(57)【要約】【課題】ガラス層を介して力覚センサ用チップと減衰装置とを陽極接合する際の接合劣化を防止する。【解決手段】伝達された外力Ｆを歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップ２と、力覚センサ用チップ２を固定するとともに外力Ｆを減衰して力覚センサ用チップに伝達する減衰装置３と、を備え、力覚センサ用チップ２と減衰装置３とがガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、（ａ）ガラス層として、力覚センサ用チップ２にガラス薄膜１０を成膜する工程と、（ｂ）力覚センサ用チップ２側に負電圧をかけ、減衰装置３側に正電圧をかけて、力覚センサ用チップ２に成膜されたガラス薄膜１０と減衰装置３とを陽極接合により接合する工程と、を含むことを特徴とする。また、ガラス薄膜１０を蒸着法またはスパッタリング法により成膜する。【選択図】図４
2008051624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、
前記減衰装置の前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で前記力覚センサ用チップに正電圧を印加し、前記減衰装置に負電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合する工程と、
を含むことを特徴とする力覚センサの製造方法。
【請求項２】
伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、
前記力覚センサ用チップの前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で力覚センサ用チップ側に負電圧を印加し、前記減衰装置側に正電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合により接合する工程と、
を含むことを特徴とする力覚センサの製造方法。
【請求項３】
伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、
半導体基板上の所定の位置に歪み抵抗素子、配線、電極および貫通孔を形成する工程と、
前記半導体基板上において前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、
ダイシングによって前記半導体基板から前記力覚センサ用チップを切り出す工程と、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で力覚センサ用チップ側に負電圧を印加し、前記減衰装置側に正電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合により接合する工程と、
を含むことを特徴とする力覚センサの製造方法。
【請求項４】
前記ガラス薄膜を成膜する工程は、蒸着法またはスパッタリング法を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法。
【請求項５】
前記ガラス薄膜を成膜する工程は、０．０５〜２０μｍの範囲の予め設定した厚みに成膜することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法。
【請求項６】
前記力覚センサ用チップは、前記外力が伝達される作用部と、この作用部に隣接する所定の位置に前記歪み抵抗素子が配置された連結部と、前記作用部および前記連結部を支持する支持部と、を有し、
前記減衰装置は、前記外力が入力される入力部と、前記力覚センサ用チップを固定する固定部と、前記作用部に前記外力を減衰して伝達する伝達部と、を有し、
前記接合部は、前記作用部と前記伝達部、および、前記支持部と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法。
【請求項７】
伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して伝達する減衰装置と、を備え、
前記力覚センサ用チップと前記減衰装置との接合部にガラス層を介して接合された力覚センサであって、
前記ガラス層は、ガラス薄膜であることを特徴とする力覚センサ。
【請求項８】
前記ガラス薄膜は、０．０５〜２０μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項７に記載の力覚センサ。
【請求項９】
前記力覚センサ用チップは、前記外力が伝達される作用部と、この作用部に隣接する所定の位置に前記歪み抵抗素子が配置された連結部と、前記作用部および前記連結部を支持する支持部と、を有し、
前記減衰装置は、前記外力が入力される入力部と、前記力覚センサ用チップを固定する固定部と、前記作用部に前記外力を減衰して伝達する伝達部と、を有し、
前記接合部は、前記作用部と前記伝達部、および、前記支持部と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の力覚センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力覚センサおよびその製造方法に係り、特に、ガラス層を介して力覚センサ用チップと減衰装置とを陽極接合した力覚センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボット等において、動作中に加えられる外力に対して適切かつ柔軟に対応できる制御を行なうため、加えられた外力の大きさや方向を正確に検知する多軸力覚センサが採用されている。
多軸力覚センサは、例えば、加えられた外力による微小な歪み（圧縮、引張り）で抵抗値が変化する歪み抵抗素子（ピエゾ抵抗素子）の性質を利用したものが知られている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
これらの多軸力覚センサは、半導体製造プロセスによって半導体基板上に製作される力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定して収容する金属部材で構成された減衰装置と、を備えている。
具体的には、力覚センサ用チップは、加えられた外力が伝達される作用部の周囲に歪み抵抗素子を適宜配置して、外力による歪み抵抗素子の抵抗値の変化を電気信号として検出することで、外力の大きさや方向を検知する。一方、加えられた外力をそのまま歪み抵抗素子に伝達すると、外力が大きすぎる場合には力覚センサ用チップの破損を招くおそれがある。このため、多様な外力に適切に対応するために、減衰装置を設けて、加えられた外力を適切な大きさに減衰して力覚センサ用チップに伝達している。
【０００４】
ここで、力覚センサ用チップは、加えられた外力を正確に安定して力覚センサ用チップに伝達するために、接合部を介して減衰装置に固定されているが、半導体基板上に形成された力覚センサ用チップと金属部材で構成された減衰装置とを直接固定すると、リーク等の電気的な障害、および両部材の熱膨張係数の相違に基づく接合部の剥がれ、熱歪みなどの不具合が発生し検出精度に影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
このため、従来、力覚センサ用チップと減衰装置は、絶縁性および熱膨張係数を考慮して、半導体基板と同程度の厚さを有するバルク（塊）のガラス板を介在させて接合する場合がある。このときの接合方法として、ガラス板と力覚センサ用チップおよび減衰装置との接合面をエポキシ樹脂系の接着剤で接着して固定するか、陽極接合により化学的に結合する手法が採用されている。陽極接合とは、対象物を加熱しながら、ガラス板に負の電圧をかけ、相手側に正の電圧をかけて、ガラス中のＮａ＋等のアルカリイオンを移動させるものであり、通常、０．１〜数ｍｍ程度の厚さを有するガラス板を相手側に接合されるものがあった。
【０００６】
従来の陽極接合方法について、図１３を参照しながら説明する。図１３は力覚センサ用チップと減衰装置との接合部にガラス板を介在させて陽極接合する場合の手順を示す模式図であり、（ａ）はガラス板と減衰装置とを接合し、（ｂ）はガラス板が接合された減衰装置と力覚センサ用チップとを接合する様子を示す。
陽極接合では、前記のようにガラス板に負の電圧をかけ、相手側に正の電圧をかけて行なわれる。
【０００７】
したがって、最初に減衰装置とガラス板とを接合する場合には、図１３（ａ）に示すように、ガラス板１００には負の電圧をかけ、減衰装置３００には正の電圧をかけて陽極接合を行なう。そして、ガラス板１００が接合された減衰装置３００と力覚センサ用チップ２００とを接合する場合には、図１３（ｂ）に示すように、接合部１２０のガラス板１００側に負の電圧をかけるため減衰装置３００には負の電圧をかけ、力覚センサ用チップ２００には正の電圧をかけて陽極接合を行なっていた。
【０００８】
なお、この従来の陽極接合の場合には、まず減衰装置３００とガラス板１００とを接合して、その次にガラス板１００と力覚センサ用チップ２００とを接合する場合について説明したが、力覚センサ用チップ２００とガラス板１００とを接合してから、ガラス板１００と減衰装置３００とを接合することもある。
【特許文献１】特開２００３−２０７４０５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ガラス板と力覚センサ用チップおよび減衰装置との接合面をエポキシ樹脂系の接着剤で接着した場合には、接着剤の経年変化により、接着剤が劣化するという問題があった。また、減衰装置には、外力が作用して、圧縮と引張りが繰り返されるため、力覚センサ用チップとガラス板との接合部が変形し、接着強度が低下するという問題もあった。そして、接着剤の劣化や接合部の変形は、センサ精度の低下を招き、外力の微小な変化が正確に伝達されないという問題があった。
【００１０】
一方、陽極接合で接合する場合には、減衰装置３００とガラス板１００とを接合するとき（図１３（ａ））と、ガラス板１００と力覚センサ用チップ２００とを接合するとき（図１３（ｂ））とでは、接合部１１０に印加される電圧方向が逆となる。この結果、ガラス板１００中のＮａ＋等のアルカリイオンが起点となって接合界面が破壊されるなどして接合強度の低下、接合面の剥離等が生じるおそれがあった。
なお、このような現象は、力覚センサ用チップ２００とガラス板１００とを接合してから、ガラス板１００と減衰装置３００とを接合する場合においても同様である。
【００１１】
また、従来の陽極接合においては、力覚センサ用チップと同程度の板厚を有するバルクのガラス板を使用するため、外力によるガラス板のたわみを無視することができない。そして、ガラス板のたわみを考慮する必要性から力覚センサの設計自由度が低くなってしまう傾向があった。
さらに、バルクのガラス板を所定の形状にするため、切削加工等の機械加工を行なうとマイクロクラック（観察できない程度の微小なひび割れ）が発生する。このマイクロクラックは、ガラス板の耐荷重性を低下させるため、耐久性や信頼性に不安が残るという問題もあった。
【００１２】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、第１に、ガラス層を介して力覚センサ用チップと減衰装置とを陽極接合する際の接合劣化を防止することができる力覚センサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
そして、本発明は、第２に、バルクのガラス板を用いて陽極接合した場合に生じる上述の不具合を抑制した力覚センサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、前記減衰装置の前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で前記力覚センサ用チップに正電圧を印加し、前記減衰装置に負電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明は、伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、前記力覚センサ用チップの前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で力覚センサ用チップ側に負電圧を印加し、前記減衰装置側に正電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合により接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記した請求項１および請求項２に係る発明によれば、減衰装置または力覚センサの接合部を含む領域に、ガラス層としてガラス薄膜を成膜し、このガラス薄膜を利用して、ガラス薄膜と力覚センサ用チップまたは減衰装置とを陽極接合する。このため、この陽極接合によるガラス薄膜の成膜界面に電位差が生じても、最初の工程で成膜されたガラス薄膜が破壊されたり、接合強度が低下したりすることがなく、接合強度を維持することができる。
【００１６】
ここで、ガラス薄膜の成膜とは、真空中で薄膜材料を原子状あるいは分子状の気体にして対象物に高速で飛ばして、対象物に薄膜（コーティング膜）を形成する手法をいい、ここでは０．０５〜２０μｍ程度の薄膜の形成を意図している。
また、ガラス薄膜を成膜することで、バルクのガラス板よりも、はるかに薄くガラス層を形成することができる。このため、外力によるガラス層のたわみを最小限に低減することができるので、ガラス層のたわみを無視することも可能となり、力覚センサの設計自由度が向上する。
さらに、バルクのガラスを準備する必要がなく、切削加工等の機械加工を行なう必要がないので、部品点数を削減してコストを低減するとともに、マイクロクラックの発生を防止して、耐荷重性および耐久性、信頼性を向上させることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して前記力覚センサ用チップに伝達する減衰装置と、を備え、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とが接合部においてガラス層を介して接合された力覚センサの製造方法であって、半導体基板上の所定の位置に歪み抵抗素子、配線、電極および貫通孔を形成する工程と、前記半導体基板上において前記接合部を含む領域に、前記ガラス層としてガラス薄膜を成膜する工程と、ダイシングによって前記半導体基板から前記力覚センサ用チップを切り出す工程と、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置とを前記接合部で密着させた状態で力覚センサ用チップ側に負電圧を印加し、前記減衰装置側に正電圧を印加して、前記ガラス薄膜と前記力覚センサ用チップとを陽極接合により接合する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、力覚センサ用チップの製作工程において、半導体基板上の所定の位置に歪み抵抗素子等を形成し、接合部を含む領域にガラス薄膜を成膜後、ダイシングによって半導体基板から力覚センサ用チップを切り出すことで、効率よくガラス薄膜を成膜することが可能となる。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法であって、前記ガラス薄膜を成膜する工程は、蒸着法またはスパッタリング法を用いることを特徴とする。
【００２０】
このような蒸着法またはスパッタリング法によれば、所定の膜厚のガラス薄膜を所定の部位に成膜することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法であって、前記ガラス薄膜を成膜する工程は、０．０５〜２０μｍの範囲の予め設定した厚みに成膜することを特徴とする。
このように、０．０５〜２０μｍ程度のガラス薄膜を成膜することで、陽極接合に必要な膜厚を確保するとともに、力覚センサ用チップと減衰装置との間に介在してリーク等の電気的な障害、および熱膨張係数の相違に基づく接合部の剥がれ等に起因する不具合を防止することができる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の力覚センサの製造方法であって、前記力覚センサ用チップは、前記外力が伝達される作用部と、この作用部に隣接する所定の位置に前記歪み抵抗素子が配置された連結部と、前記作用部および前記連結部を支持する支持部と、を有し、前記減衰装置は、前記外力が入力される入力部と、前記力覚センサ用チップを固定する固定部と、前記作用部に前記外力を減衰して伝達する伝達部と、を有し、前記接合部は、前記作用部と前記伝達部、および、前記支持部と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、作用部と伝達部、および支持部と固定部とをそれぞれガラス薄膜を介して接合することで、リーク等の電気的な障害、および力覚センサ用チップと減衰装置との熱膨張係数の相違に基づく接合部の剥がれ等に起因する不具合を防止することが可能となる。また、作用部と伝達部とをガラス薄膜を介して接合することで、ガラス層のたわみの影響を低減して、設計自由度の高い力覚センサを実現することができる。
【００２４】
請求項７に係る発明は、伝達された外力を歪み抵抗素子で検出する力覚センサ用チップと、この力覚センサ用チップを固定するとともに前記外力を減衰して伝達する減衰装置と、を備え、前記力覚センサ用チップと前記減衰装置との接合部にガラス層を介して接合された力覚センサであって、前記ガラス層は、ガラス薄膜であることを特徴とする。
【００２５】
かかる構成によれば、ガラス層を成膜されたガラス薄膜とすることで、バルクのガラス板よりも、はるかに薄くガラス層が形成されている。このため、外力によるガラス層のたわみを最小限に低減することができるので、ガラス層のたわみを無視することも可能となる。したがって、ガラス層のたわみを考慮して力覚センサ用チップの出力に対して複雑な補正をする必要がなく、簡易なデータ処理で正確な検出が可能となる。
さらに、バルクのガラスを準備する必要がなく、切削加工等の機械加工を行なう必要がないので、部品点数を削減してコストを低減するとともに、マイクロクラックの発生を防止して、耐荷重性および耐久性、信頼性を向上させることができる。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の力覚センサであって、前記ガラス薄膜は、０．０５〜２０μｍの膜厚を有することを特徴とする。
【００２７】
かかる構成によれば、０．０５〜２０μｍ程度のガラス薄膜を成膜することで、陽極接合に必要な膜厚を確保するとともに、力覚センサ用チップと減衰装置との間に介在してリーク等の電気的な障害、および熱膨張係数の相違に基づく接合部の剥がれ等に起因する不具合を防止することができる。
【００２８】
請求項９に係る発明は、請求項８または請求項９に記載の力覚センサであって、前記力覚センサ用チップは、前記外力が伝達される作用部と、この作用部に隣接する所定の位置に前記歪み抵抗素子が配置された連結部と、前記作用部および前記連結部を支持する支持部と、を有し、前記減衰装置は、前記外力が入力される入力部と、前記力覚センサ用チップを固定する固定部と、前記作用部に前記外力を減衰して伝達する伝達部と、を有し、前記接合部は、前記作用部と前記伝達部、および、前記支持部と前記固定部との間に設けられていることを特徴とする。
【００２９】
かかる構成によれば、作用部と伝達部との接合部、および支持部と固定部との接合部にそれぞれガラス薄膜を介在させることで、リーク等の電気的な障害、および力覚センサ用チップと減衰装置との熱膨張係数の相違に基づく接合部の剥がれ等に起因する不具合を防止することが可能となる。また、作用部と伝達部との接合部にガラス薄膜を介在させることで、ガラス層のたわみの影響を低減して、設計自由度の高い力覚センサを実現することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る力覚センサおよびその製造方法は、第１に、ガラス層を介して力覚センサ用チップと減衰装置とを陽極接合する際の接合劣化を防止することができる。
本発明に係る力覚センサおよびその製造方法は、第２に、バルクのガラス板を用いて陽極接合した場合に生じる上述の不具合を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
まず、本発明の実施形態に係る力覚センサの全体構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る力覚センサの概略構成を説明するための斜視図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は断面をとって内部構造を示した斜視図である。図２は、外力が減衰されて力覚センサ用チップに伝達される様子を模式的に示した断面斜視図である。図３は、力覚センサ用チップの概略構成を説明するための平面図である。
なお、図面上において、説明の便宜上、歪みの程度、接合部の様子等は誇張して表わす場合がある。
【００３２】
本発明に係る力覚センサ１は、図１に示すように、外観において入力部３０が突出した円盤状の形状に構成され（図１（ａ）参照）、伝達された外力Ｆの６軸成分を検出する力覚センサ用チップ２と（図１（ｂ）参照）、力覚センサ用チップ２を固定するとともに外力Ｆを減衰して力覚センサ用チップ２に伝達する減衰装置３と、を備えている。
ここで、本発明に係る力覚センサ１は、外力Ｆを６軸成分について力およびモーメントを検出できる６軸の力覚センサ１を例として説明する。具体的には、力の成分は、直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向について、それぞれＦｘ，Ｆｙ，Ｆｚとする。そして、モーメントの成分は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りについて、それぞれＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚとする。
なお、本実施形態においては、６軸の力覚センサ１を例として説明するが、本発明は特に力覚センサの検出軸数や外力の大きさ等に制限されるものではない。
【００３３】
力覚センサ用チップ２は、平面視で略正方形の形状に構成され（図５を併せて参照）、外力Ｆが伝達される作用部２１と、作用部２１を支持する支持部２２と、作用部２１と支持部２２とを連結する連結部２３と、を備えている。
減衰装置３は、外観が偏平な円盤状の形状に構成され、外力Ｆが入力される入力部３０と、入力部３０に加えられた外力Ｆを減衰して力覚センサ用チップ２の作用部２１に伝達する伝達部３１と、力覚センサ用チップ２を固定する固定部３２と、固定部３２と入力部３０とを連結している円板部３４と、を備えている。そして、円板部３４には、平面視で円弧状の長穴形状に形成された緩衝穴３３が設けられている。
【００３４】
このように、本実施形態では、減衰装置３において、力覚センサ用チップ２の固定部３２と外力Ｆが伝達される伝達部３１とが力覚センサ用チップ２の同じ側（本図上の上側）で接合されている。かかる構成により、力覚センサ１全体の薄型化や組立工程の簡略化、精度向上が実現する。
【００３５】
また、固定部３２と入力部３０とを連結する円板部３４を設けたことで、入力部３０に加えられた外力Ｆは、図２に示すように、主として固定部３２で受け止められて外部へ伝達される。一方、円板部３４に緩衝穴３３を設けたことで、入力部３０が外力Ｆの作用する方向に変形し、外力Ｆは減衰されてその一部が入力部３０から伝達部３１へと伝えられる。
このように、緩衝穴３３の数や形状を適宜調整して減衰装置３を製造することで、力覚センサ用チップ２のチップ耐力を超える大きさの外力Ｆが印加された場合であっても、適宜減衰された力が力覚センサ用チップ２に印加されてバランス良く高精度に外力Ｆの検出ができるようになる。
【００３６】
ここで、力覚センサ用チップ２と減衰装置３とは、減衰装置３側に成膜されたガラス薄膜１０を介して陽極接合により接合されている。具体的には、減衰装置３において、固定部３２および伝達部３１の下面には、蒸着法またはスパッタリング法によりガラス薄膜１０が成膜されており、このガラス薄膜１０と力覚センサ用チップ２の上面との接合部１１，１２は、陽極接合により接合されている。
接合部１１は力覚センサ用チップ２の作用部２１と減衰装置３の伝達部３１との接合部であり、接合部１２は力覚センサ用チップ２の支持部２２と減衰装置３における固定部３２との接合部である。
【００３７】
なお、本実施形態においては、減衰装置３側のガラス薄膜１０は、伝達部３１および固定部３２の下面の全面に形成されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも力覚センサ用チップ２と接合される接合部１１，１２に形成されていれば足りる。
【００３８】
力覚センサ用チップ２には、図３に示すように、外力Ｆ（図１参照）が伝達される作用部２１に隣接する連結部２３の所定の位置に歪み抵抗素子Ｓおよび温度補償用抵抗素子２４等の抵抗素子が配置されている。そして、歪み抵抗素子Ｓおよび温度補償用抵抗素子２４には、抵抗値の測定を行なう図示しない外部機器と接続するための種々の配線２８が信号電極パッド２５およびＧＮＤ電極パッド２６まで接続されている。
【００３９】
続いて、前記のように構成された本発明の実施形態に係る力覚センサ１の製造方法について、主として図４を参照しながら説明する。図４は本発明の実施形態に係る力覚センサの製造方法を説明するための図であり、（ａ）はガラス薄膜を成膜する様子を示す概念図であり、（ｂ）は陽極接合の様子を示す断面図である。
力覚センサ１の製造工程には、力覚センサ用チップ２を製作する工程と、減衰装置３を製作する工程と、力覚センサ用チップ２と減衰装置３を陽極接合する工程と、が含まれている。
力覚センサ用チップ２を製作する工程は、半導体基板（ウェハ）上に活性層を形成して各抵抗素子（歪み抵抗素子Ｓ、温度補償用抵抗素子２４等）を配置する工程と（図３参照）、コンタクトホール（不図示）を形成する工程と、種々の配線２８や各電極の領域２５，２６（図３参照）および貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎ（図５参照）を形成する工程と、ウェハから半導体チップを切り出す工程と、を含んでいる。
半導体基板上に各抵抗素子を形成する工程では、半導体基板（ウェハ）に、歪み抵抗素子Ｓ、温度補償用抵抗素子２４、およびモニタ用抵抗素子２４ａ（図３参照）を所定の位置に形成する。例えば、ｎ型（１００）シリコンである半導体基板に、フォトリソグラフィーにより形成した抵抗素子を形成するためのレジストパターンをマスクとして、Ｐ型不純物であるボロンをイオン注入する。
その後、レジストパターンを除去して、ｐ−ＣＶＤ（プラズマ化学的気相成長法）により、酸化シリコン膜を層間絶縁膜として成長させる。そして、半導体基板を加熱して注入したボロンの活性化処理を行ない、活性層を形成する。
【００４０】
コンタクトホールを形成する工程では、コンタクトホール用のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、コンタクトホール形成部の層間絶縁膜をＢＨＦ（バッファド弗酸）により除去する。そして、レジストパターンを除去し、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウムとシリコンの合金）を半導体基板の表面全体にスパッタリングし、オーミック接合形成のための熱処理を行なって、各種電極と半導体基板とのコンタクト、および活性層のコンタクトが形成される。
【００４１】
種々の配線２８や各電極の領域２５，２６（図３参照）、および貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎ（図５参照）を形成する工程では、ＧＮＤ配線や各電極の領域を形成するためのレジストパターンを形成し、ウェットエッチングにより不要な金属部分を除去し、ｐ−ＣＶＤによりＳｉＮ膜（窒化シリコン膜）をパッシベーション膜として形成する。その後、レジストパターンを用いて、ＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）により、レジストパターンの開口部をエッチング処理で除去して半導体基板に貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎを形成する。
その後、ダイシングして、ウェハから力覚センサ用チップ２を切り出す。
【００４２】
減衰装置３を製作する工程は、一例として、ステンレス鋼材から機械加工ないし放電加工等によって製作し、固定部３２および伝達部３１の下面には、一例として、蒸着法により、ガラス薄膜１０を成膜する工程を含んでいる。
蒸着法は、例えば、図４（ａ）に示すように、減圧下でガラス材料ＧをヒータＴで融点ぐらいまで加熱してガラス材料Ｇを蒸発させ、ガラス薄膜１０を固定部３２および伝達部３１の下面に凝縮して行なう。
【００４３】
本実施形態においては、蒸着法によりガラス薄膜１０を成膜しているが、スパッタリング法により成膜することもできる。スパッタリング法の場合には、例えば、１０〜１０−１Ｐａの低圧ガスに電圧を印加してプラズマ状態にしたイオンをターゲット（ガラス原料）にたたきつけ、ターゲットから飛び出した分子や原子をガラス薄膜１０を形成しようとする箇所に堆積させて成膜する。なお、減衰装置３の材料はステンレス鋼材に限らず、アルミニウムや炭素鋼等他の金属材料を用いてもよい。
【００４４】
減衰装置３と力覚センサ用チップ２とを接合する工程では、図４（ｂ）に示すように、減衰装置３における伝達部３１および固定部３２と力覚センサ用チップ２との接合部１１，１２において、減衰装置３側に負電圧をかけ、力覚センサ用チップ２側に正電圧をかけて、減衰装置３に成膜されたガラス薄膜１０と力覚センサ用チップ２とを陽極接合により接合する。
【００４５】
本実施形態においては、バルクのガラス板ではなく、蒸着法またはスパッタリング法により、予め減衰装置３にガラス薄膜１０を成膜（厚さ０．０５〜２０μｍ）しておき、このガラス薄膜１０を介して力覚センサ用チップ２を陽極接合している。したがって、図１３を用いて説明した従来例のように、２回の接合処理によって減衰装置とガラスとの接合部に逆電圧が印加されることがない。このため、ガラス薄膜１０部の剥離などの逆電圧印加による不具合が回避され、接合強度が維持される。
【００４６】
また、蒸着法またはスパッタリング法によりガラス薄膜１０を成膜（厚さ０．０５〜２０μｍ）することで、バルクのガラス板よりも、はるかに薄くガラス層を形成することができる。このため、外力によるガラス層のたわみを最小限に低減することができるので、ガラス層のたわみの影響を無視することも可能となる。したがって、ガラス層のたわみを考慮して力覚センサ用チップの出力に対して複雑な補正をする必要がなく、力覚センサの設計自由度を犠牲にすることなく比較的簡単なデータ処理で外力検出を高精度に行なうことができる。
【００４７】
なお、ガラス薄膜１０の絶縁機能や接合機能の観点からは、ガラス薄膜１０は厚めに設けた方が望ましく、力覚センサ機能や熱膨張係数差の緩衝機能の観点からは、ガラス薄膜１０は薄めに設けた方が望ましい。そこで、様々な計測データ等を考慮した上で絶縁機能や確実な接合機能、力覚センサ機能および熱膨張差の緩衝機能などの諸機能を同時に実現するように、ガラス薄膜１０の厚みの適正値として０．０５〜２０μｍを決定した。
さらに、バルクのガラスを準備する必要がなく、切削加工等の機械加工を行なう必要がないので、部品点数を削減してコストを低減するとともに、マイクロクラックの発生を防止して、耐荷重性および耐久性、信頼性を向上させることができる。
【００４８】
続いて、力覚センサ用チップの詳細な構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、力覚センサ用チップの詳細を説明するための要部を示す平面図である。
力覚センサ用チップ２において、作用部２１は、力覚センサ用チップ２の中央に設けられ、減衰装置３の伝達部３１がガラス薄膜１０を介して接合されている（図１（ｂ）を併せて参照）。
【００４９】
連結部２３は、図５に示すように、作用部２１と支持部２２とを連結する領域である。また、細長いスリット状の貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎが所定の箇所に形成されている。連結部２３には、両端が支持部２２に結合された梁状の弾性部２３ａ１，２３ｂ１，２３ｃ１，２３ｄ１と、この弾性部２３ａ１，２３ｂ１，２３ｃ１，２３ｄ１の中央付近にＴ字型に結合された橋梁部２３ａ２，２３ｂ２，２３ｃ２，２３ｄ２と、が設けられ、この橋梁部２３ａ２，２３ｂ２，２３ｃ２，２３ｄ２に、歪み抵抗素子Ｓ（Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３，Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３）が配置されている。そして、歪み抵抗素子Ｓおよび貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎに対して所定の位置に、温度による歪み抵抗素子Ｓの歪みを補正する温度補償用抵抗素子２４と、温度補償用抵抗素子２４が正常に機能しているかどうかを監視するためのモニタ用抵抗素子２４ａと、が配置されている。
支持部２２は、力覚センサ用チップ２の周縁部に位置し、連結部２３に形成された直線状の貫通孔Ａ〜Ｄのさらに外側の部分であって、その全部または一部が減衰装置３の固定部３２とガラス薄膜１０を介して接合されている（図１（ｂ）参照）。
【００５０】
歪み抵抗素子Ｓは、図５に示すように、半導体基板２０の表面（上層部）に形成された長方形の形状の活性層（拡散層）であり、図示は省略するが、その長手方向に外力が作用して変形すると抵抗が変化するように構成されている。
歪み抵抗素子Ｓは、作用部２１から等しい距離に設けられた橋梁部２３ａ２，２３ｂ２，２３ｃ２，２３ｄ２にそれぞれ３個ずつグループ化して４箇所に配置されている。具体的には，Ｘ軸方向の橋梁部２３ｂ２，２３ｄ２には、それぞれ歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３が作用部２１を挟んで対象となる位置に配置されている。また、Ｙ軸方向の橋梁部２３ａ２，２３ｃ２には、それぞれ歪み抵抗素子Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３が作用部２１を挟んで対象となる位置に配置されている。
そして、各歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３，Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３は、その長手方向が作用部２１に向かう方向（それぞれＸ軸方向またはＹ軸方向）に沿って配列されている。
【００５１】
貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎは、直線状の貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄと、鉤状に直角に曲がった貫通孔Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎとを組み合わせて構成されている。そして、全体として作用部２１の周りに略正方形の形状となるように、貫通孔Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの直角の部分が正方形の四隅に形成されている。
具体的には、貫通孔Ｋは、歪み抵抗素子Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３と歪み抵抗素子Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３との間に形成されている。貫通孔Ｌは、歪み抵抗素子Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３と歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３との間に形成されている。貫通孔Ｍは、歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３と歪み抵抗素子Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３との間に形成されている。そして、貫通孔Ｎは、歪み抵抗素子Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３と歪み抵抗素子Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３との間に形成されている。一方、直線状の貫通孔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、貫通孔Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの外側に形成されている。このような貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎによって、印加された外力Ｆ（図１参照）に応じた歪みが、歪み抵抗素子Ｓの配置位置において最も顕著に発生し、かつ、温度補償用抵抗素子２４，２４ａの配置位置においては生じないようになっている。
【００５２】
このように、貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎを設けることで、貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎに接する縁部は自由にストレスがなく移動することができるため、作用部２１に外力Ｆ（図１参照）が作用しても、外力Ｆによる引張力や圧縮力が作用しない自由端となっている。
これに対して、橋梁部２３ａ２〜２３ｄ２、特に、歪み抵抗素子Ｓの配置位置や支持部２２と弾性部２３ａ１〜２３ｄ１との接続部においては、引張力や圧縮力が所定の方向に作用する。
【００５３】
なお、本実施形態においては、直線状の貫通孔Ａ〜Ｄと鉤状の貫通孔Ｋ〜Ｎを略正方形の形状になるように形成し、この貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎによって生じる歪みを考慮して歪み抵抗素子Ｓおよび温度補償用抵抗素子２４，２４ａを配置した。しかし、これに限定されるものではなく、検出される軸力およびモーメントを考慮して、例えば、貫通孔Ａ〜Ｄ，Ｋ〜Ｎを円形等他の形状に設けてもよい。
【００５４】
温度補償用抵抗素子２４は、歪み抵抗素子Ｓと同じ抵抗素子であって、それぞれ１２個の歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３，Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３に対応させて、半導体基板２０上の所定の位置に１２個が配置されている。
温度補償用抵抗素子２４は、温度補償対象である歪み抵抗素子Ｓと温度条件が同じであって、印加される外力Ｆによる歪みの影響を受けない場所に配置されている。すなわち、温度補償用抵抗素子２４のそれぞれは、対応する歪み抵抗素子Ｓの近傍であって、自由端となっている貫通孔Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎの内側周縁部の近くに配置されている。
【００５５】
このように、力覚センサ用チップ２は、温度補償用抵抗素子２４を温度条件のみにより抵抗値が変化する位置に配置することで、歪み抵抗素子Ｓの抵抗値の変化から温度変化による抵抗値の変化をキャンセルして、周囲温度の影響を受けない状態で、抵抗値を検出するように構成されている。
具体的には、温度補償用抵抗素子２４と歪み抵抗素子Ｓとでブリッジ回路を構成し、歪み抵抗素子Ｓの温度変化および外力Ｆ（図１）による抵抗値の変化と、温度補償用抵抗素子２４の抵抗値の変化とを比較することで、歪み抵抗素子Ｓにおける外力Ｆによる抵抗値の変化のみを取り出して検出している。
なお、モニタ用抵抗素子２４ａ（歪み抵抗素子）は、応力が生じていないときのゼロ出力状態が常に確認できるように設けられている。
【００５６】
ここで、各歪み抵抗素子Ｓと、各歪み抵抗素子Ｓに対応するそれぞれの温度補償用抵抗素子２４との電気的接続関係について、図６を参照しながら説明する。図６の（ａ）は本発明に係る力覚センサ用チップにおける歪み抵抗素子と温度補償用抵抗素子との電気的接続関係を説明するためのハーフブリッジ回路を示す電気回路図であり、（ｂ）は本発明に係る力覚センサ用チップに外付け抵抗を付加したフルブリッジ回路を示す電気回路図である。通常、フルブリッジ回路を力覚センサ用チップ内に構成するのが一般的であるが、ハーフブリッジ回路に外付け抵抗を付加して全体としてフルブリッジ回路としてもよい。本実施形態は、このような構成を採用したものである。
【００５７】
本発明に係る力覚センサ用チップ２（図３参照）における歪み抵抗素子Ｓと、その歪み抵抗素子Ｓに対応して温度補償を行なう温度補償用抵抗素子２４は、図６（ａ）に示すように、ブリッジ回路の下半分に対応するハーフブリッジ回路ＨＢを構成している。
具体的には、ハーフブリッジ回路ＨＢは、歪み抵抗素子Ｓと温度補償用抵抗素子２４の一端側（本図上の下側）が相互に連結されて、ＧＮＤ電極パッド（図３参照）を介してＧＮＤアース電位に接続されている。そして、歪み抵抗素子Ｓと温度補償用抵抗素子２４の他端側（本図上の上側）は、それぞれ信号電極パッド２５，２５に接続されている。
【００５８】
ハーフブリッジ回路ＨＢに対して、ブリッジ回路の上半分側を接続することでフルブリッジ回路を構成して、歪み抵抗素子Ｓにおける温度変化の影響をキャンセルした抵抗値を取り出すことができる。
具体的には、フルブリッジ回路は、図６（ｂ）に示すように、歪み抵抗素子Ｓおよび温度補償用抵抗素子２４の他端側（本図上の上側）に接続された信号電極パッド２５，２５にそれぞれ外付け抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端側を接続して、外付け抵抗Ｒ１，Ｒ２の他端側は相互に連結して電源電圧ＶＥに接続されて構成されている。
このようなフルブリッジ回路を構成して、歪み抵抗素子Ｓ側の信号電極パッド２５と、温度補償用抵抗素子２４側の信号電極パッド２５との間の出力信号を検出することで、歪み抵抗素子Ｓの抵抗値の変化から温度変化による抵抗値の変化をキャンセルして、歪み抵抗素子Ｓにおける外力Ｆ（図１参照）による抵抗値の変化のみを取り出して検出している。
【００５９】
続いて、本発明の実施形態に係る力覚センサ１の動作について説明する。
本発明の実施形態に係る力覚センサ１に種々の軸成分を含んだ外力Ｆが入力されると、予め設計された割合で外力Ｆが減衰されて減衰後の力が力覚センサ用チップ２に伝達される。種々の軸成分の外力Ｆが入力された場合の減衰装置３の挙動について、図７を参照しながら説明する。図７は外力が加えられた場合の減衰装置の挙動を示す斜視図である。
例えば、図７（ａ）に示すように、Ｘ軸方向の外力Ｆｘが入力部３０に入力された場合には、入力部３０が極めて微小ながらＸ軸方向に移動する。同様にして、Ｚ軸方向の外力Ｆｚが入力された場合には、図７（ｂ）に示すように、入力部３０がＺ軸方向に移動する。そして、Ｙ軸回りのモーメントＭｙが入力された場合には、入力部３０がＹ軸回りに回転し、Ｚ軸回りのモーメントＭｚが入力された場合には入力部３０がＺ軸回りに回転する。なお、他の軸成分についても同様であるので、その説明は省略する。
【００６０】
図８〜図１１を参照しながら、外力Ｆ（Ｆｘ，Ｆｚ，Ｍｙ，Ｍｚ）が印加された際の力覚センサ用チップ２に生じる歪みの状態について説明する。
【００６１】
図８は、外力Ｆｘが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す平面図である。
図８（ａ）に示すように、外力Ｆｘの印加により作用部２１がＸ方向に移動しようとし、これに伴って橋梁部２３ａ２，２３ｃ２においてたわみが顕著に生じる。このとき、図８（ｂ）に示すように、たわみの外側の歪み抵抗素子Ｓｙａ１，Ｓｙｂ３には引張力が作用し、抵抗値が増加する。一方、たわみの内側の歪み抵抗素子Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１には圧縮力が作用し、抵抗値が減少する。歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３は、外力Ｆｘの影響を受けない。
【００６２】
図９は、外力Ｆｚが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す断面図である。
図９（ｂ）に示すように、外力Ｆｚの印加により作用部２１がＺ方向に移動しようとし、これに伴って橋梁部２３ａ２，２３ｂ２，２３ｃ２，２３ｄ２においてたわみが顕著に生じる。このとき、各歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３，Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３は、半導体基板２０の表面（上層部）に形成されているから、すべての歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３，Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３，Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３，Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３に引張力が作用し、抵抗値が増加する。
【００６３】
図１０は、外力Ｍｙが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す断面図である。
図１０（ｂ）に示すように、外力Ｍｙの印加によりＸ軸方向の橋梁部２３ｂ２，２３ｄ２には、それぞれモーメントＭｙによるたわみが生じ、歪み抵抗素子Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３には圧縮力が作用し、抵抗値が減少する。一方、歪み抵抗素子Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３には引張力が作用し、抵抗値が増加する。ただし、Ｙ軸方向の橋梁部２３ａ２，２３ｃ２では、ほとんど引張力も圧縮力も作用せず、抵抗値は変化しない。
【００６４】
図１１は、外力Ｍｚが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す平面図である。
図１１（ｂ）に示すように、外力Ｍｚの印加により各橋梁部２３ａ２，２３ｂ２，２３ｃ２，２３ｄ２には、それぞれモーメントＭｚによるたわみが生じ、たわみの外側に配置された歪み抵抗素子Ｓｙａ３，Ｓｘａ３，Ｓｙｂ３，Ｓｘｂ３には引張力が作用し、抵抗値が増加する。一方、たわみの内側に配置された歪み抵抗素子Ｓｙａ１，Ｓｘａ１，Ｓｙｂ１，Ｓｘｂ１には圧縮力が作用し、抵抗値が減少する。ただし、たわみの中心に位置する歪み抵抗素子Ｓｘａ２，Ｓｘｂ２，Ｓｙａ２，Ｓｙｂ２には、ほとんど引張力も圧縮力も作用しないため、抵抗値は変化しない。
【００６５】
以上、代表的な４つの軸力を例として、概念的に簡略化して外力Ｆに含まれる各成分（力またはモーメント）と歪み抵抗素子Ｓに作用する力との関係を説明した。そして、歪み抵抗素子Ｓに圧縮力または引張力が作用すると抵抗値が減少または増加するため、この抵抗値の変化率（抵抗変化率）をブリッジ回路（図６）により検出している。
この抵抗変化率に基づいて、６軸の力覚センサ１から最終的に出力される信号は、各単一の成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）に対応する演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６である。
【００６６】
すなわち、演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６は、できるだけ他軸干渉の影響を排除して、それぞれ外力に含まれる各成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）に対応させて、抵抗変化率から以下のように定められる。
Ｓｉｇ１＝（（Ｒ′Ｓｙａ１−Ｒ′Ｓｙａ３）＋（Ｒ′Ｓｙｂ３−Ｒ′Ｓｙｂ１））／４
Ｓｉｇ２＝（（Ｒ′Ｓｘａ３−Ｒ′Ｓｘａ１）＋（Ｒ′Ｓｘｂ１−Ｒ′Ｓｘｂ３））／４
Ｓｉｇ３＝（Ｒ′Ｓｘａ２＋Ｒ′Ｓｙａ２＋Ｒ′Ｓｘｂ２＋Ｒ′Ｓｙ２）／４
Ｓｉｇ４＝（Ｒ′Ｓｙａ２−Ｒ′Ｓｙｂ２）／２
Ｓｉｇ５＝（Ｒ′Ｓｂａ２−Ｒ′Ｓｘａ２）／２
Ｓｉｇ６＝（（Ｒ′Ｓｘａ３−Ｒ′Ｓｘａ１）＋（Ｒ′Ｓｙａ３−Ｒ′Ｓｙａ１）
＋（Ｒ′Ｓｘｂ３−Ｒ′Ｓｘｂ１）＋（Ｒ′Ｓｙｂ３−Ｒ′Ｓｙｂ１））／８
ここで、抵抗変化率は、例えば、Ｒ′Ｓｙａ１のように表すが、これはＳｙａ１の抵抗変化率を示すものである。なお、Ｒ′Ｓｘａ１〜Ｒ′Ｓｘａ３，Ｒ′Ｓｘｂ１〜Ｒ′Ｓｘｂ３，Ｒ′Ｓｙａ１〜Ｒ′Ｓｙａ３，Ｒ′Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３は、各歪み抵抗素子の温度補償後の抵抗変化率を表す。
【００６７】
６軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）と演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６との関係について説明する。力覚センサ１の出力信号である演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６に基づいて印加外力Ｆの各成分を算出するためには、予め、単一成分の軸力を力覚センサ用チップ２に印加して、このときの出力信号Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６を求めておく。これによって、６軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）と演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６との関係が把握される。
【００６８】
具体的には、例えば軸力Ｆｘを力覚センサ用チップ２に印加すると、実際上Ｍｙも印加されるが、力覚センサ用チップ２の形状や歪み抵抗素子Ｓ等の配置が４回対称に設けられているため、他軸干渉の影響はできるだけ排除され、Ｓｉｇ１は、ＦｘとＭｙとの一次式として表される。同様にして、Ｆｙを力覚センサ用チップ２に印加すると、Ｓｉｇ２は、ＦｙとＭｘとの一次式として表される。Ｓｉｇ３は、主としてＦｚの一次式で表すことができる（他の軸成分を無視できる程度まで抑えることも可能）。
軸モーメントについても同様に、Ｍｘを力覚センサ用チップ２に印加すると、Ｓｉｇ４は、ＭｘとＦｙとの一次式として表される。また、Ｍｙを力覚センサ用チップ２に印加すると、Ｓｉｇ５は、ＭｙとＦｘとの一次式として表される。Ｓｉｇ６は、Ｍｚの一次式で表すことができる（他の軸成分を無視できる程度まで抑えることが可能）。
なお、この点についての詳細は、本出願人による先の出願に係る特開２００３−２０７４０５号公報（図１３）を参照されたい。
【００６９】
以上のような実験により、演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６は、他軸干渉の影響をできるだけ排除して、６軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）の一次式で表すことができる。この一次式（行列式）から逆行列を求めることで、６軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）を演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６の一次式で表すことができる。このようにして、６軸成分（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚ）は、演算抵抗変化率Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ６から求めることができる（詳細については、特開２００３−２０７４０５号公報の段落００７０参照）。
【００７０】
続いて、本発明の実施形態に係る他の力覚センサ１′について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る他の力覚センサの構成を説明するための断面を表した斜視図である。
以下の説明において、前記した実施形態に係る力覚センサ１と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
本実施形態に係る他の力覚センサ１′は、前記した実施形態に係る力覚センサ１と減衰装置３′の構成が異なる。すなわち、前記した力覚センサ１の減衰装置３は、伝達部３１と固定部３２とが力覚センサ用チップ２の同じ側にあるタイプであるのに対し、本実施形態に係る他の力覚センサ１′は、力覚センサ用チップ２を固定する固定部３２′が本図上で力覚センサ用チップ２の下側と接合され、伝達部３１′は力覚センサ用チップ２の上側で接合されている点が異なる。
このように、減衰装置が力覚センサ用チップを保持する形態は多様であるが、本発明を実施する上では同様に適用することができる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、ガラス薄膜１０を蒸着法またはスパッタリング法で形成しているが、これに限定されるものではなく、イオンプレーティング（ＩＰ）法や気相成長法（ＣＶＤ）等の他の成膜技術を適用することもできる。ガラス薄膜を成膜する技術は、多種多様であり絶えず進歩しているが、力覚センサに求められる感度、耐久性等の性能やコスト、生産量等を考慮して適宜選択される。
【００７３】
本実施形態においては、減衰装置３にガラス薄膜１０を成膜し、ガラス薄膜１０を介して減衰装置３と力覚センサ用チップ２とを接合しているが、これに限定されるものではなく、力覚センサ用チップ２側にガラス薄膜１０を成膜し、このガラス薄膜１０を介して力覚センサ用チップ２と減衰装置３とを陽極接合するようにしてもよい。また、力覚センサ用チップ２の製作過程において、ウェハから半導体チップを切り出す前にウェハ表面の接合部１１，１２にガラス薄膜を成膜しておき、ダイシング後に力覚センサ用チップ２上のガラス薄膜と減衰装置３とを陽極接合するようにしてもよい。
具体的には、力覚センサ用チップ２側に負電圧をかけ、減衰装置３側に正電圧をかけて、力覚センサ用チップ２に成膜されたガラス薄膜と減衰装置３とを陽極接合により接合する。
なお、力覚センサ用チップ２側にガラス薄膜を形成する場合においても、減衰装置３に形成する場合と同様に、蒸着法やスパッタリング法、その他の薄膜形成手法により、適宜ガラス薄膜を成膜することができる。
【００７４】
本実施形態においては、力覚センサ用チップ２において、中央部に作用部２１を設け、作用部２１の外側に連結部２３および支持部２２を設けているが、これに限定されるものではなく、中央部に支持部２２を設け、その外側に連結部２３を設け、さらにその外側に作用部２１を設ける構成とすることもできる。要するに、連結部２３は、作用部２１に隣接する位置で連結部２３に配置された歪み抵抗素子Ｓで作用部２１に伝達された外力Ｆを検出でき、支持部２２で連結部２３および作用部２１を支持できるような構成であればよい。
また、本実施形態においては、力覚センサ用チップ２を略正方形としているが、これに限定されるものではなく、矩形としてもよいし、円形としてもよい。また、減衰装置３も立方体や直方体の形状とすることもできる。本発明は、力覚センサ用チップ２の形状や減衰装置３の形状、およびこれらの組合せに関して、多様な形態を採用することができる。
【００７５】
本実施形態においては、歪み抵抗素子Ｓおよび温度補償用抵抗素子２４はそれぞれ１２個としたが、これに限定されるものではなく、チップの形状等によっては他の数であってもよい。また、歪み抵抗素子Ｓや温度補償用抵抗素子２４の配置場所は、本実施例と異なる位置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る力覚センサの概略構成を説明するための斜視図であり、（ａ）は外観を示す斜視図、（ｂ）は断面をとって内部構造を示した斜視図である。
【図２】外力が減衰されて力覚センサ用チップに伝達される様子を模式的に示した断面斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る力覚センサ用チップの概略構成を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る力覚センサの製造方法を説明するための図であり、（ａ）はガラス薄膜を成膜する構成を示す概念図であり、（ｂ）は陽極接合の様子を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る力覚センサ用チップの詳細を説明するための要部を示す平面図である。
【図６】（図６を追加）  （ａ）は本発明に係る力覚センサ用チップにおける歪み抵抗素子と温度補償用抵抗素子との電気的接続関係を説明するためのハーフブリッジ回路を示す電気回路図であり、（ｂ）は本発明に係る力覚センサ用チップに外付け抵抗を付加したフルブリッジ回路を示す電気回路図である。
【図７】外力が加えられた場合の減衰装置の挙動を示す斜視図である。
【図８】Ｘ軸方向の外力Ｆｘが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す平面図である。
【図９】Ｚ軸方向の外力Ｆｚが作用部に伝達された場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す断面図である。
【図１０】Ｙ軸回りのモーメントＭｙが作用する場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す断面図である。
【図１１】Ｚ軸回りのモーメントＭｚが作用する場合の歪み抵抗素子の変形の様子を説明するための模式図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は歪み抵抗素子の変形の様子を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る他の力覚センサの構成を説明するための断面を表した斜視図である。
【図１３】従来の陽極接合の手順を示す模式図であり、（ａ）はガラス板と減衰装置とを接合し、（ｂ）はガラス板が接合された減衰装置と力覚センサ用チップとを接合する様子を示す。
【符号の説明】
【００７７】
１，１′    力覚センサ
２，２′    力覚センサ用チップ
３，３′    減衰装置
１０    ガラス薄膜
１１，１２    接合部
２１    作用部
２２    支持部
２３    連結部
３０    入力部
３１    伝達部
３２    固定部
３３    緩衝溝
Ｓｘａ１〜Ｓｘａ３    歪み抵抗素子
Ｓｘｂ１〜Ｓｘｂ３    歪み抵抗素子
Ｓｙａ１〜Ｓｙａ３    歪み抵抗素子
Ｓｙｂ１〜Ｓｙｂ３    歪み抵抗素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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