JP2020063462A - 窒化処理装置および窒化処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
工程(1):チャンバ10の内部空間に回転テーブル20(サブテーブル200)を配置し、当該回転テーブル20によって金属からなるワークWを支持する。
工程(2):測温接点61Sを含み測温接点61Sが検出する温度に応じた信号を出力する熱電対素線61をワークWに隣接するようにチャンバ10の内部空間に配置する。
工程(3):熱電対素線61に対して絶縁された金属製の金属シース60をチャンバ10の内部空間に配置し、測温接点61Sを覆うように金属シース60に熱電対素線61を収容する。なお、本実施形態では、前述のように、シース熱電対6が用いられることで、熱電対素線61および金属シース60が一体として、チャンバ10の内部空間(特に、回転テーブル20またはサブテーブル200上)に配置される。
工程(4):チャンバ10の前記内部空間を真空とした状態で当該内部空間に少なくとも窒素を含むガスを供給する。
工程(5):チャンバ10の内部空間に配置されるヒータ70によって、ワークWを輻射加熱する。
工程(6):チャンバ10の内部空間に配置されるフィラメント34(陰極)およびフィラメント34に対向して配置されるチャンバ側壁35(陽極)を有するプラズマ発生部30によって、少なくとも前記窒素から窒素イオンを生成する。
工程(7):ワークWおよび金属シース60がマイナス側の同電位に設定されるようにワーク印加部40によってワークWおよび金属シース60に所定の電圧を印加し、熱電対素線61から出力された前記信号に基づいてヒータ70の発熱量を制御しながら、前記窒素イオンをワークWに衝突させることでワークWに窒化処理を施す。なお、ワーク印加部40による前記電圧の印加は、工程(6)以前から継続して行われてもよい。
<共通条件>
ワークWおよび金属シース60に印加される電圧:−400V
チャンバ10に供給される窒素および水素を含むガスの圧力:0.3Pa
<実施例>
ワークWに相当するダミーホブを回転テーブル20上に載置するとともに、測温用のテストピースとして炭素工具鋼(SK5)およびシース熱電対6を回転テーブル20上に載置、固定し、テストピースおよびシース熱電対6の金属シース60を同電位に設定する。ヒータ制御部804が設定するテストピースの目標温度は400℃である。上記の条件で、窒化処理を行った後、テストピース(SK5)の焼き戻し温度を行ったところ、窒化処理中のテストピースの最大温度は444.3度であった。一方、ワークWに対して同電位に設定された金属シース60を含むシース熱電対6の出力信号から得られるワークWの温度は、444.4度であった。このように、図2の態様では、ワークWの温度を精度良く測定することができた。
<比較例>
ワークWに相当するダミーホブを回転テーブル20上に載置するとともに、測温用のテストピースとして炭素工具鋼(SK5)を回転テーブル20上に載置、固定する。本比較例では、不図示の熱電対がチャンバ10の内部空間の上方部分に配置される。また、ヒータ制御部804が設定するテストピースの目標温度は550℃である。上記の条件で、窒化処理を行った後、テストピース(SK5)の焼き戻し温度を測定したところ、窒化処理中のテストピースの最大温度は456.0度であった。一方、熱電対の出力信号から得られるワークWの温度は、315.8度であった。このように、比較例では、実施例と比較してワークWの温度の測定誤差が大きくなった。
10 チャンバ
20 回転テーブル(支持体)
21 テーブル支持部
22 テーブル駆動部
30 プラズマ発生部
31 放電用電源(プラズマ用電源)
32 チャンバ導通路
33 フィラメント導通路
34 フィラメント(陰極)
35 チャンバ側壁(陽極)
40 ワーク印加部
41 ワーク用電源(被処理体用電源)
42 ワーク導通路
43 チャンバ導通路
50 ガス供給部
51 水素タンク
52 水素流量制御部
53 窒素タンク
54 窒素流量制御部
55 ガス供給口
6 シース熱電対
60 金属シース(収容部材)
61 熱電対素線
61A 第1素線
61B 第2素線
61S 測温接点(測温部)
62 絶縁材(絶縁層)
70 ヒータ
71 ヒータ電源
72 ヒータ熱電対
80 制御部
801 駆動制御部
802 温度変換部
803 電源制御部(処理条件制御部)
804 ヒータ制御部(処理条件制御部)
90 蒸発源
H 加熱領域
P プラズマ
W ワーク(被処理体)
Claims (14)
- 内部空間を有する金属製のチャンバと、
前記内部空間に連通し当該内部空間に少なくとも窒素を含むガスを供給するガス供給部と、
前記内部空間に配置され、金属からなる少なくとも一つの被処理体を支持する支持体と、
前記内部空間にプラズマを発生させるプラズマ発生源であって、前記内部空間に配置される陰極と前記陰極に対向して配置される陽極とを有し、少なくとも前記窒素から窒素イオンを生成するプラズマ発生源と、
前記内部空間に配置され、前記被処理体を加熱する少なくとも一つのヒータと、
前記少なくとも一つの被処理体に隣接するように前記内部空間に配置され、測温部を含み前記測温部が検出する温度に応じた信号を出力する、少なくとも一つの熱電対素線と、
前記少なくとも一つの熱電対素線に対して絶縁された状態で、前記測温部を覆うように前記少なくとも一つの熱電対素線を内部に収容する少なくとも一つの金属製の収容部材と、
前記少なくとも一つの被処理体および前記少なくとも一つの収容部材がマイナス側の同電位に設定されるように、前記少なくとも一つの被処理体および前記少なくとも一つの収容部材に所定の電圧を印加する被処理体用電源と、
前記熱電対素線から出力される前記信号に基づいて、前記ヒータの発熱量を制御する処理条件制御部と、
を備える、窒化処理装置。 - 前記少なくとも一つの熱電対素線および前記少なくとも一つの収容部材を含む少なくとも一つのシース熱電対を更に有し、
前記シース熱電対は、前記収容部材の内部に配置され前記熱電対素線を保持する絶縁層を更に備える、請求項1に記載の窒化処理装置。 - 前記支持体は、導電性の部材からなり、
前記少なくとも一つの被処理体および前記少なくとも一つの収容部材は、前記支持体に導通するように前記支持体に支持されており、
前記被処理用電源は、前記支持体に前記電圧を印加することで、前記少なくとも一つの被処理体と前記少なくとも一つの収容部材とを前記同電位に設定する、請求項1または2に記載の窒化処置装置。 - 前記支持体は、上面部を有し上下方向に沿って延びる軸回りに回転可能な回転テーブルであって、
前記少なくとも一つの被処理体および前記少なくとも一つの収容部材は、前記回転テーブルの前記上面部に載置されることで、前記回転テーブルに導通する、請求項3に記載の窒化処理装置。 - 前記ガス供給部は、更に水素を含むガスを前記内部空間に供給し、
前記プラズマ発生源は、前記水素から水素イオンを更に生成する、請求項1乃至4の何れか1項に記載の窒化処理装置。 - 前記プラズマ発生源は、前記陰極と前記陽極との間に所定の電位差が形成されるように前記陰極および前記陽極に電圧を印加するプラズマ用電源を更に有する、請求項1乃至5の何れか1項に記載の窒化処理装置。
- 前記陽極は、前記チャンバの内壁から構成される、請求項6に記載の窒化処理装置。
- 前記陰極との間で前記支持体を挟むように前記内部空間に配置される蒸発源を更に有し、
前記陽極は、前記蒸発源から構成される、請求項6に記載の窒化処理装置。 - 前記少なくとも一つの被処理体は、前記内部空間において所定の方向に沿って互いに間隔をおいて配置される複数の被処理体を有し、
前記少なくとも一つのヒータは、前記内部空間において前記複数の被処理体にそれぞれ対向して配置され前記複数の被処理体をそれぞれ加熱する複数のヒータを有し、
前記少なくとも一つの熱電対素線および前記少なくとも一つの収容部材は、前記複数の被処理体にそれぞれ隣接して配置される、複数の熱電対素線および複数の収容部材を有し、
前記処理条件制御部は、前記複数の熱電対素線から出力される前記信号に基づいて、前記複数のヒータの発熱量をそれぞれ制御する、請求項1乃至8の何れか1項に記載の窒化処理装置。 - 前記処理条件制御部は、前記熱電対素線から出力される前記信号に基づいて、前記プラズマ発生源のプラズマ発生量を更に制御する、請求項1乃至9の何れか1項に記載の窒化処理装置。
- チャンバの内部空間に支持体を配置し、当該支持体によって金属からなる被処理体を支持することと、
測温部を含み前記測温部が検出する温度に応じた信号を出力する熱電対素線を前記被処理体に隣接するように前記内部空間に配置することと、
前記熱電対素線に対して絶縁された金属製の収容部材を前記内部空間に配置し、前記測温部を覆うように前記収容部材に前記熱電対素線を収容することと、
前記チャンバの前記内部空間を真空とした状態で当該内部空間に少なくとも窒素を含むガスを供給することと、
前記内部空間に配置されるヒータによって、前記被処理体を加熱することと、
前記内部空間に配置される陰極および前記陰極に対向して配置される陽極を有するプラズマ発生源によって前記内部空間にプラズマを発生させ、少なくとも前記窒素から窒素イオンを生成することと、
前記被処理体と前記収容部材とがマイナス側の同電位に設定されるように前記被処理体および前記収容部材に所定の電圧を印加し、前記熱電対素線から出力された前記信号に基づいて前記ヒータの発熱量を制御しながら、前記窒素イオンを前記被処理体に衝突させることで前記被処理体に窒化処理を施すことと、
を備える、窒化処理方法。 - 前記チャンバの前記内部空間を真空とした状態で当該内部空間に前記窒素に加え更に水素を含む前記ガスを供給し、
前記プラズマ発生源によって、前記窒素イオンに加え、前記水素から水素イオンを更に生成する、請求項11に記載の窒化処理方法。 - 前記被処理体と前記収容部材とがマイナス側の同電位に設定されるように前記被処理体および前記収容部材に−600V以上0V以下の電圧を印加する、請求項11または12に記載の窒化処理方法。
- 前記チャンバの前記内部空間を真空とした状態で当該内部空間に少なくとも窒素を含む前記ガスを前記チャンバ内の圧力が0.2Pa以上0.5Pa以下となるように供給する、請求項11乃至13の何れか1項に記載の窒化処理方法。
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