JPS6044261A - 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ためのダイ
ヤフラム加工装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

圧力や歪などの機械量を電気量に変換する圧力センサは
、第１図に示すように、丸穴（１）形成によシ得られた
シリコン（Ｓｉ）単結晶からなる円板状のダイヤフラム
（２）を、中央部に貫通孔（３）が穿設されたＳｔ単結
晶から、なる円板状の台座（４）に貫通孔（３）が丸穴
（１）に連通ずるように接着して構成されている。

一方、ダイヤフラム（２）の丸穴（１）側とは反対側に
は、歪抵抗ｉ　（５）が拡散処理により形成されている
。しかして、圧力測足は、ダイヤスラム（２）にかかる
圧力Ａ、Ｂ（第１図参照）の差圧を、歪抵抗層（５）に
作用した歪を電気量に変換することにより行っている。

ところで、上記丸穴（１）の形成は、第２図に示すよう
に、丸穴（１）形成予定部位に欠落部（６）を設けた保
護膜（７）を３ｉ素材（８）に被着させ、エツチング槽
（９）に一定時間だけ浸漬することにより欠落部（６）
を除去加工することにより行っていた。しかるに、との
ようなエツチング加工によるダイヤフラム形成は、エツ
チングによシダイヤ７ラム（２）を加工したとき、除去
速度が数μｍ７分とすこぶる遅く、加工能率が極めて悪
い。しかも、保護膜（７）と８ｉ素材とのエツチング速
度差により加工を行うので、エツチングによる加工深さ
に限界があった。したがって、深さ３００μｍ以上の先
入（１）の加工は不可能であった。そのため、台座（４
）のガラス接着の際にダイヤフラム（２）が熱歪を受け
やすく、歩留低下の一因と々りていた。さらに、エツチ
ング加工によった場合、丸穴（１）の底面周縁部におい
て内周面が直交せずして丸みを帯びてしまい、これが圧
力センナとしての検査精度の低下玄・惹起していた。さ
らに丑た、エツチング量は、エツチング液の濃度。

温度、対流状態等の影響を受けるので、加工条件の制御
が困難で、再現性に乏しい欠点をもっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、圧力センサ用のダイヤフラムを高能率かつ高
精度で形成することができるダイヤフラム加工装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

加工物若しくは砥石に超音波を付加しながらダイヤフラ
ム形成を研削加工により行い、かつ加工物及び砥石の位
置決めをディジタル制御するようにしたものである。

〔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３図及び第４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（１ｏ）上には、定盤（１１）が固定さ
れている。この定盤（１１）上には、Ｘテーブル支持体
（１２）が固定され、このＸテーブル支持体（１２）上
には、Ｘテーブル（１３）が第３図Ｘ方向（第４図紙面
垂直方向）に摺動自在に支持されている。このＸテーブ
ル（１３）の一部は送りねじ（１４）と螺合し、この送
りねじ（１４）の一端部は、カップリング（１５）を介
して定盤（１１）上に固定されたＸステップモータ（１
Ｇ）の回転軸（１７）に連結されている。

そうして、Ｘテーブル（１３）上にはＹテーブル支持体
（１８）が固定されている。このＹテーブル支持体（１
８）上忙は、Ｙテーブル（１９）が第４図Ｙ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Ｙテーブル（１９）の一部は送シねじ（２０）と螺
合し、この送りねじ（２０）の一端部は、カップリング
（２１）を介して、保持体（２２）によりＸテーブル（
１３）に取付けられたＹステップモータ（２３）の回転
軸（２４）に連結されている。Ｘテーブル（１３）、Ｘ
ステップモータ（１６）、Ｙテーブル（１９）、Ｙステ
ップモータ（２３）は位置決め部を構成している。そう
して、Ｙテーブル（１９）　Ｊ：には、保持部をなす円
柱状に形成された加工物保持体（２５）が回転位置調節
自在に固設されている。この加工物保持体（２５）の上
端面は、シリコン・ウェハである加工物（２６）を真空
吸着する吸着面（２５ａ）となっていて、この吸着面（
２Ｓａ）には真空源に接続された図示せぬ複数の吸着孔
が開口している。また、吸着面（２５ａ、）上には、図
示せぬ突起が突設され、被加工物（２６）を吸着面（２
５ａ）の所定位置に位置決めできるようになっている。

一方、定５ｉ　（１Ｆ）の一端部にはコラム（２７）が
立設されている。このコラム（２７）は、加工物（２６
）に対向する側が陥凹部（２８）となってＩ）て、この
陥凹部（２８）を形成する二つの側壁（２９ａ）、　（
２９ｂ）にはＸテーブル（３０）が２方向（第３図及び
第４図参照）に摺動自在に支持されている。このＸテー
ブル（３０）の一部は送シねじ（３１）と螺合し、この
送りねじ（３１）の一端部は、カップリング（３２）を
介して陥凹部（２８）の中央部の載置５板（３３）上に
固定された筐体（３４）中のウオーム歯車に連結されて
いる。ト記載置板（３３）は、コラム（２７）の陥凹部
（２８）に連結固定されているとともに、支持体（ｘｔ
ａ）、　（ｌｌｂ）を介して定わ“ｔ（１１）に固定さ
れ、定盤（１１）上方全域にわたって、定盤（１１）の
上面と平行に延在している。上記ウオーム歯車には送υ
ねじ（３５）が噛合されこの送りねじ（３５）は、カッ
プリングを介して、第３図に示すａ、ｘ　ｆａｔ板（３
３）に固定されたＺステップモータ（３６）の回転軸に
連結されている。さらに、Ｘテーブル（３ｆ１）上には
、低速スピンドル（３７）を軸支する軸受体（３８）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（３９）が低速スピンドル（３７）と同
軸に固定されている。上記支持体（３９）には、第５図
に示すように、低速スピンドル（３７）の軸心（４０）
に対して偏心量ｅだけ偏心している軸心（４１ａ）を有
する偏心軸受（４１）が取り付けられている（偏心量ｅ
は調節自在となっている。）。この偏心軸受（４１）に
はエア・タービン駆動による高速スピンドル（４２）が
軸支されている。上記高速スピンドル（４２）は、第６
図に示すように、円筒状に形成され、内部には、超音波
付加機構（４２ａ）が内蔵されている。この超音波付加
機構（４２８）は、例えばニッケル、フェライト等から
なシスリップリング（４２ｂ）を介して振幅５〜５０μ
ｍの超音波振動を発生させる交流電流を出力する超音波
発振器（４２Ｃ）に接続されたコイルが巻装され超音波
発振器（４２Ｃ）Ｉｎ了出力された交流電流を機械振動
に変換して超音波を生成する振動子（４２ｄ）と、この
振動子（４２ｄ）の下端部に接続されこの振動子（４２
ｄ）よシ伝播してきた超音波の振幅を拡大するコーン（
４２ｅ）と、このコーン（４２ｅ）の下端部に接続され
コーン（４２６）にて増幅された超音波の憑幅をさらに
拡大するホーン（４２ｆ）とから構成されている。しか
して、ホーン（４２ｆ）の先端部には、カップ形の砥石
（４３）が着脱自在に取付けられている。なお、図示せ
ぬが、支持体（３９）には、高速スピンドル（４２）を
駆動するだ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（３７）の上端部には、プーリが取
付けられていて、とのプーリと第３図に示すＺテーブル
（３０）上に固定された駆動モータ（４４）の回転軸（
４５）先端に取付けられたプーリとの間にベル）　（４
６）が巻掛けられている。上記低速スピンドル（３７）
　、軸受体（３８）　、支持体（３９）　、偏心軸受（
４１）　、高速スピンドル（４２）　、砥石（４３）は
研削部を構成している。さらに、図示せぬが本実施例の
ダイヤフラム加工装置には加工物（２６）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だ
めの遮蔽板が、加工物保持体（２５）に近接して設けら
れている。凍た、前記載置板（３３）の加工物保持体側
には、コラム（２７）に隣接して、加工物（２６）を所
定位置に位置決めす、る際に用いられる位置合わせ顕微
鏡（４７）が突設されている。第７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ピ
ュータなどの演算制御部の電気回路系統図を示すモノマ
、Ｘ、　Ｙ、　Ｚ　スｆ　ｙブーｅ　−タ（１６）、　
（２３）、　（３６）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、後述する月１由によ
り％Ｘステップモータ（１６）及びＸステップモータ（
２３）が、正逆回転可能なように、かつステップモータ
（３６）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在っている。

この発振器（６５）は、システムバス（６６）を介して
ＣＰＵ　（６７）　（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｎｇ　（Ｊｎｉｔ　；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（６８）に接続
され、発振器（６５）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　（６７）には、例えばＲＩＡＭ　（Ｅ
、ｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍｅ＋ｎｏｒｙ）からなる記憶装
置（６９）　、タイマ（７０）及び入出力インターフェ
イス（７１）がシステムバス（６６）を介して接続され
ＣＰＵ　（６７）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、ｊ１７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
）及び超音波付加機構（４２ａ）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（２５）上の所定位置にシリコン
ウェハである加工物（２６）を真空吸着させる。この加
工物（２６）か、らは第８図に示すように複数のベレッ
）　（７４）・・・ごとに丸穴加工が行われる。そこで
、たとえば第８図の加工物（２６）の最上列の左端にあ
るペレッ）　（７４）の中央部を砥石（４３）で丸穴加
工できる位置に加工物（２６）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（］６
）及びＸステップモータ（２３）を駆動しＸテーブル（
１３）及びＹテーブル（１９）を動かす。また、第８図
の破線で示す各ベ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（２５）を回転
させてｉ１４整する。ところで、記憶装置（６９）には
、第９図に示すような加工物（２６）の位置決めのため
のメインルーチン（７５）が格納されでいる。すなわち
、このメインルーチン（７５）は、Ｚ輔−ＩＪ作モード
サブルーチン（７６）　、　Ｘ　４１＋　＠作モールド
ザブルーチン（７７）、Ｙ１１１１動作モードサブルー
チン（７８）　。

電磁弁制御サブルーチン（７９）及び超音波付加サブル
ーチン（８０）から構成されている。そこで、加工物（
２６）の位置決めが完了した段階で、第７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１０図に示すフローチャート
に従って、ＺＩＩ４ＩＩ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Ｚ軸動作モードとなって
おり、Ｚステップモータ（３６）が早送υモードで始動
しくブロック（８２）’）、砥石（４３）はＺテーブル
（３０）のＺ方向の移動にともなって加工物（２６）に
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ｆｉ　、　ＣＰＵ　（６７）がら
は入出力インターフェイス（７１）を介して′６磁弁制
御機構（７３）に制御信号が出力され、エア・タービン
駆動による砥石（４３）の回転１駆動、研削液の供給及
び真空吸着が行われる。同時に、超音波付加サブルーチ
ン（８０）により、　ＣＰＵ　（６７）から入出力イン
ターフェイス（７１）を介して超廿波付加機構（４２ａ
　）に制御信号が出力され、超音波発信器（４２Ｃ）か
らスリップリング（４２ｂ）を介して振動子（４２ｄ）
のコイルに振幅５〜５０μｍの交流電流が印加される。

すると、振動子（４２ｄ）にてこの交流電流は機械振動
に変換される。かくて、振動子（４２ｄ）にて発生した
機械振動は、コーン（４２ｅ）及びホーン（４２ｆ）に
より増幅され、増幅された機械振動は、回転中の砥石（
４３）に伝播する。ＣＰＬＪ　（６７）にては、砥石（
４３）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（２６）を切込
む直前の位置）に到達した場合は、第１１図に示すよう
に送シ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Ｚ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りめる。す
なわち、Ｚ軸早送シ命令に基づいて発椰器（６５）から
パルス信号ＳＡが、ドライバ（６４）に出力され、ドラ
イバ（６４）はパルス信号ＳＡの入力期間中Ｚステップ
モータ（３６）を駆動する。一方、パルス信号ＳＡのパ
ルス数はカウンタ（６８）にも出力され、このカウンタ
（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。ＣＰＵ　（６７）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８Ａの出力
を停止させる。また、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シ行われる。

このようにして、砥石（４３）によシ第１２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（３９）の回転軸心（４０）と高速スピンドル（４２
）の回転軸心とは、偏心量ｅだけ偏心しているので（第
５図参照）、高速スピンドル（４２）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１
２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　（６７）にてはＺ軸方向の切込み送υ量があら
かじめ設定した設定値に達しだ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
込み送シ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（４３）は、最終切込み位置にて保持さ
れる（第１１図に示すスパ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（３６）は早戻シモードになり
（ブロック（９０）　）、砥石（０）は上昇運動して原
位置に復帰する（ブロック（９１）　）。そうして、Ｘ
軸動作サプルーチ：／　（７７）及びＹ軸動作サブルー
チン（７８）に基づきＸテーブル（１３）及びＹテーブ
ル（１９）を所定位置に移動する。つまり、発振器（６
５）から出力されたパルス４６号８Ｂ、　８Ｃのパルス
数をカウンタ（６８）にて計数し、計数値があらかじめ
記憶装置（６９）に格納されている設定値に達するまで
、すなわち、砥石（４３）が次に加工すルヘレッ）　（
７４）直下にくるまで、Ｘ、Ｙステップモータ（１６）
、　（２３）を駆動する。このような手順で、第９図の
メインルーチン（７５）が繰返され、第８図中の矢印Ｗ
で示す順で、各ペレッ）　（７４）・・・の丸穴加工を
行う。

以上のように１本実施例のダイヤフラム加工装置は、ダ
イヤフラム形成のための丸穴穿設加工を超音波振動が付
加された砥石（４３）により行い、かつ加工物（２６）
及び砥石（４３）の位置決めをディジタル制御するよう
にしているので、加工能率が顕著に向上し、加工時間が
大幅に短縮する。また、砥石寿命も−Ｒくすることがで
きる。さらに、超音波の作用によシ研削加工時に発生し
た切屑の除去をより円滑に行う仁とができ、常に安定し
て所望の加工精度を得ることができる。

なお、上記実施例においては、高速スピンドル（４２）
に超音波付加機構（：４２ａ）を設けているが、低速ス
ピンドル（３７）に超音波を付加し、間接的に砥石（４
３）及び加工物（２６）に超音波を付加するようにして
もよい。さらに、加工物保持体（２５）に超音波付加機
構（４２ａ）を内蔵させ、この加工物保持体（２５）側
から超音波を加工物（２６）に付加するようにしてもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明のダイヤフラム加工装置は、刀日工物に超音波を
付加しながらダイヤフラム形成をイυｆ削加工により行
い、かつ加工物及び砥石の位置決めをディジタル制御す
るようにしだので、加工能率及び加工精度が顕著に向上
して製品歩留が高くなる。

また、超音波の作用により切屑の除去を円滑に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力センナの作動原理を示す図、第２図はエツ
チング加工による圧力センサのダイヤフラム形成を示す
図、第３図及び第４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５図は砥石
部分の要部説明図、第６図は高速スピンドルの断面図、
第７図は第３図及び第４図に示すダイヤフラム加工装置
の電気回路系統図、第８図は圧力センサとなる加工物の
平面図％第９図はメインルーチンのフローチャート、第
１０図はＺ軸動作モードサプルーチ／の７０−チャート
、第１１図は砥石の移動距離と時間との関係を示すグラ
フ、第１２図は加工物上における砥石の運動軌跡を示す
説明図である。 （１３）：Ｘテーブル、　（１６）　：　Ｘステップモ
ータ。 （１９）：Ｙテーブル、　（２３）　：　Ｙステップモ
ータ。 （２５）　：加工物保持体、（２６）：加　工　物。 （４２ａ）　：超音波付加機構、　（４３）：砥　石。 （７２）　：演算制御部。 代理人　弁理士　則近憲佑　（ほか１名）第１図　第２
図 第３図 俤４図 第６図 第１１図 第５図 第７Ｂ 一一一 □ １９図　第８図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工物を保持する保持部と、砥石を有しこの砥石によシ
   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とを相対的に移動させ上記加工物
   を上記丸穴加工位置に位置決めする位置決め部と、上記
   砥石力しくは上記保持部に保持された加工物に超音波を
   付加する超音波付加機構と、上記丸穴加工のための加ニ
   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制御する演算制御部とを
   具１關することを特徴とするダイヤスラム加工装置。