
The focusing during the operation of the removal apparatus 1, that is, the positioning in the Z direction in FIG. 7A, is performed by measuring the shape of the inner surface in advance for each type (size, shape) of the quartz glass crucible. the shape information, call the data stored in RAM9c control means 9 activates the
一方、石英ガラスルツボRは垂直状態でルツボ回転機構15のルツボチャック15aが設けられたルツボ回転台15bに載置、固定されるようになっており、このルツボ回転台15bは、ルツボ回転制御器15c1を介してサーボモータ15cにより間歇的あるいは連続的に回転されるようになっている。従って、ルツボ回転機構15は、石英ガラスルツボRを回転させ、図7(a)に示すように、ルツボ表面のX軸方向の位置X1を決定するものである。
On the other hand, the silica glass crucible R is placed and fixed in a vertical state on a
図8に示すように、制御手段9の制御機能部9aと回動機構12およびその回動制御器12b1、制御機能部9aとルツボ回転機構15とそのルツボ回転制御器15b1、制御機能部9aと撮像系送り機構10とその撮像系進退制御器10c1、および画像処理装置14の画像処理機能部14aが本発明の位置検出手段4に対応する。
As shown in FIG. 8, the
また、正方形状に配置された4個のCCDカメラ2a、2b、2c、2dの中心位置には、複数の照明単位をなすLED3a、3b、3cからなる照明手段3が配設されている。これらLED3a、3b、3cは各々異なる波長の光を発し、その光軸は焦点f1を通る垂直線とほぼ重なるように配置されている。従って、制御手段9および照明手段制御器3dを介して、LED3a乃至LED3cを順次発光することにより、撮像層Pは異なる波長の光により照射され、撮像手段2が気泡や異物(石英系等の白色異物、金属等の黒色異物)のような除去対象物を撮像した場合には、その位置情報がRAM9cに記憶されるようになっている。
In addition, an illuminating means 3 including LEDs 3a, 3b, and 3c forming a plurality of illumination units is disposed at the center position of the four
除去対象物の検出は、次のように行われる。最初のLED3aを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a、2b、2c、2dで同時に撮像層Pを撮像する。この撮像情報は画像処理装置14で処理され、計測ウィンド内での位置データおよびサイズデータとしてRAM9cに記憶されるようになっている。
Detection of the removal object is performed as follows. The first LED 3a is caused to emit light to illuminate the imaging layer P, and the imaging layer P is simultaneously imaged by the
また、図9に示すように、LED3aから発せられる光の波長は気泡に当たると、気泡は、石英系等の白色異物、金属等の黒色異物に当たった場合に比べて著しく明るく輝くので、気泡として識別され、種類データとしてRAM9cに記憶される。
Also, as shown in FIG. 9, when the wavelength of light emitted from the LED 3a hits a bubble, the bubble shines brighter than when it hits a white foreign material such as quartz or a black foreign material such as a metal. It is identified and stored in the
次にLED3bを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a、2b、2c、2dで同時に撮像層Pを撮像する。この撮像情報は画像処理装置14で処理され、計測ウィンド内での位置データおよびサイズデータとしてRAM9cに記憶されるようになっている。また、LED3bから発せられる光の波長は石英系等の白色異物に気泡に当たると、気泡、金属等の黒色異物に当たった場合に比べて著しく明るく輝くので、石英系等の白色異物として識別され、種類データとしてRAM9cに記憶される。さらに、LED3cを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a、2b、2c、2dで同時に撮像層Pを撮像する。この撮像情報は画像処理装置14で処理され、計測ウィンド内での位置データおよびサイズデータとしてRAM9cに記憶されるようになっている。また、LED3cから発せられる光の波長は金属等の黒色異物に当たると、気泡、石英系等の白色異物に当たった場合に比べて著しく明るく輝くので、金属等の黒色異物として識別され、種類データとしてRAM9cに記憶される。
Next, the LED 3b is caused to emit light to illuminate the imaging layer P, and the imaging layer P is simultaneously imaged by the
図2に示すように、画像処理装置14の画像処理機能部14aが、本発明のサイズ判定手段5に対応し、画像処理機能部14aおよび照明手段3とその照明手段制御器3dが種類識別手段6に対応する。
As shown in FIG. 2, the image
図2および図6に示すように、レーザ光発振手段8は、例えばCO2レーザで、レーザ光制御器8a1により出力が制御され、レーザ光発振手段送り機構11に取り付けられ、このレーザ光発振手段送り機構11は送り用スクリューシャフト11aと、送り用スクリューシャフト11aに螺合し、レーザ光発振手段8が直接取付けられた取付台11bと、スクリューシャフト11aを回動させ、レーザ進退制御器11c1を介して制御されるサーボモータ11cからなり、このサーボモータ11cを回転させることにより、レーザ光発振手段8を直線的に進退させることができるようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 6, the laser light oscillation means 8 is, for example, a CO 2 laser, the output of which is controlled by the laser light controller 8a 1 and attached to the laser light oscillation means
また、レーザ光発振手段8の焦点合わせも、撮像手段2の焦点合わせと同様に、RAM9cに記憶されている除去対象物の位置を呼び出し、レーザ進退制御器11c1を介してサーボモータ11cを作動させて行われる。
The operation, focusing of the laser beam oscillation means 8, like the focusing of the image pickup means 2, calling the location of the removal target stored in the
レーザ光発振手段送り機構11と、回動機構12およびこれらのレーザ進退制御器11c1、回動制御器12b1が本発明の照射位置制御手段7に対応する。
The laser beam oscillation means
レーザ光発振手段8は制御手段9により制御されるレーザ光制御器8aを介して、付加電圧を変えることにより、その出力が変えられるようになっている。 The output of the laser light oscillation means 8 can be changed by changing the additional voltage via the laser light controller 8a controlled by the control means 9.
次に本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置を用いた除去対象物の除去方法について説明する。 Next, the removal target object removal method using the quartz glass crucible removal target object removal device according to the present invention will be described.
はじめに除去対象物の検出工程が行われる。 First, a removal object detection step is performed.
図1に示すように、予めルツボ内表面の形状が制御手段9のRAM9cに記憶された石英ガラスルツボRをルツボ回転機構15のルツボ回転台15bに載置し、ルツボチャック15aにより固定する。一方、石英ガラスルツボRのルツボ内表面の形状データをRAM9cから呼び出し、撮像系進退制御器10c1を介してサーボモータ10cを作動させて、撮像系送り機構10を進退移動させ、図5に示すように、第1のCCDカメラ2aの焦点f1が石英ガラスルツボRの表面の中心点に合わされる。このとき、他のCCDカメラ2b、2c、2dは各々その焦点f2、f3、f4に合わされる。これにより、その各々の焦点位置が異なるので撮像層P即ち表面から深さ5mmまでが撮像可能となる。
As shown in FIG. 1, the quartz glass crucible R whose shape of the inner surface of the crucible is stored in the
このような状態で、最初にLED3aを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a〜2dで同時に撮像層Pを撮像する。
In this state, first, the LED 3a is caused to emit light to illuminate the imaging layer P, and the imaging layer P is simultaneously imaged by the
このとき、図7(a)に示すように、撮像層Pの表面から0〜1.25mmの層内に例えば、気泡(p1)が存在した場合には、図9に示すように、LED3aから発せられる光が気泡に当たり、石英系等の白色異物、金属等の黒色異物に当たった場合に比べて著しく明るく輝き、気泡として識別され、種類データとしてRAM9cに記憶される。また、サイズ判定手段5によりサイズが判定されて、RAM9cに記憶される。このとき、位置検出手段4により、気泡(p1)の位置情報(X1+x1、Y1+y1、Z1)として、RAM9cに記憶される。
At this time, as shown in FIG. 7A, when, for example, a bubble (p 1 ) exists in the layer of 0 to 1.25 mm from the surface of the imaging layer P, as shown in FIG. 9, the LED 3a The light emitted from the light hits the bubble and shines brighter than when it hits a white foreign material such as quartz or a black foreign material such as metal, is identified as a bubble, and is stored in the
さらに、LED3bを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a〜2dで同時に撮像層Pを撮像し、LED3bから発光される光でより輝く石英系等の白色異物が存在するか否かを判定し、存在すれば、気泡の場合と同様にRAM9cに記憶され、存在しない場合には直ちにLED3cを発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a〜2dで同時に撮像層Pを撮像する。LED3cから発光される光でより明るく輝く金属等の黒色異物が存在するか否かを判定し、存在すれば、気泡の場合と同様にRAM9cに記憶される。これに対して、存在しない場合は、検出ミスがないように、計測ウィンド内の画像が一部重複するような移動範囲で、回動機構12を回動させて、撮像手段2と照明手段3を同時に図7(a)に示すY方向に移動し、ルツボ回転機構15を回転させて石英ガラスルツボRをX方向に移動させる。さらに、RAM2cからルツボ内表面の形状情報を呼び出し。内表面の形状が円弧状であれば、焦点距離は変わらないので、CCDカメラ2a〜2dの進退移動は行わず、円弧状でない場合には、撮像系送り機構10により、撮像手段2および照明手段3をZ方向に進退させて、撮像手段2および照明手段3の焦点合わせを行う。
Furthermore, the imaging layer P is illuminated by causing the LED 3b to emit light, and the imaging layer P is simultaneously imaged by the
しかる後、同様にLED3a〜3dを順次発光させて撮像層Pを照明し、CCDカメラ2a〜2dで同時に撮像層Pを撮像する。図7(b)に示すように、LED3bから発せられる光により輝く石英系等の白色異物(p2)が、内表面から1.25〜2.5mmの層内に存在する場合には、CCDカメラ2bにより撮像され、石英系等の白色異物(p2)の位置情報(X2+x2、Y2+y2、Z2)として、そのサイズと位置がRAM2cに記憶される。
Thereafter, similarly, the LEDs 3a to 3d are sequentially made to emit light to illuminate the imaging layer P, and the imaging layers P are simultaneously imaged by the
さらに、同様に撮像手段2と照明手段3を回動させ、ルツボ回転機構15を回転させて撮像位置を移動させ、CCDカメラ2a〜2dの進退移動を行い、焦点合わせを行う。図7(c)に示すように、LED3cから発せられる光により輝く金属等の黒色異物が内表面から3.75〜5.0mmの層内に存在する場合には、CCDカメラ2dにより撮像され、金属等の黒色異物(pn)の位置情報(Xn+xn、Yn+yn、Zn)として、そのサイズと位置がRAM2cに記憶される。
Further, similarly, the
このような撮像が順次繰り返えされて、内表面の全域に対して帯状リング形状に撮像され、除去対象物の位置検出、サイズ判定および種類識別が石英ガラスルツボRの全域に渡って行われる。 Such imaging is sequentially repeated so that the entire inner surface is imaged in a belt-like ring shape, and the position detection, size determination, and type identification of the removal target are performed over the entire area of the quartz glass crucible R. .
次に除去対象物の除去工程が行われる。 Next, the removal process of a removal target object is performed.
上記除去対象物の検出工程で検出された図7(a)に示すような除去対象物(p1)の位置情報、種類情報、サイズ情報をRAM9cから呼び出し、制御手段9、回動制御器12b1を介して回動機構12を回動させ、レーザ進退制御器11c1を介してレーザ光発振手段送り機構11を進退させて、レーザ光発振手段8の焦点を除去対象物(p1)に合わせる。さらに、除去対象物(p1)が気泡であることが予め識別されているので、レーザ出力制御器8aにより、この気泡を消滅させるのに必要なレーザ出力、例えば小出力にレーザ光発信手段8を制御し、CO2レーザ光を発し、気泡を消滅させる。
The position information, type information, and size information of the removal object (p 1 ) detected in the removal object detection step as shown in FIG. 7A is called from the
また、図7(b)に示すような除去対象物(p1)の位置情報、種類情報、サイズ情報をRAM9cから呼び出し、同様にして、レーザ進退制御器11c1を介してレーザ光発振手段送り機構11を進退させて、レーザ光発振手段8の焦点を除去対象物(p2)に合わせる。除去対象物(p2)が石英系等の白色異物であることが予め識別されているので、レーザ出力制御器8aにより、この石英系等の白色異物を消滅させるのに必要なレーザ出力、例えば中出力にレーザ光発信手段8を制御し、CO2レーザ光を発し、石英系等の白色異物を消滅させる。
Further, the position information, type information, and size information of the removal target (p 1 ) as shown in FIG. 7B is called from the
さらに、図7(c)に示すような除去対象物(pn)の位置情報、種類情報、サイズ情報をRAM9cから呼び出し、同様にして、レーザ進退制御器11c1を介してレーザ光発振手段送り機構11を進退させて、レーザ光発振手段8の焦点を除去対象物(pn)に合わせる。除去対象物(pn)が金属等の黒色異物であることが予め識別されているので、レーザ出力制御器8aにより、この金属等の黒色異物を消滅させるのに必要なレーザ出力、例えば大出力にレーザ光発信手段8を制御し、CO2レーザ光を発し、金属等の黒色異物を消滅させる。
Furthermore, the location information, type information to be removed, such as shown in FIG. 7 (c) (p n) , calls the size information from the
このような除去工程が繰り返えされて、石英ガラスルツボRの撮像層Pすなわち表面から深さ5.0mmの層内に存在する除去対象物は自動的に確実に除去される。また、除去対象物に直接CO2レーザを照射し、蒸発させることで除去するので、2次的な汚染がなく、また、大量のエネルギーを必要とせず、さらに、広範囲に石英ガラスルツボを加熱することがなく、後工程としてアニール等の付随的な処理も不要である。 Such a removal process is repeated, and the removal target existing in the imaging layer P of the quartz glass crucible R, that is, the layer having a depth of 5.0 mm from the surface is automatically and reliably removed. Further, since the object to be removed is removed by direct irradiation with CO 2 laser and evaporation, there is no secondary contamination, no large amount of energy is required, and the quartz glass crucible is heated over a wide range. There is no need for additional processing such as annealing as a post process.
上記のように本実施形態の石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置によれば、除去対象物の位置、種類、サイズを自動的に検知し、これに基づき、自動的に決定された照射位置とレーザ出力が制御されたレーザ光を除去対象物に照射して、除去対象物を自動的に除去できる。 As described above, according to the quartz glass crucible removal target object removal apparatus of the present embodiment, the position, type, and size of the removal target object are automatically detected, and the irradiation position automatically determined based on this is detected. The removal target can be automatically removed by irradiating the removal target with laser light whose laser output is controlled.
本発明に係る石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置を用いて、ルツボ製造の溶融時に除去対象物であるカスおよび黒点が付着した22インチ石英ガラスルツボ3個についてCO2レーザによる除去処理を行い、除去後の内表面粗さを調べた。また、除去対象物除去後のルツボを用いてシリコン単結晶の引き上げを行い、単結晶化率を調べた。 Using the apparatus for removing an object to be removed of the silica glass crucible according to the present invention, three 22 inch quartz glass crucibles to which debris and black spots, which are the objects to be removed, are melted during crucible manufacture are removed by a CO 2 laser. The inner surface roughness after removal was examined. Moreover, the silicon single crystal was pulled up using the crucible after removal of the object to be removed, and the single crystallization rate was examined.
結果:表1に示す。
表1からもわかるように、ルツボ1〜3とも、除去対象物の大きさ、種類に関係なく、完全に除去され、内表面の算術平均粗さはいずれもRa0.02〜0.04と滑らかであった。 As can be seen from Table 1, both the crucibles 1 to 3 are completely removed regardless of the size and type of the object to be removed, and the arithmetic average roughness of the inner surface is smooth as Ra 0.02 to 0.04. Met.
1 石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置
2 撮像手段
3 照明手段
4 位置検出手段
5 サイズ判定手段
6 種類識別手段
7 照射位置制御手段
8 レーザ光発振手段
9 制御手段
10c1 撮像系進退制御器
11 レーザ光発振手段送り機構
12 回動機構
13 AD回路
14 画像処理装置
15 ルツボ回転機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Removal apparatus of the removal object of
Claims (6)
前記内表面側を照射し、各々発光波長の異なる光を発する複数の照明単位からなる照明手段と、
前記撮像手段により撮像された除去対象物の3次元位置を検出する位置検出手段と、
前記撮像手段により撮像された除去対象物の大きさを判定するサイズ判定手段と、
前記照明手段からの照明の発光波長の違いにより、ルツボ内表面画像での色の濃淡の変化を認識して前記複数種類の除去対象物の種類を識別する種類識別手段と、
前記位置検出手段からの位置情報に基づき、レーザ光の照射位置を制御する照射位置制御手段と、
前記除去対象物のサイズおよび種類に応じて、出力が変化するレーザ光発振手段と、
前記各構成手段を制御する制御手段
を有することを特徴とする石英ガラスルツボの除去対象物の除去装置。 An imaging means comprising a plurality of imaging units that are arranged so as to be capable of sequentially imaging the inner surface side of the quartz glass crucible where a plurality of types of removal objects are present, and are respectively focused at different depths at the same position;
Illuminating means comprising a plurality of illumination units that illuminate the inner surface side and emit light having different emission wavelengths,
Position detecting means for detecting a three-dimensional position of the removal object imaged by the imaging means;
Size determination means for determining the size of the removal object imaged by the imaging means;
A type identifying means for recognizing a change in color shading in the inner surface image of the crucible according to a difference in emission wavelength of illumination from the illuminating means, and identifying the types of the plurality of types of removal objects;
An irradiation position control means for controlling the irradiation position of the laser beam based on position information from the position detection means;
Laser light oscillation means whose output changes according to the size and type of the object to be removed,
An apparatus for removing an object to be removed from a quartz glass crucible, characterized by comprising control means for controlling each of the constituent means.
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