JPS606334A - 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伝を゛電気量に変換する圧力センサ
は、河１図に示すように、丸穴（１）が形成されたシリ
コン（８４）単結晶からなる円板状の夕゛イヤフラム（
２）を、同じく中央部に貫通孔（３）が穿設された８ｉ
単結晶からなる円板状の台座（４）に貫通孔（３）　７
５ｉ丸穴（１）に連通ずるように接着して構成されてい
る。

上記ダイヤフラム（２）の丸穴（１）が形成されている
面と反対側の面には、歪抵抗層（５）が拡散処理によシ
形成されている。しかして、圧力測定は、夕゛イヤフラ
ム（２）にかかる圧力Ａ、Ｂ（第１図参照）の差圧を歪
抵抗層（５）作用した歪を・蹴込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％　
８１４２図に示すように、丸穴（１１形成予定１）３位
に欠落部（６）を設けだ保朦膜（７）をＳｉ素材（８）
に破着させ、エツチング槽（９）に一定時間だけ浸漬し
、欠落部（６）を除去加工することにより行っていた。

しめ）るに、このようなエツチング加工によるタ゛イヤ
フラム形成は、エツチングによりダイヤフラム（２）を
加工したとき、除去速度が毎分数μｍと非常に遅く、加
工能率が悪い。また、保護膜（７）とＳｉ素材とのエツ
チング速度との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３００
μｍ以上の丸穴（１）の加工は不可能であった。また、
エツチング加工によった場合、丸穴（１）の底面近傍に
おいて内周面が直交せず、断面形状が丸みを帯びたもの
となる。さらに、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、加工精度が低
く、再現性に乏しい。以上の難点が相俟って、圧力セン
サとしての検出精度を高くすることが困難であるのみな
らず、歩留が低くコスト高の一因となっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、圧力センサのダイヤフラム形成を高能率かつ
尚精度で加工できるとともに、工具の寿命を自動的に判
定する機能を備えた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〕

ダイヤフラム形成を研削加工によシ行うとともに、研削
砥石の送シ及び加工物の位置決めをディジタル制御する
ようにし、かつ研削砥石の寿命を加工時に加工物が載置
された加工物保持体にかかる荷重の大きさに基づいて自
動判足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（１０）上には、定盤（１１）が固定さ
れている。この定ｆｆｆｌ　（１１）上には、Ｘテーブ
ル支持体（１２）が固定され、との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＋Ｍ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、この送シねじ（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（１６）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）上には、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、この送シねじ（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）上には、円柱状に形成された
加工物保持体（２５）が載置されて１八る。第５図は、
加工物保持体（２５）の構造を示すもので、円板状の基
体（２Ｓａ）は、Ｙテーブル（１９）上に回転調節自在
に固設されている。この基体（２５ａ）には、複数本の
案内杆（２５ｂ）・・・が植設されている。この案内杆
（２５ｂ）・・・には、円板状の当接板（２５Ｇ）が摺
動自在に貫装されている。そして、基体（２５り上には
、荷重を検出して、荷重の大きさを示す電気信号に変換
する複数の歪ゲージ方式の荷重変換器（２５ｄ）・・パ
が取付けられ、これら荷重変換器（２５ｄ）・・・の検
出子（２５ｄ　−１）・・・によシ当接板（２５Ｃ）が
弾性的に支持されている。また、当接板（２５Ｃ）によ
シ、この当接板（２５Ｃ）と同軸に円筒状の吸着体（２
５ｅ）が支持されている。この吸着体（２５ｅ）の下端
面と基体（２５ａ）上面との間には間隙が設けられてい
る。そして、吸着体（２５ｅ）内部には、吸着孔（２５
ｆ）が穿設され、この吸着孔（２５ｆ）の一端部は、吸
着体（２５ｅ）上面である吸着面（２５ｅ−１）上の複
数位置にて開口しているとともに、仙端部は図示せぬ真
空源に接続されている。そうして、吸着面（２５ｅ　−
１）には、シリコン・ウェハである被加工物（２６）が
、この吸着面（２５ｅ　−１）上に突設された図示せぬ
突起により位置決めされて、真空吸着されるようになっ
ている。

かくて、当接板（２５Ｃ）及び荷重変換器（２５ｄ）・
・・は、荷重検出機構（２５ｇ）を構成している。一方
、定盤（１１）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）となっていて、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Ｚ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。上記載置板（３
３）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（ｌｌａ）、　（ｌｌｂ）を
介して定盤（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シねじ（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
に示す載置板（３３）に固定された２ステツプモータ（
３６）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（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ｔま、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（３
９）には、第６図に示すように、低速スビ／ドル（３７
）の軸心（４ｏ）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（偏心量ｅｕ調節
自在どなっている。）。この偏心軸受（４１）にはエア
ー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。

この高速スピンドル（４２）の先端部には、カップ形の
砥石（４３）が、高速スピンドル（４２）と同軸に固定
されている。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、ブーりが取付けられていて、このプーリ
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
ーリとの間にベルト（４６）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。また、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
を示すもので、Ｘ、　Ｙ、　Ｚ　スｆ　ツブモー　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
理由によシ、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なっている。この発振器（
６５）は、システムバス（６６）を介してＣＰＵ　（６
７）（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　（Ｊｎ
ｉｔ　；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
えはＩ（ＡＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）
からなる記憶装！　（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駆動制御、真空吸着
用の真空源制御及び研削液供給側−のだめの電磁弁制御
機構（７３）及び荷重検出機構（２５ｇ）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ペレッｌ−
（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ベ
レン）　（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（１６）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
て調整する。ところで、記憶装置　（６９）には、＠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）が格納されている。すなわち、この
メインルーチン（７５）は、　Ｚ！Ｉ￥ｌＩ励作モード
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（７８）　。

電磁弁制御サブルーチン（７９）及び荷重異常検出サブ
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（７
５）を実行させる。まず、第１Ｏ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Ｚ軸動作モード
となっており、２ステツプモータ（３Ｇ）が早送シモー
ドで始動しくブロック（８２）　）、砥石（４３）は２
テーブル（３０）のＺ方向の移動にともなって加工中（
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）によシ、　ＣＰＴＪ　（６７
）からは入出力インター７エイス（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。

ＣＰＵ　（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Ｒ）に到達
した場合は、第１１図に示すように送り速度が減速して
切込み送りが開始される（ブＯｙり（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。す々わち、２軸早送り命
令に基づいて発振器（６５）からパルス信号８Ａ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（６
８）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３弓憶装置（６９）に格納され
ている設置値とを照合し、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。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、研石
（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ｆｌｃｅだけ偏心しているので（第６図参照）、高速
スピンドル（４２）は低速スピンドル（３７）　Ｋ一体
的に追動し、砥石（４３）は低速で第１２１ｆｆｌ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軸方向の切込み送シ縫があらかじめ設
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て（ブロック（８９）　）
、２ステツプモータ（３６）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（９１）　’）。

そうして、Ｘ軸動作サブルーチン（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。つまシ、発
振器（６５）から出力されたパルス信号ＳＢ、　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ｈＬ：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）が次に加工するベ
ンツ）　（７４）直下にくるまで、Ｘ、Ｙステップモー
タ（１６）、　（２３）を＊＜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、各ペレット（７４）・・・の
丸穴加工を行う。

しかして、ダイヤフラン加工中、荷重異常検出サブルー
チン（８０）に基づき、荷箱異常の判定が行われる。す
なわち、本実施例のように砥石（４３）による加工物（
２６）の加工送り速度が一定の場合、加工物保持体（２
５）にかかる荷重は、砥石（４３）の摩耗貿に比例して
、つまシ切れあじが純くなるにつれて、大きくなる傾向
をもっている。したがって、砥石（４３）の寿命時にお
ける加工物保持体（２５）に付加される荷重をあらかじ
め実数的にめて設定荷重Ｌｏとし、ダイヤフラム加工中
この設定荷重Ｌ１１と実際に伺加されている荷重とを比
較することにょシ、工具寿命を自動的に判定できる。か
くて、上記設定性νＬｏをあらプ・じめ記憶装置（６９
）に格納しておく（第１３図ブロック（９２）　）。つ
ぎに、ダイヤフラム加工中当接板（２５Ｃ）を介してダ
イヤフラム加工における全荷重を支持している各荷重変
換器（２５ｄ）・・・からの荷重検出信号ＳＬが、演獅
、制御部（７２）に出力されると、いったん各荷重ｊｉ
ｂ　Ｌ、　、　Ｌ２・・・は、記憶装置（６９）にて記
憶される。ついで、ＣＰＵ　（６７）にて、各荷重値り
、、Ｌ、・・・を加算し、荷重総計ＬＴをめ記憶装置（
６９）に格納する（ブロック（９３）　）。

さらに、ＣＰＵ　（６７）にて設定荷重り。と荷重総址
ＬＴとを比較しくブロック（９４）　）　、荷重線３ｙ
　ＴＪＴが設定荷重Ｌｏ未満でおる場合は、ダイヤフラ
ム加工を継続する（ブロック（９５）　）。逆に、荷重
総量ＬＴが設定荷重Ｌｏ以上である場合は、工具寿命と
判定し、当該穴加工を直ちに停止し砥石（４３）を新し
いものと交換したのち、加］二を再開する（ブロック（
９６）　）。

以上のように、本実施例のダイヤフラム加工装置は、ダ
イヤフラム形成を研削加工で行い、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とと
もに、工具の寿命判定をオンラインかつリアルタイムで
自貞υｙ１］足するようにしているので、加工能率及び
加工粘度が顕著に向上して歩留向上に寄力するとともに
、作業員の負担を大幅に軽減することができる。とりわ
け、何らかの原因で砥石（４３）が破損した場合も泊ち
に検出できるので、作業の安全性が向上する利点をもっ
ている。

なお、上記実施例において４ｊｒ重変換器は、複数個設
けているが、１　（ｒｉｌでもよい。さらに、演算制御
部にて工具寿命と判定した場合、直ちに加工を停止せず
、当該穴加工終了後に工具交換を行うようにしてもよい
。さらにまた、駆動混としてステップモータの代りに、
直流モータを用い、この直流モータに連結されたロータ
リ・エンコーダからの信号をディジタル制御に利用して
もよい。

〔発明の効果〕

本発明のダイヤフラム加工装置は、ダイヤフラム形成を
研削加工で行い、かつ加工物及び研削砥石の位置決めを
ディジタル制御するとともに、研削砥石の寿命判定をリ
アルタイムで自動判定するようにしているので、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、作業員の負担が大幅に軽減するとともに、作業の
安全性が向上する。

【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図は荷重
検出機構の断面図、第６図は砥石部分の装部説明図、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１
０図は２軸動作モードサブルーチンのフローチャート、
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、第１３図はダイヤフラム厚み測定ザブルーチンの
フローチャートである。 （１３）・・・Ｘテーブル（位置決め部）、（１６）・
・Ｘステップモータ（位置決め部）、（１９）・・・Ｙ
テーブル（位置決め部）、（２３）・・・Ｙステップモ
ータ（位置決め部）、（２５）・・・卯工物保持体（保
持部）、（２５ｇ）・・・荷重検出機構、 （２６）・・・加　工　物、 （４３）・・・砥石（研削部）、 （７２）演算制御部。 代理人　弁理士　則　近　忘　佑 （ほか１名） ′ｆ　Ｉ　口 ’ｌ’；　３　図 す　４　図 下　５　図 ￥　６　図 室　７　図 ￥　７　図　下　８　図 ’ｌｒ　１０　図 ｙ　ｔｔ　図 下　Ｉ３　図 １７９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン・ウェハ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
   上記シリコン・ウェハを丸穴加工位置に位置決めする位
   置決め部と、上記丸穴加工時に上記保持部に付加される
   荷重を検出する荷重検出機構と、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とともに上
   記荷重検出機構から出力された信号に基づいて上記砥石
   の寿命を自動判定する演算制御部とを具備することを特
   徴とするダイヤフラム加工装置。