JP3831047B2 - Micromanipulator and manufacturing method thereof - Google Patents

Micromanipulator and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP3831047B2
JP3831047B2 JP03802497A JP3802497A JP3831047B2 JP 3831047 B2 JP3831047 B2 JP 3831047B2 JP 03802497 A JP03802497 A JP 03802497A JP 3802497 A JP3802497 A JP 3802497A JP 3831047 B2 JP3831047 B2 JP 3831047B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
strain gauge
diffusion
temperature
micromanipulator
diffusion strain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP03802497A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10230487A (en
Inventor
貢一 糸魚川
仁 岩田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Rika Co Ltd
Original Assignee
Tokai Rika Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Rika Co Ltd filed Critical Tokai Rika Co Ltd
Priority to JP03802497A priority Critical patent/JP3831047B2/en
Publication of JPH10230487A publication Critical patent/JPH10230487A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3831047B2 publication Critical patent/JP3831047B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は微小な対象物のハンドリングが可能なマイクロマニピュレータ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、図13に示すように、マイクロマシンの組み立て等に使用されるマイクロマニピュレータ51は、微小な対象物Wを挟持し、目的の場所にハンドリングするようになっている。また、マイクロマニピュレータ51には、その力を検知するためにバルクの歪ゲージ52が取着されている。歪ゲージ52は、マイクロマニピュレータ51の一方(又は両方)に固着され、そのマニピュレータ51の撓みに応じた電気信号を検出信号として出力する。この歪ゲージから出力される検出信号に基づいて、マニピュレータ51の力(挟持力)を検知することができるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、バルクの歪ゲージ52は、固着する位置によっては検出感度が異なる(検出信号の電圧が異なる)ので、先端から固着する場所までの位置精度が必要となる。しかしながら、歪ゲージ52を精度良く固着することは難しく、マニピュレータ51毎に検出感度のばらつきが生じるので、マニピュレータ51毎に検出感度を補正する必要があり面倒である。
【0004】
また、微小な対象物Wを挟持しようとする場合等においては、マニピュレータ51の先端部分における撓みを検出する必要がある。しかしながら、歪ゲージ52を小型化するには限界があるので、先端部に固着することができないという問題があった。
【0005】
そこで、本発明者は、上記の問題を解決するために図12に示すように拡散歪ゲージ55をマイクロマニピュレータ54に作りこみすることを提案している。しかしながら、マニピュレータ54の先端部のハンドリング部56と、前記拡散歪ゲージ55を設けたセンサ部57とが互いに異なった環境に配置された場合、例えば、図11に示すようにハンドリング部56を水58の中に、センサ部57を大気中に配置するような場合、次のような問題が生じた。すなわち、水と、空気との温度がそれぞれ異なっている場合、それぞれの部位の熱伝導率の違いから、センサ部57である拡散歪ゲージ55からの出力が温度ドリフトする問題が合った。
【0006】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ハンドリング部の温度変化の影響をなくして拡散歪ゲージの温度ドリフトの影響をなくすことができ、センサ出力の変動が起きないようにしたマイクロマニピュレータ及びそのマイクロマニピュレータの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項1に記載の発明は、微小な対象物をハンドリングするためのハンドリング部を備えたマイクロマニピュレータであって、前記対象物を把持する一対の指部材と、前記一対の指部材のうちの少なくとも一方に形成され、前記対象物を把持する力を検知するための拡散歪ゲージと、前記拡散歪ゲージ近傍に拡散歪ゲージの周囲温度を調整する温度調整手段とを一体に備えたマイクロマニピュレータをその要旨としている。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、拡散歪ゲージの近傍に設けられ、拡散歪ゲージの周囲温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段を制御し、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールする温度制御手段とを備えたマイクロマニピュレータをその要旨としている。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のマイクロマニピュレータにおいて、前記温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられたことをその要旨としている。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1乃至3のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、ハンドリング部よりも基端側には薄肉部を形成し、同薄肉部に温度調整手段を形成したことをその要旨としている。
【0011】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、前記指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成されていることをその要旨としている。
【0012】
請求項6の発明は、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜を形成する工程と、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓を形成し、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗を形成する工程とを備えたことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法をその要旨としている。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、微小な対象物をハンドリングするためのハンドリング部を備えたマイクロマニピュレータは、拡散歪ゲージ近傍に設けた温度調整手段により、拡散歪ゲージ周囲温度が調整される。そして、この温度調整手段による周囲温度の調整によって、拡散歪ゲージからなるセンサ部の出力の温度ドリフトが防止される。又、拡散歪みゲージは、指部材に対して一体に形成されているため、指部材に取着する必要がなくなり、その設けられた位置は指部材の先端の位置から一定の位置となって、精度良く形成され、拡散歪みゲージの検出信号のばらつきが防止される。
【0013】
請求項2の発明によれば、請求項1の作用に加えて、温度検出手段は、拡散歪ゲージの周囲温度を検出し、制御手段は、温度検出手段からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段を制御し、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールする。
【0014】
請求項3の発明によれば、請求項1又は2の作用に加えて、温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられているため、ハンドリング部側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、温度調整手段の温度調整により、軽減される。
【0015】
請求項4の発明によれば、請求項1乃至4のうちいずれかの作用に加えて、薄肉部は、熱容量が少ないため、温度調整手段による拡散歪ゲージの周囲の温度調整を早めに行うことができる。
【0016】
請求項5の発明によれば、請求項1乃至4の内いずれかの作用に加えて、指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成される。
【0017】
請求項6の発明によれば、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜が形成され、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓が形成される。そして、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗が形成される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図1〜図10に従って説明する。
図2に示すように、マイクロマニピュレータ(以下、単にマニピュレータという)11には、一対のアームA1,A2が設けられている。アームA1,A2にはそれぞれ支持部材12,13が設けられている。支持部材12,13は、図示しないアクチュエータによって微小(数ミクロン〜数十ミクロン程度)な対象物Wを挟む方向(図2の矢印方向)に駆動操作されるようになっている。支持部材12,13の先端には、対象物Wを把持する指部材14,15がそれぞれ取着されている。
【0019】
指部材14,15は、面方位(100)の単結晶シリコンよりなり、それぞれ同一で対象物Wに対して対称の薄板状に形成されている。指部材14は支持部材12を構成する部材12a,12b間に挟み込まれて取着固定され、指部材15は支持部材13を構成する部材13a,13b間に挟み込まれて取着固定されている。
【0020】
両指部材14,15は、例えば機械的加工(ダイシング)によって短冊状でその先端が斜めにカットされてそれぞれハンドリング部16,17が形成されている。ハンドリング部16,17は、平面上に置かれた対象物Wを挟持するハンドリング領域を拡大するために形成されている。即ち、マニピュレータ11は、ハンドリング部16,17の傾きに対応して斜めに支持され、対象物Wを挟持するようになっている。
【0021】
図1(a)に示すように、一方の指部材14の側面14aには、その先端から所定位置に拡散歪ゲージ18が形成されている。拡散歪ゲージ18は、配線パターン19を介してパッド20に接続され、そのパッド20は、図示しない配線を介してマイクロマニピュレータ11を駆動制御する駆動装置に接続されている。
【0022】
また、図1(b)に示すように、一方の指部材14には、その外側面14b側から異方性エッチング等の方法によって、面方位(100)に対応する角度で凹設(エッチング)されて薄肉部21が形成されている。薄肉部21は、マニピュレータ11を駆動操作して対象物Wを挟んだ場合に指部材14が薄肉部21から撓んで、マニピュレータ11の力を検知し易くするために形成されている。
【0023】
さらに、前記指部材14の側面14aには、薄肉部21において、拡散歪ゲージ18よりも先端寄りの所定位置に温度調整手段としての第1の拡散抵抗22が形成されている。同第1の拡散抵抗22は、配線パターン23を介してパッド24に接続され、そのパッド24は、図3に示すように配線を介して制御手段としての温度コントローラ25に接続されている。前記温度コントローラ25は、電子制御装置から構成されており、図示はしないが中央処理装置(CPU)、所定の制御プログラム等を予め記憶した読み出し専用メモリ(ROM)(図示しない)、CPUの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)等を備えている。
【0024】
又、前記指部材14の側面14aには、薄肉部21において、拡散歪ゲージ18と第1の拡散抵抗22との間には、温度検出手段としての第2の拡散抵抗26が形成されている。同第2の拡散抵抗26は、配線パターン27を介してパッド28に接続され、そのパッド28は、図3に示すように配線を介して温度コントローラ25に接続されている。前記第2の拡散抵抗26は、拡散歪ゲージ18の周囲温度に応じた電気信号(電圧)を温度検出信号として温度コントローラ25に入力する。
【0025】
前記拡散歪ゲージ18は、マニピュレータ11の力によって指部材14と共に撓み、その撓みの応力に応じた電気信号を検出信号として出力する。そして、指部材14、拡散歪ゲージ18、及び、薄肉部21によって、マニピュレータ11の力を検知する力センサ(センサ部)が構成されている。図3は、各拡散歪ゲージ18にて結線して構成された等価回路を示しており、図に示すようにブリッジ回路が構成されている。なお、図中、R0 は各拡散ブリッジ18の抵抗である。即ち、指部材14,15は、対象物Wを把持するとともに、力センサによって対象物Wを把持する力を検知することが可能な構成となっている。
【0026】
拡散歪ゲージ18は、指部材14がマニピュレータ11の操作によって撓む場合に、その撓みの最も大きい位置に形成されている。従って、拡散歪ゲージ18は、マニピュレータ11の力を最も良く検出し、その力に応じた電気信号を検出信号として出力する。また、拡散歪ゲージ18は方位<110>に形成されている。この方位<110>に形成された拡散歪ゲージ18は、出力する電気信号がの電圧が最も大きくなる。従って、拡散歪ゲージ18は、指部材14の撓みの応力、即ち、マニピュレータ11の力の検出感度が最も大きくなる。
【0027】
指部材14を製造する場合、先ず、面方位(100)のシリコンウェハ(図示せず)を用意する。そのシリコンウェハの表面側には拡散歪ゲージ18を形成し、裏面側からエッチングによって薄肉部21を形成する。次に、拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成したシリコンウェハを短冊状に機械的加工(ダイシング)して指部材14が形成される。
【0028】
従って、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52と異なり指部材14に取着する必要がない。また、拡散歪ゲージ18の位置は、指部材14の先端から一定の位置となり、精度良く形成することができる。従って、拡散歪ゲージ18から出力される検出信号は、各指部材14毎のばらつきがなくなる。
【0029】
また、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52に比べて小さく形成することができるので、指部材14の先端付近に形成することができる。また、指部材14には、薄肉部21を形成し、その指部材14の撓みによって拡散歪ゲージ18が撓むようにした。その結果、従来のバルクの歪ゲージ52を用いたマニピュレータ51に比べて、その力の検出感度が高くなる。
【0030】
平面上に置かれた対象物Wをハンドリングする場合、ハンドリング部16,17を平面と略平行となるようにマニピュレータ11を斜めに支持することによって、ハンドリング部24,25のどの部分でも対象物Wをハンドリングすることができる。従って、本実施の形態のマニピュレータ11は、対象物Wをハンドリングする領域、所謂ハンドリング面積が広くなる。
【0031】
次に、上記の指部材14の製造工程を図4〜図10に従って説明する。尚、図4〜図10は、製造工程を判りやすくするために、指部材14の寸法を適宜変更してある。
【0032】
先ず、図4に示すように、N型単結晶シリコンよりなるシリコン基板31の上面に酸化膜(SiO2 膜)32を形成する。そして、図5に示すように、酸化膜32の所定領域にフォトリソグラフィによって拡散歪ゲージ18に対応する大きさの窓32a、第1の拡散抵抗22に対応する大きさの窓32b、及び第2の拡散抵抗26に対応する大きさの窓32cを形成する。その窓32a,32b,32cからイオン注入等によってシリコン基板31にほう素を打ち込み、更にそのほう素を熱拡散させる。この結果、図5に示すように、後に指部材14の側面14aとなる面に拡散歪ゲージ18、第1の拡散抵抗22及び第2の拡散抵抗26が形成される。
【0033】
次に、図6に示すように、シリコン基板31を酸化させて拡散歪ゲージ18の上面に酸化膜33を形成する。又、同時に第1及び第2の拡散抵抗22,26の上面にも酸化膜33を形成する。
【0034】
次に、図7に示すように、拡散歪ゲージ18上の酸化膜33にコンタクトのための窓33aを所定位置に形成する。又、第1の拡散抵抗22、及び第2の拡散抵抗26の上面にもコンタクトのための窓33b,33cを形成する。なお、図7においては、第1の拡散抵抗22、及び第2の拡散抵抗26のコンタクトのための窓33b,33cは、拡散歪ゲージ18のコンタクトのための窓33aと異なり、1つしか図示していないが、第1の拡散抵抗22及び第2の拡散抵抗26は図面において、紙面垂直方向に延びて形成されているため、他の1つの窓33b,33cは図に示されていない部分に設けられる。
【0035】
次に、図8に示すように、シリコン基板31の上面にアルミニウム(Al)をスパッタリングや真空蒸着等により堆積させた後、フォトリソグラフィを行うことで、拡散歪ゲージ18に接続された配線パターン19及びパッド20(図8では図示せず)を形成する。この時、同時に第1の拡散抵抗22、第2の拡散抵抗26にそれぞれ接続された配線パターン23,27及びパッド24,28(図8では図示せず)を形成する。
【0036】
次いで、図9に示すように、CVD等によってSiNやSi3N4 等を堆積させることにより、シリコン基板31の上面にパッシベーション膜35を形成し、配線パターン19, 23,27等を被覆する。
【0037】
次に、図10に示すように、シリコン基板31の裏面に酸化膜37を形成し、フォトリソグラフィによって酸化膜37に窓37aを形成する。その窓37aから異方性エッチングによってシリコン基板31を裏面からエッチングすることによって、薄肉部21を形成する。
【0038】
上記のように製造されて構成されたマニピュレータ11の使用法を説明する。まず、未使用の状態で、拡散歪ゲージ18が温度ドリフトが抑制される温度となるように温度コントローラ25にて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させる。又、温度コントローラ25は、第2の拡散抵抗26に電流を流し、拡散歪ゲージ18の周囲温度に対応する第2の拡散抵抗26の両端電圧を検出信号として入力する。この入力した検出信号に基づいて、拡散歪ゲージ18の周囲温度が所定温度Tとなるように、すなわち安定するように第1の拡散抵抗22に供給する駆動電流を調整する。
【0039】
そして、この拡散歪ゲージ18の周囲温度が所定温度Tのときの拡散歪ゲージ18の出力信号を基準とすることによって、キャリブレーションを行う。
次に、使用時において、指部材14,15のハンドリング部16,17と拡散歪ゲージ18との使用温度雰囲気が異なる空間に配置する。
【0040】
例えば、ハンドリング部16,17が温度の低い水、又は溶液内にあり、拡散歪ゲージ18が温度の高い空気中にある場合、拡散歪ゲージ18の周囲温度が低下方向に変化しようとするが、温度コントローラ25は、前記周囲温度に対応した第2の拡散抵抗26の両端電圧信号(検出信号)に基づいて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させることにより、周囲温度を所定温度Tになるようにする。
【0041】
この結果、拡散歪ゲージ18の周囲温度は所定温度Tに維持することができ、拡散歪ゲージ18の温度ドリフトはなくなり、安定した精度の高い出力信号を得る。
【0042】
上記したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
(1) マニピュレータ11を構成する支持部材12の薄肉部21に対して、拡散歪ゲージ18、第1の拡散抵抗22、温度検出手段としての第2の拡散抵抗26を形成した。
【0043】
そして、ハンドリング部16,17が温度の低い空間域(水、又は溶液等)内にあり、拡散歪ゲージ18が温度の高い空間域(例えば空気)中にある場合、温度コントローラ25は、前記周囲温度が低下方向に変化しても、第2の拡散抵抗26の両端電圧信号(検出信号)に基づいて、第1の拡散抵抗22に駆動電流を流して、発熱させることにより、周囲温度を所定温度Tになるように制御した。
【0044】
この結果、拡散歪ゲージ18の周囲温度は所定温度Tに維持することができ、拡散歪ゲージ18の温度ドリフトはなくなり、安定した精度の高い出力信号を得ることができる。
【0045】
なお、センサ部の等価回路は図3に示すようにブリッジ回路を構成しており、この出力ΔV(t)は、下式に示すように温度の関数である。
ΔV(t)=R0 ・K0 {1+(α+β)t}εI
なお、R0 は、拡散歪ゲージ18の抵抗値、K0 はゲージ率、αは抵抗温度係数、βはゲージ率温度係数、tは温度、εはひずみ量、Iは電流値である。
【0046】
従って、上記のように温度コントローラ25の制御により第1の拡散抵抗22の発熱をコントロールすることにより拡散歪ゲージ18の周囲温度を所定温度に維持でき、この結果、センサ部は安定した出力を得ることができる。
【0047】
(2) 第1の拡散抵抗22は、指部材14の先端側に設けられたハンドリング部16と拡散歪ゲージ18との間に設けられているため、ハンドリング部16側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、第1の拡散抵抗22の発熱による温度調整により、軽減することができる。
【0048】
(3) 薄肉部21は、熱容量が少ないため、第1の拡散抵抗22による拡散歪ゲージ18の周囲温度の調整を早めに行うことができる。
(4) マニピュレータ11を構成する支持部材12,13の先端に、拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成した単結晶シリコンよりなる指部材14を取着した。マニピュレータ11によって対象物Wを挟んだ時に、指部材14は、薄肉部21の部分で撓み、その撓みによる応力を拡散歪ゲージ18が検知して撓みに応じた電気信号を検出信号として出力するようにした。
【0049】
その結果、拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52のように指部材14に取着する必要がない。また、拡散歪ゲージ18の位置は、指部材14の先端から一定の位置となり、精度良く形成することができ、各指部材14毎の検出信号のばらつきを防ぐことができる。
【0050】
(5) 拡散歪ゲージ18は、従来のバルクの歪ゲージ52に比べて小さく形成することができるので、指部材14の先端付近に形成することができる。また、指部材14には、薄肉部21を形成し、その指部材14の撓みによって拡散歪ゲージ18が撓むようにした。その結果、従来のバルクの歪ゲージ52を用いたマニピュレータ51に比べて、その力の検出感度を高めることができる。
【0051】
(6) 指部材14,15の先端を斜めに成形してハンドリング部16,17を形成した。その結果、マニピュレータ11のハンドリング面積が広くなり、平面上に置かれた対象物Wをハンドリング部16,17のどの場所でも挟み込むことができるので、微小な対象物Wを容易にハンドリングすることができる。
【0052】
尚、本発明は以下のように変更してもよく、その場合にも同様の作用及び効果が得られる。
(1) 前記実施の形態では、薄肉部21を形成したが、薄肉部21を形成しないマニピューレータに具体化してもよい。
【0053】
(2) 上記実施の形態では、ダイシングにより指部材14,15の外形形状を成形したが、異方性エッチング又は等方性エッチングにより外形形状を成形するようにしてもよい。
【0054】
(3) 上記実施の形態において、面方位(100)のシリコン基板を用いて指部材14を形成したが、面方位(110)のシリコン基板を用いることにより、薄肉部21を形成する際に、側面から垂直にエッチングすることができる。尚、面方位(110)のシリコン基板を用いた場合、歪ゲージ18を方位<111>に沿って形成した場合に、同じ歪み量に対する出力電圧が最も大きくなる。
(4) 上記実施の形態では、指部材14,15を単結晶シリコンにより形成し、一方の指部材14に拡散歪ゲージ18及び薄肉部21を形成してマニピュレータ11の力を検知するようにしたが、他方の指部材15にも同様に拡散歪ゲージ18、第1及び第2の拡散抵抗22,26を形成し、一対の指部材14,15の双方でマニピュレータ11の力を検知するようにしてもよい。
【0055】
(5) 上記実施の形態では、一対の指部材14,15の双方を単結晶シリコンにより形成したが、薄肉部21及び拡散歪ゲージ18を形成しない側の指部材15をステンレス等の金属により形成してもよい。
【0056】
以上、この発明の各実施の形態について説明したが、各実施の形態から把握できる請求項以外の技術思想について、以下にそれらの効果とともに記載する。
(イ) 請求項1乃至5に記載のいずれかのマイクロマニピュレータにおいて、前記指部材((14)には薄肉部(21)が形成され、拡散歪ゲージ(18)はその薄肉部(21)の表面に形成されたマイクロマニピュレータ。この構成によれば、薄肉部によって指部材が撓みやすく、把持する力の検出感度を高めることが可能となる。
【0057】
(ロ) 請求項6に記載のマイクロマニピュレータの製造方法に加えて、更に、単結晶シリコン基板(31)の裏面からエッチングして薄肉部(21)を形成する工程を備えたマイクロマニピュレータの製造方法。この構成よれば、薄肉部によって指部材が撓みやすく、把持する力の検出感度を高めることができるマイクロマニピュレータを容易に製造することが可能となる。
【0058】
(ハ) 請求項6又は、上記(ロ)の製造方法において、温度調整手段となる拡散抵抗に加えて、温度検出手段となる拡散抵抗を拡散歪ゲージとともに酸化膜の窓から不純物を添加することによって形成する工程を含むことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法。この構成によれば、拡散歪ゲージ、温度調整手段、及び温度検出手段が同時に形成できる。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に記載の発明によれば、拡散歪ゲージ近傍に設けた温度調整手段により、拡散歪ゲージ周囲温度が調整できるため、拡散歪ゲージからなるセンサ部の出力の温度ドリフトが防止できる。
又、請求項1に記載の発明によれば、拡散歪みゲージは、指部材に対して一体に形成されているため、指部材に取着する必要がないとともに、その設けられた位置は指部材の先端の位置から一定の位置となって、精度良く形成することができ、拡散歪みゲージの検出信号のばらつきを防ぐことができる。
【0060】
請求項2の発明によれば、請求項1の効果に加えて、拡散歪ゲージの周囲温度を所定温度にコントロールすることができる。
請求項3の発明によれば、請求項1又は2の効果に加えて、温度調整手段は、指部材の先端側に設けられたハンドリング部と拡散歪ゲージとの間に設けられているため、ハンドリング部側が、例えば温度が低い液体中に入った場合、その熱影響は、温度調整手段の温度調整により、軽減できる。
【0061】
請求項4の発明によれば、請求項1乃至4のうちいずれかの効果に加えて、薄肉部は、熱容量が少ないため、温度調整手段による拡散歪ゲージの周囲の温度調整を早めに行うことができる。
【0062】
請求項5の発明によれば、請求項1乃至4の内いずれかの効果に加えて、指部材は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段は、拡散抵抗にて形成できる。
【0063】
請求項6の発明によれば、指部材となる単結晶シリコン基板の表面側に酸化膜が形成され、前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜の所定領域に複数の窓が形成され、その窓から不純物を添加することによって拡散歪ゲージと、温度調整手段となる拡散抵抗が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a) は一実施の形態のマニピュレータの平面図、(b) は側面図。
【図2】 一実施の形態のマニピュレータを示す斜視図。
【図3】 センサ部の電気回路図。
【図4】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図5】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図6】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図7】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図8】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図9】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図10】 マニピュレータの製造工程を示す断面図。
【図11】 マイクロマニピュレータの使用状態の説明図。
【図12】 (a)はマイクマニュピレータの側面図、(b)は平面図。
【図13】 従来のマイクロマニピュレータを示す斜視図。
【符号の説明】
14,15…指部材、18…拡散歪ゲージ、16,17…ハンドリング部、
21…薄肉部、22…温度調整手段としての第1の拡散抵抗、25…制御手段としての温度コントローラ、26…温度検出手段としての第2の拡散抵抗、W…対象物。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a micromanipulator capable of handling a minute object and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 13, a micromanipulator 51 used for assembling a micromachine or the like sandwiches a minute object W and handles it at a target location. Further, a bulk strain gauge 52 is attached to the micromanipulator 51 in order to detect the force. The strain gauge 52 is fixed to one (or both) of the micromanipulator 51 and outputs an electrical signal corresponding to the deflection of the manipulator 51 as a detection signal. Based on the detection signal output from the strain gauge, the force (clamping force) of the manipulator 51 can be detected.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the bulk strain gauge 52 has different detection sensitivities (different detection signal voltages) depending on the position where the bulk strain gauge 52 is fixed. Therefore, positional accuracy from the tip to the position where it is fixed is required. However, it is difficult to fix the strain gauge 52 with high accuracy, and variations in detection sensitivity occur between the manipulators 51. Therefore, it is necessary to correct the detection sensitivity for each manipulator 51, which is troublesome.
[0004]
Further, when a minute object W is to be sandwiched, it is necessary to detect bending at the tip portion of the manipulator 51. However, since there is a limit to downsizing the strain gauge 52, there is a problem that it cannot be fixed to the tip.
[0005]
Accordingly, the present inventor has proposed that a diffusion strain gauge 55 be built in the micromanipulator 54 as shown in FIG. However, when the handling part 56 at the tip of the manipulator 54 and the sensor part 57 provided with the diffusion strain gauge 55 are arranged in different environments, for example, as shown in FIG. In the case where the sensor unit 57 is disposed in the atmosphere, the following problems occur. That is, when the temperatures of water and air are different from each other, there is a problem that the output from the diffusion strain gauge 55 that is the sensor unit 57 is temperature drifted due to the difference in thermal conductivity of each part.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to eliminate the influence of temperature drift of the handling section, to eliminate the influence of temperature drift of the diffusion strain gauge, and to change the sensor output. It is an object of the present invention to provide a micromanipulator that prevents the occurrence of the micromanipulator and a method for manufacturing the micromanipulator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a micromanipulator including a handling unit for handling a minute object, and a pair of finger members for gripping the object, A diffusion strain gauge formed on at least one of a pair of finger members for detecting a force for gripping the object; and a temperature adjusting means for adjusting an ambient temperature of the diffusion strain gauge in the vicinity of the diffusion strain gauge. The gist of the micromanipulator is a single unit .
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a temperature detection unit that is provided in the vicinity of the diffusion strain gauge and detects an ambient temperature of the diffusion strain gauge, and the temperature adjustment based on a temperature detection signal from the temperature detection unit The gist of the present invention is a micromanipulator provided with temperature control means for controlling the means and controlling the ambient temperature of the diffusion strain gauge to a predetermined temperature.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the micromanipulator according to the first or second aspect, the temperature adjusting means is provided between a handling portion provided on a distal end side of a finger member and a diffusion strain gauge. It is a summary.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the micromanipulator according to any one of the first to third aspects, a thin-walled portion is formed on the base end side of the handling portion, and a temperature adjusting means is formed on the thin-walled portion. This is the gist.
[0011]
A fifth aspect of the present invention is the micromanipulator according to any one of the first to fourth aspects, wherein the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means is formed of a diffusion resistor. Is the gist.
[0012]
The invention of claim 6 includes a step of forming an oxide film on the surface side of a single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of predetermined regions of the oxide film on a side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. The gist of the present invention is a method of manufacturing a micromanipulator comprising a diffusion strain gauge and a step of forming a diffusion resistance serving as a temperature adjusting means by forming impurities and adding impurities from the window. .
(Function)
According to the first aspect of the present invention, the ambient temperature of the diffusion strain gauge is adjusted by the temperature adjusting means provided in the vicinity of the diffusion strain gauge in the micromanipulator including the handling unit for handling a minute object. . And the temperature drift of the output of the sensor part which consists of a diffusion strain gauge is prevented by adjustment of ambient temperature by this temperature adjustment means. In addition, since the diffusion strain gauge is formed integrally with the finger member, it is not necessary to attach to the finger member, and the provided position is a constant position from the position of the tip of the finger member. It is formed with high accuracy, and variation in the detection signal of the diffusion strain gauge is prevented.
[0013]
According to the invention of claim 2, in addition to the operation of claim 1, the temperature detecting means detects the ambient temperature of the diffusion strain gauge, and the control means is configured to detect the temperature based on the temperature detection signal from the temperature detecting means. The adjusting means is controlled to control the ambient temperature of the diffusion strain gauge to a predetermined temperature.
[0014]
According to the invention of claim 3, in addition to the operation of claim 1 or 2, since the temperature adjusting means is provided between the handling portion provided on the tip side of the finger member and the diffusion strain gauge, When the handling unit side enters, for example, a liquid having a low temperature, the thermal effect is reduced by adjusting the temperature of the temperature adjusting means.
[0015]
According to the invention of claim 4, in addition to the action of any one of claims 1 to 4, since the thin portion has a small heat capacity, the temperature adjustment around the diffusion strain gauge by the temperature adjusting means is performed early. Can do.
[0016]
According to the invention of claim 5, in addition to the operation of any one of claims 1 to 4, the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means is formed of a diffusion resistor.
[0017]
According to the invention of claim 6, an oxide film is formed on the surface side of the single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of regions are provided in a predetermined region of the oxide film on the side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. Windows are formed. Then, by adding impurities from the window, a diffusion strain gauge and a diffusion resistance serving as a temperature adjusting means are formed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, a micromanipulator (hereinafter simply referred to as a manipulator) 11 is provided with a pair of arms A1 and A2. Support members 12 and 13 are provided on the arms A1 and A2, respectively. The support members 12 and 13 are driven and operated by a not-shown actuator in a direction (a direction indicated by an arrow in FIG. 2) in which a minute (about several microns to several tens of microns) object W is sandwiched. Finger members 14 and 15 that hold the object W are attached to the tips of the support members 12 and 13, respectively.
[0019]
The finger members 14 and 15 are made of single crystal silicon having a plane orientation (100), and are formed in the same thin plate shape that is the same as the object W. The finger member 14 is sandwiched and fixed between members 12 a and 12 b constituting the support member 12, and the finger member 15 is sandwiched and fixed between members 13 a and 13 b constituting the support member 13.
[0020]
Both the finger members 14 and 15 are strip-shaped by, for example, mechanical processing (dicing), and the tips thereof are cut obliquely to form handling portions 16 and 17, respectively. The handling parts 16 and 17 are formed in order to enlarge the handling area which clamps the target object W placed on the plane. That is, the manipulator 11 is supported at an angle corresponding to the inclination of the handling parts 16 and 17 so as to sandwich the object W.
[0021]
As shown in FIG. 1A, a diffusion strain gauge 18 is formed on a side surface 14a of one finger member 14 at a predetermined position from the tip. The diffusion strain gauge 18 is connected to a pad 20 via a wiring pattern 19, and the pad 20 is connected to a driving device that drives and controls the micromanipulator 11 via a wiring (not shown).
[0022]
Also, as shown in FIG. 1B, the one finger member 14 is recessed (etched) at an angle corresponding to the plane orientation (100) from the outer surface 14b side by a method such as anisotropic etching. As a result, a thin portion 21 is formed. The thin portion 21 is formed so that the finger member 14 is bent from the thin portion 21 when the manipulator 11 is driven to sandwich the object W, and the force of the manipulator 11 is easily detected.
[0023]
Further, on the side surface 14 a of the finger member 14, a first diffusion resistor 22 is formed as a temperature adjusting means at a predetermined position closer to the tip than the diffusion strain gauge 18 in the thin portion 21. The first diffusion resistor 22 is connected to a pad 24 via a wiring pattern 23, and the pad 24 is connected to a temperature controller 25 as a control means via a wiring as shown in FIG. The temperature controller 25 is composed of an electronic control unit, although not shown, a central processing unit (CPU), a read-only memory (ROM) (not shown) pre-stored with a predetermined control program, etc., and the calculation result of the CPU And a random access memory (RAM) for temporarily storing the data.
[0024]
Further, on the side surface 14 a of the finger member 14, a second diffusion resistor 26 is formed as a temperature detecting means between the diffusion strain gauge 18 and the first diffusion resistor 22 in the thin portion 21. . The second diffusion resistor 26 is connected to a pad 28 through a wiring pattern 27, and the pad 28 is connected to the temperature controller 25 through a wiring as shown in FIG. The second diffusion resistor 26 inputs an electric signal (voltage) corresponding to the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 to the temperature controller 25 as a temperature detection signal.
[0025]
The diffusion strain gauge 18 bends together with the finger member 14 by the force of the manipulator 11, and outputs an electrical signal corresponding to the bending stress as a detection signal. The finger member 14, the diffusion strain gauge 18, and the thin portion 21 constitute a force sensor (sensor portion) that detects the force of the manipulator 11. FIG. 3 shows an equivalent circuit configured by connecting each diffusion strain gauge 18, and a bridge circuit is configured as shown in the figure. In the figure, R0 is the resistance of each diffusion bridge 18. That is, the finger members 14 and 15 are configured to be able to grasp the object W and detect the force for grasping the object W by the force sensor.
[0026]
The diffusion strain gauge 18 is formed at a position where the bending is maximum when the finger member 14 is bent by the operation of the manipulator 11. Accordingly, the diffusion strain gauge 18 best detects the force of the manipulator 11 and outputs an electrical signal corresponding to the force as a detection signal. The diffusion strain gauge 18 is formed in the orientation <110>. The diffusion strain gauge 18 formed in this orientation <110> has the highest voltage of the output electric signal. Therefore, the diffusion strain gauge 18 has the highest detection sensitivity of the bending stress of the finger member 14, that is, the force of the manipulator 11.
[0027]
When manufacturing the finger member 14, first, a silicon wafer (not shown) having a surface orientation (100) is prepared. A diffusion strain gauge 18 is formed on the front side of the silicon wafer, and a thin portion 21 is formed by etching from the back side. Next, the finger member 14 is formed by mechanically processing (dicing) the silicon wafer on which the diffusion strain gauge 18 and the thin portion 21 are formed into a strip shape.
[0028]
Therefore, unlike the conventional bulk strain gauge 52, the diffusion strain gauge 18 does not need to be attached to the finger member 14. Further, the position of the diffusion strain gauge 18 is a fixed position from the tip of the finger member 14, and can be formed with high accuracy. Therefore, the detection signal output from the diffusion strain gauge 18 has no variation for each finger member 14.
[0029]
Further, since the diffusion strain gauge 18 can be formed smaller than the conventional bulk strain gauge 52, it can be formed near the tip of the finger member 14. Further, a thin portion 21 is formed on the finger member 14, and the diffusion strain gauge 18 is bent by the bending of the finger member 14. As a result, the force detection sensitivity is higher than that of the manipulator 51 using the conventional bulk strain gauge 52.
[0030]
When handling an object W placed on a plane, the manipulator 11 is supported obliquely so that the handling parts 16 and 17 are substantially parallel to the plane, so that any part of the handling parts 24 and 25 is subject to the object W. Can be handled. Therefore, the manipulator 11 of the present embodiment has a wide area for handling the object W, that is, a so-called handling area.
[0031]
Next, the manufacturing process of said finger member 14 is demonstrated according to FIGS. 4 to 10, the dimensions of the finger member 14 are appropriately changed in order to make the manufacturing process easy to understand.
[0032]
First, as shown in FIG. 4, an oxide film (SiO2 film) 32 is formed on the upper surface of a silicon substrate 31 made of N-type single crystal silicon. Then, as shown in FIG. 5, a window 32 a having a size corresponding to the diffusion strain gauge 18, a window 32 b having a size corresponding to the first diffusion resistor 22, and a second region in a predetermined region of the oxide film 32 by photolithography. A window 32c having a size corresponding to the diffused resistor 26 is formed. Boron is implanted into the silicon substrate 31 by ion implantation or the like from the windows 32a, 32b, and 32c, and the boron is further thermally diffused. As a result, as shown in FIG. 5, the diffusion strain gauge 18, the first diffusion resistor 22, and the second diffusion resistor 26 are formed on the surface that will later become the side surface 14 a of the finger member 14.
[0033]
Next, as shown in FIG. 6, the silicon substrate 31 is oxidized to form an oxide film 33 on the upper surface of the diffusion strain gauge 18. At the same time, an oxide film 33 is formed on the upper surfaces of the first and second diffusion resistors 22 and 26.
[0034]
Next, as shown in FIG. 7, a contact window 33 a is formed at a predetermined position in the oxide film 33 on the diffusion strain gauge 18. Also, windows 33b and 33c for contact are formed on the upper surfaces of the first diffusion resistor 22 and the second diffusion resistor 26. In FIG. 7, the windows 33 b and 33 c for contacting the first diffusion resistor 22 and the second diffusion resistor 26 are different from the window 33 a for contacting the diffusion strain gauge 18, and only one window 33 b and 33 c is illustrated. Although not shown, the first diffused resistor 22 and the second diffused resistor 26 are formed so as to extend in the direction perpendicular to the paper surface in the drawing, so that the other windows 33b and 33c are not shown in the drawing. Is provided.
[0035]
Next, as shown in FIG. 8, after aluminum (Al) is deposited on the upper surface of the silicon substrate 31 by sputtering, vacuum evaporation or the like, the wiring pattern 19 connected to the diffusion strain gauge 18 is performed by photolithography. And a pad 20 (not shown in FIG. 8). At this time, wiring patterns 23 and 27 and pads 24 and 28 (not shown in FIG. 8) connected to the first diffusion resistor 22 and the second diffusion resistor 26 are formed at the same time.
[0036]
Next, as shown in FIG. 9, a passivation film 35 is formed on the upper surface of the silicon substrate 31 by depositing SiN, Si3N4, or the like by CVD or the like, and the wiring patterns 19, 23, 27, etc. are covered.
[0037]
Next, as shown in FIG. 10, an oxide film 37 is formed on the back surface of the silicon substrate 31, and a window 37a is formed in the oxide film 37 by photolithography. The thin portion 21 is formed by etching the silicon substrate 31 from the back surface by anisotropic etching from the window 37a.
[0038]
The usage method of the manipulator 11 manufactured and comprised as mentioned above is demonstrated. First, in an unused state, the temperature controller 25 causes a drive current to flow through the first diffusion resistor 22 so that the diffusion strain gauge 18 reaches a temperature at which temperature drift is suppressed, and heat is generated. Further, the temperature controller 25 causes a current to flow through the second diffusion resistor 26, and inputs the voltage across the second diffusion resistor 26 corresponding to the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 as a detection signal. Based on this input detection signal, the drive current supplied to the first diffusion resistor 22 is adjusted so that the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 becomes a predetermined temperature T, that is, stabilizes.
[0039]
Calibration is performed by using the output signal of the diffusion strain gauge 18 when the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 is a predetermined temperature T as a reference.
Next, at the time of use, the handling parts 16 and 17 of the finger members 14 and 15 and the diffusion strain gauge 18 are arranged in spaces where the use temperature atmospheres are different.
[0040]
For example, when the handling units 16 and 17 are in low temperature water or solution and the diffusion strain gauge 18 is in high temperature air, the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 tends to change in a decreasing direction. Based on the voltage signal (detection signal) across the second diffusion resistor 26 corresponding to the ambient temperature, the temperature controller 25 causes the drive current to flow through the first diffusion resistor 22 to generate heat, thereby adjusting the ambient temperature. A predetermined temperature T is set.
[0041]
As a result, the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 can be maintained at the predetermined temperature T, the temperature drift of the diffusion strain gauge 18 is eliminated, and a stable and highly accurate output signal is obtained.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) A diffusion strain gauge 18, a first diffusion resistor 22, and a second diffusion resistor 26 as temperature detecting means are formed on the thin portion 21 of the support member 12 constituting the manipulator 11.
[0043]
When the handling units 16 and 17 are in a low temperature space (water or solution) and the diffusion strain gauge 18 is in a high temperature space (for example, air), the temperature controller 25 Even if the temperature changes in a decreasing direction, a driving current is supplied to the first diffusion resistor 22 based on a voltage signal (detection signal) across the second diffusion resistor 26 to generate heat, thereby setting the ambient temperature to a predetermined value. The temperature was controlled to be T.
[0044]
As a result, the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 can be maintained at the predetermined temperature T, the temperature drift of the diffusion strain gauge 18 is eliminated, and a stable and accurate output signal can be obtained.
[0045]
The equivalent circuit of the sensor section forms a bridge circuit as shown in FIG. 3, and this output ΔV (t) is a function of temperature as shown in the following equation.
ΔV (t) = R0 · K0 {1+ (α + β) t} εI
R0 is the resistance value of the diffusion strain gauge 18, K0 is the gauge factor, α is the temperature coefficient of resistance, β is the gauge factor temperature coefficient, t is the temperature, ε is the strain amount, and I is the current value.
[0046]
Therefore, the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 can be maintained at a predetermined temperature by controlling the heat generation of the first diffusion resistor 22 by the control of the temperature controller 25 as described above. As a result, the sensor unit obtains a stable output. be able to.
[0047]
(2) Since the first diffusion resistance 22 is provided between the handling portion 16 provided on the distal end side of the finger member 14 and the diffusion strain gauge 18, the handling portion 16 side is in a liquid having a low temperature, for example. In the case of entering, the thermal effect can be reduced by temperature adjustment by heat generation of the first diffusion resistor 22.
[0048]
(3) Since the thin portion 21 has a small heat capacity, the ambient temperature of the diffusion strain gauge 18 by the first diffusion resistor 22 can be adjusted early.
(4) The finger member 14 made of single crystal silicon on which the diffusion strain gauge 18 and the thin portion 21 are formed is attached to the tips of the support members 12 and 13 constituting the manipulator 11. When the object W is sandwiched by the manipulator 11, the finger member 14 bends at the thin portion 21, and the diffusion strain gauge 18 detects the stress due to the bend and outputs an electrical signal corresponding to the bend as a detection signal. I made it.
[0049]
As a result, the diffusion strain gauge 18 does not need to be attached to the finger member 14 unlike the conventional bulk strain gauge 52. Further, the position of the diffusion strain gauge 18 is a fixed position from the tip of the finger member 14, can be formed with high accuracy, and variation in detection signals for each finger member 14 can be prevented.
[0050]
(5) Since the diffusion strain gauge 18 can be formed smaller than the conventional bulk strain gauge 52, it can be formed near the tip of the finger member 14. Further, a thin portion 21 is formed on the finger member 14, and the diffusion strain gauge 18 is bent by the bending of the finger member 14. As a result, the detection sensitivity of the force can be increased as compared with the manipulator 51 using the conventional bulk strain gauge 52.
[0051]
(6) The handling members 16 and 17 were formed by obliquely forming the tips of the finger members 14 and 15. As a result, the handling area of the manipulator 11 is widened, and the object W placed on the plane can be sandwiched anywhere in the handling parts 16 and 17, so that the minute object W can be easily handled. .
[0052]
In addition, you may change this invention as follows, and the same effect | action and effect are acquired also in that case.
(1) Although the thin portion 21 is formed in the embodiment, it may be embodied in a manipulator that does not form the thin portion 21.
[0053]
(2) In the above embodiment, the outer shape of the finger members 14 and 15 is formed by dicing. However, the outer shape may be formed by anisotropic etching or isotropic etching.
[0054]
(3) In the above embodiment, the finger member 14 is formed using the silicon substrate having the plane orientation (100). However, when the thin portion 21 is formed by using the silicon substrate having the plane orientation (110), It can be etched vertically from the side. When a silicon substrate having a plane orientation (110) is used, when the strain gauge 18 is formed along the orientation <111>, the output voltage for the same strain amount is maximized.
(4) In the above embodiment, the finger members 14 and 15 are formed of single crystal silicon, and the diffusion strain gauge 18 and the thin wall portion 21 are formed on one finger member 14 to detect the force of the manipulator 11. However, a diffusion strain gauge 18 and first and second diffusion resistors 22 and 26 are similarly formed on the other finger member 15 so that the force of the manipulator 11 is detected by both the pair of finger members 14 and 15. May be.
[0055]
(5) In the above embodiment, both the pair of finger members 14 and 15 are formed of single crystal silicon, but the finger member 15 on the side where the thin portion 21 and the diffusion strain gauge 18 are not formed is formed of a metal such as stainless steel. May be.
[0056]
Although the embodiments of the present invention have been described above, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiments will be described below together with their effects.
(A) In the micromanipulator according to any one of claims 1 to 5, the finger member ((14) is formed with a thin wall portion (21), and the diffusion strain gauge (18) is formed of the thin wall portion (21). A micromanipulator formed on the surface According to this configuration, the finger member is easily bent by the thin portion, and the detection sensitivity of the gripping force can be increased.
[0057]
(B) In addition to the method of manufacturing a micromanipulator according to claim 6, the method of manufacturing a micromanipulator further comprising a step of etching from the back surface of the single crystal silicon substrate (31) to form a thin portion (21). . According to this configuration, it is possible to easily manufacture a micromanipulator that can easily bend the finger member by the thin-walled portion and can increase the detection sensitivity of the gripping force.
[0058]
(C) In the manufacturing method according to claim 6 or (b) above, in addition to the diffusion resistance serving as the temperature adjustment means, the diffusion resistance serving as the temperature detection means is added with an impurity from the window of the oxide film together with the diffusion strain gauge. The manufacturing method of the micromanipulator characterized by including the process formed by. According to this configuration, the diffusion strain gauge, the temperature adjusting means, and the temperature detecting means can be formed simultaneously.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first aspect of the present invention, the ambient temperature of the diffusion strain gauge can be adjusted by the temperature adjusting means provided in the vicinity of the diffusion strain gauge. Temperature drift can be prevented.
According to the first aspect of the present invention, since the diffusion strain gauge is formed integrally with the finger member, it does not need to be attached to the finger member, and the provided position is the finger member. It is possible to form the electrode with a certain position from the position of the tip of the electrode and to form it with high accuracy, and to prevent variations in the detection signal of the diffusion strain gauge.
[0060]
According to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the ambient temperature of the diffusion strain gauge can be controlled to a predetermined temperature.
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of claim 1 or 2, the temperature adjusting means is provided between the handling portion provided on the tip side of the finger member and the diffusion strain gauge, For example, when the handling unit enters a liquid having a low temperature, the thermal influence can be reduced by adjusting the temperature of the temperature adjusting means.
[0061]
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of any one of claims 1 to 4, since the thin portion has a small heat capacity, the temperature adjustment around the diffusion strain gauge by the temperature adjustment means is performed early. Can do.
[0062]
According to the invention of claim 5, in addition to the effect of any one of claims 1 to 4, the finger member is formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means can be formed of a diffusion resistor.
[0063]
According to the invention of claim 6, an oxide film is formed on the surface side of the single crystal silicon substrate to be a finger member, and a plurality of regions are provided in a predetermined region of the oxide film on the side opposite to the portion to be the tip end side of the finger member. A diffusion strain gauge and a diffusion resistor serving as a temperature adjusting means can be formed by adding impurities from the window.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view of a manipulator according to an embodiment, and FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a manipulator according to one embodiment.
FIG. 3 is an electric circuit diagram of a sensor unit.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a manipulator.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the manipulator.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a usage state of the micromanipulator.
12A is a side view of a microphone manipulator, and FIG. 12B is a plan view.
FIG. 13 is a perspective view showing a conventional micromanipulator.
[Explanation of symbols]
14, 15 ... finger members, 18 ... diffusion strain gauge, 16, 17 ... handling part,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Thin part, 22 ... 1st diffused resistance as temperature control means, 25 ... Temperature controller as control means, 26 ... 2nd diffused resistance as temperature detection means, W ... Target object.

Claims (6)

微小な対象物(W)をハンドリングするためのハンドリング部を備えたマイクロマニピュレータであって、
前記対象物(W)を把持する一対の指部材(14,15)と、
前記一対の指部材(14,15)のうちの少なくとも一方に形成され、前記対象物(W)を把持する力を検知するための拡散歪ゲージ(18)と、
前記拡散歪ゲージ(18)近傍に拡散歪ゲージの周囲温度を調整する温度調整手段(22)と
一体に備えたマイクロマニピュレータ。
A micromanipulator having a handling unit for handling a minute object (W),
A pair of finger members (14, 15) for gripping the object (W);
A diffusion strain gauge (18) formed on at least one of the pair of finger members (14, 15) for detecting a force for gripping the object (W);
A micromanipulator provided integrally with temperature adjusting means (22) for adjusting the ambient temperature of the diffusion strain gauge in the vicinity of the diffusion strain gauge (18).
拡散歪ゲージ(18)の近傍に設けられ、拡散歪ゲージの周囲温度を検出する温度検出手段(26)と、
前記温度検出手段(26)からの温度検出信号に基づいて前記温度調整手段(22)を制御し、拡散歪ゲージ(18)の周囲温度を所定温度にコントロールする制御手段(25)と
を備えた請求項1に記載のマイクロマニピュレータ。
A temperature detecting means (26) provided in the vicinity of the diffusion strain gauge (18) for detecting the ambient temperature of the diffusion strain gauge;
Control means (25) for controlling the temperature adjusting means (22) based on a temperature detection signal from the temperature detecting means (26) and controlling the ambient temperature of the diffusion strain gauge (18) to a predetermined temperature. The micromanipulator according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載のマイクロマニピュレータにおいて、
前記温度調整手段(22)は、指部材(14)の先端側に設けられたハンドリング部(16)と拡散歪ゲージ(18)との間に設けられたことを特徴とするマイクロマニピュレータ。
The micromanipulator according to claim 1 or 2,
The micromanipulator characterized in that the temperature adjusting means (22) is provided between a handling part (16) provided on the distal end side of the finger member (14) and a diffusion strain gauge (18).
請求項1乃至3のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、
ハンドリング部(16)よりも基端側には薄肉部(21)を形成し、同薄肉部(21)に温度調整手段(22)を形成したことを特徴とするマイクロマニピュレータ。
The micromanipulator according to any one of claims 1 to 3,
A micromanipulator characterized in that a thin part (21) is formed on the base end side of the handling part (16) and a temperature adjusting means (22) is formed on the thin part (21).
請求項1乃至4のうちいずれかに記載のマイクロマニピュレータにおいて、
前記指部材(14,15)は、単結晶シリコン基板により形成され、温度調整手段(22)は、拡散抵抗にて形成されていることを特徴とするマイクロマニピュレータ。
The micromanipulator according to any one of claims 1 to 4,
The micromanipulator characterized in that the finger members (14, 15) are formed of a single crystal silicon substrate, and the temperature adjusting means (22) is formed of a diffusion resistor.
指部材(14,15)となる単結晶シリコン基板(31)の表面側に酸化膜(32)を形成する工程と、
前記指部材の先端部側となる部位とは反対側において前記酸化膜(32)の所定領域に複数の窓(32a)を形成し、その窓(32a)から不純物を添加することによって拡散歪ゲージ(18)と、温度調整手段となる拡散抵抗を形成する工程と
を備えたことを特徴とするマイクロマニピュレータの製造方法。
Forming an oxide film (32) on the surface side of the single crystal silicon substrate (31) to be the finger members (14, 15);
A diffusion strain gauge is formed by forming a plurality of windows (32a) in a predetermined region of the oxide film (32) on a side opposite to the tip portion side of the finger member and adding impurities from the windows (32a). (18) A method of manufacturing a micromanipulator, comprising: a step of forming a diffusion resistor serving as a temperature adjusting means.
JP03802497A 1997-02-21 1997-02-21 Micromanipulator and manufacturing method thereof Expired - Lifetime JP3831047B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03802497A JP3831047B2 (en) 1997-02-21 1997-02-21 Micromanipulator and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03802497A JP3831047B2 (en) 1997-02-21 1997-02-21 Micromanipulator and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10230487A JPH10230487A (en) 1998-09-02
JP3831047B2 true JP3831047B2 (en) 2006-10-11

Family

ID=12514011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03802497A Expired - Lifetime JP3831047B2 (en) 1997-02-21 1997-02-21 Micromanipulator and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3831047B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10230487A (en) 1998-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7508189B2 (en) Micro-electromechanical system (MEMS) based current and magnetic field sensor having improved sensitivities
US6912759B2 (en) Method of manufacturing a thin piezo resistive pressure sensor
US6666088B2 (en) Accelerometer without proof mass
US6589433B2 (en) Accelerometer without proof mass
US6007728A (en) Design of a novel tactile sensor
JP2001264198A (en) Method for manufacturing multiaxial tactile sensor and tactile sensor
JP3831047B2 (en) Micromanipulator and manufacturing method thereof
KR20080023398A (en) Force sensor using the si nanowire and method for manufacturing the same
US20200284633A1 (en) Fluid sensor
JPH09304409A (en) Cantilever with force displacement sensor
JP3831042B2 (en) Micromanipulator and manufacturing method thereof
JP2001264188A (en) Semiconductor strain gauge and method for manufacturing semiconductor strain gauge
CN112710405B (en) Temperature sensor
JPH0617834B2 (en) Force detector
JP3764207B2 (en) Micromanipulator and manufacturing method thereof
Fujihashi et al. Tactile Sensor with High-Density Microcantilever and Multiple PDMS Bumps for Contact Detection
JP3284921B2 (en) Acceleration sensor, angular acceleration sensor and method for manufacturing them
WO2008096936A1 (en) Mems apparatus for measuring acceleration in three axes
JP3427462B2 (en) Manufacturing method of semiconductor acceleration sensor
JP3345695B2 (en) Acceleration sensor
JPS60164231A (en) Force distribution detector
JPH055750A (en) Semiconductor acceleration sensor
JPS6312930A (en) Force detecting element
JPH01236659A (en) Semiconductor pressure sensor
JP2006215478A (en) Electrostatic driving element

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051013

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051206

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060704

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060713

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100721

Year of fee payment: 4