JP4834514B2

JP4834514B2 - Ｄｌｃ膜の硬度推定装置及び硬度推定方法

Info

Publication number: JP4834514B2
Application number: JP2006298393A
Authority: JP
Inventors: 聡吉田; 健太郎小森; 和美小川; 晶廣嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008116268A

Description

本発明は、非破壊でＤＬＣ膜の硬度を推定するＤＬＣ膜の硬度推定装置及び硬度推定方法に関する。

アモルファス構造を有するＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜は、極めて低い摩擦係数であり、良好な摺動性を備えると共に、非常に高い硬度を備えている。このようなＤＬＣ膜の品質管理において、例えば、ＤＬＣ膜の硬度については、マイクロビッカース硬度計等による硬度測定がされていた。この他、最近では、レーザーラマン分光法によるＤＬＣ膜のラマンスペクトルのピーク位置やピークの強度比に関する報告がされている（特許文献１、特許文献２参照）。
特許第３６１２０９８号公報特許第３７６４７４２号公報

しかしながら、マイクロビッカース硬度計等による硬度測定は、接触型の測定方法であり、ＤＬＣ膜の破壊を伴うため、その測定頻度に限界があり、測定方法としては好ましいものでなかった。また、ＤＬＣ膜のラマンスペクトルの波形情報から、どのようにしてＤＬＣ膜の硬度を求めるかについては、研究が進んでおらず、ラマンスペクトルに基づいて、ＤＬＣ膜の品質管理等をすることはできなかった。

そこで、本発明は、ＤＬＣ膜の品質管理等に応用可能であり、非破壊でＤＬＣ膜の硬度を推定できるＤＬＣ膜の硬度推定装置及び硬度推定方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決すべく、本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ＤＬＣ膜をレーザーラマン分光装置でラマン分光測定することによって得られたラマンスペクトル（図１参照）のＧバンドのピーク位置における半値幅（図２参照）と、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度（ＩＳＯ１４５７７−１準拠、荷重２．４５Ｎ）とが、高い相関関係（Ｒ^２＝０．６２）を有するという知見を得た（図３参照）。因みに、Ｇバンドの半値幅は、ラマンスペクトルを、例えば、１５５５ｃｍ^−１（カイザー）付近にピークを有するＧバンドと、１３９０ｃｍ^−１付近にピークを有するＤバンドとに波形分離し、Ｇバンドのピーク強度の半値におけるＧバンド波形の幅である（図２参照）。また、発明者らは、Ｄバンドのピーク強度とＧバンドのピーク強度との比（Ｄ／Ｇ比）と、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度とは、相関関係を有さない（Ｒ^２＝０．０５）という知見も得た（図４参照）。

このような知見に鑑み、前記課題を解決するための手段として、本発明は、レーザーラマン分光法によりＤＬＣ膜のＧバンド波形の半値幅を取得する、Ｇバンド波形幅取得手段と、ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によるＧバンド波形の半値幅と、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度と、が関連付けられたデータベースと、前記Ｇバンド波形幅取得手段が取得したＤＬＣ膜のＧバンド波形の半値幅と、前記データベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する推定手段と、を備えたことを特徴とするＤＬＣ膜の硬度推定装置である。

このようなＤＬＣ膜の硬度推定装置によれば、Ｇバンド波形幅取得手段によって、レーザーラマン分光法により、ＤＬＣ膜のＧバンド波形の幅を取得することができる。そして、推定手段によって、この取得したＧバンド波形の幅とデータベースとに基づいて、ＤＬＣ膜の硬度を推定することができる。すなわち、ＤＬＣ膜の硬度を、非接触かつ非破壊で推定することができる。
したがって、例えば、ＤＬＣ膜の硬度が所定硬度以上の場合、ＤＬＣ膜としての機能が保障されるというように基準を設定すれば、ＤＬＣ膜の生産性を低下させることなく、ＤＬＣ膜の品質を管理することができる。

また、本発明は、ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によって取得されたＧバンド波形の半値幅を求める第１ステップと、このＧバンド波形の半値幅と、Ｇバンド波形の半値幅とＤＬＣ膜のマルテンス硬度とが予め関連付けられたデータベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する第２ステップと、を含むことを特徴とするＤＬＣ膜の硬度推定方法である。

このようなＤＬＣ膜の硬度推定方法によれば、ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によって取得されたＧバンド波形の幅を求め（第１ステップ）、このＧバンド波形の幅と、Ｇバンド波形の幅とＤＬＣ膜の硬度とが予め関連付けられたデータベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜の硬度を推定することができる（第２ステップ）。

本発明によれば、ＤＬＣ膜の品質管理等に応用可能であり、非破壊でＤＬＣ膜の硬度を推定できるＤＬＣ膜の硬度推定装置及び硬度推定方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照して説明する。
図５に示す本実施形態に係るＤＬＣ膜の硬度推定装置１は、レーザーラマン分光装置２（Ｇバンド波形幅取得手段）と、データベース記憶手段３と、推定手段４とを主に備えている。

レーザーラマン分光装置２は、ＤＬＣ膜をレーザーラマン分光法により分析し、ラマンスペクトルを取得する装置である。また、レーザーラマン分光装置２は、取得されたラマンスペクトルを、例えば、カーブフィットし、１５５５ｃｍ^−１（カイザー）付近にピークを有するＧバンドと、１３９０ｃｍ^−１付近にピークを有するＤバンドと、に波形分離する装置である。さらに、レーザーラマン分光装置２は、Ｇバンドの最大ピーク強度の１／２の強度（半値）におけるＧバンドの波形の幅（半値幅）を取得し、推定手段４に出力する装置である。

なお、ラマンスペクトルのカーブフィッティングは、分光学の分野で一般的に用いられる計算手法によって行うことができ、具体的には、取得されたラマンスペクトルに、ベースライン補正及びスムージングを施した後、フォークト関数によるフィッティングが行われる。スムージングは、例えば、適応化平滑法によって行うことができ、その計算時のパラメータにおいて、コンポリューション幅は１９に、偏差は０．２に、それぞれ設定される。なお、フォークト関数は、正規分布の特性関数であるガウス関数と、コーシー分布の特性関数であるローレンツ関数と、の畳み込みによって得られる関数である。

このようなレーザーラマン分光装置２は、例えば、日本分光（株）製のレーザーラマン分光装置（ＮＲＳ−２１００）によって構成することができる。また、ＤＬＣ膜に照射されるレーザーとしては、例えば、波長が４８８ｎｍのアルゴン（Ａｒ）レーザーを選択し、表１に示す測定条件を採用することができる。

なお、レーザーラマン分光法の測定条件（レーザーの種類、波長等）は、後記するデータベース記憶手段３のデータベースを作成した際と、同一の条件にする必要がある。また、Ｇバンドの最大ピーク強度の１／２の強度におけるＧバンド波形の幅（半値幅）の算出おいて、基準となるベースライン（図１、図２参照）も、データベース記憶手段３のデータベースを作成した際のベースラインと、同一に設定する必要がある。

データベース記憶手段３は、例えばハードディスクドライブやＲＡＭによって構成された記憶装置である。そして、データベース記憶手段３は、事前試験等によって求められた、ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によるＧバンド波形の半値幅と、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度と、が関連付けられたデータベース（例えば、図３に示す近似線の式）を有している。
因みに、マルテンス硬度は、ＩＳＯ１４５７７−１に準拠することで得られる硬度である。この場合において、ＤＬＣ膜を所定の寸法にカットし、適宜な硬度計を使用して、例えば５点で測定し、その平均値がマルテンス硬度とされる。

推定手段４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ等によって構成され、ＤＬＣ膜の硬度推定装置１の制御を司る手段である。そして、推定手段４は、ＤＬＣ膜の硬度推定装置１が起動すると、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作し、レーザーラマン分光装置２から入力されたＤＬＣ膜のＧバンドの半値幅と、データベース記憶手段３のデータベースとに基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定し、例えば、モニタ等の表示手段に表示するようになっている。
また、このように推定されるＤＬＣ膜のマルテンス硬度に基づいて、ＤＬＣ膜の品質を管理する場合、ＤＬＣ膜が所定のマルテンス硬度を有さない場合、推定手段４が警告ランプ等の警告手段を作動させるように構成してもよい。

次に、ＤＬＣ膜の硬度推定装置１の動作と共に、ＤＬＣ膜の硬度推定方法について、図６を主に参照して説明する。ＤＬＣ膜の硬度推定方法は、レーザーラマン分光法によって取得されたＧバンド波形の半値幅を求め（第１ステップ）、この半値幅と、半値幅とＤＬＣ膜のマルテンス硬度とが予め関連付けられたデータベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する（第２ステップ）ことを特徴とする。
因みに、ＤＬＣ膜は、例えば、バイアス電圧とＲＦプラズマ出力とを独立で制御可能なプラズマＣＶＤ装置によって作製される。

ステップＳ１０１において、レーザーラマン分光装置２は、ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によって取得されたＧバンド波形の半値幅を求める。そして、レーザーラマン分光装置２は、この求めたＧバンドの半値幅を推定手段４に出力する。

ステップＳ１０２において、推定手段４は、レーザーラマン分光装置２からのＧバンド波形の半値幅と、データベース記憶手段３のデータベース（例えば、図３に示す近似線の式）とに基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する（図２、矢印Ａ１参照）。そして、推定手段４は、推定したＤＬＣ膜のマルテンス硬度を、例えば、液晶モニタに出力する。

このようなＤＬＣ膜の硬度推定装置１及び推定方法によれば、主に以下の効果を得ることができる。
ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を、ＤＬＣ膜に接触せず、非破壊で推定することができる。そして、Ｇバンドの半値幅とマルテンス硬度とは高い相関性を有するので、ＤＬＣ膜の硬度を高精度で推定することができる。

また、マルテンス硬度の測定のように、ＤＬＣ膜を破壊しないため、例えば、本発明をＤＬＣ膜の生産管理に適用した場合、硬度推定によってＤＬＣ膜の生産性が低下することはない。すなわち、マルテンス硬度の測定に際しては、測定値にばらつきが生じることもあり、測定回数の増加に伴って、ＤＬＣ膜の生産数が減少することになるが、本発明によれば、測定するＤＬＣ膜の数が増加しても、ＤＬＣ膜の生産数が低下することはない。さらに、本発明は非破壊であるので、同一のＤＬＣ膜に対して同一の箇所でも、硬度の推定を繰り返すこともできる。

さらにまた、本発明に係るマルテンス硬度の推定方法を、従来のマルテンス硬度の測定や、スクラッチ試験と併用すれば、ＤＬＣ膜の物性を精密に把握することができ、そして、ＤＬＣ膜を精密に品質管理することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することもできる。
前記した実施形態では、ＤＬＣ膜の硬度が、マルテンス硬度である場合を例示したが、これに限定されず、例えば、ヴィッカース硬度であってもよい。

前記した実施形態では、Ｇバンド波形の幅が半値幅である場合を例示したが、これに限定されず、例えば、Ｇバンド波形の幅が、ピーク強度の３／４位置や１／４位置におけるＧバンドの幅であってもよい。

ＤＬＣ膜のラマンスペクトルの一例である。図１のラマンスペクトルをＧバンドとＤバンドとに波形分離したチャートである。Ｇバンドの半値幅とマルテンス強度との関係を示すグラフである。Ｄバンドのピーク強度／Ｇバンドのピーク強度の比（Ｄ／Ｇ比）と、マルテンス強度との関係を示すグラフである。本実施形態に係るＤＬＣ膜の硬度推定装置の構成を示す図である。本実施形態に係るＤＬＣ膜の硬度推定装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ＤＬＣ膜の硬度推定装置
２レーザーラマン分光装置（Ｇバンド波形幅取得手段）
３データベース記憶手段
４推定手段

Claims

レーザーラマン分光法によりＤＬＣ膜のＧバンド波形の半値幅を取得する、Ｇバンド波形幅取得手段と、
ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によるＧバンド波形の半値幅と、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度と、が関連付けられたデータベースと、
前記Ｇバンド波形幅取得手段が取得したＤＬＣ膜のＧバンド波形の半値幅と、前記データベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する推定手段と、
を備えたことを特徴とするＤＬＣ膜の硬度推定装置。
ＤＬＣ膜のレーザーラマン分光法によって取得されたＧバンド波形の半値幅を求める第１ステップと、
このＧバンド波形の半値幅と、Ｇバンド波形の半値幅とＤＬＣ膜のマルテンス硬度とが予め関連付けられたデータベースと、に基づいて、ＤＬＣ膜のマルテンス硬度を推定する第２ステップと、
を含むことを特徴とするＤＬＣ膜の硬度推定方法。