(57)【要約】【課題】窒化処理される金属部材の温度を精度良く測定し化合物層の生成を抑止することが可能な窒化処理装置および窒化処理方法を提供する。【解決手段】窒化処理装置１は、チャンバ１０と、ガス供給部５０と、回転テーブル２０と、プラズマ発生部３０と、ヒータ７０と、シース熱電対６と、ワーク用電源４１と、ヒータ制御部８０４と、を備える。シース熱電対６は、金属シース６０と、熱電対素線６１と、を有する。ワーク用電源４１は、ワークＷと金属シース６０とがマイナス側の同電位に設定されるように所定の電圧を印加する。ヒータ制御部８０４は、熱電対素線６１から出力される信号に基づいて、ヒータ７０の発熱量を制御する。シース熱電対６の金属シース６０がワークＷと同様に陽イオンの衝突を受けることで、ワークＷの温度を精度良く測定する。【選択図】図１
2020063462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化処理装置および窒化処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属の表面をイオン窒化して、その表面に金属の窒化物層を形成し、金属の表面の耐摩耗性や耐腐食性を向上させる、窒化処理装置およびこれを用いた窒化処理方法が知られている。特許文献１には、このような窒化処理方法として、真空チャンバ内において加熱手段によって被処理体としての金属部材を３００〜６５０℃の温度に維持しながら、アンモニアガスと水素ガスを用いて、金属部材の表面に０．００１〜２．９ｍＡ／ｃｍ２の電流密度でグロー放電を行い、金属部材の表面をイオン窒化する方法が開示されている。特許文献１には、金属部材の温度測定手段について開示されていないが、このような窒化処理では、金属部材の温度が上がりすぎると、表面に化合物層が生成されるという問題がある。このような化合物層が生成されると、窒化処理後に当該化合物層を研磨する工程が必要になり、金属部材に対する処理効率が低下する。したがって、真空チャンバ内における金属部材の温度を精度良く測定することが望まれる。
【０００３】
特許文献２には、真空チャンバ内において金属部材の表面に対して物理蒸着または化学蒸着によって成膜処理を施す技術が開示されている。当該技術では、真空チャンバ内の金属部材の温度を測定するために、放射温度計が用いられている。放射温度計は、真空チャンバの外側に配置され、真空チャンバに備えられた観測窓を通じて、金属部材の温度を測定する。このような放射温度計は、金属部材から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、金属部材の温度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９３１１７３号明細書
【特許文献２】特許第４０４２９６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたような従来の窒化処理装置において、特許文献２に記載されたような放射温度計を用いて金属部材の温度を測定する場合、当該金属部材の温度を精度良く測定することが難しく、結果的に金属部材の表面に化合物層が生成されるという問題があった。一般的に、放射温度計は、測定中の放射温度計自体の温度変化の影響を受けやすく、また、金属部材の焦点位置の変動によって測定温度に誤差が生じやすい。このため、放射温度計を用いて、窒化処理される金属部材の温度を測定することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、窒化処理される金属部材の温度を精度良く測定し化合物層の生成を抑止することが可能な窒化処理装置および窒化処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の局面に係る窒化処理装置は、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。
【０００８】
本構成によれば、被処理体をプラズマ発生源の電極とすることなく、被処理体に対して独立したプラズマ発生源が備えられている。この結果、プラズマ発生源が、被処理体に対して供給される窒素イオンを安定して生成することができる。また、被処理体は、収容部材とともに、被処理体用電源によってマイナス側の電位に設定される。したがって、プラズマ中の陽イオンである窒素イオンが被処理体に向かって引き寄せられ、衝突する。この結果、被処理体の窒化処理を安定して行うことができる。更に、被処理体と収容部材は同電位とされる。このため、収容部材には、被処理体と同様に、窒素イオンが引き寄せられ、衝突する。したがって、当該イオンの衝突によって、被処理体および収容部材の表面温度が同じように上昇する。このため、熱電対素線が収容部材の温度を検出することによって、収容部材と同等の被処理体の温度を精度よく検出することができる。そして、処理条件制御部は、熱電対素線から出力される信号に基づいて、ヒータの発熱量を調整する。したがって、被処理体の温度を窒化処理のための好適な温度に安定して設定することができる。この結果、被処理体の温度が過剰に上昇することがなく、被処理体の表面に化合物層が形成されることを抑止することができる。
【０００９】
特に、上記の構成では、被処理体および収容部材を、陽イオン（窒素イオン）の衝突を受ける同じような環境に置くことができるため、陽イオンの衝突エネルギによる被処理体の温度上昇と同様の温度上昇が収容部材にももたらされる。この結果、被処理体の近傍に配置した熱電対素線によって、被処理体の温度を精度良く測定することができる。そして、上記の構成では、被処理体がプラズマ発生源の電極から独立しており、被処理体とは別にプラズマ発生源の電極が配置されていることで、被処理体および収容部材に対して陽イオンを同様に衝突させることができる。
【００１０】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００１１】
本構成によれば、シース熱電対が収容部材および熱電対素線を備えており、作業者は、シース熱電対を支持体に装着することで、被処理体の温度を容易に測定することができる。したがって、収容部材と熱電対素線とが互いに独立した別の部材からなる場合と比較して、窒化処理の準備作業時間を短縮することができる。また、シース熱電対が、収容部材の内部で予め熱電対素線を保持する絶縁層を一体的に有している。このため、上記のように、収容部材と熱電対素線とが別の部材からなり、窒化処理に先だって、収容部材と熱電対素線とを絶縁した状態で、熱電対素線を収容部材に収容する作業が不要となる。
【００１２】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００１３】
本構成によれば、被処理用電源が支持体に電圧を印加することで、被処理体と収容部材とを容易に同電位に設定することができる。
【００１４】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００１５】
本構成によれば、熱電対素線および被支持体が回転テーブルの上面部に載置されることで、両者を容易に同電位に設定することができる。
【００１６】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００１７】
本構成によれば、チャンバの内部空間には水素イオンが存在する。このため、被処理体の表面に酸化物が生成された際に、水素イオンが当該酸化物と反応することで水（Ｈ２Ｏ）が生成され、前記酸化物を取り除くことができる。
【００１８】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００１９】
本構成によれば、被処理体とは異なる位置で窒素イオンを含むプラズマを安定して形成することが可能となり、当該窒素イオンを被処理体に安定して供給することができる。
【００２０】
上記の構成において、前記陽極は、前記チャンバの内壁から構成されるものでもよい。また、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ものでもよい。
【００２１】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００２２】
本構成によれば、所定の方向に沿って分布する複数のヒータの加熱領域を独立して制御することが可能となり、上記の方向に分布する複数の被処理体の温度を安定して制御することが可能となる。
【００２３】
上記の構成において、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ことが望ましい。
【００２４】
本構成によれば、熱電対素線によって検出される被処理体の温度が窒化反応に好適な所定の範囲を超えている場合には、処理条件制御部がプラズマ発生源のプラズマ発生量を低下させることができる。この場合、窒素イオンの生成量が低下し、被処理体および収容部材に衝突する窒素イオンの量も低下する。この結果、被処理体の温度を低下させることができる。逆に、被処理体の温度が低すぎる場合には、処理条件制御部がプラズマ発生源のプラズマ発生量を増加させることで、被処理体の温度を上昇させることができる。
【００２５】
また、本発明の他の局面に係る窒化処理方法は、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。
【００２６】
本方法によれば、被処理体は、収容部材とともに、被処理体用電源によってマイナス側の電位に設定される。したがって、プラズマ中の陽イオンである窒素イオンが被処理体に向かって引き寄せられ、衝突する。この結果、被処理体の窒化処理を安定して行うことができる。更に、被処理体と収容部材は同電位とされる。このため、収容部材には、被処理体と同様に、窒素イオンが引き寄せられ、衝突する。したがって、当該イオンの衝突によって、被処理体および収容部材の表面温度が同じように上昇する。このため、熱電対素線が収容部材の温度を検出することによって、収容部材と同等の被処理体の温度を精度よく検出することができる。そして、熱電対素線から出力される信号に基づいて、ヒータの発熱量が調整される。したがって、被処理体の温度を窒化処理のための好適な温度に安定して設定することができる。この結果、被処理体の温度が過剰に上昇することがなく、被処理体の表面に化合物層が形成されることを抑止することができる。
【００２７】
上記の方法において、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ことが望ましい。
【００２８】
本方法によれば、チャンバの内部空間に水素イオンが存在する。このため、被処理体の表面に酸化物が生成された際に、水素イオンが当該酸化物と反応することで水（Ｈ２Ｏ）が生成され、前記酸化物を取り除くことができる。
【００２９】
上記の方法において、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ことが望ましい。
【００３０】
本方法によれば、被処理体とは独立したプラズマ発生源がプラズマを発生する。すなわち、窒化されるために窒素イオンの供給を受ける被処理体と、窒素イオンを生成するプラズマ発生源とが、電気的にも互いに独立している。このため、被処理体がプラズマ発生源の電極の一部を構成する場合と比較して、低い電圧（バイアス）で高密度なプラズマを形成することができる。
【００３１】
上記の方法において、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ことが望ましい。
【００３２】
本方法によれば、窒素ガスから窒素イオンを生成する場合に、窒素の電離エネルギとして多くのエネルギが必要な場合であっても、チャンバに供給されるガス圧が低く設定されることでイオンの平均自由工程が大きくなり、窒素から窒素イオンを安定して生成することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、窒化処理される金属部材の温度を精度良く測定し化合物層の生成を抑止することが可能な窒化処理装置および窒化処理方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化処理装置の模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る窒化処理装置の模式的な正断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る窒化処理装置の制御部のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る窒化処理装置のシース熱電対の断面図である。
【図５】本発明の第１変形実施形態に係る窒化処理装置の平面図である。
【図６】本発明の第２変形実施形態に係る窒化処理装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る窒化処理装置１について説明する。図１は、本実施形態に係る窒化処理装置１の模式的な斜視図である。図２は、本実施形態に係る窒化処理装置１の模式的な正断面図である。図３は、本実施形態に係る窒化処理装置１の制御部８０のブロック図である。図４は、本実施形態に係る窒化処理装置１のシース熱電対６の断面図である。
【００３６】
窒化処理装置１は、ワークＷ（被処理体）に対して窒化処理を施す。詳しくは、窒化処理装置１では、窒素ガスが水素ガスで希釈される雰囲気の中にワークＷが載置され、プラズマの中に存在する窒素イオンおよびその他の活性種がワークＷと反応し、ワークＷの表面に硬化層が形成される。一例として、ワークＷは、金属製のスクリュー、工具、金型などである。なお、窒化処理装置１において、前記窒化処理に続いて成膜などの他の処理が行われてもよい。窒化処理装置１は、チャンバ１０と、回転テーブル２０（支持体）と、テーブル支持部２１と、テーブル駆動部２２と、プラズマ発生部３０と、ワーク印加部４０と、ガス供給部５０と、を備える。
【００３７】
チャンバ１０は、いわゆる真空チャンバであり、不図示の真空装置によって真空（略真空）とされる内部空間を有する。チャンバ１０は、導電性の金属材料からなり、電極として機能するチャンバ側壁３５を備える。
【００３８】
回転テーブル２０は、チャンバ１０の内部空間に回転可能に配置されている。本実施形態では、回転テーブル２０は、導電性の金属材料からなる。回転テーブル２０は、円板形状を有し、その上面部が上方を向くように配置されている。図１に示すように、回転テーブル２０の上面部に、複数のワークＷが回転テーブル２０の回転方向に所定の間隔をおいて載置されている。この結果、回転テーブル２０が少なくとも一つのワークＷを支持する。そして、回転テーブル２０とワークＷとが互いに電気的に導通する。なお、本実施形態では、ワークＷが、上下方向に沿って延びる円柱形状を有しているが、ワークＷの形状は、これに限定されるものではない。
【００３９】
なお、図１では、説明のために回転テーブル２０の一部を拡大して示している。本実施形態では、図２に示すように、回転テーブル２０が上下に積層された複数のサブテーブル２００を有する。そして、当該複数のサブテーブル２００上に複数のワークＷがそれぞれ載置されている。なお、図２に示すように、複数のサブテーブル２００は、チャンバ１０の内部空間において、上段、中段および下段の３つの領域に分布するように２段ずつ配置されている。
【００４０】
テーブル支持部２１（図１、図２）は、チャンバ１０の底部を貫通して回転テーブル２０の下面部に接続されている。本実施形態では、テーブル支持部２１は上下方向に沿って延びる円柱形状を有し、テーブル支持部２１の中心線と回転テーブル２０の回転中心とが一致する。
【００４１】
テーブル駆動部２２は、テーブル支持部２１を図１の矢印方向に回転させる駆動力を発生する。テーブル支持部２１の回転に伴って回転テーブル２０およびこれに載置されるワークＷが図１の矢印方向に回転する。なお、テーブル駆動部２２が備えられず、回転テーブル２０に代えて、固定式の（回転しない）テーブル上に複数のワークＷが載置されてもよい。
【００４２】
プラズマ発生部３０は、チャンバ１０の内部空間にプラズマＰを発生させる。プラズマ発生部３０は、放電用電源３１と、チャンバ導通路３２と、フィラメント導通路３３と、フィラメント３４（陰極・カソード）と、チャンバ側壁３５（陽極・アノード）と、を含む。
【００４３】
放電用電源３１は、フィラメント３４とチャンバ側壁３５との間に所定の電位差が形成されるようにフィラメント３４およびチャンバ側壁３５に電圧を印加する。
【００４４】
チャンバ導通路３２は、放電用電源３１のプラス側電極とチャンバ側壁３５とを電気的に接続する。フィラメント導通路３３は、放電用電源３１のマイナス側電極とフィラメント３４とを電気的に接続する。
【００４５】
フィラメント３４は、回転テーブル２０（ワークＷ）に対向するようにチャンバ１０の内部空間に配置されている。フィラメント３４に電流が流されるとフィラメント３４が加熱され、熱電子を放出する。本実施形態では、フィラメント３４は、上下方向に沿って延びるように配置された、タングステンなどからなる線状部材である。なお、フィラメント３４は、図２において複数段のサブテーブル２００に対向するように上下方向に沿って延びている。
【００４６】
チャンバ側壁３５は、チャンバ１０の側壁（内壁）からなり、図１に示すように回転テーブル２０の外側でフィラメント３４に対向して配置される。すなわち、図１に示すように、チャンバ１０の内部空間において回転テーブル２０の回転中心から見て、回転テーブル２０、フィラメント３４およびチャンバ側壁３５の順に配置されている。チャンバ側壁３５は、プラズマ発生部３０の陽極として機能する。
【００４７】
放電用電源３１が、フィラメント導通路３３およびチャンバ導通路３２を通じて、フィラメント３４とチャンバ側壁３５との間に所定の電位差を設けると、チャンバ１０の内部空間においてプラズマが発生する。この結果、チャンバ１０の内部空間に供給される窒素および水素からそれぞれ窒素イオンＮ＋および水素イオンＨ＋が生成される。
【００４８】
ワーク印加部４０は、回転テーブル２０、ワークＷおよび後記の金属シース６０に所定の電圧を印加する。ワーク印加部４０は、ワーク用電源４１（被処理体用電源）と、ワーク導通路４２と、チャンバ導通路４３と、を備える。
【００４９】
ワーク用電源４１は、ワークＷおよび後記の金属シース６０がマイナス側の同電位に設定されるように、ワークＷおよび金属シース６０に所定の電圧を印加する。ワーク導通路４２は、ワーク用電源４１のマイナス側電極と回転テーブル２０とを電気的に接続する。チャンバ導通路４３は、ワーク用電源４１のプラス側電極とチャンバ１０とを電気的に接続する。
【００５０】
ガス供給部５０は、チャンバ１０の内部空間に連通し当該内部空間に少なくとも窒素および水素を含むガスを供給する。詳しくは、ガス供給部５０は、水素タンク５１と、水素流量制御部５２と、窒素タンク５３と、窒素流量制御部５４と、ガス供給口５５と、を有する。水素タンク５１は、内部に水素ガスを圧縮状態で収容している。水素流量制御部５２は、水素タンク５１とチャンバ１０の内部空間との間に配置される。水素流量制御部５２は、後記の制御部８０によって制御されることで開弁し、水素タンク５１からチャンバ１０に供給される水素ガスの流量を調整する。窒素タンク５３は、内部に窒素ガスを圧縮状態で収容している。窒素流量制御部５４は、窒素タンク５３とチャンバ１０の内部空間との間に配置される。窒素流量制御部５４は、後記の制御部８０によって制御されることで開弁し、窒素タンク５３からチャンバ１０に供給される窒素ガスの流量を調整する。ガス供給口５５は、チャンバ１０に備えられており、水素タンク５１および窒素タンク５３から供給された水素ガスおよび窒素ガスをチャンバ１０の内部空間に受け入れる。
【００５１】
窒化処理装置１は、更に、複数の（少なくとも一つの）シース熱電対６と、複数の（少なくとも一つの）ヒータ７０、ヒータ電源７１およびヒータ熱電対７２と、制御部８０と、を備える。
【００５２】
シース熱電対６は、図１に示すように、回転テーブル２０（サブテーブル２００、図２）の上面部に載置される（固定される）。特に、シース熱電対６は、複数のワークＷのうちの一のワークＷに隣接するように配置されており、より詳しくは、回転テーブル２０の回転方向において、互いに隣接する２つのワークＷの間に配置されている。図１、図４を参照して、シース熱電対６は、金属シース６０（収容部材）と、熱電対素線６１と、絶縁材６２と、を備える。
【００５３】
熱電対素線６１は、回転テーブル２０上において、少なくとも一つのワークＷに隣接するようにチャンバ１０の内部空間に配置されている。熱電対素線６１は、第１素線６１Ａと、第２素線６１Ｂと、測温接点６１Ｓ（測温部）と、を有する。第１素線６１Ａおよび第２素線６１Ｂは互いに異なる金属からなる。第１素線６１Ａおよび第２素線６１Ｂは、測温接点６１Ｓにおいて結合されている。測温接点６１Ｓは、金属シース６０の先端部に位置する。なお、第１素線６１Ａおよび第２素線６１Ｂのうち測温接点６１Ｓとは反対側も不図示の導線を介して互いに結合されている。このように、熱電対素線６１は、２種類の異なった金属によって閉ループが形成され、その両接合部間に温度差が与えられると、起電力が発生するという公知のゼーベック効果に基づいている。すなわち、熱電対素線６１は、測温接点６１Ｓが検出する温度に応じて、上記の起電力を発生し、当該起電力に応じた信号を出力する。熱電対素線６１が測定したワークＷ近傍の信号（温度情報）は、制御部８０の温度変換部８０２に入力される。
【００５４】
絶縁材６２（絶縁層）は、金属シース６０の円筒内部に充填され（配置され）、熱電対素線６１を保持する。本実施形態では、絶縁材６２は、高純度の無機絶縁材からなり、熱電対素線６１と金属シース６０とを絶縁した状態で、熱電対素線６１を保持する。
【００５５】
金属シース６０は、熱電対素線６１に対して絶縁された状態で、測温接点６１Ｓを覆うように熱電対素線６１を内部に収容する。本実施形態では、金属シース６０は、円筒形状を有しており、当該円筒形状の上端部は、その上面部によって封止されている。一方、金属シース６０の円筒形状の下端部６０Ｃは、回転テーブル２０を貫通して回転テーブル２０の下面部に連通（露出）している。一例として、金属シース６０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）から構成される。図４に示すように、金属シース６０が回転テーブル２０に支持される（載置される）ことで、金属シース６０と回転テーブル２０とが互いに導通した状態とされる。
【００５６】
なお、図２に示すように、上記の構成をそれぞれ備えた複数のシース熱電対６が、上下方向において互いに異なる領域（内部空間の上段、中段および下段）を測温するように各サブテーブル２００上に配置されている。すなわち、複数のシース熱電対６は、互いの高さ方向は異なるが、それぞれテーブル２０に配置されている。複数のサブテーブル２００および回転テーブル２０は互いに導通しているため、チャンバ１０内に収容される回転テーブル２０、サブテーブル２００、複数のワークＷおよび複数のシース熱電対６の金属シース６０がすべて導通した状態となっている。
【００５７】
ヒータ７０は、チャンバ１０の内部空間に配置され、ワークＷを輻射加熱する。ヒータ電源７１は、ヒータ７０に所定の電圧を印加し、ヒータ７０を発熱させる。ヒータ電源７１は、制御部８０の後記のヒータ制御部８０４によって制御される。ヒータ熱電対７２は、チャンバ１０の内部空間に配置される測温部（測温接点）を有し、ヒータ７０の温度を測定する。ヒータ熱電対７２が測定したヒータ７０の温度情報（信号）は、制御部８０の温度変換８０２に入力される。
【００５８】
なお、上記と同様の構成を備えた複数のヒータ７０およびヒータ電源７１が、図２に示すように、上下方向に隣接して配置されている。複数のヒータ７０は、それぞれ、上下方向において互いに異なる領域（内部空間の上段、中段および下段）を加熱するようにチャンバ１０の内部空間に配置されている。図２では、各ヒータ７０が輻射加熱する加熱領域Ｈが図示されている。
【００５９】
制御部８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御部８０には、ヒータ熱電対７２、シース熱電対６（熱電対素線６１）、テーブル駆動部２２、流量コントロール弁（水素流量制御部５２、窒素流量制御部５４）、放電用電源３１、ワーク用電源４１およびヒータ７０がそれぞれ電気的に接続されている。制御部８０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部８０１、温度変換部８０２、電源制御部８０３（処理条件制御部）およびヒータ制御部８０４（処理条件制御部）を備えるように機能する。
【００６０】
駆動制御部８０１は、テーブル駆動部２２を制御して回転テーブル２０を所定の回転数で回転させる。また、駆動制御部８０１は、水素流量制御部５２および窒素流量制御部５４を制御して、水素タンク５１および窒素タンク５３から所定の流量（圧力）で水素ガスおよび窒素ガスをチャンバ１０に供給する。
【００６１】
温度変換部８０２は、ヒータ熱電対７２およびシース熱電対６から入力される信号を予め設定された演算式に基づいて変換し、ヒータ７０およびワークＷの温度を導出する。導出された各温度は、窒化処理装置１に備えられた不図示の表示部に表示される。
【００６２】
電源制御部８０３は、放電用電源３１を制御して、フィラメント３４とチャンバ側壁３５との間に所定の電圧を印加し、プラズマＰを発生させる。また、電源制御部８０３は、熱電対素線６１から出力される前記信号に基づいて放電用電源３１を制御することで、プラズマ発生部３０のプラズマ発生量を制御する。更に、電源制御部８０３は、ワーク用電源４１を制御して、チャンバ側壁３５と回転テーブル２０との間に所定の電圧を印加する。この結果、電源制御部８０３は、回転テーブル２０（サブテーブル２００）、複数のワークＷおよび複数のシース熱電対６の金属シース６０を同電位（マイナス電位）に設定する。
【００６３】
ヒータ制御部８０４は、複数のヒータ電源７１をそれぞれ制御して複数のヒータ７０を発熱させる。複数のヒータ電源７１は独立して制御可能であるため、複数のヒータ７０の発熱量は独自に設定可能とされる。ヒータ制御部８０４は、熱電対素線６１から出力される前記信号に基づいて、ヒータ７０の発熱量を制御する。この際、ヒータ制御部８０４は、チャンバ１０の内部空間において上下方向の異なる位置に配置される複数のシース熱電対６の熱電対素線６１から出力される前記信号に基づいて、前記複数のヒータ７０のうち前記熱電対素線６１に対向するヒータ７０の発熱量をそれぞれ制御する。
【００６４】
上記のような構成を備えた窒化処理装置１では、少なくとも下記の工程を経てワークＷに対して窒化処理が施される。
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。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る窒化処理装置１および窒化処理装置１を用いた窒化処理方法では、ワークＷをプラズマ発生部３０の電極とすることなく、ワークＷに対して独立したフィラメント３４（陰極）およびチャンバ側壁３５（陽極）が備えられている。この結果、プラズマ発生部３０が、ワークＷに対して供給される窒素イオンを安定して生成することができる。また、ワークＷは、シース熱電対６の金属シース６０とともに、ワーク印加部４０によってマイナス電位に設定される。したがって、プラズマＰ中の陽イオンである窒素イオンがワークＷに向かって引き寄せられ、衝突する。この結果、ワークＷの窒化処理を安定して行うことができる。更に、ワークＷとシース熱電対６の金属シース６０とは同電位とされる。このため、図４に示すように、シース熱電対６の金属シース６０には、ワークＷと同様に、窒素イオンが引き寄せられ、衝突する。したがって、当該イオンの衝突によって、ワークＷおよび金属シース６０の表面温度が同じように上昇する。このため、熱電対素線６１が金属シース６０の温度を検出することによって、シース熱電対６が金属シース６０と同等のワークＷの温度を精度よく検出することができる。そして、ヒータ制御部８０４は、シース熱電対６の熱電対素線６１から出力される信号に基づいて、ヒータ７０の発熱量を調整する。したがって、ワークＷの温度を窒化処理のための好適な温度に安定して設定することができる。この結果、ワークＷの温度が過剰に上昇することがなく、ワークＷの表面に化合物層が形成されることを抑止することができる。
【００６６】
このように、本実施形態では、ワークＷおよび金属シース６０を、陽イオン（窒素イオン、水素イオン）の衝突を受ける同じような環境に置くことができるため、陽イオンの衝突エネルギによるワークＷの温度上昇と同様の温度上昇がシース熱電対６の金属シース６０にも付与される。この結果、ワークＷの近傍に配置したシース熱電対６によって、ワークＷの温度を精度良く測定することができる。そして、本実施形態では、ワークＷがプラズマ発生部３０の電極から独立しており、ワークＷとは別にプラズマ発生部３０のフィラメント３４およびチャンバ側壁３５が配置されていることで、ワークＷおよび金属シース６０に対して陽イオンの衝突を同様に実現することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、電源制御部８０３は、熱電対素線６１から出力される前記信号に基づいて、放電用電源３１を制御してプラズマ発生部３０のプラズマ発生量を更に制御する。すなわち、シース熱電対６によって検出されるワークＷの温度が窒化反応に好適な所定の範囲を超えている場合には、電源制御部８０３が放電用電源３１を制御してプラズマ発生部３０のプラズマ発生量を低下させる。この場合、窒素イオンの生成量が低下し、ワークＷおよび金属シース６０に衝突する窒素イオンの量も低下する。この結果、ワークＷの温度を低下させることができる。逆に、ワークＷの温度が低すぎる場合には、電源制御部８０３が放電用電源３１を制御してプラズマ発生部３０のプラズマ発生量を増加させればよい。
【００６８】
また、本実施形態では、シース熱電対６が金属シース６０および熱電対素線６１を備えており、作業者は、シース熱電対６を回転テーブル２０（サブテーブル２００）に装着することで、ワークＷの温度を容易に測定することができる。したがって、金属シース６０と熱電対素線６１とが別の部材からなる場合と比較して、窒化処理の準備作業時間を短縮することができる。また、シース熱電対６が金属シース６０の内部で予め熱電対素線６１を保持するように絶縁材６２を一体的に有している。このため、上記のように、金属シース６０と熱電対素線６１とが別の部材からなり、窒化処理に先だって、金属シース６０と熱電対素線６１とを絶縁した状態で、熱電対素線６１を金属シース６０に収容する作業が不要となる。
【００６９】
また、本実施形態では、ワークＷおよび金属シース６０がそれぞれ回転テーブル２０（サブテーブル２００）に導通され、ワーク印加部４０が回転テーブル２０に電圧を印加することで、ワークＷおよび金属シース６０が同電位に設定される。このため、シース熱電対６が回転テーブル２０（サブテーブル２００）上の所定の位置に予め固定（載置）され、ワークＷが回転テーブル２０（サブテーブル２００）の上面部に載置されることで、両者を容易に同電位に設定することができる。なお、回転テーブル２０に代えて、不図示のホルダ（支持体）によって、ワークＷおよびシース熱電対６（金属シース６０）が保持される態様でもよい。この場合も、前記ホルダが導通体であり、ワーク印加部４０が前記ホルダに電圧を印加することで、ワークＷおよび金属シース６０が同電位に設定されればよい。
【００７０】
また、本実施形態では、図２に示すように、複数のワークＷがチャンバ１０の内部空間においてサブテーブル２００上に載置されることで、上下方向に沿って互いに間隔をおいて配置されている。また、複数のヒータ７０がチャンバ１０の内部空間において上記複数のワークＷにそれぞれ水平方向に対向して配置され、ワークＷをそれぞれ加熱する。また、金属シース６０および熱電対素線６１を含むシース熱電対６がワークＷに隣接して配置されている。このため、複数のワークＷに対する複数の加熱領域Ｈが、上下方向に沿って隣接して配置される。そして、ヒータ制御部８０４は、複数のシース熱電対６の熱電対素線６１から出力される前記信号に基づいて、前記複数のヒータ７０の発熱量をそれぞれ制御する。したがって、下段のワークＷの温度が低すぎる場合には、下段のヒータ７０の発熱量が増加される。また、上段のワークＷの温度が高すぎる場合には、上段のヒータ７０の発熱量が低下される。この結果、各加熱領域Ｈを独立して制御することが可能となり、上下方向に分布する複数のワークＷの温度を安定して制御することが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態では、プラズマ発生部３０は、電流が流れることで熱電子を放出するフィラメント３４と、フィラメント３４に対向して配置されるチャンバ側壁３５と、フィラメント３４とチャンバ側壁３５との間に所定の電位差が形成されるようにフィラメント３４およびチャンバ側壁３５に電圧を印加する放電用電源３１と、を備える。このため、ワークＷとは異なる位置で窒素イオンを含むプラズマＰを安定して形成することが可能となり、当該窒素イオンをワークＷに安定して供給することができる。この際、プラズマ発生部３０の陽極として、チャンバ１０のチャンバ側壁３５が利用されることで、他の陽極電極を配置することなく、プラズマＰを形成することが可能となる。
【００７２】
なお、上記の工程（４）において、チャンバ１０の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、上記の工程（６）においてプラズマ発生部３０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ことが望ましい。
【００７３】
この場合、チャンバ１０の内部空間に水素イオンが存在することで、ワークＷの表面に酸化物が生成された際に、水素イオンが当該酸化物と反応することで水（Ｈ２Ｏ）が生成され、前記酸化物を取り除くことができる。
【００７４】
また、上記の工程（７）において、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Ｗおよび金属シース６０に、−６００Ｖ以上０Ｖ以下の電圧を印加することが望ましい。また、好ましくは、−５００Ｖ以上−３００Ｖ以下の電圧が印加されることが更に望ましい。
【００７５】
本実施形態では、前述のように、ワークＷとは独立したプラズマ発生部３０が備えられている。すなわち、窒化されるために窒素イオンの供給を受けるワークＷと、窒素イオンを生成するプラズマ発生部３０とが、電気的にも互いに独立している。このため、ワークＷがプラズマ発生部３０の電極の一部を構成する場合と比較して、低い電圧（バイアス）で高密度なプラズマＰを形成することができる。また、上記の範囲でワークＷおよび金属シース６０に印加されるバイアスを調整することによって、ワークＷおよび金属シース６０とチャンバ１０との間の電位差が調整され、ワークＷに対する窒素イオンの供給エネルギを調整することができる。なお、本実施形態では、必ずしもワークＷおよび金属シース６０にバイアスを印加することなく、ワークＷの窒化処理が可能となる。ただし、上記のようなバイアスを印加することで、窒素イオンの供給が促進され、窒化の反応性を高めることができる。
【００７６】
更に、上記の工程（４）において、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チャンバ１０内の圧力が０．２Ｐａ以上０．５Ｐａ以下となるように供給することが望ましい。
【００７７】
従来、一般的なイオン窒化処理技術では、水素ガスおよびアンモニアガスが用いられ、チャンバ１０に供給されるガスの圧力は数百Ｐａ程度であった。一方、本実施形態では、上記のように、窒素ガスおよび水素ガスが用いられており、アンモニアガスは用いられていない。窒素ガスから窒素イオンを生成する場合、窒素の電離エネルギが高いため、ガス圧を小さくし、平均自由工程を大きくする必要がある。このため、チャンバ１０に供給されるガス圧が上記の範囲に設定されることで、窒素から窒素イオンを安定して生成することができる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例を挙げて本発明の実施形態につき更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、実施した比較実験での各実験条件は以下のとおりである。
＜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。
【００７９】
以上、本発明の一実施形態に係る窒化処理装置１およびこれを用いた窒化処理方法について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、以下のような変形実施形態が可能である。
【００８０】
（１）上記の実施形態では、プラズマ発生部３０として、フィラメント３４が陰極、チャンバ１０のチャンバ側壁３５が陽極を構成し、フィラメント３４とチャンバ側壁３５との間でプラズマＰが発生されることで、窒素ガスから窒素イオンが生成される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。プラズマ発生部３０は、公知のホローカソード、アーク放電、スパッタ、マイクロ波、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）、平行平板電極などを用いたものでもよい。
【００８１】
（２）図５は、本発明の第１変形実施形態に係る窒化処理装置１の平面図である。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、窒化処理装置１が、複数の蒸発源９０を備えている。また、プラズマ発生部３０は、先の実施形態と同様に、フィラメント３４とチャンバ１０のチャンバ側壁３５との間でプラズマＰを発生させる。回転する回転テーブル２０の上面部には、複数のワークＷおよびシース熱電対６が支持されている。先の実施形態と同様に、ワークＷおよびシース熱電対６は、回転テーブル２０を介して同電位に設定されている。このような構成においても、プラズマ発生部３０がワークＷに対して独立しており、フィラメント３４の周辺に高密度なプラズマＰを発生させることができる。このため、回転テーブル２０の回転に伴ってワークＷがフィラメント３４の近傍を通過する際に、窒素イオンがワークＷの内部に拡散する。この結果、ワークＷに対する窒化処理の速度を速めることができる。また、シース熱電対６がワークＷと同じ電位に設定され、陽イオンの衝突を受けることで、ワークＷの温度を精度良く測定することができる。
【００８２】
（３）図６は、本発明の第２変形実施形態に係る窒化処理装置１の平面図である。本変形実施形態では、先の実施形態と比較して、窒化処理装置１が、複数の蒸発源９０（アーク蒸発源）を備えている。また、本変形実施形態では、蒸発源９０がプラズマ発生部３０の陽極を構成する。このため、プラズマ発生部３０は、フィラメント３４と蒸発源９０との間でプラズマＰを発生させる。回転する回転テーブル２０の上面部には、複数のワークＷおよびシース熱電対６が支持されている。先の実施形態と同様に、ワークＷおよびシース熱電対６は、回転テーブル２０を介して同電位に設定されている。このような構成では、プラズマ発生部３０が発生するプラズマＰは、チャンバ１０の内部空間の広い範囲に分布する。したがって、回転テーブル２０が回転している際に、内部空間の広い範囲でワークＷに拡散反応が生じる。このため、ワークＷに対する窒化処理の拡散反応が、ワークＷの深い位置まで進入する。この結果、より強度の高い窒化処理が実現される。なお、図６の窒化処理装置１において、複数の蒸発源９０が、上下方向（紙面と直交する方向）において複数の領域に分割されてもよい。この場合、各領域の蒸発源９０に印加する電圧を個別に設定することができるため、チャンバ１０の高さ方向（上下方向）におけるプラズマＰの密度を制御することが可能となる。また、この場合も、プラズマ発生部３０がワークＷに対して独立しており、高密度なプラズマＰを発生させることができる。この結果、ワークＷに対する窒化処理の速度を速めることができる。また、シース熱電対６がワークＷと同じ電位に設定され、陽イオンの衝突を受けることで、ワークＷの温度を精度良く測定することができる。
【００８３】
（４）また、上記の実施形態における、ワークＷ、シース熱電対６、ヒータ７０などの数は図１、図２の態様に限定されるものではなく、それぞれ少なくとも一つのワークＷ、少なくとも一つのシース熱電対６、少なくとも一つのヒータ７０が備えられていればよい。また、金属シース６０および熱電対素線６１は、シース熱電対６として一体であるものに限定されるものではない。熱電対素線６１を収容する金属製のパイプなどがチャンバ１０の内部空間に配置され、ワークＷと同電位に設定されればよい。この場合、金属製のパイプの端部は、測温接点６１Ｓを覆うように封止されていることが望ましい。
【符号の説明】
【００８４】
１  窒化処理装置
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）
【図１】
2020063462.tif 000003
【図２】
2020063462.tif 000004
【図３】
2020063462.tif 000005
【図４】
2020063462.tif 000006
【図５】
2020063462.tif 000007
【図６】
2020063462.tif 000008