(57)【要約】【課題】  犠牲層型のエッチング開口部の封止を十分に行いつつ、エッチング速度が低減しにくい、犠牲層型のＣＭＵＴの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  犠牲層型のＣＭＵＴの製造方法であって、犠牲層の側面の少なくとも一部は、犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、エッチング開口部は、絶縁膜のうち、犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の少なくとも一部に設けられる。【選択図】  図３
2018186409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層上の前記積層方向に絶縁膜を設ける工程と、
前記絶縁膜上の前記積層方向に第二の電極を設ける工程と、
前記絶縁膜にエッチング開口部を設ける工程と、
前記エッチング開口部を介して前記犠牲層を除去する工程と、
前記エッチング開口部を封止する工程と、
を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
前記犠牲層の側面の少なくとも一部は、前記犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、
前記エッチング開口部は、前記絶縁膜のうち、前記犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の少なくとも一部に設けられる静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項２】
前記テーパーは、前記犠牲層の主面のうち、前記絶縁膜が設けられる側の主面から、前記第一の電極が設けられる側の主面へと広がるように形成されている請求項１に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項３】
前記テーパーは、前記側面の少なくとも一部が、前記積層方向と直交する平面に対して、
前記直交する平面から２２．５度以上６７．５度以下の範囲の角度をなしている請求項１または２に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項４】
前記テーパーは、前記犠牲層の主面のうち、前記第一の電極が設けられる側の主面から、前記絶縁膜が設けられる側の主面へと広がるように形成されている請求項１に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項５】
前記エッチング開口部を封止する工程と、前記第二の電極の上に絶縁膜を設ける工程とを同一の行程で行う請求項１乃至４のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項６】
前記エッチング開口部が設けられる面積は、前記側面の面積の１５％以下である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項７】
前記側面のうち、前記テーパーが設けられる領域は、それ以外の領域よりも狭い領域である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項８】
複数のセル構造を含み構成される素子を備えた静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に、前記セル構造毎に独立した間隙となるように、複数の犠牲層を設ける工程と、
前記犠牲層上の、前記積層方向に絶縁膜を設ける工程と、
前記絶縁膜上の、前記積層方向に第二の電極を設ける工程と、
前記絶縁膜にエッチング開口部を設ける工程と、
前記エッチング開口部を介して前記犠牲層を除去することで前記間隙を設ける工程と、
前記エッチング開口部を封止する工程と、
を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、
前記犠牲層の側面の少なくとも一部は、前記犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、
前記エッチング開口部は、前記絶縁膜のうち、前記犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の一部に設けられる静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項９】
前記セル構造に対して、複数の前記エッチング開口部を設ける工程を有する請求項８に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１０】
複数の前記セル構造に対して、１つの前記エッチング開口部を設ける工程を有する請求項８に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【請求項１１】
第一の電極と、
前記第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に設けられた絶縁膜と、
前記第一の電極と前記絶縁膜との間に間隙を有するように、前記絶縁膜を支持する支持部と、
前記絶縁膜上の、前記積層方向に設けられた第二の電極と、
を有する静電容量型トランスデューサであって、
前記支持部と前記間隙が接する面の少なくとも一部は、前記積層方向に直行する平面に対して、９０度以外の角度となっている静電容量型トランスデューサ。
【請求項１２】
前記支持部と前記間隙が接する面の少なくとも一部は、前記積層方向に直行する平面に対して、前記直行する平面から２２．５度以上６７．５度以下の範囲の角度をなしている請求項１１に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１３】
前記支持部と前記間隙が接する面のうち、前記積層方向に直行する平面に対して、９０度以外の角度となっている領域は、それ以外の領域よりも狭い領域である請求項１１または１２に記載の静電容量型トランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型トランスデューサ、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量型トランスデューサを用いると、振動膜の振動を用いて音響波を送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。以下では、静電容量型トランスデューサをＣＭＵＴ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｕｌｔｒａ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）と呼ぶことがある。  ＣＭＵＴは、間隙を隔てて形成された一対の電極のうちの一方の電極を含む振動膜が振動可能に支持されたセルを有する素子を複数個含み構成される。また、ＣＭＵＴの構成の一つとして、間隙が封止されたものが知られており、特許文献１には、ＣＭＵＴの封止の信頼性向上に関して述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＭＵＴの製造方法の一つとして、Ｓｉなどの基板上に材料を積層させて形成する方法がある。間隙は、基板上に犠牲層の材料を堆積させてからその上に振動膜の材料を堆積させ、振動膜の一部に設けたエッチング開口部から犠牲層をエッチングによって除去することで形成される。このような製法を犠牲層型のＣＭＵＴの製造方法と呼ぶことができる。
【０００５】
ＣＭＵＴは、水中や油中などの液体中で使用されることがあり、振動膜の振動で音響波を送受信するトランスデューサでは、間隙内にそれらの液体が侵入すると振動膜の振動特性に劣化が生じうる。
【０００６】
エッチング開口部は、特許文献１のようにＰｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）で膜を堆積させることで封止できる。ここで、振動膜の形成とエッチング開口部の封止を同一行程で行う場合、間隙の高さに対して十分に厚い封止膜を堆積させる必要がある。そのため、薄い振動膜を作成するのが困難であった。
【０００７】
特許文献１には、間隙部分の犠牲層の高さよりもエッチング開口部と繋がるエッチング流路部分の犠牲層の高さを低くすることで、封止をしやすくしている。この場合、エッチング流路をセルの外部へ引き出して、流路上にエッチング開口部を設けているため、エッチング流路の幅が狭い場合や、流路が長い場合は、エッチング速度が低減される場合がある。
【０００８】
そこで本発明では、エッチング開口部の封止を十分に行いつつ、エッチング速度が低減しにくい、犠牲層型のＣＭＵＴの製造方法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】
【０００９】
本発明に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層上の前記積層方向に絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上の前記積層方向に第二の電極を設ける工程と、前記絶縁膜にエッチング開口部を設ける工程と、前記エッチング開口部を介して前記犠牲層を除去する工程と、前記エッチング開口部を封止する工程と、を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、前記犠牲層の側面の少なくとも一部は、前記犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、前記エッチング開口部は、前記絶縁膜のうち、前記犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の少なくとも一部に設けられる。
【００１０】
別の本発明に係る静電容量型トランスデューサの製造方法は、複数のセル構造を含み構成される素子を備えた静電容量型トランスデューサの製造方法であって、第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に、前記セル構造毎に独立した間隙となるように、複数の犠牲層を設ける工程と、前記犠牲層上の、前記積層方向に絶縁膜を設ける工程と、前記絶縁膜上の、前記積層方向に第二の電極を設ける工程と、前記絶縁膜にエッチング開口部を設ける工程と、前記エッチング開口部を介して前記犠牲層を除去することで前記間隙を設ける工程と、
前記エッチング開口部を封止する工程と、を有する静電容量型トランスデューサの製造方法であって、前記犠牲層の側面の少なくとも一部は、前記犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、前記エッチング開口部は、前記絶縁膜のうち、前記犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の一部に設けられる。
【００１１】
本発明に係る静電容量型トランスデューサは、第一の電極と、前記第一の電極上の、前記第一の電極の積層方向に設けられた絶縁膜と、前記第一の電極と前記絶縁膜との間に間隙を有するように、前記絶縁膜を支持する支持部と、前記絶縁膜上の、前記積層方向に設けられた第二の電極と、を有する静電容量型トランスデューサであって、前記支持部と前記間隙が接する面の少なくとも一部は、前記積層方向に直行する平面に対して、９０度以外の角度となっている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る静電容量型トランスデューサでは、間隙の壁面がテーパー形状をしている箇所にエッチング開口部を設けることで、エッチング速度を改善することができる。また間隙の壁面がテーパー形状をしている箇所に封止部を設けることで、封止に必要な封止膜厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上すると共に薄い振動膜を形成することができる。さらに薄い振動膜を形成することで、低周波帯域の音響波を送受信しやすくなるため、送受信帯域の広い静電容量型トランスデューサを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するための上面図である。
【図２】図１の全体図である。
【図３】図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｄ断面図である。
【図５】駆動の説明断面図である。
【図６】犠牲層エッチング後のＡ−Ｂ断面図である。
【図７】犠牲層エッチング前のＡ−Ｂ断面図である。
【図８】本発明の静電容量型トランスデューサを説明するための破線間の距離２４と開口率の関係を示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するためのテーパー角度１９と振動膜の共振周波数の関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するためのセル配置の一例である。
【図１１】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するためのセル配置の一例である。
【図１２】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するためのセル配置の一例である。
【図１３】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するためのセル配置の一例である。
【図１４】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するための重なり長さ／セル外周長さと振動膜の共振周波数及び初期たわみの関係を示したグラフである。
【図１５】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを駆動するための駆動装置の一例である。
【図１６】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを駆動するための送受信回路の一例である。
【図１７】超音波プローブの一例である。
【図１８】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサの製造方法を説明するための図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図１９】第四の絶縁膜５６を設けた場合の図１のＡ−Ｂ断面図である。
【図２０】比較例の静電容量型トランスデューサを説明するための上面図である。
【図２１】比較例の静電容量型トランスデューサの製造方法を説明するための図２０のＧ−Ｈ断面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するための振動膜１２の厚さと比帯域の関係を示したグラフである。
【図２３】本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサを説明するための封止膜１１と比帯域の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）は、第一の電極と、第一の電極上の、第一の電極の積層方向に設けられた絶縁膜を有する。そして、第一の電極と絶縁膜との間に間隙を有するように、絶縁膜を支持する支持部と、絶縁膜上の、積層方向に設けられた第二の電極と、を有する。そして、支持部と間隙が接する面の少なくとも一部は、積層方向に直行する平面に対して、９０度以外の角度となっている。
【００１５】
また、支持部と間隙が接する面の少なくとも一部は、積層方向に直行する平面に対して、その直行する平面から２２．５度以上６７．５度以下の範囲の角度をなす構成とすることができる。また、積層方向に直行する平面に対して、９０度以外の角度となっている領域は、それ以外の領域よりも狭い領域とすることができる。
【００１６】
なお、積層方向とは図１から７におけるＺ方向であり、積層方向に直行する平面とは、Ｘ軸とＹ軸で張られる面である。
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態の詳細について図１〜図７を用いて説明する。図１は本発明の静電容量型トランスデューサの上面図であり、図２は図１の全体図である。図１は分かり易く説明するため、封止膜１１を透過させた図を用いている。図３は図１のＡ−Ｂ断面図であり、図４は図１のＣ−Ｄ断面図である。図５は駆動の説明断面図である。図６は犠牲層エッチング後のＡ−Ｂ断面図である。図７は犠牲層エッチング前のＡ−Ｂ断面図である。本発明で示す上面図は、振動膜１２を構成する封止膜１１を透過させている。
【００１８】
図中の番号は次の通りである。１は静電容量型トランスデューサ、２はセル、３は素子（エレメント）、４は基板、５は第一の絶縁膜、６は第一の電極、７は第二の絶縁膜、８は間隙、９は第三の絶縁膜、１０は第二の電極。１１は封止膜、１２は振動膜、１３はエッチング封止部、１４は振動膜支持部である。１５は第一の電圧印加手段、１６は第二の電圧印加手段、１７はエッチング開口部、１８はテーパー形状を有するキャビティの壁面部、１９はテーパーの角度。２０は振動膜部分の間隙高さ、２１はエッチング開口部の間隙高さ、２２はエッチング開口部１７が形成される箇所である。２３はテーパー形状１８の中間の位置、２４はテーパー斜面を第二の絶縁膜へ投影した時の距離、２５は振動膜の開口、２６は重なり幅である。４１は第一の電極パッド、４２は第二の電極パッド、５５は犠牲層である。エッチング開口部１７及びエッチング封止部１３が、本発明の特徴である。
【００１９】
図１と図２に示す静電容量型トランスデューサ１は、支持基板４上に形成された第一の電極６と、前記第一の電極６と間隙８を挟んで対向して配された第二の電極１０を含む振動膜１２が振動可能に支持されたセル２を有する素子３が複数個からなる。静電容量型トランスデューサ１はエッチング開口部１７を有している。またエッチング開口部１７とセル２が重なっている幅は、重なり幅２６である。
【００２０】
図２では、３つの素子のみ記載しているが、素子数はいくつでも構わない。また、素子３は、セル２が７２個から構成されているが、個数はいくつであっても構わない。また、セルの配列は格子状の配置でも千鳥配置でもどのような配列でも構わない。さらに、素子３の大まかな外形は図２に記載のような長方形でも、正方形や六角形でも構わない。
【００２１】
図１と図３、図４に示すように、セル２は基板４、基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上に形成される第二の絶縁膜７を有する。さらに、第三の絶縁膜９と第二の電極１０と封止膜１１で振動膜１２が形成され、振動膜１２を支持する振動膜支持部１４、間隙８とを有している。間隙８は、後述するが、エッチング開口部１７を介して犠牲層をエッチングすることで形成する。
【００２２】
エッチング開口部１７は、封止膜１１で封止され封止部１３を形成する。エッチング開口部１７は、後述する静電容量型トランスデューサ１を製造する過程において、前記間隙８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けられる。静電容量型トランスデューサ１が製造された後には、エッチング開口部１７は封止膜１１で封止され封止部１３となるため、本発明の上面図には示していない。上面図において、第二の絶縁膜７が見えている部分が、エッチング開口部１７を設けた場所であり、かつ封止部１３を設けた場所である。
【００２３】
振動膜支持部１４は、配線引き出しの為に第二の電極１０を含んでいる場合と含んでいない場合が存在する。基板４がガラス基板などの絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５はなくてもよい。また第二の絶縁膜７は、セルの耐圧向上や絶縁膜の帯電を防ぐために設けているため、不要であればなくてもよい。さらに封止膜１１は、振動膜１２の変形制御や間隙８を封止するために設けているため、不要であればなくてもよい。間隙８を上面から見た形状は、エッチング封止部１３を除くと略円形であるが、正方形、長方形等の形状でも構わない。
【００２４】
また図５に示すように、セル２の第一の電極６と第二の電極１０との間に電位差を生じさせる電圧印加手段１５と、第二の電極に送信電圧を印加する電圧印加手段１６を有している。
【００２５】
本発明の実施形態に係る静電容量型トランスデューサは、第一の電圧印加手段１５で第一の電極６にバイアス電圧を印加する事ができる。第一の電極６にバイアス電圧が印加されると、第一の電極６と第二の電極１０の間に電位差が生じる。この電位差により振動膜の復元力と静電引力が釣り合うところまで振動膜１２は変位する。この状態で超音波が振動膜１２に到達すると、振動膜１２が振動する事で第一の電極６と第二の電極１０の間の静電容量が変化して第二の電極１０に電流が流れる。この電流を第二の電極１０から引き出された第二の電極パッド４２を介して取り出す事で、超音波を電気信号として取り出す事ができる。
【００２６】
第一の電圧印加手段１５で第一の電極６にバイアス電圧を印加した状態で、第二の電圧印加手段１６から第二の電極１０に送信駆動電圧を印加すると、超音波を送信する事が出来る。送信駆動電圧は、所望の超音波を送信できる波形であればどのような波形でも良い。単極パルスや双極パルス、バースト波や連続波など、所望の波形を用いればよい。
【００２７】
次に図６と図７を用いてエッチング開口部１７とテーパー形状１８について説明する。図６に示すように本発明では、間隙８の壁面が前記第一の電極に向かってなだらかなテーパー形状１８をしており、前記間隙８を形成するためのエッチング開口部１７を、前記間隙８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けている。また図３に示すように、前記エッチング封止部１３を、前記間隙８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けている。エッチング開口部１７を、前記間隙８の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に設けることで、エッチング開口部１７を犠牲層５５の中心の近くに配置できるため、犠牲層５５をエッチングする速度を改善することができる。また、エッチング開口部１７の間隙高さ２１を振動膜部分の間隙高さ２０よりも低くすることができる。これにより、間隙８を封止するために必要な封止膜１１の厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上するとともに、薄い振動膜１２を形成することができる。
【００２８】
図７は、エッチング開口部１７を設ける直前のＡ−Ｂ断面図である。犠牲層エッチング後に間隙８となる部分には犠牲層５５が形成されている。破線２２で囲んだ部分は、エッチング開口部１７が形成される箇所である。エッチング開口部１７は、確実にテーパー形状１８をしている箇所に重なるように設ける必要があるため、エッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度を考慮した配置と形状にするのが好ましい。例えば、エッチング封止部１３が図１に示す様な半円の場合には、エッチング開口部１７も同様の半円であるので、エッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置するのが好ましい。このとき、露光装置のアライメント精度を考慮して必ずエッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置する。露光装置のアライメントずれなどでエッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重ならない場合、後述の犠牲層エッチングができなくなってしまう可能性が高い。例えば露光装置のアライメント精度が±５０ｎｍの場合、破線間の距離２４（テーパー形状１８を第二の絶縁膜７へ射影したときの長さ）は、１００ｎｍよりも大きくするのが好ましい。また、エッチング開口部１７の外周の一部（点線２２で囲んだ部分の端）が、テーパー形状１８の中間の位置を示す破線２３と重なるようにエッチング開口部１７を設けると確実に後述の犠牲層エッチングができる。図中の２５は振動膜１２の開口２５であり、開口２５の大きさで振動膜１２の周波数特性が決まり、素子３を構成するセル２の開口２５の総面積で受信感度や送信効率が決まる。
【００２９】
図８に破線間の距離２４と開口率の関係を示す。図８の横軸は破線間の距離２４であり、縦軸は素子３を構成するセル２の開口２５の開口率である。図８に示す様に、破線間の距離２４が大きくなると、開口率が小さくなることがわかる。そのため、露光装置のアライメント精度を小さくして破線間の距離２４を小さくすることが好ましい。
【００３０】
図９にテーパー角度１９と振動膜１２の共振周波数の関係を示す。図９の横軸は間隙８の内壁と第二の絶縁層７の間のテーパー角度１９であり、縦軸は素子３を構成するセル２が有する振動膜１２の共振周波数である。また系列は振動膜部分の間隙高さ２０であり、一般的な静電容量型トランスデューサで形成される間隙高さ、１００（ｎｍ）〜５００（ｎｍ）を含んでいる。図９に示す様に、テーパー角度１９や間隙高さ２０によって共振周波数は変化するため、これらのばらつきの影響が小さいテーパー角度１９にするのが好ましい。間隙高さ２０が５００ｎｍでは、テーパー角度１９が２２．５度以下となると共振周波数の変化が大きくなり、間隙高さ２０が３００ｎｍでは、テーパー角度１９が６７．５度を超えると共振周波数の変化が大きくなる。このことから、テーパー角度１９は、２２．５度から６７．５度の範囲が好ましい。
【００３１】
図１０、図１１、図１２、図１３に、エッチング封止部１３の配置と形状を変えた素子３の上面拡大図を示す。図中、説明の都合で、振動膜１２を構成する封止膜１１を透過させている。図中の２６は、セル外周とエッチング封止部１３との重なり幅である。上面図において、第二の絶縁膜７が見えている部分が、エッチング開口部１７を設けた場所であり、かつ封止部１３を設けた場所であるので、図中の２６は、セル外周とエッチング開口部１７との重なり幅でもある。エッチング開口部１７の大きさは、エッチング開口部１７を配置する位置や個数、最小パターニング精度、所望のエッチング時間に応じて決めるのが好ましい。エッチング開口部１７は、図１に示す様に１つのセルに１つずつ設けてもよいし、図１０に示す様に１つのセルに１つ以上設けてもよい。エッチング開口部１７を１つ以上設ける場合には、犠牲層エッチングがセル２の中で等方的に進むように配置すると間隙８の高さ２０のばらつきが低減できて好ましい。また図１１に示す様に、複数のセル毎に１つのエッチング開口部１７を設けたり、図１２に示す様に複数のセル毎に複数のエッチング開口部１７を設けてもよい。
【００３２】
図１３に図１１，図１２と同じセルサイズで１つのセルに１つずつエッチング開口部１７を設けた場合の配置を示す。図１３の配置では、エッチング開口部１７が隣接するセルと繋がらないように配置しているため、一部のセルで封止不良が生じても隣接するセルへ封止不良の影響が広がらないので好ましい。しかしエッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度を考慮して隣接するセルと繋がらないようにする必要があるため、セル２をさらに高密度に配置することができない。図１１や図１２のように、いくつかのセル毎にエッチング開口部１７を設けるとセル２をさらに高密度に配置することができ、素子３を構成するセル２の振動膜１２の開口２５の総面積を増加することができて好ましい。また一部のセルで封止不良が生じても、封止不良の影響をある領域内に抑えられるので好ましい。
【００３３】
例えば図１１のような配置で、セルの直径が３２ｕｍ、犠牲層の最小パターニング精度を３ｕｍ、露光装置のアライメント精度が±５０ｎｍの場合を考える。エッチング開口部１７を六角形とすると、その外接円の直径は８．５５ｕｍより大きく、そしてテーパー形状１８の斜面の範囲に収まる大きさにするのが好ましい。エッチング開口部１７の外周の一部がテーパー形状１８の斜面に重なるように配置するときに、重なり幅２６が小さいと犠牲層エッチングに長時間を有し、重なり幅２６が大きいと振動膜の性能が変化するため、両者のバランスを考慮して決めるのが好ましい。
【００３４】
図１４に、重なり幅２６の長さがセル外周の長さに対する割合と、振動膜１２の共振周波数および初期たわみの関係を示す。重なり幅２６の長さとは、１つのセル２に設けられたエッチング開口部１７の重なり幅２６の合計の長さである。図１４の横軸は、重なり幅２６の長さをセル外周の長さで除した値であり、縦軸は重なり幅２６が０の値で規格化した振動膜１２の共振周波数および初期たわみである。系列は実線が共振周波数で破線が初期たわみである。初期たわみとは、静電容量型トランスデューサ１に駆動電圧を印加しない大気中の状態での振動膜１２の−Ｚ軸方向の変形量である。図１４に示す様に、セルの外周の長さに対して重なり幅２６の長さが広くなると、封止部１３を含む振動膜支持部の面積が増えることで共振周波数は高くなり、初期たわみは小さくなる。重なり幅２６の長さがばらつく場合、共振周波数や初期たわみの変化が小さい範囲を選択するのが好ましい。より好ましくは、図１４に点線で囲んで示したように、セルに対する重なり幅２６の長さをセル外周の長さで除した値が、０よりも大きく０．１５以下の範囲である。エッチング開口部１７の形状は、半円だけでなく円形や多角形や他の形状でも良い。
【００３５】
エッチング開口部１７は、犠牲層エッチング後に封止膜１１で封止される。封止膜１１は振動膜１２の一部であり、封止膜１１の厚さは素子３の周波数特性に影響を与えるため、所望の封止膜１１の厚さでエッチング開口部１７を封止する必要がある。そのため、所望の封止膜１１の厚さでエッチング開口部１７を封止できるように、テーパー角度１９やエッチング開口部１７の配置や大きさを決める。
【００３６】
図１５に駆動装置の一例を示す。駆動装置４２は、システム制御部２７、バイアス電圧制御部２８、送信駆動電圧制御部２９、送受信回路３０、超音波プローブ３１、画像処理部３２表示部３３で構成される。超音波プローブ３１は、被検体へ超音波を送信し、被検体から反射した超音波を受信する静電容量型トランスデューサ１から構成される。送受信回路３０は、外部から供給されたバイアス電圧や送信駆動電圧を超音波プローブ３１に供給したり、超音波プローブ３１が受信した超音波を処理して画像処理部３２へ出力する回路である。バイアス電圧制御部２８は、超音波プローブ３１へバイアス電圧を供給する為に送受信回路３０へバイアス電圧を供給している。バイアス電圧制御部２８は、図示しない電源とスイッチから構成され、システム制御部２７から指示されたタイミングで、バイアス電圧を送受信回路３０へ供給する。送信駆動電圧制御部２９は、超音波プローブ３１へ送信駆動電圧を供給する為に送受信回路３０へ送信駆動電圧を供給する。システム制御部２７から指示されたタイミングで、所望の周波数特性と送信音圧の強度が得られる波形を、送受信回路３０へ供給する。画像処理部３２は、送受信回路３０から出力された信号を用いて画像変換（例えばＢモード画像、Ｍモード画像など）を行い、表示部３３へ出力する。表示部３３は、画像処理部３２から出力される画像信号を表示する表示装置である。画像表示部３３は、駆動装置４２とは別体の構成にすることもできる。システム制御部２７は、バイアス電圧制御部２８、送信駆動電圧制御部２９、画像処理部３２などを制御する回路である。
【００３７】
図１６に送受信回路３０の一例を示す。送受信回路３０は、送信部３４、受信部３５とスイッチ３６から構成される。送信駆動の際には、図１５のシステム制御部２７から指示された送信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部２８から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ３１に印加する。同様にシステム制御部２７から指示された送信電圧に従い、送信駆動電圧制御部２９から印加された電圧を送信部３４を介して超音波プローブ３１に印加する。送信駆動電圧が印加されると、スイッチ３６は開いた状態となり、受信部３５には信号が流れないようになる。送信駆動電圧が印加されない状態では、スイッチ３６は閉じた状態であり、受信の状態となる。スイッチ３６は、図示しないダイオードなどで構成されており、受信部３５が破壊されないようにする保護回路の役目を果たす。超音波プローブ３１から超音波が送信され、被検体で反射された超音波が超音波プローブ３１に戻ってくると、超音波プローブ３１は超音波を受信する。受信の際には、図１５のシステム制御部２７から指示された受信のバイアス電圧に従い、バイアス電圧制御部２８から印加されたバイアス電圧を超音波プローブ３１に印加する。スイッチ３６が閉じた状態であるため、受信信号は受信部３５で増幅され、画像処理部３２に送られる。
【００３８】
図１７に超音波プローブ３１の一例の斜視図を示す。超音波プローブ３１は、静電容量型音響波トランスデューサ１と音響マッチング層３７と音響レンズ３８と回路基板３９から構成される。図１７の静電容量型音響波トランスデューサ１は、図１７に示すように素子３が１次元アレイのようにＸ方向に多数個並んでいる。図１７では１次元アレイだが、素子３を２次元アレイにしてもよいし、コンベックス型など他の形状としてもよい。静電容量型音響波トランスデューサ１は、回路基板３９に実装され、電気的に接続される。回路基板３９は、図１６に示した送受信回路３０と一体となった基板でも良いし、回路基板３９を介して図１６のような送受信回路３０と接続させてもよい。静電容量型音響波トランスデューサ１が超音波を送信する表面側には、被検体と音響インピーダンスの整合を取る為に、音響マッチング層３７を設けている。音響マッチング層３７は、被検体への漏電を防止する為の保護膜として設けてもよい。音響マッチング層３７を介して音響レンズ３８が配置されている。音響レンズ３８は被検体と音響マッチング層３７との間で、音響インピーダンスの整合が取れる物を用いるのが好ましい。図１７のようなＹ方向に曲率を持つ音響レンズ３８を設けると、Ｙ方向に広がる超音波を音響レンズの焦点位置で絞る事ができる。Ｘ方向に広がる超音波はそのままでは絞る事が出来ない為、素子３毎に超音波を送信するタイミングをずらしてビームフォーミングで送信駆動する事で、焦点位置で超音波を絞ることができる。音響レンズ３８の形状は、所望の超音波の分布特性が得られる形状にするのが好ましい。また、用いる被検体の種類に応じて、音響マッチング層３７や音響レンズ３８の種類や形状を選択すれば良いし、設けなくてもよい。超音波プローブ３１へのバイアス電圧や送信駆動電圧の供給や、被検体から反射した超音波を受信した受信信号は、図示しないケーブルを介して送受信回路３０または画像処理部３２へ伝送される。
【００３９】
（静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ）の製造方法）
本実施形態に係るＣＭＵＴの製造方法は、少なくとも以下の工程を有する。
（１）第一の電極上の、第一の電極の積層方向に犠牲層を設ける工程。
（２）犠牲層上の積層方向に絶縁膜を設ける工程。
（３）絶縁膜上の積層方向に第二の電極を設ける工程。
（４）絶縁膜にエッチング開口部を設ける工程。
（５）エッチング開口部を介して犠牲層を除去する工程。
（６）エッチング開口部を封止する工程。
【００４０】
そして、犠牲層の側面の少なくとも一部は、犠牲層の一方の主面から他方の主面に向かってテーパーを形成しており、エッチング開口部は、絶縁膜のうち、犠牲層のテーパーの上に設けられた領域の少なくとも一部に設けられている。ここで、テーパーを形成しているとは、犠牲層の側面の少なくとも一部と、上記積層方向と垂直な面とのなす角度は９０度ではないという意味である。
【００４１】
このように、エッチング開口部はテーパー上に設けられているため、間隙の高さよりも小さい高さの封止膜を設けることで十分に封止できる。また、従来のように、エッチングの流路に設けていないため、流路の幅が狭い領域や、流路の長さが長い領域が生じにくい。その結果、エッチング速度の低減を抑制できる。
【００４２】
なお、テーパーは、側面の少なくとも一部が、積層方向と直交する平面に対して、２２．５度以上６７．５度以下の範囲の角度とすることができる。
【００４３】
テーパーは、犠牲層の主面のうち、絶縁膜が設けられる側の主面から、第一の電極が設けられる側の主面へと広がるように形成されていても良く、第一の電極が設けられる側の主面から、絶縁膜が設けられる側の主面へと広がるように形成されていても良い。
【００４４】
また、犠牲像の側面のうち、テーパーが設けられる領域は、それ以外の領域よりも狭い領域とすることができる。
（１）の工程に関して、第一の電極は基板上に設けられていても良い。
（４）の工程に関して、エッチング開口部が設けられる面積は、側面の面積の１５％以下とすることができる。
（６）の工程に関して、エッチング開口部を封止する工程と、第二の電極の上に絶縁膜を設ける工程とを同一の行程で行うことができる。
【００４５】
なお、積層方向とは図１から７におけるＺ方向であり、積層方向に直行する平面とは、Ｘ軸とＹ軸で張られる面である。
【００４６】
（エレメントの形成方法について）
上記のＣＭＵＴの製造方法は、複数のセル構造を含み構成される素子を備えたＣＭＵＴに適用することができる。そのためには、（１）の工程に関して、第一の電極上の、第一の電極の積層方向に、前記セル構造毎に独立した間隙となるように、複数の犠牲層を設ける工程を行えばよい。その後、上記（２）から（４）の工程を経て、（５）の工程において、犠牲層を除去することで、独立した間隙が設けられ、セル構造が形成される。
【００４７】
なお、セル構造に対して、複数の前記エッチング開口部を設けても良いし、複数のセル構造に対して、１つのエッチング開口部を設けても良い。
【００４８】
図１８を用いて本実施形態に係るＣＭＵＴ１の製造方法の一例を詳細に説明する。図１８は、図１のＡ−Ｂ断面図である。図１８（ａ）に示すように、基板４上に第一の絶縁膜５を形成する。基板４はシリコン基板であり、第一の絶縁膜５は第一の電極６との絶縁を形成するためである。基板４がガラス基板のような絶縁性基板の場合、第一の絶縁膜５は形成しなくともよい。また、基板４は、表面粗さの小さな基板が望ましい。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６と第二の電極１０との間の距離が、各セル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となるため、感度、帯域ばらつきとなる。従って、基板４は、表面粗さの小さな基板が望ましい。さらに、第一の電極６を形成する。第一の電極６は、表面粗さが小さい導電材料が望ましく、例えば、チタン、タングステン、アルミ等である。基板４と同様に、第一の電極６の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極１０間の距離が、各セル間、各素子間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。第一の電極６の厚さは、厚さが増すと表面粗さが増加するため、薄い方が好ましい。
【００４９】
次に、図１８（ａ）に示すように第二の絶縁膜７を形成する。第二の絶縁膜７は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の第一の電極６と第二の電極１０間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、本工程の後工程で実施する犠牲層除去時に第一の電極がエッチングされることを防止するために形成する。基板と同様に、第二の絶縁膜７の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極間１０の距離が、各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい絶縁膜が望ましい。例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等である。また絶縁膜は、厚くなるほど表面粗さが増すため、絶縁性を保つのに最低限必要な厚さとする。
【００５０】
次に、図１８（ｂ）に示すように犠牲層５５を形成する。犠牲層５５の外周は、後にテーパー形状１８をした間隙の壁面となるため、ここで犠牲層５５の外周をテーパー形状にする。犠牲層５５は表面粗さが小さい材料が望ましい。基板４と同様に、犠牲層５５の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極６と第二の電極１０間の距離が各セル間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層５５が望ましい。また、犠牲層５５を除去するエッチングの時間を短くするために、エッチング速度の速い材料が望ましい。また、犠牲層５５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７や、振動膜１２となる第三の絶縁膜９がほとんどエッチングされないような犠牲層材料が求められる。犠牲層５５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７や、振動膜１２となる第三の絶縁膜９がエッチングされる場合、振動膜１２の厚さばらつき、第一の電極６と第二の電極１０との間の距離ばらつきが発生する。振動膜１２の厚さばらつき、第一の電極６と第二の電極１０との間の距離ばらつきは、各セル間の感度、帯域ばらつきとなる。第二の絶縁膜７や、振動膜１２が窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜の場合、表面粗さが小さく、第二の絶縁膜７や、振動膜１２がエッチングされにくいエッチング液あるいはエッチングガスを用いることができる犠牲層材料が望ましい。例えば、アモルファスシリコン、ポリイミド、クロム等である。特に、クロムのエッチング液は、窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜をほとんどエッチングしないので、第二の絶縁膜７や、振動膜１２が窒化シリコン膜、あるいは酸化シリコン膜の場合、望ましい。
【００５１】
テーパー形状１８は、次の方法で形成することができる。犠牲層５５の材料を成膜し、犠牲層５５を形成する部分にレジストを形成する。レジストの外周を後退させながら犠牲層をパターニングすることで、図１８（ｂ）に示すような犠牲層５５を形成することができる。また、レジストを形成する時に、フォトリソグラフィーの露光量やレジストの材質やベーク温度などをコントロールして、レジストの外周にテーパー形状を形成してもよい。また、犠牲層をパターニングする時のガスの種類やガスの混合比率、プラズマのパワーや真空度などのパラメーターを変えることで、テーパー角度１９を調整することができる。適宜所望のテーパー角度１９が得られるようなガスの種類やガスの混合比率を選択するのが好ましい。例えば、犠牲層材料がアモルファスシリコンの場合、ＳＦ６／Ｏ２の流量比を変えることで、テーパー角度１９を調整することができる。
【００５２】
次に、図１８（ｃ）に示すように、第三の絶縁膜９を形成する。第三の絶縁膜９は、低い引張り応力が望ましい。例えば、５００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。窒化シリコン膜は応力コントロールが可能であり、５００ＭＰａ以下の低い引張り応力にすることができる。振動膜１２が圧縮応力を有する場合、振動膜１２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。また、大きな引張り応力の場合、第三の絶縁膜９が破壊されることがある。従って、第三の絶縁膜９は、低い引張り応力が望ましい。例えば、応力コントロールが可能で、低い引張り応力にできる窒化シリコン膜である。また、第三の絶縁膜９の厚さは、犠牲層５５の上に成膜を行うため、犠牲層５５のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。
【００５３】
次に、図１８（ｄ）に示すように、第二の電極１０を形成する。第二の電極１０は、残留応力が小さい材料が望ましく、アルミニウムなどである。犠牲層除去工程あるいは封止工程を第二の電極１０の形成後に行う場合、第二の電極１０は、犠牲層エッチングに対するエッチング耐性、耐熱性を有する材料が望ましい。例えばアルミシリコン合金やチタンなどである。第二の電極１０を形成する時には、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。
【００５４】
次に、図１８（ｅ）に示すように、第二の絶縁膜７にエッチング開口部１７を形成する。エッチング開口部１７は、犠牲層５５をエッチングして除去するためにエッチング液あるいはエッチングガスを導入するための孔である。前述したようにエッチング開口部１７は、外周の一部が前記間隙の壁面がテーパー形状１８をしている箇所に重なるように設けるのが好ましい。これによりエッチング開口部１７を犠牲層５５の中心の近くに配置でき、犠牲層５５をエッチングする速度を改善することができる。
【００５５】
次に、図１８（ｆ）に示すように、犠牲層５５を除去して間隙８を形成する。犠牲層５５の除去方法は、ウエットエッチングやドライエッチングなどが好ましく、犠牲層材料としてクロムを用いた場合は、ウエットエッチングが好ましい。犠牲層材料としてクロムを用いた場合、犠牲層エッチングの際に第二の電極１０がエッチングされないようにするために、第二の電極１０をチタンとするのが好ましい。第二の電極１０としてアルミシリコン合金などを用いる場合には、第二の電極１０を形成した後に第二の電極１０上に第三の絶縁膜９と同じ材料で絶縁膜を形成し、その後エッチング開口部１７を形成して犠牲層除去を行うのが好ましい。また犠牲層材料としてアモルファスシリコンを用いた場合は、ドライエッチングが好ましい。
【００５６】
次に、図１８（ｇ）に示すように、エッチング開口部１７を封止する為に、封止膜１１を形成する。第三の絶縁膜９と第二の電極１０と封止膜１１で振動膜１２が形成される。エッチング開口部１７は封止膜１１で封止され、封止部１３となる。封止膜１１は、間隙８に液体や外気が浸入しないことが求められる。間隙８が大気圧であると、温度変化によって間隙８内の気体が膨張したり収縮したりする。また間隙８には高い電界がかかる為、分子の電離などによる素子の信頼性低下の要因となる。そのため、封止は減圧した環境で行われることが求められる。間隙８内部を減圧する事で間隙８内部の空気抵抗を小さくすることができる。これにより振動膜１２が振動しやすくなり、静電容量型トランスデューサ１の感度を高くすることができる。また封止する事で静電容量型トランスデューサ１を液体中で使用する事ができる。封止材料として、第三の絶縁膜９と同じ材料であれば密着性が高い為好ましい。また、表面の段差のカバレッジを確実にできる厚さとすることが好ましい。第三の絶縁膜９が窒化シリコンの場合、封止膜１１も窒化シリコンが好ましい。
【００５７】
図１８では、第二の電極１０が第三の絶縁膜９と封止膜１１で挟まれた構成を一例として示したが、第三の絶縁膜９を形成した後にエッチング開口部１７を形成して犠牲層エッチングを行ってもよい。その後封止膜１１を形成した後に第二の電極１０を設けることもできる。しかし第二の電極１０が最表面に露出していると、異物などにより素子がショートする可能性が高くなるため、第二の電極１０は絶縁膜の間に設けることが好ましい。
【００５８】
以上の工程を経る事で図１８（ｇ）となり、図１のような静電容量型トランスデューサを作製する事ができる。図２の第二の電極パッド４２に電気的に接続された図示しない引き出し配線を用いることで、第二の電極１０から電気信号を引き出すことができる。静電容量型トランスデューサ１で超音波を受信する場合、直流電圧を第一の電極６に印加しておく。超音波を受信すると、第二の電極１０を有する振動膜１２が変形するため、第二の電極１０と第一の電極６との間の間隙８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、引き出し配線に電流が流れる。この電流を図１６に図示した送受信回路３０で電流−電圧変換を行い、電圧として超音波を受信することができる。また、第一の電極６に直流電圧を印加し、送信駆動電圧を第二の電極１０に印加すると、静電気力によって、振動膜１２を振動させることができる。これによって、超音波を送信することができる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
本実施例では、本発明の効果を説明する為に、静電容量型トランスデューサ１の構造とその製造方法について記載する。合わせて本発明を用いない比較例も記載する。
【００６０】
図１、図２、図１８、図１９を用いて、本実施例の静電容量型トランスデューサ１について説明する。図１９は、第四の絶縁膜５６を設けた場合の図１のＡ−Ｂ断面図である。
【００６１】
図２に示した静電容量型トランスデューサ１の外形寸法は、Ｙ方向が１２（ｍｍ）、Ｘ方向が４５（ｍｍ）である。素子３の外形は、Ｘ方向が０．３（ｍｍ）、Ｙ方向が４（ｍｍ）であり、素子３を１９６個１次元アレイ状に配置している。図１のＡ−Ｂ断面図が図１８（ｇ）である。素子３を構成するセル２はエッチング開口部１７を除いて略円形の形状であり、間隙８の直径は３２（ｕｍ）である。間隙８の直径とは、第二の絶縁膜７と第三の絶縁膜８が接している部分で構成される第二の絶縁膜７側の直径である。セル２は図１のように最密に配置されており、１つの素子３を構成するセル２は、隣接したセルと３５（ｕｍ）の間隔で配置されている。つまり隣接しているセル２同士の間隙８の最短距離は３（ｕｍ）である。図１ではセル数は省略しているが、実際には１つの素子３には１０１３個のセルを配置させている。
【００６２】
図１８を用いて断面構造と製造方法を説明する。図１８（ｇ）に示すようにセル２は、３００（ｕｍ）厚さのシリコン基板４、シリコン基板４上に形成される第一の絶縁膜５、第一の絶縁膜５上に形成される第一の電極６、第一の電極６上の第二の絶縁膜７を有する。さらに、第二の電極１０と第三の絶縁膜９と封止膜１１を含む振動膜１２と、間隙８を有している。間隙８の高さは３００（ｎｍ）である。さらに、第一の電極６と第二の電極１０との間にバイアス電圧を印加する電圧印加手段１５と、第二の電極に送信電圧を印加する電圧印加手段１６を有している。
【００６３】
第一の絶縁膜５は、熱酸化により形成した厚さ１（ｕｍ）のシリコン酸化膜である。第二の絶縁膜７は、Ｐｒａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＰＥ−ＣＶＤ）により形成した４００（ｎｍ）のシリコン酸化膜である。第一の電極６は厚さが１００（ｎｍ）のタングステンである。第二の電極１０は厚さが１００（ｎｍ）のＡｌ−Ｎｄ合金である。第三の絶縁膜９と封止膜１１はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜であり、４５０（ＭＰａ）以下の引張り応力で形成している。第三の絶縁膜９の厚みは４００（ｎｍ）であり、封止膜１１の厚さは４４０ｎｍである。
【００６４】
本実施例では、図１８（ａ）のように第二の絶縁膜７まで形成する。次に図１８（ｂ）のように犠牲層５５を形成する。本実施例では、犠牲層５５の外周のテーパー角度１９が４５度となるように犠牲層５５を形成する。次に図１８（ｃ）、図１８（ｄ）のように第二の電極１０まで形成する。次に図１８（ｅ）のようにエッチング開口部５８を形成する。本実施例では、１つのセル２に対して１つのエッチング開口部１７を形成する。エッチング開口部１７の大きさと形状は、図１に示したように重なり幅２６が９．０（ｕｍ）の半円形状とする。エッチング開口部１７を形成する位置は、エッチング開口部１７と犠牲層５５の外周との重なり距離６５が、１００（ｎｍ）となるように形成する。このように形成することで、エッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度が±５０（ｎｍ）のとき、アライメントのずれが生じてもエッチング開口部１７の外周の一部が確実にテーパー形状１８の斜面に重なるようになる。次に図１８（ｆ）のように犠牲層５５を除去して間隙８を形成する。犠牲層５５はアモルファスシリコンを用いて、ゼノンフロライドによるドライエッチングで犠牲層５５を除去する。犠牲層５５を除去した後のエッチング開口部１７の高さ２１は１０３（ｎｍ）である。エッチング開口部１７を形成する露光装置のアライメント精度で、エッチング開口部１７の位置が間隙８の中心側へ＋５０（ｎｍ）ずれた場合でも、エッチング開口部１７の高さ２１は１４６（ｎｍ）であり、間隙８の高さ３００（ｎｍ）よりも小さい。このことから、エッチング開口部１７を封止するために必要な封止膜１１の厚さを低減することができる。次に図１８（ｇ）のように、封止膜１１を４４０（ｎｍ）形成する。封止膜１１はＰＥ−ＣＶＤにより作製した窒化シリコン膜である。封止膜１１の厚さは、エッチング開口部１７の高さ２１が１４６（ｎｍ）の場合の約３倍の厚さとしている。従来の検討から、エッチング開口部１７を封止するために必要な封止膜１１の厚さは、エッチング開口部１７の高さ２１に依存しており、約３倍の厚さが必要であることが分かっている。本発明のように犠牲層５５の外周をテーパー形状１８にせず、エッチング開口部１７をテーパー形状１８の斜面と重なる構成にしない場合、エッチング開口部１７の高さは３００（ｎｍ）となり、必要な封止膜１１の厚さは９００（ｎｍ）となってしまう。このことから本発明を用いることで、封止に必要な封止膜１１の厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上すると共に薄い振動膜を形成することができる。また、本実施例のセル外周長さ１０１（ｕｍ）に対して重なり長さは最大で９．１（ｕｍ）であり、図１４に示した横軸の値は０．０９である。この時の共振周波数及び初期たわみの変化は約１％と小さく、所望の特性が得られる。本実施例では、振動膜１２が第三の絶縁膜９、第二の電極１０、封止膜１１からなる構成を説明したが、図１９に示す様に、第二の電極１０と封止膜１１の間に第四の絶縁膜５６を設けた構成にしてもよい。第四の絶縁膜５６を設ける場合には、図１８（ｄ）で第二の電極１０を形成した後に第四の絶縁膜５６を設け、その後図１８（ｅ）以降の工程を実施すればよい。
【００６５】
一方、図２０と図２１を用いて、本発明を用いない場合の比較例を示す。図２０は、静電容量型トランスデューサ１の上面拡大模式図の一例である。図２１は図２０のＥ−Ｆ断面図である。図中の番号は上記実施例１と同様である。５８はエッチング流路、５９はエッチング流路幅、６０はエッチング流路長さである。
【００６６】
図２０で構成される静電容量型トランスデューサ１は、外形寸法及び素子３の外形、個数や配置は図２と同様である。図２０のセル２は略円形の形状で、セル２を構成する間隙８の端にエッチング流路５８があり、エッチング流路５８の端部にエッチング開口部１７が形成されている。エッチング流路５８を除いた間隙８の直径は３２（ｕｍ）であり、エッチング流路５８の幅５９は９．０（ｕｍ）である。またエッチング開口部１７は直径９．０（ｕｍ）の円形であり、エッチング開口部１７を形成する場所に存在するエッチング流路５８の端部の球状の直径は９．１（ｕｍ）である。セル２は図２０のように最密に配置されている。
【００６７】
図２１（ｂ）を用いて断面構造と製造方法を説明する。図２１（ｂ）を構成する材料や材料の膜厚及び間隙８の高さは図１８（ｇ）と同じである。図１８（ｇ）と異なる点は、間隙８の外周にテーパー形状１８を設けていないことと、間隙８の高さとエッチング流路５８の高さが異なることである。図２１（ｂ）では、エッチング流路５８の高さを間隙８の高さよりも小さくすることで、封止膜１１の厚さを低減できるようにしている。図２１（ｂ）は、図１８に述べた方法と同様の方法で作製できる。ただし、図１８（ｂ）の犠牲層５５を形成する工程では、犠牲層５５の外周にテーパー形状１８を形成せず、高さ１４６（ｎｍ）のエッチング流路５８を形成する。犠牲層５５の成膜とフォトリソグラフィー及びエッチングを繰り返すことで、高さの異なる間隙８とエッチング流路５８を作製できる。図２１（ａ）は、エッチング開口部１７を形成した後の断面構造である。図２１（ａ）と図１８（ｅ）を両者のセルサイズおよび犠牲層５５の厚さが同じ条件で比較すると、比較例の図２１（ａ）の方が、エッチング開口部１７の下に犠牲層５５が存在するため、エッチングで除去する犠牲層５５の量が多いことがわかる。犠牲層５５のエッチング時間は、除去する犠牲層５５の量やエッチングガスやエッチング液が供給される開口面積に比例して長くなる。このことから比較例の図２１（ａ）の方がエッチング時間が長いことがわかる。また図２１（ａ）のエッチング流路長さ６０を短くしても、エッチング開口部１７の下に犠牲層５５が存在するためエッチングで除去する犠牲層５５の量は、本発明よりも多い。そのため、本発明のように犠牲層５５の外周にテーパー形状１８を設けて、テーパー形状１８と重なるようにエッチング開口部１７を設けて犠牲層エッチングをすることで、エッチング速度を改善することができる。また比較例では、エッチング流路５８の犠牲層５５と隣接するセルの犠牲層５５が接触しないようにするために、セル２同士の間隙８の間隔を広げる必要がある。犠牲層５５のパターニング精度が３（ｕｍ）である場合、本実施例の構成の方がセルを高密度に配置することができ、開口率を向上させることで受信感度や送信効率を向上できる。
【００６８】
以上のことから、本発明の静電容量型トランスデューサでは、間隙の壁面がテーパー形状をしている箇所にエッチング開口部を設けることで、エッチング速度を改善することができる。また間隙の壁面がテーパー形状をしている箇所に封止部を設けることで、封止に必要な封止膜厚さを低減することができ、封止の信頼性を向上すると共に薄い振動膜を形成することができる。
【００６９】
次に、本発明の効果を説明する為に、図２２、図２３を用いて振動膜の厚さ及び封止膜の厚さと性能について説明する。図２２は振動膜１２の厚さと比帯域の関係を示し、図２３は封止膜１１と比帯域の関係を示す。
【００７０】
図２２の横軸は振動膜１２の厚さであり、縦軸は超音波プローブ３１の送信効率の比帯域を示す。送信効率とは、超音波プローブ３１を送信駆動した時に得られる、単位送信駆動電圧あたりの送信音圧（Ｐａ／Ｖ）である。中心周波数Ｆｃとは、送信効率のピーク値の周波数Ｆｐに対して−３ｄＢ送信効率が低下する低域側の周波数Ｆ１と高域側の周波数Ｆ２から、次の式で得られる。
Ｆｃ＝（Ｆ１＋Ｆ２）／Ｆｐ
比帯域ＦＢＷは次の式で得られる。
ＦＢＷ＝（Ｆ２−Ｆ１）／Ｆｃ
【００７１】
一般的に比帯域が大きいと、超音波プローブ３１の検出範囲が広くなり好ましい。
【００７２】
図２２では、実施例１の静電容量型トランスデューサ１を、図１７のように超音波プローブ３１にした時の送信効率の中心周波数と同等となる構造の、超音波プローブ３１の比帯域を示している。間隙８高さは３００（ｎｍ）であり、実施例１と同等の送信効率の中心周波数が得られるように、セル２の直径と振動膜１２の厚さを調整している。図２２に示す様に、振動膜１２が薄い方が比帯域が大きくて好ましいことが分かる。
【００７３】
図２３の横軸は封止膜１１の厚さであり、縦軸は超音波プローブ３１の送信効率の比帯域を示す。実施例１のように本発明を実施すると、封止膜は４４０（ｎｍ）であるので、比帯域は１１５％となる。一方本発明を実施しない場合、封止膜は９００（ｎｍ）であるので、比帯域は９７％となる。本発明を実施して薄い振動膜１２を得ることで、広い帯域特性の超音波プローブ３１を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
４  基板
５  第一の絶縁膜
６  第一の電極
８  間隙
９  第三の絶縁膜
１０  第二の電極
１１  封止膜
１２  振動膜
１３  エッチング封止部
１８  テーパー形状
１９  テーパー角度
【図１】
2018186409.tif 000003
【図２】
2018186409.tif 000004
【図３】
2018186409.tif 000005
【図４】
2018186409.tif 000006
【図５】
2018186409.tif 000007
【図６】
2018186409.tif 000008
【図７】
2018186409.tif 000009
【図８】
2018186409.tif 000010
【図９】
2018186409.tif 000011
【図１０】
2018186409.tif 000012
【図１１】
2018186409.tif 000013
【図１２】
2018186409.tif 000014
【図１３】
2018186409.tif 000015
【図１４】
2018186409.tif 000016
【図１５】
2018186409.tif 000017
【図１６】
2018186409.tif 000018
【図１７】
2018186409.tif 000019
【図１８】
2018186409.tif 000020
【図１９】
2018186409.tif 000021
【図２０】
2018186409.tif 000022
【図２１】
2018186409.tif 000023
【図２２】
2018186409.tif 000024
【図２３】
2018186409.tif 000025