KR20170021327A - 회전기구 및 이 회전기구를 구비한 막두께 모니터 - Google Patents

Abstract

진공챔버 내에 배치되어 피회전체를 회전 구동하는 회전기구를, 구름 베어링이 피로하기 어려운 구조를 가지며, 긴 수명의 것으로 한다.
모터(2)와, 모터로부터의 동력을 받아 피회전체(7)를 회전 구동하는 출력축(3)과, 출력축에 외삽되어 이 출력축을 지지하는 구름 베어링(6)을 구비한다.
출력축의 선단부에 회전체(4)가 설치되고, 회전체가 회전력 전달 수단(5)을 통해 피회전체에 연결됨과 동시에, 구름 베어링의 외륜(61)이 회전력 전달 수단에 설치한 홈부(51a, 51b)에 끼움 결합된다.

Description

회전기구 및 이 회전기구를 구비한 막두께 모니터{ROTATION MECHANISM AND FILM THICKNESS MONITOR INCLUDING SAME}

본 발명은, 진공챔버 내에 배치되며, 이 진공챔버 내에 있는 피회전체를 회전 구동시키는 회전기구 및 이 회전기구를 구비한 막두께 모니터에 관한 것이다.

예를 들면, 기판 표면에 박막을 성막하는 진공 증착 장치에 있어서는, 박막의 막두께를 고정밀도로 연속해서 모니터하기 위해 진공챔버 내에 막두께 모니터를 설치하는 것이 일반적이며, 그 중에는, 수정 진동자(quartz vibrator)를 이용하는 것이 있다. 이러한 막두께 모니터는 예를 들면 특허문헌 1에 알려져 있다. 이것은, 수정 진동자를 구비한 모니터 본체와, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 피회전체로서의 원반형상 부재를 구비하며, 원반형상 부재가 진공챔버 내에 배치되어, 회전기구를 구성하는 모터의 구동축에 직결되어 회전 구동된다. 이 경우, 출력축으로서의 구동축은, 통상, 이 구동축에 외삽되는 구름 베어링(roller bearing)으로 지지되어 있다.

여기서, 수정 진동자는 진공챔버 내에 설치한 증발원을 향해 배치된다는 점으로부터, 원반형상 부재도 또한 증발원을 향해 배치되게 되어, 성막 중, 증발원으로부터의 복사열로 가열되게 된다. 원반형상 부재가 가열되면, 원반형상 부재의 열이 구동축을 통해 구름 베어링의 내륜으로 전해진다. 이 때문에, 내륜이 우선해서 열팽창하여 내륜과 외륜 사이의 갭이 줄어드는 것에 기인하여, 구름 베어링 자체가 조기에 피로해지기 쉬어진다는 하는 문제가 있다.

그런데, 최근, 예를 들면 유기 EL소자와 같이 유기 재료를 이용한 유기막이 넓게 이용되도록 되어 있다. 이러한 유기막의 진공 증착 시에는, 수정 진동자를 이용하여 막두께를 모니터하는 경우, 유기막은 소위 탄성막이기 때문에, 금속막이나 화합물막과 비교해 수정 진동자의 수명이 현저하게 짧다. 이 때문에, 예를 들면 원반형상 부재에 의해 국소적으로 노출되는 수정 진동자의 면적을 가급적으로 작게 하거나 하여 수정 진동자의 고수명화를 도모하고 있다. 이러한 경우에, 상기와 같이, 구름 베어링 자체가 조기에 피로하기 쉬워진 것으로는, 결국, 장기간에 걸쳐 막두께를 모니터 할 수 없다.

특허문헌 1: 일본 특개평11-222670호 공보

본 발명은, 이상의 점을 감안하여, 구름 베어링이 피로하기 어려운 구조를 가지며, 긴 수명의 회전기구 및 이 회전기구를 구비한 막두께 모니터를 제공하는 것을 그 과제로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 진공챔버 내에 배치되어 피회전체를 회전 구동하는 본 발명의 회전기구는, 모터와, 모터로부터의 동력을 받아 피회전체를 회전 구동하는 출력축과, 출력축에 외삽되어 이 출력축을 지지하는 구름 베어링을 구비하며, 출력축의 선단부에 회전체가 설치되고, 회전체가 회전력 전달 수단을 통해 피회전체에 연결됨과 동시에, 구름 베어링의 외륜이 회전력 전달 수단에 설치한 홈부에 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 피회전체가 가열됐을 때, 피회전체로부터의 열이, 회전력 전달 수단을 통해 구름 베어링의 외륜으로 방열하여, 내륜보다 우선하여 외륜이 열팽창하게 된다. 이 때문에, 내륜과 외륜 사이의 갭이 줄어드는 것 없이, 구름 베어링 자체를 피로하기 어려운 구조로 할 수 있다.

그런데, 상기 종래 예와 같이, 피회전체가 모터의 구동축(출력축)에 직결되어 있으면, 회전체가 가열됐을 때에, 구동축에도 방열되고, 모터 내의 베어링이 조기에 피로하여 모터 자체의 수명이 짧아질 우려가 있다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는, 상기 출력축이 상기 모터의 구동축에 동력 전달 수단을 통해 연결되어, 모터가 냉각 가능한 틀에 유지되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 피회전체가 가열됐을 때의 모터의 구동축으로의 방열을 효과적으로 억제할 수 있고, 모터 자체를 냉각할 수 있는 것과 더불어, 모터를 포함한 회전기구의 긴 수명화를 달성할 수 있기 때문에, 유리하다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 막두께 모니터는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 회전기구와, 수정 진동자를 구비한 모니터 본체와, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 피회전체로서의 원반형상 부재를 구비한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 회전기구를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 피회전체를, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 원반형상 부재로 하고, 이 원반형상 부재를 진공챔버 내에서 회전 구동하는 경우를 예로 본 발명의 회전기구 및 막두께 모니터의 실시 형태를 설명한다. 이하에 있어서는, 「위」, 「아래」라는 방향을 나타내는 용어는 도 1을 기준으로 한다.

도 1을 참조하여, Cu는, 도외의 진공 증착 장치의 진공챔버 내에 설치되어 진공 증착 중에 막두께를 모니터하는, 수정 진동자를 구비한 막두께 모니터의 모니터 본체이다. 덧붙여, 모니터 본체 자체는 공지의 구조의 것을 이용하기 때문에, 본원에서는 상세한 설명을 생략한다. 그리고, 막두께 모니터는, 모니터 본체(Cu)의 윗면에 설치한 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 원반형상 부재를 회전 구동하기 위해 본 실시 형태의 회전기구(Mu)를 구비하고 있다.

도 2 및 도 3도 참조하여, 회전기구(Mu)는, 베이스판(11)과, 지지틀(12)과, 지지틀(12)의 상면을 폐색하는 캡판(13)을 갖는, 구리 등의 열전도가 좋은 재료제의 틀(1)을 구비한다. 지지틀(12) 안쪽에 베이스판(11) 위에는 프레임(14)이 입설되며, 프레임(14)의 외주에는 용도에 따라 적절하게 선택되는 모터(2)가 장착되어 있다. 틀(1)에는, 냉매용 통로(15a, 15b, 15c)가 설치되며, 냉매(예를 들면, 냉각수)를 유통시켜 틀(1)이, 나아가서는, 모터(2)가 냉각할 수 있도록 하고 있다. 프레임(14) 내에는, 모터(2)의 구동축(21)의 축선에 평행이 되도록 출력축(output shaft)(3)이 삽입 설치되며, 프레임(14) 내에 설치한 위아래 한 쌍의 구름 베어링(31a, 31b)으로 지지되어 있다. 구동축(21)과 출력축(3)의 상단에는, 서로 맞물리는 기어(22, 32)가 각각 설치되며, 동력 전달 수단으로서의 기어(22, 32)에 의해 모터(2)의 동력이 출력축(3)에 전달되어 출력축(3)이 회전 구동된다. 캡판(13)으로부터 위쪽으로 돌출한 출력축(3)의 상단에는, 회전체로서의 회전판(4)이 장착됨과 동시에, 출력축(3)의 상단 부분에는, 이 상단 부분의 외주면으로부터 간격을 두고 슬리브 부재(33)가 외삽되어 있다. 이 경우, 슬리브 부재(33)의 상단과 회전판(4)의 아래면 사이에는 간극이 설치되며, 슬리브 부재(33)의 내주면과 출력축(3)의 외주면 사이에도 간극이 설치되어 있다. 또한, 회전판(4)에는 원주방향에서 소정간격(120°)으로 그 중심을 향해 움푹 패인 오목형상의 노치(41)가 설치되어 있다.

회전판(4)의 아래쪽에는, 소정의 간극을 두고 고리형상의 블록체(5a)가 설치되어 있다. 블록체(5a)의 내주면에는, 출력축(3)을 지지하는 구름 베어링(6)의 외륜(outer ring)(61)의 절반 상반부가 끼움 결합하는, 방사 방향(radial direction)으로 움푹 패인 고리형상의 홈(홈부)(51a)이 오목하게 설치되어 있다. 그리고, 블록체(5a)에 외륜(61)을 끼움 결합시킨 상태로, 아래쪽으로부터 외륜(61)의 절반 하반부가 끼움 결합하는, 방사 방향으로 움푹 패인 고리형상의 홈(홈부)(51b)이 오목하게 설치된 고리형상의 누름구(5b)로 밀착지지하여, 도시 생략한 나사에 의해 고정되도록 하고 있다. 구름 베어링(6)의 내륜(inner ring)(62)은, 슬리브 부재(33) 상단의 플랜지부(33a)와, 캡판(13)에 설치한 고리형상의 돌출부(13a)로 밀착 지지하여, 슬리브 부재(33)가 그 하단에 나사 결합되는 너트 부재(8)로 캡체(13)에 고정되도록 하고 있다.

블록체(5a)에는, 회전판(4)의 윗면으로부터 간극을 두고 배치되며, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 원반형상 부재(7)가 볼트(9)를 통해 고정된다. 이 경우, 블록체(5a) 상에는, 노치(41)의 형성 위치에 일치시키고, 동시에, 노치(41)의 안쪽 에지로부터 간극을 갖고 삽통하는 돌출부(52)가 설치되며, 이 간극에 의해 열팽창에 따른 금속제 블록체(5a)의 돌출부(52)의 신장을 흡수하도록 하고 있다. 또한, 돌출부(52)을 향하는 원반형상 부재(7)의 위치에는 투공(71)이 형성됨과 동시에, 돌출부(52)의 상단부에는 투공(71)에 끼움 결합하는 끼움 결합 돌기부(53)가 설치되어 있다. 그리고, 끼움 결합 돌기부(53)를 투공(71)에 끼움 결합시킨 상태로, 위쪽으로부터 각 볼트(9)가 블록체(5)에 체결되어, 회전판(4)이 블록체(5a)를 통해 원반형상 부재(7)에 연결된다. 이에 따라, 출력축(3)이 회전 구동되면, 회전판(4)이 회전됨과 동시에, 회전판(4)의 노치(41)의 안쪽 에지에 돌출부(52)가 계합하여 블록체(5a)가 회전하고, 이에 수반하여, 원반형상 부재(7)가 회전 구동된다. 이 경우, 돌출부(52) 및 끼움 결합 돌기부(53)를 구비한 블록체(5)가 본 실시 형태의 회전력 전달 수단으로서의 역할을 다한다. 덧붙여, 원반형상 부재(7)에는, 수정 진동자를 국소적으로 노출하기 위한 투공(72)이 원주방향에서 소정간격으로 복수 개설되어 있다.

이상의 실시 형태에 따르면, 도외의 진공 증착 장치의 진공챔버 내에 설치한 증발원으로부터의 복사열로 원반형상 부재(7)가 가열되면, 우선, 블록체(5a)에 전열하고, 블록체(5a)로부터의 열은, 블록체(5a)의 돌출부(52)와 비교해 보다 접촉 면적이 큰 구름 베어링(6)의 외륜(61)에 주로 방열하여, 외륜(61)이 열팽창하게 된다. 이 때, 캡판(13)이 수냉되어 있음으로써 그 내륜(62)은 대부분 열팽창하지 않는다. 이 때문에, 내륜(62)과 외륜(61) 사이의 갭이 줄어드는 것 없이, 구름 베어링(6) 자체를 피로하기 어려운 구조로 할 수 있다. 게다가, 출력축(3)을, 기어(22, 32)를 통해 모터(2)의 구동축(21)에 연결하고, 원반형상 부재(7)가 가열됐을 때의 모터(2)의 구동축(21)으로의 방열을 효과적으로 억제할 수 있음과 동시에 모터(2)를 냉각시키는 프레임(14)에 장착함으로써, 모터(2) 자체가 가열되는 것은 없고, 그 결과, 모터(2)를 포함한 회전기구(Mu) 자체, 나아가서는 막두께 모니터 자체의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 피회전체를, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 원반형상 부재(7)로 한 것을 예로 설명했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 증발원을 선택적으로 덮는 셔터판과 같이, 진공챔버 내에서 모터에 의해 회전 구동되는 부품이며, 진공에서의 처리 시, 입열하는 것이라면, 본 발명의 회전기구를 적용할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 회전력 전달 수단으로서 원반형상 부재(7)의 고정을 겸용하는, 돌출부(52) 및 끼움 결합 돌기부(53)을 구비한 블록체(5a)를 예로 설명했지만, 피회전체로부터의 열이, 출력축을 지지하는 구름 베어링의 내륜과 비교해 그 외륜에의 전해지는 구조라면, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서는, 출력축(3)의 선단에 설치한 회전판으로 회전체를 구성했지만, 피회전체로부터 직접 전열하지 않도록 해당 피회전체로부터 간격을 두고 배치되어 출력축의 회전력을 피회전체에 전달할 수 있는 것이면 그 형태는 묻지 않는다.

Cu…막두께 모니터의 모니터 본체, 회전기구, Mu…회전기구, 2…모터, 21…모터의 구동축, 3…출력축, 4…회전판(회전체), 5…블록(회전력 전달 수단), 51a, 51b…고리형상의 홈(홈부), 52…돌출부(회전력 전달 수단), 53…끼움 결합 돌기부(회전력 전달 수단), 6…구름 베어링, 61…외륜, 62…내륜, 7…원반형상 부재(피회전체), 22, 32…기어(동력 전달 수단)

Claims (3)

1. 진공챔버 내에 배치되어 피회전체를 회전 구동하는 회전기구로서,
   모터와, 모터로부터 동력을 받아 피회전체를 회전 구동하는 출력축과, 출력축에 외삽되어 이 출력축을 지지하는 구름 베어링을 구비하는 것에 있어서, 회전체가 회전력 전달 수단을 통해 피회전체에 연결됨과 동시에, 구름 베어링(roller bearing)의 외륜(outer ring)이 회전력 전달 수단에 설치된 홈부에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는. 회전기구.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 출력축이 상기 모터의 구동축에 동력 전달 수단을 통해 연결되고, 모터가 냉각 가능한 프레임에 유지되는 것을 특징으로 하는, 회전기구.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 회전기구와, 수정 진동자를 구비한 모니터 본체와, 수정 진동자를 국소적으로 노출시키는 피회전체로서의 원반형상 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 막두께 모니터.
   

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