JPS61210173A - ワ−クピ−スの熱化学的処理制御方法および装置 - Google Patents

ワ−クピ−スの熱化学的処理制御方法および装置

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JPS61210173A
JPS61210173A JP60263921A JP26392185A JPS61210173A JP S61210173 A JPS61210173 A JP S61210173A JP 60263921 A JP60263921 A JP 60263921A JP 26392185 A JP26392185 A JP 26392185A JP S61210173 A JPS61210173 A JP S61210173A
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スベトスラフ・アレキサンドロフ・サボフ
ミンチヨ・サボフ・ミンチエフ
ペーター・トドロフ・ニチエフ
ゲオルギ・ステフアノフ・シバロフ
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Vmei Lenin
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    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/36—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases using ionised gases, e.g. ionitriding

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、処理用ガスの媒質中のグロー放電におけるワ
ークピースの熱化学的処理を制御する方法およびこの方
法を具現化する装置に関するもので、この方法および装
置をマシーンツール（工作機械）工業に応用することが
でき、例えば、窒化装置におけるマシーンパーツ（工作
部品）処理の制御用に利用できるものである。
処理用ガスの媒質中のグロー放電中のワークピースの熱
化学的処理を制御する方法には、以下に示すような２つ
の既知の動作ステージが包含されている。第１の動作ス
テージとしては、ワークぎ−スをウオームアツプすると
共にこれらピースの表面上に瞬時の強力なカソードスパ
ッタリングを行ない、第２の動作ステージ中では、ワー
クピースの拡散飽和を行なりている。
これら両方の動作ステージでは、ワーキングチャンバ内
のワークピースの温度、温度の変動率ならびに発生して
いるアーク放電の周波数が測定される。これらノ々ラメ
ータ測定値をこれらに対応したプリセット値と比較し、
エラー信号を得ている。これらのエラー信号によって平
均値およびグロー放電電圧の振幅用の制御信号を発生さ
せている。グロー放電電圧の振幅用のコントロール信号
によってワーキングチャンバ内のアーク放電の周波数を
調整するのでこの信号は自己のプリセット値に対応する
と共に、グロー放電電圧の平均値用のコントロール信号
によって処理されたワークピースの温度を調整するので
この信号は自己のプリセット値に対応するようになる。
処理用ガスの媒質中のグロー放電中の熱化学処理を制御
するための方法における欠点の１つとして、ウオームア
ラジスチー−）（段階）中のカソードスパッタリングに
おける効率が低いことでアリ、このことは、カソードス
パッタリングのプリセットされた強度に対応するグロー
放電電圧の振幅をグリセ、トすることが出来ない事実に
よるものである。このような方法の他の欠点としては、
グロー放電電圧の平均値および振幅の両方を同時にコン
トロールするのに必要な複雑なコントロールアルゴリズ
ムが必要となるからである。このような方法の主たる欠
点としては、ワークピース処理の結果を満足に再現出来
ないことである。この理由は、ワークピース処理および
発生しているアーク放電の周波数のみが安定化されると
共に、ワークピース処理の品質に影響を与える他の特性
ノ々２メータがこの方法によりて用いられる予定がない
からである。
また、処理用ガスの媒質中のグロー放電中のワークピー
スの熱化学処理を制御する装置には１つの出力および２
つの制御入力を有する電源が設けられており、このよう
な装装置は既知である。この第１入力によって出力電圧
の平均値を制御すると共にこの第２入力によって出力電
圧の振幅を制御する。また、この装置には、処理された
ワークピースに熱的に接続されたワークピース温度測定
用のセンサを設け、これの出力を、温度変動率測定用エ
レメント、温度変動率比較用エレメントおよびサーモレ
ギュレータをコントロール入力の第１入力に直列接続す
ることによりて結合させている。また、温度センサ出力
を第２の比較エレメントおよび第２のサーモレギュレー
タをコントロールユニットの第２入力に直列接続するこ
とによって結合させている。この第２の比較エレメント
の出力をコントロールユニットの第３入力に供給する。
グロー放電電圧用のコンバータの入力を前述の電源の出
力に接続する。このコンバータ出力を°コントロールユ
ニットの第４の入力に供給すると共に、直列接続された
周波数／電圧変換器（コンバータ）を介して第３の比較
エレメントおよび第３のサーモレギュレータをコントロ
ールユニットの第５入力に接続する。電源回路およびワ
ーキングチャンバにおいて、電流センサを直列に接続し
、これの出力をアーク放電周波数用のセンサの第２入力
に供給する。ワークピース温度用のプリセット値のソー
スと、それの変動率と発生中のアーク放電の周波数を対
応の比較エレメントの第２入力に接続する。
上述した従来の装置の欠点としては、複雑な動作アルゴ
リズムを具現化する複雑な回路および２つの制御出力を
有する電源回路を用いる必要があることである。
従って、本発明の目的は、カン−トス・母ツタリングの
高い効率化、制御用アルゴリズムおよび回路の複雑性の
回避、アーク放電に対するワークピースの保護の向上お
よびワークピース処理の改善された結果の再現化が可能
な処理用ガスの媒質中のグロー放電中のワークピースの
熱化学処理を制御する方法および装置を提供することで
ある。
上述した本発明の目的は以下に説明する制御方法によっ
て達成される。
即ち、処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワークピー
スの熱化学的処理を制御するに当シ、このワークピース
の表面に強力なカソードスノクッタリングをウオームア
ツプと同時に行なうステージと、ワークピースの拡散飽
和ステージと、ワークピースの冷却ステージとを有し、
発生中のアーク放電の周波数とワークピースの温度とを
これらステージ中に測定し、この測定した値を対応のプ
リセット値と比較し、エラー信号を得て、これを以下の
事実に基いて特徴づけられたコントロール信号を発生す
るのに用い、この事実とは： 前記ワークピース表面のスパッタリング処理ステージに
おいて、前記グロー放電電圧がプリセット値に対応した
少なくとも１つの一定値を有し、このプリセット値にお
いてこのスパッタリングがプリセットされた強度を有し
；前記プリセットされたワークピース温度における拡散
飽和のステージでこのグロー放電電圧が少なくとも１つ
のプリセット値に対応する少なくとも１つの他の一定値
を有し、このプリセット値において所望のワークピース
特性が得られ、 前記冷却ステージにおいて、グロー放電電圧が少なくと
も１つのプリセット値に対応する少なくとも１つの３番
目の一定値を有し、このプリセットによってワークピー
スの最終特性が得られ； 前記動作ステージ中、発生中のアーク放電の周波数はア
ーク放電周波数のプリセットされた一定値に大きさが限
定された任意の値を有し、ワークピースの温度は、ワー
クぎ−スの温度のプリセットされた上昇、一定および降
下値に対応する値を常に有し、この値をグロー放電電圧
の少なくとも１つのプリセット値とマツチングさせ、こ
のプリセット値において、カソードス／４’ツタリング
のプリセットされた強度および所望の最終特性（ワーク
ピースの）が得られ、またこれら動作ステージ中、処理
用ガスをグロー放電電圧のプリセット値の順序に対応す
る順序で使用し、これらの使用を処理用ガスの流量率を
調整することによって制御し、各ステージ中、ワークピ
ースの温度および発生中のアーク放電の周波数の他にグ
ロー放電電流およびグロー放電電流の振幅を測定、シ、
ワークピース温度の測定値およびアーク放電の周波数の
他に、グロー放電電圧の振幅をそれらのプリセット値と
比較し、温度および周波数用に得たエラー信号を用いて
温度および周波数用のコントロール信号を同時に発生さ
せ（これらを互いに合算して）、この結果得られた合成
信号を放電電流に比例した信号と比較し、この比較した
後、エラー信号が得られ、このエラー信号を用いてグロ
ー放電電圧用コントロール信号を発生させ、この結果と
して、ＰＩＤ法に従って、グロー放電電流は温度および
周波数用のコントロール信号の合成信号に対応し、グロ
ー放電電圧の振幅用のエラー信号を用いて処理用ガス流
量率用のコントロール信号を発生させ、これによって他
のＰＩＤ法に従って、グロー放電電圧の振幅がプリセッ
ト値に対応するようにしたことを特徴とするものである
。
また、上述した本発明の目的は、以下に説明する制御装
置によりても実現できる。
即ち、処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワークぎ一
スの熱化学的処理を制御するに当シ、−直流源と、 ワーキングチャンバ中のワークピースを温度センサに熱
的に接続させ、とのセンサを第１の比較エレメントを介
して第ルギュレータに接続し、ワーキングチャンバのガ
ス出力を真空−ンデによって外気中に導き出し、 更に、電圧センサを設け、これの出力を周波数／電圧コ
ン・々−夕および第２の比較エレメントの直列回路を経
て第２のレギュレータの入力に接続し、アーク放電周波
数用のプリセットされた一定値の発生源を第２比較エレ
メントの第２入力に接続し、このシリセット値は以下の
事実に基いて特徴づけられており： 直流電圧源１の一方のターミナルを電流センサ２によっ
てワーキングチャンバ３の電気的入力の対応のターミナ
ルに接続し、この電圧源の他方のターミナルを平滑用チ
ョーク４を経てワーキングチャンバ３の電気的入力の他
方のターミナルに接続し、電圧センサ５およびアーク放
電ワーキングチャンバ３のユニット６を前記電気的入力
間に接続し；第１比較エレメント９の第２入力をプログ
ラミングユニット１０の’７−キング温度のプリセット
値用の第１出力に接続し、第１レギュレータ１４の出力
をアダー１２の第１入力に接続し、このアダーの出力を
第２比較エレメント１３の第１入力に接続し、このエレ
メントの第２入力を電流センサ２の出力に接続し、この
エレメントの出力を第１レギュレータ１４を経て直流電
圧源１の制御入力に接続し、第３レギュレータ１７の出
力をアダー１２の第２入力に接続し、この電圧センサ５
の出力を振幅検出器１９を経て、第４比較エレメントの
第１入力に接続し、このエレメントの出力を第４レギュ
レータ２１を経てスイッチ２２の第１入力に接続し、こ
のスイッチの第２コントロール入力をプログラミングユ
ニット１０のプリセットされた処理用ガス用の第２出力
に接続し、これの第３出力（グロー放電電圧の振幅をプ
リセットするための出力）を第４比較エレメント２０の
第２入力に接続し、処理用ガス源２３の出力を流量調整
用の少なくとも２つのアクチュエータ２４．２５のガス
入力に接続し、このアクチュエータの出力をワーキング
チャンバ３のガス入力に接続し、これらアクチュエータ
２４゜２５のコントロール入力をスイッチ２２の対応の
出力に接続したことを特徴と゛するものである。
以下図面を参照し乍ら本発明を詳述する。
先ず、処理用ガスの媒質中のグロー放電中のワークピー
スの熱化学処理を制御する本発明の方法には、次に説明
するような動作ステージ（段階）が包含されている。即
ち、ワークピースの表面に強力なカソードスｔ！　ツタ
リングをウオームアツプと同時に行なうステージ（これ
は初期時間ｔｏで開始され時間ｔ！で終了する）および
現在の一定温度において拡散飽和させるステージである
。この拡散飽和ステージは時間ｔ１で開始され、時間ｔ
２で終了する。更に、時間ｔ！で開始し、時間ｔ３で終
了するワークピースの冷却ステージも包含されている。
動作ステージ持続期間ｔｔ　−ｔｏ　ｌ　ｔｌ−ｔｔお
よびｔ３−ｔ２は予じめセットされる。第２ａ図で示す
ように、適当な処理用ガスをこれら動作ステージ中に使
用する。即ち、第１処理用ガスを時間期間１ｍ−ｔｏ中
に用い、第２および第３処理用ガスを同様に時間期間１
．−１．に用い、更に第４の処理用ガスを期間ｔ３−ｔ
２に用いるものである。第２ｂ、および第２ｃ図で示し
たように、最初の時間ｔｏにおいて、処理されたワーク
ピースの温度Ｔには初期値Ｔ、が設定されており、ワー
キングチャンバの入力信号の電圧は零からグロー放電電
圧Ｕ１のプリセットされた第１値まで変化し、更に、ワ
ーキングチャンバは第１の処理用ガスで充満されている
。時刻ｔ１に、ワーキングピースの温度Ｔｌがプリセッ
トされた一定値Ｔ２に達し、グロー放電電圧がＵｌから
プリセットされた第２の値Ｕ！に低下し、第１処理用ガ
スを第２ガスによって置換える。時間Ｔｌ後、グロー放
電電圧はＵ２となり、これはプリセットされた第３の値
Ｕ２と同じになる。電圧値Ｕ２およびＵ３はプリセット
された持続時間ｔｌ’−ｔｔおよびｔｌ’−ｔ１／にそ
れぞれ対応する。
第２の処理用ガスをこれら期間の最初の期間中に使用し
、第３の処理用ガスを第２の期間中に使用する。第２．
第３の処理用ガスの適用量が期間ｔｘ’−ｔｔおよびｔ
ｔ’−ｔｔ’のどちらか一方を変化させることによって
決められる。この選択によってこれらガス間のプリセッ
トされた比率が決められる。時刻ｔ１からｔ、までワー
キングピース温度Ｔはプリセット値で２を有し、時刻１
．では値Ｔ鵞を有し、グロー放電電圧はプリセットされ
た第４の値Ｕ２に達し、更に第３の処理用ガスを第４の
処理用ガスで置換える。時刻ｔ　、Ｉにおいて、ワーキ
ングピースの温度Ｔ３はグリセ、トされた第２の一定値
で４まで低下し、時刻ｔ２′でグリセ、ト値Ｔ４となり
、グロー放電電圧はプリセット値Ｕ、からゼロ値Ｕ６に
低下し、第４の処理用ガスのワーキングチャンバへの供
給が中断される。時刻ｔ３において、ワーキングピース
の温度Ｔがこれの初期値Ｔ。
に低下し、この値は処理の終了に一致する。上述した動
作ステージ中、以下に示す・母うメータを測定する。処
理されたワークピースの温度、ワーキングチャンバの電
気的入力の電圧、ワーキングチャンバの電流および発生
しているアーク放電の周波数である。これらＡラメータ
を測定した後で、処理されたワークピースの温度。
グロー放電電圧、アーク放電の周波数に対応した信号を
得ている。これらの信号を、処理されたワークピースの
温度、グロー放電電圧およびアーク放電周波数のプリセ
ット値に相当する信号と比較する。この比較の後、エラ
ー信号が得られ、これらエラー信号を用いて対応のコン
トロール信号を発生させる。これらのコントロール信号
を更に用いて処理されたワークピースの温度、アーク放
電の周波数およびグロー放電電圧を調整する。ワーキン
グピースの表面上への強力なカソードスフ４．タリング
と同時のウォームアッグ段階において、グロー放電電圧
は少なくとも１つのプリセット値Ｕ１に相当する少なく
とも１つの一定値を有し、このプリセット値Ｕｌによっ
てカソードスパッタリングのプリセットされた強さを決
定する。プリセットされたワークピース温度における拡
散飽和のステージ中に、グロー放電電圧は少なくとも２
つの他の一定値を有し、これら値はプリセットされた値
Ｕ　！　　＊　Ｕ　３に対応し、これら値によってワー
クピースの所望の特性を決定する。ワークピースの冷却
段階において、グロー放電電圧は少なくとも１つの４番
目の一定値を有し、この値はワークピースの最終特性を
決定するためのプリセット値Ｕ４に対応している。これ
ら動作段階において、アーク放電の周波数は任意の値を
有し、この値は、処理の初期時間ｔｏにおいてワークピ
ース表面の汚れに依存し、時刻ｔ３の処理の終了までの
残余の時間においては種々のファクタに依存するもので
ある。発生中のアーク放電の周波数は、このアーク放電
の繰返し期間の値Δ意で表わされる。アーク放電が最早
発生していない時間は値Δｌを有する。処理の開始時に
おいて、アーク放電の周波数はプリセット周波数ｆ１の
値より大きくない値を有する。ワークピースの温度は常
に、プリセットされた増加値Ｔ、、一定値で２およびＴ
４ならびに減小値Ｔ３を有する。これらのプリセット値
は動作ステージに対応するものである。ワークピース冷
却ステージの例として、第２の一定値を用いて持続期間
を宜’　−ｔ！／中：ワークピースの温度を保持する。
動作ステージ中の温度値はグロー放電電圧の値と適切に
マツチングが取られる。上述した方法によりてプリセッ
トされたカソードスパッタリングの強さおよび所望のワ
ークピースの最終特性が得られるようになる。動作ステ
ージ中、適当な処理用ガスを使用し、これらガスを第１
〜第４の処理用ガスとして適切に順番を決める。
グロー放電電圧Ｕ　１　　ｖ　ｕｓ　ｅ　ＩＪｓ　　ｒ
　Ｕ４のプリセット値の順序はこの順序に対応する。グ
ロー放電電圧は、ガスの流量率を調整することによりて
制御される。発生中のアーク放電の周波数およびワーク
ピースの温度は、グロー放電電流を介して適当に調整で
きる。これは、この電流の測定値に対応する信号を利用
することによる。
この信号を更に合成基準信号と比較する。この基準信号
は、ワークピース温度によるコントロール信号を発生中
のアーク放電の周波数によるコントロール信号に加算す
ることによって得られる。
この比較の後、エラー信号が得られる。この信号を利用
して前述したワークピースの温度およびアーク放電の周
波数に関連するコントロール信号を発生させる。このコ
ントロール信号を用いて、直流電圧源を制御するので、
グロー放電電流は合成基準信号の値に対応した値を有す
るようになる。ワークピースの温度の調整と同時に、ワ
ーキングチャンバの入力を測定し、発生中のアーク放電
の周波値およびこの放電電圧値に相当する信号を選択し
て得られる。これら信号をアーク放電の周波数ｆ！およ
びグロー放電電圧Ｕ！　・Ｕ、、Ｕ、およびＵ４のプリ
セット値に対応した信号と比較する。この比較の結果、
対応するエラー信号が得られ、これを用いて対応するコ
ントロール信号を発生させる。これによって、発生中の
アーク放電の周波数に関連したコントロール信号を前述
した方法でワークピース温度に関連したコントロール信
号に加える。
グロー放電電圧に関連したコントロール信号を用いて同
様に、第１〜第４の処理用ガスの流量率を調整する。こ
れらガスを連続的に接続されたワーキングチャンバおよ
びワーキングバキュームポンプを介して外気中に放出す
る。処理用ガスの供給順序は処理用ガスの選択信号に適
合している。流量の調整によってワーキングチャンバ中
に圧力を生じさせ、この値がグロー放電電圧の値に対応
する。
第１図に示した処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワ
ークピースの熱化学的処理を制御する装置には、直流（
ＤＣ）電圧源１が設けられており、これの出力端子の一
方をカーレント（１！流）センサ２を経てワーキングチ
ャンバ３の電気的入力の対応のターミナルに接続し、他
方の出力ターミナルを平滑用チョークを経てワーキング
チャンバ３の他方の電気的入力ターミナルに接続する。
電圧センサ５およびアーク放電中断用ユニットをこのワ
ーキングチャンバ３の電気的入力間に接続する。処理さ
れたワークピース７を温度センサ８に熱的に接続する。
このセンサ８の出力を第１の比較エレメント９の第１入
力に供給し、これの第２の入力をプログラミングユニッ
ト１０のプリセットされた温度用の第１出力に接続スル
。この比較エレメント９の出力を第１のレギュレータ１
１を経てアダー（加算器）１２の第１入力に供給する。
このアダー１２の出力を第２の比較エレメント１３の第
１入力に接続し、これの第２の入力を前述のカーレント
センサ２の出力に接続し、これの出力を第２のレギュレ
ータ１４を経て直流電圧源１の制御入力に供給する。電
圧センサ５の出力を周波数／電圧コ／パータ１５の援助
に介して第３の比較エレメント１６の第１入力に接続す
る。このエレメント１６の出力を第３のレギュレータ１
７を経てアダー１２の第２入力に接続する。またこのエ
レメント１６の第２の入力をアーク放電周波数用のプリ
セットされた一定値発生源１８に接続する。電圧センサ
５の出力を振幅検出器１９を経て第４の比較エレメント
２０の第１入力に接続し、このエレメント２０の出力を
第４のレギュレータ２１の援助を介してスイッチ２２の
第１入力に接続する。このスイッチ２２の第２のコント
ロール入力をプログラミングユニット１０のプリセット
された処理用ガスに用いられる第２の出力に接続する。
グロー放電電圧の振幅をプリセットするためのプログラ
ミングユニット１０の第３出力を第４の比較エレメント
２０の第２入力に接続する。処理用ガス源２３の出力を
、少なくとも２つのｉ像調整用アクテ、エータ２４，２
５のガス入力にそれぞれ接続し、これらアクチュエータ
の出力を共通点で接続すると共にワーキングチャンバ３
のガス入力にも接続する。またアクチュエータ２４．２
５の制御入力をスイッチ２２の対応の出力に接続する。
ワーキングチャンバ３のガス出力を真空デンゾ２６によ
って外気に導く。
本発明による処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワー
クピースの熱化学的処理を制御する装置の動作は以下の
通りである。
時刻ｔｏまでは、流量調整用アクチュエータ２４および
２５が閉鎖状態の場合に真空−ンプ２６の作動の結果と
して、ワーキングチャンバ３中の圧力は、低いリミット
値であり、このリミット値はポンプ２６の性能およびワ
ーキングチャンバ３の性能によって決められる。温度用
のプログラミングユニット１０には、グロー放電のプリ
セットされた電圧Ｕ１　　＊　Ｕ２　　＋　Ｕｓおよび
Ｕ４＋処理されたワーキングピースのプリセット温度値
Ｔｌ　　ｒ　Ｔｚ　　ｒ　Ｔ３およびＴ４、動作段階ｔ
＋　−ｔｏ　ｒ　ｔｚ　−ｔｔ　ｅ　ｔｓ−ｔｚの持続
期間や処理に用いられる予じめ決められた順番ならびに
持続期間ｔ１＋Ｊ’−Ｊおよびｔｌ’　−ｔｌ／が収納
されている。時刻ｔｏにおいて、ワークピース７の熱化
学的処理が、ＤＣＣ１０電源に接続した後で開始される
。このＤＣ電圧源１の出力電圧によってワーキングチャ
ンバ３中のグロー放電を励起し、このグロー放電電圧を
電圧センサ５によって測定する。発生中のアーク放電が
アーク放電中断用ユニット６の動作によって中断する。
このユニット６の動作の結果として、ワーキングチャン
バ３の入力電圧がパルス形態で発生され、これの振幅は
グロー放電電圧Ｕ１に等しくなる。振幅検出器１９によ
ってグロー放電電圧の値を選択する。振幅検出器１９の
出力において、信号Ｘｕが得られ、これは、グロー放電
電圧の値に対応する。第４の比較エレメント２０によっ
て信号Ｘｕを信号Ｗｕと比較する。
この信号Ｗｕはそれぞれ異なる動作ステージにおけるグ
ロー放電電圧Ｕ１　　＋　Ｕ２　　＊　Ｕ３　　＊　Ｕ
４のプリセット値に相当する。この比較によって、エラ
ー信号が得られ、この信号を第４のレギュレータによっ
て、第４のコントロール信号を発生させるために用いる
。この第４のコントロール信号をスイッチ２２を経て、
処理用ガスの流ｉ調整用アクチーエータ２４．２５のそ
れぞれの入力に供給する。スイッチ２２は処理用ガスを
選択するために用いる信号Ｗ。に対応した位置にセット
する。この信号Ｘｕが信号ＷＵよシ小さい場合には、流
量調整用アクチュエータ２４゜２５は閉鎖のままとなる
。若し、信号ＸＵがＷｔｙより大きい場合には、これら
アクチュエータ２４．２５は解放され、処理用ガスがワ
ーキングチャンバ中に導入される。この処理用ガスの流
量率の値は第４のコントロール信号Ｗ０の値に対応する
。処理用ガスをワーキングチャンバ中に導入した後で、
チャンバー中の圧力が上昇し、更にグロー放電のために
電圧が降下する。
この電圧はセンサ５によって測定される。グロー放電の
連続して低下した電圧値はプリセット値Ｕ１に等しくな
る。以下の動作ステージ中において、グロー放電電圧の
コントロールが上述した動作によって実行されるので、
グロー放電電圧の一定値がプリセット値Ｕ２　、Ｕ３　
、Ｕ４によって確立される。周波数／を圧コンバータ１
５の出力において、信号Ｘｆが得られ、これは、発生中
のアーク放電の周波数値に対応するものである。第２の
比較エレメント１３によって信号Ｘ７と信号Ｗｆと比較
され、この信号Ｗｆは、ア−り放電周波数ｆ１のプリセ
ット値に対応する。
この比較の結果、エラー信号が得られ、これを第２のレ
ギュレータ１４によって第２のコントロール信号発生用
に用いる。温度センサ８の出力において、信号ＸＴが得
られ、これはワークピースの温度Ｔに対応する。第１の
比較エレメント９によって信号ＸＴと信号ＷＴとを比較
し、この信号ＷＴは種々の動作ステージにおいてグリセ
、ト値Ｔｌ　　＊’ｒ、＋Ｔ３　　＋Ｔ４に対応する。
この比較の結果、エラー信号が得られ、この信号を第１
のレギュレータ１１によって第１コントロール信号発生
用に用いる。アダー１２によって第１．第２の信号を合
計し、この結果の合成信号を第３の比較エレメント１６
の第１入力に供給する。第３の比較エレメント１６によ
ってセット用信号ＷＸとして表わされたこの合成信号と
信号Ｘ１とを比較する。この信号ＸＸは放電電流工の測
定した値に対応する。この比較の結果、エラー信号が得
られ、これを第３レギュレータ１７によって第３コント
ロール信号を発生させるだめに用いる。第３のコントロ
ール信号によってＤＣ電圧源１の出力電圧を制御するの
で、ワーキングチャンバ３を通る電流は、セット用信号
Ｗ、に対応した値を有するようになる。この信号Ｗ１は
発生中のアーク放電の周波数ｆｔ用のコントロール信号
および動作中の処理されたワークピース温度ＴＩ　　＋
　’ｒ、ｔ　’ｒ３　＋　’ｒ、の合計を表わすもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置のブロック線図、第２ａ〜２ｃ図
は、本発明の方法の動作を説明するための図である。 ２・・・カーレントセンサ、３・・・ワーキングチャン
バ、８・・・温度センサ、９．１３，１６．２０・・・
比較エレメント、１１．１４，１７．２１・・・レギュ
レータ、１０・・・プログラミングユニット、２４．２
５・・・流量制御用アクチュエータ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワークピー
    スの熱化学的処理を制御するに当り、このワークピース
    の表面に強力なカソードスパッタリングをウォームアッ
    プと同時に行なうステージと、ワークピースの拡散飽和
    ステージと、ワークピースの冷却ステージとを有し、発
    生中のアーク放電の周波数とワークピースの温度とをこ
    れらステージ中に測定し、この測定した値を対応のプリ
    セット値と比較し、エラー信号を得て、これを以下の事
    実に基いて特徴づけられたコントロール信号を発生する
    のに用い、この事実とは： 前記ワークピース表面のスパッタリング処理ステージに
    おいて、前記グロー放電電圧がプリセット値に対応した
    少なくとも１つの一定値を有し、このプリセット値にお
    いてこのスパッタリングがプリセットされた強度を有し
    ； 前記プリセットされたワークピース温度における拡散飽
    和のステージでこのグロー放電電圧が少なくとも１つの
    プリセット値に対応する少なくとも１つの他の一定値を
    有し、このプリセット値において所望のワークピース特
    性が得られ、 前記冷却ステージにおいて、グロー放電電圧が少なくと
    も１つのプリセット値に対応する少なくとも１つの３番
    目の一定値を有し、このプリセットによってワークピー
    スの最終特性が得られ； 前記動作ステージ中、発生中のアーク放電の周波数はア
    ーク放電周波数のプリセットされた一定値に大きさが限
    定された任意の値を有し、ワークピースの温度は、ワー
    クピースの温度のプリセットされた上昇、一定および降
    下値に対応する値を常に有し、この値をグロー放電電圧
    の少なくとも１つのプリセット値とマッチングさせ、こ
    のプリセット値において、カソードスパッタリングのプ
    リセットされた強度および所望の最終特性（ワークピー
    スの）が得られ、またこれら動作ステージ中、処理用ガ
    スをグロー放電電圧のプリセット値の順序に対応する順
    序で使用し、これらの使用を処理用ガスの流量率を調整
    することによって制御し、各ステージ中、ワークピース
    の温度および発生中のアーク放電の周波数の他にグロー
    放電電流およびグロー放電電流の振幅を測定し、ワーク
    ピース温度の測定値およびアーク放電の周波数の他に、
    グロー放電電圧の振幅をそれらのプリセット値と比較し
    、温度および周波数用に得たエラー信号を用いて温度お
    よび周波数用のコントロール信号を同時に発生させ（こ
    れらを互いに合算して）、この結果得られた合成信号を
    放電電流に比例した信号と比較し、この比較した後、エ
    ラー信号が得られ、このエラー信号を用いてグロー放電
    電圧用コントロール信号を発生させ、この結果として、
    ＰＩＤ法に従って、グロー放電電流は温度および周波数
    用のコントロール信号の合成信号に対応し、グロー放電
    電圧の振幅用のエラー信号を用いて処理用ガス流量率用
    のコントロール信号を発生させ、これによって他のＰＩ
    Ｄ法に従って、グロー放電電圧の振幅がプリセット値に
    対応するようにしたことを特徴とするワークピースの熱
    化学的処理の制御方法。 ２、処理用ガスの媒質内のグロー放電中のワークピース
    の熱化学的処理を制御するに当り、直流源と、 ワーキングチャンバ中のワークピースを温度センサに熱
    的に接続させ、このセンサを第１の比較エレメントを介
    して第１レギュレータに接続し、ワーキングチャンバの
    ガス出力を真空ポンプによって外気中に導き出し、 更に、電圧センサを設け、これの出力を周波数／電圧コ
    ンバータおよび第２の比較エレメントの直列回路を経て
    第２のレギュレータの入力に接続し、アーク放電周波数
    用のプリセットされた一定値の発生源を第２比較エレメ
    ントの第２入力に接続し、このプリセット値は以下の事
    実に基いて特徴づけられており： 直流電圧源（１）の一方のターミナルを電流センサ（２
    ）によってワーキングチャンバ（３）の電気的入力の対
    応のターミナルに接続し、この電圧源の他方のターミナ
    ルを平滑用チョーク（４）を経てワーキングチャンバ（
    ３）の電気的入力の他方のターミナルに接続し、電圧セ
    ンサ（５）およびアーク放電ワーキングチャンバ（３）
    のユニット（６）を前記電気的入力間に接続し；第１比
    較エレメント（９）の第２入力をプログラミングユニッ
    ト（１０）のワーキング温度のプリセット値用の第１出
    力に接続し、第１レギュレータ（１１）の出力をアダー
    （１２）の第１入力に接続し、このアダーの出力を第２
    比較エレメント（１３）の第１入力に接続し、このエレ
    メントの第２入力を電流センサ（２）の出力に接続し、
    このエレメントの出力を第２レギュレータ（１４）を経
    て直流電圧源（１）の制御入力に接続し、第３レギュレ
    ータ（１７）の出力をアダー（１２）の第２入力に接続
    し、この電圧センサ（５）の出力を振幅検出器（１９）
    を経て、第４比較エレメントの第１入力に接続し、この
    エレメントの出力を第４レギュレータ（２１）を経てス
    イッチ（２２）の第１入力に接続し、このスイッチの第
    ２コントロール入力をプログラミングユニット（１０）
    のプリセットされた処理用ガス用の第２出力に接続し、
    これの第３出力（グロー放電電圧の振幅をプリセットす
    るための出力）を第４比較エレメント（２０）の第２入
    力に接続し、処理用ガス源（２３）の出力を流量調整用
    の少なくとも２つのアクチュエータ（２４、２５）のガ
    ス入力に接続し、このアクチュエータの出力をワーキン
    グチャンバ（３）のガス入力に接続し、これらアクチュ
    エータ（２４、２５）のコントロール入力をスイッチ（
    ２２）の対応の出力に接続したことを特徴とするワーク
    ピースの熱化学的処理用制御装置。
JP60263921A 1984-11-26 1985-11-26 ワ−クピ−スの熱化学的処理制御方法および装置 Pending JPS61210173A (ja)

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BG8467672A BG41744A1 (en) 1984-11-26 1984-11-26 Method for control of chimico= thermic processing of work- pieces with glowing dicharge in medium of processing gas and device for implementing this method
BG67672 1984-11-26

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JP60263921A Pending JPS61210173A (ja) 1984-11-26 1985-11-26 ワ−クピ−スの熱化学的処理制御方法および装置

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JP (1) JPS61210173A (ja)
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IN166299B (ja) 1990-04-07
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HU198969B (en) 1989-12-28
HUT39211A (en) 1986-08-28
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