電気機械変換装置及びその作製方法
【課題】溝で素子分離された電気機械変換装置の寄生容量を低減すると共に、溝に異物が浸入するのを防止することができる電気機械変換装置及びその作製方法を提供する。
【解決手段】電気機械変換装置は、間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極１０８、１０７を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子１０４と、複数の素子の外周に沿って伸びた外枠１０９を含む。複数の素子夫々の第１の電極１０８は、素子用の基板を溝１１１で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、外枠１０９は、複数の部分から溝１１１で電気的に分離された、複数の部分の周りの素子用の基板の部分から成る。複数の第１の電極１０８は、複数の電極接続部１１２を介して、他の基板１０２の複数の導電性部１１７に夫々接合され、外枠１０９は、複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部１１３を介して、他の基板の対応部分に接合される。
【解決手段】電気機械変換装置は、間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極１０８、１０７を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子１０４と、複数の素子の外周に沿って伸びた外枠１０９を含む。複数の素子夫々の第１の電極１０８は、素子用の基板を溝１１１で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、外枠１０９は、複数の部分から溝１１１で電気的に分離された、複数の部分の周りの素子用の基板の部分から成る。複数の第１の電極１０８は、複数の電極接続部１１２を介して、他の基板１０２の複数の導電性部１１７に夫々接合され、外枠１０９は、複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部１１３を介して、他の基板の対応部分に接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波変換装置などの電気機械変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換装置の一形態に、容量性マイクロマシン加工超音波変換装置（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴの一例として、下部電極を有する基板と、この基板上に形成された支持部で支えられた振動膜であるメンブレンと、上部電極とを備えた素子を複数有する素子基板に、回路基板を電気的に接続することで構成されたものがある。ここでは、基板とメンブレンとの間に、間隙であるキャビティが形成される。ＣＭＵＴは、下部電極と上部電極との間に印加する電圧によってメンブレンを振動させ、超音波を放出する。また、受け取った超音波によってメンブレンを振動させ、下部電極と上部電極との間の容量の変化により超音波を検出する。
【０００３】
従来、ＣＭＵＴは、いわゆるサーフェスマイクロマシニング（サーフィス型）、バルクマイクロマシニング（接合型）を利用して作製されてきた。また、配線方法として、シリコン基板上の複数のメンブレンとキャビティを１つの素子とし、前記シリコン基板そのものを下部電極及び貫通配線として、回路基板に素子を接続する方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法を図４で説明する。素子基板１００７は複数の素子１００８で構成され、素子を１つのユニットとして超音波の送受信を行う。素子１００８は、上部電極１０００、メンブレン１００１、キャビティ１００２、下部電極１００３で構成されている。下部電極には、隣り合う素子１００８同士を電気的に分離（分割）して絶縁を図るため、溝１００４が形成されている。素子基板１００７の下部電極１００３は夫々、バンプ１００５によりＡＳＩＣ基板（回路基板）などと接続される。上部電極１０００は、複数の素子の上部電極１０００が上部電極引き出し部１０１０に接続され、上部電極引き出し部１０１０が上部電極配線１００９とバンプ１００５を介してＡＳＩＣ基板に接続される。この様に、下部電極１００３が電気的に分離されていることにより、素子毎に信号を取り出すことができる。また、非特許文献１では、ＣＭＵＴに柔軟性を与えるため、溝１００４にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）１００６が埋め込まれている。こうして、素子分離のために設けた溝１００４を樹脂で封止すると、異物が溝に侵入することが防げられるため、素子１００８間の絶縁破壊防止に有効である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Journalof Micro electromechanical Systems, Vol.17, No.2 pp.446-452 , APRIL. 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１のＣＭＵＴは、素子分離のために設けた溝を樹脂で封止するため、溝が空間である場合に比べて、下部電極１００３同士の間、又は、下部電極１００３と上部電極配線１００９との間の寄生容量が増える可能性がある。しかし反面、仮に、溝内の空間を保ったまま装置を作製した場合、異物が溝に侵入し絶縁破壊を起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は、間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子と、前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠と、を含み、次の特徴を有する。前記複数の素子夫々の第１の電極は、素子用の基板を溝で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、前記外枠は、前記複数の部分から前記溝で電気的に分離された、前記複数の部分の周りの前記素子用の基板の部分から成る。更に、前記複数の部分から夫々成る第１の電極は、複数の電極接続部を介して、他の基板の複数の導電性部に夫々接合され、前記外枠は、前記複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部を介して、前記他の基板の対応部分に接合される。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置の作製方法は、間隙を挟んで対向した第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子が設けられ前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠を有する素子用の基板に、他の基板を接合する方法である。そして、次の工程を含む。素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の第１の電極とを形成する工程。前記複数の第１の電極に夫々繋がる複数の電極接続部と、前記複数の電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し前記外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程。前記外枠接続部と複数の電極接続部とを介して前記素子用の基板と他の基板とを接合する工程。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記外枠接続部が、前記溝を含む空間の封止材として機能し、素子の分離のために設けた溝内を空間に保ったまま封止すことが可能となり、溝に異物が混入するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用できる電気機械変換装置の一例のＣＭＵＴの構成を説明する図。
【図２】実施形態２のＣＭＵＴの作製方法を説明する断面図。
【図３】実施形態２のＣＭＵＴの作製方法を説明する図。
【図４】従来のＣＭＵＴを示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の電気機械変換装置及びその作製方法において重要な点は、溝で電気的に分離された複数の部分を持つ素子用の基板の外枠に、前記複数の部分の接続用の電極接続部の周りに環状の外枠接続部を形成する点である。そして、この環状の外枠接続部を介して、他の基板の対応部分に接合する。前記他の基板としては、導電性部である貫通配線を複数有する貫通配線基板（後述の実施形態を参照）や、電気機械変換装置を制御するための回路基板がある。
【００１１】
上記考え方に基づき、本発明の機械電気変換装置及びその作製方法の基本的な形態は、課題を解決するための手段のところで述べた様な構成を有する。この基本的な形態を基に、以下に述べる様な実施形態が可能である。前記電極接続部と外枠接続部とは同じ導電性の材料で構成することができ、こうすれば、電気機械変換装置の作製方法が容易となる。前記外枠と第２の電極（後述の上部基板）とは電気的に接続することができ、この場合、外枠は、環状の外枠接続部の導電性部を介して、他の基板の対応部分の導電性の部分に接合されることになる。外枠接続部は、全体が導電性部であってもよいし、電気接続用に一部のみが導電性部であってもよい。前記溝は、真空ないし減圧状態にされたり、若しくは気体で満たされたりすることができる。
【００１２】
以下、本発明が適用できる電気機械変換装置及びその製造方法の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明が適用可能な電気機械変換装置であるＣＭＵＴに係る実施形態１を説明する。図１はこのＣＭＵＴを示す。ただし、本発明は、ＣＭＵＴに限らず、同様な構造（素子用の基板を溝で分割して各素子用の第１の電極を形成する構造）を持つ電気機械変換装置であれば、適用できる。例えば、歪み、磁場、光を用いる超音波変換装置（いわゆる圧電トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、磁気トランスデューサ（ＭＭＵＴ）など）等にも適用できる。すなわち、本発明が適用可能な電気機械変換装置は、後述する第１の電極である下部電極１０８上の構造が後述する構成であるものに限らない。
【００１３】
図１において、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図、図１（ｂ）はＣＭＵＴの上面図、図１（ｃ）は図１（ a ）のＢ−Ｂ’断面における素子用の基板側の上面図、図１（ｄ）は図１（ a ）のＢ−Ｂ’断面図における貫通配線基板側の上面図である。分かり易くするため、上面図にもハッチングないし濃淡を施している。本実施形態のＣＭＵＴは、貫通配線基板１０２と素子基板１０３で構成され、貫通配線基板１０２は回路基板１０１に接続されている。図１（ａ）に示す様に、素子基板１０３と回路基板１０１は貫通配線基板１０２を介して相互に固定されており、回路基板１０１は、素子基板１０３と同一平面上（横並び）ではなく、素子基板１０３の下に配置されている。
【００１４】
素子基板１０３は、二次元に配列された素子１０４、及び全素子１０４の外周に沿って伸びその周囲を囲む外枠１０９を含む。図１の各素子１０４は、第２の電極である上部電極１０７、メンブレン１０５、絶縁体の支持部１００、第２の電極と対向する第１の電極である下部電極１０８を備えるセルを複数含む。そして、各セルの上部電極１０７と下部電極１０８との間には、間隙であるキャビティ１０６が形成されている。つまり、本発明において、セルは、１つのキャビティを挟んで対向する上部電極１０７と下部電極１０８とからなる構成を少なくとも備えている。下部電極１０８は、素子用の基板に溝１１１が形成されることにより素子毎に分離されている。素子夫々で、複数のセルのキャビティ１０６は互いに独立的に封止されていてもよいし、連通していてもよい。こうして、本実施形態では、セルが複数並列に電気的に接続されて素子１０４を構成している。各素子１０４は１以上のセルを含めばよく、各素子１０４におけるセルの数、セルの配列形態、キャビティの形態などは、電気機械変換機能を達成できる限り、自由である。また、本実施形態では、図１（ｂ）に示す様に、素子１０４が素子用の基板上に４行４列に配置されているが、素子の配置の仕方や数なども本実施形態のものに限られず、所望の配置で所望の数だけ設ければよい。また、上部電極がメンブレン（振動膜）を兼ねる構成としてもよい。
【００１５】
素子基板１０３と貫通配線基板１０２は、電極接続部である下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３を介して相互に固定され、且つ電気的に接続されている。図１（ｃ）に示す様に、外枠接続部１１３は、外枠１０９上に形成され且つ閉じた環状に形成されている。また、図１（ｄ）に示す様に、外枠接続部１１３は、貫通配線基板１０２上に形成され、ここでも閉じた環状になっている。下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３は同じ導電性の材料で構成されていることが好ましい。２つの接続部１１２、１１３を１回の接合工程で形成できるからである。
【００１６】
貫通配線基板１０２には、素子基板１０３と接合する側の面から回路基板１０１側の面へと貫通する導電性部である複数の貫通配線１１７が形成されている。下部電極１０８の信号は、下部電極接続部１１２と、これに貫通配線１１７を介して電気的に繋がっているアンダーバンプメタル１１５とを経由して、回路基板１０１に伝わる。また、上部電極１０７の信号も、上部電極引き出し部１１８と外枠１０９と外枠接続部１１３と貫通配線１１７とアンダーバンプメタル１１５などを経由して回路基板１０１に伝わる。つまり、外枠１０９や外枠接続部１１３は、上部電極１０７と回路基板１０１とを電気的に接続する上部電極配線の役割を担っている。回路基板１０１は、信号を処理する処理回路（図示しない）と導電性部である電極パッド１１６で構成されており、回路基板１０１と貫通配線基板１０２とは、バンプ１１０により接合されている。
【００１７】
貫通配線基板の貫通配線１１７は、素子基板との接合面から回路基板側の面へと貫通しているのが好ましい。仮に、貫通配線基板の素子基板との接合面に下部電極の配線を形成すると、外枠接続部１１３と重なってしまうからである。なお、貫通配線１１７の配置の仕方や数、径などは図１に示すものに限られず、所望の配置で所望の数だけ設ければよい。貫通配線１１７の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属のうちから少なくとも１種類を選んで用いることができる。貫通配線基板１０２は、絶縁性の材料から形成されるが、好ましくは、比誘電率が３．８以上１０以下、ヤング率が５ＧＰａ以上、熱膨張率が素子基板１０３の熱膨張率の３倍以下であるとよい。比誘電率が３．８以上１０以下であることにより、好ましい絶縁性が確保でき、ヤング率が５ＧＰａ以上であることにより、剛性が上がりより機械強度が向上する。また、熱膨張率が素子基板の熱膨張率の３倍以下であれば、作製工程中若しくは使用中の熱による電気機械変換装置の反りを低減させることができる。具体的には、素子用の基板すなわち下部電極１０８と外枠１０９をシリコン（熱膨張率：２．５５〜４．３３ｐｐｍ／Ｋ）で作製した場合、中継基板である貫通配線基板１０２は硼珪酸ガラス（熱膨張率：３．２〜５．２ｐｐｍ／Ｋ）を用いるのが好ましい。
【００１８】
溝１１１は、貫通配線基板１０２と接合する側の面から支持部１００の下表面まで形成されており、その形状（断面での形状）は特に限定されない。また、溝１１１は寄生容量を低減するために、真空若しくは気体で満たされるのが好ましい。気体としては空気が好ましく、窒素、アルゴンで満たされるのが特に好ましい。溝１１１の経時変化を小さくするためである。下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３の厚さは、基板の反りやゆがみによる接合不良を防止するために厚いほうが好ましい。ただし、下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３の加工のし易さを考慮した厚さであるのが好ましい。具体的には、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲である。
【００１９】
下部電極接続部１１２の形状（断面形状）に制限はないが、素子１０４間の分離のため、下部電極１０８の断面形状より小さいのが好ましい。具体的には、正方形の場合、一辺の長さが１０μｍ以上３０００μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは、１００μｍ以上２０００μｍ以下、特に好ましくは、１０００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲である。外枠接続部１１３の形状は、素子用の基板に形成された溝１１１にゴミなどが浸入するのを防ぐため、閉じた環状（形状は方形状、円環状等、種々可能である）であることが好ましい。また、外部接続部１１３と素子１０４の部分とを分離するため、外枠接続部１１３の幅は外枠１０９の幅以下であることが好ましい。本実施形態で用いられる下部電極接続部１１２や外枠接続部１１３としては、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂなどの金属のうちから少なくとも１種類を選んで用いることができる。
【００２０】
この様な構造を持ったＣＭＵＴの動作原理について説明する。例えば、超音波を受信する場合、メンブレン１０５が変位し、上部電極１０７と下部電極１０８とのギャップが変化する。その静電容量の変化量を回路基板１０１の信号処理回路が検出し信号処理することにより超音波画像を得ることができる。また、超音波を発信する場合は、回路基板１０１より上部電極１０７或いは下部電極１０８に電圧を印加することによりメンブレン１０５を振動させ、超音波を発信する。本実施形態は、接合型（ボンティング型）やサーフィス型の方法などで作製できる。接合型の方法では、例えば、シリコン基板にキャビティを作成し、ＳＯＩ基板を接合することでメンブレンを形成する（後述の実施形態２を参照）。サーフィス型の方法では、犠牲層の上にメンブレンを成膜し、後で犠牲層をエッチングすることによりキャビティを形成する。
【００２１】
本実施形態によれば、素子基板と貫通配線基板との間を素子の集合体（所望数の素子）毎に塞ぐ外枠接続部１１３が封止材として機能し、素子１０４の分離のために設けた溝１１１内を空間に保ったまま封止すことが可能となる。よって、溝１１１に異物が混入するのを防ぐことができる。これにより、素子１０４間における絶縁破壊の確率を低減できる。また、溝１１１内を真空または気体で封止できるため、樹脂で充填する場合に比べて、寄生容量を低減することができる。また、電気機械変換装置の作製工程中、特にダイシングの工程で、削りカスなどが溝１１１に浸入するのを防げるため、素子１０４間における絶縁破壊の確率を低減することができる。ところで、貫通配線基板を省いて、素子基板を直接的に回路基板に接合することもできる。この場合、下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３を夫々回路基板の対応部分（電極パッド１１６など）に接合することになる。
【００２２】
（実施形態２）
実施形態２は、素子基板と貫通配線基板とを外枠接続部及び下部電極接続部を介して接合したＣＭＵＴの製造方法に関する。本実施形態のプロセスフローを説明する図２は、説明のため、図１（ a ）の断面の部分で示しているが、他の素子の部分も同様に作製される。
【００２３】
まず、素子用の基板であるＳｉ基板２０８を用意する。Ｓｉ基板２０８は、後に下部電極となるため、抵抗率の低いものが好ましい。本実施形態では、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ未満のＳｉ基板２０８を用いる。Ｓｉ基板２０８に、酸化膜２２１を形成する。そして、基板２０８の裏面にフォトリソグラフィーによりアライメントマーク２０１を形成する。アライメントマーク２０１は、レジストパターンをマスクとして酸化膜２２１をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりエッチングして形成する。その後、このレジストをアセトン及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて除去する。この状態が図２（Ａ）に示される。次に、図２（Ｂ）に示す様に、キャビティを形成するため、アライメント形成用に成膜した酸化膜２２１をＢＨＦにより除去する。
【００２４】
次に、キャビティを形成するため、熱酸化により酸化膜２２２を形成する。更に、基板２０８の表面に、フォトリソグラフィーによりキャビティパターンのためのレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてＢＨＦにより酸化膜２２２をエッチングし、キャビティ２０２を形成する。Ｓｉ基板２０８は、厚さが１００μｍ以上６２５μｍ以下のものを用いるとよい。酸化膜２２２の厚さは、キャビティ２０２が形成される部分であるため、２μｍ以下が好ましい。この状態が図２（Ｃ）に示される。次に、キャビティ２０２の底面の絶縁を図るため、再びＳｉ基板２０８を熱酸化する。これにより、酸化膜２２３を例えば厚さ１５００Å形成する。本実施形態では、酸化膜２２２と酸化膜２２３とで支持部１００（図１（ａ）参照）を形成する。この状態が図２（Ｄ）に示される。
【００２５】
次に、メンブレンを形成するためにＳＯＩ基板２２４を接合する。接合工程は次の通りである。まず始めに、ＳＯＩ基板２２４の接合表面であるデバイス層とＳｉ基板２０８とをプラズマ処理する。プラズマの種類は、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒのうちのいずれかを選択する。次に、Ｓｉ基板２０８とＳＯＩ基板２２４とを、オリフラ又はノッチを突き合わせて、位置合わせする。そして、真空チャンバー内で、例えば、温度３００℃、荷重５００Ｎの条件で接合する。この工程でキャビティ２０２が形成される。最後に、Ｓｉ基板２０８の裏面に形成された酸化膜２０３をＢＨＦでエッチング除去する。この状態が図２（Ｅ）に示される。
【００２６】
次に、外枠接続部及び下部電極接続部を形成するため、素子基板の下部電極側及び貫通配線基板の素子基板側に、Ｔｉ／Ａｕを夫々１０ｎｍ／５００ｎｍの厚さ成膜する。そして、フォトリソグラフィー及びＴｉエッチャント及びＡｕエッチャントを用いて、外部接続部及び下部電極接続部の形状をしたＴｉ／Ａｕパターン２０３を形成する。この工程が、複数の下部電極に夫々繋がる複数の下部電極接続部と、複数の下部電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程である。更に、素子分離のための溝を形成するために、Ｃｒを成膜し、外枠１０９及び下部電極１０８（図１（ａ）参照）の形状をしたＣｒパターン２０４をフォトリソグラフィー及びＣｒのウエットエッチングを用いて形成する。この状態が図２（Ｆ）に示される。次に、図２（Ｇ）に示す様に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いてＳｉ基板２０８をドライエッチングし、素子分離のための溝２０５を形成する。この工程が、素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の下部電極とを形成する工程である。
【００２７】
次に、Ｓｉ基板２０８と貫通配線基板２０６とをＡｕ−Ａｕ接合し、外枠接続部２１６及び下部電極接続部２１７を形成しつつ両基板を接合する。Ｓｉ基板２０８と貫通配線基板２０６を真空雰囲気ないし減圧雰囲気で接合することにより、溝２０５内を真空状態ないし減圧状態で封止することができる。図２（Ｈ）は、貫通配線基板２０６を接合した後の断面図である。この工程が、外枠接続部と複数の下部電極接続部とを介して素子用の基板と貫通配線基板とを接合する工程である。貫通配線基板２０６は、例えば、硼珪酸ガラス基板にサンドブラスト等によって予め貫通孔を形成し、貫通配線２０７が埋め込まれたものである。この際、貫通配線２０７の中心軸と素子１０４（図１（ａ）参照）の中心軸とが一致する様に位置合わせする。周知のアライメント装置（例えばＥＶＧ社製のＥＶＧ６２０）を用いれば、少なくとも±５μｍの精度で位置合わせが可能である。
【００２８】
次に、貫通配線基板２０６にアンダーバンプメタルを形成する。アンダーバンプメタルのパターンが形成された金属マスクを貫通配線基板２０６の全面に設置し、Ｔｉ／Ｃｕ／Ａｕを蒸着により成膜する。これにより、図２（Ｉ）に示す様に、貫通配線基板２０６にアンダーバンプメタル２０９を形成することができる。次に、ＳＯＩ基板２２４の支持基板層と埋め込み酸化膜層をエッチングにより除去する。例えば、ＳＯＩ基板２２４の支持基板層はＤｅｅｐ−ＲＩＥにより、埋め込み酸化膜層はＢＨＦにより夫々エッチング除去する。これにより、図２（Ｊ）に示す様に、メンブレン２１０を形成する。次に、上部電極引き出し部２１１を形成する。ここでは、メンブレン２１０の面にフォトリソグラフィーにより上部電極引き出し部のレジストパターンを形成する。そして、このレジストをマスクとして、ＣＦ４ガスやＳＦ６ガスを用いたドライエッチングによりメンブレン２１０をエッチングする。同様に、レジストをマスクとして、ＣＦ４ガスやＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングにより支持部２２２、２２３をエッチングする。この状態が図２（Ｋ）に示される。
【００２９】
次に、上部電極２１２を形成する。メンブレン２１０の面に、例えばＡｌを蒸着する。ここでは、Ａｌが蒸着された面にフォトリソグラフィーにより上部電極のレジストパターンを形成する。そして、図２（Ｌ）に示す様に、このレジストパターンをマスクとしてＡｌをウエットエッチングする。
【００３０】
次に、図２（Ｍ）の状態において、ダイシングにより基板からデバイスを切り出す。図２（Ｍ）のダイシング工程について、図３を用いて説明する。図３（ a ）は、図２（Ｍ）の工程における基板の上面図である。図３（ｂ）は、Ｃ−Ｃ’断面図である。基板を矢印３００の様にダイシングすると、ダイシングブレードは点線３０１を通過する。このとき、外枠接続部２１６の存在により、切削水が下部電極接続部２１７や溝２０５に侵入するのが防止される。最後に、貫通配線基板２０６と回路基板２１３とを接合する。接合には、例えば鉛フリーのハンダを用い、リフローによりハンダ付けをする。回路基板２１３の電極パッド２１４に、ハンダ粉とフラックスを混練したソルダーペーストを印刷する。そして、図２（Ｎ）に示す様に、回路基板２１３の電極パッド２１４とアンダーバンプメタル２０９とを位置合わせし、ハンダ２１５によって両基板を接合する。これにより、超音波の送受信の信号処理が可能となる。
【００３１】
本実施形態の様に、素子基板と貫通配線基板とを閉じた環状の外枠接続部を介して接続することにより、外枠接続部が封止材として機能し、下部電極分離用の溝にゴミが混入するのを防ぐことができる。こうして、素子間における絶縁破壊が生じる確率を低減できる。また、溝内を真空ないし減圧空間状態に保つことができるため、素子間を樹脂で封止する場合に比べて、寄生容量を低減することができる。また、作製工程中のダイシング工程において、外枠接続部が切削水などの浸入を防ぐため、削りカスなどの混入を防ぎ、素子間において絶縁破壊が生じる確率を低減できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０１，２１３…回路基板（他の基板）、１０２，２０６…貫通配線基板（他の基板）、１０４…素子、１０７，２１２…上部電極（第２の電極）、１０８…下部電極（第１の電極）、１０９…外枠、１１１，２０５…溝、１１２，２１７…下部電極接続部（電極接続部）、１１３，２１６…外枠接続部、１１６，２１４…電極パッド（導電性部）、１１７，２０７…貫通配線（導電性部）、２０８…Ｓｉ基板（素子用の基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波変換装置などの電気機械変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換装置の一形態に、容量性マイクロマシン加工超音波変換装置（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴの一例として、下部電極を有する基板と、この基板上に形成された支持部で支えられた振動膜であるメンブレンと、上部電極とを備えた素子を複数有する素子基板に、回路基板を電気的に接続することで構成されたものがある。ここでは、基板とメンブレンとの間に、間隙であるキャビティが形成される。ＣＭＵＴは、下部電極と上部電極との間に印加する電圧によってメンブレンを振動させ、超音波を放出する。また、受け取った超音波によってメンブレンを振動させ、下部電極と上部電極との間の容量の変化により超音波を検出する。
【０００３】
従来、ＣＭＵＴは、いわゆるサーフェスマイクロマシニング（サーフィス型）、バルクマイクロマシニング（接合型）を利用して作製されてきた。また、配線方法として、シリコン基板上の複数のメンブレンとキャビティを１つの素子とし、前記シリコン基板そのものを下部電極及び貫通配線として、回路基板に素子を接続する方法が提案されている（非特許文献１参照）。この方法を図４で説明する。素子基板１００７は複数の素子１００８で構成され、素子を１つのユニットとして超音波の送受信を行う。素子１００８は、上部電極１０００、メンブレン１００１、キャビティ１００２、下部電極１００３で構成されている。下部電極には、隣り合う素子１００８同士を電気的に分離（分割）して絶縁を図るため、溝１００４が形成されている。素子基板１００７の下部電極１００３は夫々、バンプ１００５によりＡＳＩＣ基板（回路基板）などと接続される。上部電極１０００は、複数の素子の上部電極１０００が上部電極引き出し部１０１０に接続され、上部電極引き出し部１０１０が上部電極配線１００９とバンプ１００５を介してＡＳＩＣ基板に接続される。この様に、下部電極１００３が電気的に分離されていることにより、素子毎に信号を取り出すことができる。また、非特許文献１では、ＣＭＵＴに柔軟性を与えるため、溝１００４にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）１００６が埋め込まれている。こうして、素子分離のために設けた溝１００４を樹脂で封止すると、異物が溝に侵入することが防げられるため、素子１００８間の絶縁破壊防止に有効である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Journalof Micro electromechanical Systems, Vol.17, No.2 pp.446-452 , APRIL. 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１のＣＭＵＴは、素子分離のために設けた溝を樹脂で封止するため、溝が空間である場合に比べて、下部電極１００３同士の間、又は、下部電極１００３と上部電極配線１００９との間の寄生容量が増える可能性がある。しかし反面、仮に、溝内の空間を保ったまま装置を作製した場合、異物が溝に侵入し絶縁破壊を起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置は、間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子と、前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠と、を含み、次の特徴を有する。前記複数の素子夫々の第１の電極は、素子用の基板を溝で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、前記外枠は、前記複数の部分から前記溝で電気的に分離された、前記複数の部分の周りの前記素子用の基板の部分から成る。更に、前記複数の部分から夫々成る第１の電極は、複数の電極接続部を介して、他の基板の複数の導電性部に夫々接合され、前記外枠は、前記複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部を介して、前記他の基板の対応部分に接合される。
【０００７】
また、上記課題に鑑み、本発明の電気機械変換装置の作製方法は、間隙を挟んで対向した第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子が設けられ前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠を有する素子用の基板に、他の基板を接合する方法である。そして、次の工程を含む。素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の第１の電極とを形成する工程。前記複数の第１の電極に夫々繋がる複数の電極接続部と、前記複数の電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し前記外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程。前記外枠接続部と複数の電極接続部とを介して前記素子用の基板と他の基板とを接合する工程。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記外枠接続部が、前記溝を含む空間の封止材として機能し、素子の分離のために設けた溝内を空間に保ったまま封止すことが可能となり、溝に異物が混入するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を適用できる電気機械変換装置の一例のＣＭＵＴの構成を説明する図。
【図２】実施形態２のＣＭＵＴの作製方法を説明する断面図。
【図３】実施形態２のＣＭＵＴの作製方法を説明する図。
【図４】従来のＣＭＵＴを示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の電気機械変換装置及びその作製方法において重要な点は、溝で電気的に分離された複数の部分を持つ素子用の基板の外枠に、前記複数の部分の接続用の電極接続部の周りに環状の外枠接続部を形成する点である。そして、この環状の外枠接続部を介して、他の基板の対応部分に接合する。前記他の基板としては、導電性部である貫通配線を複数有する貫通配線基板（後述の実施形態を参照）や、電気機械変換装置を制御するための回路基板がある。
【００１１】
上記考え方に基づき、本発明の機械電気変換装置及びその作製方法の基本的な形態は、課題を解決するための手段のところで述べた様な構成を有する。この基本的な形態を基に、以下に述べる様な実施形態が可能である。前記電極接続部と外枠接続部とは同じ導電性の材料で構成することができ、こうすれば、電気機械変換装置の作製方法が容易となる。前記外枠と第２の電極（後述の上部基板）とは電気的に接続することができ、この場合、外枠は、環状の外枠接続部の導電性部を介して、他の基板の対応部分の導電性の部分に接合されることになる。外枠接続部は、全体が導電性部であってもよいし、電気接続用に一部のみが導電性部であってもよい。前記溝は、真空ないし減圧状態にされたり、若しくは気体で満たされたりすることができる。
【００１２】
以下、本発明が適用できる電気機械変換装置及びその製造方法の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明が適用可能な電気機械変換装置であるＣＭＵＴに係る実施形態１を説明する。図１はこのＣＭＵＴを示す。ただし、本発明は、ＣＭＵＴに限らず、同様な構造（素子用の基板を溝で分割して各素子用の第１の電極を形成する構造）を持つ電気機械変換装置であれば、適用できる。例えば、歪み、磁場、光を用いる超音波変換装置（いわゆる圧電トランスデューサ（ＰＭＵＴ）、磁気トランスデューサ（ＭＭＵＴ）など）等にも適用できる。すなわち、本発明が適用可能な電気機械変換装置は、後述する第１の電極である下部電極１０８上の構造が後述する構成であるものに限らない。
【００１３】
図１において、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図、図１（ｂ）はＣＭＵＴの上面図、図１（ｃ）は図１（ a ）のＢ−Ｂ’断面における素子用の基板側の上面図、図１（ｄ）は図１（ a ）のＢ−Ｂ’断面図における貫通配線基板側の上面図である。分かり易くするため、上面図にもハッチングないし濃淡を施している。本実施形態のＣＭＵＴは、貫通配線基板１０２と素子基板１０３で構成され、貫通配線基板１０２は回路基板１０１に接続されている。図１（ａ）に示す様に、素子基板１０３と回路基板１０１は貫通配線基板１０２を介して相互に固定されており、回路基板１０１は、素子基板１０３と同一平面上（横並び）ではなく、素子基板１０３の下に配置されている。
【００１４】
素子基板１０３は、二次元に配列された素子１０４、及び全素子１０４の外周に沿って伸びその周囲を囲む外枠１０９を含む。図１の各素子１０４は、第２の電極である上部電極１０７、メンブレン１０５、絶縁体の支持部１００、第２の電極と対向する第１の電極である下部電極１０８を備えるセルを複数含む。そして、各セルの上部電極１０７と下部電極１０８との間には、間隙であるキャビティ１０６が形成されている。つまり、本発明において、セルは、１つのキャビティを挟んで対向する上部電極１０７と下部電極１０８とからなる構成を少なくとも備えている。下部電極１０８は、素子用の基板に溝１１１が形成されることにより素子毎に分離されている。素子夫々で、複数のセルのキャビティ１０６は互いに独立的に封止されていてもよいし、連通していてもよい。こうして、本実施形態では、セルが複数並列に電気的に接続されて素子１０４を構成している。各素子１０４は１以上のセルを含めばよく、各素子１０４におけるセルの数、セルの配列形態、キャビティの形態などは、電気機械変換機能を達成できる限り、自由である。また、本実施形態では、図１（ｂ）に示す様に、素子１０４が素子用の基板上に４行４列に配置されているが、素子の配置の仕方や数なども本実施形態のものに限られず、所望の配置で所望の数だけ設ければよい。また、上部電極がメンブレン（振動膜）を兼ねる構成としてもよい。
【００１５】
素子基板１０３と貫通配線基板１０２は、電極接続部である下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３を介して相互に固定され、且つ電気的に接続されている。図１（ｃ）に示す様に、外枠接続部１１３は、外枠１０９上に形成され且つ閉じた環状に形成されている。また、図１（ｄ）に示す様に、外枠接続部１１３は、貫通配線基板１０２上に形成され、ここでも閉じた環状になっている。下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３は同じ導電性の材料で構成されていることが好ましい。２つの接続部１１２、１１３を１回の接合工程で形成できるからである。
【００１６】
貫通配線基板１０２には、素子基板１０３と接合する側の面から回路基板１０１側の面へと貫通する導電性部である複数の貫通配線１１７が形成されている。下部電極１０８の信号は、下部電極接続部１１２と、これに貫通配線１１７を介して電気的に繋がっているアンダーバンプメタル１１５とを経由して、回路基板１０１に伝わる。また、上部電極１０７の信号も、上部電極引き出し部１１８と外枠１０９と外枠接続部１１３と貫通配線１１７とアンダーバンプメタル１１５などを経由して回路基板１０１に伝わる。つまり、外枠１０９や外枠接続部１１３は、上部電極１０７と回路基板１０１とを電気的に接続する上部電極配線の役割を担っている。回路基板１０１は、信号を処理する処理回路（図示しない）と導電性部である電極パッド１１６で構成されており、回路基板１０１と貫通配線基板１０２とは、バンプ１１０により接合されている。
【００１７】
貫通配線基板の貫通配線１１７は、素子基板との接合面から回路基板側の面へと貫通しているのが好ましい。仮に、貫通配線基板の素子基板との接合面に下部電極の配線を形成すると、外枠接続部１１３と重なってしまうからである。なお、貫通配線１１７の配置の仕方や数、径などは図１に示すものに限られず、所望の配置で所望の数だけ設ければよい。貫通配線１１７の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属のうちから少なくとも１種類を選んで用いることができる。貫通配線基板１０２は、絶縁性の材料から形成されるが、好ましくは、比誘電率が３．８以上１０以下、ヤング率が５ＧＰａ以上、熱膨張率が素子基板１０３の熱膨張率の３倍以下であるとよい。比誘電率が３．８以上１０以下であることにより、好ましい絶縁性が確保でき、ヤング率が５ＧＰａ以上であることにより、剛性が上がりより機械強度が向上する。また、熱膨張率が素子基板の熱膨張率の３倍以下であれば、作製工程中若しくは使用中の熱による電気機械変換装置の反りを低減させることができる。具体的には、素子用の基板すなわち下部電極１０８と外枠１０９をシリコン（熱膨張率：２．５５〜４．３３ｐｐｍ／Ｋ）で作製した場合、中継基板である貫通配線基板１０２は硼珪酸ガラス（熱膨張率：３．２〜５．２ｐｐｍ／Ｋ）を用いるのが好ましい。
【００１８】
溝１１１は、貫通配線基板１０２と接合する側の面から支持部１００の下表面まで形成されており、その形状（断面での形状）は特に限定されない。また、溝１１１は寄生容量を低減するために、真空若しくは気体で満たされるのが好ましい。気体としては空気が好ましく、窒素、アルゴンで満たされるのが特に好ましい。溝１１１の経時変化を小さくするためである。下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３の厚さは、基板の反りやゆがみによる接合不良を防止するために厚いほうが好ましい。ただし、下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３の加工のし易さを考慮した厚さであるのが好ましい。具体的には、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲である。
【００１９】
下部電極接続部１１２の形状（断面形状）に制限はないが、素子１０４間の分離のため、下部電極１０８の断面形状より小さいのが好ましい。具体的には、正方形の場合、一辺の長さが１０μｍ以上３０００μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは、１００μｍ以上２０００μｍ以下、特に好ましくは、１０００μｍ以上２０００μｍ以下の範囲である。外枠接続部１１３の形状は、素子用の基板に形成された溝１１１にゴミなどが浸入するのを防ぐため、閉じた環状（形状は方形状、円環状等、種々可能である）であることが好ましい。また、外部接続部１１３と素子１０４の部分とを分離するため、外枠接続部１１３の幅は外枠１０９の幅以下であることが好ましい。本実施形態で用いられる下部電極接続部１１２や外枠接続部１１３としては、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂなどの金属のうちから少なくとも１種類を選んで用いることができる。
【００２０】
この様な構造を持ったＣＭＵＴの動作原理について説明する。例えば、超音波を受信する場合、メンブレン１０５が変位し、上部電極１０７と下部電極１０８とのギャップが変化する。その静電容量の変化量を回路基板１０１の信号処理回路が検出し信号処理することにより超音波画像を得ることができる。また、超音波を発信する場合は、回路基板１０１より上部電極１０７或いは下部電極１０８に電圧を印加することによりメンブレン１０５を振動させ、超音波を発信する。本実施形態は、接合型（ボンティング型）やサーフィス型の方法などで作製できる。接合型の方法では、例えば、シリコン基板にキャビティを作成し、ＳＯＩ基板を接合することでメンブレンを形成する（後述の実施形態２を参照）。サーフィス型の方法では、犠牲層の上にメンブレンを成膜し、後で犠牲層をエッチングすることによりキャビティを形成する。
【００２１】
本実施形態によれば、素子基板と貫通配線基板との間を素子の集合体（所望数の素子）毎に塞ぐ外枠接続部１１３が封止材として機能し、素子１０４の分離のために設けた溝１１１内を空間に保ったまま封止すことが可能となる。よって、溝１１１に異物が混入するのを防ぐことができる。これにより、素子１０４間における絶縁破壊の確率を低減できる。また、溝１１１内を真空または気体で封止できるため、樹脂で充填する場合に比べて、寄生容量を低減することができる。また、電気機械変換装置の作製工程中、特にダイシングの工程で、削りカスなどが溝１１１に浸入するのを防げるため、素子１０４間における絶縁破壊の確率を低減することができる。ところで、貫通配線基板を省いて、素子基板を直接的に回路基板に接合することもできる。この場合、下部電極接続部１１２及び外枠接続部１１３を夫々回路基板の対応部分（電極パッド１１６など）に接合することになる。
【００２２】
（実施形態２）
実施形態２は、素子基板と貫通配線基板とを外枠接続部及び下部電極接続部を介して接合したＣＭＵＴの製造方法に関する。本実施形態のプロセスフローを説明する図２は、説明のため、図１（ a ）の断面の部分で示しているが、他の素子の部分も同様に作製される。
【００２３】
まず、素子用の基板であるＳｉ基板２０８を用意する。Ｓｉ基板２０８は、後に下部電極となるため、抵抗率の低いものが好ましい。本実施形態では、比抵抗０．０２Ω・ｃｍ未満のＳｉ基板２０８を用いる。Ｓｉ基板２０８に、酸化膜２２１を形成する。そして、基板２０８の裏面にフォトリソグラフィーによりアライメントマーク２０１を形成する。アライメントマーク２０１は、レジストパターンをマスクとして酸化膜２２１をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によりエッチングして形成する。その後、このレジストをアセトン及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて除去する。この状態が図２（Ａ）に示される。次に、図２（Ｂ）に示す様に、キャビティを形成するため、アライメント形成用に成膜した酸化膜２２１をＢＨＦにより除去する。
【００２４】
次に、キャビティを形成するため、熱酸化により酸化膜２２２を形成する。更に、基板２０８の表面に、フォトリソグラフィーによりキャビティパターンのためのレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてＢＨＦにより酸化膜２２２をエッチングし、キャビティ２０２を形成する。Ｓｉ基板２０８は、厚さが１００μｍ以上６２５μｍ以下のものを用いるとよい。酸化膜２２２の厚さは、キャビティ２０２が形成される部分であるため、２μｍ以下が好ましい。この状態が図２（Ｃ）に示される。次に、キャビティ２０２の底面の絶縁を図るため、再びＳｉ基板２０８を熱酸化する。これにより、酸化膜２２３を例えば厚さ１５００Å形成する。本実施形態では、酸化膜２２２と酸化膜２２３とで支持部１００（図１（ａ）参照）を形成する。この状態が図２（Ｄ）に示される。
【００２５】
次に、メンブレンを形成するためにＳＯＩ基板２２４を接合する。接合工程は次の通りである。まず始めに、ＳＯＩ基板２２４の接合表面であるデバイス層とＳｉ基板２０８とをプラズマ処理する。プラズマの種類は、Ｎ２、Ｏ２、Ａｒのうちのいずれかを選択する。次に、Ｓｉ基板２０８とＳＯＩ基板２２４とを、オリフラ又はノッチを突き合わせて、位置合わせする。そして、真空チャンバー内で、例えば、温度３００℃、荷重５００Ｎの条件で接合する。この工程でキャビティ２０２が形成される。最後に、Ｓｉ基板２０８の裏面に形成された酸化膜２０３をＢＨＦでエッチング除去する。この状態が図２（Ｅ）に示される。
【００２６】
次に、外枠接続部及び下部電極接続部を形成するため、素子基板の下部電極側及び貫通配線基板の素子基板側に、Ｔｉ／Ａｕを夫々１０ｎｍ／５００ｎｍの厚さ成膜する。そして、フォトリソグラフィー及びＴｉエッチャント及びＡｕエッチャントを用いて、外部接続部及び下部電極接続部の形状をしたＴｉ／Ａｕパターン２０３を形成する。この工程が、複数の下部電極に夫々繋がる複数の下部電極接続部と、複数の下部電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程である。更に、素子分離のための溝を形成するために、Ｃｒを成膜し、外枠１０９及び下部電極１０８（図１（ａ）参照）の形状をしたＣｒパターン２０４をフォトリソグラフィー及びＣｒのウエットエッチングを用いて形成する。この状態が図２（Ｆ）に示される。次に、図２（Ｇ）に示す様に、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いてＳｉ基板２０８をドライエッチングし、素子分離のための溝２０５を形成する。この工程が、素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の下部電極とを形成する工程である。
【００２７】
次に、Ｓｉ基板２０８と貫通配線基板２０６とをＡｕ−Ａｕ接合し、外枠接続部２１６及び下部電極接続部２１７を形成しつつ両基板を接合する。Ｓｉ基板２０８と貫通配線基板２０６を真空雰囲気ないし減圧雰囲気で接合することにより、溝２０５内を真空状態ないし減圧状態で封止することができる。図２（Ｈ）は、貫通配線基板２０６を接合した後の断面図である。この工程が、外枠接続部と複数の下部電極接続部とを介して素子用の基板と貫通配線基板とを接合する工程である。貫通配線基板２０６は、例えば、硼珪酸ガラス基板にサンドブラスト等によって予め貫通孔を形成し、貫通配線２０７が埋め込まれたものである。この際、貫通配線２０７の中心軸と素子１０４（図１（ａ）参照）の中心軸とが一致する様に位置合わせする。周知のアライメント装置（例えばＥＶＧ社製のＥＶＧ６２０）を用いれば、少なくとも±５μｍの精度で位置合わせが可能である。
【００２８】
次に、貫通配線基板２０６にアンダーバンプメタルを形成する。アンダーバンプメタルのパターンが形成された金属マスクを貫通配線基板２０６の全面に設置し、Ｔｉ／Ｃｕ／Ａｕを蒸着により成膜する。これにより、図２（Ｉ）に示す様に、貫通配線基板２０６にアンダーバンプメタル２０９を形成することができる。次に、ＳＯＩ基板２２４の支持基板層と埋め込み酸化膜層をエッチングにより除去する。例えば、ＳＯＩ基板２２４の支持基板層はＤｅｅｐ−ＲＩＥにより、埋め込み酸化膜層はＢＨＦにより夫々エッチング除去する。これにより、図２（Ｊ）に示す様に、メンブレン２１０を形成する。次に、上部電極引き出し部２１１を形成する。ここでは、メンブレン２１０の面にフォトリソグラフィーにより上部電極引き出し部のレジストパターンを形成する。そして、このレジストをマスクとして、ＣＦ４ガスやＳＦ６ガスを用いたドライエッチングによりメンブレン２１０をエッチングする。同様に、レジストをマスクとして、ＣＦ４ガスやＣＨＦ３ガスを用いたドライエッチングにより支持部２２２、２２３をエッチングする。この状態が図２（Ｋ）に示される。
【００２９】
次に、上部電極２１２を形成する。メンブレン２１０の面に、例えばＡｌを蒸着する。ここでは、Ａｌが蒸着された面にフォトリソグラフィーにより上部電極のレジストパターンを形成する。そして、図２（Ｌ）に示す様に、このレジストパターンをマスクとしてＡｌをウエットエッチングする。
【００３０】
次に、図２（Ｍ）の状態において、ダイシングにより基板からデバイスを切り出す。図２（Ｍ）のダイシング工程について、図３を用いて説明する。図３（ a ）は、図２（Ｍ）の工程における基板の上面図である。図３（ｂ）は、Ｃ−Ｃ’断面図である。基板を矢印３００の様にダイシングすると、ダイシングブレードは点線３０１を通過する。このとき、外枠接続部２１６の存在により、切削水が下部電極接続部２１７や溝２０５に侵入するのが防止される。最後に、貫通配線基板２０６と回路基板２１３とを接合する。接合には、例えば鉛フリーのハンダを用い、リフローによりハンダ付けをする。回路基板２１３の電極パッド２１４に、ハンダ粉とフラックスを混練したソルダーペーストを印刷する。そして、図２（Ｎ）に示す様に、回路基板２１３の電極パッド２１４とアンダーバンプメタル２０９とを位置合わせし、ハンダ２１５によって両基板を接合する。これにより、超音波の送受信の信号処理が可能となる。
【００３１】
本実施形態の様に、素子基板と貫通配線基板とを閉じた環状の外枠接続部を介して接続することにより、外枠接続部が封止材として機能し、下部電極分離用の溝にゴミが混入するのを防ぐことができる。こうして、素子間における絶縁破壊が生じる確率を低減できる。また、溝内を真空ないし減圧空間状態に保つことができるため、素子間を樹脂で封止する場合に比べて、寄生容量を低減することができる。また、作製工程中のダイシング工程において、外枠接続部が切削水などの浸入を防ぐため、削りカスなどの混入を防ぎ、素子間において絶縁破壊が生じる確率を低減できる。
【符号の説明】
【００３２】
１０１，２１３…回路基板（他の基板）、１０２，２０６…貫通配線基板（他の基板）、１０４…素子、１０７，２１２…上部電極（第２の電極）、１０８…下部電極（第１の電極）、１０９…外枠、１１１，２０５…溝、１１２，２１７…下部電極接続部（電極接続部）、１１３，２１６…外枠接続部、１１６，２１４…電極パッド（導電性部）、１１７，２０７…貫通配線（導電性部）、２０８…Ｓｉ基板（素子用の基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子と、前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠と、を含む電気機械変換装置であって、
前記複数の素子夫々の第１の電極は、素子用の基板を溝で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、
前記外枠は、前記複数の部分から前記溝で電気的に分離された、前記複数の部分の周りの前記素子用の基板の部分から成り、
前記複数の部分から夫々成る第１の電極は、複数の電極接続部を介して、他の基板の複数の導電性部に夫々接合され、
前記外枠は、前記複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部を介して、前記他の基板の対応部分に接合されていることを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項２】
前記他の基板は、前記導電性部である貫通配線を複数有する貫通配線基板であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項３】
前記他の基板は、当該電気機械変換装置を制御するための回路基板であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項４】
前記電極接続部と前記外枠接続部とは同じ導電性の材料で構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項５】
前記外枠と前記第２の電極とは電気的に接続され、前記外枠は、前記環状の外枠接続部の導電性部を介して、前記他の基板の対応部分の導電性の部分に接合されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項６】
前記溝は真空若しくは気体で満たされていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項７】
間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子が設けられる基板であり前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠を有する素子用の基板に、他の基板を接合する電気機械変換装置の作製方法であって、
素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の第１の電極とを形成する工程と、
前記複数の第１の電極に夫々繋がる複数の電極接続部と、前記複数の電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し前記外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程と、
前記外枠接続部と複数の電極接続部とを介して前記素子用の基板と前記他の基板とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
【請求項１】
間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子と、前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠と、を含む電気機械変換装置であって、
前記複数の素子夫々の第１の電極は、素子用の基板を溝で電気的に分離して形成された複数の部分から夫々成り、
前記外枠は、前記複数の部分から前記溝で電気的に分離された、前記複数の部分の周りの前記素子用の基板の部分から成り、
前記複数の部分から夫々成る第１の電極は、複数の電極接続部を介して、他の基板の複数の導電性部に夫々接合され、
前記外枠は、前記複数の電極接続部の周りの環状の外枠接続部を介して、前記他の基板の対応部分に接合されていることを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項２】
前記他の基板は、前記導電性部である貫通配線を複数有する貫通配線基板であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項３】
前記他の基板は、当該電気機械変換装置を制御するための回路基板であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。
【請求項４】
前記電極接続部と前記外枠接続部とは同じ導電性の材料で構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項５】
前記外枠と前記第２の電極とは電気的に接続され、前記外枠は、前記環状の外枠接続部の導電性部を介して、前記他の基板の対応部分の導電性の部分に接合されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項６】
前記溝は真空若しくは気体で満たされていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項７】
間隙を挟んで対向して設けられた第１及び第２の電極を含むセルを少なくとも１つ夫々有する複数の素子が設けられる基板であり前記複数の素子の外周に沿って伸びた外枠を有する素子用の基板に、他の基板を接合する電気機械変換装置の作製方法であって、
素子用の基板に溝を形成し、外枠と複数の第１の電極とを形成する工程と、
前記複数の第１の電極に夫々繋がる複数の電極接続部と、前記複数の電極接続部の周りに沿って伸びて環状を成し前記外枠に繋がる外枠接続部とを形成する工程と、
前記外枠接続部と複数の電極接続部とを介して前記素子用の基板と前記他の基板とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする電気機械変換装置の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１０９３５８（Ｐ２０１１−１０９３５８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１５９２（Ｐ２００９−２６１５９２）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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