WO2016002122A1 - 回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニター - Google Patents

回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニター Download PDF

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motor
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rotating
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学 小高
晴邦 古瀬
章弘 前田
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株式会社アルバック
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/067—Fixing them in a housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls

Definitions

  • the present invention relates to a rotation mechanism that is disposed in a vacuum chamber and rotationally drives a rotating body existing in the vacuum chamber, and a film thickness monitor including the rotation mechanism.
  • a film thickness monitor in a vacuum chamber in order to continuously monitor the film thickness of the thin film with high accuracy.
  • Such a film thickness monitor is known from Patent Document 1, for example.
  • This is provided with a rotation mechanism in which a monitor main body including a crystal resonator and a disk-shaped member as a rotated body that locally exposes the crystal resonator are disposed in the vacuum chamber. It is directly connected to the drive shaft of the motor that constitutes it and is driven to rotate.
  • the drive shaft as the output shaft is usually supported by a rolling bearing that is extrapolated to the drive shaft.
  • the disk-shaped member is also disposed toward the evaporation source, and radiant heat from the evaporation source is formed during film formation. Will be heated.
  • the heat of the disk-shaped member is transmitted to the inner ring of the rolling bearing via the drive shaft. For this reason, there is a problem that the rolling bearing itself is easily fatigued early because the inner ring is preferentially thermally expanded and the cap between the inner ring and the outer ring is contracted.
  • organic films using organic materials such as organic EL elements have been widely used.
  • the organic film is a so-called elastic film, so the life of the crystal unit is significantly longer than that of a metal film or a compound film. short.
  • the area of the crystal resonator that is locally exposed by the disk-like member is made as small as possible to increase the life of the crystal resonator.
  • the rolling bearing itself is easily fatigued at an early stage, the film thickness cannot be monitored over a long period of time.
  • the heat from the rotating body is drawn to the outer ring of the rolling bearing via the rotational force transmitting means, and the outer ring expands in preference to the inner ring. It becomes like this. For this reason, the cap between the inner ring and the outer ring is not shrunk, and the rolling bearing itself can be structured to be hard to be fatigued.
  • the rotating body is directly connected to the drive shaft (output shaft) of the motor as in the above-described conventional example, when the rotating body is heated, the drive shaft is also attracted by heat, and the bearing in the motor is There is a risk that the life of the motor itself may be shortened by fatigue.
  • the output shaft is connected to the drive shaft of the motor via power transmission means, and the motor is held by a coolable frame. According to this, it is possible to effectively suppress the heat sink to the drive shaft of the motor when the rotated body is heated, and in combination with the ability to cool the motor itself, the life of the rotating mechanism including the motor can be extended. It can be achieved and is advantageous.
  • a film thickness monitor exposes the crystal resonator locally, the rotating mechanism according to claim 1, the monitor main body including the crystal resonator, and the crystal resonator.
  • a disk-shaped member as a body to be rotated.
  • the rotating member is a disk-shaped member that locally exposes the crystal resonator, and the rotating mechanism and the film of the present invention are exemplified in the case of rotating the disk-shaped member in a vacuum chamber.
  • An embodiment of a thickness monitor will be described. In the following, terms indicating directions such as “up” and “down” are based on FIG.
  • Cu is a monitor main body of a film thickness monitor provided with a crystal resonator which is provided in a vacuum chamber of a vacuum vapor deposition apparatus (not shown) and monitors the film thickness during vacuum vapor deposition. Since the monitor body itself has a known structure, detailed description thereof is omitted here.
  • the film thickness monitor includes the rotation mechanism Mu according to this embodiment in order to rotationally drive a disk-shaped member that locally exposes the crystal resonator provided on the upper surface of the monitor body Cu.
  • the rotation mechanism Mu is made of a material having good heat conductivity such as copper, which includes a base plate 11, a support frame 12, and a cap plate 13 that closes the upper surface of the support frame 12.
  • a frame 1 is provided.
  • a frame 14 is erected on the base plate 11 inside the support frame 12, and a motor 2 that is appropriately selected according to the application is attached to the outer periphery of the frame 14.
  • the frame 1 is provided with passages 15a, 15b, and 15c for the refrigerant, and the refrigerant (for example, cooling water) is circulated so that the frame 1 and thus the motor 2 can be cooled.
  • the output shaft 3 is inserted into the frame 14 so as to be parallel to the axis of the drive shaft 21 of the motor 2, and is supported by a pair of upper and lower rolling bearings 31 a and 31 b provided in the frame 14.
  • Gears 22 and 32 that mesh with each other are provided at the upper ends of the drive shaft 21 and the output shaft 3, and the power of the motor 2 is transmitted to the output shaft 3 by the gears 22 and 32 as power transmission means. Is driven to rotate.
  • a rotating plate 4 as a rotating body is attached to the upper end of the output shaft 3 protruding upward from the cap plate 13, and the sleeve is provided at the upper end portion of the output shaft 3 with a space from the outer peripheral surface of the upper end portion.
  • the member 33 is extrapolated.
  • a gap is provided between the upper end of the sleeve member 33 and the lower surface of the rotating plate 4, and a gap is also provided between the inner peripheral surface of the sleeve member 33 and the outer peripheral surface of the output shaft 3.
  • the rotating plate 4 is provided with a concave notch 41 that is recessed toward the center at a predetermined interval (120 °) in the circumferential direction.
  • An annular block body 5a is provided below the rotating plate 4 with a predetermined gap.
  • an annular groove (groove portion) 51a that is recessed in the radial direction, into which the substantially upper half of the outer ring 61 of the rolling bearing 6 that supports the output shaft 3 is fitted, is recessed.
  • an annular presser having an annular groove (groove portion) 51b recessed in the radial direction, into which the substantially lower half of the outer ring 61 is fitted from below. It is clamped by 5b and is fixed by screws (not shown).
  • the inner ring 62 of the rolling bearing 6 is clamped by a flange 33a at the upper end of the sleeve member 33 and an annular protrusion 13a provided on the cap plate 13, and is capped by a nut member 8 to which the sleeve member 33 is screwed to its lower end. It is fixed to the body 13.
  • a disk-like member 7 that is disposed on the block body 5 a with a space from the upper surface of the rotating plate 4 and that locally exposes the crystal resonator is fixed via bolts 9.
  • a protrusion 52 is provided on the block body 5a so as to coincide with the formation position of the notch 41 and to be inserted from the inner edge of the notch 41 with a gap.
  • the extension of the protruding portion 52 of the block body 5a is absorbed.
  • a through hole 71 is formed at the position of the disk-shaped member 7 facing the protrusion 52, and a fitting protrusion 53 that fits into the through hole 71 is provided at the upper end of the protrusion 52.
  • each bolt 9 is fastened to the block body 5 from above, and the rotating plate 4 is connected to the disk-like member 7 via the block body 5a.
  • the rotating plate 4 is rotated, and the protrusion 52 is engaged with the inner edge of the notch 41 of the rotating plate 4 to rotate the block body 5a.
  • the disk-like member 7 is driven to rotate.
  • the block body 5 provided with the protrusion 52 and the fitting protrusion 53 plays a role as the rotational force transmitting means of the present embodiment.
  • a plurality of through holes 72 for locally exposing the crystal resonator are provided at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the heat is transferred to the block body 5a and from the block body 5a.
  • the heat is mainly drawn to the outer ring 61 of the rolling bearing 6 having a larger contact area compared to the protruding portion 52 of the block body 5a, so that the outer ring 61 is thermally expanded.
  • the cap ring 13 is water-cooled, so that the inner ring 62 hardly expands. For this reason, the cap between the inner ring
  • the output shaft 3 is connected to the drive shaft 21 of the motor 2 via the gears 22 and 32, so that heat contraction to the drive shaft 21 of the motor 2 when the disk-like member 7 is heated is effectively suppressed.
  • the motor 2 by attaching the motor 2 to the cooled frame 14, the motor 2 itself is not heated.
  • the rotation mechanism Mu including the motor 2 itself, and consequently, the film thickness monitor itself is extended in life. be able to.
  • the rotating member has been described as an example of the disk-shaped member 7 that locally exposes the crystal resonator.
  • the present invention is not limited to this.
  • the evaporation source is selectively selected.
  • the rotating mechanism of the present invention can be applied as long as it is a component that is rotationally driven by a motor in a vacuum chamber, such as a covering shutter plate, and receives heat during processing in a vacuum.
  • the block body 5a provided with the protrusion part 52 and the fitting protrusion part 53 which also serves as fixation of the disk-shaped member 7 as a rotational force transmission means was demonstrated to the example, the heat from a to-be-rotated body was demonstrated.
  • the structure is not limited to this as long as the structure is transmitted to the outer ring compared to the inner ring of the rolling bearing that supports the output shaft.
  • the rotating body is constituted by the rotating plate provided at the tip of the output shaft 3.
  • the rotating body is arranged at a distance from the rotating body so as not to transfer heat directly from the rotating body.
  • the form is not limited as long as the rotational force can be transmitted to the rotated body.
  • Cu Monitor body of film thickness monitor, rotating mechanism, Mu: rotating mechanism, 2 ... motor, 21 ... motor drive shaft, 3 ... output shaft, 4 ... rotating plate (rotating body), 5 ... block (rotational force transmitting means) ), 51a, 51b ... annular grooves (grooves), 52 ... projections (rotational force transmission means), 53 ... fitting protrusions (rotational force transmission means), 6 ... rolling bearings, 61 ... outer ring, 62 ... inner ring, 7: Disc-shaped member (rotated body), 22, 32: Gear (power transmission means).

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Abstract

　本発明は、モータ（２）と、モータ（２）からの動力を受けて被回転体（７）を回転駆動する出力軸（３）と、出力軸（３）に外挿されて出力軸（３）を支承する転がり軸受（６）とを備え、出力軸（３）の先端部に回転体（４）が設けられ、回転体（４）が回転力伝達手段（５）を介して被回転体（７）に連結されると共に、転がり軸受の外輪（６１）が回転力伝達手段（８）に設けた溝部（５１ａ，５１ｂ）に嵌合されている回転機構に関する。本発明は、これにより、転がり軸受が疲労し難い構造とし、長寿命とすることが可能となる。

Description

回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニター
　本発明は、真空チャンバ内に配置されて、この真空チャンバ内に存する被回転体を回転駆動する回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニターに関する。
　例えば、基板表面に薄膜を成膜する真空蒸着装置においては、薄膜の膜厚を高精度で連続してモニターするために真空チャンバ内に膜厚モニターを設けることが一般であり、その中には、水晶振動子を用いるものがある。このような膜厚モニターは例えば特許文献１で知られている。このものは、水晶振動子を備えたモニター本体と、水晶振動子を局所的に露出させる被回転体としての円盤状部材とを備え、円盤状部材が真空チャンバ内に配置される、回転機構を構成するモータの駆動軸に直結されて回転駆動される。この場合、出力軸としての駆動軸は、通常、この駆動軸に外挿される転がり軸受で支承されている。
　ここで、水晶振動子は真空チャンバ内に設けた蒸発源に向けて配置されることから、円盤状部材もまた蒸発源に向けて配置されることになり、成膜中、蒸発源からの輻射熱で加熱されることになる。円盤状部材が加熱されると、円盤状部材の熱が駆動軸を介して転がり軸受の内輪へと伝わる。このため、内輪が優先して熱膨張して内輪と外輪との間のキャップが縮まることに起因して、転がり軸受自体が早期に疲労し易くなるという問題がある。
　ところで、近年、例えば有機ＥＬ素子のように有機材料を用いた有機膜が広く利用されるようになっている。このような有機膜の真空蒸着に際して、水晶振動子を用いて膜厚をモニターする場合、有機膜は所謂弾性の膜であるため、金属膜や化合物膜と比較して水晶振動子の寿命が著しく短い。このため、例えば円盤状部材により局所的に露出される水晶振動子の面積を可及的に小さくしたりして水晶振動子の高寿命化を図っている。このような場合に、上記の如く、転がり軸受自体が早期に疲労し易くなったのでは、結局、長期に亘って膜厚をモニターすることができない。
特開平１１－２２２６７０号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、転がり軸受が疲労し難い構造を持ち、長寿命の回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニターを提供することをその課題とするものである。
　上記課題を解決するために、真空チャンバ内に配置されて被回転体を回転駆動する本発明の回転機構は、モータと、モータからの動力を受けて被回転体を回転駆動する出力軸と、出力軸に外挿されてこの出力軸を支承する転がり軸受とを備え、出力軸の先端部に回転体が設けられ、回転体が回転力伝達手段を介して被回転体に連結されると共に、転がり軸受の外輪が回転力伝達手段に設けた溝部に嵌合されることを特徴とする。
　本発明によれば、被回転体が加熱されたとき、被回転体からの熱が、回転力伝達手段を介して転がり軸受の外輪へと熱引きし、内輪より優先して外輪が熱膨張するようになる。このため、内輪と外輪との間のキャップが縮まることはなく、転がり軸受自体を疲労し難い構造にすることができる。
　ところで、上記従来例のように、被回転体がモータの駆動軸（出力軸）に直結されていると、回転体が加熱されたときに、駆動軸にも熱引けし、モータ内の軸受が早期に疲労してモータ自体の寿命が短くなるおそれがある。このため、本発明においては、前記出力軸が前記モータの駆動軸に動力伝達手段を介して連結され、モータが冷却自在な枠体で保持されることが好ましい。これによれば、被回転体が加熱されたときのモータの駆動軸への熱引けを効果的に抑制でき、モータ自体を冷却できることと相俟って、モータを含む回転機構の長寿命化を達成することができ、有利である。
　また、上記課題を解決するために、本発明の膜厚モニターは、請求項１または請求項２記載の回転機構と、水晶振動子を備えたモニター本体と、水晶振動子を局所的に露出させる被回転体としての円盤状部材とを備える。
本発明の実施形態の回転機構を示す斜視図。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図
　以下、図面を参照して、被回転体を、水晶振動子を局所的に露出させる円盤状部材とし、この円盤状部材を真空チャンバ内で回転駆動する場合を例に本発明の回転機構及び膜厚モニターの実施形態を説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は図１を基準とする。
　図１を参照して、Ｃｕは、図外の真空蒸着装置の真空チャンバ内に設けられて真空蒸着中に膜厚をモニターする、水晶振動子を備えた膜厚モニターのモニター本体である。なお、モニター本体自体は公知の構造のものが利用であるため、ここでは、詳細な説明を省略する。そして、膜厚モニターは、モニター本体Ｃｕの上面に設けた水晶振動子を局所的に露出させる円盤状部材を回転駆動するために本実施形態の回転機構Ｍｕを備えている。
　図２及び図３も参照して、回転機構Ｍｕは、ベース板１１と、支持枠１２と、支持枠１２の上面を閉塞するキャップ板１３とを有する、銅等の熱伝導のよい材料製の枠体１を備える。支持枠１２内側でベース板１１上にはフレーム１４が立設され、フレーム１４の外周には用途に応じて適宜選択されるモータ２が取り付けられている。枠体１には、冷媒用の通路１５ａ，１５ｂ，１５ｃが設けられ、冷媒（例えば、冷却水）を流通させて枠体１が、ひいては、モータ２が冷却できるようにしている。フレーム１４内には、モータ２の駆動軸２１の軸線に平行になるように出力軸３が挿設され、フレーム１４内に設けた上下一対の転がり軸受３１ａ，３１ｂで支承されている。駆動軸２１と出力軸３との上端には、互いに噛合うギア２２,３２が夫々設けられ、動力伝達手段としてのギア２２，３２によりモータ２の動力が出力軸３に伝達されて出力軸３が回転駆動される。キャップ板１３から上方に突出した出力軸３の上端には、回転体としての回転板４が取り付けられると共に、出力軸３の上端部分には、この上端部分の外周面から間隔を存してスリーブ部材３３が外挿されている。この場合、スリーブ部材３３の上端と回転板４の下面との間には隙間が設けられ、スリーブ部材３３の内周面と出力軸３の外周面との間にも隙間が設けられている。また、回転板４には周方向に所定間隔（１２０°）でその中心に向かって窪む凹状の切欠き４１が設けられている。
　回転板４の下側には、所定の隙間を存して環状のブロック体５ａが設けられている。ブロック体５ａの内周面には、出力軸３を支承する転がり軸受６の外輪６１の略上半分が嵌合する、径方向に窪む環状の溝（溝部）５１ａが凹設されている。そして、ブロック体５ａに外輪６１を嵌合させた状態で、下方から外輪６１の略下半分が嵌合する、径方向に窪む環状の溝（溝部）５１ｂが凹設された環状の押え具５ｂで挟持し、図示省略のねじにより固定されるようにしている。転がり軸受６の内輪６２は、スリーブ部材３３上端のフランジ部３３ａと、キャップ板１３に設けた環状の突出部１３ａとで挟持し、スリーブ部材３３がその下端に螺着されるナット部材８でキャップ体１３に固定されるようにしている。
　ブロック体５ａには、回転板４の上面から間隔を存して配置され、水晶振動子を局所的に露出させる円盤状部材７がボルト９を介して固定される。この場合、ブロック体５ａの上には、切欠き４１の形成位置に一致させ、かつ、切欠き４１の内縁から隙間を持って挿通する突出部５２が設けられ、この隙間により熱膨張による金属製のブロック体５ａの突出部５２ののびを吸収するようにしている。また、突出部５２を臨む円盤状部材７の位置には透孔７１が形成されると共に、突出部５２の上端部には透孔７１に嵌合する嵌合突起部５３が設けられている。そして、嵌合突起部５３を透孔７１に嵌合させた状態で、上方から各ボルト９がブロック体５に締結され、回転板４がブロック体５ａを介して円盤状部材７に連結される。これにより、出力軸３が回転駆動されると、回転板４が回転されると共に、回転板４の切欠き４１の内縁に突出部５２が係合してブロック体５ａが回転し、これに伴って、円盤状部材７が回転駆動される。この場合、突出部５２及び嵌合突起部５３を備えるブロック体５が本実施形態の回転力伝達手段としての役割を果たす。なお、円盤状部材７には、水晶振動子を局所的に露出するための透孔７２が周方向に所定間隔で複数開設されている。
　以上の実施形態によれば、図外の真空蒸着装置の真空チャンバ内に設けた蒸発源からの輻射熱で円盤状部材７が加熱されると、先ず、ブロック体５ａに伝熱し、ブロック体５ａからの熱は、ブロック体５ａの突出部５２と比較してより接触面積が大きい転がり軸受６の外輪６１への主として熱引きをし、外輪６１が熱膨張するようになる。このとき、キャップ板１３が水冷されていることでその内輪６２は殆ど熱膨張しない。このため、内輪６２と外輪６１との間のキャップが縮まることはなく、転がり軸受６自体を疲労し難い構造にすることができる。しかも、出力軸３を、ギア２２，３２を介してモータ２の駆動軸２１に連結して、円盤状部材７が加熱されたときのモータ２の駆動軸２１への熱引けを効果的に抑制できると共にモータ２を冷却されるフレーム１４に取り付けたことで、モータ２自体が加熱されることがなく、その結果、モータ２を含む回転機構Ｍｕ自体、ひいては膜厚モニター自体の長寿命化を図ることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、被回転体を、水晶振動子を局所的に露出させる円盤状部材７としたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、蒸発源を選択的に覆うシャッター板のように、真空チャンバ内でモータにより回転駆動される部品であり、真空中での処理時、入熱するものであれば、本発明の回転機構を適用できる。また、上記実施形態では、回転力伝達手段として、円盤状部材７の固定を兼用する、突出部５２及び嵌合突起部５３を備えるブロック体５ａを例に説明したが、被回転体からの熱が、出力軸を支承する転がり軸受の内輪と比較してその外輪への伝わる構造であれば、これに限定されるものではない。更に、本発明では、出力軸３の先端に設けた回転板で回転体を構成したが、被回転体から直接伝熱しないように当該被回転体から間隔を存して配置され、出力軸の回転力を被回転体に伝達できるものであればその形態は問わない。
　Ｃｕ…膜厚モニターのモニター本体、回転機構、Ｍｕ…回転機構、２…モータ、２１…モータの駆動軸、３…出力軸、４…回転板（回転体）、５…ブロック（回転力伝達手段）、５１ａ，５１ｂ…環状の溝（溝部）、５２…突出部（回転力伝達手段）、５３…嵌合突起部（回転力伝達手段）、６…転がり軸受、６１…外輪、６２…内輪、７…円盤状部材（被回転体）、２２，３２…ギア（動力伝達手段）。

Claims (3)

  1. 　真空チャンバ内に配置されて被回転体を回転駆動する回転機構であって、
    　モータと、モータからの動力を受けて被回転体を回転駆動する出力軸と、出力軸に外挿されてこの出力軸を支承する転がり軸受とを備えるものにおいて、回転体が回転力伝達手段を介して被回転体に連結されると共に、転がり軸受の外輪が回転力伝達手段に設けた溝部に嵌合されることを特徴とする回転機構。
  2. 　前記出力軸が前記モータの駆動軸に動力伝達手段を介して連結され、モータが冷却自在な枠体で保持されることを特徴とする請求項１記載の回転機構。
  3. 　請求項１または請求項２記載の回転機構と、水晶振動子を備えたモニター本体と、水晶振動子を局所的に露出させる被回転体としての円盤状部材とを備えることを特徴とする膜厚モニター。
PCT/JP2015/002463 2014-07-02 2015-05-15 回転機構及びこの回転機構を備えた膜厚モニター WO2016002122A1 (ja)

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