JPH0888457A - 配線板の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、微小で集積化された、伸縮性と可
撓性を有する配線板を得ることを主要な目的とする。 【構成】基板に凹凸面部を形成する工程と、前記基板の
凹凸面部を含む面に沿って第１の絶縁膜を形成する工程
と、前記第１の絶縁膜上に配線パターンを形成する工程
と、前記第１の絶縁膜に沿って第２の絶縁膜を形成する
工程と、少くとも前記基板の前記配線パターンを形成し
た領域及びその近傍に対応する領域を除去する工程とを
具備することを特徴とする配線板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、配線板の製造方法及
び半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、微小な配管内で観察・処置を行う
ロボットや体腔内で診断・治療を行う極細径能動型内視
鏡・低侵襲腹腔内手術システム等のニーズが高まってい
る。これらを実現するために観察機能や処置機能を所定
の作業部位に誘導する多関節マニピュレータが必要とな
る。このような微小なマニピュレータの実現にはマニピ
ュレータを動作させる各種の構成要素を集積化したマイ
クロデバイスの開発が望まれる。このようなデバイスと
しては、例えば特開平６−９１５８２に開示されている
方法が知られている。ここでは、可撓性を有する配線部
で相互接続された、各関節を駆動制御するための微小な
電子回路やセンサーを集積化したデバイスとその製造方
法が開示されている。しかしながら、この配線部はあま
り大きな伸縮性を有しないので、大変位のマニピュレー
タに適用するに当たって配線部のたるみを収納するスペ
ースを確保する必要があり、これが微小化を阻害する要
因となっている。

【０００３】これに関連して、集積化された配線に伸縮
性を持たせる方法として、フレキシブル基板に切れ目を
入れる方法が特開昭５８−１７２８０９に、配線材に超
弾性合金を用いる方法が特開昭２−２３７１９４に、波
形に加工されたフレキシブル基板が特開昭６２−１９９
０５７にそれぞれ開示されている。

【０００４】また、このような配線部にはノイズの影響
を受けやすいという問題もある。微小な多関節マニピュ
レータでは十分なノイズ対策を施すことが困難なためで
ある。これに関連して、電気信号に比較して光信号によ
る伝送のノイズ耐性が高いことは知られており、これを
微小なマニピュレータに適用した例として、特開平５−
２５３１７２が知られている。

【０００５】また、マニピュレータを作業部位に正確に
誘導するためには高精度のセンサーが必要である。微小
なマニピュレータでは、湾曲角のセンシングにエンコー
ダやポテンショメータを内蔵させることは困難であるの
で、歪みゲージなどの微小化に適したセンサーを用いて
湾曲角をセンシングする。前述の特開平６−９１５８２
には金属薄膜の歪みゲージや半導体ピエゾ抵抗素子を用
いた湾曲角センシングの例が開示されている。更に、微
小化可能なセンサーとして、光ファイバーを用いた光量
変調式の歪みセンサーが特開平５−７９１３１に開示さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術にはいずれも幾つかの問題点がある。まず、集積化
された配線に伸縮性をもたせる手法については、特開昭
５８−１７２８０９の方法は配線板自体が通常の構造の
フレキシブル基板と比較して著しく大きくなってしま
い、更に伸縮のために大きなスペースを要するという問
題がある。特開平２−２３７１９４の方法は、超弾性合
金の抵抗率が一般的な配線材である銅やアルミニウムと
比較してかなり大きいので、配線抵抗が大きくなってし
まう。このことは、比較的消費電力の大きいアクチュエ
ータを用いた場合に配線による電圧降下が大きくなると
いう問題を生じる。この方法はまた、配線に伸縮に大き
な力を要するので、マニピュレータの動作を阻害すると
いった問題が発生する可能性がある。

【０００７】特開昭６２−１９９０５７の方法は、この
中には製造方法は開示されていないが、一般的な手法で
製造できるフレキシブル基板の薄膜化には限界があり、
波形に整形した後の基板の高さがかなり大きくなってし
まい、マニピュレータの微細化を阻害する要因となる。
また、フレキシブル基板に、センサーや電子回路等のマ
ニピュレータの構成要素が実装されなければならない
が、この実装に必要なスペースによって微小化を阻害さ
れる。

【０００８】次に、光信号を用いた信号伝送に関して
は、特開平５−２５３１７２の方法はマニピュレータ内
で電気配線とは別に光ファイバーを配置して、それを受
光素子に接続する必要があり、これを微小なマニピュレ
ータに適用することは相当に困難である。駆動制御用の
センサーに関しては、特開平６−９１５８２には金属薄
膜歪みゲージ又は半導体ピエゾ抵抗素子をアクチュエー
タに直接張り付ける方法が開示されているが、金属薄膜
歪みはゲージはゲージ率が小さいので、湾曲角の検出精
度を高くするのは難しい。一方、半導体ピエゾ抵抗素子
は金属薄膜よりもはるかに大きいゲージ率が得られる
が、材料の脆性により、大変位のアクチュエータに直接
固定する方法ではセンサー自体が破壊してしまう可能性
がある。

【０００９】また、特開平５−７９１３１に示されてい
るような光量変調式の光ファイバーセンサーは検出感度
が低く、マニピュレータの位置制御に適用するのは困難
である。光ファイバーによる歪みをセンサーでは、位相
変調式であれば高感度が得られることが知られている
が、位相差を検出する機構を微小なマニピュレータ内に
配置することは非常に困難である。

【００１０】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、微小で集積化された、伸縮性と可撓性を有す
る配線板の製造方法、及び高感度の半導体装置を提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、基板
に凹凸面部を形成する工程と、前記基板の凹凸面部を含
む面に沿って第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１
の絶縁膜上に配線パターンを形成する工程と、前記第１
の絶縁膜に沿って第２の絶縁膜を形成する工程と、少な
くとも前記基板の前記配線パターンを形成した領域及び
その近傍に対応する領域を除去する工程とを具備するこ
とを特徴とする配線板の製造方法である。

【００１２】本願第２の発明は、電子回路が形成されて
いるとともに、半導体材料が相対的に厚く形成された第
１の領域と、この第１の領域の端部に形成され、半導体
材料が相対的に薄く形成された第２の領域とを具備し、
前記第２の領域には歪みによって電気特性が変化する素
子が形成され、かつ前記電子回路が前記素子の電気特性
の変化を検出する機構を備えていることを特徴とする半
導体装置である。

【００１３】

【作用】本願第１の発明において、最終的に得られる平
面バネ形状の配線板がその製造工程を通じて強固な基板
材上で形成されるので、非常に薄い配線板を形成するこ
とが可能になる。従って、これを曲げたり伸縮させたり
してもその内部歪みは非常に小さいため、波形の配線板
の高さを小さくした場合にあっても大きな伸縮性を得る
ことができる。第１の発明によれば、基板材上で半導体
リソグラフィー技術を用いて微細で集積度の高い配線パ
ターンを形成することが可能で、更に非常に微小で可撓
性と伸縮性に富んだ配線板を得ることができる。

【００１４】本願第２の発明において、歪みを検出した
い領域に半導体の薄い領域を固定して、シリコンの厚い
領域に形成した電子回路で歪み量を検出する。第２の発
明によれば、歪みセンサーの領域が薄いので例えばマニ
ピュレータの湾曲角度測定に適用した場合、センサー部
分の剛性は比較的小さいので、例えば発生力量の小さい
アクチュエータの変位センサーとして用いた場合にあっ
てもアクチュエータの駆動を妨げることはない。また、
シリコンの厚い領域があるので、実装の際のハンドリン
グが容易になる。更に歪み量検出のための電子回路がセ
ンサー素子に近接して配置されているため、ノイズの影
響を受けにくく、電子回路領域が厚いので、この領域に
歪みに伴う回路特性の変動に起因した測定誤差の発生も
ない。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。 （実施例１）図１（Ａ），（Ｂ）を参照する。図１
（Ａ）はこの発明の実施例１に係る配線板の平面図、図
１（Ｂ）は図１（Ａ）のａ−ａ´線に沿う断面図を示
す。図中の符号１は低屈折率の樹脂の可撓性薄膜１であ
り、下層可撓性薄膜１ａと上層可撓性薄膜１ｂで構成さ
れている。両薄膜１ａ，１ｂ間には、電力や電気信号を
伝送するための配線２と、光信号を伝送するための光伝
送路３が挟まれて形成されている。前記配線２の端部に
は集積回路等の電子部品と接続するための電極パッド４
が形成され、前記光伝送路３には後記する光入射孔と光
出射孔がそれぞれ形成されている。こうした構成の配線
板は、図１（Ｂ）に示すように、後端の平坦な非伸縮部
５と、中間の伸縮部６と、先端の平坦な非伸縮部７より
なっている。前記配線２は、前記伸縮部６においては配
線板に垂直な方向に蛇行している。このように、配線板
の中間部を平面バネ構造にすることで、配線板に伸縮性
を持たせることができる。

【００１６】次に、図１の配線板に電子デバイスを実装
する例について図２〜図５を用いて説明する。図２と図
３は、後端の非伸縮部５に、ＬＥＤや面発光レーザー素
子等の発光素子11をマウントしたシリコンの集積回路チ
ップ12を実装した場合について示しており、図２は図１
（Ａ）のｂ−ｂ´線に沿う断面図、図３は図１（Ａ）の
ｃ−ｃ´線に沿う断面図である。なお、発光素子11は集
積回路チップ12にワイヤーボンディング等の方法で電気
的に接続されている。図１においては詳細に図示しなか
ったが、光伝送路３は光入射孔13において配線板に鉛直
な方向に曲げられており、光反射板14によって光入射孔
13に入射した光は確実に光伝送路３を通して伝送される
構成になっている。図２から分かるように、発光素子11
は光入射孔13の直下に配置されており、発光素子11の光
信号又は光エネルギーは光伝送路３によって伝送され
る。また、発光素子11は集積回路チップ12に設けられた
窪み12ａにマウントされ、特に図示していないが集積回
路チップ12に電気的に接続されていて、集積回路内の電
子回路によって発光パルスもしくは発光強度がコントロ
ールされている。

【００１７】また、図３に示されているように、集積回
路チップ12の電極パッド（図示せず）は、半田バンプ15
によって配線板の電極パッド２に接続されている。図４
と図５は先端の非伸縮部７に、受光素子であるフォトダ
イオード16を含む集積回路チップ17を実装した例につい
て示しており、図４は図１（Ａ）のｄ−ｄ′に沿う断面
図、図５は図１（Ａ）のｅ−ｅ´線に沿う断面図であ
る。前記集積回路チップ17，電極パッド（図示せず）は
配線板の電極パッド４に対して半田バンプ18によって接
続されており、光伝送路３を伝送されてきた光信号は光
反射板14によって配線板下面方向に向けられ、光出射孔
13´を抜けてフォトダイオード16で検出される。

【００１８】図２〜図５のように、チップを実装した図
１の配線板は、中間の伸縮部６によって伸縮性を有して
おり、更に先端部と後端部で光信号と電気信号の両方を
伝送できる。なお、本実施例１においては、２本の配線
と１本の光伝送路を有する配線板について記したが、１
つの配線板に任意の数、任意のレイアウトで配線や光伝
送路を配置することが可能であるのは言うまでもない。

【００１９】このように、本実施例１の配線板は光信号
の入射もしくは出射方向が配線板に対して鉛直方向であ
るので、受光素子もしくは発光素子と電子回路を一体化
したデバイスを容易に実装できる。従って、ノイズの影
響を受けやすい環境下において、Ｓ／Ｎ比の高いアナロ
グ信号の伝送や高帯域の光信号の伝送が求められる場合
に特に適している。また、本発明の実施例１の配線板は
伸縮性を有しており、これが伸縮部の平面ばね構造によ
るものであるので、可撓性のみを有する配線板をたるま
せて配置することによって伸縮性を付与しようとした場
合と異なる。つまり、たるみを収納するスペースを大き
くは必要としないので、マイクロマシン用のマニピュレ
ータのように微小化が求められる場合に非常に有利とな
る。

【００２０】次に、図１の配線板の製造方法について、
図６から図１３を用いて説明する。まず、面方位が＜１
００＞のシリコン基板21の表面側にシリコン窒化膜パタ
ーン22を、前記基板21の裏面側にシリコン窒化膜パター
ン23を夫々形成する。表面側の前記パターン22は、図示
されるように、先端の非伸縮部５と後端の非伸縮部７の
領域においては全面に形成され、中間の伸縮部６の領域
において一定間隔で配置されている（図６参照）。次
に、表面側のＳｉ基板21に対して前記シリコン窒化膜パ
ターン22をマスクとしてＴＭＡＨなどのアルカリ系溶液
で異方性エッチャントを行い、三角波状の段差24を形成
する。この段差24の傾斜角度は、エッチングの種類、濃
度、温度等によって制御できる（図７参照）。

【００２１】次に、表面側のシリコン窒化膜パターン22
を除去し、表面全体にごく薄いシリコン窒化膜（図示せ
ず）を形成した後で、表面側全体に低屈折率の下層ポリ
イミド膜25を形成する（図８参照）。つづいて、下層ポ
リイミド膜25に開口部26を形成する（図９参照）。この
開口部26は、開口後の熱処理によって図示したようなテ
ーパーを持たせることができる。次に、フッ素含有ポリ
イミド等の高屈折率のポリイミドよりなる光伝送路27を
形成する。この光伝送路27は、形成後の熱処理によって
テーパーを有する形状をしており、下層ポリイミド膜25
の開口部26のところで終端している（図１０（Ａ），
（Ｂ）参照）。ここで、図１０（Ａ）は平面図、図１０
（Ｂ）は図１０（Ａ）ｅ−ｅ線に沿う断面図である。

【００２２】次に、全面に対するＡｌのスパッタ成膜と
そのフォトリソグラフィーによって、配線パターン28と
光伝送路の入射孔及び出射孔の光反射板29を形成する
（図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）参照）。ここで、図１
１（Ａ）は平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のｆ−
ｆ線に沿う断面図、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）のｇ−
ｇ線に沿う断面図である。次に、全面に上層ポリイミド
膜30を形成した（図１２参照）後、表面側を保護した上
で、裏面側からシリコン窒化膜パターン23をマスクとし
て露出した基板21を全てエッチングする（図１３参
照）。このとき先に表面側全体に形成したごく薄いシリ
コン窒化膜がエッチングストッパとなる。この後で、必
要であればエッチングストッパのごく薄いシリコン窒化
膜をＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガス中でのプラズマエッチング
などによって除去してから必要な部分を残存したシリコ
ン基板から切り出して図１に示すような配線板を得る。

【００２３】本実施例１の製造方法によれば、配線板の
形成がシリコン基板上スピンコートやスパッタ蒸着によ
って行われるので、一般的なフレキシブル配線板のよう
にホイル状の絶縁膜や導体膜を張り合わせる方法と比
べ、大幅な配線板の薄膜化が可能になる。このため、伸
縮性を有する平面ばね構造のピッチ（図１（Ｂ）で
“ｗ”で表記した寸法）や高さ（図１（Ｂ）で“ｈ”で
表記した寸法）を小さくしても伸縮による内部歪みが小
さくなり、大きな伸縮性が得られる。本実施例！の製造
方法ではまた、配線板の製造工程が全てシリコン基板上
でなされるので、半導体製造用の縮小投影露光装置やプ
ラズマエッチング装置を用いることで、従来よりも高密
度の配線板の製造が可能となる。

【００２４】（実施例２）本発明を多関節のマニピュレ
ータに適用した例を実施例２として図１４から図３３を
用いて説明する。図１４（Ａ）は、本実施例２のマニピ
ュレータの、完全に一体形成され、かつ複数の機能を集
積化した電装系の構造について示している。電装系41は
第１関節領域42、第２関節領域43、第３関節領域44より
なり、これらは各々伸縮性配線領域45と非伸縮性領域46
で構成されている。また、非伸縮性領域46は、駆動制御
回路47とアクチュエータ接続領域48と制御用センサー領
域49と、制御用センサー領域49と駆動制御回路47の接続
用配線領域50で構成されている。また、図示は省略して
いるが、第１関節部領域42側の端部には、外部コントロ
ーラと接続するための電極パッド領域がある。

【００２５】図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の楕円で囲
まれた領域Ｘの拡大図を示している。伸縮性配線領域45
には、可撓性と伸縮性を有する、絶縁膜58´で覆われた
関節間配線111 ，112 ，113 ，114 が前記駆動制御回路
47に接続され、各関節の駆動制御回路を相互接続してい
る。アクチュエータ接続領域48は可撓性絶縁膜52で覆わ
れた配線53が駆動制御回路47に接続されており、配線53
の先端には電気駆動のアクチュエータに接続するための
電極パッド54が形成されている。前記接続用配線領域50
は、駆動制御回路47と制御用センサー49を接続する配線
55とそれを覆う可撓性絶縁膜56で構成されている。

【００２６】図１５（Ａ）は、図１４（Ｂ）のａ−ａ′
線に沿う断面図を示している。間節間配線57を覆う可撓
性絶縁膜（図17（Ｂ）の58´に対応）は、シリコン窒化
膜の下層絶縁膜112 と、同じくシリコン窒化膜の上層絶
縁膜59で構成されている。また、関節間配線60は、下層
絶縁膜58に設けられた開口部61で駆動制御回路47に接続
されている。この図からわかるように、伸縮性配線領域
45は実施例１と同様に各配線が配置された面に鉛直な方
向に蛇行しており、これによって伸縮性が付与されてい
る。

【００２７】図１５（Ｂ）は図１４（Ｂ）のｂ−ｂ′線
に沿う断面図であり、制御用センサー49の断面構造を示
している。制御用センサー49はシリコンで構成され、厚
い領域71とその両端部の薄い領域72及び73よりなってい
る。また、シリコンの上部には詳細には図示しないが、
各電子デバイスを接続するための配線74がある。シリコ
ンの薄い領域72と73には、前部歪みセンサー素子75と後
部歪みセンサー素子76がそれぞれ形成されている。これ
らのセンサー素子75，76は歪みによって電気特性が変化
するデバイスである。具体的には、ピエゾ抵抗素子やバ
イポーラトランジスタ（歪みを受けると変形ポテンシャ
ル効果によって少数キャリヤの濃度が変化して電気特性
が大きく変わる）等が考えられる。

【００２８】前部歪みセンサー素子75に近接したシリコ
ンの厚い領域71内に、前部歪みセンサー素子75と同じ構
造の前部温度補償用ダミーセンサー素子77が配置されて
いる。また、後部歪みセンサー素子76に近接したシリコ
ンの厚い領域71内に、後部歪みセンサー素子76と同じ構
造の後部温度補償用ダミーセンサー素子78が配置されて
いる。更に、前部温度補償用ダミーセンサー77と後部温
度補償用ダミーセンサー78の間の領域79には、センサー
駆動用回路（図示せず）が形成されている。

【００２９】図１５（Ｃ）は、図１４（Ｂ）のｆ−ｆ′
線に沿う断面図を示している。制御用センサー49と駆動
制御回路47を接続する配線55は下層絶縁膜58の開口部を
介して、制御用センサーに対してコンタクト孔80で、駆
動制御回路47に対してコンタクト孔81でそれぞれ接続さ
れている。また、アクチュエータ接続配線53は下層絶縁
膜の開口部を介して駆動制御回路47にコンタクト孔81で
接続されている。また、上層絶縁膜59には、アクチュエ
ータ接続用パッド83のための開口部が設けられている。

【００３０】次に、前記電装系41を多関節マニピュレー
タにどのように実装するかについて図１６から図２０を
用いて説明する。

【００３１】図１６は、アクチュエータ接続領域91に屈
曲動作する形状記憶合金アクチュエータ92を取り付けた
図である。ここでは図示していないが、後述する形状記
憶合金アクチュエータ92の電極パッド93が、アクチュエ
ータ接続用パッド83に接続されている。

【００３２】前記形状記憶合金アクチュエータ92は、図
１７（Ａ），（Ｂ）に示す通りである。ここで、図１７
（Ａ）はアクチュエータ72の平面図、図１７（Ｂ）は図
１７（Ａ）のｆ−ｆ′線に沿う断面図を示している。形
状記憶合金アクチュエータ92は、板状の素材を加工して
形成した、短冊状の全方位形状記憶処理が施されたＴｉ
Ｎｉ系の形状記憶合金94と、その周囲を覆う柔軟な樹脂
95で構成されている。樹脂には２つの電極パッド93の開
口部が設けられており、この電極パッド93に電流を流す
ことによって形状記憶合金を駆動させる。前記アクチュ
エータ92は、低温時には直線状であるが、電極パッド93
の間に電流を流して加熱すると破線で示したように変形
する。

【００３３】図１８は、マニピュレータの湾曲構造体10
1 を示している。この湾曲構造体101 は、これは各関節
が湾曲しない中空の硬性部102 と湾曲する中空の軟性部
103で構成されている。

【００３４】図１９（Ａ）は、湾曲構造体101 に電装系
41を組み付けた図を示している。制御用センサー49は、
前部歪みセンサー素子75を形成したシリコンの薄い領域
73と、後部歪みセンサー素子76を形成したシリコンの薄
い領域73と、シリコンの厚い領域71の前部温度補償用ダ
ミーゲージ素子77と後部温度補償用ダミーゲージ素子78
の領域で接着剤104 で張り付けられている。また、この
接着剤104 は、シリコンの薄い領域72、73では湾曲構造
体101 の軟性部103 に、シリコンの厚い領域71では硬性
部102 にそれぞれ対応して張り付けられている。

【００３５】図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）のｃ−ｃ′
線に沿う断面図を示している。湾曲構造体101 の硬性部
102 は図示したように中空の円筒形をしており、形状記
憶合金アクチュエータ92と駆動制御用回路47と制御用セ
ンサー49の領域が配置されている部分は平面が得られる
ように加工されている。また、電装系41と湾曲構造体10
1 は、硬性部102 の部分で接着などの方法で固定されて
いる。

【００３６】図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）のｄ−ｄ′
線に沿う断面図を示している。湾曲構造体101 の軟性部
103 は図示したように中空の円筒形をしており、形状記
憶合金アクチュエータ92と伸縮性配線領域45が配置され
る領域には窪みが設けられている。また、図を簡略化す
るために図示していないが、マニピュレータの外周には
柔軟なチューブを外皮として被せられている。

【００３７】図２０は、多関節マニピュレータの第１関
節領域42が屈曲動作した図を示している。これは形状記
憶合金アクチュエータ92に接続された電極パッド に電
流を流して形状記憶合金を加熱して屈曲させ、湾曲構造
体の軟性部を湾曲させることによって図示したような形
状になる。この時、図から分るように第１関節領域42の
前部歪みセンサー素子75が形成されたシリコンの薄い領
域72と第２関節領域43の後部歪みセンサー素子76が形成
されたシリコンの薄い領域73は第１関節領域42の軟性部
103 の湾曲に伴い若干の歪みを受ける。一方、第１関節
領域42の前部温度補償用ダミーセンサー素子77はシリコ
ンの厚い領域71に形成され、しかもこの領域71は湾曲構
造体101 の第１関節領域42の硬性部102 に対して固定さ
れているので第１関節領域42の軟性部103 が湾曲しても
歪みを受けることはない。第２関節領域43の後部温度補
償用ダミーセンサー素子78についても同様で、歪みを受
けることはない。従って、第１関節領域42の前部歪みセ
ンサー素子75の歪み量は、第１関節領域42の前部温度補
償用ダミーゲージ素子77との電気特性の変化の差を検出
することによって、温度補償された正確な値として求め
ることができる。第２関節領域43の後部歪みセンサー素
子76についても、第２関節領域43の後部温度補償用ダミ
ーゲージ素子78との特性の変化の比較によって同様に正
確な歪み量を求めることができる。

【００３８】本実施例のセンサーの構成では、温度補償
用ダミーセンサーと歪みセンサー素子が非常に近接して
配置されているので測定精度が高く、歪みセンサー素子
が、強固なシリコン厚い領域からせり出した形で配置さ
れているので、歪みセンサー素子自体が非常に小さくて
も湾曲構造体に容易に実装することが可能である。加え
て、歪みセンサー素子をアクチュエータ（本実施例の場
合は形状記憶合金）に直接張り付ける場合と比較する
と、湾曲構造体101 の軟性部103 によって歪みセンサー
素子に加えられる歪みは緩和されるので、変形量の大き
いアクチュエータを用いた場合にあってもセンサー素子
が破壊されることはない。また、歪みセンサー素子は湾
曲部にわずかにせり出しただけであるので、歪みセンサ
ー素子の剛性によって湾曲自体を妨げることはほとんど
ない。また、前部歪みセンサー素子75、後部歪みセンサ
ー素子76の歪み量は、関節領域の湾曲角度に対応してい
るので、この歪み量から関節の湾曲角度を求めることが
できる。ところで、図２０の第１関節領域42の湾曲に関
しては、マニピュレータが無負荷状態または一様な負荷
の状態では、第１関節領域42の前部歪みセンサー素子75
と第２関節領域43の後部歪みセンサー素子76の歪み量は
同じになるが、関節領域に局部的な応力が加えられる
と、軟性部103 の歪みが一様でなくなるため、第１関節
領42の前部歪みセンサー素子75と第２関節領域43の後部
歪みセンサー素子76の歪み量が異なる値になる。従っ
て、これら２つのセンサーの歪み量を検出することによ
り、関節領域への局部的な応力を検出することができ
る。また、伸縮性配線領域45は伸縮性を有するので、マ
ニピュレータに配線部のたるみを収納するためのスペー
スを確保する必要がなく、マニピュレータの微小化に寄
与できる。

【００３９】次に、本実施例のマニピュレータの制御系
について図２１を用いて説明する。このマニピュレータ
は各関節に配置された駆動制御回路47によって、共通の
５本の関節間配線で駆動される。また、これら共通の５
本の配線はマニピュレータの動作をコントロールする外
部コントローラ（図示せず）にも接続されている。配線
111 は電源線で、電子回路及びアクチュエータの駆動用
電力を供給する。配線112 は制御信号線で、外部コント
ローラローラからの指令値を各関節の駆動制御回路に伝
達する。配線113 は同期信号線で、制御信号のためのク
ロックパルスを伝達する。配線114 はセンサー信号電送
線で、関節の後部歪みセンサー素子の歪み量を後ろの関
節（例えば第２関節の場合は第１関節へ）に送信し、前
の関節（例えば第２関節の場合は第３関節から）からの
後部歪みセンサー素子の歪み量を受信する。なお。図中
の符号115 は接地線である。

【００４０】駆動制御回路47は、その関節の前部歪みセ
ンサー素子の歪み量として前の関節の後部歪みのセンサ
ー素子の歪み量から、その関節の湾曲角度と関節への応
力の状態を検知して、外部コントローラからの指令値に
基づき、配線53で接続された形状記憶合金アクチュエー
タ92への電力供給量をフィードバック制御する。前記駆
動制御回路47は、前の関節部の後部歪みセンサー素子54
の歪み量の信号の受信と、後ろの関節への、後部歪みセ
ンサー素子54の歪み量の伝送機能を有する。

【００４１】センサー駆動回路 は、温度補償用ダミー
センサーとの特性変化量の差によって、前部歪みセンサ
ー素子75と後部歪みセンサー素子76の歪み量を計算し、
配線55によってその値を駆動制御回路47に伝送する機能
を有する。前記配線55は、センサー及びセンサー駆動回
路を駆動するための電源線や接地線駆動制御回路との信
号伝達のための信号伝送線及び同期信号線で構成されて
いる。

【００４２】次に、本実施例の伝送系41の製造方法につ
いて図２２から図２４を用いて説明する。まず、面方位
が＜１００＞の低濃度Ｐ型シリコン基板121 に、電装系
の駆動制御回路47となる部位と制御用センサー49となる
部位に、半導体電子デバイスを通常の半導体製造技術を
用いて形成する。

【００４３】図２３（Ａ）は、図２２の制御用センサー
となる領域の断面図を示す。

【００４４】Ｐ型のシリコン基板121 には、低濃度で接
合深さが２０μｍのＮ型拡散層122 （最終工程ではこの
領域が制御用センサー49のシリコンの厚い領域71とな
る）と、その両端に接合深さが２μｍで表面近傍の濃度
がＮ型拡散層122 と同じであるＮ型拡散層123 （最終工
程ではこの領域が制御用センサー49のシリコンの薄い領
域72になる）が形成されている。また、Ｎ型拡散層122
の中央部にはＮウェル124とＰウェル125 が形成され、
この中にセンサー駆動回路79となるＣＭＯＳデバイス
（詳細構造は図示せず）が形成されている。Ｎ型拡散層
122 内の端部近傍にはＰ型ベース領域126 とＮ型エミッ
タ領域127及びコレクタ領域128 より成る横型バイポー
ラトランジスタが形成され、これが前部温度補償用ダミ
ーセンサー76及び後部温度補償用ダミーセンサー77を構
成する。Ｎ型拡散層79内にも同様にＰ型ベース領域126
とＮ型エミッタ領域127 及びコレクタ領域128 より成る
横型バイポーラトランジスタが形成され、これが前部歪
みセンサー素子75及び後部歪みセンサー素子76を構成す
る。また、各拡散層の上部には通常の半導体製造技術に
よって形成された配線74があり、センサー駆動用回路各
センサーの内部配線や相互接続及び配線55との接続に用
いられている。

【００４５】図２３（Ｂ）は、図２２の駆動制御回路領
域47の領域の断面図である。前記基板121 には接合深さ
が２０μｍのＮ型拡散層124 が形成され、その中に、Ｎ
ウェル124 とＰウェル125 が形成され、この中にセンサ
ー駆動回路79となるＣＭＯＳデバイス（詳細構造は図示
せず）が形成されている。また、各拡散層の上部には通
常の半導体製造技術によって形成された配線130 あり、
駆動制御回路の内部配線や配線55，53，81，82，83，8
4，85との接続に用いられている。

【００４６】次に、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、伸縮性配線領域45を形成するための段差形成領域13
1 を形成する。この領域は、実施例１の図６から図９に
示したのと同様な方法で形成できる。この後で下層絶縁
膜58、配線（53，55，81，82，83，84，85），上層絶縁
膜59を順次形成する。但し、実施例１と異なり、下層絶
縁膜58と上層絶縁膜59には減圧化学気相法によるシリコ
ン窒化膜を用いる。化学気相成長法はステップカバレー
ジが良いので、基板の段差形状のピッチが小さく、深さ
が浅い場合にあっても基板形状を忠実に再現した平面バ
ネ構造の配線部が形成できる。従って、配線部の高さ
（図１（Ｂ）“ｈ”と表記した寸法）を小さくできるの
で、微小なマニピュレータに組み込む際に有利になる。
また、シリコン窒化膜は非常に強固な膜であるので、絶
縁膜に樹脂等の高分子材料を用いた場合と比較すると配
線部の厚さを大幅に小さくできる。配線部の厚さが小さ
くなると、段差形成領域131 の形状が同じ場合は、基板
を除去して伸縮させたときの内部歪みが小さくなるの
で、大きな伸縮性を得ることができる。

【００４７】この後の工程については図示しないが、全
てのＮ型拡散層に逆バイアスを印加した状態でシリコン
基板121 を表面側を保護して、裏面側から電気化学エッ
チングを行い、駆動制御回路47と制御用センサー49以外
の領域のシリコン基板を全て除去する。Ｎ型拡散層以外
の領域でのエッチングはシリコン窒化膜の下層絶縁膜58
が露出した段階で停止するので、図１４乃至図１６に示
したような電装系41が得られる。

【００４８】このように本実施例２におけるマニピュレ
ータの電装系では、伸縮性を有する配線板にアクチュエ
ータと制御するための制御回路やセンサーが完全に一体
形成されるので、これらを実装するための工数やボンデ
ィングパッドを形成するためのスペースが不要となるの
で、大幅な微小化が可能になる。

【００４９】（実施例３）本発明を多関節のマニピュレ
ータに適用したもう１つの例を実施例３として図２５〜
図３１を用いて説明する。

【００５０】図２５は、実施例３のマニピュレータの、
完全に一体形成され、かつ複数の機能を集積化した電装
系の構造について示している。電装系141 は第１関節領
域142 、第２関節領域143 、第３関節領域144 よりな
り、これらは各々伸縮性配線領域145 と非伸縮性領域14
6 で構成されている。また、非伸縮性領域146 は、駆動
制御回路147 とアクチュエータ接続領域148 で構成され
ている。また、図示は省略しているが、第１関節部領域
側の端部には外部コントローラと接続するための電極パ
ッド領域がある。

【００５１】図２６（Ａ）は図２５において楕円で囲ま
れた第１関節領域の非伸縮領域146とその近傍の拡大図
を示している。伸縮性配線領域145 には、可撓性と伸縮
性を有する、屈折率の高い絶縁膜 162´で覆われた関節
間配線149 ，150 ，151 が駆動制御回路147 に接続さ
れ、各関節の駆動制御回路を相互接続している。また、
各関節用に独立に設けられた光駆動信号伝送路152 ，15
3 ，154 と、センシング用光伝送路155 ，156 ，157 が
形成されている。これらの光伝送路の中で152 と155 が
第１関節用のもので、第１関節部の駆動制御回路で終端
している。アクチュエータ接続領域148 は可撓性絶縁膜
158 で覆われた配線159 が駆動制御回路147 に接続され
ており、アクチュエータ接続配線159 の先端には電気駆
動のアクチュエータに接続するための電極パッド160 が
形成されている。

【００５２】図２６（Ｂ）は図２６（Ａ）のａ−ａ線に
沿う断面図を示している。配線150を覆う可撓性絶縁膜
（図２６（Ａ）の 162´に対応）通常のポリイミド樹脂
等の低屈折率の下層絶縁膜161 と、同じく低屈折率の上
層絶縁膜162 で構成されている。また、関節間配線150
は下層絶縁膜161 に設けられた開口部163 で駆動制御回
路147 に接続されている。この図からわかるように、伸
縮性配線部145 は実施例１と同様に各配線が配置された
面に鉛直な方向に蛇行しており、これによって伸縮性が
付与されている。

【００５３】図２７は、図２６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う
断面図を示している。アクチュエータ接続配線159 は下
層絶縁膜161 の開口部を介して駆動制御回路147 にコン
タクト孔164 で接続されている。また、上層絶縁膜162
は電極パッド160 のための開口部が設けられている。関
節用配線149 ，150 ，151 は下層絶縁膜161 に開口され
たコンタクト孔165 を介して駆動制御回路147 に接続さ
れている。光駆動信号伝送路152 ，153 ，154 、センシ
ング用光伝送路155 ，156 ，157 の内、図示した駆動制
御回路で終端する152 及び155 については光反射板166
によって駆動制御回路147 に光信号の方向を向けられ、
出射孔167 及び168 を介して駆動制御回路に垂直に入射
する。入射した光は駆動制御回路に形成されたフォトダ
イオードによって検出される。また、他の関節のための
光駆動信号伝送路152 ，153 ，156 ，157 は終端する駆
動制御回路まで光信号を伝送する。光伝送路の形状の詳
細については第１実施例と基本的に同じであるが、本実
施例では受光素子を備えた駆動制御回路が光伝送路に一
体形成されている。

【００５４】次に、この電装系141 を多関節マニピュレ
ータにどのように実装するかについて図１６から図２０
を用いて説明する。

【００５５】図２８はアクチュエータ接続領域148 に屈
曲動作する形状記憶合金アクチュエータ92を取り付けた
図である。この形状記憶合金アクチュエータ92は、図１
７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明したものと同じである。
ここでは図示していないが、形状記憶合金アクチュエー
タ92の電極パッド93が電極パッド160 に接続されてい
る。

【００５６】図２９は、マニピュレータの湾曲構造体17
1 を示している。これは各関節が湾曲しない中空の硬性
部172 と湾曲する中空の軟性部173 で構成されている。

【００５７】図３０は、湾曲構造体101 に電装系41を組
み付けた図を示している。駆動制御回路147 と伸縮性配
線部145 は形状記録合金アクチュエータ92に対向して配
置されており、湾曲構造体の硬性部に対して、駆動制御
回路145 とアクチュエータ接続領域148 は接着等の方法
で固定されている。形状記憶合金アクチュエータ72は、
図示されているようにアクチュエータ接続領域148 から
湾曲構造体の次の関節の硬性部まで延在しているが、ア
クチュエータ接続領域148 に接続された方の硬性部での
み接着等の方法で固定されており、軟性部173 及び前の
関節の硬性部上では摺動するようになっている。また、
図示していないが、マニピュレータ全体は柔軟な外皮で
覆われており、伸縮性配線部145 や形状記憶合金アクチ
ュエータ92が湾曲構造体171 からはずれるのを防止して
いる。

【００５８】図３０（Ｂ），（Ｃ）は、夫々図３０
（Ａ）のｃ−ｃ´線，ｄ−ｄ´線に沿う断面図を示して
いる。図３０（Ｂ）において駆動制御回路145 、アクチ
ュエータ接続領域148 は湾曲構造体の硬性部172 に固定
され、図３０（Ｃ）において伸縮性配線部145 と形状記
憶合金アクチュエータ92は湾曲構造体の軟性部173 に対
して摺動するようになっている。また、図から分かるよ
うに、駆動用制御回路145、伸縮性配線部145 、形状記
憶合金アクチュエータ92は湾曲構造体に形成した窪みに
配置されている。

【００５９】マニピュレータの湾曲動作については基本
的には実施例２の図２０と同じであり、マニピュレータ
の湾曲動作に伴い伸縮性配線部145 は伸縮する。ここで
蛇行した伸縮配線部の光伝送路はいわゆるマイクロベン
ドを有する形態となっており、伸縮によって屈曲角度
（図２６（Ｂ）で“θ”と表記した角度）がわずかに変
化し、これが伝送される光の強度を変化させる。この強
度変化は通常の光ファイバーを湾曲させた場合よりもは
るかに大きいので、この伝送される光強度の変化によっ
て湾曲構造体の湾曲角度を高精度に検出することができ
る。

【００６０】次に、本実施例のマニピュレータの関節数
が３の場合の制御系について図３１を用いて説明する。
ここで各関節の駆動制御回路145 は共通の３本の配線
と、各関節個有の光駆動信号伝送路とセンシング用光伝
送路で接続されている。前述した３本の関節間配線149
，159 ，151 は、夫々電源線、接地線，センシング信
号伝送線である。また、全ての光伝送路と配線は外部コ
ントローラ（図示せず）に接続されている。全ての光駆
動信号伝送路は外部コントローラからマニピュレータを
駆動する指令値を光パルスとして各関節の駆動制御回路
に伝送している。全てのセンシング信号伝送路の入射孔
には外部コントローラは同じ強度の光を照射する。外部
コントローラと電装系141 の接続は、実施例１の図２及
び図３に示したような形態となる。

【００６１】第２関節に注目してこのマニピュレータの
制御方法について説明すると、前記関節間配線（電源
線）149 は、形状記憶合金アクチュエータ92と駆動制御
回路を動作させるためのエネルギーを供給する。第２関
節用センシング用光伝送路156を通った光は第２関節用
駆動制御回路内のフォトダイオードでその強度を検出さ
れる。第３関節用駆動制御回路においても同様に第３関
節用センシング用光伝送路157 を通った光強度が検出さ
れ、この強度の値が第３関節用駆動制御回路から第２関
節用駆動制御回路に前記関節間配線（センシング信号伝
送線）151 を用いて伝送される。この第３関節用センシ
ング光伝送路を通った光強度と、第２関節用駆動制御回
路で検出された第２関節用センシング光伝送路を通った
光強度の差が第２関節における光強度の減衰量に相当
し、この減衰量の変化から関節の湾曲角度を求めること
ができる。こうして求められた湾曲角度と、光駆動信号
伝送路を通じて外部コントローラから与えられた指令値
に基づき、形状記憶合金アクチュエータに供給する電力
をフィードバック制御する。なお、光駆動信号伝送路を
通じて伝送される指令値は光パルスによるデジタル信号
であるので、光強度が多少変化しても問題はない。

【００６２】なお、本実施例の電装系の製造方法につい
ては詳述しないが、基本的には実施例１及び実施例２で
説明した手法の組み合わせで製造できる。

【００６３】本実施例においては関節数を３としたが、
本実施例の電装系がより多くの関節数にも対応できるこ
とはいうまでもない。また、各関節で個別に光伝送路を
配置したが、これを各関節で分岐させることで共通化さ
せることもできる。

【００６４】このように本実施例におけるマニピュレー
タの電装系では、伸縮性を有する配線板にアクチュエー
タと制御するための制御回路やセンサーが完全に一体形
成されるので、これらを実装するための工数やボンディ
ングパッドを形成するためのスペースが不要となるの
で、大幅な微小化が可能となる。また、駆動信号の伝送
に光信号を用いているので、ノイズの影響を受けやすい
環境下にあっても高い周波数での信号伝送が可能にな
り、関節数が多くなった場合にあってもマニピュレータ
の応答性を高めることができる。また、マイクロベンド
を有する光伝送路強度変化を用いた高精度の湾曲角度セ
ンシングが可能であるので、マニピュレータの高精度の
位置制御ができる。

【００６５】また、本実施例では外部コントローラから
の光信号の伝送路を各関節で個別に用意しているが、各
関節で光を分岐させる機構を配置して光伝送路を共通化
することも可能である。

【００６６】以上、実施例に基づいて説明してきたが、
この明細書には以下の発明が含まれる。 １．基板に凹凸面部を形成する工程と、前記基板の凹凸
面部を含む面に沿って第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に配線パターンを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜に沿って第２の絶縁膜を形成する工程
と、少なくとも前記基板の前記配線パターンを形成した
領域及びその近傍に対応する領域を除去する工程とを具
備することを特徴とする配線板の製造方法。

【００６７】（構成）実施例１が該当する。シリコン等
の基板21に例えばアルカリ系溶液による異方性エッチン
グによって凹凸面部（段差24）を形成する工程と、凹凸
面部を含めて下層絶縁膜（下層ポリイミド膜25）、配線
パターン27、上層絶縁膜（上層ポリイミド膜29）を形成
する工程と、配線パターン27を形成した領域とその近傍
の基板材を除去する工程を含む。 （作用）最終的に得られる平面バネ形状の配線板がその
製造工程を通じて強固な基板材上で形成されるので、非
常に薄い配線板を形成することが可能になる。従って、
これを曲げたり伸縮させたりしてもその内部歪みは非常
に小さいため、波形の配線板の高さを小さくした場合に
あっても大きな伸縮性を得ることができる。 （効果）本方法においては、基板材上で半導体リソグラ
フィー技術を用いて微細で集積度の高い配線パターンを
形成することが可能で、更に非常に微小で可撓性と伸縮
性に富んだ配線板を得ることができる。

【００６８】２．電子回路が形成されているとともに、
半導体材料が相対的に厚く形成された第１の領域と、こ
の第１の領域の端部に形成され、半導体材料が相対的に
薄く形成された第２の領域とを具備し、前記第２の領域
には歪みによって電気特性が変化する素子が形成され、
かつ前記電子回路が前記素子の電気特性の変化を検出す
る機構を備えていることを特徴とする半導体装置。 （構成）実施例１が該当する。シリコン等の基板21に例
えばアルカリ系溶液による異方性エッチングによって凹
凸面部を形成する工程と、凹凸面部を含めて高屈折率の
下層ポリイミド膜25、光伝送路27となる低屈折率の薄膜
パターン、高屈折率の上層ポリイミド薄膜29を形成する
工程と、前記薄膜パターンを形成した領域とその近傍の
基板材を除去する工程を含む。 （作用）最終的に得られる波形の形状の並列に配列され
た複数の光導波路がその製造工程を通じて強固な基板材
上で形成されるので、非常に薄い光導波路を形成するこ
とが可能となる。従ってこれを曲げたり伸縮させたりし
てもその内部歪みは非常に小さいため、波形の配線板の
高さを小さくした場合にあっても大きな伸縮性を得るこ
とができる。 （効果）本方法においては、基板材上で半導体のリソグ
ラフィー技術を用いて微細で集積度の高い光導波路パタ
ーンを形成することが可能で、更に非常に微小で可撓性
と伸縮性に富んだ光伝送路を得ることができる。

【００６９】３．光信号又は光エネルギを伝送するため
の光伝送路と電気信号又は電力を伝送するための導体の
配線を並列に配置してなる配線板において、該配線と該
光伝送路とが可撓性を有する絶縁薄膜に覆われており、
該光伝送路がその端部において配線板の上面又は下面か
ら光を入射もしくは出射する機構を備えたことを特徴と
する配線板。 （構成）実施例１が該当する。可撓性薄膜１に覆われた
配線２と光伝送路４は同一の配線板に形成され、光伝送
路の光入射孔５と光出射孔６は配線板に鉛直な方向に向
いている。 （作用）柔軟な配線板に電力を伝送するための配線と光
信号の伝送路を共存させて、更に光信号を配線板に鉛直
な方向から入射及び出射することで、電気信号と光信号
の両方を扱う電子デバイスの実装を容易にする。 （効果）光信号と電気信号の伝送路が高密度に一体化さ
れるので微小化が可能となり、また、電子デバイス間で
ノイズを受けにくい光信号による伝送ができる。

【００７０】４．基板に凹凸面部を形成する工程と、該
基板の凹凸面部を含む面上に第１の絶縁薄膜を形成する
工程と、第１の絶縁薄膜上に第１の絶縁薄膜よりも屈折
率が小さく、パターニングされた第２の薄膜を形成する
工程と、該第２の薄膜に並列に配置された導体の配線パ
ターンを形成する工程と、該パターニングされた第２の
薄膜及び該配線を覆うように第２の薄膜よりも屈折率の
大きい第３の絶縁薄膜を形成する工程と、該パターニン
グされた第２の薄膜及び該配線を形成した領域及びその
近傍の該基板材の少なくとも一部を除去する工程を含む
ことを特徴とする前記第３項記載の配線板の製造方法。 （構成）実施例１が該当する。基板材に凹凸面部24を形
成する工程と、第１の絶縁薄膜（下層ポリイミド膜19）
を形成する工程と、第１の絶縁薄膜上に第１の絶縁薄膜
よりも屈折率が小さく、パターニングされた光伝送路27
を形成する工程と、該第２の薄膜に並列に配置された導
体の配線パターン28を形成する工程と、該光伝送路及び
該配線を覆うように該光伝走路よりも屈折率の大きい第
３の絶縁薄膜（上層ポリイミド膜30）を形成する工程
と、該基板材の少なくとも一部を除去する工程を含む。 （作用）上記３項記載の配線板に伸縮性が付与される。

【００７１】（効果）湾曲動作するマニピュレータのよ
うに配線板に伸縮性が求められる場合で、ノイズ耐性の
高い光信号を併用し、更にマニピュレータの小型化に寄
与できる。

【００７２】５．前記第１の絶縁膜もしくは第１の薄膜
が化学気相成長法で形成されることを特徴とする前記第
１項又は第２項又は第４項記載の配線板もしくは光伝送
路の製造方法。 （構成）実施例２が該当する。配線板の絶縁膜（下層絶
縁膜58）を化学気相成長法で形成する。 （作用）化学気相成長法で形成した膜では基板に形成し
た段差を忠実に反映した形状を得られるので、配線板の
厚さを薄くする事が可能なため、配線板の高さを小さく
しても十分な伸縮性が得られる。 （効果）配線板の高さを小さくできるのでこれを収納す
るスペースを小さくして、全体を小型化できる。

【００７３】６．前記第１の絶縁膜もしくは第１の薄膜
がシリコン窒化膜であることを特徴とする前記第１項又
は第２項又は第４項記載の配線板もしくは光伝送路もし
くは前記第３項記載の配線板。 （構成）実施例２が該当する。配線板の絶縁膜（下層絶
縁膜58）をシリコン窒化膜とする。 （作用）シリン窒化膜は機械強度が高く、絶縁耐圧も大
きいので、配線板の膜厚を小さくすることができる。こ
のため、配線板の高さを小さくしても十分な伸縮性が得
られる。 （効果）配線板の高さを小さくできるのでこれを収納す
るスペースを小さくして、全体を小型化できる。

【００７４】７．半導体材料の相対的に厚い、電子回路
を形成した第１の領域と、該第１の領域の端部の相対的
に薄い第２の領域を有し、該第２の亜領域に歪みによっ
て電気特性が変化する素子が形成されていることと、該
電子回路が該歪みによって電気特性が変化する素子の電
気特性の変化を検出する機構を備えていることを特徴と
する半導体装置。 （構成）実施例２が該当する。電子回路を形成した半導
体の比較的厚い領域71の端部に半導体の薄い領域72，73
が形成され、これらの薄い領域に前部歪みセンサー素子
75及び後部歪みセンサー素子76が配置されている。 （作用）歪みを検出したい領域に半導体の薄い領域を固
定して、シリコンの厚い領域に形成した電子回路で歪み
量を検出する。 （効果）歪みセンサーの領域が薄いので例えばマニピュ
レータの湾曲角度測定に適用した場合、センサー部分の
剛性は比較的小さいので、例えば発生力量の小さいアク
チュエータの変位センサーとして用いた場合にあっても
アクチュエータの駆動を妨げることはない。また、シリ
コンの厚い領域があるので、実装の際のハンドリングが
容易になる。更に歪み量検出のための電子回路がセンサ
ー素子に近接して配置されているため、ノイズの影響を
受けにくく、電子回路領域の厚いので、この領域に歪み
に伴う回路特性の変動に起因した測定誤差の発生もな
い。

【００７５】８．前記半導体材料の第１の領域に、前記
第１の素子と実質的に同一の電気特性を有する第２の素
子が配置され、前記第１の素子と該第２の素子の電気特
性を比較することによって温度補償を行い、前記電子回
路が前記第１の素子の歪み量を検出する機構を備えるこ
とを特徴とする前記第７項記載の半導体装置。 （構成）実施例２が該当する。電子回路を形成した半導
体の相対的に厚い領域71の端部に半導体の相対的に薄い
領域72，73が形成され、これらの薄い領域に前部歪みセ
ンサー素子75及び後部歪みセンサー素子76が配置され、
シリコンの厚い領域にも前記センサー素子75，76と同じ
電気特性を有する前部温度補償ダミーセンサー77，後部
温度補償ダミーセンサー78が配置されている。 （作用）前部温度補償ダミーセンサー77，後部温度補償
ダミーセンサー78を用いることにより、歪みセンサー素
子の温度ドリフトを補正する。 （効果）温度補償用ダミーセンサーが歪みセンサー素子
に極めて近接して配置されていて、しかも歪みを受けな
いようにシリコンの厚い領域に形成されているので、高
精度の歪み検出が可能になる。

【００７６】９．湾曲しない硬性部と軟性部を複数組み
合わせて成る湾曲構成体で構成された湾曲動作するマニ
ピュレータにおいて、前記第７項もしくは第８項記載の
半導体装置が組み付けられ、前記半導体材料の第１の領
域が該硬性部に、前記半導体材料の第２の領域が該軟性
部に夫々固定されていることを特徴とするマニピュレー
タ。 （構成）実施例２が該当する。軟性部103 と硬性部102
から成る湾曲構造体に、シリコンの厚い領域71とその端
部の薄い領域72で構成され、この薄い領域72に歪みセン
サー素子を形成した半導体装置を組み付け、軟性部103
にシリコンの薄い領域72を、硬性部102 にシリコンの厚
い領域71をそれぞれ固定する。

【００７７】（作用）軟性部に固定された歪みセンサー
素子の歪み量をシリコンの厚い領域の電子回路で検出し
て、マニピュレータの湾曲角度を求める。 （効果）組み付けるセンシング機能を有する半導体装置
にシリコンの厚い領域があるので湾曲構造体への実装が
容易で、センシング領域の半導体が薄いため湾曲角度の
検出精度が高く軟性部の湾曲動作を妨げることがない。
センサーに近接して検出回路が配置できるので高精度の
位置検出が可能になる。

【００７８】１０．電子回路を形成した複数の島状の半
導体が可撓性を有する絶縁薄膜で連結され、該絶縁薄膜
内に並列に配置して形成された配線が該島状の半導体の
配線層に直接接合された半導体装置において、該複数の
配線が配置された面に垂直な方向に蛇行する形状に形成
されていることを特徴とする半導体装置。 （構成）実施例２が該当する。各関節に対応して配置さ
れる駆動制御回路47が、複数の配線が並列に配置された
配線領域45で連結され、この配線部が配線を配置した面
に対して垂直な方向に蛇行している。 （作用）配線部が平面バネ構造となっているので、伸縮
性を有する。 （効果）マニピュレータの駆動用電装系等に適用した場
合、配線部が伸縮性を有するので、配線部にたるみを持
たせる必要がなく、装置を微小化できる。

【００７９】１１．電子回路を形成した複数の島状の半
導体が可撓性を有する絶縁薄膜で連結され、該絶縁薄膜
内に並列に配置して形成された複数の配線が該島状の半
導体の配線層に直接接合された半導体装置において、該
絶縁薄膜内に光伝送路が形成されており、該電子回路が
該光伝送路を通る光を検出するための受光素子を備えて
いることを特徴とする半導体装置。 （構成）実施例２が該当する。各関節に対応して配置さ
れる駆動制御回路47が、蛇行した複数の配線を集積化し
た伸縮性配線領域45で連結されている。 （作用）配線領域が平面バネ構造となっており、伸縮性
を有する。 （効果）各関節を連結する配線部が伸縮性を有するの
で、マニピュレータに実装した場合にその動作に追従し
て伸縮する。そのため、配線部にたるみを持たせてその
たるみを収納するスペースを確保する必要がないので装
置を微小化できる。

【００８０】１２．前記第10項記載の半導体装置におい
て、前記複数の島状の半導体が可撓性を有する絶縁薄膜
が、前記複数の配線が配置された面に垂直な方向に蛇行
する形状に形成されていることを特徴とする半導体装
置。 （構成）実施例３が該当する。各関節に対応して配置さ
れる駆動制御回路147 が、複数の配線と光信号伝送路が
並列に配置された伸縮性配線領域145 で連結されてい
る。 （作用）光伝送路によって駆動制御回路に光信号伝送が
できる。 （効果）各駆動制御回路に対する外部コントローラから
の指令値の伝送が光信号で行えるので、ノイズの影響を
受けにくく、高速の信号伝送が可能になる。

【００８１】１３．前記第11項記載の半導体装置が組み
付けられたマニピュレータにおいて、マニピュレータの
動作に伴い、前記可撓性を有して蛇行す絶縁薄膜が前記
光伝送路も含めて変形し、蛇行する光伝送路を通って前
記受光素子で検出される光強度の変化を検出して、マニ
ピュレータの変位を検出する機構を備えたことを特徴と
するマニピュレータ。 （構成）実施例３が該当する。各関節に対応して配置さ
れる駆動制御回路147 が、複数の配線と光信号伝送路が
並列に配置された蛇行した伸縮性配線領域145 で連結さ
れている。 （作用）前記１２項記載のの半導体装置の配線部に伸縮
性を持たせることができる。

【００８２】（効果）各関節を連結する配線部の配線と
光伝送路が伸縮性を有するので、マニピュレータに実装
した場合にその動作に追従して伸縮する。そのため、配
線部にたるみを持たせてそのたるみを収納するスペース
を確保する必要がないので装置を微小化できる。

【００８３】１４．（実施例３が該当） （構成）各関節に対応する駆動制御回路147 は蛇行する
伸縮性配線領域145 で連結され、配線領域145 の中には
光伝送路155 ，156 ，157 が配置され、好ましくは光伝
送路を通る光の減衰量でマニピュレータをフィードバッ
ク制御する。 （作用）蛇行した光伝送路の光の減衰量は光伝送路の伸
縮によって大きく変化するので、減衰量からマニピュレ
ータの湾曲角度を検出する。 （効果）高精度の湾曲角度検出が可能になり、位置精度
の高いマニピュレータの制御が可能になる。

【００８４】

【発明の効果】以上詳述した如くこの発明によれば、以
下のような効果を有する。 (1) 微小で集積化された、伸縮性と可撓性を有する配線
板とそのの製造方法がえられる。 (2) 微小な多関節管状マニピュレータに適用できる、高
感度の光ファイバーセンサーが得られる。 (3) 管状マニピュレータに適用できる、高感度の半導体
センサーが得られる。 (4) 可撓性を有し電気信号と光信号の伝送路を一体化し
た配線板がえられる。 (5) 可撓性と伸縮性を有する関節間配線部を有し、多関
節マニプレータに必要な複数の機能を一体化したデバイ
スがえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る配線板の説明であ
り、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のａ
−ａ´線に沿う断面図。

【図２】図１（Ａ）のｂ−ｂ´線に沿う断面図。

【図３】図１（Ａ）のｃ−ｃ´線に沿う断面図。

【図４】図１（Ａ）のｄ−ｄ´線に沿う断面図。

【図５】図１（Ａ）のｅ−ｅ´線に沿う断面図。

【図６】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法の
一工程図を示し、基板の両面にシリコン窒化膜パターン
を形成した状態を示す断面図。

【図７】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法の
一工程図を示し、基板の表面側に段差を形成した状態を
示す断面図。

【図８】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法の
一工程図を示し、基板の表面側の段差面に沿って下層ポ
リイミド膜に開口部を形成した状態を示す断面図。

【図９】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法の
一工程図を示し、基板の表面側の下層ポリイミド膜に開
口部を形成した状態を示す断面図。

【図１０】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法
の一工程図で、基板の表面側の下層ポリイミド膜上に光
伝送路を形成した状態を示す説明図で、図１０（Ａ）は
平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のｅ−ｅ線に沿う
断面図。

【図１１】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法
の一工程図で、基板の表面側の下層ポリイミド膜上に配
線パターンと光反射板を形成した状態を示す説明図で、
図１１（Ａ）は平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の
ｆ−ｆ線に沿う断面図、図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）の
ｇ−ｇ線に沿う断面図。

【図１２】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法
の一工程図を示し、基板の表面側の配線パターン上に上
層ポリイミド膜を形成した状態を示す断面図。

【図１３】この発明の実施例１に係る配線板の製造方法
の最終工程図を示し、基板の裏面面側の切開部を形成し
た状態を示す断面図。

【図１４】この発明の実施例２に係るマニュピュレータ
の、完全に一体成形され、かつ複数の機能を集積した伝
送系の説明図であり、図１４（Ａ）はその伝送系の概略
図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＸ部の拡大図。

【図１５】図１４（Ｂ）の断面図であり、図１５（Ａ）
は図１４（Ｂ）のａ−ａ´線に沿う断面図、図１５
（Ｂ）は図１４（Ｂ）のｂ−ｂ´線に沿う断面図、図１
５（Ｃ）は図１４（Ｂ）のｆ−ｆ´線に沿う断面図

【図１６】この発明の実施例２に係り、アクチュエータ
接続領域に屈曲動作する形状記憶合金アクチュエータを
取り付けた状態の説明図。

【図１７】この発明の実施例２に係る形状記憶合金アク
チュエータの説明図であり、図１７（Ａ）は平面図、１
７（Ｂ）は図１７（Ａ）のｆ−ｆ´線に沿う断面図。

【図１８】この発明の実施例２に係る多関節マニピュレ
ータの湾曲構造体の説明図。

【図１９】図１８の湾曲構造体に図１６の伝送系を組み
付けた状態の説明図であり、図１９（Ａ）は全体図、図
１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図、図
１９（Ｃ）は図１９（Ａ）のｄ−ｄ線に沿う断面図。

【図２０】この発明の実施例２に係る多関節マニピュレ
ータの第１関節が湾曲した状態の説明図。

【図２１】この発明の実施例２に係る多関節マニピュレ
ータの制御系の説明図。

【図２２】この発明の実施例２に係る伝送系の製造方法
の一工程図であり、シリコン基板に伝送系の駆動制御回
路となる部位と制御用センサーとなる部位に半導体電子
デバイスを作った状態の平面図。

【図２３】図２２の断面図であり、図２３（Ａ）は図２
２のａ−ａ線に沿う断面図、図２３（Ｂ）は図２２のｂ
−ｂ線に沿う断面図。

【図２４】この発明の実施例２に係る伝送系の製造方法
の一工程図で、基板に伸縮性配線領域を形勢した状態の
説明図であり、図２４（Ａ）は平面図、図２４（Ｂ）は
図２４（Ａ）のｅ−ｅ´線に沿う断面図。

【図２５】この発明の実施例３に係るマニュピュレータ
の、完全に一体成形され、かつ複数の機能を集積した伝
送系の説明図。

【図２６】図２５の伝送系の説明図であり、図２６
（Ａ）はその伝送系のＸ部の拡大平面図、図２６（Ｂ）
は図２６（Ａ）のａ−ａ´線に沿う断面図。

【図２７】図２６（Ａ）の − 線に沿う断面図。

【図２８】この発明の実施例３に係り、アクチュエータ
接続領域に屈曲動作する形状記憶合金アクチュエータを
取り付けた状態の説明図。

【図２９】この発明の実施例３に係る多関節マニピュレ
ータの湾曲構造体の説明図。

【図３０】図２９の湾曲構造体に図２５の伝送系を組み
付けた状態の説明図であり、図３０（Ａ）は全体図、図
３０（Ｂ）は図２９（Ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図、図
３０（Ｃ）は図２９（Ａ）のｄ−ｄ線に沿う断面図。

【図３１】この発明の実施例３に係る多関節マニピュレ
ータの制御系の説明図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…可撓性薄膜、２，53，55，57，74，11
1 〜114 ，130 ，159 …配線、 ３，27…光伝送路、４
…電極パッド、 ５…非伸縮部、
６，７…伸縮部、11…発光素子、 12，17…集
積回路チップ、 13…光入射光、14…光反射板、
15，18…半田バンプ、 16…フォトダイオード、
21，121 …シリコン基板、22，23…シリコン窒化膜パタ
ーン、24…段差、 25…下層ポリイミド
膜、 26，61，163 …開口部、28…配線パターン、
29，166 …光反射板、 30…上層ポリイミド膜、4
1，141 …電送系、 42，142 …第１関節領域、4
3，143 …第２関節領域、 44，144 …第３関節領域、4
5，145 …伸縮性配線領域、 46，146 …非伸縮性領
域、47…駆動制御回路、48，148 …アクチュエータ接続
領域、 49…制御用センサー、50…接続用配線領域、
53，56，158 …可撓性絶縁膜、54，93，160 …電極パッ
ド、58，161 …下層絶縁膜、59，162 …上層絶縁膜、6
0，149 ，150 ，151 …関節間配線、 71…厚い領域、
72，73…薄い領域、75…前部歪みセンサー素子、
76…後部歪みセンサー素子、77…前部温度補償用
ダミーセンサー素子、78…後部温度補償用ダミーセンサ
ー素子、 79…センサー駆動回路、80，81，82，165
…コンタクト孔、 83…アクチュエータ接続用パッ
ド、91…アクチュエータ接続領域、 92…形状
記憶合金アクチュエータ、101 ，171 …湾曲構造体、
102 ，172 …硬性部、 103 ，173 …軟性部、104 …
接着剤、 122 ，123 …Ｎ形拡散層、 124
…Ｎウェル、125 …Ｐウェル、 126 …Ｐ型ベース
領域、 127 …Ｎ型エミッタ領域、128 …コレクタ領
域、 131 …段差形勢領域、152 ，153 ，154 …光駆動
信号伝送路、155 ，156 ，157 …センシング用光伝送
路、 167 ，168 …出射孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に凹凸面部を形成する工程と、前記
   基板の凹凸面部を含む面に沿って第１の絶縁膜を形成す
   る工程と、前記第１の絶縁膜上に配線パターンを形成す
   る工程と、前記第１の絶縁膜に沿って第２の絶縁膜を形
   成する工程と、少なくとも前記基板の前記配線パターン
   を形成した領域及びその近傍に対応する領域を除去する
   工程とを具備することを特徴とする配線板の製造方法。
2. 【請求項２】 電子回路が形成されているとともに、半
   導体材料が相対的に厚く形成された第１の領域と、この
   第１の領域の端部に形成され、半導体材料が相対的に薄
   く形成された第２の領域とを具備し、 前記第２の領域には歪みによって電気特性が変化する素
   子が形成され、かつ前記電子回路が前記素子の電気特性
   の変化を検出する機構を備えていることを特徴とする半
   導体装置。