(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率を測定するステップ（ａ）と、
前記電気抵抗率とあらかじめ算出した評価式とに従い前記ダイヤモンド様薄膜に含まれる結合状態が異なる炭素の比率を評価するステップ（ｂ）とを備え、
前記評価式は、前記電気抵抗率と、Ｘ線光電子分光スペクトルの炭素１ｓピークのピーク位置との相関関係、及び前記炭素１ｓピークのピーク位置と前記結合状態が異なる炭素の比率との相関関係を表し、且つ複数の基準となるダイヤモンド様薄膜について電気抵抗率及びＸ線光電子分光スペクトルを測定することにより求め、
前記結合状態は、ｓｐ3炭素−炭素結合と、ｓｐ2炭素−炭素結合と、ｓｐ3炭素−水素結合と、ｓｐ2炭素−水素結合とを含むことを特徴とするダイヤモンド様薄膜の評価方法。
【請求項２】
前記ステップ（ｂ）は、前記電気抵抗率から前記炭素１ｓピークのピーク位置を算出し、算出した炭素１ｓピークの位置から前記結合状態が異なる炭素の比率を算出することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド様薄膜の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド様薄膜の評価方法に関し、特に電気抵抗率を用いたダイヤモンド様薄膜の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド様薄膜（ＤＬＣ膜）は、高強度で且つ低摩擦の平坦な表面を有する。このため、工具、金型及びハードディスク等の表面の保護に用いられている。また、平滑な特性を生かしてステント及びカテーテル等の血液と接触する医療用器具の表面のコーティングにも用いられている。医療器具の表面コーティングに用いる場合には、ＤＬＣ膜にフッ素又はシリコン等の不純物を添加して生体適合性をさらに向上させることも試みられている。さらには、ＤＬＣ膜にプラズマ照射等を行い、ＤＬＣ膜の表面をさらに修飾することも試みられている。
【０００３】
ＤＬＣ膜は、ｓｐ2結合した炭素と、ｓｐ3結合した炭素と、水素との３つの成分を含むアモルファスな材料である。ＤＬＣ膜の特性は、３つの成分の比率によって変化する。３つの成分の比率は、ＤＬＣ膜の成膜条件によって大きく変化する。また、ＤＬＣ膜に添加する不純物によっても変化する。このため、３つの成分の比率を評価することが、ＤＬＣ膜の品質を管理するために必要である。特に、ＤＬＣ膜の表面を修飾する場合にはＤＬＣ膜の表面近傍における炭素の結合状態を評価する必要がある。
【０００４】
ＤＬＣ膜中の炭素の結合状態についてはＸ線光電子分光（ＸＰＳ）法及びレーザラマン分光法等により評価する方法が知られている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２を参照。）。
【非特許文献１】J. Diaz、 他、 "Phys. Rev. B"、１９９６年、５４巻、ｐ．８０６４
【非特許文献２】E. H. Lee、 他、"Phys. Rev. B"、１９９３年、４８巻、ｐ．１５５４０
【非特許文献３】S. Takabayashi、他、"J. Applied physics"、２００７年、１０１巻、ｐ．１０３５４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記のＸＰＳ法及びレーザラマン分光法等は、高価な装置が必要であり測定時間も長いという問題を有している。このため、ＸＰＳ法及びレーザラマン分光法等をＤＬＣ膜の品質検査等に用いることは困難である。従って、形成されたＤＬＣ膜の特性がＤＬＣ膜中の炭素の結合状態によって大きく変化するにも拘わらず、ほとんど品質検査されることなく出荷されている。また、ＤＬＣ膜の表面を修飾する場合には、ＤＬＣ膜の表面における炭素の結合状態によって、修飾のされ方が大きく変化する。従って、中間検査が重要となるが、迅速簡便にＤＬＣ膜の表面における炭素の結合状態を評価することは困難である。
【０００６】
本発明は、ダイヤモンド様薄膜における炭素の結合状態を簡便に評価するダイヤモンド様薄膜の評価方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明はダイヤモンド様薄膜の評価方法を、ダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率を測定することにより行う構成とする。
【０００８】
具体的に、本発明に係るダイヤモンド様薄膜の評価方法は、ダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率を測定するステップ（ａ）と、電気抵抗率とあらかじめ算出した評価式とに従いダイヤモンド様薄膜における炭素の結合状態を評価するステップ（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のダイヤモンド様薄膜の評価方法は、ダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率を測定することによりＸ線光電子分光スペクトルを測定測定した場合とほぼ同様に炭素の結合状態を評価できる。電気抵抗率の測定は、Ｘ線光電子分光スペクトルの測定と比べて、非常に簡単で且つ短時間に測定が可能である。従って、ダイヤモンド様薄膜における炭素の結合状態を非常に簡便に評価することができる。
【００１０】
本発明のダイヤモンド様薄膜の評価方法において、炭素の結合状態は、ｓｐ3炭素−炭素結合と、ｓｐ2炭素−炭素結合と、ｓｐ3炭素−水素結合と、ｓｐ2炭素−水素結合とを含むことが好ましい。
【００１１】
本発明のダイヤモンド様薄膜の評価方法において、複数の基準となるダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率とＸ線光電子分光スペクトルとを測定することにより評価式を作成するステップ（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るダイヤモンド様薄膜の評価方法によれば、ダイヤモンド様薄膜における炭素の結合状態を簡便に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係るＤＬＣ膜の評価方法は、本願発明者らが見いだしたＤＬＣ膜の電気抵抗率とＤＬＣ膜のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）スペクトルのピーク位置との間に強い相関関係があるという知見に基づき、ＤＬＣ膜の電気抵抗率を測定することにより、ＤＬＣ膜の炭素の結合状態を評価する方法である。
【００１４】
まず、本発明に係るダイヤモンド様薄膜の評価方法の原理について説明する。図１は製造条件が異なる３種類のＤＬＣ膜におけるＸＰＳスペクトルを示している。ここで用いたＤＬＣ膜は、シリコン基板の上に非平衡マグネトロンスパッタリング法により形成したものであり、表１に示すような条件により作成したものである。サンプルＡ〜Ｃは、ＤＬＣ膜を形成する際にチャンバ内のメタン（ＣＨ4）とアルゴン（Ａｒ）との比率を変化させている。また、ＸＰＳスペクトルを測定する検出角度が４５度の場合を示している。
【００１５】
【表１】
0005194655.tif 000002
【００１６】
図１に示すようにＣＨ4とＡｒとの比率を変化させると、炭素の１ｓスペクトルのピークの位置及び半値幅が変化している。チャンバ内におけるＣＨ4の比率が高くなるに従い、炭素の１ｓスペクトルのピーク位置は高エネルギー側にシフトし、半値幅は小さくなる。
【００１７】
ＸＰＳスペクトルのピークの位置及び半値幅の変化は、ＤＬＣ膜に含まれる結合状態が異なる炭素の比率の変化を示している。本願発明者らは、不純物の添加を行っていない通常のＤＬＣ膜における主な炭素の結合状態は、ｓｐ3炭素−炭素（ｓｐ3Ｃ−Ｃ）結合、ｓｐ3炭素−水素（ｓｐ3Ｃ−Ｈ）結合、ｓｐ2炭素−炭素（ｓｐ2Ｃ−Ｃ）結合及びｓｐ2炭素−水素（ｓｐ2Ｃ−Ｈ）結合であるという知見を得ている（非特許文献３を参照。）。
【００１８】
この知見に基づいてＸＰＳスペクトルをカーブフィッティングした結果を図２に示す。カーブフィッティングには、式１に示すようなドニアック−サンジック（ＤＳ）関数を用いた。
【００１９】
【数１】
0005194655.tif 000003
【００２０】
ここで、Γ（ｘ）はガンマ関数であり、αは非対称性を示す特異性指数である。ΓLはローレンツ関数の半値幅であり、Ｅ0はαが０の場合のカーブにおける結合エネルギーの中心値である。ΓGはガンマ関数の半値幅であり、ＩはＸ線の強度に対応する比例係数であり、ＥBEは結合エネルギーである。
【００２１】
また、ｓｐ3Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ2Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ3Ｃ−Ｈ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｈ結合のピーク位置は、それぞれ２８３．７ｅＶ〜２８３．８ｅＶ、２８４．２ｅＶ〜２８４．３ｅＶ、２８４．７ｅＶ〜２８４．８ｅＶ及び２８５．３ｅＶ〜２８５．４ｅＶとした。また、α、ΓL、ΓGの各パラメータの値は、各成分について共通の値を用いている。
【００２２】
図３は、フィッティングにより求めた各成分のピーク強度とＸＰＳスペクトルのピーク位置との関係を示している。ＸＰＳスペクトルのピーク位置の結合エネルギーが大きいほど、ｓｐ3Ｃ−Ｃ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｃ結合のピーク強度が低下し、ｓｐ3Ｃ−Ｈ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｈ結合のピーク強度が上昇している。このように、ＸＰＳスペクトルのピーク位置とＤＬＣ膜の炭素の結合状態との間には相関があり、ＸＰＳスペクトルのピーク位置により炭素の結合状態を評価することができる。
【００２３】
図４は、種々の条件により作成したＤＬＣ膜の電気抵抗率とＸＰＳスペクトルのピーク位置との関係を示している。図４に示すように、ＤＬＣ膜の電気抵抗率とＸＰＳスペクトルのピーク位置とは強い相関を示している。ＸＰＳスペクトルのピーク位置によりＤＬＣ膜の炭素の結合状態を評価できるのであるから、電気抵抗率を測定することによりＤＬＣ膜の炭素の結合状態を評価できることを示している。
【００２４】
例えば、あらかじめ複数のＤＬＣ膜について電気抵抗率とＸＰＳスペクトルとを測定し、電気抵抗率とＸＰＳスペクトルのピーク位置との関係を表す検量式及びＸＰＳスペクトルのピーク位置とｓｐ3Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ2Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ3Ｃ−Ｈ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｈ結合の比率との関係を表す検量式を求めておくことにより、電気抵抗率を測定するだけでＤＬＣ膜のｓｐ3Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ2Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ3Ｃ−Ｈ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｈ結合の比率を求めることが可能となる。また、基準となるＤＬＣ膜の電気抵抗率と製品の電気抵抗率とを比較することにより、製品の良否を判断することが可能となる。
【００２５】
本実施形態においては、ＸＰＳスペクトルを、ｓｐ3Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ2Ｃ−Ｃ結合、ｓｐ3Ｃ−Ｈ結合及びｓｐ2Ｃ−Ｈ結合の４つの成分に分解する例を示したが、ｓｐ3結合とｓｐ2結合の２つの成分に分解して評価する場合おいても同様の効果が得られる。
【００２６】
ＤＬＣ膜の電気抵抗率の測定は、一般的な方法を用いればよいが、例えば以下のように四探針法（ＪＩＳ  Ｋ  ７１９４）を用いればよい。まず、一組の電流測定用探針(プローブ)及び電圧測定用プローブを用意する。電流プローブ組を外側に電圧プローブ組を内側に等間隔で一列に配置する。間隔は約１ｍｍが一般的である。外側の電流プローブ間に電流を流し、その際に発生する電圧を内側の電圧プローブで測定する。膜表面及び内部の電流の分布を考慮して、オームの法則を適用すると、電気抵抗率ρは以下の式２により求められる。
【００２７】
【数２】
0005194655.tif 000004
【００２８】
ここでＶは電圧、Ｉは電流、ｔは膜厚である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るダイヤモンド様薄膜の評価方法は、ダイヤモンド様薄膜における炭素の結合状態を簡便に評価でき、特にダイヤモンド様薄膜の品質管理等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】製造条件が異なるダイヤモンド様薄膜についてＸ線光電子分光スペクトルを測定した結果を示す図である。
【図２】Ｘ線光電子分光スペクトルをカーブフィッティングにより４つの成分に分解する例を示す図である。
【図３】カーブフィッティングにより求めた各成分のピーク強度と、Ｘ線光電子分光スペクトルのピーク位置との関係を示すグラフである。
【図４】ダイヤモンド様薄膜の電気抵抗率とＸ線光電子分光スペクトルのピーク位置との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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