(57)【要約】  接触センシング面を有するセンサ構造部300とそのセンサ信号を処理する信号処理LSI部420とをパッケージ化する技術を提供する。センサ構造部300は、接触センシング面とセンサ電極320、330とを有する。半導体基板400には、信号処理用集積回路420が作りこまれている。接着層500によってセンサ構造部300と半導体基板400とが接合され、センサ装置200がワンチップ化されている。センサ電極320、330と集積回路420とはセンサ装置200の内側に封止されており、センサ電極320、330および集積回路420の外部端子は半導体基板400の側面を経由して半導体基板400の裏面に引き出されている。
2011045929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象と直接に接触する接触センシング面を外部に露出する一面に有するとともに、前記接触センシング面の変化に感応してアナログセンサ信号を出力するセンサ電極を前記接触センシング面とは反対側である他面側に有するセンサ構造部と、
前記アナログセンサ信号を信号処理する信号処理用集積回路が作りこまれた半導体基板と、
前記センサ構造部の他面と前記半導体基板との間に配設され、前記センサ構造体と前記半導体基板とを貼り合わせる接着層と、を備え、
前記センサ電極と前記集積回路とが前記接着層を間にして対向した状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とが積層されてワンチップ化されたセンサ装置であって、
前記センサ電極と前記集積回路とはセンサ装置の内側に封止されており、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の少なくともいずれかの外部端子は前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
請求項1に記載のセンサ装置において、
前記接着層は、BCB（ベンゾシクロブテン、Benzocyclobutene）である
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
請求項1または請求項2に記載のセンサ装置において、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子が前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出されており、
前記センサ電極の配線を取り出すための切れ込みは、前記集積回路の電極を取り出すための切れ込みよりも切れ込み深さが深い
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項3に記載のセンサ装置において、
前記半導体基板の裏面において、前記センサ電極の配線を取り出す方向と、前記集積回路の電極を取り出す方向と、は直交している
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
請求項1から請求項4のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ構造部の裏面に設けられた一方のセンサ電極と、
前記接着層の上に設けられた他方のセンサ電極と、を有し、
二枚のセンサ電極が対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とが前記接着層で接合されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項６】
請求項5に記載のセンサ装置において、
前記接着層にはビアが設けられており、
前記他方のセンサ電極は、前記ビアを介して前記集積回路の電極に接続されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項７】
請求項1から請求項6のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ構造部の裏面に設けられた一方のセンサ電極と、
ガラス基板の一面に設けられた他方のセンサ電極と、を有し、
二枚のセンサ電極が対向する状態で前記センサ構造部と前記ガラス基板とが接合されており、
前記ガラス基板の他面に設けられた接着層によって前記ガラス基板と前記半導体基板とが接合されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項８】
請求項7に記載のセンサ装置において、
前記ガラス基板に代えて、セラミック基板を備える
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
請求項1から請求項8のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部は、前記半導体基板を裏面から見たとき、前記半導体基板の側面において非連続に形成された穴、または、前記半導体基板の側面において形成された窪みに設けられている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１０】
センサ電極と集積回路との接続は、前記半導体基板の側端面において取り出し配線または外部端子によって行われている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１１】
請求項1から請求項10のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ電極と前記集積回路との間の寄生容量を減じる手段として、前記接着層の厚さを10μm以上とする
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１２】
請求項1から請求項11のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記接触センシング面は検出対象と接触して接触圧または熱を前記センサ電極に伝え、
前記センサ構造部は、力、接触力、接触圧または熱を検出する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１３】
センサ構造部となるウェハの裏面にセンサ電極を設け、
信号処理用の集積回路を組み込んだ半導体基板を作成し、
前記センサ電極と前記集積回路とが対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とを接着層にて接合し、
前記半導体基板の裏面をエッチングし、さらに、前記半導体基板の裏面からのハーフダイシングによって前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部を当該半導体基板の裏面側に露出させ、
前記エッチングおよび前記ハーフダイシングによって形成した半導体基板の斜面から半導体基板の裏面にかけて引き出し配線を設け、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子を前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出す
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項13に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記エッチングはアルカリウェットエッチングであり、
エッチングのマスクとして低温酸化膜上に感光耐性アルカリ有機保護膜を重ねたものを用いる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項13または請求項14に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記接着層はBCB（ベンゾシクロブテン、Benzocyclobutene）を用い、
BCBを塗布し、220℃でプリキュアを行ったあと、接合は250℃で行う
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項13から請求項15のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法において、
前記ハーフダイシングにあたって、
前記センサ電極の配線を取り出すためのハーフダイシングは、前記集積回路の電極を取り出すためのハーフダイシングよりも切れ込み深さが深い
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項13から請求項16のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法であって、
センサ装置は、二枚のセンサ電極を有し、
センサ電極の一方を前記センサ構造部の裏面に設け、
前記半導体基板の上に接着層を設け、
接着層の上にセンサ電極の他方を設け、
二枚のセンサ電極が対向するようにして前記センサ構造部と前記半導体基板とを前記接着層で接合する
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項17に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記半導体基板の上に接着層を設けたのち、前記接着層にビアをパターニングし、
前記センサ電極の他方を、接着層に設けられたビアを介して前記集積回路の電極に接続する
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項13から請求項16のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法であって、
センサ装置は、二枚のセンサ電極を有し、
センサ電極の一方を前記センサ構造部の裏面に設け、
ガラス基板の一面にセンサ電極の他方を設け、
二枚のセンサ電極が対向するようにして前記センサ構造部と前記ガラス基板とを貼り合わせ、
前記ガラス基板の他面に接着層を形成して前記ガラス基板と前記半導体基板とを接合させる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項19に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記ガラス基板に代えてセラミック基板を用いる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２１】
センサ構造部となるウェハの裏面にセンサ電極を設け、
信号処理用の集積回路を組み込んだ半導体基板を作成し、
前記センサ電極と前記集積回路とが対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とを接着層にて接合し、
前記半導体基板の裏面をエッチングし、該裏面に絶縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチングすることで、前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部を当該半導体基板の裏面側に露出させ、
前記エッチングによって形成した半導体基板の斜面から半導体基板の裏面にかけて引き出し配線を設け、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子を前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出す
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項13乃至21のいずれか１項記載のセンサ装置の製造方法において、
前記センサ構造部側からハーフダイシングを行い、対象物と接触する前記センサ構造部の力伝達部より該力伝達部の外側にある支持枠部を低く切削し、素子分離を行う
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置およびセンサ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヒューマノイドロボットの開発が進んでいる。
ヒューマノイドロボットには、人と触れ合ったり、障害物を自律的に回避したり、対象物を把持して移動させるなどの高度な動作が要求される。
このような動作には触覚が必要であるので、ロボットのハンドあるいは表面全体に触覚センサを設ける研究が進んでいる（例えば特許文献1から特許文献6）。【０００３】
従来の触覚センサシステムは、主としてメッシュ型構造を採用している。
例えば、二枚の電極シートのそれぞれに複数本の電極配線を形成する。
互いの電極配線が直交するように電極シートを対向配置することによりメッシュ状配線を形成する。
2枚の電極シートの間に感圧導電部材を挟んだり、あるいは、電極配線の各交点に触覚センサ素子を配置する。
各触覚センサ素子は、対象物との接触による圧力変化や温度変化をそれら変化量に応じた電気信号変化に変換する。【０００４】
制御部は、各電極配線に繋がっており、複数の触覚センサ素子を集中管理する。すなわち、制御部は、順番に各触覚センサ素子を選択して各センサのセンサ値をサンプリングしていく。制御部において、触覚センサ素子からの電気信号を集積してデータ処理する。
このようなサンプリング動作を定期的に繰り返すことにより、ロボットが対象物に接触しているか、さらに、どのセンサが接触しているかを検知する。
これにより、ロボットがどの位置でどの程度の強さで対象物に接触しているかをセンシングすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2006-337315号公報
【特許文献２】特開2007-10482号公報
【特許文献３】特開2007-285784号公報
【特許文献４】特開2007-78382号公報
【特許文献５】特開2006-287520号公報
【特許文献６】特開2006-281347号公報
【特許文献７】特許第03621093号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の触覚センサシステムには次のような問題があった。
特許文献1から特許文献6に開示される技術では、制御部がホストとなって集中的に多数の触覚センサ素子を管理し、順番に各触覚センサ素子を選択して各センサのセンサ値をサンプリングしていく。
このような構成の場合、センサ数の増加に伴って制御部の処理負担が非常に大きくなるという問題がある。
また、センサ数の増加に伴ってサンプリング間隔が長くなる。すると、応答速度が低速になって反応が鈍くなることが避けられないが、これはロボットの触覚センサシステムとしては致命的な問題である。【０００７】
また、ロボットの体表面全体に多数の触覚センサを配置することを考えると、触覚センサと制御部との間の配線が膨大な量になる。
したがって、実際的には多数の触覚センサを望ましい位置に実装することは相当困難になり、また、その保守や故障の修理が非常に難しくなる。
また、触覚センサと制御部との間の配線が長距離になるので、ノイズによってセンサ信号が劣化する危険性が高い。【０００８】
ここで、一つ一つの触覚センサにセンサ構造部と信号処理部とを組み込んでしまうことが考えられる。
そして、センサ構造部からのセンサ信号を信号処理部によってセンスアンプするとともに、さらにはデジタル処理までしてしまえばよいとも考えられる。【０００９】
そのためにはセンサ構造部と信号処理部とを一体化する技術が必要になる。
例えば特許第03621093号公報（特許文献7）にはシェルケース(Shell Case)と称されるパッケージング技術が開示されている。
この特許第03621093号公報では、デバイスチップの上下がガラス板に挟まれ、側面は樹脂で囲まれている。
この構造であれば確かに複数のウェハの貼り合わせが可能になるとともに、デバイスチップがガラス板で堅固に保護されることになる。
しかしながら、特許第03621093号公報の技術では、デバイスチップの上下がガラスに接着されなければならない。すると、例えば、感圧センサや温度センサなどのように検出対象との接触が必要とされる触覚センサには適用できないという問題が生じる。【００１０】
このような事情から、接触センシング面を有するセンサ構造部とそのセンサ信号を処理する信号処理LSI部とをパッケージ化する技術が切望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセンサ装置は、
検出対象と直接に接触する接触センシング面を外部に露出する一面に有するとともに、前記接触センシング面の変化に感応してアナログセンサ信号を出力するセンサ電極を前記接触センシング面とは反対側である他面側に有するセンサ構造部と、
前記アナログセンサ信号を信号処理する信号処理用集積回路が作りこまれた半導体基板と、
前記センサ構造部の他面と前記半導体基板との間に配設され、前記センサ構造体と前記半導体基板とを貼り合わせる接着層と、を備え、
前記センサ電極と前記集積回路とが前記接着層を間にして対向した状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とが積層されてワンチップ化されたセンサ装置であって、
前記センサ電極と前記集積回路とはセンサ装置の内側に封止されており、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の少なくともいずれかの外部端子は前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出されている
ことを特徴とする。【００１２】
本発明のセンサ装置の製造方法は、
センサ構造部となるウェハの裏面にセンサ電極を設け、
信号処理用の集積回路を組み込んだ半導体基板を作成し、
前記センサ電極と前記集積回路とが対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とを接着層にて接合し、
前記半導体基板の裏面をエッチングし、さらに、前記半導体基板の裏面からのハーフダイシングによって前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部を当該半導体基板の裏面側に露出させ、
前記エッチングおよび前記ハーフダイシングによって形成した半導体基板の斜面から半導体基板の裏面にかけて引き出し配線を設け、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子を前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出す
ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】触覚センサシステムをロボットのハンドに適用した様子を示す図。
【図２】バスに複数のセンサ装置を配置した様子を示す図。
【図３】センサ装置を表面側からみた斜視図。
【図４】センサ装置を裏面側からみた斜視図。
【図５】センサ装置の断面図。
【図６】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図７】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図８】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図９】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ａ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｂ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｃ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｄ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｅ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｆ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｇ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１０Ｈ】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１１】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１２】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１３】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１４Ａ】保護膜の開口パターンを示す図。
【図１４Ｂ】溝を交差させた場合の欠点を説明するための図。
【図１５】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１６】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１７】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１８】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図１９】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図２０】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図２１】第1実施形態において、センサ装置の製造工程を示す図。
【図２２】第2実施形態の構成を分解した状態で示す図。
【図２３Ａ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｂ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｃ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｄ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｅ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｆ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｇ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｈ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２３Ｉ】第2実施形態の製造工程を示す図。
【図２４】第2実施形態の構成を示す図。
【図２５】第3実施形態の構成を分解した状態で示す図。
【図２６Ａ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｂ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｃ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｄ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｅ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｆ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｇ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｈ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２６Ｉ】第3実施形態の製造工程を示す図。
【図２７】第3実施形態の構成を示す図。
【図２８】センサ信号をデジタル信号に変換する手順を説明するための図。
【図２９】センサ信号をデジタル信号に変換する手順を説明するための図。
【図３０】本発明の構成を最も簡潔に表す図。
【図３１】第4実施形態に係るセンサ装置の断面図である。
【図３２】第4実施形態に係るセンサ装置を裏側から見た斜視図である。
【図３３Ａ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｂ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｃ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｄ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｅ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｆ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｇ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｈ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３３Ｉ】第4実施形態の製造工程を示す図である。
【図３４Ａ】第5実施形態の製造工程を示す図である。
【図３４Ｂ】第5実施形態の製造工程を示す図である。
【図３４Ｃ】第5実施形態の製造工程を示す図である。
【図３４Ｄ】第5実施形態の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第1実施形態）
本発明のセンサ装置に係る第1実施形態について説明する。
図1は、多数のセンサ装置を配置した触覚センサシステムをロボットのハンドに適用した様子を示す図である。
図2は、バス110に複数のセンサ装置200を配置した様子を示す図である。
【００１５】
本実施形態のセンサ装置は、図1に示すようにロボット10のハンド11あるいはロボットの体表面全体に配置され、全体として触覚センサシステム100を構成するためのものである。
各バス110には複数の触覚センサ装置200が設けられている。
本実施形態では、バス110の配線ラインとしては4本のライン112、112、113、113が設けられている。
4本のうち2本は電源ライン112、112であり、2本は差動シリアル伝送用の信号ライン113、113である。
そして、情報中継装置120および集線装置130を介して総てのバス110は情報統合装置140に接続されている。
【００１６】
例えばロボット10のハンド11が対象物（不図示）を掴むなどしてロボット10の表面が対象物に接触すると、各センサ装置200が接触圧を検知する。
さらに各センサ装置200は、センサ信号のデジタル信号処理を実行する。
そして、デジタル信号処理済みのセンサ信号が各センサ装置200から情報統合装置140に送信される。
情報統合装置140では、センサ装置200からの情報を統合して、どの位置にどの程度の力がかかっているかを検出する。
【００１７】
次に、センサ装置の構成を説明する。
図3は、センサ装置を表面側からみた斜視図である。
図4は、センサ装置を裏面側からみた斜視図である。
図5は、センサ装置の断面図である。
【００１８】
図5に示すように、センサ装置200は、センサ構造部300と半導体基板400とが接着層500で貼り合わされた構造である。
センサ構造部300は、構造本体部310と、第1センサ電極320と、第2センサ電極330と、を有する。
構造本体部310は、Siで形成されている。
【００１９】
表側からみて、構造本体体310の中心部には対象物と接触する凸状の力伝達部311が設けられ、力伝達部311の周囲は凹状の薄肉部312となっている。
薄肉部312が弾性を有することにより、構造本体部310が作動膜として機能するようになる。すなわち、力伝達部311に力がかかると構造本体部310がたわむようになっている。
【００２０】
ここに、力伝達部311により接触センシング面が構成されている。
【００２１】
薄肉部312の周囲である周縁部は、作動膜を支持する支持枠部313となっている。
また、構造本体部310の裏面には、凹部314が形成されている。
【００２２】
第1センサ電極320は、構造本体部310の裏面に形成された凹部314に設けられている。
第1センサ電極320の少なくとも一端は、支持枠部313の裏面を経由して構造本体部310の側面316に達する位置まで延設されている。
第1センサ電極320は作動膜とともに変位する可動電極となる。
【００２３】
第2センサ電極330は、接着層500の直上に設けられている。
第1センサ電極320と第2センサ電極330との間隔は、凹部314の深さによって規定される。
第2センサ電極330が固定電極となっており、互いに対向配置された第1センサ電極320と第2センサ電極330とが静電容量素子を構成している。
第2センサ電極330は、接着層500に形成されたビア510を介して半導体基板400の再配線層410に接続されている。
【００２４】
半導体基板400には信号処理用の集積回路420が作りこまれ、その表面がパッシベーション膜430で保護されている。
さらに、パッシベーション膜430の上に再配線層410が形成されている。
半導体基板400の直上に接着層500が設けられ、第2センサ電極330と集積回路420とが接着層500を間にして対向した状態となる。
また、第1、第2センサ電極320、330と集積回路420とはセンサ装置200の内側に封止された状態となる。
【００２５】
接着層500は、集積回路420とセンサ電極330との間の寄生容量を減じるため、その厚さを10μm以上にすることが好ましい。
厚さの上限としては特に制限されるものではないが、半導体チップの製造上の都合等を勘案して、たとえば100μm程度を上限にすることが例として挙げられる。
【００２６】
センサ装置200を裏面側からみたとき、図4中の左右方向のそれぞれの側端面には、中央部に傾斜面211が形成されている。
そして、傾斜面211上にはメタルの引き出し配線212、213が形成されており、引き出し配線212、213は裏面240にまで引き出されている。
この引き出し配線の一方212は、第1センサ電極の一端に繋がっており、引き出し配線の他方213は、再配線層410を介して第2センサ電極330に繋がっている（図5参照）。
【００２７】
また、図4中の上下方向のそれぞれの側端面220、220は全体に傾斜面221、221として形成されており、各側端面220、220にはそれぞれ8本ずつの引き出し配線230が裏面240まで到達するように設けられている。
これら引き出し配線230は、再配線層410から引き出され、集積回路420の電源線または信号線となる。
【００２８】
図4に示すセンサ装置200の裏面240には、外部接続端子が設けられている。
本実施形態では、バス110の4本の配線ライン112、113に対応して、センサ装置200の裏面には4つの外部端子241−244が設けられている。
図4において、左から順に第1外部端子241、第2外部端子242、第3外部端子243、第4外部端子244とする。
【００２９】
第1外部端子241は、例えばバス110のGNDに繋がる外部端子であり、左側面210からの引き出し配線212と、下側面220の最も左の引き出し配線231と、がこの第1外部端子241に接続されている。
第2外部端子242には上側面220の最も左の引き出し配線232が接続され、第3外部端子243には下側面220の最も右の引き出し配線234が接続されている。
第4外部端子244には、右側面210からの引き出し配線213と、上側面220の最も右の引き出し配線234と、が接続されている。
【００３０】
なお、外部端子241−244の数はバス110の信号線の数に応じて適宜変更されるものであり、引き出し配線と外部端子との接続はセンサ構造部300や集積回路420の構成によって適宜変更されうるものであることはもちろんである。
【００３１】
次に、センサ装置の製造方法について説明する。
図6から図21は、センサ装置の製造手順を示す図である。
まず、センサ構造部300の構造本体部310となるウェハ315を作成する。
すなわち、図6に示すように、Siからなるウェハ315を用意し、その裏面をTMAH （Tetramethyl ammonium hydroxide、水酸化テトラメチルアンモニウム）によってエッチングし、約10μmの深さを有する凹部314を形成する。そして、図7に示すように、凹部314に第1センサ電極320を形成する。さらに、Siウェハ315の表面には、力伝達部311と支持枠部313とを除いた領域を薄肉部312とするためのマスク317を形成する。
このマスク317は熱酸化膜によって形成できる。
【００３２】
また一方、図8に示すように、半導体基板400に信号処理用の集積回路420を組み込んだウェハを用意する。
そして、表面をパッシベーション膜430で保護し、さらに、パッシベーション膜430の上に再配線層410を設ける。
再配線層410は集積回路420の電極バッド421と接続されている。
【００３３】
次に、図9に示すように、半導体基板400の上面に接着層500としての有機絶縁膜を設け、さらに、接着層500の上に第2センサ電極330を設ける。
この工程を、図10（A）から（H）を参照して説明する。
前述のように集積回路420を組み込んだ半導体基板400を用意する。
その上にスピンコートにて約10μｍの膜厚のBCB（ベンゾシクロブテン）樹脂膜を形成する（図10A）。
このBCB（ベンゾシクロブテン）樹脂膜は接着層500になる。
これを220℃の窒素パージした炉にて1時間のプリキュアを行う。
【００３４】
BCB膜の上にレジスト520を塗布し、露光する（図10B）。
レジスト520を露光後焼きしめで硬化させたあと（図10C）、エッチングする。
これにより、再配線層410の直上にビア（孔）510を形成する（図10D）。
次に、半導体基板400および接着層500をハードベイクする。
【００３５】
続いて、パターン化された接着層500の上からアルミニウム（Al）をスパッタ法にて成膜する（図10E）。
このアルミニウム薄膜が第2センサ電極330となる。
アルミニウム薄膜のうえにレジスト520を塗布してパターニングする（図10F、図10G）。
そして、アルミニウムをエッチングする（図10H）。
これにより、周縁部を除いた中央部に第2センサ電極330が形成され、さらにビア510を介して第2センサ電極330は集積回路420の再配線層410に繋がる。
【００３６】
次に、図11に示すように、構造本体部310となるウェハ315（図7）と、半導体基板400となるウェハ（図9）と、を接合する。
接合にあたっては、250℃で1時間、1000Nの荷重を加えることが例として挙げられる。
【００３７】
半導体基板400の裏面にTMAHエッチング用の保護膜250を形成する（図12）。
ここで、保護膜250として、PECVDまたはスパッタ法で堆積させた低温酸化膜の上に感光性耐アルカリ有機保護膜（ProTEK PSB）を積層したものが望ましい。
Si基板の長時間エッチングに耐えるマスク材としては、一般的にはシリコン熱酸化膜やシリコン窒化膜が用いられるが、これらは高温（800℃以上）の高温処理を要する。
このような高温処理は、集積回路420を組み込み済みの半導体基板400には適用できない。
また、低温酸化膜だけではピンホールができてしまう問題があり、この点、感光性耐アルカリ有機保護膜だけだとサイドエッチングが生じる問題がある。
【００３８】
保護膜250を形成したのち、接合ウェハの両面をエッチングする（図13）。
これにより、半導体基板400がエッチングされると同時にセンサ構造部300の薄肉部312が形成される。
【００３９】
なお、保護膜250の開口パターンは図14Aに示すように、穴状251か、一本の溝状252にすることが好ましい。
例えば図14Bに示すように、溝252、252が交差するようになっていると、アルカリ液（TMAH）を使ったSiの結晶異方性エッチングのために角254の侵食が速く、内部の集積回路420が損傷を受ける恐れがある。
【００４０】
電極パッドから10μm程度の厚みを残してエッチングを停止し、感光性耐アルカリ有機保護膜250を除去する（図15）。
その後、XeF2のガスエッチングによる等方性エッチングを行い、Si基板を完全に除去する（図16）。
次に、下地絶縁膜255としてBCB樹脂を成膜する（図17）。
絶縁膜を塗布後、V字ブレードを用いて半導体基板の裏面からハーフダイシングを行う（図18）。
【００４１】
ここでは、図18では、図4のXVIII‐XVIII線断面を示しており、この方向ではセンサ装置200の側面からセンサ電極320、330を引き出す必要がある。
そこで、ハーフダイシングでは、第1センサ電極320にまで達するように接着層500の上面までは切り込む必要がある。
これにより、左右の側面から第1センサ電極320の一端と再配線層410とが裏面側240に露出する。
【００４２】
一方、図4のXIX−XIX線断面の方向では、集積回路420の電極パッド421だけを引き出せばよいので、図19に示すように電極パッド421または再配線層410にまで達する程度の浅いハーフダイシングでよい。
【００４３】
次に、シャドウマスク法によって配線を形成する（図20）。
金属材料としては、Ti／Cuを用いることが例として挙げられる。
Tiは絶縁膜との密着性を高めるための中間層として機能する。
その後、無電解Auメッキを配線上に施し、ワイヤーボンディング性を向上させる。
最後に、ウェハをダイシングによって分離し、個々のセンサ装置200を切り出す（図21）。
【００４４】
このような第1実施形態によれば、次に効果を奏する。
（１）本実施形態の製造方法により、触覚センサ装置200をウェハレベルで集積化することができる。
すなわち、センサ構造部300と集積回路420を一体的に有するMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）として触覚センサ装置200を構成することができる。
また、集積化によって触覚センサ装置200のサイズを非常に小型にすることができ、例えば、一つの触覚センサ装置を3mm角程度に小型化することができる。
このようにセンサ構造部300と集積回路420を一体的に有するMEMSとし、かつ、小型化を達成することにより、たとえばロボット10の体表面に実装するセンサシステムとして好適なものとできる。
【００４５】
（２）センサ電極320、330からは蓄積電荷量がアナログセンサ信号として集積回路420に取り出されるが、このようなアナログセンサ信号は入力インピーダンスが高く、ノイズが混入しやすいという問題がある。
この点、本実施形態では、センサ電極320、330と集積回路420とをセンサ内部に封止してこれらを完全に保護できる。
さらに、センサ内部において、接着層500を間にして第2センサ電極330と集積回路420とを極めて近接配置させているので、第2センサ電極330と集積回路420との間の配線長を極めて短くすることができる。したがって、センサ電極320、330からのアナログセンサ信号にノイズが入りにくくなり、検出精度を極めて向上させることできる。
【００４６】
（３）本実施形態の製造方法では、センサ構造部300と半導体基板400とを接着層500で接合させるので、半導体基板400に組み込まれる集積回路420の構造は制限を受けない。
たとえば、既存のセンスアンプおよび信号処理回路を組み込んだ半導体基板400を本実施形態に適用することができる。
【００４７】
（４）本実施形態では、センサ電極320、330と集積回路420とをセンサ内部に封止しているので、これらの電極を外部に取り出すことが必要になる。
ここで、パッケージ内部に封止したチップから外部に電極を取り出す場合にはシリコン貫通ビア（シリコン貫通配線）を形成することも考えられるが、必要な配線の数だけシリコン貫通ビアを設けることは工程数を非常に増加させ、また、加工も難しい。
この点、本実施形態では、半導体基板の裏面からエッチングおよびハーフダイシングによってセンサ電極および集積回路の電極を取り出す。
したがって、工程数が少なくかつ簡便に外部端子を設けることができる。
【００４８】
（５）力伝達部311と薄肉部312とからなるダイヤフラム構造により、構造本体部310に印加された力が正確に構造本体部310の変形に反映される。
また、第１センサ電極320が構造本体部310の裏面に直接形成されているので、力伝達部311が受けた外部からの力による構造本体部310の変形を第1センサ電極320の変位とすることができ、第2センサ電極330とで形成された静電容量素子の容量変化として精度よく印加された力を検知できる。
【００４９】
（６）第1電極320の少なくとも一端は、支持枠部313の裏面を経由して構造本体部310の側面316に達する位置まで延設されているので、外部電源あるいは回路と直接接続することができる。
例えば、第１電極320を外部電源のアース電極に接続して同じ電位とすれば、外部に一番近い電極がアースとなり、外部からのノイズを遮蔽し、測定精度を高める。
さらに、第1電極320と構造本体部310とが電気的に導通するように形成すれば、構造本体部310がアース電位となり、外部からのノイズに対する遮蔽能力は一段と向上し、S/N比が極めて向上することになる。
【００５０】
（７）第1、第2センサ電極320、330と集積回路420とはセンサ装置200の内側に封止された状態となっているため、センサ電極320、330および集積回路420の電極や配線、ｐｎ接合を外部からの水分、酸、アルカリ、有機溶剤、油等の水溶液、ガスの侵入による腐食や酸化、変質や導電性の被覆の発生等を防ぎ、長期に渡り安定な動作を実現できる。
したがって、本装置に有機溶剤で溶かされた有機物の被覆を施したり、ロボットの手足に装着して泥水等の悪条件での動作が可能となる。      
【００５１】
（８）半導体基板400に作りこまれた信号処理用の集積回路420の表面のパッシベーション膜430の上に接着層500を有し、その接着層500の上に第２センサ電極330が形成されているので、第１センサ電極320と第２センサ電極330とからなる静電容量素子と集積回路420との配線距離が短い。
したがって、センサの感度や精度を左右する重要な因子となる寄生容量を少なくでき、検出感度が向上する。
配線長が短いので、ノイズも混入しにくい。
接着層500の厚みを厚く設定することにより、集積回路420とセンサ電極330との間の寄生容量がさらに減らせるので、より高感度化が可能となる。
【００５２】
（９）左右方向のそれぞれの側端面の中央部に傾斜面211、そして、上下方向のそれぞれの側端面220の全体に傾斜面221があり、それぞれの斜面上にメタルの引き出し配線212、213、230が形成されている。配線212、213、230を斜面に配置することにより、製造が容易で、配線の膜厚を確保し、また、段切れ等の不安定を解消している。
これらの形状と構造により、温度に対する安定性や繰り返し温度変化に対する耐久性が増加し、デバイスを実装するときや使用中の配線の信頼性が格段に向上する。
左右方向のそれぞれの側端面にある傾斜面211は上下方向のそれぞれの側端面220にある傾斜面と異なり、左右方向のそれぞれの側端面の中央部に限られた形状の斜面となっている。
これは斜面の製造上の課題を解決するためであるが、傾斜面211より少し窪ませた構造の傾斜面211とすることにより配線の信頼性も向上させることができる。
【００５３】
（１０）センサ電極320、330用の配線は左右方向のそれぞれの側端面にある傾斜面211に形成された引き出し配線212、213であり、集積回路420の電極用は上下方向のそれぞれの側端面220にある傾斜面221に形成された引出配線230、231、232、234である。
ここで、センサ電極用の配線を取り出すためのくさび状切れ込みの深さが集積回路用の配線を取り出す楔状切れ込みよりも深い。
これにより、２方向の異なる配線取り出しが安定に行える。
【００５４】
（１１）本実施形態では、接着層500が絶縁膜と接着材とを兼ねている。
したがって、接着層500には、絶縁膜としての安定性と、接着材としての柔軟性、接着性と、が求められる。
この点、本実施形態では、接着層にBCB（ベンゾシクロブテン）樹脂膜を用い、220℃でプリキュアを行った後、センサ電極をパターニングする。
そして、センサ構造部300と半導体基板400との接着は250℃で行うこととしている。
このとき、プリキュア温度を下げると、柔軟性、接着性は増すが、安定性に問題が生じる。
また、プリキュア温度を上げると安定性は増すが、接着性、柔軟性を維持できなくなり、これを補うために接合時の温度を上げると、センサ電極が損傷する問題が生じる。
本実施形態にあってはこれらの問題を解消し、最適な安定性、柔軟性、接着性を実現できる。
【００５５】
（第2実施形態）
第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態では、半導体基板400上に形成した接着層500の直上に第2センサ電極330を形成した後で、構造本体部310と半導体基板400とを貼り合わせる場合を例示した。
これに対し、第2実施形態では、まず、第2電極320が形成されたガラス基板600を構造本体部310の裏面に貼り合わせて、センサ構造部300の電極320、330を封止した状態にする（図22）。
その後、半導体基板400とセンサ構造部300のウェハとを接着層500で接合させる。
【００５６】
図23A−図23Iは、第2実施形態の製造手順を示す図である。
図23Aに示すように、構造本体部310となるウェハ（図7）とガラス基板600とを貼り合わせる。
このとき、ガラス基板600には第2センサ電極330を形成しておく。
これにより、第1センサ電極320と第2センサ電極330とが構造本体部310とガラス基板600との間に封止される。
【００５７】
なお、図23Aにおいて、構造本体部となるウェハにおいて、第2センサ電極330の引き出し配線を設ける側のダイシング予定位置には溝318がエッチングによって形成されている。
これにより、ハーフダイシングの際にダイシングのブレードがSi構造本体部310まで切り込まないようにしている。
【００５８】
そして、ガラス基板600の裏面に接着層500を形成して、ガラス基板600と半導体基板400とを接合する。
【００５９】
図23Gにおいて、センサ電極320、330を露出させるためのハーフダイシングを行う。
このときはガラス基板600の上面まで切り込む必要がある。
【００６０】
その他の工程は第1実施形態で説明したものと同じであり、最終的に図24に示すセンサ装置が得られる。
【００６１】
この構成において、構造本体部310となるウェハ（図7）とガラス基板600とが貼り合わされており、ガラス基板600には第２センサ電極330が形成されており、第１センサ電極320と第２センサ電極330とが構造本体部310とガラス基板600との間に封止されているので、第１センサ電極320と第２センサ電極330の形状、ギャップ、相対位置をより正確にセッティングすることができる。
これにより、より高精度なセンサ性能を実現することができる。
【００６２】
（第3実施形態）
第3実施形態について説明する。
上記第2実施形態では、第2電極330が形成されたガラス基板600を構造本体部310の裏面に貼り合わせてセンサ構造部300の電極320、330を封止した状態にした後に、半導体基板400とセンサ構造部300のウェハとを接着層500で接合させる場合を例示した。
この点、第3実施形態では、ガラス基板600に代えて、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics、低温同時焼成セラミックス)基板700を使用する点に特徴を有する。
図25において、LTCC基板700の上面には第2センサ電極330が形成されている。
さらに、配線層710をLTCC基板700に作り込んでおき、ビア720を介してこの配線層710と第2センサ電極330とを接続しておく。
したがって、第2センサ電極330の引き出し線は、LTCC基板700の配線層710から引き出せばよい。
【００６３】
図26は、第3実施形態の製造手順を示す図である。
図26Aに示すように、構造本体部310となるウェハ（図7）とLTCC基板700とを貼り合わせる。
このとき、LTCC基板700の内部には配線層710を作りこみ、LTCC基板700の上面に形成された第2センサ電極330と配線層710とを接続しておく。
図26Aの段階で、第1センサ電極320と第2センサ電極330とが構造本体部310とLTCC基板700との間に封止される。
【００６４】
そして、LTCC基板700の裏面に接着層500を形成して、LTCC基板700と半導体基板400とを接合する。
【００６５】
図26Gにおいて、センサ電極320、330を露出させるためのハーフダイシングを行う。
このときはLTCC基板700の上面まで切り込む必要がある。
【００６６】
その他の工程は第1実施形態で説明したものと同じであり、最終的に図27に示すセンサ装置が得られる。
【００６７】
たとえば第２センサ電極３３０がLTCC基板のようなセラミック基板上に形成されているので、ガラス基板600と同じように第１センサ電極320、第２センサ電極330の形状、ギャップ、相対位置をより正確にセッティングすることができる。
さらに、セラミック基板700に多層配線や抵抗、コンデンサ、コイル、層間電極、層間誘電体膜を形成したり、層間に受動電子部品やダイオード、トランジスタなどの能動電子部品を組み込むことが可能になるので、デジタル化前にアナログ信号処理によってセンサの感度やS/N比をアナログ的に効果的に改善することができる。
これにより、センサの機能や種類、適用範囲が大幅に広がる。
【００６８】
（第4実施形態）
上記第1実施形態から第３実施形態においては、ハーフダイシングを行い、第1及び第2センサ電極320、330を露出させているが、第4実施形態においては、TMAHによるエッチング後に、パッシベーション膜(TEOS膜SiN膜など)430を高速原子線(Fast Atom Beam)や加速されたイオンによるエッチング、あるいはサンドブラスト等の機械的エッチングを行い、第1及び第2センサ電極320、330を露出させる。
図31は、第4実施形態に係るセンサ装置の断面図である。図31に示すように、接着層500には、第2センサ電極330と半導体基板400の再配線層410とを電気的に接続するビア510と、第1センサ電極320と裏面240とを電気的に接続するビア520と、が設けられている。
図32は、第4実施形態に係るセンサ装置を裏側から見た斜視図である。図32に示すように、構造本体部310の裏面の第1センサ電極320がビア520を介して露出しており、ビア520に接続された引出し配線212によって裏面240へ引き出されている。
図33A乃至図33Iは、第4実施形態の製造工程を示す図である。図32Aに示すように、まず、構造本体部310となるウェハと、ビア520が設けられた接着層500が形成された半導体基板400と、を接合し、薄化する(図32B)。
次に、TMAHによるウェットエッチングとXeF2によるドライエッチングとにより、パッシベーション膜430を露出させる(図33C)。その後、図33Dに示すように、エッチングを行い、パッシベーション膜430を除去する。これにより、ビア520の存在によって、第1及び第2センサ電極320、330が同時に露出する。
さらに、半導体基板の裏面420に、感光性BCBを成膜して絶縁膜を形成する(図33E)。この成膜したBCBに対して、RIE(Reactive Ion Etching)によるエッチングを行い、再度、第1及び第2センサ電極320、330を露出させる(図33F)。
なお、本第4実施形態の製造工程において、他の工程は、上記第1実施形態の製造工程と略同一であるため、詳細な説明は省略する。
また、第1実施形態から第4実施形態においては、センサ構造部と半導体基板とを一体化（ワンチップ化）させている。
このような構成によれば、半導体基板400に組み込んだ集積回路420により、センサ構造部300からのセンサ信号を信号処理できる。
このように、個々の触覚センサ装置200にて信号処理を実行できれば、情報統合装置140の信号処理負荷を少なくすることができる。
触覚センサシステム100に多数の触覚センサ装置200を配置したとしても情報統合装置140の処理負担の増加を小さくできるので、多数の触覚センサ装置200を有する大きなシステムでありながらも高速応答が可能になるという画期的な触覚センサシステムとすることができる。
【００６９】
ここで、センサ構造部からのセンサ信号をデジタル信号に変換する場合の一例を例示する。
【００７０】
この例では、ダイヤフラム型のセンサ構造部300と、信号処理部を集積したLSIと、が接着層500によって貼り合わされ、全体が一体的なワンパッケージとなっている。
【００７１】
センサ構造部300は、対向配置された二枚の電極板320、330を有する。
そして、センサ構造部300の上面が対象物と接触する力伝達部（センサ面）311となっており、力伝達部311が押圧されると、2枚の電極板320、330の間隔dが変化する。
電極板間隔dの変化による静電容量変化がアナログセンサ信号となる。
【００７２】
例えば、図28に示すように、時刻T1から時刻T2に強い力が力伝達部311に印加され、時刻T3から時刻T4に弱い力が力伝達部311に印加されたとする。
すると、印加された力に応じて極板間距離dが変化する。
極板間距離dの変化に応じて、極板間に蓄積される電荷量Qが変化する。
印加される力に応じて変化する極板間電荷量Qがアナログセンサ信号として集積回路420に送られる。
具体的には、第2センサ電極330に蓄積された電荷が再配線層410、電極パッド421を介して集積回路420で検出される。
【００７３】
集積回路420は、センサ構造部300からのアナログセンサ信号をデジタル変換する。
静電容量変化を周波数変化にデジタル変換する様子を図29を用いて説明する。
集積回路420は、センサ構造部300からのセンサ信号を取り出すにあたって、選択信号Sctと、リセット信号Rstと、を一定周期で出す。
選択信号Sctは、電極板330と集積回路420との間に配置されたスイッチ（不図示）のON信号である。
リセット信号Rstは、電極板330の電荷を一旦GNDにしてリセットするための信号である。
【００７４】
選択信号Sctにより、極板間電荷量Qが一定周期で取り出される。
このように取り出された極板間電荷量Qを所定の抵抗を介して電圧VQに変換する。
このVQを所定の参照電圧Vrefと対比する。
VQがVrefを超えている時間幅を有するパルス信号Voutを生成する。
このとき、電荷の取り出し速度が一定であれば、VQの高さとVoutのパルス幅は正の相関を持つ。
パルスジェネレータ（不図示）によってVoutを所定周波数のパルス信号に変換する。
単位時間あたりのパルス数をカウントすることにより、センサ構造部300にかかる力をデジタル量として計測することができる。
このように周波数変換によってデジタル化されたセンサ信号をデジタルセンサ信号とする。
【００７５】
このようにして生成されたデジタルセンサ信号は、各触覚センサ装置200から情報統合装置140に送信される。
信号送信にあたっては、バスの二本の信号ライン113、113によって差動シリアル伝送で伝送してもよい。
このように、触覚センサ装置200から情報統合装置140へデジタル信号を送信することにより、触覚センサ装置200と情報統合装置140との配線長が長くてもノイズの影響を受けにくくなる。
例えばロボットの体表面全体に触覚センサ装置200を設けるとすると全体の配線長はかなりの長さになるのでノイズ耐性が重要になる。
アナログ信号のままで送信する場合に比べて、本実施形態の構成は多数の触覚センサ装置200を備えるセンサシステムに好適である。
（第5実施形態）
上記第1乃至第4実施形態においては、支持枠部313と力伝達部311の高さが同一となっているが、せん断力を効果的に検出するためには、力伝達部311を支持枠部313よりも高くするのが好ましい。
そこで、本第5実施形態においては、ウェハ状態からセンサ装置200を切り分ける段階で、支持枠部313をハーフダイシングによって切削することで、上述のように、力伝達部311を支持枠部313よりも高く設定する。
図34A乃至図34Dは、第5実施形態の製造工程を示す図である。なお、本第5実施形態の製造工程は、上記第1乃至4実施形態に適用可能である。
図34Aに示すように、電極パッド212、213を形成した後、半導体基板400側からハーフダイシングを行う。このとき、その切り込み深さは、構造本体部310に十分に到達する深さとする(図34B)。
次に、表面側から支持枠部313をハーフダイシングによって切削し(図34C)、自然に素子分離が行われる(図34D)。ここで、上記ハーフダイシングにおいて、ダイアフラム性能が変化しない程度の厚さに切削するのが好ましい。
以上により、素子分離と同時に、力伝達部311を支持枠部313よりも高くすることができ、せん断力の感度を高くして、せん断力を効果的に検出することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００７７】
上記では、凸状の力伝達部311と薄肉部312とからなるダイヤフラム構造により、構造本体部310への力印加が容易となり、正確に構造本体部310の変形をもたらし、内部に形成された第１センサ電極320と第２センサ電極330からなる静電容量部の容量変化として力を検知する構成を例示した。
圧力を凸状の力伝達部311と薄肉部312からなるダイヤフラム構造に印加し、構造本体部310の変形をもたらし、内部に形成された第１センサ電極320と第２センサ電極330からなる静電容量部の容量変化として圧力を検知する装置として使用してもよい。
ダイヤフラム中央に凸部があるので、ダイヤフラムの変形が中央に集中しない。これにより、比較的均等にダイヤフラムが変形し、大きな圧力変化を精度よく検出できる。
【００７８】
外部の熱、すなわち、温度差による熱の移動が凸状の熱伝達部と薄肉部312からなるダイヤフラム形状に伝達され、構造本体部310の熱膨張による形状変化が起こり、内部に形成された第１センサ電極320と第２センサ電極320からなる静電容量部の容量変化として熱あるいは温度変化を検知する装置として構成することができる。
ここでは、熱による容量変化として説明したが、温度による抵抗変化、ｐｎ接合の温度特性変化をセンサ内部の電極と信号処理回路によって検出するようにしてもよい。
【００７９】
ここに、図30は、本発明の構成を最も簡潔に表す図である。
図30に示すように、センサ電極を有するセンサ構造部と半導体基板とが接着層で接合され、センサ電極および集積回路の外部端子は半導体基板の側面を経由して半導体基板の裏面に引き出されている。
センサ構造部としては、表面の接触センシング面に伝わった圧力または熱等の物理量を内部のセンサ電極で検出できればよい。
この場合、接触センシング面は、ダイヤフラム型でなくてもよいことはもちろんである。
【００８０】
また、接着層500、保護膜250などの材料は適宜変更してもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００８１】
10…ロボット、11…ハンド、100…触覚センサシステム、110…バス、112…電源ライン、113…信号ライン、120…情報中継装置、130…集線装置、140…情報統合装置、200…センサ装置、211…傾斜面、212、213…引き出し配線、220…側端面、221…傾斜面、230、231、232、233、234…引き出し配線、240…裏面、241、242、243、244…外部端子、250…保護膜、251…穴、252…溝、254…角、255…下地絶縁膜、300…センサ構造部、310…構造本体部、311…力伝達部、312…薄肉部、313…支持枠部、314…凹部、315…ウェハ、316…側面、317…マスク、317…溝、320…センサ電極、330…センサ電極、400…半導体基板、410…再配線層、420…集積回路、421…電極バッド、430…パッシベーション膜、500…接着層、510…ビア、520…レジスト、600…ガラス基板、700…LTCC基板、710…配線層、720…ビア。
【図１】
2011045929.tif 000003
【図２】
2011045929.tif 000004
【図３】
2011045929.tif 000005
【図４】
2011045929.tif 000006
【図５】
2011045929.tif 000007
【図６】
2011045929.tif 000008
【図７】
2011045929.tif 000009
【図８】
2011045929.tif 000010
【図９】
2011045929.tif 000011
【図１０Ａ】
2011045929.tif 000012
【図１０Ｂ】
2011045929.tif 000013
【図１０Ｃ】
2011045929.tif 000014
【図１０Ｄ】
2011045929.tif 000015
【図１０Ｅ】
2011045929.tif 000016
【図１０Ｆ】
2011045929.tif 000017
【図１０Ｇ】
2011045929.tif 000018
【図１０Ｈ】
2011045929.tif 000019
【図１１】
2011045929.tif 000020
【図１２】
2011045929.tif 000021
【図１３】
2011045929.tif 000022
【図１４Ａ】
2011045929.tif 000023
【図１４Ｂ】
2011045929.tif 000024
【図１５】
2011045929.tif 000025
【図１６】
2011045929.tif 000026
【図１７】
2011045929.tif 000027
【図１８】
2011045929.tif 000028
【図１９】
2011045929.tif 000029
【図２０】
2011045929.tif 000030
【図２１】
2011045929.tif 000031
【図２２】
2011045929.tif 000032
【図２３Ａ】
2011045929.tif 000033
【図２３Ｂ】
2011045929.tif 000034
【図２３Ｃ】
2011045929.tif 000035
【図２３Ｄ】
2011045929.tif 000036
【図２３Ｅ】
2011045929.tif 000037
【図２３Ｆ】
2011045929.tif 000038
【図２３Ｇ】
2011045929.tif 000039
【図２３Ｈ】
2011045929.tif 000040
【図２３Ｉ】
2011045929.tif 000041
【図２４】
2011045929.tif 000042
【図２５】
2011045929.tif 000043
【図２６Ａ】
2011045929.tif 000044
【図２６Ｂ】
2011045929.tif 000045
【図２６Ｃ】
2011045929.tif 000046
【図２６Ｄ】
2011045929.tif 000047
【図２６Ｅ】
2011045929.tif 000048
【図２６Ｆ】
2011045929.tif 000049
【図２６Ｇ】
2011045929.tif 000050
【図２６Ｈ】
2011045929.tif 000051
【図２６Ｉ】
2011045929.tif 000052
【図２７】
2011045929.tif 000053
【図２８】
2011045929.tif 000054
【図２９】
2011045929.tif 000055
【図３０】
2011045929.tif 000056
【図３１】
2011045929.tif 000057
【図３２】
2011045929.tif 000058
【図３３Ａ】
2011045929.tif 000059
【図３３Ｂ】
2011045929.tif 000060
【図３３Ｃ】
2011045929.tif 000061
【図３３Ｄ】
2011045929.tif 000062
【図３３Ｅ】
2011045929.tif 000063
【図３３Ｆ】
2011045929.tif 000064
【図３３Ｇ】
2011045929.tif 000065
【図３３Ｈ】
2011045929.tif 000066
【図３３Ｉ】
2011045929.tif 000067
【図３４Ａ】
2011045929.tif 000068
【図３４Ｂ】
2011045929.tif 000069
【図３４Ｃ】
2011045929.tif 000070
【図３４Ｄ】
2011045929.tif 000071
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月12日(2011.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象と直接に接触する接触センシング面を外部に露出する一面に有するとともに、前記接触センシング面の変化に感応してアナログセンサ信号を出力するセンサ電極を前記接触センシング面とは反対側である他面側に有するセンサ構造部と、
前記アナログセンサ信号を信号処理する信号処理用集積回路が作りこまれた半導体基板と、
前記センサ構造部の他面と前記半導体基板との間に配設され、前記センサ構造体と前記半導体基板とを貼り合わせる接着層と、を備え、
前記センサ電極と前記集積回路とが前記接着層を間にして対向した状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とが積層されてワンチップ化されたセンサ装置であって、
前記センサ電極と前記集積回路とはセンサ装置の内側に封止されており、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の少なくともいずれかの外部端子は、配線により前記半導体基板の側方斜面を経由して前記半導体基板の裏面に形成された前記センサ電極の配線取り出し部及び前記集積回路の電極取り出し部のうち少なくともいずれか一方に引き出されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記接着層は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン、Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）である
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のセンサ装置において、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子が前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出されており、
前記センサ電極の配線を取り出すための切れ込みは、前記集積回路の電極を取り出すための切れ込みよりも切れ込み深さが深い
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ装置において、
前記半導体基板の裏面において、前記センサ電極の配線を取り出す方向と、前記集積回路の電極を取り出す方向と、は直交している
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ構造部の裏面に設けられた一方のセンサ電極と、
前記接着層の上に設けられた他方のセンサ電極と、を有し、
二枚のセンサ電極が対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とが前記接着層で接合されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサ装置において、
前記接着層にはビアが設けられており、
前記他方のセンサ電極は、前記ビアを介して前記集積回路の電極に接続されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ構造部の裏面に設けられた一方のセンサ電極と、
ガラス基板の一面に設けられた他方のセンサ電極と、を有し、
二枚のセンサ電極が対向する状態で前記センサ構造部と前記ガラス基板とが接合されており、
前記ガラス基板の他面に設けられた接着層によって前記ガラス基板と前記半導体基板とが接合されている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサ装置において、
前記ガラス基板に代えて、セラミック基板を備える
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部は、前記半導体基板を裏面から見たとき、前記半導体基板の側面において非連続に形成された穴、または、前記半導体基板の側面において形成された窪みに設けられている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のセンサ装置において、
センサ電極と集積回路との接続は、前記半導体基板の側端面において取り出し配線または外部端子によって行われている
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記センサ電極と前記集積回路との間の寄生容量を減じる手段として、前記接着層の厚さを１０μｍ以上とする
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のセンサ装置において、
前記接触センシング面は検出対象と接触して接触圧または熱を前記センサ電極に伝え、
前記センサ構造部は、力、接触力、接触圧または熱を検出する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項１３】
センサ構造部となるウェハの裏面にセンサ電極を設け、
信号処理用の集積回路を組み込んだ半導体基板を作成し、
前記センサ電極と前記集積回路とが対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とを接着層にて接合し、
前記半導体基板の裏面をエッチングし、さらに、前記半導体基板の裏面からのハーフダイシングによって前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部を当該半導体基板の裏面側に露出させ、
前記エッチングおよび前記ハーフダイシングによって形成した半導体基板の斜面から半導体基板の裏面にかけて引き出し配線を設け、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子を前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出す
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記エッチングはアルカリウェットエッチングであり、
エッチングのマスクとして低温酸化膜上に感光耐性アルカリ有機保護膜を重ねたものを用いる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記接着層はＢＣＢ（ベンゾシクロブテン、Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）を用い、
ＢＣＢを塗布し、２２０℃でプリキュアを行ったあと、接合は２５０℃で行う
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法において、
前記ハーフダイシングにあたって、
前記センサ電極の配線を取り出すためのハーフダイシングは、前記集積回路の電極を取り出すためのハーフダイシングよりも切れ込み深さが深い
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３から請求項１６のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法であって、
センサ装置は、二枚のセンサ電極を有し、
センサ電極の一方を前記センサ構造部の裏面に設け、
前記半導体基板の上に接着層を設け、
接着層の上にセンサ電極の他方を設け、
二枚のセンサ電極が対向するようにして前記センサ構造部と前記半導体基板とを前記接着層で接合する
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記半導体基板の上に接着層を設けたのち、前記接着層にビアをパターニングし、
前記センサ電極の他方を、接着層に設けられたビアを介して前記集積回路の電極に接続する
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３から請求項１６のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法であって、
センサ装置は、二枚のセンサ電極を有し、
センサ電極の一方を前記センサ構造部の裏面に設け、
ガラス基板の一面にセンサ電極の他方を設け、
二枚のセンサ電極が対向するようにして前記センサ構造部と前記ガラス基板とを貼り合わせ、
前記ガラス基板の他面に接着層を形成して前記ガラス基板と前記半導体基板とを接合させる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載のセンサ装置の製造方法において、
前記ガラス基板に代えてセラミック基板を用いる
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２１】
センサ構造部となるウェハの裏面にセンサ電極を設け、
信号処理用の集積回路を組み込んだ半導体基板を作成し、
前記センサ電極と前記集積回路とが対向する状態で前記センサ構造部と前記半導体基板とを接着層にて接合し、
前記半導体基板の裏面をエッチングし、該裏面に絶縁膜を形成し、該絶縁膜をエッチングすることで、前記センサ電極の配線取り出し部および前記集積回路の電極取り出し部を当該半導体基板の裏面側に露出させ、
前記エッチングによって形成した半導体基板の斜面から半導体基板の裏面にかけて引き出し配線を設け、
前記センサ電極および前記信号処理用集積回路の外部端子を前記半導体基板の側面を経由して前記半導体基板の裏面に引き出す
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【請求項２２】
請求項１３乃至２１のいずれか１項記載のセンサ装置の製造方法において、
前記センサ構造部側からハーフダイシングを行い、対象物と接触する前記センサ構造部の力伝達部より該力伝達部の外側にある支持枠部を低く切削し、素子分離を行う
ことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
【国際調査報告】
2011045929.tif 000072
2011045929.tif 000073
2011045929.tif 000074