JPH09257612A - 力覚センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マイクロマニピュレータに適用可能な高感度で
微小な力覚センサーガ提供できないこと。 【解決手段】把持部(5) と、該把持部(5) に加えられる
応力を検出するセンシング領域(3) と、前記把持部(5)
及びセンシング領域(3) を支持する基部(1) と、前記セ
ンシング領域(3) に接続され、前記基部(1) まで延在し
て設けられた配線(9〜15) とを具備した力覚センサーに
おいて、前記把持部(5) 、センシング領域(3) 、基部
(1) 及び配線(9〜15) を薄板状の半導体基板に一体的に
形成したことを特徴とする力覚センサー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は力覚センサーに関
し、特に微小部品や細胞等のハンドリングに用いられる
マイクロマニピュレータに供せられる力覚センサーに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年のマイクロマシン技術の進展に伴
い、微小部品のハンドリングや細胞操作を目的とした高
精度の位置制御が可能なマイクロマニピュレータが開発
されている。このようなマイクロマニピュレータとして
は、例えばＩＥＥＥ Ｉnternational Ｃonference on
Ｒobot and Ａutomation ，1995，pp1674-1679 に開
示されているものが挙げられる。これについては図３８
に示す。一対の細いガラス針141 は圧電素子142 によっ
て駆動される。この圧電素子142 の変位を精密にコント
ロールすることで、ガラス針141 を箸のように用いて細
胞操作などの微妙なハンドリングを行う。

【０００３】このようなマイクロマニピュレータを用い
たマニピュレーションシステムにおいては、機械強度の
弱い微小部品や細胞をハンドリングする際の微小な応力
を検出してフィードバックする制御系を構成することが
特に望ましい。比較的大きなサイズの部品等を扱う産業
用ロボットのマニピュレータにおいては、このような力
覚フィードバック用センサーには歪みゲージが用いられ
るのが一般的である。特に、ピエゾ抵抗効果を用いた半
導体歪みゲージは、計測感度が高いことから微小応力の
計測に適している。このような歪みセンサーの実装に
は、例えば特開平７−３１１１０７に開示されているよ
うに、弾性部材にゲージを接着などの方法で固定するの
が一般的であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法をマイクロマニピュレータに適用しようとすると、非
常に剛性の小さい微小構造体を製作してこれに高感度の
歪みセンサーを固定する必要があり、製作精度と組立性
の問題から安定した高精度の応力計測は困難である。

【０００５】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、マイクロマニピュレータに適用可能な高感度で微小
な力覚センサーを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

請求項１：把持部と、該把持部に加えられる応力を検出
する検出部と、前記把持部及び検出部を支持する基部
と、前記検出部に接続され、前記基部まで延在して設け
られた配線部とを具備した力覚センサーにおいて、前記
把持部、検出部、基部及び配線部を薄板状の半導体基板
に一体的に形成したことを特徴とする力覚センサー。

【０００７】（構成）全ての実施形態が該当する。例え
ば、実施形態１では、図１，２における把持部５とこれ
に加えられる応力を検出する検出部となるセンシング領
域３と、把持部及び検出部を支持する基部１と、検出部
に接続されて基部まで延在して設けられた配線９乃至11
よりなる配線部とからなり、把持部、検出部、配線部が
一体的に形成されている。

【０００８】（作用・効果）把持部、検出部、基部が一
体に形成され、さらに検出部のセンシング信号を基部ま
で伝達する配線部が一体に形成されていることによっ
て、組立工程が不要となり、微小物体のハンドリング等
に利用するマイクロマニピュレータに好適な微小な力覚
センサーが得られる。

【０００９】請求項２：表面が一導電型の薄板状の半導
体基板と、この半導体基板上に形成され、半導体基板上
に加えられる応力を検出する検出部と、前記半導体基板
に形成され、前記検出部を支持する基部と、前記検出部
に接続され、前記基部まで延在するように前記半導体基
板上に形成された配線部とを具備した力覚センサーにお
いて、前記検出部は、互いに直交する３方向の応力を検
出するように、前記半導体基板上の異なる部位に設けら
れた少なくとも３つの検出手段を備えたことを特徴する
力覚センサー。

【００１０】（構成）実施形態３、４、５が該当する。

【００１１】（作用・効果）加えられた応力の方向によ
って異なる出力信号を発生する３つの検出手段を有する
ことによって、応力の方向成分を分離して計測すること
ができる微小な力覚センサーが得られる。

【００１２】請求項３：表面が一導電型の薄板状の半導
体基板と、この半導体基板上に形成された可撓性部と、
この可撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成され、半
導体基板上に加えられる応力を検出する２つの検出部
と、前記可撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成さ
れ、前記検出部を支持する２つの基部と、前記半導体基
板及び前記可撓性部に形成され、前記２つの検出部を電
気的に接続する配線部とを具備した力覚センサーにおい
て、前記可撓性部を湾曲させることにより、前記２つの
検出部を対向配置させたことを特徴する力覚センサー。

【００１３】（構成）実施形態５が対応する。

【００１４】（作用・効果）対向して配置された検出部
となる薄板状の半導体領域に形成された歪みセンシング
素子によって、多軸の応力センシングを可能にし、これ
らのセンシング素子の配線が可撓性部である可撓性薄膜
配線層によって接続されているために、一つの面に電極
を配置できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００１６】（実施形態１）図１、図２及び図３
（Ａ），（Ｂ）を参照する。ここで、図１は平面図、図
２は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図３（Ａ）は図１の
力覚センサーの一構成であるセンシング素子の平面図、
図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示
す。本実施形態１に係る力覚センサーは、マイクロマニ
ピュレータに適用するもので、図38のガラス針141 に置
き換えて用いられる。力覚センサーは、基部１と、後部
高剛性領域２と、センシング領域３と、前部高剛性領域
４と、把持部５からなる。いずれもシリコンで構成さ
れ、後部高剛性領域２の表面部２ａ、センシング領域３
の表面部３ａ、前部高剛性領域４の表面部４ａ、把持部
５の表面部５ａの導電型はいずれもＮ型である。

【００１７】前記表面部（Ｎ型領域）３ａには歪みセン
シング素子６が、領域２ａには温度補償素子７がそれぞ
れ形成されている。これらの素子６、７は、いずれも同
じ形態のＰＮＰ型バイポーラトランジスタである。前記
シリコンの表面にはシリコン窒化膜よりなる絶縁膜８が
形成され、この絶縁膜８にはコンタクト孔（図示せず）
が開口されている。このコンタクト孔を介して接続され
た、センシング素子６のエミッタ配線９、ベース配線1
0、コレクタ配線11、基板配線12が前記基部１まで延在
し、同じく絶縁膜８に開口したコンタクト孔（図示せ
ず）を介して接続された、温度補償素子７のエミッタ配
線13、ベース配線14、コレクタ配線15、基板配線12（セ
ンシング素子と共通）が基部まで延在する。

【００１８】これらの配線はいずれも基部１において電
極パッドを有する。配線の上部には上部絶縁膜となるポ
リイミド膜16が形成され、ポリイミド膜のパッド部分に
は開口部17が形成されている。この様な力覚センサーの
各領域の厚さは、検出すべき把持力の範囲や求められる
精度、製作の容易さ等によって最適化されるが、一例を
挙げると、後部高剛性領域２及び前部高剛性領域４で４
０μｍ程度、センシング領域３及び把持部５で１０μｍ
程度、基部１で３００μｍ程度である。

【００１９】次に、前記センシング素子６の形態につい
て図３を用いて詳しく説明する。

【００２０】センシング領域３のＮ型領域３ａの表面に
コレクタ領域となるＰ型拡散層18が形成され、その中に
ベース領域となるＮ型拡散層19が形成され、さらにその
中にエミッタ領域となるＰ型の高濃度拡散層20が形成さ
れている。各拡散層の不純物濃度は、後述するように求
められる検出感度などによって最適化される。一例を挙
げると、エミッタとなるＰ型の高濃度拡散層20で１×１
０²⁰／ｃｍ³ 、ベースとなるＮ型拡散層19で３×１０¹⁸
／ｃｍ³ 、コレクタとなるＰ型拡散層18で３×１０¹⁷／
ｃｍ³ 程度である。また、各配線のコンタクト孔24の領
域にはオーミックコンタクトを得るために、ベース領域
に対して高濃度Ｎ型拡散層21、コレクタ領域に対して高
濃度Ｐ型拡散層22、基板領域に対して高濃度Ｎ型拡散層
23がそれぞれ形成されている。なお、温度補償素子７に
ついても同様な形態であるので、説明は省略する。

【００２１】センシング素子６及び温度補償素子７の各
配線は基部の電極パッドの開口部17に接続されるリード
線によって外部の検出回路に接続される。把持部５に応
力が加わると、センシング領域３の表面にも僅かな歪み
が発生し、この領域のシリコンの格子定数が変化する。
これが接合のバンド構造に影響し、ベース電流が変化し
てコレクタ電流を大きく変調する。後部高剛性領域２に
おいても把持部５への応力印加による表面歪みは発生す
るが、その量は厚さが大きく異なるので、センシング領
域と比較すると非常に小さい。従って、センシング素子
６と温度補償素子７の出力変調を比較することによって
温度補償されたセンシング領域の歪み量を得ることがで
きる。なお、図１のように、温度補償素子７が形成され
る後部高剛性領域２の幅をセンシング領域３よりも大き
くすると、温度補償素子７の歪みの影響を更に小さくす
ることができるので特に好ましい。把持部５の応力とセ
ンシング領域３の歪み量の関係は、一体化された把持部
も含めた全体の構造によって決まるので、歪み量を計測
することによって把持部５の応力を計算することができ
る。

【００２２】本実施形態１においては、把持部５とセン
シング領域３を一体に形成することが可能で、しかも応
力を検出する領域（センシング部３）がセンシング素子
６と一体であるので、従来のように歪みゲージを貼り付
けるなどの組立工程が不要であるため、微小化に適して
いる。加えて製作には半導体製造技術が適用できるので
フォトリソグラフィー技術によってセンシング素子６や
把持部５自体も非常に小さく形成することが可能であ
る。

【００２３】また、センシング素子６にバイポーラトラ
ンジスタを用いることで、歪みによるバンド構造の変化
による電流変調を増幅することができるので、従来のピ
エゾ抵抗効果を利用した半導体歪みゲージよりも大幅に
高感度化できる。更に、温度補償素子７を一体でしかも
近接して配置できるので温度補償の精度を高めて、結果
として応力の計測精度を高めることができる。このよう
に、本実施形態１によれば、小型で高精度で、しかもセ
ンシング機能と把持機能が一体化した力覚センサーを得
ることができる。

【００２４】次に、実施形態１の力覚センサーの製造方
法について図１０から図１７を用いて説明する。なお、
拡散層の表記の方法について、実線はその拡散層が形成
された領域（基板もしくは他の拡散層）に対してＰＮ接
合を形成している場合に用い、破線は拡散層が形成され
た領域（基板もしくは他の拡散層）と同じ導電型の拡散
層が形成され場合、即ち濃度の違いはあるがＰＮ接合を
構成しない場合に用いるものとする。この表記法は実施
形態２の説明以降も同様とする。

【００２５】また、図面の付番に当たって、同一の形態
もしくは機能を有する部位は同一の番号でアルファベッ
トの添字を加えて区分したものがあるが、この場合でア
ルファベットの添字を省略して記した場合はその番号の
全てのアルファベットの添字の部位を指すものとする。
この表記法は実施形態２以降も同様とする。

【００２６】(1) ．まず、図１０に示すように、面方位
が＜１００＞で基板濃度が２×１０¹⁴／ｃｍ³ 、厚さ３
００μｍのＰ型シリコン基板31の裏面にシリコン窒化膜
をＣＶＤによって形成し、これを通常の半導体製造で用
いるフォトリソグラフィー技術によってパターニングし
て、シリコン窒化膜パターン32ａ、32ｂを得る。ここ
で、シリコン窒化膜パターン32ａは図１の基部となる領
域に対応し、シリコン窒化膜パターン32ｂは後で述べる
電気化学エッチング時の枠部分に対応する。なお、ここ
では1 つの把持部付き力覚センサーについてのみ図示す
るが、この把持部付き力覚センサーは小さいので、1 枚
のシリコン基板上に多数の把持部付き力覚センサーを形
成できることは言うまでもない。

【００２７】(2) ．次に、図１１に示すように、シリコ
ン基板31の表面に、深いＮ型拡散層33ａ、33ｂと、深い
Ｐ型拡散層34ａ、34ｂを形成する。ここで、拡散層33
ａ、33ｂ、34ａ、34ｂはそれぞれ図１における後部高剛
性領域２、センシング領域３、前部高剛性領域４、把持
部５にそれぞれ相当する部位に形成される。但し、深い
Ｐ型拡散層34ａ、34ｂは最終的にセンシング領域及び把
持部として形成される領域よりも幅広く形成される。こ
れらの拡散層の不純物濃度はいずれも表面で１〜２×１
０¹⁶／ｃｍ³ 程度である。Ｎ型拡散層33ａ、33ｂの接合
深さは２５μｍ程度で、Ｐ型拡散層の不純物も同程度の
深さまで拡散される。これらの拡散層の形成工程には、
通常の半導体製造で用いるフォトリソグラフィー、イオ
ン注入及び熱拡散が適用される。

【００２８】(3) ．次に、図１２に示すように、接合深
さ６μｍ、表面濃度３〜６×１０¹⁶／ｃｍ³ 程度のＮ型
拡散層35を形成する。これは図１の後部高剛性領域２の
一部、センシング領域３、前部高剛性領域４の一部、把
持部５に相当する領域に形成される。つづいて、図１３
に示すように、センシング素子６と温度補償素子７及び
高濃度のＰ型拡散層よりなるガードリング36を形成す
る。センシング素子６と温度補償素子７の詳細の図示は
ここでは省略するが、図３に示したように、Ｎ型領域
（ここではＮ型拡散層35が該当する）に形成されたＰ型
コレクタ領域、Ｎ型ベース領域、高濃度のＰ型エミッタ
領域と、ベース・エミッタの配線のコンタクト領域に該
当する部位に形成された高濃度拡散層が形成されてい
る。これらについても通常の半導体製造技術を適用する
ことができる。なお、ガードリング36は最終的な把持部
付き力覚センサーの外周に相当する領域に形成される。
このガードリング36となる拡散層はセンシング素子６と
温度補償素子７のエミッタ領域と同時に形成されること
が製造工程の簡略化の点で好ましい。

【００２９】(4) ．次に、図１４に示すように、厚さ４
００ｎｍの低応力シリコン窒化膜の絶縁膜37を形成し
て、これの所定位置にコンタクト孔（図示せず）を形成
した後、図１に示した配線９，10，11，12，13，14，15
を形成する。つづいて、図１５に示すように、表面にポ
リイミド膜38をスピンコートによって形成し、配線９，
10，11，12，13，14，15の電極パッド部分に開口部17を
形成する。更に、図１６に示すように、表面側を機械的
に封止することによって保護した状態で強アルカリのエ
ッチャントに浸すことで裏面側のシリコン窒化膜32ａ、
32ｂのない領域のシリコン基板を裏面からエッチングす
る。この際、Ｎ型拡散層33ａ、33ｂ、35をアノードとし
て、強アルカリのエッチャントをカソードとしてバイア
スを印加する。これは配線12に正バイアスを与えること
でなされる。このエッチングはＮ型拡散層33ａ、33ｂ、
35がない領域ではシリコン窒化膜37が裏面側で露出する
まで進行するが、Ｎ型拡散層33ａ、33ｂ、35が存在する
領域では電気化学エッチングによって、Ｎ型拡散層33
ａ、33ｂ、35とＰ型基板31もしくはＰ型拡散層34のＰＮ
接合のＰ型側の空乏層端部近傍で停止する。

【００３０】このエッチングではＰ型拡散層が存在する
領域（図１のセンシング領域３及び把持部５に該当す
る）では、接合部のＰ型領域の不純物濃度が高いので同
じバイアスを印加した場合でもＰ型側への空乏層の拡が
りが抑制され、残存するＰ型領域３ｂ、５ｂの厚さは小
さくなる。一方、Ｐ型拡散層が存在しない領域（図１の
後部高剛性領域２及び前部高剛性領域４に該当する）で
は、接合部近傍のＰ型領域の不純物濃度が低いので同じ
バイアスを印加した場合でもＰ型側への空乏層の拡がり
が大きく、残存するＰ型領域２ｂ、４ｂの厚さは大きく
なる。

【００３１】即ち、センシング領域では測定感度を高め
るために薄くして、温度補償素子を形成する後部高剛性
領域では歪みの影響を小さくするために厚くすることが
望ましいが、本製造方法ではセンシング領域３でのＮ型
拡散層35の接合深さが小さく、しかもこの領域での電気
化学エッチング時の空乏層の拡がりを抑制できるので全
体の厚さを非常に薄くできる。これに対して、後部高剛
性領域２でのＮ型拡散層33a の接合深さが大きく、しか
もこの領域での電気化学エッチング時の空乏層の拡がり
が大きくなるので全体の厚さを厚くすることができる。
また、電気化学エッチング時の空乏層の横方向への拡が
りは高濃度のＰ型領域であるガードリング36で抑制され
るので、横方向については、残存する部位の形状はほぼ
Ｎ型拡散層の接合部に対応する。即ち、図１６の上面図
の破線で示した領域のシリコンが残存することになる。

【００３２】(5) ．次に、図１７に示すように、裏面側
からのＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガス雰囲気中でのＲＩＥ（Ｒ
eactive Ｉon Ｅtching）によってシリコンが除去され
た領域でのシリコン窒化膜37を除去し、更に残存したシ
リコン部を図１６で破線で示した形状に沿ってポリイミ
ド膜38をレーザーアブレーションで切り出すことで図１
に示したような把持部付き力覚センサーを得る。

【００３３】上記実施形態１に係る力覚センサーの製造
方法によれば、電気化学エッチングによって残存させる
領域の厚さを、Ｎ型拡散層の接合深さとＰＮ接合のバイ
アス印加時のＰ型領域側での空乏層の拡がりを制御する
ことによって広い範囲で制御することができる。この電
気化学エッチングで薄いシリコンを残存させる手法の形
状制御性は不純物濃度分布及びバイアス時の電位分布の
制御性で規定されるが、イオン注入とフォトリソグラフ
ィー及び熱拡散の制御性は半導体製造技術で用いられる
もので制御性は極めて高い。従って、従来の機械加工と
比較すると１０μｍ程度のサイズでも極めて再現性良く
微小構造体を製作することができる。しかも把持部付き
力覚センサー自体が小さいので、バッチ処理によって量
産が可能で、製造コストを低減することができる。

【００３４】（実施形態２）本発明の実施形態２につい
て図４（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。ここで、図４
（Ａ）は本実施形態２に係る力覚センサーの特に配線領
域の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う
断面図である。本実施形態２は、実施形態１のセンシン
グ素子６及び温度補償素子７をＰＮＰ型バイポーラトラ
ンジスタからピエゾ抵抗素子に置き換えたものである。
センシング領域の表面のＮ型領域３ａに表面濃度が３×
１０¹⁷／ｃｍ³ で接合深さが０．８μｍのＰ型拡散層41
が形成され、この両端部に配線に対してオーミックコン
タクトをとるための高濃度のＰ型拡散層42が形成されて
いる。また、Ｐ型拡散層41に近接してＮ型の高濃度拡散
層43が形成されている。

【００３５】これらの高濃度拡散層42、43はＮ型領域３
ａの上部のシリコン窒化膜の絶縁膜８に開口されたコン
タクト孔44を介して配線45、46、47に接続されている。
前記配線45、46、47は、実施形態１と同様に、基部の電
極パッドまで延在している。センシングは配線45、46を
用いてＰ型拡散層41の抵抗値を計測することによってな
される。配線47はＮ型領域３ａの電位を安定させるため
のものであり、これによって基板の電位変動を抑制す
る。また、この配線47は、実施形態１において電気化学
エッチング時のバイアス印加の電極としても用いられ
る。実施形態１の場合と同様に、温度補償素子も図４と
同じ形態が適用される。

【００３６】本実施形態２の力覚センサーは単純なピエ
ゾ抵抗素子であり、感度の点でＰＮＰ型バイポーラトラ
ンジスタを用いた実施形態１の場合よりも劣るが、必要
な配線数が少ないことと、製造工程が単純であること
と、出力が線形であることから外部の検出回路が単純化
できるので、あまり高い検出感度が求められない用途で
はより好ましい。なお、本実施形態２においては、力覚
センサーに拡散抵抗のピエゾ抵抗素子を用いたが、ＰＮ
接合ダイオードを利用する方法やＮＰＮ型バイポーラト
ランジスタを利用する方法なども考えられる。求められ
る応力の計測感度や計測範囲によって最適な力覚センサ
ーの形態が選択される。

【００３７】（実施形態３）本発明の実施形態３に係る
力覚センサーを図５（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。
ここで、図５（Ａ）は本実施形態３に係る力覚センサー
の特に配線領域の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ
−Ｘ線に沿う断面図である。本実施形態３は、実施形態
１のセンシング素子と温度補償素子を電流経路の異なる
３つのショットキーダイオードに置き換えたものであ
る。図１におけるセンシング領域３はＰ型領域３ｂとＮ
型領域３ａよりなるが、本実施形態３はＮ型領域の表面
は、センシング素子が形成される領域に選択的にエピタ
キシャル成長法によって形成されたＮ型エピタキシャル
層51で、ボロンを拡散させたＰ型埋め込み拡散層52が所
定領域に形成されている。このＰ型埋め込み拡散層52の
不純物濃度は５×１０¹⁸／ｃｍ³ 程度である。前記エピ
タキシャル層51の表面には表面不純物濃度が５×１０¹⁸
／ｃｍ³ 程度のＰ型拡散層53ａ、53ｂ、53ｃと表面濃度
が１×１０²⁰／ｃｍ³ 程度の高濃度のＮ型拡散層54ａ、
54ｂ、54ｃが形成され、Ｐ型拡散層53ａとＮ型高濃度拡
散層54ａ、Ｐ型拡散層53ｂとＮ型高濃度拡散層54ｂ、Ｐ
型埋め込み拡散層52とＮ型高濃度拡散層54ｃでショット
キーダイオード60、61、62をそれぞれ構成する。

【００３８】図から分かるように、これらの３つのショ
ットキーダイオード55、56、57の接合面は互いに直交す
る。なお、各ショットキーダイオードに配置されたＰ型
高濃度拡散層58ａ、58ｂ、58ｃは配線に対してオーミッ
クコンタクトをとるためのものである。また、Ｐ型拡散
層53ｃはＰ型埋め込み拡散層52とＰ型高濃度拡散層58ｃ
の間の抵抗を低減するためのものである。エピタキシャ
ル層51の上部にはシリコン窒化膜よりなる絶縁膜８が形
成され、これに開口されたコンタクト孔59を介してショ
ットキーダイオード60、61、62の配線63が形成されてい
る。この配線63は、実施形態１と同様にポリイミド膜16
に覆われて図１における基部２の領域まで延在する。特
に図示はしないが、ショットキーダイオード60、61、62
と同じ構成の温度補償素子が図１における後部高剛性領
域２に形成されている。

【００３９】ところで、図１における把持部５に応力が
加えられた場合、その応力の方向によってセンシング領
域３には異なった方向の歪みが発生する。実施形態１、
２においては、表面歪みを1 つのセンサーーで計測する
構成となっている。応力の方向がある程度限定されるよ
うな作業ではこれでも問題はないが、マイクロマニピュ
レータをマスター・スレーブ環境で操作して、複雑な作
業を行う場合は、把持部の各方向の応力成分を分離し
て、マスターマニピュレータにフィードバックする構成
とすることが特に望ましい。一方、本実施形態３の方法
では、互いに直交する接合面を有する３つのショットキ
ーダイオードの出力変調を比較することによって、セン
シング領域３の歪みの方向成分を分離することができ
る。これにより、把持部に加わる応力を各方向に分離し
てマスターマニピュレータにフィードバックするなどの
マイクロマニピュレータによる複雑で高度な作業を実現
するための環境を構築できる。

【００４０】また、本実施形態３では、ショットキーダ
イオードの接合面を流れる電流をセンシングに用いてい
るので、拡散抵抗の方向を変えてピエゾ抵抗効果を用い
る方法と比較して高い検出感度が得られる。更に、本実
施形態３の方法では３つのセンシング素子が、把持部に
一体に形成されているために力覚センサーの組立が不要
で、小型化に適する。実施形態１において説明した製造
方法が基本的にはそのまま適用できる。更には、本実施
形態３においては把持部を一体形成した力覚センサーを
示しているが、把持部を別体で形成して接着等の方法で
組み付けても良い。

【００４１】（実施形態４）本発明の実施形態４に係る
係る力覚センサーを図６及び図７（Ａ），（Ｂ）を参照
して説明する。ここで、図６は実施形態４に係る力覚セ
ンサーの平面図、図７（Ａ）は図６のＸ−Ｘ線に沿う断
面図、図７（Ｂ）は図６のＹ−Ｙ線に沿う断面図であ
る。図６は３軸の把持部付き力覚センサーを示してい
る。これは、基部71、後部高剛性領域72、センシング領
域73ａ〜73ｃ、前部高剛性領域74、把持部75からなる。
いずれもシリコンで構成されている。前記センシング領
域73はスリット76によって第１センシング領域73ａ、第
２センシング領域73ｂ、第３センシング領域73ｃの３つ
の部分に区分されている。また、第２センシング領域73
ｂは表面側から全体の約半分の厚さに相当する部分が除
去されている。このため、第２センシング領域73ｂは、
第１センシング領域73ａ及び第３センシング領域73ｃの
約半分の厚さとなっている。

【００４２】前記後部高剛性領域72の表面の中央部には
窪み77が設けられており、その表面からの深さは第２セ
ンシング領域73ｂに等しい。センシング領域73ａ、73
ｂ、73ｃの表面には歪みセンシング素子78ａ、78ｂ、78
ｃがそれぞれ形成されており、後部高剛性領域72の表面
には、窪み77の両側に温度補償素子79ａ、79ｃが、窪み
77には温度補償素子79ｂがそれぞれ形成されている。こ
れらの歪みセンシング素子78ａ〜78ｃと温度補償素子79
ａ〜79ｃは、いずれも同じ形態のＰＮＰ型バイポーラト
ランジスタで、構造は図３に示したものと同じである。
また、前記基部71には電子回路80が形成されている。表
面にはシリコン窒化膜81の上に配線82が形成され、シリ
コン窒化膜81に開口されたコンタクト孔（図示せず）を
介して各歪みセンシング素子78ａ〜78ｃと温度補償素子
79ａ〜79ｃと電子回路80を配線（図示せず）によって電
気的に接続している。更にその上部にはポリイミド膜83
が形成され、基部71において外部リードとの接続のため
のパッド開口部84が形成されている。なお、電子回路80
から外部リード線に接続するための配線82はパッド開口
部84まで延在している。

【００４３】この図においては、煩雑さを避けるために
配線82はパッド開口部84の部位以外での表記を省略して
いるが、各歪みセンシング素子78ａ〜78ｃと各温度補償
素子79ａ〜79ｃの各端子と電子回路80が接続され、さら
にこの電子回路80から必要な数の配線がパッド開口部84
の部位まで延在している。電子回路80には各歪みセンシ
ング素子78ａ〜78ｃ及び各温度補償素子79ａ〜79ｃが配
線82によって接続され、これらの素子（ＰＮＰ型バイポ
ーラトランジスタ）を時分割で駆動するためのフリップ
フロップ回路や出力信号検出のためのブリッジ回路及び
マイクロマニピュレータをフィードバック制御するため
の外部コントローラに対して、把持部の応力の状態を伝
達するためのＡ／Ｄコンバータと信号伝送回路が含まれ
る。この回路の機能によって、把持部付き力覚センサー
ーと外部コントローラの間のエネルギー供給や信号伝達
は比較的少ない配線によって実現できる。

【００４４】把持部75に対して、図６の平面図に示した
Ｘ軸の正方向に応力が加わった場合には歪みセンシング
素子78ａに対しては圧縮歪みが、歪みセンシング素子78
ｃに対しては引張り歪みが発生し、湾曲のほぼ中立面上
ある歪みセンシング素子78ｂに対しては歪みはほとんど
発生しない。Ｚ軸の正方向に応力が加わった場合には、
歪みセンシング素子78ａ〜78ｃには等しい圧縮歪みが生
じる。Ｙ軸の正方向（図示せず、紙面に鉛直下側の方
向）に応力が加えられた場合は、表面歪みによって歪み
センシング素子78ａ、78ｃには等しい引張り歪みが発生
し、ほぼ中立線上に存在する歪みセンシング素子78ｂに
対しては歪みはほとんど発生しない。即ち、歪みセンシ
ング素子78ｂの接合面は歪みセンシング素子78ａ、78ｃ
よりも深く、Ｙ軸方向に歪みが加わった場合の湾曲の中
立面近傍に配置されていることによって異なる電流変調
を得ることが可能になる。

【００４５】このように本実施形態４によれば、把持部
75に加わる応力の方向によって３つの歪みセンシング素
子78ａ〜78ｃの出力変調が異なるので、これらを比較す
ることによって各方向の応力を分離して計算することが
できる。また、センシング領域73ａ〜73ｃにスリット76
が設けられているため、Ｘ軸の方向に応力が加わった場
合の歪みセンシング素子78ａ、78ｃに発生する歪みを大
きくすることができるので、Ｘ軸の方向の応力に対する
感度を高めることができる。なお、表記されたＸ，Ｙ，
Ｚの各軸の方向は図６に対応していることに注意された
い。温度補償素子79ｂが窪み77の中に設けられているの
は、素子の不純物濃度分布を歪みセンシング素子78ｂと
完全に同じにするためである。温度補償素子79ａ、79ｃ
は同一の素子であるので一方を省略することもできる。

【００４６】このように、本実施形態４によれば、微小
部品や細胞のハンドリングするための、マイクロアーム
（把持部）を一体化した高感度の３軸力覚センサーーを
得ることができる。また、本実施形態４では機械的構造
によって、同一形態の３つのセンシング素子が方向によ
って異なる出力変調が得られる構成となっているので、
センサーー素子の構造の自由度が大きく、計測範囲や計
測感度を用途に応じて最適化することができる。また、
本実施形態４においては把持部75を一体形成した力覚セ
ンサーを示したが、把持部を省略して形成して、別体の
把持部を接着等の方法で取り付けても良い。この方法は
微小化には限界があるが、比較的把持部の形状を自由に
設定することが可能で、しかも単純な把持操作だけでな
くなんらかの作業を行うエンドエフェクタも取り付けら
れるので、把持対象が比較的大きな場合には好ましい。

【００４７】次に、実施形態４の把持部付き力覚センサ
ーの製造方法について図１８〜図２８を用いて説明す
る。

【００４８】(1) ．まず、図１８に示すように、面方位
が＜１００＞で基板濃度が２×１０¹⁴／ｃｍ³ 、厚さ３
００μｍのＰ型のシリコン基板91の裏面にシリコン窒化
膜をＣＶＤによって形成し、これを通常の半導体製造で
用いるフォトリソグラフィー技術によってパターニング
して、シリコン窒化膜パターン92ａ、92ｂを形成する。
ここで、シリコン窒化膜パターン92ａは図６，７の把持
部付き力覚センサーの基部71に対応し、シリコン窒化膜
パターン92ｂは後で述べる電気化学エッチング時の枠部
分に相当する。なお、ここでは１つの把持部付き力覚セ
ンサーについてのみ図示するが、力覚センサーは小さい
ので、1 枚のシリコン基板上に多数の力覚センサーを形
成できることは言うまでもない。

【００４９】(2) ．次に、図１９に示すように、シリコ
ン基板91の表面に、深いＮ型拡散層93ａ、93ｂと、深い
Ｐ型拡散層94を形成する。ここで、拡散層93ａ、94、93
ｂはそれぞれ図６，７における後部高剛性領域72、セン
シング領域73、前部高剛性領域74にそれぞれ対応する部
位に形成される。但し、深いＰ型拡散層94は最終的にセ
ンシング領域73として形成される領域よりも幅広く形成
される。これらの拡散層の不純物濃度はいずれも表面で
１〜２×１０¹⁶／ｃｍ³ 程度である。Ｎ型拡散層93ａ、
93ｂの接合深さは２５μｍ程度で、Ｐ型拡散層の不純物
も同程度の深さまで拡散される。これらの拡散層の形成
工程には、通常の半導体製造で用いるフォトリソグラフ
ィー、イオン注入及び熱拡散が適用される。

【００５０】(3) ．次に、図２０に示すように、図６，
７における歪みセンシング素子78ｂが形成されるセンシ
ング領域73ｂ及び温度補償素子79ｂが形成される窪み77
に対応する領域をシリコン酸化膜をマスクとしてＴＭＡ
Ｈ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の
水溶液で１５μｍの深さまでエッチングすることで窪み
95ａ、95ｂを形成する。エッチングの後でマスクのシリ
コン酸化膜はフッ化水素酸の水溶液で除去する。

【００５１】(4) ．次に、図２１、図２２（Ａ），
（Ｂ）に示すように、接合深さ６μｍ、表面濃度３〜６
×１０¹⁴／ｃｍ³ 程度のＮ型拡散層96を形成する。な
お、図22(A) は図21のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図22(B)
は図21のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。これは図６，７
の後部高剛性領域72の一部、センシング領域73、前部高
剛性領域74の一部、把持部75に相当する領域に形成され
る。但し、この拡散層96は図６，７のスリット76に対応
する部位（矩形97で囲まれた領域）には形成されない。

【００５２】(5) ．次に、図２３、図２４（Ａ），
（Ｂ）に示すように、センシング素子78ａ〜78ｃ及び温
度補償素子79ａ〜79ｃを実施形態１と同様に形成する。
なお、図24(A) は図23のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図24
(B) は図23のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。ここで、電
子回路80も併せて形成される。これらの形成には通常の
半導体製造技術が適用される。また、図６，７の把持部
付き力覚センサーの外周に合わせたＰ型高濃度拡散層よ
りなるガードリング98ａと図６，７のスリット76に該当
する領域にＰ型高濃度拡散層98ｂも併せて形成される。

【００５３】(6) ．次に、図２５、図２６（Ａ），
（Ｂ）に示すように、シリコン窒化膜より成る絶縁膜8
1、コンタクト孔（図示せず）、配線パターン84、ポリ
イミド膜83、パッド開口部84が順次形成される。なお、
図26(A) は図25のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図26(B) は図
25のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。但し、図６、図７と
同様にパッド開口部84以外の部位の配線82の表記は省略
されている。

【００５４】(7) ．次に、図２７，図２８（Ａ），
（Ｂ）に示すように、表面側を機械的に封止することに
よって保護した状態で強アルカリのエッチャントに浸す
ことで、裏面側のシリコン窒化膜92a 及び92b のない領
域のシリコン基板を裏面からエッチングする。なお、図
28(A) は図27のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図28(B) は図27
のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。この際、Ｎ型拡散層9
3、96をアノードとして、強アルカリのエッチャントを
カソードとしてバイアスを印加する。これは特定の配線
の電極パッドがＮ型拡散層96に接続されるように配置し
て、これに正バイアスを与えることでなされる。

【００５５】(8) ．このエッチングはＮ型拡散層93又は
96がない領域ではシリコン窒化膜81が裏面側で露出する
まで進行するが、Ｎ型拡散層93又は96が存在する領域で
は電気化学エッチングによって、Ｎ型拡散層93又は96と
Ｐ型基板91もしくはＰ型拡散層94のＰＮ接合のＰ型側の
空乏層端部近傍で停止する。このエッチングではＰ型拡
散層が存在する領域（図６，図７のセンシング領域73に
該当する）では接合部のＰ型領域の不純物濃度が高いの
で同じバイアスを印加した場合でもＰ型側への空乏層の
拡がりが抑制され、残存するＰ型領域の73´の厚さは小
さくなる。

【００５６】(9) ．一方、Ｐ型拡散層が存在しない領域
（図６，図７の後部高剛性領域72、前部高剛性領域74及
び把持部75に該当する）では接合部のＰ型領域の不純物
濃度が低いので同じバイアスを印加した場合でもＰ型側
への空乏層の拡がりが大きく、残存するＰ型領域72´、
74´、75´の厚さがＰ型領域73´と比較して大きくな
る。ここで、図６，図７の把持部75の厚さはセンシング
領域73よりも厚くなるので、実施形態１のように把持部
とセンシング領域の厚さを等しくした場合と比較してセ
ンシング領域の歪みを大きくできるので、高感度化の点
で好ましい。

【００５７】(10)．また、図６、図７において説明した
ように、エッチングによる窪みの形性によって薄膜化さ
れたセンシング領域73ｂでは、その厚さがセンシング領
域73ａ、73ｂと比較してほぼ半分になるように拡散層の
不純物濃度分布と電気化学エッチングのバイアス条件が
設定される。更に、電気化学エッチング時の空乏層の横
方向への拡がりは高濃度のＰ型領域であるガードリング
98ａで抑制される為、横方向については、残存する部位
の形状はほぼＮ型拡散層の接合部に対応する。更には、
スリット76に該当する部位に形成された高濃度のＰ型領
域98ｂにより、空乏層の横方向拡がりが抑制されるの
で、この領域のシリコンは完全に除去される。

【００５８】(11)．次に、図２９，図３０（Ａ），
（Ｂ）に示すように、裏面側からのＣＦ₄ とＯ₂ の混合
ガス雰囲気中でのＲＩＥ（Ｒeactive Ｉon Ｅtching）
によってシリコンが除去された領域でのシリコン窒化膜
81を除去し、更に残存したシリコンに沿ってポリイミド
膜をレーザーアブレーションで切り出すことで図６，図
７に示したような把持部付き３軸力覚センサを製造す
る。なお、図30(A) は図29のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図
30(B) は図29のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。

【００５９】（実施形態５）本発明の実施形態５の力覚
センサーについて図８（Ａ）〜（Ｃ）、図９を参照して
説明する。なお、図8(A)は実施形態５の力覚センサーの
平面図、図8(B)は図8(A)のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図8
(C)は図8(A)の正面図である。図８、図９は一体形成さ
れた把持部を備えた３軸の力覚センサーを示している。
把持部101 が延在する第１の前側基部102 及び第２の前
側基部105 よりなる前側基部112 と、根元側の第１の後
側基部103 及び第２の後側基部106 よりなる後側基部11
3 は、４本のシリコンの支柱104a，104b，104c，104dで
支持されている。ここで、第１の前側基部102 及び第１
の後側基部103 の底面同士をそれぞれ接着することによ
って形成される。４本のシリコン支柱104a〜104dには歪
みセンシング素子107a〜107dがそれぞれ設けられ、第１
の後側基部103 には電子回路108 が形成されている。こ
こで、歪みセンシング素子は、図３で示したＰＮＰ型バ
イポーラトランジスタと同種のものである。

【００６０】第１の後側基部103 及びシリコンの支柱10
4a、104bにはポリイミド膜より成る可撓性薄膜で覆われ
た配線層109aが、第２の後側基部106 及シリコンの支柱
104c、104dにはポリイミド膜より成る可撓性薄膜で覆わ
れた配線層109bが形成されている。シリコンの支柱104
a、104bに形成されたセンシング素子107a、107bの各端
子は、配線層109aに接続されて第１の後側基部103 に形
成された電子回路108 に接続される。一方、シリコンの
支柱104c、104dに形成されたセンシング素子107c、107d
の各端子は、配線層109bに接続されて第２の後側基部10
6 まで延在し、ここから配線層109cを介して配線層109b
に接続され、ここから電子回路108 に接続される。ここ
で、配線層109cは湾曲させて配線層109a、109bを接続さ
せるためのもので、配線層109a、109b、109cは一体に形
成されている。

【００６１】電子回路108 には、歪みセンシング素子10
7a〜107d（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）を時分割
で駆動するためのフリップフロップ回路、温度補償回
路、出力信号検出のためのブリッジ回路及びマイクロマ
ニピュレータをフィードバックするための外部コントロ
ーラに対して、把持部の応力の状態を伝達するためのＡ
／Ｄコンバータと信号伝送回路が含まれる。この回路の
機能によって、把持部付き力覚センサーと外部コントロ
ーラの間のエネルギー供給や信号伝達は比較的少ない配
線によって実現できる。また、外部接続のための電子回
路108 の各端子は電極パッド110 に、配線層109a内の配
線によって接続されている。

【００６２】このように本実施形態５においては、基部
が４本の細い支柱によって支持され、この支柱に一体に
形成された歪みセンシング素子によって、把持部に加わ
る応力を方向別に分離して計測することができる。この
ように計測された応力をマスターマニピュレータにフィ
ードバックすることで微小部品や細胞を操作する良好な
マイクロマニピュレーションの環境を構築できる。ま
た、実施形態４においては構造上の問題から、図６，図
７のＸ方向とＹ方向での感度差が大きくなるが、本実施
形態５では計測感度の方向依存性が比較的小さいので、
微妙な作業により適している。なお、本実施形態５の力
覚センサーは把持部を一体形成しているが、把持部101
を形成せずに細いガラス針などを先端に接着等の方法で
固定して図38のようなマイクロマニピュレータに適用す
ることもできる。

【００６３】次に、本実施形態５の把持部付き力覚セン
サーの製造方法を図３１〜図３７を用いて説明する。

【００６４】(1) ．まず、図３１（Ａ），（Ｂ）に示す
ように、面方位が＜１００＞で基板濃度が４×１０¹⁵／
ｃｍ³ 、厚さ３００μｍのＰ型シリコン基板121 の裏面
にシリコン窒化膜をＣＶＤによって形成し、これを通常
の半導体製造で用いるフォトリソグラフィー技術によっ
てパターニングして、シリコン窒化膜パターン122a、12
2b、122c、122dを形成する。なお、図31(A) は平面図、
図31(B) は図31(A) のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【００６５】(2) ．次に、図３２（Ａ），（Ｂ）に示す
ように、接合深さ６μｍ、表面濃度３〜６×１０¹⁶／ｃ
ｍ³ 程度のＮ型拡散層123a、123b、123c、123d、123e、
123fを形成する。なお、図32(A) は平面図、図32(B) は
図32(A) のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。ここで、各拡
散層123a〜123fは、図８のシリコンの支柱104b、104a、
104c、104d、105 、106 にそれぞれ対応する。つづい
て、歪みセンシング素子107a、107b、107c、107d及び電
子回路108 を形成する。この際に、高濃度Ｐ型拡散層よ
りなるガードリング領域124 も併せて形成される。

【００６６】(3) ．次に、図３３、図３４（Ａ），
（Ｂ）に示すように、シリコン基板121の表面にシリコ
ン窒化膜よりなる絶縁膜（図示せず）、下層ポリイミド
膜125 を順次形成した後、配線126a、126b、126cを形成
する。なお、図34(A) は図33のＸ−Ｘ線に沿う断面図、
図34(B) は図33のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。前記配
線126a〜126cは歪みセンシング素子107a〜107dと電子回
路108 をシリコン窒化膜よりなる絶縁膜及び下層ポリイ
ミド膜125 に開口されたコンタクト孔（図示せず）を介
して接続するとともに、電子回路108 と電極パッド110
に接続される。ここで、シリコン窒化膜よりなる絶縁膜
（図示せず）、下層ポリイミド膜125 、配線126 、上層
ポリイミド膜127 、パッド開口部128 は、図８における
配線層109a〜109cに該当する。

【００６７】図33、図34においては図が煩雑になるのを
防ぐために、ガードリング124 は記載を省略し、配線12
6 について、歪みセンシング素子107bと電子回路108 を
接続する配線の内の１本の配線126a、歪みセンシング素
子107cと電子回路108 を接続する配線の内の１本の配線
126b、電子回路108 と電極パッド110 の内の１つを接続
する配線126cのみを図示したが、実際には半導体のフォ
トリソグラフィー技術によって必要な数の微細配線パタ
ーンが形成されている。

【００６８】(4) ．次に、図３５、図３６（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）に示すように、表面側を機械的に封止す
ることによって保護した状態で強アルカリのエッチャン
トに浸すことで、裏面側のシリコン窒化膜パターン122a
〜122dのない領域のシリコン基板を裏面からエッチング
する。なお、図36(A) は図35のＸ−Ｘ線に沿う断面図、
図36(B) は図35のＹ−Ｙ線に沿う断面図、図36(C) は図
35のＺ−Ｚ線に沿う断面図である。この際、Ｎ型拡散層
123 をアノードとして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイド）のエッチャントをカソード
としてバイアスを印加する。これは特定の電極パッドが
Ｎ型拡散層123 に接続されるように配置して、これに正
バイアスを与えることでなされる。このエッチングはＮ
型拡散層123がない領域では表面側のシリコン窒化膜よ
りなる絶縁膜（図示せず）が裏面側で露出するまで進行
するが、Ｎ型拡散層123 が存在する領域では電気化学エ
ッチングによって、Ｎ型拡散層123 とＰ型基板121 のＰ
Ｎ接合のＰ型側の空乏層端部近傍で停止する。また、電
気化学エッチング時の空乏層の横方向への拡がりは高濃
度のＰ型領域であるガードリング124 （図32参照）で抑
制されるので、横方向については、残存する部位の形状
はほぼＮ型拡散層の接合部に対応する。

【００６９】このエッチングの際の把持部101 の形状に
ついて図３６（Ｃ）を用いて説明する。ここで、裏面側
からのエッチングでは裏面のシリコン窒化膜122aがマス
クとなる。エッチングの進行に伴い、エッチング面は
(a) から(b) 、(c) を経て、表面側のシリコン窒化膜
（図示せず）が露出するまで進行する。ここでＴＭＡＨ
のエッチングレートの面方位依存性によって、最終的に
は断面が三角形の把持部101 が得られる。

【００７０】次に、図３７に示すように、裏面からのＣ
Ｆ₄ とＯ₂ の混合ガス雰囲気中でのＲＩＥ（Ｒeactive
Ｉon Ｅtching）によってシリコンが除去された領域で
露出したシリコン窒化膜を除去してから、太い破線で示
した形状にポリイミド膜125、127 をレーザーアブレー
ションで切断する。ここで、図９の配線層109cに該当す
る領域は内部に配線層を有する可撓性のポリイミド膜で
ある。この後で、シリコン窒化膜122bが形成されていた
領域のシリコン基板121 の裏面と電気化学エッチングで
残存したＮ型拡散層123eに該当する領域及び、シリコン
窒化膜122cが形成されていた領域のシリコン基板121 の
裏面と電気化学エッチングで残存したＮ型拡散層123fに
該当する領域をそれぞれ接着等の方法で接合することに
よって図８及び図９に示した把持部付き力覚センサーを
得る。

【００７１】このように、本実施形態５の製造方法にあ
っては、３軸把持部付き力覚センサーはモノリシックで
形成され、簡単な組立で得ることができる。加えて３次
元の構造を有するにも関わらず、全ての電極パッドが１
つの面に形成されているので、外部装置へのリード線接
続が容易である。また、素子形成や電子回路はもちろ
ん、構造体形成にも半導体製造技術が適用されるので、
微小で加工性の高い力覚センサーがバッチ処理により低
コストで生産することができる。

【００７２】以上、実施形態に基づいて説明してきた
が、本明細書は以下の発明を含む。

【００７３】１．把持部と、該把持部に加えられる応力
を検出する検出部と、前記把持部及び検出部を支持する
基部と、前記検出部に接続され、前記基部まで延在して
設けられた配線部とを具備した力覚センサーにおいて、
前記把持部、検出部、基部及び配線部を薄板状の半導体
基板に一体的に形成したことを特徴とする力覚センサ
ー。

【００７４】（構成）全ての実施形態が該当する。例え
ば、実施形態１では、図１，２における把持部５とこれ
に加えられる応力を検出する検出部となるセンシング領
域３と、把持部及び検出部を支持する基部１と、検出部
に接続されて基部まで延在して設けられた配線９〜11よ
りなる配線部とからなり、把持部、検出部、配線部が一
体的に形成されている。

【００７５】（作用・効果）把持部、検出部、基部が一
体に形成され、さらに検出部のセンシング信号を基部ま
で伝達する配線部が一体に形成されていることによっ
て、組立工程が不要となり、微小物体のハンドリング等
に利用するマイクロマニピュレータに好適な微小な力覚
センサーが得られる。

【００７６】２．前記検出部は、前記半導体基板に形成
された一導電型の第１の領域（Ｐ型拡散層18）と、この
第１領域内に形成され、第１の領域と異なる他の導電型
からなる第２の領域（Ｎ型拡散層19）と、この第２領域
内に形成され、第１の領域と同じ一導電型からなる第３
の領域（Ｐ型拡散層20）とを備え、前記配線部は、前記
第１から第３の領域のそれぞれの領域に独立して接続さ
れる複数の配線からなることを特徴とする前記１．記載
の力覚センサー。

【００７７】（構成）実施形態１が該当する。

【００７８】（作用・効果）センシング領域の歪みを、
センサー第１〜第３の領域のＰＮ接合間の電流変調とし
て計測することで、高精度の応力検出が可能となる。

【００７９】３．前記検出部は、前記把持部に加えられ
る応力を歪みに変換する応力歪み変換（センシング）領
域と、この応力歪み変換（センシング）領域内に設けら
れ、前記歪みを電気信号に変換して出力する歪み検出部
とからなることを特徴とする前記１．記載の力覚センサ
ー。

【００８０】（構成）実施形態１が該当する。

【００８１】（作用・効果）薄板化された応力歪み変換
（センシング）領域に歪みセンシング素子（歪み検出
部）が一体に形成されているので、応力歪み変換（セン
シング）領域を微小化できるため高い計測感度が得られ
る。

【００８２】４．前記半導体基板は、前記検出部の両端
に、検出部よりも高い剛性を有する高剛性領域を備えた
ことを特徴とする前記１．記載の力覚センサー。

【００８３】（構成）実施形態１が該当する。歪みセン
シング素子６が形成されたセンシング領域（検出部）の
前後には前部高剛性領域と後部高剛性領域が一体に連結
されている。

【００８４】（作用・効果）センシング素子６が形成さ
れている領域の剛性が隣接する両端部の剛性よりも小さ
いので、把持部に応力が加わったときの検出部の歪みが
大きくなるため計測精度が向上する。また、センシング
素子と把持部の距離が大きくなるので、把持操作に伴う
温度変化の影響が小さくなりセンシング素子の温度ドリ
フトが減少する。

【００８５】５．表面が一導電型の薄板状の半導体基板
と、この半導体基板上に形成され、半導体基板に加えら
れる応力を検出する検出部と、前記半導体基板上に形成
され、前記検出部を支持する基部と、前記検出部に接続
され、前記基部まで延在するように前記半導体基板上に
形成された配線部とを具備した力覚センサーにおいて、
前記検出部は、互いに直交する３方向の応力を検出する
ように、前記半導体基板上の異なる部位に設けられた少
なくとも３つの検出手段を備えたことを特徴する力覚セ
ンサー。

【００８６】（構成）実施形態３〜５が該当する。

【００８７】（作用・効果）加えられた応力の方向によ
って異なる出力信号を発生する3 つの検出手段を有する
ことによって、応力の方向成分を分離して計測すること
ができる微小な力覚センサーが得られる。

【００８８】６．前記３つの検出手段は、いずれも、前
記半導体基板に形成された３つのＰＮ接合の接合面から
なることを特徴する前記５．記載の力覚センサー。

【００８９】（構成）実施形態３〜５が該当する。

【００９０】（作用・効果）センシング領域に曲げ応力
や圧縮応力が加えられたときに、ＰＮ接合を流れる電流
の歪みによる変化は接合面によって異なるので、これら
の電流変調を比較することで応力の方向性を計測するこ
とができる。

【００９１】７．前記３つの検出手段のうち、少なくと
も１つの検出手段のＰＮ接合の接合面を、他の検出手段
におけるＰＮ接合の接合面とは異なる部位に設けたこと
を特徴する前記６．記載の力覚センサー。

【００９２】（構成）実施形態３、４が該当する。

【００９３】（作用・効果）センシング領域に曲げ応力
や圧縮応力が加えられたときに、接合面の深さによって
異なる電流変調が得られるので、応力の方向性を検出で
きる。

【００９４】８．前記半導体基板に、窪み領域を設け、
この窪み領域に、前記３つの検出手段のうち、少なくと
も１つの検出手段を設けたことを特徴する前記７．記載
の力覚センサー。

【００９５】（構成）実施形態４が該当する。

【００９６】（作用・効果）センシング領域の一部に窪
みが設けられているので、同じ接合深さの拡散層で接合
面の異なるＰＮ接合を得ることができる。

【００９７】９．前記３つのＰＮ接合の接合面が、前記
半導体基板の主面に平行な方向を有する第１の接合面
と、この第１の接合面に直交する第２の方向を有する第
２の接合面と、前記第１及び第２の接合面に互いに直交
する第３の方向を有する第３の接合面とからなることを
特徴する前記６．記載の力覚センサー。

【００９８】（構成）実施形態３が該当する。

【００９９】（作用・効果）センシング領域に曲げ応力
や圧縮応力が加えられたときに、接合面によってＰＮ接
合を流れる電流の歪みによる変化は接合面によって異な
るので、互いに直交する３つの接合面の電流変調を比較
することで応力の方向性を計測することができる。

【０１００】10．前記検出部が、物体を把持したときの
応力を検出するように、前記基部から前記検出部方向に
延在する方向に沿って設けられた把持部を備えたことを
特徴する前記５．記載の力覚センサー。

【０１０１】（構成）実施形態３、４が該当する。

【０１０２】（作用・効果）応力の方向を分離して計測
することができる力覚センサーに把持部が一体に設けら
れているので、小型で高精度の多軸応力センサーを備え
た把持部付きの力覚センサーが得られる。

【０１０３】11．前記半導体基板に、前記基部から前記
検出部方向に延在する方向にスリットを設け、前記３つ
の検出手段を、前記スリットにより互いに空間的に分離
するように設けたことを特徴する前記５．記載の力覚セ
ンサー。

【０１０４】（構成）実施形態４が該当する。

【０１０５】（作用・効果）スリットが設けられている
ことによって、把持部に応力が加えられた場合の歪みを
大きくすることができるので応力の計測感度が向上す
る。

【０１０６】12．前記検出部は、前記把持部に加えられ
る応力を歪みに変換する応力歪み変換（センシング）領
域と、この応力歪み変換（センシング）領域内に設けら
れ、前記歪みを電気信号に変換して出力する歪み検出部
とからなることを特徴とする前記５．記載の力覚センサ
ー。

【０１０７】（構成）実施形態３、４が該当する。実施
形態４を例に取れば、応力歪み変換（センシング）領域
73ａ、73ｂ、73ｃに歪み検出部（センシング素子）78
ａ、78ｂ、78ｃがそれぞれ形成されている。

【０１０８】（作用・効果）応力を歪みに変換する応力
歪み変換領域にセンシングのための検出部を一体に形成
することによって変換領域を微小化することが可能にな
り、結果として低剛性の変換領域が得られるため微小な
応力の計測が可能になる。

【０１０９】13．前記半導体基板は、前記検出部の両端
に、検出部よりも高い剛性を有する高剛性領域を備えた
ことを特徴とする前記５．記載の力覚センサー。

【０１１０】（構成）実施形態４が該当する。

【０１１１】（作用・効果）検出部（センシング素子）
が形成されている領域の剛性が隣接する両端部の剛性よ
りも小さいので、把持部に応力が加わったときの検出部
の歪みが大きくなるため計測精度が向上する。また、検
出部と把持部の距離が大きくなるので、把持操作に伴う
温度変化の影響が小さくなり検出部の温度ドリフトが減
少する。

【０１１２】14．（構成）表面が一導電型の薄板状の半
導体基板と、この半導体基板上に形成された可撓性部
と、この可撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成さ
れ、半導体基板上に加えられる応力を検出する２つの検
出部と、前記可撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成
され、前記検出部を支持する２つの基部と、前記半導体
基板及び前記可撓性部に形成され、前記２つの検出部を
電気的に接続する配線部とからなる力覚センサーにおい
て、前記可撓性部を湾曲させることにより、前記２つの
検出部を対向配置させたことを特徴する力覚センサー。

【０１１３】（構成）実施形態５が対応する。

【０１１４】（作用・効果）対向して配置された検出部
となる薄板状の半導体領域に形成された歪みセンシング
素子によって、多軸の応力センシングを可能にし、これ
らのセンシング素子の配線が可撓性である可撓性薄膜配
線層によって接続されているために、一つの面に電極を
配置できる。

【０１１５】15．前記２つの検出部の内の少なくとも一
方の検出部に、物体を把持したときの応力を検出するよ
うに、前記基部から前記検出部方向に延在する方向に沿
って設けられた把持部を備えたことを特徴する前記14．
記載の力覚センサー。

【０１１６】（構成）実施形態５が該当する。

【０１１７】（作用・効果）応力の方向を分離して計測
することができる力覚センサーに把持部が一体に設けら
れているので、小型で高精度の多軸応力センサーを備え
た把持部付きの力覚センサーが得られる。

【０１１８】16．前記半導体基板に、前記基部から前記
検出部方向に延在する方向にスリットを設け、前記２つ
の検出部は、前記スリットにより互いに空間的に分離さ
れた少なくとも２つの検出手段を備えたことを特徴する
前記14．記載の力覚センサー。

【０１１９】（構成）実施形態５が対応する。

【０１２０】（作用・効果）スリットが設けられている
ことによって、感圧部に応力が加えられた場合の歪みを
大きくすることができるので応力の計測感度が向上す
る。

【０１２１】17．前記検出部は、前記把持部に加えられ
る応力を歪みに変換する応力歪み変換（センシング）領
域と、この応力歪み変換（センシング）領域内に設けら
れ、前記歪みを電気信号に変換して出力する歪み検出部
とからなることを特徴とする前記14．記載の力覚センサ
ー。

【０１２２】（構成）実施形態５が該当する。応力歪み
変換（センシング）領域（シリコンの支柱）104a、104
b、104c、104dに歪み検出部（センシング素子）107a、1
07b、107c、107dがそれぞれ形成されている。

【０１２３】（作用・効果）応力を歪みに変換する応力
歪み変換領域にセンシングのための検出部を一体に形成
することによって変換領域を微小化することが可能にな
り、結果として低剛性の変換領域が得られるため微小な
応力の計測が可能になる。

【０１２４】18．前記半導体基板は、前記検出部の両端
に、検出部よりも高い剛性を有する高剛性領域を備えた
ことを特徴とする前記14．記載の力覚センサー。

【０１２５】（作用・効果）検出部（センシング素子）
が形成されている領域の剛性が隣接する両端部の剛性よ
りも小さいので、把持部に応力が加わったときの検出部
の歪みが大きくなるため計測精度が向上する。また、検
出部と把持部の距離が大きくなるので、把持操作に伴う
温度変化の影響が小さくなり検出部の温度ドリフトが減
少する。

【０１２６】19．前記基部または前記高剛性領域に、前
記配線部を介して前記検出部に接続され、信号増幅回路
或いはスイッチング回路などの電子回路或いは温度補償
素子を含む制御部を設けたことを特徴する前記１．〜1
8．記載の力覚センサー。

【０１２７】（構成）実施形態４、５の形態が該当す
る。実施形態４を例に取れば、基部71に電子回路80が形
成されている。

【０１２８】（作用・効果）この回路の機能によって、
把持部付きの力覚センサーと外部コントローラの間のエ
ネルギー供給や信号伝達は比較的少ない配線によって実
現できる。加えて、センサーに近接してブリッジ回路や
アンプを配置できるので耐ノイズ性の高い応力計測が可
能になる。

【０１２９】20．他の導電型の半導体基板の表面に一導
電型の拡散層を形成する工程と、該半導体基板の表面を
保護した状態で裏面側からアルカリ性溶液でエッチング
し、この際に該一導電型の拡散層をアノードとして、該
アルカリ性溶液をカソードとする電気化学エッチングに
よって該拡散層を前記表面が一導電型の薄板状の半導体
領域または把持部として残存させることを特徴とする前
記１．〜19．記載の力覚センサー。

【０１３０】（構成）実施形態１、４、５の製造方法が
該当する。

【０１３１】（作用・効果）電気化学エッチングによっ
て残存させる領域の厚さを、Ｎ型拡散層の接合深さとＰ
Ｎ接合のバイアス印加時のＰ型領域側での空乏層の拡が
りを制御することによって残存させるシリコンの厚さを
広い範囲で制御することができる。この電気化学エッチ
ングで薄いシリコンを残存させる手法の形状制御性は不
純物濃度分布及びバイアス印加時の電位分布の制御性で
規定されるが、イオン注入とフォトリソグラフィー及び
熱拡散の制御性は半導体製造技術で用いられるもので制
御性は極めて高い。従って、従来の機械加工と比較する
と極めて再現性良く微小構造体を製作することができ
る。しかも把持部付きの力覚センサー自体が小さいの
で、バッチ処理によって量産が可能で、製造コストを低
減することができる。

【０１３２】21．他の導電型の半導体基板の表面に、一
導電型の接合深さの深い拡散層と一導電型の接合深さの
浅い拡散層を形成する工程と、該半導体基板の表面を保
護した状態で裏面側からアルカリ性溶液でエッチング
し、この際に該一導電型の拡散層をアノードとして、該
アルカリ性溶液をカソードとする電気化学エッチングに
よって、該接合深さの浅い拡散層の領域を残存させてこ
れを前記表面が一導電型の薄板状の半導体とし、該接合
深さの深い拡散層を残存させてこれを前記基部または高
剛性の領域または把持部とすることを特徴とする前記
１．〜19．記載の力覚センサーの製造方法。

【０１３３】（構成）実施形態１、４、５の製造方法が
該当する。

【０１３４】（作用・効果）応力によって大きな歪みを
得ることが望ましいセンシング領域の拡散層の接合深さ
を浅くして、歪みを大きく受けないことが望ましい高剛
性領域若しくは基部に該当する領域の拡散層の接合深さ
を大きくすることによって、電気化学エッチングで残存
させる厚さを制御する。この方法では厚さ及び平面形状
の制御性は不純物濃度分布及びバイアス印加時の電位分
布の制御性で規定されるが、イオン注入とフォトリソグ
ラフィー及び熱拡散の制御性は半導体製造技術で用いら
れるもので制御性は極めて高い。従って、従来の機械加
工と比較すると極めて再現性良く微小構造体を製作する
ことができる。

【０１３５】22．他の導電型の半導体基板の表面の所定
領域に他の導電型の基板よりも高濃度の拡散層を設ける
工程と、該半導体基板の表面の所定領域に該他の導電型
の基板よりも高濃度の拡散層よりも高濃度の一導電型の
拡散層を形成する工程と、該半導体基板の表面を保護し
た状態で裏面側からアルカリ性溶液でエッチングし、こ
の際に該一導電型の拡散層をアノードとして、該アルカ
リ性溶液をカソードとする電気化学エッチングによって
第一導電型の拡散層の領域を残存させ、該他の導電型の
基板よりも高濃度の拡散層が形成された領域とされてい
ない領域で異なる厚さの半導体を残存させることを特徴
とする前記１．〜19．記載の力覚センサの製造方法。

【０１３６】（構成）実施例１、４、５が該当する。実
施形態４においては、センシング領域に該当するＮ型拡
散層96の接合部近傍のＰ型側の濃度は、Ｐ型拡散層94の
ために、把持部に該当する領域のＮ型拡散層96の接合部
近傍のＰ型側の濃度よりも高い。このため、電気化学エ
ッチング時の空乏層の幅が異なり、結果として厚さの異
なる残存領域が得られる。

【０１３７】（作用・効果）電気化学エッチングの際に
Ｐ型側のＰＮ接合近傍の不純物濃度を変えることで、残
存する膜厚を制御する。この方法でセンシング領域と基
部や高剛性とすべき領域の厚さの差を得ることができ
る。

【０１３８】23．前記20．〜22．の力覚センサまたは把
持装置の製造方法において、残存させるべき一導電型の
拡散層の外周部に高濃度の他の導電型の拡散層を形成す
ることを特徴とする前記１．〜19．記載の力覚センサの
製造方法。

【０１３９】（構成）実施形態１、４、５の製造方法が
該当する。実施形態１においては、Ｎ型拡散層105 及び
104 の外周部に高濃度のＰ型ガードリング領域106 が形
成されている。

【０１４０】（作用・効果）電気化学エッチングによっ
てＮ型拡散層の領域を残存させる際に、外周部に高濃度
のＰ型拡散層を配置することによってＰＮ接合の空乏層
の拡がりを抑制することによって、残存する領域の形状
精度を向上させる。

【０１４１】24．他の導電型の半導体基板上に、第１の
センシング領域に接続された配線が延在する基部となる
領域と、第２のセンシング領域に接続された配線が延在
する基部となる領域の間に各々の領域の配線に接続する
ための開口部を設けた可撓性薄膜を形成する工程と、該
可撓性薄膜上の各々の領域を電気的に接続するための配
線を形成する工程と、該第１のセンシング領域に接続さ
れた配線が延在する基部となる領域と、該第２のセンシ
ング領域に接続された配線が延在する基部となる領域の
間の該半導体基板を除去する工程と、該第１のセンシン
グ領域に接続された配線が延在する基部となる領域と、
該第２のセンシング領域に接続された配線が延在する基
部となる領域を裏面同士で接合する工程を有することを
特徴とする前記14．〜18．記載の力覚センサーの製造方
法。

【０１４２】（構成）実施態様５の製造方法が該当す
る。Ｐ型の半導体基板上に、Ｎ型拡散層123a及び123b上
を第１の後側基部103 に該当する領域まで延在する配線
とＮ型拡散層123c及び123d上を領域123eまで延在する配
線を相互接続するために、ポリイミド膜125 及び127 と
配線126a、126bより成る可撓性配線薄膜を形成する工程
と、Ｎ型拡散層123a〜123fが形成された領域と基部とな
る領域以外の領域の基板を電気化学エッチングによって
除去する工程と、基部103 に該当する領域とＮ型拡散層
123eに該当する領域の裏面同士を接合する工程を有す
る。

【０１４３】（作用・効果）把持部付き３軸力覚センサ
ーをモノリシックで形成し、簡単な組立で得ることがで
きる。加えて３次元の構造を有するにも関わらず、全て
の電極パッドが１つの面に形成されているので、外部装
置へのリード線接続が容易である。また、素子形成や電
子回路はもちろん、構造体形成にも半導体製造技術が適
用されるので、微小で加工性との高い把持部付き力覚セ
ンサーがバッチ処理により低コストで生産することがで
きる。

【０１４４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、従
来のように剛性の小さい微小構造体に高感度の歪みセン
サーを固定することなく、マイクロマニピュレータに適
用可能な高感度で微小な力覚センサーを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る力覚センサーの平面
図。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３】図１の力覚センサーの一構成であるセンシング
素子の説明図で、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は図
３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図４】本発明の実施例２に係る力覚センサーの説明図
で、図４（Ａ）は同力覚センサーの特に配線領域の平面
図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図５】本発明の実施例３に係る力覚センサーの説明図
で、図５（Ａ）は同力覚センサーの特に配線領域の平面
図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図６】本発明の実施例４に係る力覚センサーの平面
図。

【図７】図７（Ａ）は図６のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図
７（Ｂ）は図６のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図８】本発明の実施例５に係る力覚センサーの説明図
で、図８（Ａ）は同力覚センサーの平面図、図８（Ｂ）
は図８（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図８（Ｃ）は同
力覚センサーの正面図。

【図９】図８の力覚センサーの斜視図。

【図１０】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面にシリコン窒化膜パター
ンを形成するまでの説明図で、図１０（Ａ）は平面図、
図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１１】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に深い拡散層を形成する
までの説明図で、図１１（Ａ）は平面図、図１１（Ｂ）
は図１１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１２】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に図１１の拡散層よりも
浅い拡散層を形成するまでの説明図で、図１２（Ａ）は
平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う
断面図。

【図１３】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面にセンシング素子，温度
補償素子及び高濃度の拡散層を形成するまでの説明図
で、図１３（Ａ）は平面図、図１３（Ｂ）は図１３
（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１４】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面にコンタクト孔及び配線
を形成するまでの説明図で、図１４（Ａ）は平面図、図
１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１５】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に電極パッド用の開口部
を形成するまでの説明図で、図１５（Ａ）は平面図、図
１５（Ｂ）は図１５（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１６】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面側をエッチングするまで
の説明図で、図１６（Ａ）は平面図、図１６（Ｂ）は図
１６（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１７】本発明の実施例１に係る力覚センサーの製造
方法の最終工程図で、図１７（Ａ）は平面図、図１７
（Ｂ）は図１７（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１８】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面にシリコン窒化膜パター
ンを形成するまでの説明図で、図１８（Ａ）は平面図、
図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図１９】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に深い拡散層を形成する
までの説明図で、図１９（Ａ）は平面図、図１９（Ｂ）
は図１９（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図２０】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に１つのセンシング素子
及び１つの温度補償素子を設ける領域に窪みを形成する
までの説明図で、図２０（Ａ）は平面図、図２０（Ｂ）
は図２０（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図２１】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面にＮ型拡散層を形成する
までの平面図。

【図２２】図２２（Ａ）は図２１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿
う断面図、図２２（Ｂ）は図２２（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿
う断面図。

【図２３】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面にセンシング素子、温度
補償素子、電子回路及び高濃度拡散層を形成するまでの
平面図。

【図２４】図２４（Ａ）は図２３のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図２４（Ｂ）は図２３のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図２５】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に絶縁膜、コンタクト
孔、配線パターン、ポリイミド膜及びパッド開口部を形
成するまでの平面図。

【図２６】図２６（Ａ）は図２５のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図２６（Ｂ）は図２５のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図２７】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面側をエッチングするまで
の平面図。

【図２８】図２８（Ａ）は図２７のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図２８（Ｂ）は図２７のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図２９】本発明の実施例４に係る力覚センサーの製造
方法の最終工程を示す平面図。

【図３０】図３０（Ａ）は図２９のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図３０（Ｂ）は図２９のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図３１】本発明の実施例５に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面にシリコン窒化膜パター
ンを形成するまでの説明図で、図３１（Ａ）は平面図、
図３１（Ｂ）は図３１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３２】本発明の実施例５に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に深い拡散層と高濃度拡
散層を形成するまでの説明図で、図３２（Ａ）は平面
図、図３２（Ｂ）は図３２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面
図。

【図３３】本発明の実施例５に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板表面に歪みセンシング素子と
電子回路を接続する配線等を形成するまでの平面図。

【図３４】図３４（Ａ）は図３３のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図３４（Ｂ）は図３３のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図３５】本発明の実施例５に係る力覚センサーの製造
方法の一工程図でかつ基板裏面側をエッチングするまで
の平面図。

【図３６】図３６（Ａ）は図３５のＸ−Ｘ線に沿う断面
図、図３６（Ｂ）は図３５のＹ−Ｙ線に沿う断面図、図
３６（Ｃ）は図３５のＺ−Ｚ線に沿う断面図。

【図３７】本発明の実施例５に係る力覚センサーの製造
方法の最終工程を示す平面図。

【図３８】従来のマイクロマニピュレータの説明図。

【符号の説明】

１、71、102 、103 …基部、 ２、72、106 …後部高剛性領域、 ３、73ａ〜73ｃ…センシング領域、 ４、74、105 …前部高剛性領域、 ５、75、101 …把持部、 ６、78ａ〜78ｃ、107a〜107d…歪みセンシング素子、 ７、79ａ〜79ｃ…温度補償素子、 ９、10、11、12、13、14、15、45、46、47…配線、 17…開口部、 18、34ａ、34ｂ、41、42、94…Ｐ型拡散層、 19、33ａ、33ｂ、35、93ａ、93ｂ、96、123a〜123d…Ｎ
型拡散層、 20、48ａ〜48ｃ、98ａ、98ｂ…Ｐ型の高濃度拡散層、 31…シリコン基板、 36、124 …ガードリング、 43…Ｎ型の高濃度拡散層、 44、49…コンタクト孔、 50、51、52…ショットキーダイオード、 76…スリット、 77、95ａ、95ｂ…窪み、 80、108 …電子回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 把持部と、該把持部に加えられる応力を
   検出する検出部と、前記把持部及び検出部を支持する基
   部と、前記検出部に接続され、前記基部まで延在して設
   けられた配線部とを具備した力覚センサーにおいて、前
   記把持部、検出部、基部及び配線部を薄板状の半導体基
   板に一体的に形成したことを特徴とする力覚センサー。
2. 【請求項２】 表面が一導電型の薄板状の半導体基板
   と、この半導体基板上に形成され、半導体基板上に加え
   られる応力を検出する検出部と、前記半導体基板に形成
   され、前記検出部を支持する基部と、前記検出部に接続
   され、前記基部まで延在するように前記半導体基板上に
   形成された配線部とを具備した力覚センサーにおいて、
   前記検出部は、互いに直交する３方向の応力を検出する
   ように、前記半導体基板上の異なる部位に設けられた少
   なくとも３つの検出手段を備えたことを特徴する力覚セ
   ンサー。
3. 【請求項３】 表面が一導電型の薄板状の半導体基板
   と、この半導体基板上に形成された可撓性部と、この可
   撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成され、半導体基
   板上に加えられる応力を検出する２つの検出部と、前記
   可撓性部を挟んで前記半導体基板上に形成され、前記検
   出部を支持する２つの基部と、前記半導体基板及び前記
   可撓性部に形成され、前記２つの検出部を電気的に接続
   する配線部とを具備した力覚センサーにおいて、前記可
   撓性部を湾曲させることにより、前記２つの検出部を対
   向配置させたことを特徴する力覚センサー。