(57)【要約】【課題】  エレメント内の全てのセルの間隙同士がエッチング路により繋がっている場合、１つのエッチング孔において封止不良が発生した場合、エレメントの変換効率が大幅に低下する可能性がある。【解決手段】  本発明のトランスデューサは、エレメントを１つ以上備えるトランスデューサであって、前記エレメントは複数のセルを備え、各セルは、間隙を隔てて設けられた一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造であり、前記エレメント内の複数のセルのうち、第１のセルと第２のセルとは夫々の間隙同士が通じ、前記第１のセルと第３のセルとは夫々の間隙同士が通じていない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレメントを１つ以上備えるトランスデューサであって、
前記エレメントは複数のセルを備え、各セルは、間隙を隔てて設けられた一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造であり、
前記エレメント内の複数のセルのうち、第１のセルと第２のセルとは夫々の間隙同士が通じ、前記第１のセルと第３のセルとは夫々の間隙同士が通じていないことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項２】
前記エレメントは、夫々の間隙同士が通じているｎ個（ｎは２以上の整数）のセルによって構成される第１のセル群と、夫々の間隙同士が通じているｍ個（ｍは２以上の整数）のセルによって構成される第２のセル群と、を含み、
前記第１のセル群の間隙と、前記第２のセル群の間隙と、は通じていないことを特徴とする請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記エレメントは、前記第１及び第２のセル群を含む複数のセル群を有することを特徴とする請求項２に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記第１のセル群内のセルの間隙同士、及び、前記第２のセル群内のセルの間隙同士は夫々、間隙を形成するためのエッチング工程において形成されたエッチング路を介して通じていることを特徴とする請求項２又は３に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
前記エレメントは、前記第１及び第２のセル群を含む複数のセル群を有し、各セル群内において前記エッチング孔を封止している封止部の数がセル数よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
前記第１のセル群のセル数と前記第２のセル群のセル数とは同じであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
前記第１のセル群のセル数と前記第２のセル群のセル数とは異なることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
前記複数のセル群において、各セル群の包絡線の内側に前記封止部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
前記封止部は、前記封止部に繋がっているセル群内のセルの夫々の中心部から等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
前記エレメント内の複数のセル群は夫々、１つのセル群内におけるセル数が３、且つ、前記封止部の数が１であり、
各セル群内の３つのセルは、夫々のセルの中心が正三角形の頂点に対応するよう配置されており、各セル群内の封止部は、前記正三角形の中心部に位置することを特徴とする請求項６に記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
前記エレメントは基板に形成されており、
前記エッチング孔が形成された領域における前記エッチング路の前記基板への正射影の大きさが、前記エッチング孔の前記基板への正射影の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
前記エッチング路は、前記エッチング孔が形成された領域より前記間隙に通じる領域のほうが狭くなっていることを特徴とする請求項１１に記載のトランスデューサ。
【請求項１３】
エレメントを１つ以上備えるトランスデューサであって、
前記エレメントは、複数のセルを含むセル群を複数備え、
前記複数のセルは夫々、間隙を隔てて設けられた一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造であり、
１つのセル群内の複数のセルの間隙は、前記複数のセルの間隙を形成するために設けられた共通のエッチング孔を封止する封止部に繋がっており、
複数のセル群の間隙同士は繋がっていないことを特徴とするトランスデューサ。
【請求項１４】
前記複数のセル群において、各セル群の包絡線の内側に前記封止部が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
前記封止部は、前記封止部に繋がっているセル群内のセルの夫々の中心部から等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
前記複数のセル群は夫々、１つのセル群内におけるセル数が３、且つ、前記封止部の数が１であることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
前記セル群内の３つのセルは、夫々のセルの中心が正三角形の頂点に対応するよう配置されており、各セル群内の封止部は、前記正三角形の中心部に位置することを特徴とする請求項１６に記載のトランスデューサ。
【請求項１８】
前記エレメントは基板に形成されており、
前記エッチング孔が形成された領域において、前記封止孔と前記間隙とを繋ぐ前記エッチング路の前記基板への正射影の大きさが、前記エッチング孔の前記基板への正射影の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
【請求項１９】
前記エッチング路は、前記エッチング孔が形成された領域より前記間隙に通じる領域のほうが狭くなっていることを特徴とする請求項１８に記載のトランスデューサ。
【請求項２０】
第一の電極と、前記第一の電極と間隙を隔てて設けられたメンブレンと、前記メンブレン上に設けられた第二の電極と、を備えるセルを複数有するエレメントを１つ以上備えたトランスデューサの作製方法であって、
前記第一の電極上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層上にメンブレンを形成する工程と、
前記メンブレンにエッチング孔を形成する工程と、
前記エッチング孔を介して前記犠牲層をエッチングすることにより前記間隙を形成する工程と、
前記エッチング孔を封止する工程と、
を有し、
前記エレメント内の複数のセルのうち、第１のセルと第２のセルとは夫々間隙同士が通じ、第１のセルと第３のセルとは夫々の間隙同士が通じないように、前記犠牲層及び前記エッチング孔を形成することを特徴とするトランスデューサの作製方法。
【請求項２１】
請求項１及至１９のいずれか１項に記載のトランスデューサと、処理部と、を有し、
前記トランスデューサは、被検体からの音響波を受信して電気信号に変換し、
前記処理部は、前記電気信号を用いて被検体の情報を取得することを特徴とする被検体情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスデューサ、トランスデューサの製造方法、及び被検体情報取得装置に関する。特に、超音波トランスデューサなどとして用いられる静電容量型トランスデューサ及びその製造方法と、被検体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術を用いた静電容量型トランスデューサであるＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）は、圧電素子の代替品として研究されている。このような静電容量型トランスデューサは、振動膜の振動を用いて超音波を送信又は受信することができる。
【０００３】
ＣＭＵＴの各エレメントは複数のセルから構成され、各セル内の間隙（キャビティ）は、エッチング孔を介して犠牲層をエッチングすることにより形成可能である。その後、エッチング孔は埋められることで封止される。特許文献１では、セル毎に複数のエッチング孔を形成し、複数のエッチング孔を介したエッチングにより１つのセルの間隙を形成している。また、各セルの間隙は密閉されており間隙同士は互いに通じていない。また、特許文献２では、複数のセルに対して１つのエッチング孔を形成している。そして、隣り合う複数のエッチング孔から入ってきたエッチング液により、各々のエッチングが進行する前線が振動膜下の領域で交わらないよう、エッチング孔を配置している。このように配置することで、エッチング残渣が間隙内に残らないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９８６９７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、セルごとにエッチング孔を形成して犠牲層を除去する場合、エッチング孔が多数存在するため、セルを高密度に配置することが難しい。よって、セルを高密度に配置しているトランスデューサに比べ、送信効率及び受信感度、つまりトランスデューサの変換効率が低下する。
【０００６】
特許文献２は、１つのエッチング孔を複数のセルで共有しているため、セルを高密度に配置することが可能である。しかしながら、特許文献２の場合、エレメント内の全てのセルの間隙同士がエッチング路により繋がっている。よって、１つのエッチング孔において封止不良が発生した場合、そのエレメントの送信効率及び受信感度の大幅な低下を引き起こす。特に、液体中でトランスデューサを用いた場合、間隙に水が浸入してしまうことがあり、より大きな送信効率及び受信感度の低下を引き起こす可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、変換効率の大幅な低下を引き起こす可能性の小さいトランスデューサ及びその製造方法を提供することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のトランスデューサは、エレメントを１つ以上備えるトランスデューサであって、
前記エレメントは複数のセルを備え、各セルは、間隙を隔てて設けられた一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持された構造であり、
前記エレメント内の複数のセルのうち、第１のセルと第２のセルとは夫々の間隙同士が通じ、前記第１のセルと第３のセルとは夫々の間隙同士が通じていないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、変換効率の大幅な低下を引き起こす可能性の小さいトランスデューサ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のトランスデューサを説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施例２のトランスデューサを説明するための上面図である。
【図３】本発明の一実施形態のトランスデューサの作製方法を説明するためのＡ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の被検体情報取得装置を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
（トランスデューサの構成）
まず、図１を用いて本実施形態のトランスデューサについて説明する。図１（ａ）は、静電容量型トランスデューサの上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。本実施形態の静電容量型トランスデューサは、複数のセル１２を備えており、各セル１２は、間隙としてのキャビティを隔てて設けられた一対の電極のうち一方の電極を含む振動膜９が振動可能に支持された構造である。具体的には、各セル１２は、第一の電極１と、第一の電極１と間隙３を挟んで対向する第二の電極２を含む振動膜９と、を含む。
【００１３】
図１では、複数のセル１２で１つのエレメント１４を構成しており、静電容量型トランスデューサは、このエレメント単位で信号の入力や出力が行われる。つまり、１つのセルを１つの容量と考えた場合、エレメント内の複数セルの容量は電気的に並列接続されている。また、エレメント１４を複数有する場合、エレメント同士は電気的に分離されている。図１では、第一の電極１をバイアス電圧が印加される電極とし、第二の電極２を信号取り出し電極として用いている。つまり、エレメント１４を複数有する場合、少なくとも信号取り出し電極として機能する第二の電極２は、エレメント毎に電気的に分離されている必要がある。第二の電極２から出力される信号（電気信号）は、引き出し配線１６により引き出される。バイアス電圧が印加される第一の電極１は、複数のエレメント同士で電気的に接続されていてもよく、エレメント毎に分離されていてもよい。また当然のことながら、第一の電極１と第二の電極２の機能を逆にしてもよい。つまり、下側の第一の電極１を信号取り出し電極とし、振動膜側の第二の電極２をバイアス電圧が印加される電極としてもよい。配線としては、引き出し配線１６でなく、貫通配線等を用いてもよい。
【００１４】
振動膜は、図１では第一のメンブレン７と、第二のメンブレン８と、その間に挟まれた第二の電極２と、から構成されているが、少なくとも第二の電極を有し振動膜は振動可能な構成であればよい。例えば、第二の電極だけで振動膜を構成しても良いし、あるいは、第一のメンブレンと第二の電極とだけで振動膜を構成しても良い。
【００１５】
また、本実施形態では、第一の電極１は基板１０上に第一の絶縁膜１１を介して設けられ、第一の電極１上には、第二の絶縁膜１５が設けられている。しかしながら、第一の電極１は基板１０上に第一の絶縁膜１１を介さずに直接設けられていても良く、また、第一の電極１上に第二の絶縁膜１５が設けられず第一の電極１が露出していてもよい。
【００１６】
（トランスデューサの駆動原理）
ここで、静電容量型トランスデューサの駆動原理を説明する。静電容量型トランスデューサで超音波を受信する場合、第一の電極１と第二の電極２との間に電位差が生じるように、図示しない電圧印加手段から直流電圧が第一の電極１に印加されている状態にする。その状態で超音波を受信すると、第二の電極２を有する振動膜９が振動するため、第二の電極２と第一の電極１との間の距離が変わり、静電容量が変化する。この静電容量変化によって、第二の電極２から信号（電流）が出力され引き出し配線１６に電流が流れる。この電流を、図示しない電流−電圧変換素子によって電圧に変換し、超音波の受信信号とする。上述したように、引き出し配線１６の構成を変更することによって、直流電圧を第二の電極２に印加し、第一の電極１から信号を引き出してもよい。
【００１７】
また、超音波を送信する場合、第一の電極１に直流電圧を印加している状態で第二の電極２に交流電圧を印加するか、もしくは第二の電極２に直流電圧と交流電圧を重畳した電圧（つまり正負が反転しない交流電圧）を印加し、静電気力によって振動膜９を振動させる。この振動によって、超音波を送信することができる。超音波を送信する場合も、引き出し配線１６の構成を変更することによって、交流電圧を第一の電極１に印加して振動膜９を振動させてもよい。本実施形態の静電容量型トランスデューサは、超音波（音響波）の送信及び受信のうち少なくとも一方を行うことが可能である。
【００１８】
（エレメントとセルの関係）
本実施形態では、エレメント１４が備える複数のセル１２のうち、ｎ個（ｎは２以上の整数）のセル１２によって１つのセル群１３を構成している。セル群とは、セルを２個以上（複数）備える構成である。典型的には、セル群内の全セルの間隙同士は通じている（空間同士が繋がっている）。特に、図１のように３つのセルで１つのエッチング孔を共有している場合等は、セル群内の複数セルの間隙は、その複数セルの間隙を形成するために設けられた共通のエッチング孔を封止する封止部に、空間的に繋がっている。また、１つのエレメント１４は複数のセル群１３を備え、セル群間では夫々の間隙同士は通じていない。
【００１９】
図１では、エレメント１４は６つのセル群１３を備え、各セル群１３は、３個のセル１２から構成されている。セル群１３内の間隙３はエッチング孔５を介したエッチングにより形成されており、エッチング孔５は封止部６により封止されている。セル群１３内の間隙３同士は、エッチング工程において形成されたエッチング路４を介して通じているが、隣り合うセル群１３間の間隙同士は通じていない。
【００２０】
封止部６は、間隙３内に液体や外気が浸入しないようエッチング孔５を埋め込んで封止するために設けられている。特に、減圧化で封止する場合、大気圧によって振動膜９が変形し、第一の電極１と第二の電極２との距離が短くなる。送信効率あるいは受信感度は、第一の電極１と第二の電極２との実効距離の１．５乗に比例するため、減圧下で封止して、間隙３の内部を大気圧より低い圧力にしておくと、送信効率あるいは受信感度（つまり変換効率）を向上することができる。実効距離とは、第一の電極１と第二の電極２との間に存在する絶縁膜を比誘電率で割った値と、間隙３の深さ方向の距離と、を足し合わせたものである。
【００２１】
このように本実施形態では、１つのエレメント内において、第１のセル群内のセル（第１のセルと第２のセルとを含む）は夫々の間隙同士が通じている。そして、第１のセル（第１のセル群内のセル）と、第１のセル群を構成していない第３のセル（典型的には第２のセル群内のセル）と、は間隙同士が通じていない。このような構成により、セルの高密度配置のためにエッチング孔５を共有した場合であっても、エレメントの変換効率の大幅な低下を引き起こす可能性は小さくなる。つまり、ある１つのエッチング孔５の封止不良が生じた場合でも、変換効率に影響があるのは間隙同士が連通しているセルだけであり、間隙同士が連通していないセルには影響がない。
【００２２】
特に、エッチング孔５を減圧下で封止したにも関わらず、封止不良により間隙内の圧力が外気と同じになったセルの第一と第二の電極間の距離は、間隙内が減圧状態のセルの第一と第二の電極間の距離より大きくなる。従って、間隙が外気と通じたセルの変換効率は低下する。また、液中で静電容量型トランスデューサを用いた場合、封止不良のエッチング孔に繋がっている間隙には水が浸入してしまうことがあり、変換効率の低下や、絶縁不良を引き起こすことがある。しかしながら、本実施形態の構成の場合、一部のエッチング孔の封止不良が発生しても、封止不良のエッチング孔と間隙が繋がっているセル群のみが不良となるだけであり、エレメントとしての不良を引き起こさない。従って、エレメントの大幅な変換効率の低下を避けることができる。また、封止不良による歩留まりを向上することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、セル群１３の中のエッチング孔５の数と封止部６の数は、セル群を構成するセル数より少ないことが好ましい。このような構成とすることによって、セル数に対するエッチング孔の数を減らすことができるので、複数のセルを高密度に配置でき、送信効率および受信感度を向上することができる。特に、セル同士を図１のセル間距離よりも近く配置した場合、セル群内のセル数に対するエッチング孔の数は少ないほうが好ましい。また、エッチング孔及び封止部は、一つのセル群の包絡線の内側に配置されることが好ましい。セル群の包絡線とは、セル群を構成するセルのうち外周側の全てのセルの接線を共有する曲線であり、この包絡線の内側にセル群を構成する全てのセルが入る。セルに対するエッチング孔の数が多くなると、一つのセル群の包絡線の外側にエッチング孔が配置されてしまうため、セル群同士を近接することが難しい。セル群内のセル数に対するエッチング孔が少ない場合、エッチング孔が一つのセル群を構成する包絡線の内側に配置されるため、セル群同士を近接することができる。また、セル群内のセルが２つで、各セルの間隙を最小にする場合は、セル群の包絡線の外側に配置されるためセル群同士を近接することができないため、セル群内のセル数は３つ以上とすることが好ましい。
【００２４】
さらに、一つのセル群が３つ以上のセルで構成され、一つのセル群のエッチング孔と封止部のうち少なくとも夫々一つは、各セルの中心から等距離の位置に配置されるのが好ましい。エッチング孔の一つがセル群内の全てのセルの中心から等距離の位置に配置されることにより、全てのセルのエッチング時間を揃えることができる。よって、セルの間隙のオーバーエッチングを防止することができる。ここで、「等距離の位置」とは、厳密に等距離の場合だけでなく、各セルの間隙を形成するためのエッチング時間が同じとみなせる程度の略等距離の位置を含む。
【００２５】
また、封止部６の形成を安定的に容易に実現するため、エッチング孔５が形成されている領域におけるエッチング路４の幅をエッチング孔５の幅より広くすることが好ましい。また、エッチング孔５の幅は小さいほうが、より最密にセルを配置することができるため好ましい。具体的に図１では、エッチング孔５が形成されている領域におけるエッチング路４の基板１０への正射影の大きさは、エッチング孔５の基板１０への正射影の大きさより大きい。また、エッチング孔５近傍の構造の断面が回転対称であるため、封止を安定的に容易に実現することができ、歩留まりを向上することができる。つまり、エッチング孔５近傍の構造の断面が回転対称でない場合に比べて、図１の構成の場合はＣＶＤ等のガス流入条件が均一になる。よって、封止条件が均一になり、封止不良が発生しにくい。
【００２６】
ただし、エッチング路４の幅がエッチング孔５の幅より広い構成の場合、封止は安定するが、仮に封止不良が生じてしまうと変換効率の低下につながりやすい。つまり、図１のように、エッチング路４が広いので、エッチング孔５が埋め込まれても、埋め込まれた周り（封止部のわき）のエッチング路の空間によりセル同士の間隙が繋がる。従って、エッチング路４を介して間隙同士が通じているセル群は、１箇所の封止部不良の影響が出やすい。よって、このような構成の場合において特に、１つのエレメント内において、第１のセル群内のセルは夫々の間隙同士が通じ、第１のセル群内のセルと第２のセル群のセルとは間隙同士が通じていない構成とすることが好ましい。
【００２７】
また、エッチング路４の間隙３に通じる領域は、エッチング孔５が形成された領域より狭くなっている。これは、振動膜９を支持する領域を増やすためである。
【００２８】
本実施形態の封止部６は、その封止部６に繋がっている複数のセルの夫々の中心部から等距離の位置に配置されていることが好ましい。本構成にすることによって、エッチング孔５がそのエッチング孔５を囲っている各セルの中心から等距離になるので、間隙３を形成するためのエッチング時間がセル同士で同じになる。間隙を形成する時間が同じになると、エッチング孔５をセル同士で共有しても、変換効率のばらつきの原因となるエッチング残渣が間隙内に残りにくい。また、封止部６を周囲の各セルから最短距離に配置することにより、高密度にセルを配置することができる。ここで、「等距離の位置」とは、厳密に等距離の場合だけでなく、各セルの間隙３を形成するためのエッチング時間が同じとみなせる程度の略等距離の位置を含む。
【００２９】
さらに、本実施形態において、１つのセル群は３つのセルから構成され、各セルの中心が正三角形の頂点に対応する位置に配置されていることが好ましい。本構成とすることによって、エレメント内の複数のセルを略ハニカム状に配置できるため、セルを最も高密度に配置することができ、エレメントの変換効率を向上することができる。この構成の場合、封止部６は、その正三角形の中心部に位置することが好ましい。ここで、「正三角形の頂点に対応する位置」とは、厳密に「正三角形の頂点」の位置だけでなく、複数のセルを略ハニカム状に配置する場合に影響のない範囲で略正三角形の頂点となる位置を含む。また、「正三角形の中心部」は、厳密に「正三角形の中心」の位置だけでなく、３つのセルの間隙３を夫々形成するためのエッチング時間が同じとみなせる程度であれば「正三角形の略中心」となる位置を含む。
【００３０】
また、本実施形態では、エレメント内の複数のセル群は全て同じ数のセルで構成されているが、後述の実施例２で示すように、セル群の構成を構成するセル数が夫々異なる２種類以上のセル群を有する構成とすることもできる。つまり、エレメント内に第１のセル群と第２のセル群とを少なくとも含み、第１のセル群に含まれるセルをｎ個（ｎは２以上の整数）、第２のセル群に含まれるセルをｍ個（ｍは２以上の整数）とする。この場合、ｎ＝ｍであれば図１で示す構成を含み、ｎ≠ｍであれば図２で示す構成を含む。図２のように、セル数の異なるセル群を組み合わせることによって、より最密にセルを配置して、エレメントの変換効率をより向上することができる。
【００３１】
また、エレメントに含まれるセル群の数も複数であればいくつであっても構わない。エレメントの数は１つ以上であればいくつであってもよく、被検体内において広い領域の情報を取得する場合は、エレメントを複数設けたほうが良い。
【００３２】
（トランスデューサの作製方法）
次に、図３を用いて本実施形態のトランスデューサの作製方法を説明する。図３は、本実施形態の静電容量型トランスデューサの作製方法を示す断面図であり、図３は図１のＡ−Ｂ断面図に対応する。なお、図１と同じ部材を示す場合であっても異なる符号を用いて説明している場合もある。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、基板５０上に第一の絶縁膜５１を形成し、第一の絶縁膜５１上に第一の電極４１を形成する。基板５０としてはシリコン基板を用いることができ、第一の絶縁膜５１は基板５０と第一の電極４１とを絶縁するために設けている。基板５０がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５１は形成しなくともよい。また、基板５０は、表面粗さの小さな基板が好ましい。表面粗さが大きい場合、本工程の後工程での成膜工程でも、表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さによる第一の電極４１と第二の電極４２（図３（ｅ）参照）との間の距離が、各セル間、各エレメント間でばらついてしまう。このばらつきは、変換効率のばらつきにつながる。従って、基板５０は、表面粗さの小さな基板が好ましい。また、第一の絶縁膜５１及び第一の電極４１も表面粗さが小さい導電材料が好ましい。第一の絶縁膜５１は、例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等を用いることができ、第一の電極４１は、例えば、チタン、アルミ等を用いることができる。
【００３４】
次に、図３（ｂ）に示すように、第一の電極上に第二の絶縁膜５２を形成する。第二の絶縁膜５２は、第一の電極４１と第二の電極４２との間に電圧が印加された場合に電極間の電気的短絡あるいは絶縁破壊が起こることを防止するために形成する。ただし、低電圧で駆動する場合は、後述する第一のメンブレン４７が絶縁体であるため、第二の絶縁膜５２を形成しなくともよい。第二の絶縁膜５２は、基板５０と同様に表面粗さの小さい絶縁材料が好ましく、例えば、窒化シリコン膜、シリコン酸化膜等を用いることができる。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層４３を形成する。犠牲層４３も、表面粗さが小さい材料が好ましい。また、犠牲層４３をエッチングする時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が好ましい。さらに、犠牲層４３を除去するエッチング液あるいはエッチングガスに対して、第二の絶縁膜５２、第一のメンブレン４７（図３（ｄ）参照）、及び、第二の電極４２がほとんどエッチングされないような犠牲層材料が好ましい。なぜならば、犠牲層４３を除去するエッチング液あるいはエッチングガスに対して、第二の絶縁膜５２、第一のメンブレン４７、第二の電極４２、の一部がエッチングされると、振動膜の厚さばらつきや電極間距離ばらつきが発生するためである。第二の絶縁膜５２及び第一のメンブレン４７が、窒化シリコン膜あるいはシリコン酸化膜により形成される場合、犠牲層４３としてはクロムで形成することが好ましい。クロムは、表面粗さが小さく、第二の絶縁膜５２、第一のメンブレン４７、第二の電極４２がエッチングされないエッチング液を用いてエッチングすることができるためである。
【００３６】
次に、図３（ｄ）に示すように、犠牲層上に第一のメンブレン４７を形成する。第一のメンブレン４７は、低い引張り応力が好ましい。例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。第一のメンブレン４７としては、応力コントロールが可能であり、３００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができるため、窒化シリコン膜が好ましい。第一のメンブレン４７が圧縮応力を有する場合、第一のメンブレン４７がスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する可能性がある。スティッキングとは、犠牲層除去後に第一のメンブレン４７を含む振動膜が基板側に付着してしまうことである。また、大きな引張り応力を有する場合は、第一のメンブレン４７が破壊される可能性がある。従って、第一のメンブレン４７は、低い引張り応力が好ましい。
【００３７】
次に、図３（ｅ）に示すように、第一のメンブレン４７上に第二の電極４２を形成し、さらにエッチング孔４５を形成する。その後、エッチング孔４５を介して、犠牲層４３を除去する。第二の電極４２は、振動膜の大きな変形を起こさないよう残留応力が小さい材料が好ましい。さらに、第二のメンブレン４８（図３（ｆ）参照）あるいは封止部４６を形成するための封止層を成膜する際の温度等によって変質や応力の増加を引き起こさないよう耐熱性を有する材料が好ましい。また、第二の電極４２が露出した状態で犠牲層除去を行う場合、第二の電極４２を保護するフォトレジスト等を塗布したまま、犠牲層エッチングを行うことがある。しかしながらこの場合、フォトレジスト等の応力によって、第一のメンブレン４７がスティッキングしやすくなる。よって、フォトレジストがなく第二の電極４２が露出した状態で犠牲層エッチングできるよう、第二の電極４２は、エッチング耐性を有すること好ましい。具体的に第二の電極４２としては、チタン、アルミシリコン合金等を用いることが好ましい。
【００３８】
次に、図３（ｆ）に示すように、第二のメンブレン４８を形成する。本工程では、第二の電極４２上に第二のメンブレン４８を形成する工程と、エッチング孔４５を封止する封止部４６を形成する工程を兼ねている。第二のメンブレン４８を形成することで、所望のばね定数を有する振動膜とするとともに、第二のメンブレン４８でエッチング孔４５を封止できる。本工程のように、エッチング孔４５の封止工程と第二のメンブレン４８を形成する工程が同じである場合、振動膜は成膜工程だけで形成することができる。従って、振動膜の厚さを制御しやすく、厚さばらつきによる振動膜のばね定数のばらつき或いはたわみのばらつきを抑制することができるため、セル間あるいはエレメント間の変換効率のばらつきを低減することができる。
【００３９】
ただし、本実施形態においては、エッチング孔４５の封止工程と第二のメンブレン４８の形成工程とを別工程とすることもできる。つまり、第二のメンブレン４８を形成してから封止部４６を形成する、あるいは、封止部４６を形成してから第二のメンブレン４８を形成することもできる。また、第二の電極４２を形成し、第二のメンブレン４８を形成してから、エッチング孔４５を形成してもよい。エッチング孔４５を形成後、エッチング孔４５を介して犠牲層４３を除去し、最後に封止する。この封止層４６は、第三のメンブレンとして用いることもできる。
【００４０】
第二のメンブレン４８は、低い引張り応力を有する材料が好ましい。第一のメンブレン４７と同様に、第二のメンブレン４８が圧縮応力を有する場合、スティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、第二のメンブレン４８が破壊されることがある。従って、第二のメンブレン４８は、低い引張り応力が好ましい。具体的に第二のメンブレン４８としては、応力コントロールが可能であり、３００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる窒化シリコン膜を用いることが好ましい。
【００４１】
本工程の後、図示しない工程により、第一の電極、第二の電極と接続する配線を形成する。配線材料はアルミ等でよい。
【００４２】
（被検体情報取得装置）
上記実施形態で説明したトランスデューサは、超音波を含む音響波を用いた被検体情報取得装置に適用することができる。被検体からの音響波をトランスデューサで受信し、トランスデューサから出力される電気信号を用いて、光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した被検体情報や、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報を取得することができる。
【００４３】
図４（ａ）は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源２０１０から発生したパルス光は、レンズ、ミラー、光ファイバー等の光学部材２０１２を介して、被検体２０１４に照射される。被検体２０１４の内部にある光吸収体２０１６は、パルス光のエネルギーを吸収し、音響波である光音響波２０１８を発生する。プローブ２０２２内のトランスデューサ２０２０は、光音響波２０１８を受信して電気信号に変換し、信号処理部２０２４に出力する。信号処理部２０２４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部２０２６へ出力する。データ処理部２０２６は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでは、信号処理部２０２４とデータ処理部２０２６を含めて、処理部という。表示部２０２８は、データ処理部２０２６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。
【００４４】
図４（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ内のトランスデューサ２１２０から被検体２１１４へ送信された音響波は、反射体２１１６により反射される。トランスデューサ２１２０は、反射された音響波２１１８を受信して電気信号に変換し、信号処理部２１２４に出力する。信号処理部２１２４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部２１２６へ出力する。データ処理部２１２６は、入力された信号を用いて被検体情報（音響インピーダンスの違いを反映した特性情報）を画像データとして取得する。なお、ここでは、信号処理部２１２４とデータ処理部２１２６を含めて、処理部という。表示部２１２８は、データ処理部２１２６から入力された画像データに基づいて、画像を表示する。
【００４５】
なお、プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。また、図４（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信するプローブは受信するプローブと別に設けても良い。
【００４６】
さらに、図４（ａ）と図４（ｂ）の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図４（ａ）のトランスデューサ２０２０が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。
【００４７】
次に、本実施形態のトランスデューサについて、より具体的な実施例にて詳細に説明する。
【実施例１】
【００４８】
実施例１として、図１を用いて説明する。本実施例の静電容量型トランスデューサは１つのエレメントを有しており、エレメントは、３個のセル１２で構成されるセル群１３を６個有している。セル１２は、第一の電極１と、第一の電極１と間隙３を挟んで設けられた第二の電極２を含む振動膜９と、を備え、振動膜９は振動可能に支持されている。振動膜９は第一のメンブレン７と第二のメンブレン８と第二の電極２とを含む。第一の電極１はバイアス電圧を印加する電極であり、第二の電極２は信号取り出し電極である。本実施例の振動膜形状は円形であるが、形状は四角形、六角形等で構わない。円形の場合、振動モードが軸対称となるため、不要な振動モードによる振動膜の振動を抑制できるため好ましい。
【００４９】
シリコン基板である基板１０上の第一の絶縁膜１１は、熱酸化により形成した厚さ１μｍのシリコン酸化膜である。第二の絶縁膜１５は、Ｐｒａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成したシリコン酸化膜である。第一の電極１は厚さが５０ｎｍのチタンであり、第二の電極２は厚さが１００ｎｍのチタンである。第一のメンブレン７と第二のメンブレン８はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、２００ＭＰａ以下の引張り応力で形成する。また、第一のメンブレン７と第二のメンブレン８の直径は２５μｍであり、それぞれの厚さは、０．４μｍ、０．７μｍである。間隙３の深さは、０．２μｍである。
【００５０】
セル群１３内には、セル群１３を構成する３つのセルの間隙３を形成するためのエッチング路４とエッチング孔５とが配置され、エッチング孔５は封止部６で封止されている。封止部６により外気と遮断しているため、間隙内を２００Ｐａに保つことができる。また、外気が間隙３に侵入することを防止するため、封止部６の厚みは、間隙３の深さの２．７倍以上が好ましい。特に、ＰＥ−ＣＶＤは、Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＬＰＣＶＤ）と比較して、成膜の均一性が低いため、封止部６の厚みを間隙３の深さの２．７倍以上とすることが好ましい。
【００５１】
エッチング孔５が形成されている領域のエッチング路４の幅は６μｍ、エッチング孔５の直径４μｍである。エッチング孔５の大きさがエッチング路４の幅より小さい構成となっており、エッチング孔５の断面が回転対称となるため、封止部６の形成が容易となる。第二のメンブレン８と封止工程とを兼ねる場合、０．７μｍ厚さの第二のメンブレン８を成膜することで、封止部６も形成することができる。
【００５２】
本実施例のように、３つのセルの間隙３を１つのエッチング孔５を介してエッチングする場合、セル群内のセルを高密度に配置できる。よって、例えば、セルごとに封止部を設ける場合（１セルにつき１つのエッチング孔）と比較して、セル数を４０％以上増加させることができ、変換効率を４０％向上することも可能である。ここでは、セルと封止部との距離関係が同じ場合の比較結果を示している。
【００５３】
また、本実施例のエレメント１４は、複数のセル群１３で構成されており、セル群同士は間隙３が通じていないため、１つの封止部６の不良が発生しても、封止不良部と連結しているセルが不良となるだけであり、エレメント１４としての不良を引き起こさない。従って、トランスデューサの変換効率が大幅に低下せず、かつ、歩留まりを向上することができる。
【実施例２】
【００５４】
次に実施例２の静電容量型トランスデューサの構成を図２を用いて説明する。図２は、本実施例の静電容量型トランスデューサの上面図である。実施例２の静電容量型トランスデューサの構成は、エレメントを構成する複数のセル群が２種類存在する点が実施例１と異なる。
【００５５】
本実施例の静電容量型トランスデューサは、３個のセル３２で構成される第１のセル群３３と、４個のセル３２で構成される第２のセル群３５と、を夫々複数備えるエレメント３４を２個有している。セル３２の構成や第１のセル群３３の構成は、実施例１のセル群１３とほぼ同様であるため説明を省略する。
【００５６】
第２のセル群３５は、４個のセル３２で構成されており、２個のエッチング孔２５を介したエッチングにより４個のセル３２の間隙２３が形成されている。エッチング路２４の幅は６μｍ、エッチング孔２５の直径は４μｍである。エッチング孔２５の大きさがエッチング路２４の幅より小さい構成となっており、エッチング孔２５の断面が回転対称となるため、封止部２６の形成が容易となる。本実施例においても、０．７μｍ厚さの第二のメンブレン層を成膜することで、封止部２６も形成している。
【００５７】
このように、本実施例のエレメントは、３個のセルで構成される第１のセル群３３と、４個のセルで構成される第２のセル群３５と、を備えており、第２のセル群３５をエレメント内における外側の領域（周縁部）に配置している。本構成とすることによって、実施例１に比べ、エレメント内における周縁部のスペースにもセルを配置することができるため、エレメント内により多くのセルを配置することができる。従って、本構成の静電容量型トランスデューサは、変換効率をより高めることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  第一の電極
２  第二の電極
３  間隙
４  エッチング路
５  エッチング孔
６  封止部
７  第一のメンブレン
８  第二のメンブレン
９  振動膜
１０  基板
１１  第一の絶縁膜
１２  セル
１３  セル群
１４  エレメント
１５  第二の絶縁膜
【図１】
2014212449.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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