JPH09329508A - 力変換素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 力伝達部用ウェハの切削工数を低減して力変
換素子の生産性の向上を図る。 【解決手段】 力変換素子１１を構成する基体１２はＮ
型単結晶シリコンからなり、その基体１２の上面にはそ
の中央に接合されたガラスブロック２７と、一対ずつの
入出力電極２９とが形成されている。電極部１３〜１６
は基体２の短軸方向においてガラスブロック２７の相対
向する二辺の延長線間に挟まれて配置されており、その
二辺を形成しているガラスブロック２７の側面と基体１
２の側面とが同一平面で切り落とされている。また、基
体１２の短軸方向がガラスブロック２７の垂直方向の圧
縮力に対してそのピエゾ抵抗係数が大きくなる〈１−１
０〉方位に一致している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば力センサや
圧力センサとして使用され、付加された圧縮力等の機械
エネルギーを電気エネルギーに変換してその圧縮力に応
じた電気信号を出力する力変換素子及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の力変換素子が、例えば特公平６
−８２８４７号公報、特公平７−１４０６９号公報、特
開平６−３４４５６号公報に開示されている。力変換素
子は、ピエゾ効果を有する単結晶シリコンからなる基体
と、基体上に接合された例えばガラスブロックからなる
力伝達部と、基体上に形成された入出力端子となる電極
とを備えている。力伝達部の接合部であるゲージ部の抵
抗値は、ピエゾ効果により力伝達部に加えられた力（圧
力）に応じて変化する。２つの入力端子には一定電流が
流されており、２つの出力端子間には加えられた圧縮力
に応じて変化するゲージ抵抗値に応じた電位差が発生
し、その信号値（電圧値）からその加えられた圧縮力の
大きさが検出される。

【０００３】例えば特公平７−１４０６９号公報、特開
平６−３４４５６号公報には、シリコンウェハ上に多数
個の力変換素子を形成しておき、各素子を個々に切り離
すことにより力変換素子の量産を図る製造方法が開示さ
れている。この製造方法によると、シリコンウェハの表
面に力変換素子複数個分の電極を形成しておき、このシ
リコンウェハの表面に力伝達部用のガラスウェハを接合
し、この接合体から素子を個々に切り離すことにより一
度に多数の力変換素子を生産する。

【０００４】図１３は、入力電流と出力電圧の向きを同
じとするπ13方式の力変換素子である。この力変換素子
７１を構成するシリコン単結晶よりなる基体７２の表面
には、略四角環状のゲージ部７３と、ゲージ部７３の角
部と連接する入力電極部７４ａ，７４ｂ及び出力電極部
７５ａ，７５ｂと、ゲージ部７３を保護するガードバン
ク部７６，７７と、ゲージ部７３への応力分布を調整す
る力調整部７８とが突出形成されている。基体７２上に
は力伝達部７９がゲージ部７３に接合された状態で載置
されており、各電極部７４ａ〜７５ｂの上面には電極８
０が形成されている。力変換素子７１にはゲージ部７３
によりホイートストンブリッジ回路が形成されている。
〈１−１０〉方位に延びるゲージ部の抵抗値は圧縮力に
よって大きく変化するが、〈００１〉方位に延びるゲー
ジ部の抵抗値は圧縮力によってほとんど変化しない。

【０００５】この力変換素子７１を前記製造方法により
生産する場合、ガラスウェハの接合工程以降は図１５，
図１６に示す手順で行われていた。このとき電極形成工
程まで終えたシリコンウェハ８１では、電極８０がシリ
コンウェハ表面からその厚み分だけ突出している。その
ため、電極８０に当たらないように、接合前のガラスウ
ェハ８２の下面（接合面側）に切削加工を施していた。
すなわち、ガラスウェハ８２の下面には、そのＸ方向に
延びる図１４，図１５（ａ）に示す逃げ部８２ａと、逃
げ部８２ａの両端部に形成されたマトリクス溝８２ｂと
が形成されるとともに、そのＹ方向には図１４，図１６
（ａ）に示すマトリクス溝８２ｃが形成されていた。縦
横に形成されたマトリクス溝８２ｂ，８２ｃは、ガラス
ウェハ８２を切断する際、ダイシングブレードが電極８
０に当たらないようにガラスウェハ８２の切断ラインに
沿って形成されていた。

【０００６】そして、電極等のパターンにマトリクス溝
８２ｂ，８２ｃを位置決めするようにガラスウェハ８２
をシリコンウェハ８１にセットした後、例えば陽極接合
法により両ウェハ８１，８２を接合していた。

【０００７】ガラスウェハ８２が例えば結晶化ガラスで
あると白色不透明であるため、シリコンウェハ８１とガ
ラスウェハ８２との位置合わせが困難となる。そこで、
セラミック製の治具を用いて両ウェハ８１，８２を治具
の所定位置に突き当てることにより位置合わせを行い、
事前にシリコンウェハ８１とガラスウェハ８に直角出し
と位置決めのためのダイシング処理が行われていた。

【０００８】ガラスウェハ８２を接合後、ガラスウェハ
８２をマトリクス溝８２ｂ，８２ｃに沿ってダイシング
により縦横に切断し、図１５（ｂ），図１６（ｂ）に示
すように各力伝達部７９毎に切り離した状態とし、その
後、さらにシリコンウェハ８１をダイシングにより基体
７２毎に切断して多数個の力変換素子７１が生産され
る。このとき素子間を分断するためのガラスウェハ８２
の切断ラインＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２は、図１４に示す
ようにＸ，Ｙ両方向にそれぞれ力伝達部の外形線に沿う
ように２本ずつあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガラス
ウェハ８２のダイシングによる加工及び切断工程に多く
の工数と時間を要していた。つまり、このガラスウェハ
８２のダイシングは、ガラスが硬質なことと、チッピン
グ（欠け）が発生し易いことから、非常に低速で実施さ
れる。その切削速度は例えばシリコンで１０ｍｍ／sec.
であるのに対し、ガラスは２ｍｍ／sec.程度と５分の１
以下の速度であった。例えば３インチのガラスウェハ８
２のダイシングによる加工作業だけでも半日程度の時間
を要していた。そのため、ガラスウェハ８２の切削工数
を少しでも減らすことが、力変換素子の生産性向上のう
えで求められていた。

【００１０】また、セラミック製の治具に突き当てて２
枚のウェハ８１，８２を位置決めする位置決め方法によ
ると、治具に突き当てるときのばらつきなどのため、比
較的大きな位置合わせ誤差（例えば５０μｍ程度）が生
じていた。

【００１１】さらに、ガラスウェハ８２をダイシングに
より切断する際、切断された不要部分（ガラス小破片）
が電極８０に当たって傷つけることがあった。電極８０
の傷はワイヤボンド不良を招く恐れがあり、力変換素子
の歩留りの低下の原因となっていた。

【００１２】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、その第１の目的は、力伝達部用ウェ
ハの切削工数を低減して生産性の向上を図ることができ
る力変換素子及びその製造方法を提供することにある。
また、第２の目的は、検出感度の向上を伴って前記第１
の目的の達成することができる力変換素子及びその製造
方法を提供することにある。

【００１３】

【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に記載の発明では、力変換素子複数個分の電
極を形成した半導体ウェハと、力伝達部用ウェハとを接
合させた後、各素子を個々に切り離す力変換素子の製造
方法において、前記力伝達部用ウェハを素子毎に切り取
ってできる力伝達部の１組の相対向する二辺の延長線間
に素子単位毎の電極を挟むような配置パターンで半導体
ウェハの表面に電極を形成する電極形成工程と、前記電
極形成後の半導体ウェハに対し力伝達部用ウェハを電極
形成面側にて接合するウェハ接合工程と、前記ウェハ接
合工程後、前記力伝達部の相対向する前記二辺に沿っ
て、前記力伝達部用ウェハと前記半導体ウェハとを同一
切断線で切断することにより、そのウェハ接合体を素子
毎に切り離すウェハ切断工程とを備えたことをその要旨
とする。

【００１４】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の力変換素子の製造方法において、前記電極形成工程
において、前記力伝達部の１組の相対向する二辺の延長
線間に素子単位毎の電極を挟み込んだ所定方向は、前記
半導体ウェハが素子毎に切り離されてできる基体におい
て、前記力伝達部と該基体との接合面に垂直な応力に対
するピエゾ抵抗係数が大きくなる結晶方位方向であり、
前記ウェハ切断工程では該結晶方位方向が該基体の短手
方向となるように前記半導体ウェハを切り離すようにし
た。

【００１５】請求項３に記載の発明では、ピエゾ効果を
有する半導体からなる基体の上面に、力伝達部と検出用
電極とが設けられた力変換素子であって、前記電極が前
記力伝達部の水平面における１組の相対向する二辺の延
長線間に挟まれて配置され、しかも該二辺における前記
力伝達部の側面に対しほぼ同一平面で前記基体の側面が
切り落とされていることをその要旨とする。

【００１６】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の力変換素子において、前記基体の水平断面は、前記
力伝達部の前記二辺の延長線に挟まれた方向が短軸とな
る偏平形状を有しており、その短軸方向が該基体のピエ
ゾ抵抗係数が大きくなる結晶方位方向に一致している。

【００１７】（作用）請求項１に記載の発明によれば、
電極形成工程において、半導体ウェハの表面に所定配置
パターンで電極が形成される。電極は素子単位毎で力伝
達部の１組の相対向する二辺の延長線間に挟まれるよう
に配置される。ウェハ接合工程では、その電極形成後の
半導体ウェハに対し力伝達部用ウェハがその電極形成面
側にて接合される。そして、ウェハ切断工程において、
両ウェハ接合後のウェハ接合体から各素子が切り離され
る。このとき、素子単位毎の電極を挟み込んだ力伝達部
の１組の相対向する二辺と平行な方向については、その
二辺に沿って力伝達部用ウェハと半導体ウェハとが同一
切断面で切断される。従って、素子毎に分断するときの
力伝達部用ウェハの切断ラインが、その切断方向につい
ては１ラインで済む。また、電極が半導体ウェハの表面
に凸設されている場合でも、電極が切断ラインにかから
ない方向については、少なくとも切断ブレードが電極に
当たることを回避するための溝加工を、力伝達部用ウェ
ハの接合面側に施す必要がなくなる。

【００１８】請求項２に記載の発明によれば、電極形成
工程において、力伝達部の１組の相対向する二辺の延長
線間に素子単位毎の電極を挟み込んだ所定方向は、半導
体ウェハが素子毎に切り離されてできる基体において、
力伝達部と基体との接合面に垂直な応力に対するピエゾ
抵抗係数が大きくなる結晶方位方向に一致する。そし
て、基体はその結晶方位方向を短手方向とするようにウ
ェハ切断工程において切断される。つまり、基体はピエ
ゾ抵抗係数が大きくなる結晶方位方向に短くされ、その
側面が力伝達部の側面と面一状態とされて素子を分断す
るための切断ラインがいずれか一方向において１ライン
で済むような偏平形状（例えば長方形）とされる。力変
換素子の検出感度は、基体の辺長が短くなるほど良好と
なる傾向を示し、特に検出感度を大きく支配するピエゾ
抵抗係数が大きくなる結晶方位方向に基体が短くされる
ので、この製造方法により力変換素子の検出感度も良好
となる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、力変換素
子は、電極が力伝達部の水平面における１組の相対向す
る二辺の延長線間に挟まれて配置され、しかも該二辺に
おける力伝達部の側面に対しほぼ同一平面で基体の側面
が切り落とされている。そのため、その製造時にウェハ
接合体を素子毎に分断するときの力伝達部用ウェハの切
断ラインを、所定方向（基体と力伝達部の両側面が同一
平面で切り落とされる方向）には１ラインとすることが
可能となる。また、その方向の切断については、力伝達
部と基体とを同じ切断ブレードで一度に切断することも
可能となる。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、力伝達部
の側面とほぼ同一平面で切り落とされたその二側面に挟
まれた基体の短軸方向が、大きなピエゾ抵抗係数を有す
る結晶方位方向に一致する。従って、切断ラインの低減
から生産効率の向上を図って基体を短軸方向に短く設計
したことが、力変換素子の検出感度の向上にも寄与す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１はメサ構
造型の力変換素子１１の一部破断平面図である。力変換
素子１１を構成する基体１２には、電極を構成する一対
ずつの入力電極部１３，１４及び出力電極部１５，１６
と、４つのゲージ部１７〜２０と、ガードバンク部２１
〜２４，２５と、応力調整部２６とがそれぞれ凸状に形
成されている。基体１２の表面中央には、力伝達部とし
てのガラスブロック２７が各部１７〜２６に支持された
状態で接合されている。

【００２２】基体１２はＮ型の〈１１０〉面方位の単結
晶シリコンからなり、図１における上方向がシリコンの
結晶軸〈１−１０〉方向に相当し、右方向が同じく〈０
０１〉方向に相当している。図１において斜線（但し、
ガラスブロック２７に覆われた部分は省略）を施した各
部１３〜２６の上層部には、ボロン（Ｂ）がインプラン
トされたＰ型拡散層２８（図２に図示）が形成されてい
る。

【００２３】図１に示すように、基体１２の表面から略
四角環状に凸設されたゲージ部１７〜２０は、この略四
角環状の４つの角部にて各電極部１３〜１６と連接され
ている。各電極部１３〜１６上には電極を構成するアル
ミニウムからなる電極２９が形成されており、各電極２
９と各ゲージ部１７〜２０とはＰ型拡散層２８を介した
接続状態にある。

【００２４】また、各ガードバンク部２１〜２５および
応力調整部２６は、ゲージ部１７〜２０および各電極部
１３〜１６に対して分断されて凸設されており、上部に
形成されたＰ型拡散層２８も、ゲージ部１７〜２０およ
び各電極２９に対して分断されている。基体１２の表面
は電極２９を除いて絶縁酸化膜３０で覆われている。

【００２５】力変換素子１１は、各ゲージ部１７〜２０
のゲージ抵抗により図４に示すようなホイートストンブ
リッジ回路を形成している。各ゲージ部１７〜２０に加
えられた圧縮力に応じたそのゲージ抵抗の変化率は、各
ゲージ部１７〜２０のＰ型拡散層２８におけるピエゾ抵
抗係数により決まる。ピエゾ抵抗係数は結晶方位による
異方性を有し、〈００１〉方位に延設されたゲージ部１
７，１９のピエゾ抵抗係数πa ，πc が共に等しく、
〈１−１０〉方位に延設されたゲージ部１８，２０のピ
エゾ抵抗係数πb ，πd が共に等しい（πa ＝πc ≠π
b ＝πd ）。

【００２６】図５は、〈１１０〉方位の応力（圧縮力）
に対する〈１１０〉方位と直交する方位についてのピエ
ゾ抵抗係数の変化を示す。同図の係数変化曲線Ｐから分
かるように、〈１１０〉方位の圧縮力を受けたとき〈０
０１〉方位のピエゾ抵抗係数πa ，πc がほとんど変化
しないのに対し、〈１−１０〉方位のピエゾ抵抗係数π
b ，πd の変化が著しい。このため、ホイートストンブ
リッジ回路を形成するゲージ部１７〜２０を〈００１〉
方位と〈１−１０〉方位に延設させている。

【００２７】入力電極部１３，１４間に一定電流Ｉが通
電された状態において、ガラスブロック２７を介して各
ゲージ部１７〜２０に圧縮力が作用すると、その圧縮力
に応じて〈００１〉方位のゲージ部１７，１９のゲージ
抵抗値（Ｒ）と、〈１−１０〉方位のゲージ部１８，２
０のゲージ抵抗値（Ｒ＋Δｒ）とが、それぞれのピエゾ
抵抗係数に応じた異なる値を採る。そのため、出力電極
部１５，１６間にその圧縮力に応じた電位差が生じるこ
とになり、この電位差を測定することにより圧縮力の大
きさが検出される。

【００２８】図１に示すように、基体１２は〈１−１
０〉方位が短軸方向、〈００１〉方位が長軸方向となっ
た長方形の板状に形成されている。図１，図３に示すよ
うに、各電極部１３〜１６は、基体１２の短軸方向にお
いて、ガラスブロック２７の相対向する二辺の延長線間
に挟まれて配置されている。そして、ガラスブロック２
７の相対向するその二辺を形成している側面に対し、基
体１２の長手方向側面がほぼ同一面で切り落とされてい
る。そのため、基体１２は、従来技術で述べた力変換素
子の基体に比較してその短軸方向がさらに短くなりその
水平断面形状が一層偏平化している。そして、基体１２
は、垂直方向の圧縮力に対してピエゾ抵抗係数が大きく
なる〈１−１０〉方位にその短軸方向を一致させてい
る。

【００２９】ここで、力変換素子の検出感度と基体１２
のサイズ（辺長）との間には図６に示す関係が得られ
た。同図の特性曲線Ｌから分かるように、基体１２のサ
イズ（辺長）約２．５ｍｍ以下では、そのサイズ（辺
長）が小さくなるほど力変換素子の検出感度が著しく向
上する感度特性を有している。

【００３０】本実施形態の力変換素子１１では、〈１−
１０〉方位のゲージ抵抗値の感度にその検出感度が大き
く支配されるため、特に〈１−１０〉方位の辺長を短く
取ることにより検出感度の向上が図れる。そして、この
検出感度を主に支配する〈１−１０〉方位の辺長（短軸
方向長さ）をガラスブロック２７の幅に合わせて短くす
ることにより、基体１２とガラスブロック２７の側面を
同一切断面とするとともに、その検出感度の向上が図ら
れている。なお、メサ段差構造の力変換素子１１では入
力電流と出力電圧の方向はゲージ部１７〜２０の延設方
向により決まるため、電極２９の位置の設計変更は検出
感度に影響しない。

【００３１】また、ガラスブロック２７は１辺が約１ｍ
ｍの正方形状で約１ｍｍ程度の厚みを有する。基体１２
は、短軸方向幅が約１ｍｍ、長軸方向幅が約２ｍｍ、厚
みが約０．６ｍｍとなっている。さらにＰ型拡散層２８
の膜厚は約１μｍ、絶縁酸化膜３０の膜厚が約１００ｎ
ｍ、電極２９の厚みが約１μｍとなっている。

【００３２】次に、この力変換素子１１の製造方法を図
７〜図１２に基づいて説明する。なお、図７，図８に示
す半導体ウェハとしてのシリコンウェハ３１の断面は図
２の力変換素子１１の断面に相当し、図１０は電極部１
３〜１６を通らないように切断した同じ断面である。ま
た、図１１，図１２は基体１２の短軸方向側面を通るよ
うに切断した断面である。

【００３３】図７（ａ）に示すシリコンウェハ３１は、
Ｎ型の〈１１０〉面方位の単結晶シリコンからなる例え
ば５インチウェハであり、約６００μｍ程度の厚みを有
する。

【００３４】まず図７（ｂ）に示すように、シリコンウ
ェハ３１を熱酸化処理してその表面に熱酸化膜（ＳｉＯ
2 膜）３２を形成する（前処理）。この前処理後、イン
プラント処理を実施してボロン（Ｂ）イオンをシリコン
ウェハ３１の表面に打ち込み、さらに拡散のため熱処理
を施してボロンを電気的に活性化させる。こうしてＰ型
拡散層２８が形成される。

【００３５】次に、熱酸化膜３２を一旦除去した後、図
７（ｃ）に示すようにシリコンウェハ３１の表面にＣＶ
Ｄにより新たなシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）３３を形成
する。そして、レジスト３４を塗布（スピンコート）し
た後、ゲージ部１７〜２０，ガードバンク部２１〜２
５，応力調整部２６及び入出力電極部１３〜１６を形成
するためのパターニングを施す。

【００３６】そして、図７（ｄ）に示すようにシリコン
ウェハ３１の表面をドライエッチングにより掘り込む。
まずレジスト３４のパターニング形状にＳｉＯ2 膜３３
をドライエッチングし、一旦アッシングによりレジスト
３４を除去した後、残ったＳｉＯ2 膜３３をマスクとし
てシリコンウェハ３１を所定深さ（例えば約３μｍ）ま
でエッチングする。このドライエッチングにより、ゲー
ジ部１７〜２０，ガードバンク部２１〜２５及び応力調
整部２６となる凸部３１ａと、入出力電極部１３〜１６
となる凸部３１ｂとがシリコンウェハ３１上に形成され
る。２段階でドライエッチングを行ったのは、レジスト
３４ではシリコン約３μｍ程度のドライエッチングに耐
え切れないためである。

【００３７】次に、ＳｉＯ2 膜３３を一旦除去し、図８
（ａ）に示すようにシリコンウェハ３１の表面全体にＣ
ＶＤにより新たな絶縁酸化膜（ＳｉＯ2 膜）３５を形成
する。そして、凸部３１ｂ上の絶縁酸化膜３５の一部を
ウェットエッチングにより除去し、電極２９とのコンタ
クトを取るためのコンタクト部３６を形成する。コンタ
クト部３６形成後、ウェットエッチングに使用したレジ
ストをアッシングにより除去する。

【００３８】続いて図８（ｂ）に示すように、コンタク
ト部３６を形成した後の凸部３１ｂの上面にアルミニウ
ムからなる電極２９を形成する。まずシリコンウェハ３
１の表面にスパッタ法もしくは真空蒸着法によりアルミ
ニウム膜（Ａｌ）３７を形成し、次にレジスト（図示せ
ず）を塗布して電極２９を形成するためのパターニング
を行う。その後、シリコンウェハ３１をウェットエッチ
ングにより不要なアルミニウム膜３７を除去し電極２９
を形成する。そして、レジストをアッシングにより除去
した後、電極２９とシリコンウェハ３１とのコンタクト
を確実に取るためシンタリング処理を実施する。

【００３９】電極２９の形成工程までを終え、シリコン
ウェハ３１の加工工程が完了すると、次に力伝達部用ウ
ェハとしてのガラスウェハ４０の接合工程に移る。ガラ
スウェハ４０はシリコンウェハ３１に熱膨張係数を合わ
せた結晶化ガラスからなる３インチウェハである。シリ
コンウェハ３１の表面には電極２９がその厚み分（約１
μｍ）だけ突出しており、ガラスウェハ４０には接合時
にその下面が電極２９に当たることを回避するなどのた
め所定の切削加工が施される。

【００４０】図９に示すように、ガラスウェハ４０の下
面（接合面側）には、接合時にその下面を当てないよう
に電極２９を回避するための逃げ部４０ａをダイシング
により基体１２の短軸方向と平行なＸ方向に延びるよう
に切削加工する。本実施形態では、Ｘ方向の逃げ部４０
ａが形成されるだけである。なお、図９ではシリコンウ
ェハとの対応位置関係が分かるように、ゲージ部を構成
する凸部３１ａと電極２９とを破線で示した。

【００４１】この加工を施した後、ガラスウェハ４０を
シリコンウェハ３１の表面に接合する。まず図１０
（ａ）に示すように、５インチのシリコンウェハ３１の
表面に３インチのガラスウェハ４０を、逃げ部４０ａを
電極２９のパターンに位置合わせするように治具を用い
て載置状態にセットする。治具による位置合わせは多少
の誤差（約５０μｍ程度）を伴う。

【００４２】そして、シリコンウェハ３１とガラスウェ
ハ４０とを陽極接合法により接合する。この陽極接合時
には両ウェハ３１，４０間に高電圧が印加されるが、逃
げ部４０ａによりガラスウェハ４０と電極２９との間に
適当な間隔（例えば約３μｍ程度）が確保されるため、
電極２９を介したリーク電流が発生することはない。そ
のため、ガラスウェハ４０は凸部３１ａの上面で絶縁酸
化膜３７を介して確実に必要強度で接合される。

【００４３】次に図１０（ｂ）に示すように、ガラスウ
ェハ４０の表面（上面）にガラスブロック２７のＸ方向
側面に合わせた図９に示す切削ラインＢ１，Ｂ２に沿っ
てダイシングによりハーフカットを入れ、Ｘ方向（基体
１２の短軸方向）に延びる複数本のマトリクス溝４０ｂ
を形成する。マトリクス溝４０ｂを形成するときのダイ
シングブレードの位置合わせは、３インチのガラスウェ
ハ４０からはみ出して見えるシリコンウェハ３１のパタ
ーンを実際に見ながら、そのパターンに合わせて行われ
る。そのため、マトリクス溝４０ｂはシリコンウェハ３
１側のパターンに対して位置精度良く形成される。

【００４４】次に、ガラスウェハ４０の上面に粘着力の
比較的弱いテープを貼り付けた後、貼着したテープ上を
ローラで押圧してマトリクス溝４０ｂに沿って破断す
る。そして、テープを剥がすことによりガラスブロック
２７とならないガラスウェハ４０の不要部分を除去する
（図１０（ｃ））。除去した不要部分はテープに付着さ
れるので、そのガラス破片が電極２９に当たってそれを
傷つけることはない。また、ガラスウェハ４０の不要部
分は位置精度良く形成されたマトリクス溝４０ｂに沿っ
て破断除去されるので、ガラスブロック２７はシリコン
ウェハ３１側のパターンに対して誤差少なく所定位置に
正しく配置される。なお、粘着除去用のテープとして、
比較的粘着力の弱い再剥離型ダイシングテープや、紫外
線照射により粘着力が低下（約１０〜１００分の１程
度）するＵＶ硬化型ダイシングテープを使用すると、ガ
ラスウェハ４０の接合面に無理な応力がかかることがな
い。そして、図１０（ｄ）に示すようにシリコンウェハ
３１をダイシングによりＸ方向に素子を分断するように
切断する。

【００４５】一方、Ｙ方向の切断は図１１に示すように
行われる。ガラスウェハ４０はシリコンウェハ３１に対
して同図（ａ）に示す状態で接合されている。ガラスブ
ロック２７と基体１２のＹ方向側面は同一平面で切り落
とされるため、Ｙ方向に各素子を分断するためにはガラ
スブロック２７のＹ方向側面に沿って延びる図９に示す
１本の切断ラインＣ１だけで済む。

【００４６】そして、前述したガラスウェハ４０の不要
部分の除去後、切断ラインＣ１に沿ってガラス用ダイシ
ングブレード（例えばレジンブレード）を用いてガラス
ウェハ４０とシリコンウェハ３１とを一度の切断工程で
切断する。このときのダイシングブレードの位置合わせ
は、シリコンウェハ３１のパターンを実際に見ながらそ
のパターンに合わせて行われるため、ガラスブロック２
７はシリコンウェハ３１側のパターンに対して位置精度
良く形成される。こうして図１１（ｂ）に示すように多
数の力変換素子１１に切り離される。

【００４７】また、シリコンウェハ３１をガラス用ダイ
シングブレードを用いて切断するときに起きるチッピン
グを回避するため、図１２（ａ）に示すようにシリコン
ウェハ３１の表面にシリコン用ダイシングブレード（例
えばダイヤモンドブレード）を用いて予めプリカット
（溝）３１ｃを形成しておくとよい。プリカット３１ｃ
により、比較的刃厚の厚いガラス用ダイシングブレード
を用いても、図１２（ｂ）に示すようにシリコンウェハ
３１の切断時のチッピングの発生を極力回避して切断で
き、チッピングによるシリコンウェハ３１の表層部の剥
がれが極力抑えられる。

【００４８】こうして製造された力変換素子１１は、圧
縮力に対してピエゾ抵抗係数が大きくなる〈１−１０〉
方位に基体１２を短くし、ガラスブロック２７の側面と
基体１２の側面とを同一切断面としている。そして、従
来の力変換素子の基体に比較して〈１−１０〉方位が短
くなるように基体１２が一層偏平化しているため、図６
のグラフに示す検出感度の基体サイズ依存性の関係よ
り、その検出感度が従来構造のものに比較して一層向上
する。

【００４９】以上詳述したように本実施形態によれば、
以下に列記する効果が得られる。 （ａ）基体１２の短軸方向においてガラスブロック２７
の相対向する二辺の延長線間に挟むような配置パターン
で各電極部１３〜１６を基体１２の表面に配置した。そ
のため、接合後のウェハ３１，４０を個々の素子に切断
するときの基体１２の長手方向と平行な方向（Ｙ方向）
における切断を１ラインで済ませることができる。つま
り、従来はＹ方向に素子を分断するためのガラスウェハ
の切断に２ライン必要があったが、ガラスウェハ４０の
Ｙ方向の切断工数を半減させることができる。また、ガ
ラスウェハ４０のＹ方向の切断ライン上に電極２９が位
置しなくなるため、従来ガラスウェハをＹ方向に切断す
る際にダイシングブレードが電極に当たらないようにガ
ラスウェハの接合面側に施していたＹ方向のマトリクス
溝を施す必要がなくなる。従って、ガラスウェハ４０の
ダイシング切削工数を低減でき、力変換素子１１の生産
性の向上を図ることができる。

【００５０】（ｂ）電極部１３〜１６をガラスブロック
２７の相対向する１組の二辺の延長線間に挟まれるよう
に配置することにより、ガラスブロック２７の側面とほ
ぼ同一切断面で切り落として幅狭く設計した基体１２の
短軸方向を、圧縮力に対するピエゾ抵抗係数が大きくな
る〈１−１０〉方位に一致させた。つまり、検出感度を
主に支配する〈１−１０〉方位のゲージ抵抗値の感度を
向上させるべく、検出感度の基体辺長依存性に基づき基
体１２を〈１−１０〉方位に短く設計した。そのため、
検出感度の基体辺長依存性に基づき、検出感度の一層高
い力変換素子１１を提供することができる。

【００５１】（ｃ）基体１２が従来構造に比較して短軸
方向（〈１−１０〉方位方向）に短くなった分だけ、同
一サイズの１枚のシリコンウェハ３１からより多数個の
素子を取ることができる。

【００５２】（ｄ）シリコンウェハ３１の表面にプリカ
ット３１ｃを施すことにより、ガラス用ダイシングブレ
ードによりガラスウェハ４０とシリコンウェハ３１とを
一度に切断しても基体１２の表面層（特にＰ型拡散層２
８）にチッピング不良が発生し難くなり、力変換素子１
１の歩留りを向上させることができる。

【００５３】（ｅ）ウェハ３１，４０の接合後の電極２
９の上方に位置するガラスウェハ４０の不要部分を、ガ
ラスウェハ４０の表面にマトリクス溝４０ｂを形成した
後にテープを貼り付け、ローラを押圧後、そのテープを
剥がし取ることによりテープに粘着除去するようにし
た。従って、ガラスウェハ４０の不要部分が飛散などし
て電極２９を傷つける心配がなくなり、力変換素子１１
の歩留り向上に寄与する。また、ワイヤボンド不良の低
減にも寄与する。

【００５４】（ｆ）従来技術ではガラスウェハの下面に
予めマトリクス溝を形成した関係から、両ウェハを接合
時に位置決めする比較的精度の低い（約５０μｍ）治具
の位置精度がそのままガラスブロックの位置精度を決め
ていた。これに対し、本実施形態では、ガラスウェハ４
０を接合後に切削するダイシングブレードの高い位置精
度で、しかもシリコンウェハ３１上のパターンを実際に
見ながら位置合わせできるので、基体１２に対するガラ
スブロック２７の位置精度を高く（例えば誤差を約５〜
１０分の１）することができる。

【００５５】（ｇ）ガラスブロック２７の位置精度がウ
ェハ３１，４０の接合後に行われるガラスウェハ４０の
ダイシング精度により決まるので、ガラスウェハ４０を
シリコンウェハ３１に接合するときの位置合わせを簡単
に済ませることができる。

【００５６】尚、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次の
ように構成することもできる。 （１）力伝達部の側面とほぼ同一平面で切断した基体の
側面に挟まれた方向が、基体の短軸方向であることに限
定されない。つまり、力伝達部の側面と基体の側面とが
同一切断面となるように基体が設計されていればよい。
例えば、基体の長軸方向において相対向する二側面が力
伝達部の側面と同一切断面となる構成としてもよい。ま
た、基体が偏平でない正方形状であってもよい。この構
成によっても、素子を分断するためのガラスウェハのＹ
方向の切断ラインが１ラインで済むうえ、従来接合前に
施していたＹ方向のマトリクス溝を無くすことができ
る。よって、ダイシング工数を低減でき、力変換素子の
生産性向上に寄与する。

【００５７】（２）力伝達部用ウェハ（ガラスウェハ）
の所定方向の切断ラインを１ラインで済ませるべく、基
体の側面と力伝達部の側面を同一平面上に設定する方法
は、基体の幅を短くする方法に限定されない。例えば、
力伝達部（ガラスブロック）の幅を広く設定してその側
面を基体の側面に対し同一平面上となるようにした設計
方法を採用することもできる。この構成によっても、力
変換素子の生産性を向上させることができる。

【００５８】（３）基体の短軸方向は〈１−１０〉方位
に限定されない。例えば基体の短軸方向が〈００１〉方
位であってもよい。この構成では、検出感度の向上を期
待し難いものの、力変換素子の生産性の向上は図ること
ができる。

【００５９】（４）ガラスウェハ４０の不要部分の除去
をテープ等の粘着手段を用いず、従来通りのダイシング
ブレードによる切断に依ってもよい。この方法によって
も、基体の長手方向（Ｙ方向）に沿って各素子を分離す
るためのガラスウェハの切断ラインが１ラインで済むう
え、基体の長手方向に従来接合前に予め施さなければな
らなかったＹ方向のマトリクス溝を無くすことができ
る。

【００６０】（５）ガラスウェハ４０とシリコンウェハ
３１の同一切断ラインでの切断を、その材質に合わせて
それぞれ専用のダイシングブレードを用いて行ってもよ
い。この構成によれば、シリコンウェハ３１の切断に専
用ダイシングブレード（例えばシリコン用ダイヤモンド
ブレード）を用いれば、プリカットを施さなくてもチッ
ピングを低減することができる。

【００６１】（６）マトリクス溝が形成されたガラスウ
ェハからその不要部分を除去する方法は、テープによる
粘着除去に限定されない。例えば吸引除去しても構わな
い。吸引除去しても、ガラス破片が電極を傷つける心配
はない。また、粘着除去方法もテープを用いた方法に限
定されず、ガラス破片を粘着除去できればテープに限定
されない。

【００６２】（７）力変換素子の基体１２を形成するた
めのウェハは、シリコンウェハに限定されず、他の半導
体ウェハを用いることもできる。また、力伝達部用ウェ
ハもガラスウェハに限定されず、圧縮強度の高いその他
の材料を使用することができる。例えば結晶化されてい
ないガラスウェハや、Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミックウェハ
としてもよい。

【００６３】（８）前記実施形態では入力電流と出力電
圧の向きが同一方向で使用されるπ13方式の力変換素子
に本発明を適用したが、その設計上可能であれば本発明
を入力電流と出力電圧の向きを直交させて使用するπ63
方式の力変換素子に適用し、その生産性の向上を図って
もよい。

【００６４】前記実施の形態から把握され、特許請求の
範囲に記載されていない技術思想（発明）を、その効果
とともに以下に記載する。 （イ）請求項１又は請求項２の発明において、半導体ウ
ェハと力伝達部用ウェハを同一の切断ブレードを用いた
一工程で切断するようにした。この方法によれば、力変
換素子製造時の切断作業の工数を一層低減することがで
きる。

【００６５】（ロ）請求項１又は請求項２の発明におい
て、前記ウェハ切断工程では、前記力伝達部用ウェハの
力伝達部として使用されない不要部分を、切り込みを施
した後、粘着手段により粘着除去するようにした。この
方法によれば、電極の上方の位置する力伝達部用ウェハ
の不要部分が粘着手段により粘着除去されるため、その
不要部分が電極を傷つけることを回避でき、歩留りの向
上に寄与する。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１及び請求項
３に記載の発明によれば、力伝達部の１組の相対向する
二辺の延長線間に素子単位毎の電極が挟まれるように電
極を配置し、力伝達部用ウェハの切断を力伝達部の相対
向する前記二辺に沿う切断線だけで済むようにしたた
め、力伝達部用ウェハの切削時間及び切削工数を低減
し、力変換素子の生産性を向上させることができる。

【００６７】請求項２及び請求項４に記載の発明では、
力伝達部の側面とほぼ同一平面で側面が切り落とされた
基体の短軸方向を、基体のピエゾ抵抗係数の大きな結晶
方位方向に一致させたため、力変換素子の検出感度を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の力変換素子の一部破断平面図。

【図２】図１のII−II線断面図。

【図３】力変換素子の正面図。

【図４】力変換素子の電気回路図。

【図５】ピエゾ抵抗係数の方位変化特性を示す分布曲線
のグラフ。

【図６】基体サイズに対する検出感度特性を示すグラ
フ。

【図７】力変換素子の製造工程を示す模式断面図。

【図８】同じく模式断面図。

【図９】ガラスウェハの部分平面図。

【図１０】力変換素子の製造工程を示す〈００１〉方位
の模式断面図。

【図１１】同じく〈１−１０〉方位の模式断面図。

【図１２】同じく拡大模式断面図。

【図１３】従来技術における力変換素子の一部破断平面
図。

【図１４】同じくガラスウェハの部分平面図。

【図１５】同じく力変換素子の製造工程を示す模式断面
図。

【図１６】同じく模式断面図。

【符号の説明】

１１…力変換素子、１２…基体、１３，１４…電極とし
ての入力電極部、１５，１６…電極としての出力電極
部、１７〜２０…ゲージ部、２７…力伝達部としてのガ
ラスブロック、２９…電極、３１…半導体ウェハとして
のシリコンウェハ、４０…力伝達部用ウェハとしてのガ
ラスウェハ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力変換素子複数個分の電極を形成した半
   導体ウェハと、力伝達部用ウェハとを接合させた後、各
   素子を個々に切り離す力変換素子の製造方法において、 前記力伝達部用ウェハを素子毎に切り取ってできる力伝
   達部の１組の相対向する二辺の延長線間に素子単位毎の
   電極を挟むような配置パターンで半導体ウェハの表面に
   電極を形成する電極形成工程と、 前記電極形成後の半導体ウェハに対し力伝達部用ウェハ
   を電極形成面側にて接合するウェハ接合工程と、 前記ウェハ接合工程後、前記力伝達部の相対向する前記
   二辺に沿って、前記力伝達部用ウェハと前記半導体ウェ
   ハとを同一切断線で切断することにより、そのウェハ接
   合体を素子毎に切り離すウェハ切断工程とを備えたこと
   を特徴とする力変換素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記電極形成工程において、前記力伝達
   部の１組の相対向する二辺の延長線間に素子単位毎の電
   極を挟み込んだ所定方向は、前記半導体ウェハが素子毎
   に切り離されてできる基体において、前記力伝達部と該
   基体との接合面に垂直な応力に対するピエゾ抵抗係数が
   大きくなる結晶方位方向であり、前記ウェハ切断工程で
   は該結晶方位方向が該基体の短手方向となるように前記
   半導体ウェハを切り離すことを特徴とする請求項１に記
   載の力変換素子の製造方法。
3. 【請求項３】 ピエゾ効果を有する半導体からなる基体
   の上面に、力伝達部と検出用電極とが設けられた力変換
   素子であって、 前記電極が前記力伝達部の水平面における１組の相対向
   する二辺の延長線間に挟まれて配置され、しかも該二辺
   における前記力伝達部の側面に対しほぼ同一平面で前記
   基体の側面が切り落とされていることを特徴とする力変
   換素子。
4. 【請求項４】 前記基体の水平断面は、前記力伝達部の
   前記二辺の延長線に挟まれた方向が短軸となる偏平形状
   を有しており、その短軸方向が該基体のピエゾ抵抗係数
   が大きくなる結晶方位方向に一致していることを特徴と
   する請求項３に記載の力変換素子。