アーク放電評価方法
【課題】アーク放電状態を確実に評価できるアーク放電評価方法を提供する。
【解決手段】金属ターゲットの表面を複数回撮影して、アーク放電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Ｓ３０と、画像取得工程Ｓ３０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、各解析画像データを座標データに変換する変換工程Ｓ５０と、座標データと所定の閾値とを比較することで、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Ｓ６０と、抽出座標データを回帰して、抽出座標データの二次関数と二次関数の相関係数ｒとを算出し、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとを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Ｓ８０と、を行う。
【解決手段】金属ターゲットの表面を複数回撮影して、アーク放電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Ｓ３０と、画像取得工程Ｓ３０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、各解析画像データを座標データに変換する変換工程Ｓ５０と、座標データと所定の閾値とを比較することで、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Ｓ６０と、抽出座標データを回帰して、抽出座標データの二次関数と二次関数の相関係数ｒとを算出し、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとを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Ｓ８０と、を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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評価するアーク放電評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車部品の摺動性や耐摩耗性等を向上させるために、真空アーク蒸着装置によって自動車部品に硬質薄膜コーティング（例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング等）を施している。
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。
【０００３】
生産設備に複数の真空アーク蒸着装置を設置して、製品の成膜品質を同質にする場合、制御因子を測定して、制御因子と成膜品質との関係を明確にする必要がある。
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（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。
【０００４】
特許文献１に開示される技術では、ＣＣＤカメラ等によりアークやアーク周囲を撮影し、撮影した画像より略楕円状の高輝度部（アーク）を抽出する。そして、高輝度部の重心、長軸、および短軸等に基づいて、溶接トーチのウィービング動作の補正量を定量的に評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される技術では、高輝度部の重心等を算出するため、高輝度部が閉じた形状であることが前提となっている。アークスポットは、その形状が非常に小さく、また、金属ターゲットの表面をランダムに高速移動するため、アークスポットの移動軌跡を繋いで高輝度部を抽出する場合、高輝度部が閉じた形状とならない可能性がある。
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。
【０００７】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、アーク放電状態を確実に評価できるアーク放電評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１においては、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、ものである。
【０００９】
請求項２においては、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、ものである。
【００１０】
請求項３においては、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、ものである。
【００１１】
請求項４においては、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、ものである。
【００１２】
請求項５においては、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、ものである。
【００１３】
請求項６においては、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、ものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、アークスポットの移動軌跡が閉じた形状とならない場合でもアーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アーク放電評価装置の構成を示す図。
【図２】アーク放電評価方法の手順を示す図。
【図３】解析画像データを示す図。
【図４】抽出座標データを示す図。
【図５】回帰した二次関数のグラフを示す図。
【図６】二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係を示す図。
【図７】原点から各抽出座標データまでの距離を示す図。
【図８】距離の平均および距離の分散の関係を示す図。
【図９】生産設備にアーク放電評価装置を適用した状態を示す図。
【図１０】アーク放電評価方法を用いて成膜品質を良否判定する手順を示す図。
【図１１】二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係から成膜品質を良否判定する状態を示す図。（ａ）成膜品質が良好であると判定される場合を示す図。（ａ）成膜品質が良好でないと判定される場合を示す図。
【図１２】距離の平均および距離の分散の関係から成膜品質を良否判定する状態を示す図。（ａ）成膜品質が良好であると判定される場合を示す図。（ａ）成膜品質が良好でないと判定される場合を示す図。
【図１３】各範囲を設定する手順を示す図。
【図１４】未使用の金属ターゲットおよび劣化した金属ターゲットにおけるアーク放電状態の特徴量を示す図。（ａ）二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係を示す図。（ｂ）距離の平均および距離の分散の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本実施形態のアーク放電評価方法について説明する。
【００１７】
本実施形態のアーク放電評価方法は、真空アーク蒸着装置１００によってワークＷに硬質薄膜コーティング（例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング等）を施すときに発生させるアーク放電の状態を評価するものである。
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。
【００１８】
まず、真空アーク蒸着装置１００について説明する。
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。
【００１９】
アーク電源１１０は、陰極側が金属ターゲット１２０に接続されるとともに陽極側が電極１３０に接続され、金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。
【００２０】
金属ターゲット１２０は、真空容器１０１内に配置され、アーク電源１１０よりアーク電圧が印加されてカソード（陰極）となる。金属ターゲット１２０は、硬質薄膜となる材料（チタン等）によって構成される。
【００２１】
電極１３０は、真空容器１０１内に配置されるとともに、金属ターゲット１２０より離間する位置に配置される。電極１３０は、アーク電源１１０よりアーク電圧が印加されてアノード（陽極）となる。
【００２２】
真空容器１０１内の金属ターゲット１２０および電極１３０より離間する位置には、ワークＷが配置される。
【００２３】
真空アーク蒸着装置１００は、真空ポンプ等により真空容器１０１内を所定の真空度にして、アーク電源１１０により金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。
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。
【００２４】
生産設備に複数の真空アーク蒸着装置１００を設置して、各真空アーク蒸着装置１００間で製品の成膜品質を同質にする場合、制御因子を測定して、制御因子と成膜品質との関係を明確にする必要がある。
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。
【００２５】
アークスポット１００ａは、金属ターゲット１２０の表面で高温状態となる部分である。従って、アークスポット１００ａが発生している部分では、多くの金属イオン１２１が発生する。アークスポット１００ａは、その形状が非常に小さく、金属ターゲット１２０の表面をランダムに高速移動する。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
次に、アーク放電評価装置１について説明する。
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。
【００２８】
撮像器１０は、真空容器１０１の外側に配置され、真空容器１０１内を視認可能なのぞき窓１０１ａより金属ターゲット１２０の表面を撮影する。本実施形態の撮像器１０は、ＣＣＤカメラによって構成される。撮像器１０により撮影された解析画像データ４１（図３参照）は、データ解析部２０に送信される。
【００２９】
なお、撮像器１０の構成は、本実施形態に限定されるものでなく、例えば、赤外線カメラであっても構わない。
【００３０】
データ解析部２０は、解析画像データ４１を記録するとともに解析画像データ４１を解析し、アーク放電状態を評価するものである。データ解析部２０は、演算部２１等を備える。
【００３１】
演算部２１は、アーク放電評価方法に関する種々の演算処理を行う。
【００３２】
データ解析部２０は、例えば、市販のパーソナルコンピュータで所定のプログラムを実行することにより動作する。
【００３３】
次に、アーク放電評価装置１を用いて行うアーク放電評価方法の手順について説明する。
【００３４】
まず、図１および図２に示すように、アーク放電評価方法では、真空容器１０１ののぞき窓１０１ａより金属ターゲット１２０の表面を撮影可能となるように、真空容器１０１の外側に撮像器１０をセットする（Ｓ１０）。
【００３５】
撮像器１０をセットした後で、アーク放電評価装置１は、アーク電源１１０より金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加して、金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク放電を発生させ、金属ターゲット１２０の表面を昇華させる（Ｓ２０）。
【００３６】
アーク電圧を印加した後で、アーク放電評価装置１は、撮像器１０により金属ターゲット（カソード）１３０の表面を所定のサンプリング周期で複数回撮影する（Ｓ３０）。
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。
【００３７】
なお、ステップＳ３０では、アーク放電状態がわかるデータを取得できればよく、例えば、金属ターゲット１２０の表面の温度を測定しても構わない。この場合、撮像器１０は、サーモグラフィー等によって構成される。
【００３８】
このように、ステップＳ３０は、金属ターゲット１３０の表面を複数回撮影または金属ターゲット１３０の表面温度を複数回測定して、アーク放電状態を複数の解析画像データ４１として取得する画像取得工程として機能する。
【００３９】
図３に示すように、各解析画像データ４１では、アークスポット１００ａに対応する部分に電流が集中して高温となり、最も強く光る。
【００４０】
撮影が終了した後で、図１および図２に示すように、アーク放電評価装置１は、撮像器１０からデータ解析部２０に各解析画像データ４１を送信し、データ解析部２０に各解析画像データ４１を記憶させる（Ｓ４０）。
【００４１】
各解析画像データ４１を記憶した後で、データ解析部２０は、各解析画像データ４１を座標データに変換する変換工程を行う（Ｓ５０）。
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。
【００４２】
具体的には、データ解析部２０は、図３に示す解析画像データ４１の左下端部を原点として、紙面右方向をｘ軸、紙面上方向をｙ軸とした座標軸上に、解析画像データ４１を配置する。
【００４３】
各解析画像データ４１を座標データに変換した後で、図２および図４に示すように、データ解析部２０は、座標データと所定の閾値とを比較することで、座標データよりアークスポット１００ａに対応する部分を、解析画像データ４１毎に抽出する抽出工程を行う（Ｓ６０）。
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。
【００４４】
このとき、例えば、データ解析部２０は、各解析画像データ４１の中で最も輝度が高い（明るい）部分の輝度値の９０％を閾値に設定し、前記閾値以上の輝度値を有するデータだけを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。
【００４５】
なお、座標データの抽出に用いる閾値の設定内容は、本実施形態に限定されるものでない。また、サーモグラフィーによって撮像器１０を構成した場合、アーク放電状態を測定した温度に対して閾値が設定される。
【００４６】
座標データを抽出した後で、データ解析部２０は、解析画像データ４１毎に抽出座標データ４２の数を算出する（Ｓ７０）。
【００４７】
抽出座標データ４２の数を算出した後で、データ解析部２０は、解析画像データ４１毎に抽出座標データ４２よりアーク放電状態の特徴量を算出する特徴量取得工程を行う（Ｓ８０）。
【００４８】
「アーク放電状態の特徴量」とは、アーク放電状態を定量的に示す情報である。
【００４９】
アーク放電状態の特徴量を算出するとき、図５に示すように、データ解析部２０は、抽出座標データ４２を二次関数で回帰する。
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。
【００５０】
データ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００５１】
これによれば、図６に示すように、データ解析部２０は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒの関係を用いて、アーク放電状態（アークスポット１００ａの動き）を定量的に表すことができる。
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。
【００５２】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
【００５３】
二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとを取得した後で、図７に示すように、データ解析部２０は、原点から各抽出座標データ４２までの距離Ｒｎを算出する。このとき、データ解析部２０は、抽出座標データ４２の座標値毎に距離Ｒｎを算出するとともに、ステップＳ７０にて算出した座標データの数を用いて距離Ｒｎの平均Ｒを算出する（図７に示す距離の平均を示す式参照）。
【００５４】
なお、反転信号は、本来、オーバーラインを用いて表記すべきであるが、明細書作成方式の制限上、本明細書では「平均Ｒ」と表記する。
【００５５】
距離Ｒｎの平均Ｒを算出した後で、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび抽出座標データ４２より、距離Ｒｎの分散ＶＲを算出する（図７に示す距離の分散を示す式参照）。
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。
【００５６】
データ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００５７】
これによれば、データ解析部２０は、図８に示すように、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係を用いて、アーク放電状態を定量的に表すことができる。
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。
【００５８】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
【００５９】
本実施形態のデータ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒと距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００６０】
これによれば、データ解析部２０は、図６および図８に示すように、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の関係とを用いて、アーク放電状態を定量的に表すことができる。
【００６１】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
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。
【００６２】
データ解析部２０は、以上のようなステップＳ４０〜Ｓ８０を、演算部２１によって行う。つまり、演算部２１は、ステップＳ４０〜Ｓ８０を実行するための演算処理を行うプログラム等により構成される。
【００６３】
なお、アーク放電評価方法において取得するアーク放電状態の特徴量は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒと、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲとの、少なくともいずれか一方であればよい。
【００６４】
このようなアーク放電評価方法を適用した生産設備においては、成膜品質を監視できる。
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。
【００６５】
図９に示すように、成膜品質の監視を行う場合、アーク放電評価装置１は、図１に示す構成に加えて、データ解析部２０に判定部２２を備えるとともに、表示部３０をさらに具備する。
【００６６】
判定部２２は、アーク放電状態の特徴量から成膜品質を良否判定し、その結果を表示部３０に送信する。
【００６７】
表示部３０は、判定部２２からの信号を受信して、作業者等がその結果を判断可能となるように表示する。
【００６８】
表示部３０は、データ解析部２０を動作させるパーソナルコンピュータに市販の液晶ディスプレイやプリンタ等を接続することにより動作する。
【００６９】
次に、成膜品質を監視する場合の手順について説明する。
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。
【００７０】
アーク放電状態の特徴量を取得した後で、データ解析部２０は、アーク放電状態の特徴量の関係を求める。すなわち、データ解析部２０は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒの関係を求めるとともに、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係を求める。
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）。
【００７１】
具体的には、図１１に示すように、データ解析部２０は、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が、第一範囲Ｒ１内に位置しているかを確認する（図１１に白塗りおよび黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００７２】
図１１（ａ）に示すように、第一範囲Ｒ１は、成膜品質が良好である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が含まれる範囲である（図１１（ａ）に白塗りの丸で示す座標データ参照）。
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）。
【００７３】
図１２に示すように、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとにより規定される座標データが、第二範囲Ｒ２内に位置しているかを確認する（図１２に白塗りおよび黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００７４】
図１２（ａ）に示すように、第二範囲Ｒ２は、成膜品質が良好である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と距離Ｒｎの分散ＶＲとにより規定される座標データが含まれる範囲である（図１２（ａ）に白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）。
【００７５】
データ解析部２０は、各範囲Ｒ１・Ｒ２内に全ての座標データが含まれているかどうかを確認することで、成膜品質の良否判断を行う。
【００７６】
仮に、図１１（ａ）および図１２（ａ）に示すように、各範囲Ｒ１・Ｒ２内に全ての座標データが含まれている場合、データ解析部２０は、成膜品質が良好であると判断し、表示部３０に成膜品質が良好であることを表示させる（Ｓ１９０：Ｙｅｓ、Ｓ２００）。
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。
【００７７】
一方、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示すように、第一範囲Ｒ１内および第二範囲Ｒ２内の少なくともいずれか一方に全ての座標データが含まれていない場合、データ解析部２０は、成膜品質が良好でないと判断し、表示部３０に成膜品質が良好でないことを表示させる（Ｓ１９０：Ｎｏ、Ｓ２１０）。
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。
【００７８】
これによれば、アーク放電評価装置１は、アーク放電状態の特徴量の関係（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、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係）に基づいて、成膜品質の良否判定を行うことができる。
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。
【００７９】
データ解析部２０は、以上のようなステップＳ１９０〜Ｓ２１０を、判定部２２によって行う。つまり、判定部２２は、ステップＳ１９０〜Ｓ２１０を実行するための演算処理を行うプログラム等により構成される。
【００８０】
このように、ステップＳ１９０は、ステップＳ１８０で取得した二次関数の二次項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の関係とに基づいて、アーク放電状態を良否判定する良否判定工程として機能する。
【００８１】
本実施形態では、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関関数ｒの関係と、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係とに基づいて良否判定を行ったが、これに限定されるものでない。
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。
【００８２】
また、アーク放電評価方法は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係に基づいて良否判定を行っても構わない。
【００８３】
以下では、各範囲Ｒ１・Ｒ２を決定する手順について説明する。
【００８４】
図１３に示すように、各範囲Ｒ１・Ｒ２の設定では、未使用の金属ターゲット１２０を真空容器１０１内にセットする（Ｓ３１０）。
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）。
【００８５】
未使用の金属ターゲット１２０の表面を昇華させた後、アーク放電評価装置１は、図１３および図１４に示すように、前述したステップＳ３０〜Ｓ８０と同様のステップＳ３４０〜Ｓ３９０を行う。つまり、アーク放電評価装置１は、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を取得する（図１４に白塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００８６】
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を取得した後で、図１３に示すように、アーク放電評価装置１は、劣化した金属ターゲット１２０を真空容器１０１にセットする（Ｓ４００）。つまり、アーク放電評価装置１は、未使用の金属ターゲット１２０を劣化した金属ターゲット１２０に交換する。
【００８７】
「劣化した金属ターゲット１２０」とは、成膜品質が良好でないと判定されたときに表面を昇華させた金属ターゲット１２０である。このような劣化した金属ターゲット１２０としては、例えば、硬質薄膜コーティングを繰り返し行うことで表面が窪んだ金属ターゲット１２０等がある。
【００８８】
劣化した金属ターゲット１２０をセットした後で、データ解析部２０は、劣化した金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。すなわち、図１３および図１４に示すように、データ解析部２０は、前述したステップＳ３０〜Ｓ８０と同様の手順で、劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量を取得する（Ｓ４１０、図１４に黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００８９】
劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量を取得した後で、データ解析部２０は、未使用の金属ターゲット１２０と劣化した金属ターゲット１２０とにおけるアーク放電状態の特徴量とを比較して、各範囲Ｒ１・Ｒ２を設定する（Ｓ４２０）。
【００９０】
劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量（図１４に黒塗りの丸で示す座標データ）は、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（図１４に白塗りの丸で示す座標データ）の周囲に分散する。
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。
【符号の説明】
【００９１】
１ アーク放電評価装置
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）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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評価するアーク放電評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車部品の摺動性や耐摩耗性等を向上させるために、真空アーク蒸着装置によって自動車部品に硬質薄膜コーティング（例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング等）を施している。
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。
【０００３】
生産設備に複数の真空アーク蒸着装置を設置して、製品の成膜品質を同質にする場合、制御因子を測定して、制御因子と成膜品質との関係を明確にする必要がある。
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（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。
【０００４】
特許文献１に開示される技術では、ＣＣＤカメラ等によりアークやアーク周囲を撮影し、撮影した画像より略楕円状の高輝度部（アーク）を抽出する。そして、高輝度部の重心、長軸、および短軸等に基づいて、溶接トーチのウィービング動作の補正量を定量的に評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される技術では、高輝度部の重心等を算出するため、高輝度部が閉じた形状であることが前提となっている。アークスポットは、その形状が非常に小さく、また、金属ターゲットの表面をランダムに高速移動するため、アークスポットの移動軌跡を繋いで高輝度部を抽出する場合、高輝度部が閉じた形状とならない可能性がある。
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。
【０００７】
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、アーク放電状態を確実に評価できるアーク放電評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１においては、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、ものである。
【０００９】
請求項２においては、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、ものである。
【００１０】
請求項３においては、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、ものである。
【００１１】
請求項４においては、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、ものである。
【００１２】
請求項５においては、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、ものである。
【００１３】
請求項６においては、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、ものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、アークスポットの移動軌跡が閉じた形状とならない場合でもアーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アーク放電評価装置の構成を示す図。
【図２】アーク放電評価方法の手順を示す図。
【図３】解析画像データを示す図。
【図４】抽出座標データを示す図。
【図５】回帰した二次関数のグラフを示す図。
【図６】二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係を示す図。
【図７】原点から各抽出座標データまでの距離を示す図。
【図８】距離の平均および距離の分散の関係を示す図。
【図９】生産設備にアーク放電評価装置を適用した状態を示す図。
【図１０】アーク放電評価方法を用いて成膜品質を良否判定する手順を示す図。
【図１１】二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係から成膜品質を良否判定する状態を示す図。（ａ）成膜品質が良好であると判定される場合を示す図。（ａ）成膜品質が良好でないと判定される場合を示す図。
【図１２】距離の平均および距離の分散の関係から成膜品質を良否判定する状態を示す図。（ａ）成膜品質が良好であると判定される場合を示す図。（ａ）成膜品質が良好でないと判定される場合を示す図。
【図１３】各範囲を設定する手順を示す図。
【図１４】未使用の金属ターゲットおよび劣化した金属ターゲットにおけるアーク放電状態の特徴量を示す図。（ａ）二次関数の二次項および二次関数の相関係数の関係を示す図。（ｂ）距離の平均および距離の分散の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本実施形態のアーク放電評価方法について説明する。
【００１７】
本実施形態のアーク放電評価方法は、真空アーク蒸着装置１００によってワークＷに硬質薄膜コーティング（例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング等）を施すときに発生させるアーク放電の状態を評価するものである。
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。
【００１８】
まず、真空アーク蒸着装置１００について説明する。
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。
【００１９】
アーク電源１１０は、陰極側が金属ターゲット１２０に接続されるとともに陽極側が電極１３０に接続され、金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。
【００２０】
金属ターゲット１２０は、真空容器１０１内に配置され、アーク電源１１０よりアーク電圧が印加されてカソード（陰極）となる。金属ターゲット１２０は、硬質薄膜となる材料（チタン等）によって構成される。
【００２１】
電極１３０は、真空容器１０１内に配置されるとともに、金属ターゲット１２０より離間する位置に配置される。電極１３０は、アーク電源１１０よりアーク電圧が印加されてアノード（陽極）となる。
【００２２】
真空容器１０１内の金属ターゲット１２０および電極１３０より離間する位置には、ワークＷが配置される。
【００２３】
真空アーク蒸着装置１００は、真空ポンプ等により真空容器１０１内を所定の真空度にして、アーク電源１１０により金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。
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。
【００２４】
生産設備に複数の真空アーク蒸着装置１００を設置して、各真空アーク蒸着装置１００間で製品の成膜品質を同質にする場合、制御因子を測定して、制御因子と成膜品質との関係を明確にする必要がある。
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。
【００２５】
アークスポット１００ａは、金属ターゲット１２０の表面で高温状態となる部分である。従って、アークスポット１００ａが発生している部分では、多くの金属イオン１２１が発生する。アークスポット１００ａは、その形状が非常に小さく、金属ターゲット１２０の表面をランダムに高速移動する。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
次に、アーク放電評価装置１について説明する。
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。
【００２８】
撮像器１０は、真空容器１０１の外側に配置され、真空容器１０１内を視認可能なのぞき窓１０１ａより金属ターゲット１２０の表面を撮影する。本実施形態の撮像器１０は、ＣＣＤカメラによって構成される。撮像器１０により撮影された解析画像データ４１（図３参照）は、データ解析部２０に送信される。
【００２９】
なお、撮像器１０の構成は、本実施形態に限定されるものでなく、例えば、赤外線カメラであっても構わない。
【００３０】
データ解析部２０は、解析画像データ４１を記録するとともに解析画像データ４１を解析し、アーク放電状態を評価するものである。データ解析部２０は、演算部２１等を備える。
【００３１】
演算部２１は、アーク放電評価方法に関する種々の演算処理を行う。
【００３２】
データ解析部２０は、例えば、市販のパーソナルコンピュータで所定のプログラムを実行することにより動作する。
【００３３】
次に、アーク放電評価装置１を用いて行うアーク放電評価方法の手順について説明する。
【００３４】
まず、図１および図２に示すように、アーク放電評価方法では、真空容器１０１ののぞき窓１０１ａより金属ターゲット１２０の表面を撮影可能となるように、真空容器１０１の外側に撮像器１０をセットする（Ｓ１０）。
【００３５】
撮像器１０をセットした後で、アーク放電評価装置１は、アーク電源１１０より金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加して、金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク放電を発生させ、金属ターゲット１２０の表面を昇華させる（Ｓ２０）。
【００３６】
アーク電圧を印加した後で、アーク放電評価装置１は、撮像器１０により金属ターゲット（カソード）１３０の表面を所定のサンプリング周期で複数回撮影する（Ｓ３０）。
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。
【００３７】
なお、ステップＳ３０では、アーク放電状態がわかるデータを取得できればよく、例えば、金属ターゲット１２０の表面の温度を測定しても構わない。この場合、撮像器１０は、サーモグラフィー等によって構成される。
【００３８】
このように、ステップＳ３０は、金属ターゲット１３０の表面を複数回撮影または金属ターゲット１３０の表面温度を複数回測定して、アーク放電状態を複数の解析画像データ４１として取得する画像取得工程として機能する。
【００３９】
図３に示すように、各解析画像データ４１では、アークスポット１００ａに対応する部分に電流が集中して高温となり、最も強く光る。
【００４０】
撮影が終了した後で、図１および図２に示すように、アーク放電評価装置１は、撮像器１０からデータ解析部２０に各解析画像データ４１を送信し、データ解析部２０に各解析画像データ４１を記憶させる（Ｓ４０）。
【００４１】
各解析画像データ４１を記憶した後で、データ解析部２０は、各解析画像データ４１を座標データに変換する変換工程を行う（Ｓ５０）。
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。
【００４２】
具体的には、データ解析部２０は、図３に示す解析画像データ４１の左下端部を原点として、紙面右方向をｘ軸、紙面上方向をｙ軸とした座標軸上に、解析画像データ４１を配置する。
【００４３】
各解析画像データ４１を座標データに変換した後で、図２および図４に示すように、データ解析部２０は、座標データと所定の閾値とを比較することで、座標データよりアークスポット１００ａに対応する部分を、解析画像データ４１毎に抽出する抽出工程を行う（Ｓ６０）。
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。
【００４４】
このとき、例えば、データ解析部２０は、各解析画像データ４１の中で最も輝度が高い（明るい）部分の輝度値の９０％を閾値に設定し、前記閾値以上の輝度値を有するデータだけを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。
【００４５】
なお、座標データの抽出に用いる閾値の設定内容は、本実施形態に限定されるものでない。また、サーモグラフィーによって撮像器１０を構成した場合、アーク放電状態を測定した温度に対して閾値が設定される。
【００４６】
座標データを抽出した後で、データ解析部２０は、解析画像データ４１毎に抽出座標データ４２の数を算出する（Ｓ７０）。
【００４７】
抽出座標データ４２の数を算出した後で、データ解析部２０は、解析画像データ４１毎に抽出座標データ４２よりアーク放電状態の特徴量を算出する特徴量取得工程を行う（Ｓ８０）。
【００４８】
「アーク放電状態の特徴量」とは、アーク放電状態を定量的に示す情報である。
【００４９】
アーク放電状態の特徴量を算出するとき、図５に示すように、データ解析部２０は、抽出座標データ４２を二次関数で回帰する。
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。
【００５０】
データ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００５１】
これによれば、図６に示すように、データ解析部２０は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒの関係を用いて、アーク放電状態（アークスポット１００ａの動き）を定量的に表すことができる。
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。
【００５２】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
【００５３】
二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒとを取得した後で、図７に示すように、データ解析部２０は、原点から各抽出座標データ４２までの距離Ｒｎを算出する。このとき、データ解析部２０は、抽出座標データ４２の座標値毎に距離Ｒｎを算出するとともに、ステップＳ７０にて算出した座標データの数を用いて距離Ｒｎの平均Ｒを算出する（図７に示す距離の平均を示す式参照）。
【００５４】
なお、反転信号は、本来、オーバーラインを用いて表記すべきであるが、明細書作成方式の制限上、本明細書では「平均Ｒ」と表記する。
【００５５】
距離Ｒｎの平均Ｒを算出した後で、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび抽出座標データ４２より、距離Ｒｎの分散ＶＲを算出する（図７に示す距離の分散を示す式参照）。
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。
【００５６】
データ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００５７】
これによれば、データ解析部２０は、図８に示すように、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係を用いて、アーク放電状態を定量的に表すことができる。
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。
【００５８】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
【００５９】
本実施形態のデータ解析部２０は、特徴量取得工程Ｓ８０にて、二次関数の二次項ａと二次関数の相関係数ｒと距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとをアーク放電状態の特徴量として取得する。
【００６０】
これによれば、データ解析部２０は、図６および図８に示すように、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の関係とを用いて、アーク放電状態を定量的に表すことができる。
【００６１】
従って、アーク放電評価方法は、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アーク放電状態を定量化できるため、アーク放電状態を確実に評価できる。
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。
【００６２】
データ解析部２０は、以上のようなステップＳ４０〜Ｓ８０を、演算部２１によって行う。つまり、演算部２１は、ステップＳ４０〜Ｓ８０を実行するための演算処理を行うプログラム等により構成される。
【００６３】
なお、アーク放電評価方法において取得するアーク放電状態の特徴量は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒと、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲとの、少なくともいずれか一方であればよい。
【００６４】
このようなアーク放電評価方法を適用した生産設備においては、成膜品質を監視できる。
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。
【００６５】
図９に示すように、成膜品質の監視を行う場合、アーク放電評価装置１は、図１に示す構成に加えて、データ解析部２０に判定部２２を備えるとともに、表示部３０をさらに具備する。
【００６６】
判定部２２は、アーク放電状態の特徴量から成膜品質を良否判定し、その結果を表示部３０に送信する。
【００６７】
表示部３０は、判定部２２からの信号を受信して、作業者等がその結果を判断可能となるように表示する。
【００６８】
表示部３０は、データ解析部２０を動作させるパーソナルコンピュータに市販の液晶ディスプレイやプリンタ等を接続することにより動作する。
【００６９】
次に、成膜品質を監視する場合の手順について説明する。
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。
【００７０】
アーク放電状態の特徴量を取得した後で、データ解析部２０は、アーク放電状態の特徴量の関係を求める。すなわち、データ解析部２０は、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関係数ｒの関係を求めるとともに、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係を求める。
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）。
【００７１】
具体的には、図１１に示すように、データ解析部２０は、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が、第一範囲Ｒ１内に位置しているかを確認する（図１１に白塗りおよび黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００７２】
図１１（ａ）に示すように、第一範囲Ｒ１は、成膜品質が良好である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が含まれる範囲である（図１１（ａ）に白塗りの丸で示す座標データ参照）。
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）。
【００７３】
図１２に示すように、データ解析部２０は、距離Ｒｎの平均Ｒと距離Ｒｎの分散ＶＲとにより規定される座標データが、第二範囲Ｒ２内に位置しているかを確認する（図１２に白塗りおよび黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００７４】
図１２（ａ）に示すように、第二範囲Ｒ２は、成膜品質が良好である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と距離Ｒｎの分散ＶＲとにより規定される座標データが含まれる範囲である（図１２（ａ）に白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）。
【００７５】
データ解析部２０は、各範囲Ｒ１・Ｒ２内に全ての座標データが含まれているかどうかを確認することで、成膜品質の良否判断を行う。
【００７６】
仮に、図１１（ａ）および図１２（ａ）に示すように、各範囲Ｒ１・Ｒ２内に全ての座標データが含まれている場合、データ解析部２０は、成膜品質が良好であると判断し、表示部３０に成膜品質が良好であることを表示させる（Ｓ１９０：Ｙｅｓ、Ｓ２００）。
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。
【００７７】
一方、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示すように、第一範囲Ｒ１内および第二範囲Ｒ２内の少なくともいずれか一方に全ての座標データが含まれていない場合、データ解析部２０は、成膜品質が良好でないと判断し、表示部３０に成膜品質が良好でないことを表示させる（Ｓ１９０：Ｎｏ、Ｓ２１０）。
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。
【００７８】
これによれば、アーク放電評価装置１は、アーク放電状態の特徴量の関係（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、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係）に基づいて、成膜品質の良否判定を行うことができる。
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。
【００７９】
データ解析部２０は、以上のようなステップＳ１９０〜Ｓ２１０を、判定部２２によって行う。つまり、判定部２２は、ステップＳ１９０〜Ｓ２１０を実行するための演算処理を行うプログラム等により構成される。
【００８０】
このように、ステップＳ１９０は、ステップＳ１８０で取得した二次関数の二次項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の関係とに基づいて、アーク放電状態を良否判定する良否判定工程として機能する。
【００８１】
本実施形態では、二次関数の二次項ａおよび二次関数の相関関数ｒの関係と、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係とに基づいて良否判定を行ったが、これに限定されるものでない。
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。
【００８２】
また、アーク放電評価方法は、距離Ｒｎの平均Ｒおよび距離Ｒｎの分散ＶＲの関係に基づいて良否判定を行っても構わない。
【００８３】
以下では、各範囲Ｒ１・Ｒ２を決定する手順について説明する。
【００８４】
図１３に示すように、各範囲Ｒ１・Ｒ２の設定では、未使用の金属ターゲット１２０を真空容器１０１内にセットする（Ｓ３１０）。
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）。
【００８５】
未使用の金属ターゲット１２０の表面を昇華させた後、アーク放電評価装置１は、図１３および図１４に示すように、前述したステップＳ３０〜Ｓ８０と同様のステップＳ３４０〜Ｓ３９０を行う。つまり、アーク放電評価装置１は、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を取得する（図１４に白塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００８６】
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を取得した後で、図１３に示すように、アーク放電評価装置１は、劣化した金属ターゲット１２０を真空容器１０１にセットする（Ｓ４００）。つまり、アーク放電評価装置１は、未使用の金属ターゲット１２０を劣化した金属ターゲット１２０に交換する。
【００８７】
「劣化した金属ターゲット１２０」とは、成膜品質が良好でないと判定されたときに表面を昇華させた金属ターゲット１２０である。このような劣化した金属ターゲット１２０としては、例えば、硬質薄膜コーティングを繰り返し行うことで表面が窪んだ金属ターゲット１２０等がある。
【００８８】
劣化した金属ターゲット１２０をセットした後で、データ解析部２０は、劣化した金属ターゲット１２０と電極１３０との間にアーク電圧を印加する。すなわち、図１３および図１４に示すように、データ解析部２０は、前述したステップＳ３０〜Ｓ８０と同様の手順で、劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量を取得する（Ｓ４１０、図１４に黒塗りの丸で示す座標データ参照）。
【００８９】
劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量を取得した後で、データ解析部２０は、未使用の金属ターゲット１２０と劣化した金属ターゲット１２０とにおけるアーク放電状態の特徴量とを比較して、各範囲Ｒ１・Ｒ２を設定する（Ｓ４２０）。
【００９０】
劣化した金属ターゲット１２０におけるアーク放電状態の特徴量（図１４に黒塗りの丸で示す座標データ）は、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（図１４に白塗りの丸で示す座標データ）の周囲に分散する。
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。
【符号の説明】
【００９１】
１ アーク放電評価装置
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）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１２８２２（Ｐ２０１３−１１２８２２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６８６６（Ｐ２０１１−２５６８６６）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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