JP2008133518A

JP2008133518A - プラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システム

Info

Publication number: JP2008133518A
Application number: JP2006321560A
Authority: JP
Inventors: Kain Matsushita; カイン松下; Hirotaka Chiba; 啓貴千葉; Noriko Uchiyama; 典子内山; Hideyuki Honda; 英幸本田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】プラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御を可能とするシステムの提供。
【解決手段】プラズマ窒化制御方法であって、プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象にし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御する。プラズマ窒化の際、炉本体５の側面の開口５ｂから、集光レンズ系３を介してプラズマの励起状態を検出し、検出光を光ファイバ１９で発光分光光度計４に導光し、集光ユニット１９ａで集光する。この光をモノクロメータ１７で分光し、ゲート付ＩＣＣＤ検出器１８でスペクトルを検出し、その発光スペクトル強度を信号ライン２１でコントローラ２０に伝える。コントローラ２０はインターフェース２３及びパーソナルコンピュータ２２を備え、このパーソナルコンピュータ２２が発光スペクトル強度を計算し、これを操作盤２５で設定された設定強度と比較し、その差に応じた制御信号をプラズマ電源８に出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、プラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システムに関する。

マイクロパルス・プラズマ窒化は、窒化反応の活性化及び低温化を可能とし、高度な温度制御システムによって、量産性と高品質性を兼備している。アンモニアレスによるプラズマ窒化プロセスは、人と環境に優しい表面改質技術であり、「３ゾーン加熱・冷却」方式により優れた均熱性を実現できる。

また、マイクロパルス・プラズマ窒化では、対流加熱により温度分布が向上、混載や量産処理が可能となり、対流冷却との併用で処理サイクルが短縮化し、直接ワークピースを測温することで信頼性の高い正確な温度測定制御が実現し、そして、マイクロパルス放電制御により、ワークピース表面上はアーク損傷や過熱することなく窒化処理が行われ、平滑性を損なわずに仕上がること等が特徴である。

また、マイクロパルス・プラズマ窒化は、直流・モノパルスそしてバイポーラパルスによる３種類の運転が可能な電源持っている。この電源では、パルス周波数は５０[ｋＨｚ]と高速であり、全ワークピース表面に渡り、均一なプラズマが発生することで、より安定したプラズマ熱処理を可能にした（非特許文献１参照）。
株式会社ケー・ブラッシュ商会ホームページ、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.kbrasch.co.jp/CM-Rubig.htm＞

しかしながら、マイクロパルスプラズマ窒化方法で温度は制御できるが、窒素エネルギーがわからないためプラズマの励起状態がわからず、窒化物の品質、例えば、窒素の含有量や結晶構造等をコントロールすることができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明に係るプラズマ窒化制御方法は、プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象にし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明に係るプラズマ窒化システムは、プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象とし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御する制御部を備える。

本発明によれば、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能となる。

本発明によれば、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能なプラズマ窒化システムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システムについて説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システム１の説明を行う。プラズマ窒化システム１は、被処理物（ワーク）をプラズマ窒化するプラズマ窒化炉２を備え、まず、このプラズマ窒化炉２の炉本体５内に設置されたプラズマ電極６上に、被処理物７をセットする。被処理物７のセット後、炉本体５の底部５ｃの開口５ｄと連通する排気管路１６ａを介して真空ポンプ１６により、炉本体５を排気し、真空圧にする。真空圧にした後、炉本体５に、ガス供給口５ａより雰囲気ガス（窒素ガス、水素ガス、アルゴンガス等。）を供給し、外熱ヒータ１１により被処理物を外側から加熱する。外熱ヒータ１１は、炉本体５内に配置し、ヒータコントローラ１２から信号ライン１４を介して制御される。被処理物７の温度を、温度センサ１３（例えば熱伝対）により検出し、温度センサ１３は信号ライン１５を介してヒータコントローラ１２に接続される。ヒータコントローラ１２は、信号ライン２７を介して設定温度を設定する操作盤２５に接続される。

炉本体５を充分に加熱した後、まず、被処理物７の表面の不導態皮膜を除去するスパッタークリーニングを実施する。このスパッタークリーニングの際、導入ガスがイオン化した水素イオン、アルゴンイオン等が被処理物の表面に衝突することで、被処理物の表面の酸化皮膜が除去される。

次に、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを炉本体５に導入し、プラズマ電源８に電圧を印加して−極である被処理物７上にグロー放電を発生させる。プラズマ電源８は−極ライン９がプラズマ電極６に接続され、＋極ライン１０が炉本体５に接続している。この際、イオン化した窒素が被処理物７の表面に衝突、侵入及び拡散することにより、被処理物７の表面に連続した窒化層が形成される。窒化層の形成と同時に、イオン化した水素と被処理物の表面の酸素が反応する還元反応により、被処理物７の表面に形成された酸化膜が除去される。このように、プラズマ電源８によりプラズマを発生させ、プラズマ電極６上の被処理物をプラズマ窒化する。

プラズマ窒化の際、炉本体５の側面の開口５ｂから、集光レンズ系３を介してプラズマの励起状態を検出し、検出光を光ファイバ１９で発光分光光度計４に導光し、集光ユニット１９ａで集光する。この光をモノクロメータ１７で分光し、ゲート付ＩＣＣＤ検出器１８でスペクトルを検出し、その発光スペクトル強度を信号ライン２１でコントローラ２０に伝える。コントローラ２０はインターフェース２３及びパーソナルコンピュータ２２を備え、このパーソナルコンピュータ２２が発光スペクトル強度を計算し、これを操作盤２５で設定された設定強度と比較し、その差に応じた制御信号をプラズマ電源８に出力する。このような構成にすることで、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能なプラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システムを提供できる。

ここで、従来のプラズマ窒化制御方法として、外熱ヒータ制御により温度調節する例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）は、従来の制御方式を示すシーケンス図である。プラズマ窒化による加熱、及び外熱ヒータにより外側から被処理物を加熱する。熱電対で計測した被処理物の温度を温度調節器にフィードバックし、外熱ヒータをフィードバック制御する。被処理物の温度が設定温度より高い場合には、外熱ヒータの出力を下げて被処理物の温度を下げ、設定温度に近づける。被処理物温度が設定温度より低い場合には、外熱ヒータの出力を上げて被処理物の温度を上げ、設定温度に近づける。この例では、被処理物の温度は一定に制御できるが、窒素のエネルギーまでは制御できない。

従来の制御方法の他の例として、パルス・オフ時間（遮断時間）を可変制御することにより温度調節する例を図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）は、従来の制御方式の他の例を示すシーケンス図である。プラズマ窒化による加熱、及び外熱ヒータにより外側から被処理物を加熱する。熱電対で計測した被処理物の温度をプラズマ電源にフィードバックし、プラズマ電源（矩形波マイクロパルスの遮断時間）をフィードバック制御する。被処理物温度が設定温度より高い場合には、パルス・オフ時間を長くすることで、単位時間当たりのプラズマ加熱量を下げて被処理物温度を下げ、設定温度に近づける。被処理物温度が設定温度より低い場合には、パルス・オフ時間を短くすることで、単位時間当たりのプラズマ加熱量を上げて被処理物温度を上げ、設定温度に近づける。この例では、被処理物の温度は一定に制御できるが、窒素のエネルギーまでは制御できない。

本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法では、外熱ヒータ制御による温度調節と、パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御とを組み合わせることにより、温度調節を行う。本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法の例を図３に示す。図３（ａ）は、外熱ヒータ制御による温度調節方式を示すシーケンス図である。図３（ｂ）は、パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御方式を示すシーケンス図である。プラズマ窒化による加熱、及び外熱ヒータにより外側から被処理物を加熱する。熱電対で計測した被処理物の温度を温度調節器にフィードバックし、外熱ヒータをフィードバック制御する。被処理物温度が設定温度より高い場合には、外熱ヒータの出力を下げて処理物温度を下げ、設定温度に近づける。被処理物温度が設定温度より低い場合には、外熱ヒータの出力を上げて処理物温度を上げ、設定温度に近づける。加えて、被処理物近傍のプラズマ発光強度をプラズマ電源にフィードバックし、４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値以上となるようプラズマ電源（矩形波マイクロパルスの遮断時間）をフィードバック制御する。被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より小さい場合には、パルス・オフ時間を短くすることで、単位時間当たりのプラズマ生成量を上げ、発光強度を上げる。被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より大きい場合には、パルス・オフ時間を長くすることで、単位時間当たりのプラズマ生成量を下げ、発光強度を下げる。または、パルス・オフ時間を操作せず、被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より大きい値になるように維持する。このように、温度を一定にする制御に加え、発光強度を設定値以上とすることにより、窒素のエネルギー状態を一定値以上に制御したまま、プラズマ窒化することが可能となる。

また、本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法では、パルス・オフ時間を可変制御することによる温度調節と、パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御とを組み合わせることにより、温度調節を行っても良い。本発明の他の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法の他の例を図４に示す。図４（ａ）は、パルス・オフ時間を可変制御することによる温度制御方式を示すシーケンス図である。図４（ｂ）は、パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御方式を示すシーケンス図である。プラズマ窒化による加熱、及び外熱ヒータにより外側から被処理物を加熱する。熱電対で計測した被処理物の温度をプラズマ電源にフィードバックし、プラズマ電源（矩形波マイクロパルスの遮断時間）をフィードバック制御する。被処理物温度が設定温度より高い場合には、パルス・オフ時間を長くすることで、単位時間当たりのプラズマ加熱量を下げて処理物温度を下げ、設定温度に近づける。被処理物温度が設定温度より低い場合には、パルス・オフ時間を短くすることで、単位時間当たりのプラズマ加熱量を上げて処理物温度を上げ、設定温度に近づける。加えて、被処理物近傍のプラズマ発光強度をプラズマ電源にフィードバックし、４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値以上となるようプラズマ電源（矩形波マイクロパルスの遮断時間）をフィードバック制御する。被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より小さい場合には、パルス・オフ時間を短くすることで、単位時間当たりのプラズマ生成量を上げ、発光強度を上げる。被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より大きい場合には、パルス・オフ時間を長くすることで、単位時間当たりのプラズマ生成量を下げ、発光強度を下げる。または、パルス・オフ時間を操作せず、被処理物の４７０［ｎｍ］発光スペクトル強度が設定値より大きい値になるように維持する。度を下げる。このように、温度を一定にする制御に加え、発光強度を設定値以上とすることにより、窒素のエネルギー状態を一定値以上に制御したまま、プラズマ窒化することが可能となる。

このように、本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法では、プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象にし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御する。プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を帰還させることで、窒素エネルギー及びプラズマの励起状態がわかり、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能となる。

プラズマを発光分光分析して原子状窒素のプラズマ発光スペクトルを計測し、プラズマ発光スペクトルの強度を信号として用いることが好ましい。窒化反応に直接作用する原子状窒素のプラズマ発光スペクトルの強度をフィードバックし、制御するため、プラズマ窒化中の窒素エネルギー状態をより精密に制御できる。

プラズマを発光分光分析して原子状窒素イオンの４７０［ｎｍ］に極大値を有するプラズマ発光スペクトルを計測し、プラズマ発光スペクトルの強度を信号としても良い。図５に、発光分光光度計にて測定された発光スペクトルを示す。図５（ａ）は波長３５０〜５３０［ｎｍ］の範囲の発光スペクトルであり、図５（ｂ）は波長６００〜６８０［ｎｍ］の範囲の発光スペクトルである。プラズマ発光スペクトルは、主に３９１［ｎｍ］に極大値を有するピーク３１と、４２７［ｎｍ］に極大値を有するピーク３２と、４７０［ｎｍ］に極大値を有するピーク３３と、６５６［ｎｍ］に極大値を有するピーク３４を有する。ピーク３１は、分子状窒素イオンのピークであり、分解能１２００ｇ、ブレーズ波長３５０［ｎｍ］のグレーティングで測定したものである。ピーク３２は、鉄イオンまたは分子状窒素イオンのピークであり、分解能６００ｇ、ブレーズ波長５００［ｎｍ］のグレーティングで測定したものである。ピーク３３は、原子状窒素イオンのピークであり、分解能６００ｇ、ブレーズ波長５００［ｎｍ］のグレーティングで測定したものである。ピーク３４は、原子状窒素イオンまたは原子状水素イオンのピークであり、分解能６００ｇ、ブレーズ波長５００［ｎｍ］のグレーティングで測定したものである。ピーク３３は、ピーク３１、３２と比較して強度が小さいが、４７０［ｎｍ］のスペクトル強度で被処理物の窒素濃度を判断した場合、窒素濃度の高い試料ではスペクトル強度は大きく、窒素濃度の低い試料ではスペクトル強度は小さく観測される傾向が顕著であるため、プラズマ発光スペクトルの４７０［ｎｍ］の強度を信号として用いることが適していることがわかる。このように、窒化反応に直接作用する原子状窒素イオンのプラズマ発光スペクトルの強度をフィードバックし、制御するため、プラズマ窒化中の窒素エネルギー状態をより精密に制御できる。

プラズマの被測定波長と発光分光分析のブレーズ波長とを合わせたグレーティングでプラズマ発光スペクトルの強度を測定することが好ましい。この測定により、よりプラズマ窒化中の窒素エネルギー状態をより精密に制御できる。この際ブレーズ波長は、２５０〜５００［ｎｍ］であることが好ましい。

原子状窒素イオンのプラズマ発光スペクトルの強度の平均値と分子状窒素イオンのプラズマ発光スペクトルの強度の平均値との相対比が０．２より大きく０．８以下となるプラズマ状態で窒化することが好ましい。この条件で窒化することにより、窒化品質をコントロールできる。なお、発光スペクトル強度の平均値とは、発光スペクトル強度測定を窒素処理６０［分間］にて５〜１５［分］間隔で測定し平均値を出した発光スペクトル強度の平均値であるが、これに限定されるものではなく、窒素処理時間６０［分］と測定間隔５〜１５［分］以外の場合でも、同様の効果が得られる。

プラズマ電源は、１０〜１０００[μsec]の周期範囲でプラズマ放電時間及び遮断時間を可変に制御できることが好ましい。この場合には、所望の品質の窒化物が得られる。

このように、本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化制御方法及びプラズマ窒化システムによれば、プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を帰還させて、プラズマ電源をフィードバック制御することにより、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能となり、従来は不可能であったプラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能なプラズマ窒化システムを提供できる。

以下、本発明の実施の形態に係る遷移金属窒化物の製造方法の実施例１及び比較例１〜比較例２について説明する。これらの実施例は、本発明の有効性を調べたものであり、例示した実施例に限定されるものではない。

＜試料の調製＞
板厚０．１[ｍｍ]、サイズ口１００［ｍｍ］のオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６L、ＳＵＳ３１０Ｓ）の光輝焼鈍（ＢＡ）材を脱脂洗浄して用いた。脱脂洗浄後、両面にプラズマ電源を用いてプラズマ窒化した。プラズマ窒化は、処理温度４２５[℃]、処理時間６０[分]、ガス混合比Ｎ_２：Ｈ_２＝１：１、処理圧力４[Ｔｏｒｒ]（＝５３２[Ｐａ]）で行った。窒化によって、ステンレス鋼基材の表面には遷移金属窒化物からなる窒化層が形成された。

窒化後の試料は、以下の方法によって評価された。

＜窒化層の窒素濃度の測定＞
窒化層の窒素濃度と酸素濃度の測定は、オージェ電子分光分析の深さ方向プロファイルにより、深さ１００［ｎｍ］間の測定値を平均した。装置は、ＰＨＩ社製ＭＯＤＥＬ４３００を用いた。測定は、電子線加速電圧５［ｋＶ］、測定領域２０［μｍ］×１６［μｍ］、イオン銃加速電圧３［ｋＶ］、スパッタリングレート１０［ｎｍ／ｍｉｎ］（ＳｉＯ_２換算値）の条件で行った。

＜接触抵抗値の測定＞
窒化後の試料を３０［ｍｍ］×３０［ｍｍ］の大きさに切り出して接触抵抗値を測定した。装置は、アルバック理工製圧力負荷接触電気抵抗測定装置ＴＲＳ−２０００ＳＳ型を用いた。そして、図６（ａ）に示すように、電極４１とサンプル４２との間にカーボンペーパ４３を介在させて、図６（ｂ）に示すように、電極４１ａ／カーボンペーパ４３ａ／サンプル４２／カーボンペーパ４３ｂ／電極４１ｂの構成とした。そして、測定面圧１．０［ＭＰａ］にて１［Ａ／ｃｍ^２］の電流を流した際の電気抵抗を２回測定し、各電気抵抗の平均値を求めて接触抵抗値とした。カーボンペーパは、カーボンブラックで担持した白金触媒を塗布したカーボンペーパ（東レ（株）製カーボンペーパＴＧＰ−Ｈ−０９０厚さ０．２６［ｍｍ］、かさ密度０．４９［ｇ／ｃｍ^３］、空隙率７３［％］、厚さ方向体積抵抗率０．０７［Ω・ｃｍ^２］）を用いた。電極は、直径φ２０のＣｕ製電極を用いた。

窒化後の試料の窒化層の窒素濃度、及び接触抵抗値を表１に示す。

窒化後のＳＵＳ３１０Ｓ窒化材は、窒化層の窒素濃度は３０［ａｔ．％］であり、接触抵抗値は４３［ｍΩ・ｃｍ^２］であった。これに対し、ＳＵＳ３１６Ｌ窒化材は、窒化層の窒素濃度は２５［ａｔ．％］であり、接触抵抗値は３１８［ｍΩ・ｃｍ^２］と高い値を示した。このように、窒化によって異なる性能を有するようになるＳＵＳ３１６ＬとＳＵＳ３１０Ｓについて、窒化の過程で発光スペクトルの強度を測定した。スペクトルの発光強度の測定は、窒化の間に５〜１５[分]間隔で、測定波長と分光器のブレーズ波長を合わせたグレーティングにて行った。測定波長は、４２７、４７０及び６５６［ｎｍ］とした。そして、（被測定スペクトル発光強度平均値）／（３９１［ｎｍ］スペクトル発光強度平均値）を被測定スペクトルの発光強度平均値の相対比とした。発光スペクトル強度平均値の相対比を表２に示す。

実施例１では、４７０［ｎｍ］に極大値を有する原子状窒素イオンスペクトルの発光強度測定を行った。プラズマ窒化後、接触抵抗値が低く導電性に優れているＳＵＳ３１０Ｓ窒化材のプラズマ窒化過程中の４７０［ｎｍ］に極大値を有するスペクトルの発光強度平均値の相対比は、プラズマ窒化後接触抵抗値が高くなり導電性が悪化したＳＵＳ３１６Ｌ窒化材より約４倍大きかった。比較例１では、４２７［ｎｍ］に極大値を有するスペクトルの発光強度測定を行った。ＳＵＳ３１０Ｓ窒化材とＳＵＳ３１６Ｌ窒化材のスペクトル発光強度平均値の相対比は同じくらいだった。ＳＵＳ３１０Ｓ窒化材とＳＵＳ３１６Ｌ窒化材のスペクトル発光強度平均値の相対比は同じくらいだった。

このように、４７０［ｎｍ］に極大値を有する原子状窒素イオンスペクトルの発光強度測定を行った場合、窒化によって接触抵抗値が高くなるＳＵＳ３１６Ｌは発光スペクトル強度平均値が低いのに対し、ＳＵＳ３１０Ｓは発光スペクトル強度平均値が高く、明らかな強度平均値相対比の差がみられた。よって、４７０［ｎｍ］に極大値を有するスペクトルの発光強度を帰還させて、プラズマ電源をフィードバック制御することにより、プラズマ窒化中の窒素エネルギーの精密な制御が可能となることがわかった。

図７にステンレス鋼をプラズマ窒化する際に出現する相を表した状態図を示す。領域Ａに示すように、５００［℃］以上の温度で窒化すると、ＣｒＮを主体とする窒化物が形成される。領域Ｂに示すように、３００［℃］以上以上５００［℃］未満の温度で窒化し、窒素エネルギーがある一定以上であると、Ｍ_４Ｎ型の結晶構造が主体となる窒化物が得られる。領域Ｃに示すように、３００［℃］以上以上５００［℃］未満の温度で窒化し、窒素エネルギーをある一定以下であると、窒化物は得られずステンレス鋼のままである。窒素エネルギーと窒化温度を同時に制御することにより、領域Ｄで示す範囲にあるものよりも品質の良い、領域Ｅの範囲に属する窒化物が得られる。

なお、本実施例においては、基材としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いたが、これに限定されるものではなく、フェライト系もしくはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いても同様の効果が得られる。以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

本発明の実施の形態に係るプラズマ窒化システムの模式図である。（ａ）従来の制御方式を示すシーケンス図である。（ｂ）従来の制御方式の他の例を示すシーケンス図である。（ａ）外熱ヒータ制御による温度調節方式を示すシーケンス図である。（ｂ）パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御方式を示すシーケンス図である。（ａ）パルス・オフ時間を可変制御することによる温度制御方式を示すシーケンス図である。（ｂ）パルス・オフ時間可変制御によるプラズマ励起状態制御方式を示すシーケンス図である。（ａ）波長３５０〜５３０［ｎｍ］の範囲の発光スペクトルである。（ｂ）波長６００〜６８０［ｎｍ］の範囲の発光スペクトルである。（ａ）各実施例で得られた試料の接触抵抗の測定方法を説明する模式図である。（ｂ）接触抵抗の測定に使用する装置を説明する模式図である。ステンレス鋼をプラズマ窒化する際に出現する相を表した状態図である。

符号の説明

１プラズマ窒化システム
２プラズマ窒化炉
３集光レンズ系
４発光分光光度計
５炉本体
６プラズマ電極
７被処理物
８プラズマ電源
１１外熱ヒータ
１２ヒータコントローラ
１３温度センサ
２０コントローラ

Claims

プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象にし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御することを特徴とするプラズマ窒化制御方法。
前記プラズマを発光分光分析して原子状窒素のプラズマ発光スペクトルを計測し、前記プラズマ発光スペクトルの強度を前記信号として用いることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ窒化制御方法。
前記プラズマを発光分光分析して原子状窒素イオンの４７０［ｎｍ］に極大値を有するプラズマ発光スペクトルを計測し、前記プラズマ発光スペクトルの強度を前記信号とすることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ窒化制御方法。
前記プラズマの被測定波長と前記発光分光分析のブレーズ波長とを合わせたグレーティングで前記プラズマ発光スペクトルの強度を測定することを特徴とする請求項３に記載のプラズマ窒化制御方法。
前記ブレーズ波長は、２５０〜５００［ｎｍ］であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ窒化制御方法。
前記原子状窒素イオンのプラズマ発光スペクトルの強度の平均値と分子状窒素イオンのプラズマ発光スペクトルの強度の平均値との相対比が０．２より大きく０．８以下となるプラズマ状態で窒化することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載のプラズマ窒化制御方法。
前記プラズマ電源は、１０〜１０００[μsec]の周期範囲でプラズマ放電時間及び遮断時間を可変に制御できることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ窒化制御方法。
プラズマ窒化中のプラズマの励起状態を表す信号を計測対象とし、その計測結果に基づきプラズマ電源をフィードバック制御する制御部を備えることを特徴とするプラズマ窒化システム。