JPS5937047A - ダイヤフラム加工装置 - Google Patents

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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、圧力センサのダイヤフラム形成のだめのダイ
ヤプラム加工装置に関する。

し発明の技術的背景」 圧力や歪などの機械量を電気量に変換する圧力上ノナｔ
よ、第１図に示すように、丸穴（１）が形成されたシリ
コノ単結晶からなる円板状のダイヤフラム（２）を、同
じく中央部に霞通孔（３）が穿設されたシリコン単結晶
からなる円板状の台座（４）に、慣通孔（３）が丸穴（
１）に連通ずるように接着して構成されている。−上記
ダイヤスラム（２）の丸穴（１）が形成されている面と
反対側の而には、歪抵抗層（５）が拡散処理によシ形成
されでいる。しかして、圧力測定は、ダイヤプラム（２
）にかかる圧力Ａ、Ｂ（第１図参照）の差圧を示す歪抵
抗層（５）の歪変化を電気量に変換することによシ行っ
ている。ところで、本出願人は、特願昭５７−５１２６
７号［ダイヤフラム加工装置１において、圧力センサー
のダイヤプラム形成のための丸穴を高能率かつ高精度で
加工することのできる装置を開示した。

［背景技術の問題点］ 上記ダイヤフラム加工装置においては、加工開始直前に
切込み量を設定して加工するようにしているので、２軸
（切込み方向）の移動量が設定値に対して不足した場合
や、連続加工した吉きの砥石摩耗により、ダイヤフラム
の厚みにばらつきを生じてしまう。このダイヤフラムの
厚みは、圧力センサの特性に重大な影響を及ばずので、
ダイヤプラムの厚みがばらつくことによシ、製品特性が
極めて不安定なものとなシ、歩留り低下を惹起する。そ
こで、ダイヤプラムの厚みばらつきを少なくするために
、加工中のシリコン・ウニ・・をチャックからはずして
、ダイヤプラムの厚みを外部で測定治真により測定して
、Ｚ軸の送シ量を補正する必要があった。しかるに、こ
のような方法による補正作業では、シリコン・ウニ・・
の着脱が煩雑であるとともに、厚み測定及び７リコン・
ウニ・・の位置合わせのために多大な時間を費消せねば
ならず、作業能率が著しく減退していたつ［発明の目的
］ 本発明は、上記事情を参酌してなされたもので、加工中
のシリコン・ウニ・・を取りはずすことなく、自動的に
切込み量を補正することのできるダイヤフラム加工装置
を提供することにある。

し発明の概要」 厚み測定部を伺設することにより、ダイヤフラムの厚み
を自動測定して演算制御部に出力し、この演算制御部に
で、厚み測定値とあらかじめ設定された基準厚みとを比
較演算して誤差値を求め。

この誤差値に基づいて切込み量の補正を行うものである
。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面を参照して、実施例に基づいて詳述
する。

第２図及び第３図は、それぞれ本実施例のダイヤフラム
加工装置の正面図及び側面図を示している。これらの図
において、基台α１上には、定盤ａυが固定されている
。この定盤αＤ上には、Ｘテーブル支持体ａ邊が固定さ
れ、とのＸテーブル支持体（１３上には、ＸテーブルＵ
が第２図Ｘ方向（第３図紙面垂直方向）に摺動自在に支
持されている。このＸチーブルミ３の一部は送りねじα
荀と螺合し、この送りねじ（１４）の一端部は、カップ
リング（１９を介して定盤αυ上に固定されたＸステッ
プモータａＱの回転軸（１７）に連結されている。そう
して、Ｘテーブル（［３上にはＹテーブル支持体０樽が
固定されている。このＹテーブル支持体０樽上には、Ｙ
テーブル（１９が第３図Ｙ方向（第２図紙面垂直方向）
に摺動自在に支持されている。このＹテーブル（ＩＩの
一部は送りねじ（イ）と螺合し、この送りねじ（イ）の
一端部は、カップリング（２１）を介して、保持体（２
２１によりＸテーフ゛ル（１３に取付けられたＹステッ
プモータ（ハ）の回転軸Ｑ４に連結されている。Ｘテー
ブル０３１％Ｘステップモータαｅ、Ｙテーブル（１１
，ＹステップモータＣ階は位置決め部を構成している、
そうして、Ｙテープ。

ルミ９上には、円柱状に形成された加工物保持体（ハ）
が回転調節自在に載置されている。この加工物保持体（
ハ）は、その上面の定位置にシリコン・ウニ・・である
加工物（イ）を真空吸着により保持するものである。加
工物保持体０！９の吸着面には、図示せぬが加工物（ハ
）の位置決めのための複数の突起が立役さている。一方
、定盤ａυの一端部にはコラム（財）が立設されている
。このコラムＱ７）は、加工物Ｃ？ｔｐに対向する側が
陥凹部（２）となっていて、との陥凹部（ハ）を形成す
る二つの側壁（２９ａ　）　、　（２９ｂ　）には２テ
ーブル（！Ｄ）が２方向（第２図及び第３図参照）に摺
動自在に支持されでいる。この２テーブル（２））の一
部は送りねじ（３１）と螺合し、この送りねじの一端部
は、カップリング（３４を介して陥凹部Ｑａｌの中央部
の載置板（切上に固定された筐体Ｃ（４）中のウオーム
歯車に連結されている。Ｊ：、記載置板（ハ）は、コラ
ム（５）の陥凹部（ハ）に連結同定されているとともに
、支持体（ｌｌａ）。

（１３１＋　）を介して定盤ａυに固定され、定盤（ｉ
ｌｌ上方全城にわたって、定盤←υの上面と平行に延在
している。上記ウオーム歯車には送りねじ０最が噛合さ
れこの送りねじ（至）は、カップリングを介して、第３
図に示す載置板（至）に固定された２ステツプモータ（
至）の回転軸に連結されている。さらに、Ｚテーブル（
３０）上には、低速スピンドル（３θを軸支する軸受体
（至）が固定され、この低速スピンドル＜３７）の下端
部には、円筒状の支持体ｃｌＩが低速スピンドルＧθと
同軸に固定されている。上記支持体（３１には、第４図
に示すように、低速スピンドル０７）の軸心（４１に対
して偏心量ｅだけ偏心している偏心軸受（４１）が取シ
付けられている（偏心ｉ１ｅは調節自在となっている。

）この偏心軸受ＨＤにはエア・タービン駆動による高速
スピンドル（４乃が軸支されている。この高速スピンド
ル（４りの先端部には、カップ形の砥石（４３が、高速
スピンドル（４′ｊＪと同軸に固定されている。なお、
図示せぬが、支持体Ｃ３傷には、高速スピンドルｔＩｌ
ａを駆動するための圧力空気供給装置が環装されている
。一方：低速スピンドル６７）の上端部には、プーリが
取付けられていて、とのブーりと第２図に示すＺテーブ
ル（１，ｉｏ）上に固定された駆動モータ（ロ）の回転
軸（４９先端に取付けられたプーリとの間にベルト（伺
が巻掛けられているめ上記低速スピンドル（３Ｄ、軸受
体１，１（至）、支持体い１、偏心軸受（４υ、高速ス
ピンドル１１Ｂ、砥石１４漕は研削部を構成しＣいる。

さらに、図示せぬが本実施例のダイヤプラム加工装置に
は加工物（イ）に研削液を供給するだめのノズル及びこ
の研削液の散乱を遮蔽するための遮蔽板が、加工物保持
体Ｉ２鴫に近接して設けられている。また、前記載置板
（（財）の加工物保持体側には、コラム（２０に隣接し
て、加工物（２ｅを所定位置に位置決めする際に倫 用いられる位置合わせ顕微鏡（４７）が穿設されている
。

さらに、この位置合わせ顕微ｄ（４７）に隣接して、厚
み測定ＦｉｌＬ　ｉ殉が突設されている。この厚み測定
部（祷は、局所水浸法による超音波厚み計（４Ｉと、こ
の超音波厚み計１４０をＺ方向（切込み方向）に昇降自
在に支持する昇降機構−とからなっている。上記昇Ｎ機
構（“５嶋は、載置板（ハ）に固定された支持体（５１
）を有し、この支持体（５１）には、昇降テーブル（５
２）がＺ方向に摺動自在に支持され、支持体（５１）の
上端部に取付けられたステップモータ（５３）によシ昇
降駆動されるようになっている。一方、上記超音波厚み
計（４１は、昇降テーブル（５２）の下端部に取付けら
れた保持具（５４）を有している（第５図参照）。

この保持具（５４）は、加工物（ハ）側が開口した有底
円筒状に形成され、その底部には、超音波を送受信する
超音波プローブ（５５）を嵌挿固定する保持具（５４）
と同軸の貫通孔（５６）が穿設されている。まだ、保持
具（５４）の加工物−側端面には、この端面を被覆する
円環状の弾性体（５７）が接着されている。さらに、保
持具（５４）の底部側には、この保持具（５４）に、形
成された凹部（５８）に開口して給水する給水管（５９
）が取付けられているとともに、排水孔（６０）が７設
されている。さらに、超音波プローブ（５５）は、保持
具（５４）からは離間して設置されているダイヤグラム
の厚みを演算する厚み演算回路（６１）に電気的に接続
されている。第６図は、本実施例のダイヤフラム加工装
置の一部をなす例えばマイクロコンビーータなどの演算
制御部の電気回路系統図を示すも（７）テ、Ｘ、Ｙ、Ｚ
Ｘｆ’ツブモータαｆＪ　、Ｉ２３．　（、［）はそれ
ぞれドライバ（６２）、（６３）、（６４）を介して発
振器（６５）に接続されている。この発振器（６５）は
、後述する理由によシ、Ｘステップモータαυ及びＹス
テップモータ（ハ）が、正逆回転可能なように、並びに
、ステップモータＧ０が正転が２変速かつ逆転可能なよ
うにパルス信号を発信する構成となっている。この発振
器（６５）は、システムバス（６６）を介してＣＰＵ（
６７）　（ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、、
（７ｎｉｔ　；中央処理装置）に接続されている。また
、発振器（６５）は、カウンタ（５８）に接続され、発
振器（出２から出力されたパルス信号のパルス数を計数
するようになっている。

さらに、ＣＰＵ（（５７）には、例えばＲＡＭ　（几ｅ
ａｄ　ＯｎｌｙＭｅｍｏ　ｒ　ｙ　）からなる記憶装３
　（６９）、タイ−ｒ　（７０）及び人出力インターフ
ェイス（７１）がシステムパス（６６）を介して接続さ
れＣＰＵ（ｆ３７）とともに演算制御部（７２）・を構
成している。上記入出力インターフェイス（７１）には
、例えばエアタービン駆動制御、真空吸着用の真空源制
御及び研削液供給制御のための電磁弁制御機構（７３）
及び前記厚み測定部、ｌ→の厚み演算回路（６１）が電
気的に接続されている。

つぎに、本実施例のダイヤフラム加工装置の作動につい
て詳述する。

まず、加工物保持体（ハ）上の所定位置にシリコンウェ
ハである加工物−を真空吸着させる。この加工物（ハ）
からは第７図に示すように複数のベレット（７４）・・
・ごとに丸穴加工が行われる。そこで、たとえば第７図
の加工物（ハ）の最上列の左端にあるベレッ）　（’７
４）の中央部を砥石＋４３で丸穴加工でへる位置に加工
物−がくるように、位置合わせ顕微鏡（４７）をみなが
ら、Ｘステップモータαｅ及びＹステップモータ（２階
を駆動しＸテーブル０３及びＹテーブル（ＩＢを動かす
０また、第７図の破線で示す各ペレットを形成する格子
が、Ｘ方向及びＹ方向に平行になるように加工物保持体
ｅ９を回転させて調整する。

ところで、記憶装置（６９）　Ｋは、第８図に示すよう
な加工物−の位置決めのためのメインルーチン（７５）
が格納されている。すなわち、このメインルーチン（７
５）は、２軸動作モードサブルーチン（７６）、Ｘ軸動
作モールドサブルーチン（７７）、Ｙ軸動作モードサブ
ルーチン（７Ｂ）　、電磁弁制御サブルーチン（７９）
及びダイヤフラム厚み測定サブルーチン（ｌ［）から構
成されている。そこで、加工物（ハ）の位置決めが完了
した段階で、第６図に示す演算制御部（７２）を作動さ
せ、上記メインルーチン（７５）を実行させる。まず、
第９図に示すフローチャートに従って、Ｚ軸動作モード
か否かの判断がなされる（ブロック（８１）　）。この
場合Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置決めがなされているので２軸
動作モードとなっておシ、ｚステップモータ（ト）が早
送りモードで始動しくブ「Ｊツク（８２）　）　、砥石
（僧はＺテーブル（３０）の２方向の移動にともなって
加工！吻＆［ＥＩＫ向って下降する。ただし、丸穴加工
中、′電磁弁制御サブルーチン（７９）により、ＣＰＵ
（６７）からは人出力９ンターフェイス゛（７１）を介
して電磁弁制御機構（７３）に制御信号が出力され、エ
アタービン駆動、研削液の供給及び真空吸着が行われる
。ＣＰ　Ｕ　（６７）にては、砥石（１漕が所定量下降
したか否かの判断がなされ（ブロック（８３）　）、も
し所定位置（加工物（ハ）を、切込む直前の位置）に到
達した場合は、第１０図に示すように送り速度が減速し
て切込み送シが開始される（ブロック（８４）　）。こ
のときの２軸方向の位置検出は、カウンタ（６８）にお
けるパルス数の計数によシ求める。すなわち、Ｚ軸早送
シ命令に基づいて発ｍ　ｎ　（６５）からパルス信号８
Ａが、ドライｚ＜　（６４）に出力され、ドライバ（６
４）はパルス信号８Ａの入力期間中ステップモータ（至
）を駆動する。一方、ノくルス信号ＳＡのパルス数はカ
ウンタ（簡）にも出力され、とのカウンタ（６８）から
はディジタル化されたパルス数の計数値がＣＰＵ（６７
）に出力される。

ＣＰ　Ｕ　（ｆ３７）にてはカウンタ（６８）からの計
数値とあらかじめ記憶装置（６９）に格納されている設
定値とを照合し、両者が一致した時点で、発振器（６５
）からの信号ＳＡの出力を停止させる。なお、これと１
司−の処理はＸ、ＹステップモータＯｅ、（ハ）の駆動
についても行われる。まだ、送り速度の変速は、発振器
（６５）；からのパルス信号の発振周期の変更により行
われる。しかして、砥石ｕ３）により第１１図に示すよ
うな研削加工が進行する。すなわち、低速回転する支持
体Ｏ９の回転軸心（４１と高速スピンドルの回転軸心と
は、偏心量ｅだけ偏心しているので（第４図参照）、高
速スピンドル（４りは低速スピンドル（３７）に一体的
に追動し、砥石（４３は低速で第１１図矢印（８５）方
向に遊星運動しながら、矢印（８６）方向に高速回転し
、丸穴加工が徐々に進行する。一方ＣＰＵにては２軸方
向の切込み送り量があらかじめ設定した設定値に達した
かどうかの判断が行われ（ブロック（８７）　）、所定
の切込みが完了すると、切込み送りが停止されると同時
にタイマ（７０）がセットされる（ブロック（８８）　
）。このタイマ（７０）にては、あらかじめ一定の時間
が設定されていて、この設定時間内は砥石Ｌ４３は、最
終切込み位置にて保持される（第１０図に示すスノくー
クアウト時間である。）このスパークアウトが終ると同
時に（ブロック（８９）　）、Ｚステップモータ（、鴎
は早戻りモードになり（ブロック（９０）　’）。砥石
＋４３は上昇運動して原位置に復帰する（ブロック（９
１）。

しかして、ダイヤフラム厚み測定サブルーチン（８０）
に基づいて、Ｘテーブル０り及びＹテーブルα■を移動
させ、加工物（ハ）を加工位置から超音波厚み計（４！
Ｊ直下の所定位置に位置決めする（第１２図〕゛口ツク
（９２）　）。つぎに、ステップモータ（５３）を駆動
して。昇降テーブル（５２）を下降させ、第５図に示す
ように、保持具（５４）の端面に接着されている弾性体
（５７）を加工物弼に密着させる（第１２図ブロック（
男））。しかして、給水管（５９）より給水し、保持具
（５４）の凹部（５８）及び丸穴（９４）を水で充填す
る。

このとき、排水孔（６０）からは、余分の水が排出され
る。つぎに、超音波プローブ（５５）にては、丸穴（９
４）の底部であるダイヤフラム（９５）に向って超音波
が送信されるとともに、ダイヤフラム（９５）の四部（
５８）側の表面（９６）及びこの表面（頒）とは反対側
の表面（９７）からの２個の反射波が受信され、対応し
た電気信号ＳＱ１及びＳＱ２に変換され、ノＩＩみ演算
回路（６１）に出力される。この厚み演算回路（６１）
にては、電気信号８Ｑｌ及び電気信号ＳＱ２の時間差す
なわち上記２個の反射波の超音波プローブ（５５）への
到達の遅れ時間に基づいてダイヤフラム（９５）の厚み
ｔが演算される（第１２図ブロック（９８）　）　ｏさ
らに、厚み演算回路（６１）からは、ディジタル値に変
換された厚みｔを示す電気信号Ｓ几が演算制御部（１２
）に出力される。しかして、ｄ気信号ＳＲはこの演算制
御部（７２）の入出力インターフェイス（７１）を介し
てＣＰＵ（６７）に出力され、このＣＰＵ（６７）にて
は、あらかじめ記憶装置（６９）に格納されている基準
厚みｉｏと電気信号ＳＲが示す厚みｔとが比較演算され
（第１２図）、もし、設定値どうり加工されていない場
合は、誤差値を計算し、この誤差値に基づいて、あらか
じめ記憶装置（８１）に格納されているＺステップモー
タ（→駆動のためのパルス数の設定値、換言すれば、２
軸送シ量（切込み送り量）をダイヤフラムの厚みが所望
値になるように、適ｉＥな設定値に補正し、補正した設
定値を記憶装置（６９）に格納する（第１２図ブロック
（９９）　）。ダイヤフラム（９５）の厚みが適正に加
工されている場合、及び上記設定値の補正が完了すると
、再びＸテーブル（１：９及びＹテーブル（ｌ特を移動
させ、次に加工するペレッ）　（７４）を砥石（４３直
下に位置決めする。このような手順で、第８図のメイン
ルーチン（７５）が繰返され、第７図中の矢印（１００
）で示す順で、各ベレット（７４）・・・の丸穴加工が
行われる。なお、Ｘテーブル（［３を駆動するためのＸ
軸動作モードサブルーチン（６１）は、第Ｗ図で示す手
順で行われる。

／３ すなわち、まず第及図に示すように、Ｘ軸動作モードか
否かの判断がなされる（ブロック（１０１））。

この場合１個のベレットの丸穴加工が終了したばかシで
Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置決めが未了であるので、発振器（
６５）からパルス信号ＳＢがドライバ（ル）に出力され
、Ｘステップモータ（１０が起動し、Ｘ軸送シが開始さ
れＸテーブルＱ３１がＸ方向に動く。このＸ軸送りが所
定葉に達すると、パルス信号ＳＨの出力が停止される。

また、Ｙ軸動作モードサブルーチン（７８）もＸ軸動作
モードサブルーチン（７７）と同様のものであって、発
振器（６５）からドライバ（６３）に出力されたパルス
信号ＳＣに基づいてＹテーブル０９がＹ方向に動くよう
になっている。このように、本実施例のダイヤフラム加
工装置は、シリコン・ウエノ・に設定されている各ベレ
ットごとに、遂次、丸穴加工により形成されたダイヤプ
ラムの厚みを自動測定し、かつ、砥石＋、１３の切込み
送１］着を所望のダイヤフラム厚みを得ることができる
ように、自動的に補正するようにしているので砥石＋４
３が減耗したシ、何らかの原因で切込み量が過大若１−
＜は過小になっても、これらの変化に即応して、切込み
、駿が常に適正値きなるように修正できるので、ダイヤ
フラムを高精度で加工できるようになり、厚みのばらつ
きがなくなる。その結果、圧力センサとしての品質の向
上と歩留シの改善に寄与するとともに、生産能率が著し
く高くなる。

なお、上記実施例においては、厚み測定部（・旧として
、超音波厚み針を用いているが、靜胤容斌形厚み計若し
くは放射線厚み計のような他の厚み測定装置を用いても
よい。

し発明の効果」 本発明のダイヤフラム加工装置は、ダイヤフラムの厚み
を自動測定し、この厚み測定結果に基づいて砥石の切込
み送り量を自動的に補正するようにしたもので、例えば
砥石の減耗のように、何らかの原因で切込み量が過大若
しくは過小になっても、これらの変化に即応して、切込
み量が常に適正値となるように修正できるので、ダイヤ
フラムを高精度で加工することができるようになる。そ
の結果、圧力センサとしての特性が向上し信頼性が高く
なるとともに、歩留シが高くなる。また、厚み測定をイ
ンプロセスで行うことができるので大幅な省力化が可能
となシ、生殖合理化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力センサの作動原理を示す図、第２図及び第
３図はそれぞれ本発明の一実施例のダイヤフラム加工装
置の正面図及び側面図、第４図は第２図及び第３図に示
す砥石部分の要部説明図、第５図は第２図に示す厚み測
定部の要部断ｌｉ図、第６図は第２図及び第３図に示す
ダイヤプラム加工装置の電気回路系統図、第７図は圧力
センサさなる加工物の平面図、第８図はメインルーチン
のフローチャート、第９図はＺ軸動作モードサブルーチ
ンのフローチャート、第」０図は砥石の移動用はＸ１１
］動作モードザブルーチンのフローチャートである。 ０階・・・Ｘテーブル（位置決め部）、（１６１・・Ｘ
ステップモータ（位置決め部）、ａ！Ｊ・・Ｙテーブル
（位置決め部）、（２階・・Ｙステップモータ（位置決
め部）、（２啼・・・加工物保持体（保持部）、（ハ）
・・・加工物（シリコン・ウェハ）、＋４１・・砥石、 （僧・・・厚み測定部、 （６７）・ＣＰＵ（演算制御部）、 （６９）・記憶装置（演算制御部）。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 （ほか１名） ′第１図 策２図 頁３図 ′１１ 輩４図 工６０ ￥８図　　　　　箪１３図 ′／４　　　　　　　　　厚 γｑ図 ′ｆ１０図 峙閘

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン・ウェー・を保持する保持部と、砥石を
   有しこの砥石により上記シリコン・ウニ・・に圧力セン
   サ用のダイヤフラム形成のための丸穴を加工する研削部
   と、上記保持部と上記研削部さを相対的に移動させ上記
   シリコン・ウエノ・を丸穴加工位置に位置決めする位置
   決め部と、上記丸穴加工により形成されたダイヤフラム
   の厚みを測定し測定した厚みを示す電気信号を出力する
   厚み測定部と、上記厚み測定部に電気的に接続されると
   ともに上記丸穴加工のだめの加ニブログラムが格納され
   この加ニブログラムに基づいて上記研削部及び上記位置
   決め部を薊御する演算制御部とを具備し、上記演算制御
   部にてはダイヤフラムの基準厚みがあらかじめ設定され
   ているとともに、上記厚み測定部において測定されたダ
   イヤフラムの厚みと上記基準厚みとを比較し比較結果に
   基づいて上記シリコン・ウニ・・に対する上記砥石の切
   込み送シ量運正することを特徴とするダイヤプラム加工
   装置。
2. （２）厚み測定部は超音波厚み針からなるこ吉を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のダイヤフラム加工装置
   。