JP5609848B2 - アーク放電評価方法 - Google Patents
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Description
真空アーク蒸着装置は、真空容器内に配置される金属ターゲット(カソード)と金属ターゲットより離間して配置される電極(アノード)との間でアーク放電を発生させ、金属ターゲットの表面を昇華させて金属イオンを発生させる。そして、真空アーク蒸着装置は、金属イオンをワークの表面に堆積させることで、ワークに硬質薄膜コーティングを施す。
このような制御因子の一つとして、アーク放電状態、つまり、アークスポット(陰極点)の動きが考えられる。アークスポットは、金属ターゲットの表面で高温状態となる部分であり、多くの金属イオンが発生する。
すなわち、制御因子と成膜品質との関係を明確にするためには、アーク放電状態を定量的に評価する必要がある。
従って、高輝度部を抽出しても、アークスポットを適切に抽出できない可能性がある。つまり、特許文献1に開示される技術では、アーク放電状態を確実に評価できない可能性がある。
図1に示すように、本実施形態のアーク放電評価方法によるアーク放電評価は、真空アーク蒸着装置100にアーク放電評価装置1を取り付けることによって実施される。
真空アーク蒸着装置100は、アーク電源110、金属ターゲット120、および二つの電極130等を具備する。
そして、真空アーク蒸着装置100は、金属ターゲット120と電極130との間でアーク放電を発生させ、金属ターゲット120の表面を昇華させて金属イオン121を発生させる。そして、真空アーク蒸着装置100は、当該金属イオン121をワークWの表面に堆積させて硬質薄膜を成形する。
このような制御因子の一つとして、アーク放電状態、つまり、アークスポット100a(陰極点、図3参照)の動きが考えられる。
アーク放電評価方法は、このようなアーク放電状態を評価するものである。
アーク放電評価装置1は、撮像器10およびデータ解析部20等を具備する。
アーク放電評価装置1は、ワークWへの硬質薄膜コーティングが終了するまで撮像器10による複数回(本実施形態では六回)の撮影を行い、複数の解析画像データ41を取得する。
すなわち、データ解析部20は、画像取得工程S30にて撮影した各解析画像データ41の所定の位置を原点として、各解析画像データ41の一方向をx軸、前記一方向と直交する方向をy軸とした座標軸上に、各解析画像データ41を配置する。
すなわち、データ解析部20は、各解析画像データ41の中で輝度が高いデータを、所定の閾値と比較することで座標データより抽出する。
これにより、データ解析部20は、アークスポット100aに対応する部分を所定の座標軸上に配置した座標群として、抽出座標データ42を取得する。
データ解析部20は、例えば、抽出座標データ42の縦軸を従属変数y、抽出座標データ42の横軸を独立変数xとして、二次関数y=ax2+bx+cの式を取得する。このとき、データ解析部20は、二次関数の関連度合いを示す相関係数rを算出する。データ解析部20は、解析画像データ41毎に二次関数および二次関数の相関係数を算出する。
本実施形態では、撮像器10により六回撮影を行うため、六枚の解析画像データ41に対応する六つの座標データ(図6に白抜きの丸で示す座標データ)が、二次関数の二次項aを横軸、二次関数の相関係数rを縦軸とした座標軸上に配置される。
このような二次関数の二次項aおよび二次関数の相関係数rは、アークスポット100aの移動軌跡が閉じた形状とならない場合でも算出可能である。
すなわち、データ解析部20は、座標データの原点に対する距離Rnの統計量を算出する。データ解析部20は、解析画像データ41毎に前記統計量を算出する。
本実施形態では、撮像器10により六回撮影を行うため、六枚の解析画像データ41に対応する六つの座標データ(図8に白抜きの丸で示す座標データ)が、距離Rnの平均Rを横軸、距離Rnの分散VRを縦軸とした座標軸上に配置される。
このような距離Rnの平均Rおよび距離Rnの分散VRは、アークスポット100aの移動軌跡が閉じた形状とならない場合でも算出可能である。
また、アーク放電評価方法は、二次関数の二次項aおよび二次関数の相関係数rの関係と、距離Rnの平均Rおよび距離Rnの分散VRの関係とのいずれか一方を用いてアーク放電状態を評価する場合よりも、より高精度にアーク放電状態を評価できる。
以下では、アーク放電評価装置1を生産設備に設置して、成膜品質を監視するものとして説明を行う。
図10に示すように、アーク放電評価装置1は、前述したステップS10〜S80と同様のステップS110〜S180を行い、アーク放電状態の特徴量を取得する。
そして、データ解析部20は、それぞれのアーク放電状態の特徴量に設定される各範囲R1・R2と求めたアーク放電状態の特徴量の関係との比較を行う(S190)。
また、図11(b)に示すように、成膜品質が良好でないと判定される場合のアーク放電状態を撮影した解析画像データ41の、二次関数の二次項aと二次関数の相関係数rとにより規定される座標データは、少なくとも一つ以上第一範囲R1外に位置する(図11(b)に黒塗りの丸で示す座標データ参照)。
また、図12(b)に示すように、成膜品質が良好でないと判定される場合のアーク放電状態を撮影し、その解析画像データ41の距離Rnの平均Rおよび距離Rnの分散VRに対応するデータは、少なくとも一つ以上第二範囲R2外に位置する(図12(b)に黒塗りの丸で示す座標データ参照)。
つまり、データ解析部20は、アーク放電状態が良好であると判断する。
つまり、データ解析部20は、アーク放電状態が良好でないと判断する。
従って、アーク放電評価方法を適用した生産設備では、成膜品質を監視できる。
すなわち、アーク放電評価方法は、二次関数の二次項aおよび二次関数の相関関数rの関係に基づいて良否判定を行っても構わない。
そして、アーク放電評価装置1は、撮像器10をセットして、未使用の金属ターゲット120と電極130との間にアーク電圧を印加して、未使用の金属ターゲット120の表面を昇華させる(S320、S330)。
このため、データ解析部20は、例えば、未使用の金属ターゲット120におけるアーク放電状態の特徴量が集中している部分の周囲を囲む範囲等を、各範囲R1・R2として設定する。
41 解析画像データ
42 抽出座標データ(抽出した座標データ)
100a アークスポット
120 金属ターゲット(カソード)
130 電極(アノード)
a 二次項(特徴量)
r 相関係数(特徴量)
R 距離の平均(特徴量)
VR 距離の分散(特徴量)
Claims (6)
- カソードの表面を複数回撮影または前記カソードの表面温度を複数回測定して、前記カソードとアノードとの間に発生させるアーク放電の状態を、複数の解析画像データとして取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程にて撮影した解析画像データの所定の位置を原点として、前記各解析画像データを座標データに変換する変換工程と、
前記座標データと所定の閾値とを比較することで、前記座標データよりアークスポットに対応する部分を、前記解析画像データ毎に抽出する抽出工程と、
前記抽出した座標データを二次関数で回帰して、前記二次関数の二次項と前記二次関数の相関係数とを前記アーク放電状態の特徴量として取得する特徴量取得工程と、
を行う、
アーク放電評価方法。 - 前記二次関数の二次項および前記二次関数の相関係数の関係に基づいて、前記アーク放電状態を良否判定する良否判定工程、
をさらに行う、
請求項1に記載のアーク放電評価方法。 - カソードの表面を複数回撮影または前記カソードの表面温度を複数回測定して、前記カソードとアノードとの間に発生させるアーク放電の状態を、複数の解析画像データとして取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程にて撮影した解析画像データの所定の位置を原点として、前記解析画像データを座標データに変換する変換工程と、
前記座標データと所定の閾値とを比較することで、前記座標データよりアークスポットに対応する部分を、前記解析画像データ毎に抽出する抽出工程と、
前記座標データの原点から前記抽出した座標データまで距離の平均と前記距離の分散とを算出し、前記距離の平均と前記距離の分散とを前記アーク放電状態の特徴量として取得する特徴量取得工程と、
を行う、
アーク放電評価方法。 - 前記距離の平均および前記距離の分散の関係に基づいて、前記アーク放電状態を良否判定する良否判定工程、
をさらに行う、
請求項3に記載のアーク放電評価方法。 - カソードの表面を複数回撮影または前記カソードの表面温度を複数回測定して、前記カソードとアノードとの間に発生させるアーク放電の状態を、複数の解析画像データとして取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程にて撮影した解析画像データの所定の位置を原点として、前記解析画像データを座標データに変換する変換工程と、
前記座標データと所定の閾値とを比較することで、前記座標データよりアークスポットに対応する部分を、前記解析画像データ毎に抽出する抽出工程と、
前記抽出した座標データを二次関数で回帰するとともに、前記座標データの原点から前記抽出した座標データまで距離の平均と前記距離の分散とを算出し、前記二次関数の二次項と前記二次関数の相関係数と前記距離の平均と前記距離の分散とを前記アーク放電状態の特徴量として取得する特徴量取得工程と、
を行う、
アーク放電評価方法。 - 前記二次関数の二次項および前記二次関数の相関係数の関係と、前記距離の平均および前記距離の分散の関係とに基づいて、前記アーク放電状態を良否判定する良否判定工程、
をさらに行う、
請求項5に記載のアーク放電評価方法。
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