(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層が積層された絶縁基体の内部に貫通導体および配線層を備え、上面に縦横の並びにマトリックス状に配置された多数の第１電極を備え、かつ下面側にキャビティを有する多層配線基板と、
該多層配線基板の前記キャビティに収容されて搭載された半導体素子と、
前記第１電極の上にそれぞれ配置された多数の圧電体と、
前記絶縁基体の露出する全表面を覆うように形成された振動吸収層と、
前記多数の圧電体の全ての上面を覆うように形成された第２電極とを含み、
前記第１電極と前記圧電体と前記第２電極とで構成された多数の感圧素子が、それぞれの前記第１電極からの個別の配線と前記第２電極からの共通の配線とを介して前記半導体素子に電気的に接続されていることを特徴とする圧力分布センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属表面へのめっきや塗装工程の脱脂工程の前処理、半導体製造装置や液晶製造装置における洗浄などに利用される超音波洗浄機において洗浄槽内の音圧強度の分布を測定するのに好適な圧力分布センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や液晶製造装置などでは、微細加工の前後で、半導体ウェハや液晶用ガラス基板などの被洗浄物に付着したサブミクロンオーダのパーティクルを洗浄除去するための超音波洗浄が行なわれる。
【０００３】
このような超音波洗浄を行なう装置として、バッチ式の超音波洗浄装置が知られている。これらの超音波洗浄装置においては、洗浄槽内の液中の音圧分布状態を高密度に測定することが重要である。
【０００４】
ここで、音圧分布状態（超音波発振器が正常に作動しているか、振動子で発生した超音波振動が効率よく洗浄液に導かれているか、洗浄槽内における超音波の音圧強度分布が極端に偏っていないかなど）の測定にはセンサが用いられる。
【０００５】
このセンサとしては、たとえば透明な樹脂やガラス、金属などの材料によって形成された棒状体の先端部に音圧を受ける感知部が形成され、棒状体の基端に棒状体を伝播した音圧を電気信号に変換する感圧素子が設けられた構成のものが知られている。そして、感圧素子は表示器に接続されていて、感知部を洗浄槽内の液中に位置させることで、その位置の音圧強度を測定することができる。
【０００６】
ところで、上記のセンサを用いた測定は点測定であって感知部の位置決めが困難であるとともに、このセンサを用いて超音波洗浄槽内の音圧分布を測定しようとすると測定回数が莫大になることから、超音波洗浄槽内の音圧分布を高密度に測定することは困難であった。
【０００７】
これに対し、可撓性基板の片面もしくは両面に圧電結晶薄膜が形成され、この圧電結晶薄膜に電極が取り付けられた感圧素子が複数個、任意に並べられて一枚のシート状に形成され、各電極に端子が接続されている圧力分布センサが知られている（特許文献１を参照。）。
【０００８】
この圧力分布センサを用いれば、面方向の音圧分布測定が可能となり、点測定のセンサと比べて音圧分布の測定回数を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２７５１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の圧力分布センサでは、感圧素子の各電極に端子が接続され、この端子がリード線に接続される構成となっていることから、圧力分布センサにおける配線スペースが必要であるとともに、圧力分布センサと表示器とを接続するリード線に要するスペースも必要となる。
【００１１】
また、上記の圧力分布センサでは、超音波槽内に入れて音圧を測定する際に、可撓性基板が超音波によって振動し、感圧素子に直接加わる圧力の他に可撓性基板の振動も圧力として検知して電圧に変換してしまい、正確な音圧分布測定ができないおそれがある。
【００１２】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、省スペースで高密度に多数の感圧素子を搭載し、正確な音圧分布測定が可能な圧力分布センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数の絶縁層が積層された絶縁基体の内部に貫通導体および配線層を備え、上面に縦横の並びにマトリックス状に配置された多数の第１電極を備え、かつ下面側にキャビティを有する多層配線基板と、該多層配線基板の前記キャビティに収容されて搭載された半導体素子と、前記第１電極の上にそれぞれ配置された多数の圧電体と、前記絶縁基体の露出する全表面を覆うように形成された振動吸収層と、前記多数の圧電体の全ての上面を覆うように形成された第２電極とを含み、前記第１電極と前記圧電体と前記第２電極とで構成された多数の感圧素子が、それぞれの前記第１電極からの個別の配線と前記第２電極からの共通の配線とを介して前記半導体素子に電気的に接続されていることを特徴とする圧力分布センサである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の絶縁層が積層された絶縁基体の内部に貫通導体および配線層を備え、上面に縦横の並びにマトリックス状に配置された多数の第１電極を備え、かつ下面側にキャビティを有する多層配線基板と、多層配線基板のキャビティに収容されて搭載された半導体素子と、第１電極の上にそれぞれ配置された多数の圧電体と、多数の圧電体の全ての上面を覆うように形成された第２電極とを含み、第１電極と圧電体と第２電極とで構成された多数の感圧素子が、それぞれの第１電極からの個別の配線と第２電極からの共通の配線とを介して半導体素子に電気的に接続されているため、省スペースで高密度に多数の感圧素子を搭載することができる。
【００１５】
また、絶縁基体の露出する全表面を覆うように振動吸収層が形成されているため、多層配線基板の振動が抑制されることから、感圧素子が多層配線基板の振動を圧力として検知して電圧に変換してしまうのを抑制でき、正確な音圧分布測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の圧力分布センサの実施の形態の一例を示す概略平面図であり、第２電極を透視した状態を示している。
【図２】図１に示す圧力分布センサのＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図１に示す圧力分布センサのＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の圧力分布センサの実施の形態の例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の圧力分布センサの実施の形態の一例を示す概略平面図であり、第２電極を透視した状態を示している。また、図２は図１に示す圧力分布センサのＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１に示す圧力分布センサのＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００１９】
図１乃至図３に示す圧力分布センサは、複数の絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆが積層された絶縁基体１０の内部に貫通導体１１１、１２１、１３１および配線層１１２、１２２、１３２を備え、上面に縦横の並びにマトリックス状に配置された多数の第
１電極２１を備え、かつ下面側にキャビティ４を有する多層配線基板１と、多層配線基板１のキャビティ４に収容されて搭載された半導体素子５と、第１電極２１の上にそれぞれ配置された多数の圧電体２２と、絶縁基体１０の露出する全表面を覆うように形成された振動吸収層６と、多数の圧電体２２の全ての上面を覆うように形成された第２電極２３とを含み、第１電極２１と圧電体２２と第２電極２３とで構成された多数の感圧素子２が、それぞれの第１電極２１からの個別の配線１１と第２電極からの共通の配線１２とを介して半導体素子５に電気的に接続されている。
【００２０】
多層配線基板１は、複数の絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆが積層された絶縁基体１０の内部に貫通導体１１１、１２１、１３１および配線層１１２、１２２、１３２を備え、上面に複数の第１電極２１を備えている。また、多層配線基板１は、上面に複数の外部端子電極３１、３２、３３、３４を備えている。
【００２１】
絶縁基体１０（絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）の形成材料としては、絶縁性の良好な部材を用いればよく、例えば、セラミック材料、ガラス材料、樹脂材料等が挙げられる。セラミック材料としては、アルミナ質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス等が挙げられ、ガラス材料としては、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が挙げられ、樹脂材料としては、ガラスエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆの厚みは、例えば１０μｍ〜２００μｍに形成される。また、絶縁基体１０の厚みは例えば０．５ｍｍ〜５ｍｍに形成され、縦横の長さは例えば４ｃｍ〜５０ｃｍに形成される。
【００２２】
多数の第１電極２１は、図１に透視した状態を示しているように、縦横の並びにマトリックス状に配置されている。そして、それぞれの第1電極２１は、後述する圧電体２２と
第２電極２３との構成により、縦横の並びにマトリックス状に配置されたそれぞれの感圧素子２を形成するものである。なお、第１電極２３は、例えば縦の並びに５〜１００個、横の並びに５〜１００個配置される。また、図１では縦横同数となっているが、同数に限られずに異ならせてもよい。
【００２３】
図１乃至図３に示す多層配線基板１は、上面に複数の外部端子電極３１、３２、３３、３４を備えている。複数の外部端子電極３１、３２、３３、３４は、これにリード線（図示せず）が接続され、外部との接続端子電極として機能するものである。外部端子電極３１、３２、３３、３４の役割としては、例えば外部端子電極３１と外部端子電極３２は一対で半導体素子５への電源供給を担う端子電極であり、外部端子電極３３はそれぞれの感圧素子２にて検知された圧力に基づいて半導体素子５から送られてきた電気信号を表示部に送信する役割を担う端子電極であり、外部端子電極３４はグランドとしての端子電極である。なお、この複数の外部端子電極３１、３２、３３、３４は、多層配線基板１の上面に限らず、下面または側面に形成されていてもよい。
【００２４】
貫通導体１１１、１２１、１３１および配線層１１２、１２２、１３２としては、第１電極２１からの個別の配線１１としてそれぞれの第１電極２１と半導体素子５とを電気的に接続する貫通導体１１１および配線層１１２、また第２電極２３からの共通の配線１２として第２電極２３と半導体素子５とを電気的に接続する貫通導体１２１および配線層１２２、さらに半導体素子５とそれぞれの外部端子電極３１、３２、３３、３４とを電気的に接続する貫通導体１３１および配線層１３２が設けられている。なお、図３では半導体素子５と外部端子電極３４とが電気的に接続されている状態を示しているが、外部端子電極３１、３２、３３についても同様に電気的に接続されている。
【００２５】
これらは、タングステン、モリブデン、銀、銅、パラジウムなどの導体からなり、絶縁
基体１０（絶縁層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）との組み合わせによりその材料は適宜決定される。第１電極２１、外部端子電極３１、３２、３３、３４および配線層１１２、１２２、１３２の厚みは３μｍ〜２０μｍ程度、貫通導体１１１、１２１、１３１は直径３０μｍ〜２５０μｍ程度に形成される。
【００２６】
多層配線基板１は、下面側にキャビティ４を有していて、このキャビティ４は半導体素子５を収容する大きさに形成されている。図２および図３では、絶縁層１ｅおよび絶縁層１ｆに貫通穴が形成されることによって、キャビティ４が形成されている。
【００２７】
そして、このキャビティ４に収容されて半導体素子５が搭載されている。この半導体素子５は、個別の配線１１（貫通導体１１１および配線層１１２）を介してそれぞれの第１電極２１と電気的に接続され、共通の配線１２（貫通導体１２１および配線層１２２）を介して第２電極２３と電気的に接続されていて、それぞれの感圧素子２で生じた電圧を検出し、電気信号として表示部に送信する役割を担う。
【００２８】
なお、キャビティ４における半導体素子５の周りには、例えばエポキシ樹脂などの充填樹脂４１が充填されるのが好ましい。
【００２９】
多数の第１電極２１の上には、それぞれ圧電体２２が配置されている。圧電体２２は、圧力を受けてこれを電圧に変換する役割を担う部材であり、圧電特性を備えるものであればどのような圧電材料からなるものであってもよいが、圧電特性が高い材料からなるのが好ましく、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる。また、その厚みが１μｍ未満では充分な圧電効果を得られにくく、逆に１００μｍを超えると圧電体の感度が低下してしまう可能性があることから、通常１μｍ〜１００μｍ程度の厚みに形成される。また、圧電体２２の平面方向の形状については特に限定はないが、円形もしくは四角形であることが好ましく、その直径もしくは１辺は１０μｍ〜１０ｍｍ程度の範囲で適宜決定される。
【００３０】
多数の圧電体２２は、圧電体ペーストの塗布、乾燥、焼成によって形成されてもよく、別途、下面に電極の形成された圧電体２２を作製して半田などで固定してもよい。なお、後者の場合、前述の多層配線基板１の上面に形成された第１電極２１と圧電体２２の下面に形成された電極とを含めて第１電極２１となる。
【００３１】
そして、多層配線基板１を構成する絶縁基体１０の露出する全表面を覆うように振動吸収層６が形成されている。このように振動吸収層６が形成されていることにより、多層配線基板１が超音波によって振動することを防ぐことができ、圧電体２２が多層配線基板１からの振動を検知してしまうのを抑制することができる。なお、絶縁基体１０の露出する全表面とは、上面、下面および側面の全てであり、圧電体２２や外部端子電極３１、３２、３３、３４の形成されていない部分のことを意味する。
【００３２】
振動吸収層６としては、例えば超音波の吸収性が良好なものを用いればよく、天然ゴム、シリコーンゴムやウレタンゴムなどが挙げられる。これらのゴムをシート状に成型したものを、例えばシリコーン系接着剤や、天然ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などの接着剤を用いて接着してもよく、ペースト状のものを塗布して乾燥させるといった工程を経ることによって形成してもよい。
【００３３】
振動吸収層６の厚みは、通常１μｍ〜５ｍｍに設定される。厚みが１μｍ未満であると超音波の吸収性が低下し、多層配線基板１の振動防止効果が薄れるためである。そして、多層配線基板１の上面に形成される振動吸収層６の厚みは、後述のように第２電極２３を形成するために、多数の圧電体２２の上面の振動吸収層６の上面とが同じ高さとなるよう
な厚みであるのが好ましい。
【００３４】
そして、多数の圧電体２２の全ての上面を覆うように第２電極２３が形成されていて、言い換えれば、多数の圧電体２２の全ての上面を覆うようにつながって形成されている。第２電極２３は、前述の第１電極２１、圧電体２２との組み合わせで感圧素子２を形成するもので、この第２電極２３はグランド電極として役割を担うことから、それぞれの感圧素子２について独立に形成されずにつながって形成され、共通の配線１２（貫通導体１２１および配線層１２２）で半導体素子５と電気的に接続されている。第２電極２３は、タングステン、モリブデン、銀、銅、パラジウムなどの導体から成り、スパッタリング法や化学蒸着法、またはこれらの方法を適用したうえでさらに無電解めっき法を適用するなどによって形成されたものである。第２電極２３の厚みは、第２電極２３による超音波の反射、吸収が大きくなってその感度が低下しない程度の厚み、例えば０．１μｍ〜５μｍであるのが好ましい。
【００３５】
そして、図１に透視した状態を示すように、第１電極２１と圧電体２２と第２電極２３とで構成された多数の感圧素子２が、それぞれの第１電極２１からの個別の配線１１と第２電極からの共通の配線１２とを介して半導体素子５に電気的に接続された構成となっている。
【００３６】
なお、図２に示すように、貫通導体１２１と第２電極２３とを電気的に接続させるために、絶縁基体１０（絶縁層１１）の上面に絶縁基体１０（絶縁層１１）と同じ材料で突出部１４１が形成され、この突出部１４１の内部に貫通導体１２１が形成され、突出部１４１の上面に接続導体１５が形成されているのが好ましい。
【００３７】
また、図３に示すように、外部端子電極３１、３２、３３、３４の形成される部位についても、絶縁基体１０（絶縁層１１）の上面に絶縁基体１０（絶縁層１１）と同じ材料で突出部１４２が形成され、この突出部１４２の内部に貫通導体１３１が形成され、突出部１４２の上面に外部端子電極３１、３２、３３、３４が形成されているのが好ましい。
【００３８】
このようにして得られた圧力分布センサは、超音波槽内の洗浄液に浸漬することで超音波槽内の平面方向の音圧分布を高密度かつ正確に測定することが可能となる。ここで、圧力分布センサの形状を半導体ウェハや液晶用ガラス基板などの被洗浄物と同一の形状にすることで、被洗浄物を超音波槽に浸漬した際の被洗浄物に照射される音圧の分布を正確に測定することも可能になる。
【００３９】
以下、上記の圧力分布センサの製造方法の一例について説明する。
【００４０】
まず、多層配線基板１を作製するためにセラミックグリーンシートを形成する。例えば、絶縁層がセラミック材料でアルミナ質焼結体からなる場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等のセラミック原料粉末に有機バインダ及び有機溶剤などを混合したセラミックスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、支持体の表面部にシート状に成形することによってセラミックグリーンシートを作製する。
【００４１】
セラミックススラリーに用いる有機バインダとしては、たとえばアクリル系（アクリル酸、メタクリル酸またはそれらのエステルの単独重合体または共重合体、具体的にはアクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体等）、ポリビニルブチラ−ル系、ポリビニルアルコール系、アクリル−スチレン系、ポリプロピレンカーボネート系、セルロース系などの単独重合体または共重合体が挙げられる。セラミックスラリーに用いる有機溶剤としては、上記のセラミ
ック原料粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、トルエン、ケトン類、アルコール類の有機溶媒および水などが挙げられる。これらの中で、トルエン、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコールなどの蒸発係数の高い溶剤はスラリー塗布後の乾燥工程が短時間で実施できるので好ましい。
【００４２】
次に、セラミックグリーンシートの所定の位置にパンチングもしくはレーザー等によって貫通孔を形成する。そして、導体ペーストを、埋め込み印刷等の手法を用いて貫通孔に充填するとともに、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて塗布する。また、キャビティ形成用のセラミックグリーンシートには、半導体素子を収容できる程度の大きな貫通穴を形成する。
【００４３】
なお、導体ペーストは、主成分の導体粉末に有機バインダ、有機溶剤、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作され、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の絶縁層との接合強度を高めたりするために、ガラスやセラミックスの粉末を添加してもよい。導体ペーストに用いる導体材料としては、例えばタングステンやモリブデンの場合、アトマイズ法、還元法などによって製造された粉末であり、必要により酸化防止、凝集防止などの処理をおこなってもよい。導体ペーストに用いる有機バインダとしては、焼成工程での分解、揮発性を考慮して、例えばアクリル系、アルキド系の有機バインダが好ましく、添加量としては導体粒子を分散できる量であればよい。また、導体ペーストに用いる有機溶剤としては、上記の導体粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテートおよびフタル酸などの可塑剤などが使用可能であるが、有機溶剤の乾燥性を考慮し、テルピネオールなどの低沸点溶剤などが好ましい。
【００４４】
次に、セラミックグリーンシートを複数枚積層して、例えば絶縁層がアルミナ質焼結体の場合には１３００〜１６００℃で焼成することによって、多層配線基板１を作製する。
【００４５】
なお、多層配線基板１を構成する絶縁層が樹脂材料からなる場合は、周知の有機基板の製造方法が採用される。
【００４６】
次に、多層配線基板１の上面に縦横の並びにマトリックス状に配置された多数の第１電極２１の上に、圧電体ペーストを所定の形状に印刷塗布して形成後、９００〜１２００℃で焼成した後、分極処理を施して、多数の圧電体２２を配置させる。圧電体ペーストは、原料の圧電セラミック粉末に有機バインダ、有機溶剤、必要に応じて分散剤等を加えてボールミル、三本ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。圧電体ペーストに用いる圧電粉末は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の場合、酸化鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオブ、炭酸ストロンチウム等の粉末を所望の組成となるように秤量し、これを混合機にて乾式混合し、その後８００〜９５０℃で仮焼することによって得られる。圧電体ペーストに用いる有機バインダとしては、前述の導体ペーストと同様のものが使用できる。圧電ペーストに用いる有機溶剤としては、上記の圧電粉末と有機バインダとを良好に分散させて混合できるようなものであればよく、テルピネオールやブチルカルビトールアセテートおよびフタル酸などの可塑剤などが使用可能である。
【００４７】
次に、半導体素子５を実装する。具体的には、キャビティ４の底面に引き出された配線と半導体素子の端子とを半田などによって接合する。
【００４８】
次に、絶縁基体１０の露出する全表面を覆うように振動吸収層６を形成する。形成方法としては、ゴム組成物を所定の条件でプレス加硫等することにより、ゴム成形体（ゴムシ
ート）を作製した後、接着剤を用いて多層配線基板に接着してもよいし、ペースト状のゴム組成物を塗布し、乾燥させて硬化させてもよい。なお、多層配線基板１の上面に形成するゴム成形体（ゴムシート）は、感圧素子２、接続導体１５および複数の外部端子電極３１、３２、３３、３４に対応する部分をくり抜いて作製する。
【００４９】
ゴム成形体は、原料であるゴム成分にしゃっ解剤を添加するとともに、必要に応じて着色剤等を適宜に配合し、バンバリーミキサー等を用いて、好ましくは１４０〜１６０℃で３〜５分間混練し、加硫促進剤や加硫剤等を必要に応じて配合し、オープンロール等を用いて、好ましくは５０〜７０℃で３〜５分間混練することにより、ゴム組成物を作製した後、得られたゴム組成物を、所定の条件でプレス加硫等することにより得ることができる。
【００５０】
接着剤としては、ゴム成形体と多層配線基板との接着性が良好であり、常温〜８０℃程度で接着できるものを使用することが好ましく、シリコーン系接着剤や、天然ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤などが使用できる。
【００５１】
一方、ペースト状のゴム組成物は、有機溶剤などを混ぜて作製する。
【００５２】
最後に、多数の圧電体２２の全ての上面を覆うように第２電極２３を形成する。第２電極２３の形成は、常温〜８０℃程度の温度行われるのが好ましく、例えばスパッタリング法等を用いることができる。このような方法で形成された第２電極２３は平滑性に優れ、厚みの薄い電極となる。
【００５３】
以上の方法により、省スペースで高密度に多数の感圧素子を搭載し、正確な音圧分布測定が可能な圧力分布センサが得られる。
【符号の説明】
【００５４】
１：多層配線基板
１０：絶縁基体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：絶縁層
１１：個別の配線
１２：共通の配線
１１１、１２１、１３１：貫通導体
１１２、１２２、１３２：配線層
１４１、１４２：突出部
１５：接続導体
２：感圧素子
２１：第１電極
２２：圧電体
２３：第２電極
３１、３２、３３、３４：外部端子電極
４：キャビティ
４１：充填樹脂
５：半導体素子
６：振動抑制層
【図１】
0005448881.tif 000002
【図２】
0005448881.tif 000003
【図３】
0005448881.tif 000004