(57)【要約】【課題】外圧の大きさおよび方向を高感度で検出することができるとともに製造が容易な触覚センサ、およびその製造方法ならびに触覚センサユニットを提供することである。【解決手段】触覚センサ１００は、カンチレバーＣＬおよびエラストマー層１０５を有する。カンチレバーＣＬは、ノンドープ層１０３ａおよびドープ層１０３ｂを有する。ドープ層１０３ｂの格子定数はノンドープ層１０３ａの格子定数より小さい。これにより、カンチレバーＣＬは湾曲している。ドープ層１０３ｂは、結晶シリコン膜にホウ素を添加することにより形成されている。エラストマー層１０５に外圧が加わることにより、カンチレバーＣＬが変形する。カンチレバーＣＬが変形することにより、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗が変化する。したがって、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗の変化を検出することにより、触覚センサ１００に作用する外圧の大きさおよび方向を検出することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の膜からなる支持部および第２の膜からなる可動部をこの順に備え、
前記第２の膜は半導体材料からなり、第１の格子定数を有する第１の層と、第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とを順に含み、前記第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有し、
前記第１の格子定数と前記第２の格子定数との差に起因して前記可動部が湾曲するとともに、前記可動部の一部が前記支持部を介して前記基板に固定され、
前記基板上の前記支持部および前記可動部が弾性を有する被覆層で封止されたことを特徴とする触覚センサ。
【請求項２】
前記基板は結晶半導体からなり、前記第１の膜は酸化膜からなり、前記第２の膜は結晶半導体からなることを特徴とする請求項１記載の触覚センサ。
【請求項３】
前記可動部の前記第１および第２の層のうち一導電型を有する層に接触するように設けられた第１の電極および第２の電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の触覚センサ。
【請求項４】
前記被覆層はエラストマーからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の触覚センサ。
【請求項５】
共通の基板と、
前記基板上にそれぞれ異なる向きに設けられた複数の触覚センサとを備え、
前記複数の触覚センサの各々は、前記基板上に第１の膜からなる支持部および第２の膜からなる可動部をこの順に備え、前記第２の膜は半導体材料からなり、第１の格子定数を有する第１の層と、第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とを順に含み、前記第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有し、前記第１の格子定数と前記第１の格子定数との差に起因して前記可動部が湾曲するとともに、前記可動部の一部が前記支持部を介して前記基板に固定され、
前記基板上の前記複数の触覚センサは、弾性を有する被覆層で封止されたことを特徴とする触覚センサユニット。
【請求項６】
基板上に第１の膜、および半導体材料からなる第２の膜を順に備える積層基板を用意する工程と、
前記第２の膜に不純物元素を添加することにより、前記第２の膜を第１の格子定数を有する第１の層と、前記第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とに分離するとともに、前記第１および第２の層の少なくとも一方を一導電型に転換させる工程と、
前記第２の膜の所定領域を取り囲むように前記第２の膜の領域を除去する工程と、
前記第１の膜を一部の領域を除いて除去することにより、前記第２の膜の一部が前記第１の膜を介して前記基板に固定された状態で前記第１の格子定数と前記第２の格子定数との差に起因して前記第２の膜の前記所定領域を湾曲させる工程と、
前記基板上の前記第１の膜および前記第２の膜を弾性を有する被覆層で封止する工程とを備えたことを特徴とする触覚センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触覚センサ、触覚センサの製造方法および触覚センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ロボットの手足等には触覚センサが用いられている。例えば、特許文献１に記載されている触覚センサにおいては、半導体基板上に層間絶縁膜が形成され、層間絶縁膜上に、複数の下部電極および支持部材によって支持される上部電極が配置されている。また、上部電極上には複数の突起が形成されている。
【０００３】
このような構成において、突起が対象物に触れることにより上部電極が変形し、上部電極と下部電極との間の静電容量が変化する。それにより、突起に加えられた力を検出することができる。
【特許文献１】特開２００４−２６４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、触覚センサの表面を押圧する力、すなわち触覚センサの表面に対して垂直な方向に働く力を検出することができる。しかしながら、触覚センサの表面に沿って働く力、すなわち触覚センサの表面に対して平行な方向に働く力を高感度で検出することができない。
【０００５】
本発明の目的は、外圧の大きさおよび方向を高感度で検出することができるとともに製造が容易な触覚センサ、およびその製造方法ならびに触覚センサユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）第１の発明に係る触覚センサは、基板上に第１の膜からなる支持部および第２の膜からなる可動部をこの順に備え、第２の膜は半導体材料からなり、第１の格子定数を有する第１の層と、第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とを順に含み、第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有し、第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因して可動部が湾曲するとともに、可動部の一部が支持部を介して基板に固定され、基板上の支持部および可動部が弾性を有する被覆層で封止されたものである。
【０００７】
その触覚センサにおいては、被覆層に外圧が加わった場合、被覆層の内部応力が変化し、可動部が変形する。ここで、可動部となる第２の膜は半導体材料からなり、第１の層と第２の層とを順に含み、第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有している。したがって、可動部を構成する第１および第２の層のうち一導電型を有する層をピエゾ抵抗素子として機能させることができる。この場合、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化量を検出することにより、被覆層に加わる外圧の大きさを検出することができる。
【０００８】
また、この触覚センサにおいては、可動部は、湾曲するとともに一部が支持部を介して基板に固定されている。この場合、被覆層に加わる外圧の方向によって、可動部の変形する方向が変わる。また、可動部の変形する方向によって、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化の方向（増加または減少）が異なる。したがって、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化の方向を検出することにより、被覆層に発生する応力の方向を判別することができる。
【０００９】
つまり、この触覚センサにおいては、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサに作用する外圧の大きさおよび方向を高感度で検出することが可能となる。
【００１０】
また、この触覚センサにおいては、第２の膜に不純物元素を添加することにより第２の膜に格子定数の異なる２つの層を形成している。それにより、第２の膜を湾曲させ、可動部を形成している。すなわち、この触覚センサにおいては、半導体材料からなる単一の膜（第２の膜）に不純物元素を添加することにより可動部が形成されている。
【００１１】
この場合、エピタキシャル成長技術により積層した複数の膜により可動部を形成する場合に比べて、可動部の強度を格段に向上させることができる。これにより、触覚センサの信頼性が向上する。また、エピタキシャル成長技術を用いる必要がないので、容易かつ低コストで触覚センサを製造することができる。
【００１２】
（２）基板は結晶半導体からなり、第１の膜は酸化膜からなり、第２の膜は結晶半導体からなってもよい。この場合、触覚センサを十分容易に製造することができる。また、基板に信号処理回路を形成することが可能となる。
【００１３】
基板は結晶シリコンからなり、第１の膜はシリコン酸化膜からなり、第２の膜は結晶シリコンからなってもよい。
【００１４】
この場合、ＳＯＩ（Silicon On Insulator：絶縁体上半導体構造）基板を用いて触覚センサを製造することができる。それにより、触覚センサの製造コストをさらに低減することができるとともに、触覚センサの製造がさらに容易になる。
【００１５】
第２の膜は４Ｂ族元素からなり、不純物元素は３Ｂ族元素または５Ｂ族元素からなってもよい。この場合、第２の膜の第１の層または第２の層が良好に一導電型を有することができる。
【００１６】
（３）触覚センサは、可動部の第１および第２の層のうち一導電型を有する層に接触するように設けられた第１の電極および第２の電極をさらに備えてもよい。
【００１７】
この触覚センサにおいては、第１および第２の電極を通して第２の膜の一導電型を有する層に一定の電流を供給した場合、可動部の変形により第１の電極と第２の電極との間の電圧が変化する。あるいは、第１および第２の電極に一定の電圧を印加した場合、可動部の変形により上記一導電型を有する層に流れる電流が変化する。したがって、可動部のピエゾ抵抗の変化量を、第１および第２の電極を通して電圧の変化または電流の変化として検出することができる。その結果、外圧の大きさを確実に検出することができる。
【００１８】
（４）被覆層はエラストマーからなってもよい。この場合、被覆層に加わる外圧を可動部に確実に伝達することができる。それにより、外圧の大きさおよび方向をより高感度で検出することが可能となる。
【００１９】
（５）第２の発明に係る触覚センサユニットは、共通の基板と、基板上にそれぞれ異なる向きに設けられた複数の触覚センサとを備え、複数の触覚センサの各々は、基板上に第１の膜からなる支持部および第２の膜からなる可動部をこの順に備え、第２の膜は半導体材料からなり、第１の格子定数を有する第１の層と、第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とを順に含み、第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有し、第１の格子定数と第１の格子定数との差に起因して可動部が湾曲するとともに、可動部の一部が支持部を介して基板に固定され、基板上の複数の触覚センサは、弾性を有する被覆層で封止されたものである。
【００２０】
この触覚センサユニットにおいては、上記の第１の発明に係る触覚センサと同様の構成を有する複数の触覚センサがそれぞれ異なる向きに設けられている。この場合、各触覚センサのピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサユニットの表面に平行な方向に働く力をより高感度で検出することができる。すなわち、触覚センサユニットに作用する外圧の大きさおよび方向をより高感度で検出することが可能となる。
【００２１】
（６）第３の発明に係る触覚センサの製造方法は、基板上に第１の膜、および半導体材料からなる第２の膜を順に備える積層基板を用意する工程と、第２の膜に不純物元素を添加することにより、第２の膜を第１の格子定数を有する第１の層と、第１の格子定数よりも小さな第２の格子定数を有する第２の層とに分離するとともに、第１および第２の層の少なくとも一方を一導電型に転換させる工程と、第２の膜の所定領域を取り囲むように第２の膜の領域を除去する工程と、第１の膜を一部の領域を除いて除去することにより、第２の膜の一部が第１の膜を介して基板に固定された状態で第１の格子定数と第２の格子定数との差に起因して第２の膜の所定領域を湾曲させる工程と、基板上の第１の膜および第２の膜を弾性を有する被覆層で封止する工程とを備えたものである。
【００２２】
その製造方法において製造された触覚センサにおいては、被覆層に外圧が加わった場合、被覆層の内部応力が変化し、第２の膜の湾曲する部分（以下、湾曲部と称する）が変形する。ここで、第２の膜は半導体材料からなり、第１の層と第２の層とを順に含み、第１および第２の層の少なくとも一方は、不純物元素の添加により一導電型を有している。したがって、上記一導電型を有する層をピエゾ抵抗素子として機能させることができる。この場合、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化量を検出することにより、被覆層に加わる外圧の大きさを検出することができる。
【００２３】
また、この製造方法により製造された触覚センサにおいては、被覆層に加わる外圧の方向によって、第２の膜の湾曲部の変形する方向が変わる。また、湾曲部の変形する方向によって、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化の方向（増加または減少）が異なる。したがって、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化の方向を検出することにより、被覆層に発生する応力の方向を判別することができる。
【００２４】
つまり、この製造方法により製造された触覚センサにおいては、上記一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサに作用する外圧の大きさおよび方向を高感度で検出することが可能となる。
【００２５】
また、この製造方法においては、第２の膜に不純物元素を添加することにより第２の膜に格子定数の異なる２つの層を形成している。それにより、第２の膜を湾曲させている。すなわち、この製造方法においては、半導体材料からなる単一の膜（第２の膜）に不純物元素を添加することにより湾曲部を形成している。
【００２６】
この場合、エピタキシャル成長技術により積層した複数の膜により湾曲部を形成する場合に比べて、湾曲部の強度を格段に向上させることができる。これにより、触覚センサの信頼性が向上する。また、エピタキシャル成長技術を用いる必要がないので、容易かつ低コストで触覚センサを製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第２の膜の一導電型を有する層のピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサに作用する外圧の大きさおよび方向を高感度で検出することが可能となる。
【００２８】
また、本発明においては、第２の膜に不純物元素を添加することにより第２の膜に格子定数の異なる２つの層を形成している。それにより、第２の膜を湾曲させている。すなわち、半導体材料からなる単一の膜（第２の膜）に不純物元素を添加することにより第２の膜を湾曲させている。
【００２９】
この場合、エピタキシャル成長技術により複数の膜を積層し、当該積層膜を湾曲させる場合に比べて、湾曲部の強度が格段に向上する。これにより、触覚センサの信頼性が向上する。また、エピタキシャル成長技術を用いる必要がないので、容易かつ低コストで触覚センサを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態に係る触覚センサおよび触覚センサユニットについて図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（１）触覚センサ
（ａ）製造方法
図１〜図７は、本発明の一実施の形態に係る触覚センサの製造方法を示す工程図であり、（ａ）は模式的断面図、（ｂ）は模式的平面図である。なお、図１〜図７および後述する図８においては、位置関係を明確にするために互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示す矢印を付している。Ｘ方向およびＹ方向は水平面内で互いに直交し、Ｚ方向は鉛直方向に相当する。
【００３２】
まず、図１に示すように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator：絶縁体上半導体構造）基板１０００を用意する。ＳＯＩ基板１０００は、結晶シリコン基板１０１、埋め込み酸化膜１０２および結晶シリコン膜１０３を有する。結晶シリコン膜１０３の厚さは、例えば、２００ｎｍである。埋め込み酸化膜１０２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。
【００３３】
次に、図２に示すように、熱拡散またはイオン注入により結晶シリコン膜１０３にホウ素（Ｂ）を添加する。これにより、結晶シリコン膜１０３は、ノンドープ層１０３ａとｐ型のドープ層１０３ｂとに分かれる。ドープ層１０３ｂの厚さは、例えば、１００ｎｍである。また、ドープ層１０３ｂにおけるホウ素の濃度は、例えば、０．２原子％（１０２０／ｃｍ３）である。
【００３４】
次に、図３に示すように、ＳＯＩ基板１０００の一端側でドープ層１０３ｂ上に、フォトリソグラフィ、および蒸着またはスパッタリングにより矩形の電極１０４ａ，１０４ｂを形成する。電極１０４ａ，１０４ｂは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００３５】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、電極１０４ａ，１０４ｂ下の領域および中央部の略Ｕ字状の領域を除くノンドープ層１０３ａおよびドープ層１０３ｂを除去する。なお、エッチングとしては、例えば、ウェットエッチング法を用いることができる。エッチング液としては、例えば、2,6-ヒドロキシナフトエ酸（ＨＮＡ）を用いることができる。なお、上記略Ｕ字状に残されたノンドープ層１０３ａおよびドープ層１０３ｂが後述するカンチレバーＣＬとなる。
【００３６】
次に、図５に示すように、エッチングにより埋め込み酸化膜１０２の所定の領域を除去する。エッチング液としては、例えば、フッ化水素（ＨＦ）を用いることができる。
【００３７】
ここで、上述したように、ドープ層１０３ｂは、結晶シリコン膜１０３（図１）にホウ素を添加することにより形成されている。また、ドープ層１０３ｂにおけるホウ素の濃度は、０．２原子％（１０２０／ｃｍ３）に設定されている。これにより、ドープ層１０３ｂの格子定数は、シリコン（Ｓｉ）の格子定数（約５．４２９５Å）に比べて約０．００２８Å小さくなっている。
【００３８】
この場合、ノンドープ層１０３ａとドープ層１０３ｂとの境界面において格子定数の差に起因して歪が発生する。そのため、埋め込み酸化膜１０２の上記所定の領域を除去した場合、上記境界面の歪を緩和するように、図６に示すようにノンドープ層１０３ａおよびドープ層１０３ｂの一端側が上方に向かって湾曲する。これにより、ＸＹ平面において略Ｕ字状でかつＸＺ平面において湾曲するカンチレバーＣＬが形成される。
【００３９】
なお、例えば、カンチレバーＣＬのＸＺ平面における曲率半径は約４００μｍであり、カンチレバーＣＬの長手方向の長さは約６００μｍである。また、ノンドープ層１０３ａとドープ層１０３ｂとの間に発生する歪は、例えば、約５×１０−４である。
【００４０】
次に、図６の状態で、水洗浄、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）洗浄、およびｔ−ブチルアルコール洗浄を行う。その後、フリーズドライ（真空凍結乾燥）を行う。
【００４１】
次に、図７に示すように、結晶シリコン基板１０１上で、埋め込み酸化膜１０２、ノンドープ層１０３ａ、ドープ層１０３ｂおよび電極１０４ａ，１０４ｂをエラストマー層１０５に埋設する。これにより、触覚センサ１００が完成する。なお、エラストマー層１０５としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂等を用いることができる。本実施の形態においては、ＰＤＭＳ(ポリジメチルシロキサン：polydimethylsiloxane)樹脂を用いる。
【００４２】
（ｂ）外圧検出方法
次に、触覚センサ１００（図７）の外圧検出方法について説明する。
【００４３】
本実施の形態においては、略Ｕ字形状を有するｐ型のドープ層１０３ｂの一端に電極１０４ａが形成され、他端に電極１０４ｂが形成されている。これにより、ドープ層１０３ｂを、ピエゾ抵抗素子として機能させることができる。
【００４４】
図７の構成においては、エラストマー層１０５に外圧が加わることにより、エラストマー層１０５の内部応力が変化し、カンチレバーＣＬが変形する。それにより、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗が変化する。ここで、電極１０４ａ，１０４ｂを通してカンチレバーＣＬのドープ層１０３ｂに一定の電流を供給した場合、カンチレバーＣＬの変形により電極１０４ａ，１０４ｂ間の電圧が変化する。あるいは、電極１０４ａ，１０４ｂ間に一定の電圧を印加した場合、カンチレバーＣＬの変形によりドープ層１０３ｂに流れる電流が変化する。したがって、このピエゾ抵抗の変化量を、電極１０４ａ，１０４ｂを通して電圧の変化または電流の変化として検出することができる。その結果、外圧の大きさを検出することができる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、カンチレバーＣＬは、一端側が斜め上方に向かって湾曲している。このため、例えば、エラストマー層１０５において、図７に示す矢印Ａの方向にせん断応力が発生した場合、カンチレバーＣＬは曲率半径が大きくなるように変形する。一方、例えば、エラストマー層１０５において、図７に示す矢印Ｂの方向にせん断応力が発生した場合、カンチレバーＣＬは曲率半径が小さくなるように変形する。
【００４６】
そのため、矢印Ａの方向にせん断応力が発生した場合と矢印Ｂの方向にせん断応力が発生した場合とでは、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗の変化の方向（増加する方向または減少する方向）が逆になる。つまり、ピエゾ抵抗の変化の方向を検出することにより、エラストマー層１０５に発生するせん断応力の方向を判別することができる。
【００４７】
したがって、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサ１００に作用する力の大きさおよおび方向を正確に検出することが可能となる。
【００４８】
（ｃ）効果
以上のように、本実施の形態に係る触覚センサ１００においては、ＳＯＩ基板１０００の結晶シリコン膜１０３にホウ素を添加することにより、カンチレバーＣＬを作製している。つまり、エピタキシャル成長技術を用いることなく、既製品（ＳＯＩ基板１０００）を用いてカンチレバーＣＬを作製することができる。したがって、容易かつ低コストで触覚センサ１００を製造することができる。
【００４９】
また、カンチレバーＣＬを構成するノンドープ層１０３ａとドープ層１０３ｂとは、結晶シリコン膜１０３（図１）に形成されている。つまり、カンチレバーＣＬは、単一の結晶シリコン膜１０３によって形成されている。この場合、エピタキシャル成長技術により積層した複数の膜によりカンチレバーを形成する場合に比べて、カンチレバーＣＬの強度を格段に向上させることができる。これにより、触覚センサ１００の信頼性が向上する。
【００５０】
また、エピタキシャル成長技術を用いる必要がないので、例えば、ＳＯＩ基板１０００の結晶シリコン基板１０１に信号処理回路が形成されている場合にも、その信号処理回路を劣化および故障させることなく、カンチレバーＣＬを作製することができる。
【００５１】
また、本実施の形態に係る触覚センサ１００においては、エラストマー層１０５内においてカンチレバーＣＬが湾曲した状態で設けられている。この場合、エラストマー層１０５に加わる外力の方向によって、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗の変化の方向（増加する方向または減少する方向）が異なる。
【００５２】
そのため、ピエゾ抵抗の変化の方向を検出することにより、エラストマー層１０５に発生するせん断応力の方向を判別することができる。したがって、ドープ層１０３ｂのピエゾ抵抗の変化量および変化の方向を検出することにより、触覚センサ１００に作用する力の大きさおよおび方向を高感度で検出することが可能となる。
【００５３】
（２）触覚センサユニット
次に、本発明の一実施の形態に係る触覚センサユニットについて図面を参照しながら説明する。
【００５４】
（ａ）構成
図８は、本実施の形態に係る触覚センサユニットを示す概略斜視図である。
【００５５】
図８に示すように、本実施の形態に係る触覚センサユニット２００は、図７の触覚センサ１００と同様の構成を有する複数の触覚センサ２０１，２０２，２０３，２０４を含む。
【００５６】
なお、図８の触覚センサユニット２００においては、触覚センサ２０１，２０２，２０３，２０４は、共通の結晶シリコン基板１０１ａおよび共通のエラストマー膜１０５ａを有する。結晶シリコン基板１０１ａには、触覚センサ２０１，２０２，２０３，２０４から出力される電圧信号または電流信号を処理するための処理回路（図示せず）が形成されている。
【００５７】
本実施の形態においては、触覚センサ２０１のカンチレバーＣＬ１と触覚センサ２０３のカンチレバーＣＬ３とが互いに対向し、触覚センサ２０２のカンチレバーＣＬ２と触覚センサ２０４のカンチレバーＣＬ４とが互いに対向するように配置されている。
【００５８】
また、触覚センサ２０１，２０３と触覚センサ２０２，２０４とは互いに直交する向きに配置されている。図８においては、カンチレバーＣＬ１，ＣＬ３がＸ方向に沿うように触覚センサ２０１，２０３が配置され、カンチレバーＣＬ３，ＣＬ４がＹ方向に沿うように触覚センサ２０２，２０４が配置されている。
【００５９】
（ｂ）効果
以上のように、本実施の形態に係る触覚センサユニット２００においては、触覚センサ２０１，２０３が互いに対向しかつＸ軸方向に沿うように配置され、触覚センサ２０２，２０４が互いに対向しかつＹ軸方向に沿うように配置されている。
【００６０】
この場合、４つの触覚センサ２０１〜２０４の検出結果に基づいて、触覚センサユニット２００のＸＹ平面上のあらゆる方向のせん断応力を検出することができる。また、４つの触覚センサ２０１〜２０４を設けることにより、外力の加わる位置およびエラストマー膜１０５ａ内の応力分布を詳細に検出することができる。これらの結果、触覚センサユニット２００に作用する外圧の方向および大きさをより正確に検出することが可能となる。
【００６１】
本実施の形態に係る触覚センサユニット２００は、例えば、義手、義足またはロボットの手足（指）等の人口皮膚として効果的に用いることができる。
【００６２】
例えば、触覚センサユニット２００をロボットの手（指）の人工皮膚として用いた場合、ロボットが手（指）によって物体を保持する際に、物体の重量によってロボットの手（指）に作用する鉛直方向の力（せん断応力）の大きさを正確に検出することができる。したがって、ロボットの制御システムは、検出されたせん断応力に基づいて、物体が手（指）から落下することを防止できる最低限の握力を出力するようにロボットを制御することができる。
【００６３】
このように、本実施の形態に係る触覚センサユニット２００をロボットに設けた場合、ロボットが物体または人体に過剰な力を加えることを防止できるので、ロボットの動作を人間により近づけることが可能となる。また、ロボットが物体または人体に過剰な力を加えることを防止することにより、ロボットの安全性を格段に向上させることができる。
【００６４】
（３）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【００６５】
上記実施の形態では、結晶シリコン基板１０１が基板に相当し、埋め込み酸化膜１０２が第１の膜に相当し、結晶シリコン膜１０３が第２の膜に相当し、カンチレバーＣＬが可動部に相当し、ノンドープ層１０３ａが第１の層に相当し、ドープ層１０３ｂが第２の層に相当し、エラストマー層１０５，１０５ａが被覆層に相当し、電極１０４ａ，１０４ｂが第１および第２の電極に相当し、結晶シリコン基板１０１ａが共通の基板に相当し、触覚センサ２０１，２０２，２０３，２０４が複数の触覚センサに相当する。
【００６６】
（４）他の実施の形態
上記実施の形態では、結晶シリコン膜１０３内の上部領域にｐ型不純物元素としてホウ素を添加した例について説明したが、これに限定されず、結晶シリコン膜１０３内の上部領域の格子定数が結晶シリコン膜１０３内の下部領域の格子定数よりも小さくなるように、結晶シリコン膜１０３内の上部領域または下部領域に他のｐ型またはｎ型の不純物元素を添加してもよい。
【００６７】
例えば、他の不純物元素として、Ｎ（窒素）、Ａｌ（アルミニウム）、またはＰ（リン）等を用いてもよい。また、結晶シリコン膜１０３内の下部領域にｐ型またはｎ型の不純物元素を添加することにより、結晶シリコン膜１０３内の下部領域の格子定数を結晶シリコン膜１０３内の上部領域の格子定数よりも大きくしてもよい。
【００６８】
また、結晶シリコン膜１０３は、ノンドープ層１０３ａおよびドープ層１０３ｂが格子定数の差に起因して湾曲することができれば、単結晶シリコンからなってもよく、あるいは多結晶シリコンからなってもよい。
【００６９】
また、結晶シリコン基板、酸化膜および結晶シリコン膜からなるＳＯＩ基板の代わりに、他の材料からなる積層基板を用いてもよい。例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）基板、酸化膜およびＳｉＣ膜からなる積層基板を用いてもよい。
【００７０】
また、積層基板の絶縁膜は酸化膜に限らず、窒化膜等の他の絶縁膜であってもよい。
【００７１】
さらに、カンレレバーＣＬの形状はＵ字形状に限らず、Ｖ字形状、Ｗ字形状、他の任意の形状に形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、圧力を検知するセンサ等に効果的に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図２】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図３】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図４】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図５】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図６】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図７】触覚センサの製造方法を示す工程図である。
【図８】触覚センサユニットを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１００    触覚センサ
１０１，１０１ａ    結晶シリコン基板
１０２    埋め込み酸化膜
１０３，１０３ａ    結晶シリコン膜
１０３ｂ    ドープ層
１０４ａ，１０４ｂ    電極
１０５，１０５ａ    エラストマー層
２００    触覚センサユニット
２０１〜２０４    触覚センサ
１０００    ＳＯＩ基板
ＣＬ，ＣＬ１〜ＣＬ４    カンチレバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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