JPH0363226B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 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〕

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が形成さ
れたSi単結晶からなる円板状のダイヤフラム２
を、同しく中央部に貫通孔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。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の歪により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し、欠落部６を除
去加工することにより行つていた。

〔背景技術の問題点〕

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。
また、エツチング加工によつた場合、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。以上の難点が相俟つて、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、歩留りが低くコスト高の一因となつていた。

〔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
きるダイヤフラム加工装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

圧力センサ用の素材を、研削砥石により丸穴加
工し、かつ演算制御装置により被加工物形状に対
応した加工プログラムを実行して、ダイヤフラム
を形成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。基台１０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１
３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１
９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、円柱状に形成された加工物保持体２５が回
転調節自在に載置されている。この加工物保持体
２５は、その上面の定位置に加工物２６を真空吸
着により保持するものである。加工物保持体２５
の吸着面には、図示せぬが加工物２６の位置決め
のための複数の突起が立設されている。また、吸
着面上には複数の図示せぬ吸着孔が開口してい
て、図示せぬ真空源に接続されている。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，２９ｂ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上に固定された筺体３４中のウ
オーム歯車に連結されている。上記ウオーム歯車
には送りねじ３５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４
０に対して偏心量ｅだけ偏心している偏心軸受４
１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。この高速スピンドル４２の先端部には、カ
ツプ形の砥石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３
９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３
０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、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も付設されてい
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ピユータなどの
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４７，４８，４９を介して発振器５０
に接続されている。この発振器５０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、並びに
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５０は、システムバス５１を介し
てCPU５２（Central Processing Unit；中央処
理装置）に接続されている。また、発振器５０
は、カウンタ５３に接続され、発振器５０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
なつている。さらに、CPU５２には、例えば
RAM（Read Only Memory）からなる記憶装置
５４、タイマ５５及び入出力インターフエイス５
６がシステムバス５１を介して接続されCPU５
２とともに演算制御部を構成している。上記入出
力インターフエイス５６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５７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Si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７図に示すように複数のペレツト
５８…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２６の最上列の左端にあるペ
レツト５８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
鏡をみながら、Ｘステツプモータ１６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７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２５を回転させ
て調整する。ところで、記憶装置５４には、第８
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５９が格納されている。すなわち、
このメインルーチン５９はＺ軸動作モードサブル
ーチン６０、Ｘ軸動作モールドサブルーチン６
１、Ｙ軸動作モードサブルーチン６２、電磁弁制
御サブルーチン６３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
６図に示す演算制御部を作動させ、上記メインル
ーチン５９を実行させる。まず、第９図に示すフ
ローチヤートに従つて、Ｚ軸動作モードが否かの
判断がなされる（ブロツク６３）。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６４）、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６３により、CPU
５２からは入出力インターフエイス５６を介して
電磁弁制御機構５７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。CPU５２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６５）、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１０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６
６）。このときのＺ軸方向の位置検出は、カウン
タ５３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５０か
らパルス信号SAが、ドライバ４９に出力され、
ドライバ４９はパルス信号SAの入力期間中ステ
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５３にも出力され、こ
のカウンタ５３からはデイジタル化されたパルス
数の計数値がCPU５２に出力される。CPU５２
にてはカウンタ５３からの計数値とあらかじめ記
憶装置５４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５０からの信合
SAの出力を停止させる。なお、これと同一の処
理は、Ｘ、Ｙステツプモータ１６，２３の駆動に
ついても行われる。また、送り速度の変速は、発
振器５０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４３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４
３は低速で第１１図矢印６７方向に遊星運動しな
がら、矢印６８方向に高速回転し、丸穴加工が
徐々に進行する。一方、CPU５２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６７）、
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５５がセツトされる（ブロツ
ク６８）。このタイマ５５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１
０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６９）、
Ｚステツプモータ３６は早戻りモードになり（ブ
ロツク７０）、砥石４３は上昇運動して原位置に
復帰する（ブロツク７１）。しかして、第７図に
示す１個のペレツト５８の丸穴加工が終了する
と、第８図のメインルーチン５９が再度実行され
第７図中の矢印７１で示す順で、各ペレツト５８
…の丸穴加工が行われる。この場合、第９図のブ
ロツク６３においてＺ軸は動作モードでないの
で、Ｘ軸動作モードサブルーチン６１が実行され
る。（ブロツク７２）。すなわちＸ軸動作モードサ
ブルーチン６１は、まず第１２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（ブロツ
ク７２）。この場合１個のペレツトの丸穴加工が
終了したばかりでＸ軸、Ｙ軸方向の位置決めが未
了であるので、発振器５０からパルス信号SBが
ドライバ４７に出力され、Ｘステツプモータ１６
が起動し、Ｘ軸送りが開始されＸテーブル１３が
Ｘ方向に動く。このＸ軸送りが所定量に達する
と、パルス信号SBの出力が停止されるとともに
（ブロツク７４）、Ｙ軸動作モードサブルーチン６
２の実行に移行し（ブロツク７５）、発振器５０
からはパルス信号SCばドライバ４８に出力され、
Ｘ軸と同様にしてＹテーブル１９がＹ方向に動き
加工物２６は所定位置に位置決めされる。しかし
て、前記したＺ軸動作モードサブルーチン６０が
繰返される。このようにして、本実施例のダイヤ
フラム加工装置は、加工物２６の各ペレツト５８
にカツプ形砥石４３により迅速かつ高精度で丸穴
加工を行うことにより、エツチング加工のように
ダイヤフラムの底面縁部が丸味を帯びることな
く、第５図の２点鎖線で示すように、底面縁部は
シヤープなものとなる。したがつて、圧力センサ
としての検出精度が高くなり、製品としての信頼
性が向上する。また、再現性が高くなり歩留りが
向上する。さらに、丸穴の内径は、第５図に示す
偏心量ｅ及び砥石４３の外径を適宜調整すること
により簡単に変更することができ、また、丸穴の
深さは切込み送り量の設定値を変更することによ
り、容易に調節できるので、各種寸法の圧力セン
サ用ダイヤフラムの製造に適用可能である。さら
にまた、加工物４３の位置決めは、記憶装置に格
納されたプログラムに従つて、ステツプモータ駆
動用のパルス信号のパルス数計数値に基づいて行
うようにしているので、最初に位置設定するだけ
で自動的に位置決めが可能となり、とくに複雑な
位置決め機構が不要となり、装置が複雑にならず
取扱いが簡便になる。

なお、上記実施例においては、駆動源としてス
テツプモータを採用しているが、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
ーダからの信号を位置決め用に利用してもよい。
また、加工物２６の位置決めはＸテーブル１３及
びＹテーブル１９により行つているが、これに限
ることなく、加工物２６を固定し砥石４３側をＺ
方向のみならずＸ方向、Ｙ方向に移動自在に設け
てもよい。さらに、上記実施例においては、砥石
４３の遊星運動により丸穴加工を行つているが、
とくにこれに拘泥することなく、通常の自転運動
のみにより研削加工してもよい。また、高速スピ
ンドル４２はエアタービン機構により駆動してい
るが、例えば誘導モータ等の他の駆動源により駆
動してもよい。

〔発明の効果〕

本発明のダイヤフラム加工装置は、圧力センサ
のダイヤフラムをエツチング加工により形成する
場合と比べて、迅速かつ高精度で形成することが
できる。したがつて、エツチング加工による場合
よりも圧力センサとしての特性が向上し信頼性が
高くなるのみならず、製品歩留りが高くなる。ま
た、エツチング加工に比べて煩雑な前後処理工程
が不要となり自動化が容易に実現するので大幅な
省力化が可能となり、生産合理化に寄与する。ま
た、本発明は、位置決め制御をパルス数の計数値
に基づくソフト的処理に依拠しているので装置が
複雑にならず取扱いが容易になる。

【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説明図、
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図は第３図及び第４図に示
すダイヤフラム加工装置の砥石部分の要部説明
図、第６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７図は圧力セン
サとなる加工物の平面図、第８図はメインルーチ
ンのフローチヤート、第９図はＸ軸動作モードサ
ブルーチンのフローチヤート、第１０図は砥石の
移動距離と時間との関係を示すグラフ、第１１図
は加工物上における砥石の運動軌跡を示す説明
図、第１２図はＸ軸動作モードサブルーチンを示
す図である。 １３：Ｘテーブル（位置決め部）、１６：Ｘス
テツプモータ（位置決め部）、１９：Ｙテーブル
（位置決め部）、２３：Ｙステツプモータ（位置決
め部）、２５：加工物保持体（保持部）、２６：加
工物、３０：低速スピンドル（研削部）、４２：
高速スピンドル（研削部）、４３：砥石、５２：
CPU（演算制御部）、５４：記憶装置（演算制御
部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一枚のシリコン単結晶基板からなる加工物に
   有底の丸穴を複数穿設することにより上記各丸穴
   の底部に圧力センサ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、下記構成を具備す
   ることを特徴とするダイヤフラム加工装置。 (イ) 上記加工物を保持する保持部。 (ロ) カツプ形の砥石と、この砥石が取付けられ自
   転運動する高速スピンドルと、この高速スピン
   ドルに対して偏心して設けられ公転運動する低
   速スピンドルとを有し、上記砥石を遊星運動さ
   せて上記丸穴を加工する研削部。 (ハ) パルス信号によりデイジタル制御されるステ
   ツプモータを有し、このステツプモータにより
   上記保持部と上記研削部とを相対的に駆動し
   て、上記砥石を上記加工物の各丸穴穿設位置に
   順次位置決めする位置決め部。 (ニ) 上記ステツプモータ制御用のパルス信号を計
   数する計数手段と、上記丸穴加工の加工プログ
   ラムを格納する記憶手段とを有し、上記計数手
   段における計数値及び上記記憶手段に格納され
   ている加工プログラムに基づいて上記研削部及
   び上記位置決め部を制御する演算制御部。