JPH0341307B2 - - Google Patents

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
り得られたシリコン（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Si単結晶からなる円板状の台座４に貫通孔３
が丸穴１に連通す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、歪抵抗層５が拡散処理により形成されてい
る。しかして、圧力測定は、ダイヤフラム２にか
かる圧力Ａ，Ｂ（第１図参照）の差圧を、歪抵抗
層５に作用した歪を電気量に変換することにより
行つている。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Si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つていた。し
かるに、このようなエツチング加工によるダイヤ
フラム形成は、エツチングによりダイヤフラム２
を加工したとき、除去速度が数μｍ／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Si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つ
た。したがつて、深さ300μｍ以上の丸穴１の加
工は不可能であつた。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、
歩留低下の一因となつていた。さらに、エツチン
グ加工によつた場合、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
れが圧力センサとしての検査精度の低下を惹起し
ていた。さらにまた、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
点をもつていた。

〔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イ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１０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１
４と螺合し、この送りねじ１４の一端部は、カツ
プリング１５を介して定盤１１上に固定されたＸ
ステツプモータ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１８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の一部は送りねじ２０
と螺合し、この送りねじ２０の一端部は、カツプ
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ステツプモータ２３の回
転軸２４に連結されている。Ｘテーブル１３、Ｘ
ステツプモータ１６、Ｙテーブル１９、Ｙステツ
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、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・ウエハである加工物２６を
真空吸着する吸着面２５ａとなつていて、この吸
着面２５ａ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２５ａの所定位置に位置決めできるように
なつている。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となつていて、
この陥凹部２８を形成する二つの側壁２９ａ，２
９ｂにはＺテーブル３０がＺ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の一部は送りねじ３１と螺合し、こ
の送りねじ３１の一端部は、カツプリング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の中のウオーム歯車に連結されて
いる。上記載置板３３は、コラム２７の陥凹部２
８に連結固定されているとともに、支持体１１
ａ，１１ｂを介して定盤１１に固定され、定盤１
１上方全域にわたつて、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りねじ３
５が噛合されこの送りねじ３５は、カツプリング
を介して、第３図に示す載置板３３に固定された
Ｚ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
在となつている。）。この偏心軸受４１はエア・タ
ービン駆動により高速スピンドル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４２ａは、例えばニツケル、フエライト等
からなりスリツプリング４２ｂを介して振幅５〜
50μｍ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に出力された交流電流
を機械振動に交換して超音波を生成する振動子４
２ｄと、この振動子４２ｄの下端部に接続されこ
の振動子４２ｄより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４２ｅにて増幅された超音
波の振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、カツプ形の砥石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
３７の上端部には、プーリ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４
２、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は加
工物２６に研削液を供給するためのノズル及びこ
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２
７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ステツプモータ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、
後述する理由により、Ｘステツプモータ１６及び
Ｙステツプモータ２３が、正逆回転可能なよう
に、かつステツプモータ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
つている。この発振器６５は、システムバス６６
を介してCPU６７（Central Processing Unit；
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ル数を計数する
ようになつている。さらに、CPU６７には、例
えばRAM（Read Only Memory）からなる記憶
装置６９、タイマ７０及び入出力インターフエイ
ス７１がシステムバス６６を介して接続され
CPU６７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エイス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７
３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
ンウエハである加工物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
レツト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
にあるペレツト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ステツプモータ１
６及びＹステツプモータ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
の破線で示す各ペレツ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２
５を回転させて調整する。ところで、記憶装置６
９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が格納されてい
る。すなわち、このメインルーチン７５は、Ｚ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
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つて、Ｚ軸動作モードが
否かの判断がなされる（ブロツク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軸動作モードとなつており、Ｚステツプモータ
３６が早送りモードで始動し（ブロツク８２）、
砥石４３はＺテーブル３０のＺ方向の移動にとも
なつて加工物２６に向かつて下降する。ただし、
丸穴加工中、電磁弁制御サブルーチン７９によ
り、CPU６７からは入出力インターフエイス７
１を介して電磁弁制御機構７３に制御信号が出力
され、エア・タービン駆動による砥石４３の回転
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、
CPU６７から入出力インターフエイス７１を介
して超音波付加機構４２ａに制御信号が出力さ
れ、超音波発振器４２ｃからスリツプリング４２
ｂを介して振動子４２ｄのコイルに振幅５〜50μ
ｍの交流電流が印加される。すると、振動子４２
ｄ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。CPU６７にては、砥石４３が所定量下降し
たか否かの判断がなされ（ブロツク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図に示すように送り速度が
減速して切込み送りが開始される（ブロツク８
４）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求める。すな
わち、Ｚ軸早送り命令に基づいて発振器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
ツプモータ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からはデイジタル化されたパルス
数の計数値がCPU６７に出力される。CPU６７
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。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
更により行われる。このようにして、砥石４３に
より第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４
０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１２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CPU６７にて
はＺ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（ブロツ
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がセツトされ
る（ブロツク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
ツク８９）、Ｚステツプモータ３６は早戻りモー
ドになり（ブロツク９０）砥石４３は上昇運動し
て原位置に復帰する（ブロツク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。つまり、発振器６５
から出力されたパルス信号SB，SC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が次に加工するペレツト
７４直下にくるまで、Ｘ、Ｙステツプモータ１
６，２３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、各ペレツト７４…の丸穴加工を
行う。

以上のように、本実施例のダイヤフラム加工装
置は、ダイヤフラム形成のための丸穴穿設加工を
超音波振動が付加されエア・タービン機構により
高速回転するとともに遊星運動するように設けら
れた砥石４３により行い、かつ加工物２６及び砥
石４３の位置決めをデイ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、砥石寿命も長くするこ
とができる。さらに、超音波の作用により研削加
工時に発生した切屑の除去をより円滑に行うこと
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４３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２
５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、加工物に超
音波を付加しながらエア・タービン機構により高
速で自転するとともに低速で公転運動する砥石を
用いて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イジタル制御
するようにしたので、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である。 １３：Ｘテーブル、１６：Ｘステツプモータ、
１９：Ｙテーブル、２３：Ｙステツプモータ、２
５：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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン・ウエハである加工物の所定位置に
   複数の丸穴を穿設することにより複数のダイヤフ
   ラムを形成するダイヤフラム加工装置において、
   上記加工物を保持する保持部と、上記保持部に保
   持された加工物に対向して設けられるカツプ形の
   砥石及びこの砥石を同軸に保持して自転運動させ
   る高速スピンドル及びこの高速スピンドルを高速
   回転駆動するエア・タービン及び上記高速スピン
   ドルを偏心して保持して公転運動させる低速スピ
   ンドル及び上記低速スピンドルを低速回転駆動す
   るモータを有し上記砥石を遊星運動させることに
   より上記複数の丸穴を上記砥石により穿設する研
   削部と、上記保持部と上記研削部とをデイジタル
   制御信号に基づいて相対的に移動させ上記加工物
   を上記各丸穴加工位置に位置決め駆動し上記複数
   の丸穴の穿設を順次行わせる位置決め部と、上記
   砥石若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の付加機構と、上記丸穴加
   工のための加工プログラムが格納されこの加工プ
   ログラムに基づいて上記研削部及び上記位置決め
   部に上記デイジタル制御信号を印加して上記丸穴
   加工をデイジタル制御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。