(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極と、前記第一の電極とキャビティを挟んで設けられた第二の電極を含む振動膜と、を備える構造のセル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、
前記第一の電極を形成する工程と、
前記第一の電極の上に第一の犠牲層を形成する工程と、
前記第一の電極の側とは反対の側の、前記第一の犠牲層の上の前記キャビティの一部に対応する部位に第二の犠牲層を形成する工程と、
前記第一の電極の側とは反対の側の、前記第二の犠牲層の上に、前記振動膜の少なくとも一部をなす絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に形成した開口を介して前記第二の犠牲層をエッチングにより除去する工程と、
前記第二の犠牲層を除去した後に、前記第一の犠牲層の一部を除去して他部を残す工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記開口を封止する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第一の犠牲層の材料はシリコンを含み、前記絶縁層の材料は窒化シリコン膜もしくは酸化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記第一の犠牲層の材料はアモルファスシリコンを含み、前記第二の犠牲層の材料はクロムを含み、前記第一の電極の材料はアルミニウムを含み、前記第二の犠牲層のエッチャントとして硝酸第二セリウムアンモニウムと硝酸を含むクロムエッチング液を用いることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第一の犠牲層の材料はアモルファスシリコンを含み、前記第一の電極の材料はアルミニウムを含み、前記第一の犠牲層のエッチャントとしてＸｅＦ２を含むガスを用いることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第一の電極の上に絶縁層を介して前記第一の犠牲層を形成することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第一の電極の側とは反対の側の、前記第一の犠牲層の一部の上に絶縁膜を形成した後に前記第二の犠牲層を形成することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記開口は、前記第一の電極の側とは反対の側の、前記絶縁膜の上に形成することを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第一の犠牲層と前記第二の犠牲層はそれぞれ異なる材料を含むことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
第一の電極と、前記第一の電極とキャビティを挟んで設けられた第二の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを有する静電容量型トランスデューサであって、
前記セルの前記振動膜を振動可能に支持する支持部が設けられ、
前記支持部は、前記キャビティを犠牲層エッチングにより形成する際に残された犠牲層を含み、前記残された犠牲層の一部は、前記犠牲層エッチングの際に用いたエッチングホールの封止部の前記第一の電極の側にあることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項１１】
前記残された犠牲層の材料はアモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１２】
第一の電極と、前記第一の電極とキャビティを挟んで設けられた第二の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを有する静電容量型トランスデューサであって、
前記第一の電極と前記振動膜との間には、前記振動膜を振動可能に支持する支持部が設けられ、
前記支持部は少なくとも、アモルファスシリコンを含む層を有し、
前記アモルファスシリコンを含む層は、前記キャビティを封止するために前記振動膜に設けられた封止部と前記第一の電極との間に設けられていることを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
【請求項１３】
前記振動膜の形状は、円形、四角形、六角形のいずれかであることを特徴とする請求項１０から１２の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１４】
前記第一の電極と前記キャビティとの間に絶縁膜を有することを特徴とする請求項１０から１３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１５】
前記絶縁膜は酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１４に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１６】
前記振動膜は窒化シリコン膜を含むことを特徴とする請求項１０から１５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１７】
前記第一の電極はチタン、アルミニウム、モリブデン、タングステンのいずれかを含むことを特徴とする請求項１０から１６の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１８】
前記第二の電極はチタンまたはアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１０から１７の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサ。
【請求項１９】
請求項１０から１８の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサと、前記静電容量型トランスデューサが出力する電気信号を用いて被検体の情報を取得して処理する処理部と、を有し、
前記静電容量型トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、前記電気信号を出力することを特徴とする被検体情報取得装置。
【請求項２０】
光源を有し、
前記静電容量型トランスデューサは、前記光源から発振した電磁波が被検体に照射されることにより発生する音響波を受信して電気信号に変換することを特徴とする請求項１９に記載の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、超音波変換素子などとして用いられる静電容量型トランスデューサ、その製造方法、被検体情報取得装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の発展に伴い、マイクロメータオーダの精度で加工された様々な微小機械素子が実現されている。このような技術を用いて、静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｓｉｔｉｖｅ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）の開発が盛んとなっている。ＣＭＵＴは、軽量の振動膜を振動させて超音波などの音響波を送信ないし受信する超音波デバイスであり、液中および空気中でも優れた広帯域特性を持つものが容易に得られる。従って、ＣＭＵＴを医療用途として利用すると、従来から使用されている圧電素子からなる超音波デバイスよりも高精度な診断が可能となるため、その代替品として注目を集めている。尚、音波、超音波、光音響波などは音響波と呼ばれるが、本明細書において、超音波で代表する場合もある。
【０００３】
静電容量型トランスデューサは１以上のセル構造を有する。セル構造は、Ｓｉ等の基板上に配置された第一の電極と、第一の電極と対向して配された第二の電極と、第一及び第二の電極間に形成されるキャビティ（間隙）と、第二の電極を含みキャビティ上に形成された振動膜と、振動膜支持部とで構成される。静電容量型トランスデューサの作製方法の一つとして、Ｓｉなどの基板上に材料を堆積させて形成するサーフェスマイクロマシニングの製法がある。本製法でのキャビティ部の形成は犠牲層エッチングで行う。具体的には、キャビティとなる部分に、トランスデューサの特性を決める該キャビティの大きさを残して犠牲層をパターニングし、その上に振動膜の少なくとも一部をなすメンブレンを堆積する。その後、メンブレンの一部に形成し犠牲層に通ずるエッチングホール（開口）から、犠牲層を除去することでキャビティを形成する。静電容量型トランスデューサは、水中や油中などの溶媒中で使用されることがあるため、犠牲層をエッチングするために設けたエッチングホールは、膜を堆積させて封止される。
【０００４】
犠牲層材料の上にメンブレンを堆積させる工程では、犠牲層材料上のメンブレンが、超音波を送受信するために振動する振動膜となり、犠牲層材料の端部の振動膜が、振動膜を剛体として支持する支持部となる。こうして作製される静電容量型トランスデューサの特性は、主に、セル構造のキャビティの径と、キャビティ上に形成される振動膜の厚さと、キャビティの高さ（厚さ）で決まる。通常、振動膜が振動するとき該振動膜はキャビティの底面に接触しない条件で使用されるため、送信音圧を大きくする目的で振動膜の変位を大きくするには、キャビティの高さを大きくする必要がある。しかしキャビティの高さを大きくすると、キャビティ形状にパターニングされた犠牲層材料の端部の段差において、メンブレン支持部の厚さを十分に取らねばならない。そのため、メンブレンは、犠牲層厚さ（即ちキャビティ高さ）を十分にカバーできる（即ち十分なカバレッジを実現する）膜厚で形成する必要がある。その厚さは、成膜装置にも依存するが、犠牲層厚さの１〜２倍以上にする必要がある。
【０００５】
以上のことから、キャビティの全体形状を残すように犠牲層をパターニングした後に振動膜を形成し、犠牲層材料を除去してキャビティを形成する方法では、次のようなことになる。即ち、静電容量型トランスデューサの特性を制御すべく、例えば送信音圧を大きくするために犠牲層を厚くすると、それに伴ってメンブレンの厚さも厚くしなければならない。つまり、犠牲層の厚さとメンブレンの薄さとがトレードオフの関係になっていて、犠牲層を厚くしてメンブレンを薄くすることが容易ではない。
【０００６】
特許文献１に記載の静電容量型トランスデューサでは、平らなＳｉ等の基板上に犠牲層を堆積し、その上に振動膜を形成した後、セル構造となる振動膜の中心に開口したエッチングホールから犠牲層を等方的に除去することでキャビティを形成している。この方法では、犠牲層を予めキャビティの形状にパターニングしないため、犠牲層の厚さとは関係なく段差部が生じない。従って、メンブレンの厚さは犠牲層の厚さに依らず設定できる。しかしながら、静電容量型トランスデューサの特性を決めるキャビティ径は、メンブレンに開口したエッチングホールから除去される犠牲層材料のエッチング時間の制御によって決まるため、キャビティ径を正確に制御することは容易とは言い難い。また、デバイス内のキャビティ径の大きさばらつきによる性能ばらつきが発生する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５８９４４５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来の製法では、キャビティ高さを大きくしようとすると、それに伴って振動膜の厚さも一定程度以上厚くしなければならず、セル構造の設計の自由度が低下することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に鑑み、第一の電極と、該第一の電極とキャビティを挟んで設けられた第二の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを有する静電容量型トランスデューサの本発明による製造方法は、以下の工程を有する。前記第一の電極を形成する工程。前記第一の電極の上に第一の犠牲層を形成する工程。前記第一の電極の側とは反対の側の、前記第一の犠牲層の上の前記キャビティの一部に対応する部位に第二の犠牲層を形成する工程。前記第一の電極の側とは反対の側の、前記第二の犠牲層の上に、前記振動膜の少なくとも一部をなす絶縁層を形成する工程。前記絶縁層に形成した開口を介して前記第二の犠牲層をエッチングにより除去する工程。前記第二の犠牲層を除去した後に、前記第一の犠牲層の一部を除去して他部を残す工程。
【００１０】
また、上記課題に鑑み、本発明の静電容量型トランスデューサは、第一の電極と、該第一の電極とキャビティを挟んで設けられた第二の電極を含む振動膜と、を備える構造のセルを有する。そして、前記セルの前記振動膜を振動可能に支持する支持部が設けられ、前記支持部は、前記キャビティを犠牲層エッチングにより形成する際に残された犠牲層を含み、前記残された犠牲層の一部は、前記犠牲層エッチングの際に用いたエッチングホールの封止部の前記第一の電極の側にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、たとえキャビティの高さが大きくても振動膜の厚さを比較的柔軟に設定でき、セル構造の設計の自由度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の静電容量型トランスデューサの一実施形態の断面図である。
【図２】本発明の静電容量型トランスデューサの一実施例の断面図である。
【図３−１】本発明の製造方法の一実施例の断面図である。
【図３−２】本発明の製造方法の一実施例の断面図である。
【図４】本発明の静電容量型トランスデューサの他の実施例の断面図である。
【図５−１】本発明の製造方法の他の実施例の断面図である。
【図５−２】本発明の製造方法の他の実施例の断面図である。
【図５−３】本発明の製造方法の他の実施例の断面図である。
【図６】本発明のトランスデューサを含む情報取得装置の例を示す全体ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、たとえキャビティ高さが大きい構成の静電容量型トランスデューサであっても、キャビティ径を正確に制御し且つ振動膜の厚さを薄くして作製することを可能とし、設計の自由度を向上させる技術を実現する。その為に、第一の電極の上に第一の犠牲層を形成し、第一の犠牲層の上に第二の犠牲層を形成して前記キャビティの一部に対応する形状を残すようにパターニングする。そして、第二の犠牲層の上に形成した絶縁層に設けた開口を介して第二の犠牲層をエッチングにより除去し、その後に第一の犠牲層を除去して前記キャビティを形成する。
【００１４】
以下、本発明の実施形態及び実施例について、図を用いて説明する。
（実施形態）
図１は一実施形態の静電容量型トランスデューサの断面図である。図１は一つのセル構造のみを示しているが、静電容量型トランスデューサ内のセル構造の個数は幾つであっても構わない。また、そのときのセルの配列はどのような配列であっても構わない。また、振動膜ないしメンブレンの形状は円形、四角形、六角形など、どんな形でも構わない。
【００１５】
本実施形態の静電容量型トランスデューサについて説明する。静電容量型トランスデューサは、Ｓｉなどの基板１、基板１上に形成された絶縁層２、絶縁層２上に形成された第一の電極３を有する。第一の電極３上には、キャビティ５を介して、第二の電極６とキャビティ上のメンブレン９とキャビティを封止する封止膜１０を含む振動膜が形成されており、メンブレン９は、メンブレン支持部１１で支持されている。振動膜全体は、後述する第一の犠牲層１２の残部、メンブレン支持部１１、封止膜１０の端部を含む支持部で支持されている。ここで、基板１が第一の電極３を兼ねることもできる。また、基板１がガラス基板などの絶縁体の場合には、絶縁層２はなくてもよい。
【００１６】
図１では、第二の電極６は、メンブレン９の上に形成されているが、キャビティ５上の封止膜１０の上に配置されていても構わない。また、第一の電極３と第二の電極６の間に電圧を印加する電圧印加手段（不図示）を有しており、第一の電極３と第二の電極６の間に交流電圧を印加することで振動膜を振動させて超音波を送信できる。電圧を印加した状態で振動膜が超音波を受けて振動することで、超音波を電流信号として受信できる。
【００１７】
静電容量型トランスデューサのキャビティ５の形成については、キャビティ５となる部分に予め犠牲層を配置し、メンブレン９の一部に開口したエッチングホール８から犠牲層を除去することでキャビティを形成する犠牲層エッチングの製法を用いる。ここでは、本実施形態の製造方法での犠牲層は、第一の電極３上に形成する第一の犠牲層１２と、第一の犠牲層１２上に形成する第二の犠牲層１３から形成される（図３−１（ｅ）などを参照）。第二の犠牲層１３は、キャビティ５の一部（上部）となる形状を残すように予めパターニングされる。第一の犠牲層１２及びパターニングされた第二の犠牲層１３上にメンブレン支持部１１を含むメンブレン９を形成した後、メンブレン９の一部に犠牲層を除去するためのエッチングホール８を形成する。
【００１８】
次に、エッチングホール８から第二の犠牲層１３を除去する。このとき、キャビティ５の径は、第二の犠牲層１３を予めパターニングした形状によって決定される。次に、エッチングホール８から第一の犠牲層１２を除去する。メンブレン９などの材料を適切に選択することにより第一の犠牲層１２の一部のみを選択的に除去することができる。また、第二の犠牲層１３を除去することによってできたキャビティ５の上部の下の部分がエッチングされるため、第一の犠牲層１２の一部を除去してできるキャビティ５の下部の径は、第二の犠牲層１３の径によって決まる。つまり、キャビティ５全体の径は、第二の犠牲層１３の径によって実質的に決まる。一方、キャビティ５の高さは、第一の犠牲層１２の高さと第二の犠牲層１３の高さの合計によって決まる。第二の犠牲層材料の端部の段差における十分なカバレッジを実現するメンブレン９の厚さは、第二の犠牲層１３の厚さで決められる。そのため、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３の合計であるキャビティ５の高さに依らず、メンブレン９の厚さを決めることができる。
【００１９】
犠牲層エッチングによりキャビティ５を形成した後、犠牲層エッチングに用いたエッチングホール８上に封止膜１０を堆積させてエッチングホール８を封止する。上述したように、振動膜には、第二の電極６の他に、キャビティ５上に形成するメンブレン９とエッチングホール８を封止する封止膜１０が含まれる。
【００２０】
静電容量型トランスデューサを構成する材料で、特にキャビティ部を形成する材料は、振動膜が振動する際に振動膜がキャビティの底部に接触しないように、表面粗さが小さいことが望ましい。
【００２１】
以上のように、静電容量型トランスデューサの製造方法では、犠牲層エッチングによりキャビティ５を形成する。そのため、犠牲層エッチングの工程においては、犠牲層材料と振動膜や電極を構成する材料とのエッチング選択比が高い必要がある。第二の犠牲層１３を除去する工程では、メンブレン９と第一の犠牲層１２がエッチング液に曝される。そのため、第二の犠牲層１３の材料は、第一の犠牲層１２とメンブレン９に対するエッチング選択比が高いことが必要である。つまり、第二の犠牲層１３のエッチング速度が、第一の犠牲層１２とメンブレン９のエッチング速度より十分に速いことが必要である。また、第一の犠牲層１２を除去する工程では、メンブレン９と第一の電極３がエッチング液に曝される。そのため、第一の犠牲層１２の材料は、メンブレン９と第一の電極３に対するエッチング選択比が高いことが必要である。第一の電極３の材料には、チタン、アルミニウム、モリブデン、タングステンなどの材料を使用することができる。特にチタンやタングステンは、プロセス中に加わる熱の影響による粗さ変化が小さく、望ましい。
【００２２】
振動膜のメンブレン９及び封止膜１０を構成する絶縁膜について説明する。この材料としては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などを使用することができる。特にＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置で形成する窒化シリコン膜は、４００℃以下の低温で形成することができるため、他の構成材料に対する熱の影響を小さくすることができる。また、３００ＭＰａ以下の低引張応力に制御して膜の形成を行えるため、膜の残留応力によるメンブレンの大きな変形を防止することができる。封止膜１０は、振動膜を構成する機能以外に、キャビティ５をエッチングホール８上で封止する機能が求められる。エッチングホール８の封止材料としては、エッチングホール８上に堆積して封止するために、カバレッジ性が高いことに加えて、エッチングホール８からメンブレン９の下部に侵入していかないことが望ましい。その理由は、メンブレン９の下部のキャビティ５内に封止膜材料が侵入すると、性能に関係するキャビティ５の高さが変わるためである。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で形成される窒化シリコン膜では、キャビティ内部まで膜が侵入しやすいため、キャビティ５の高さが変化してしまう。こうした条件を満たす材料としても、ＰＥ−ＣＶＤで形成する窒化シリコン膜が望ましい。第二の電極６は、振動膜の一部を構成する材料であるため、比較的応力の小さい材料である必要がある。例えば、チタンやアルミニウムなどを使用することができる。
【００２３】
以上の条件を鑑みると、第二の犠牲層１３の材料にはクロムやチタン、アルミニウムを用いることができる。また、第一の犠牲層１２の材料には、アモルファスシリコンを用いることができる。特に第二の犠牲層１３の材料にクロム、第一の犠牲層１２の材料にアモルファスシリコン、第一の電極３の材料にアルミニウム、を用いることが望ましい。その構成では、第二の犠牲層１３のエッチャントとして硝酸第二セリウムアンモニウムと硝酸からなるクロムエッチング液を用いれば、次のようになる。即ち、第二の犠牲層１３のエッチング時にエッチャントに曝される第一の電極３のアルミニウム、メンブレン９の窒化シリコン膜、第一の犠牲層１２のアモルファスシリコンに対してエッチング選択比を非常に高く取ることができる。従って、キャビティ径を第二の犠牲層１３のクロムのパターニングの精度で決めることができる。
【００２４】
また、第一の犠牲層１２にアモルファスシリコンを用いた場合では、第一の犠牲層１２のエッチャントとしてＸｅＦ２からなるガスを用いれば、次のようになる。即ち、第一の犠牲層１２をエッチングする際にエッチャントに曝されるメンブレン９の窒化シリコン膜と第一の電極３のアルミニウムに対してエッチング選択比を非常に高くとれるため、第一の犠牲層１２のみを選択的にエッチングすることができる。従って、第二の犠牲層１３で形成したキャビティの径を保ったまま、第一の犠牲層１２によりキャビティ５の高さを大きくすることができる。
【００２５】
また、第一の電極３上に酸化シリコン膜や窒化シリコン膜からなる絶縁膜４を形成する構成を取ることもできる（図２を参照）。このような構成を取れば、第一の犠牲層１２をエッチングする際にエッチャントに曝される材料は第一の電極３ではなく絶縁膜４となる。第一の犠牲層１２の材料であるアモルファスシリコンのエッチャントに対して、絶縁膜４の材料である酸化シリコン膜や窒化シリコン膜のエッチング選択比は非常に高い。そのため、第一の電極３の材料は、第一の犠牲層１２をエッチングするエッチャントの選択比によらず選択することができ、熱工程に対して耐性の高いチタンやタングステンなどを選択できる。
【００２６】
静電容量型トランスデューサの特性は主に、キャビティの径と高さ、及びキャビティ上のメンブレンの厚さによって決まる。このときのキャビティの径は振動可能なメンブレンの径であるため、第二の犠牲層がパターニングされた形状で決まる。本実施形態の静電容量型トランスデューサの製造方法では、キャビティ５を、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３からなる二層の犠牲層を用いて作製する。このとき、第二の犠牲層１３は、キャビティ５の一部となる部分を残すように予めパターニングされている。第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３上に振動膜を形成し、振動膜に形成した開口から第二の犠牲層１３を除去した後に第一の犠牲層１２を除去する。このような構成で作製される静電容量型トランスデューサでは、予めパターニングされた第二の犠牲層１３によりキャビティ５の径が決定され、キャビティ５の高さは、第二の犠牲層１３の厚さと第一の犠牲層１２の厚さの合計によって決まる。また、第二の犠牲層１３上に形成されるメンブレン９の厚さは、キャビティ５の高さによらず、第二の犠牲層１３の高さに依存する。従って、キャビティ径を第二の犠牲層１３で正確に制御した構成で、キャビティ５の高さを大きくでき、かつメンブレン９の厚さはキャビティ５の高さによらない構成が実現でき、設計の自由度が向上する。即ち、本製法では、例えば、キャビティ径とメンブレンの厚さを決める第二の犠牲層の厚さを比較的薄くし、キャビティの高さに関わる第一の犠牲層の厚さを比較的厚くすることで、キャビティ径を正確に制御し、かつ、キャビティ高さを大きくできる。このときのメンブレンの厚さは、キャビティ全体の高さによらず、比較的薄く形成できる第二の犠牲層の厚さで決めることができる。
【００２７】
これに対して、予めパターニングした犠牲層の上に振動膜を形成した後、犠牲層を除去して全体のキャビティを形成する従来の製法では、キャビティの径は正確に制御できるが、キャビティ高さを大きくするためには犠牲層の厚さを厚くする必要がある。また、メンブレンの厚さもそれに伴って厚く形成しなければならない。
【００２８】
なお、第一の犠牲層のエッチングにおいて、或る程度、時間制御してエッチングする必要がある場合がある。こうした必要をなくす為に、第一の犠牲層を全体に形成した後、キャビティの下部となる部分を残してエッチングし、除去部にエッチングされ難い材料を埋め込む製造方法を採用することもできる。或いは、最初にエッチングされ難い材料を全体に形成した後、キャビティの下部となる部分をエッチングし、この除去部に第一の犠牲層の材料を埋め込む製造方法を採用することもできる。こうすれば、第一の犠牲層のエッチングにおいて、時間制御は実質的に必要なくなる
【００２９】
（実施例１）
図２に本発明による静電容量型トランスデューサの実施例１を示す。図２の本実施例でも、セル構造を一つだけ有した静電容量型トランスデューサを示しているが、セル構造は幾つあっても構わない。また、一つのセル構造に対して一つのエッチングホールを有した図を示しているが、エッチングホールの数は幾つあっても構わない。
【００３０】
本実施例の静電容量型トランスデューサは、厚さ３００μｍのシリコン基板１、基板１上に形成された熱酸化膜からなる絶縁層２、絶縁層２上に形成されたタングステンの第一の電極３、第一の電極３上に形成された酸化シリコン膜からなる絶縁膜４を有する。そして、第一の犠牲層１２の一部と第二の犠牲層１３をエッチングホール８から除去することによってキャビティ５が形成されている。キャビティ５を介して、第二の電極６とメンブレン９と封止膜１０からなる振動膜がメンブレン支持部１１などで支持され、エッチングホール８は封止膜１０によって封止されている。また、第一の電極３と第二の電極６の間に電圧を印加する電圧印加手段（不図示）を有する。
【００３１】
図３−１（ａ）〜（ｆ）と図３−２（ｇ）〜（ｋ）のプロセスフローを用いて、本実施例による静電容量型トランスデューサの製造方法を説明する。
【００３２】
シリコン基板１上に熱酸化膜からなる絶縁層２とタングステンからなる第一の電極３、酸化シリコン膜からなる絶縁膜４を形成する（図３−１（ａ）〜（ｃ））。次に、絶縁膜４上に第一の犠牲層１２となる厚さ２００ｎｍのアモルファスシリコン膜をＰＥ−ＣＶＤ装置にて成膜する（図３−１（ｄ））。次に、第二の犠牲層１３として、厚さ１００ｎｍのクロムをＥＢ蒸着装置にて成膜する。フォトリソグラフィ技術と、硝酸第二セリウムアンモニウムと硝酸からなるエッチャントを用いてクロムのエッチングを行い、キャビティ５の形状（全体のキャビティ５の上部の形状）を残すようにパターニングする（図３−１（ｅ））。そして、第一の犠牲層１２とパターニングされた第二の犠牲層１３上に、メンブレン９となる厚さ１５０ｎｍの窒化シリコン膜をＰＥ−ＣＶＤ装置にて形成する（図３−１（ｆ））。このとき、第一の犠牲層１２上の窒化シリコン膜がメンブレン９の支持部１１となり、第二の犠牲層１３上の窒化シリコン膜がメンブレン９となる。メンブレン９の厚さは、第二の犠牲層１３の厚さを十分にカバーできる（即ち、第二の犠牲層１３の角部において十分なカバレッジを達成できる）厚さであればよい。
【００３３】
次に、メンブレン９の一部に、犠牲層を除去するためのエッチングホール８を開口する（図３−２（ｇ））。そして、硝酸第二セリウムアンモニウムと硝酸からなるクロムのエッチャントに浸漬することで、エッチングホール８を介して第二の犠牲層１３をエッチングし、キャビティ５の一部を形成する（図３−２（ｈ））。このときのキャビティ５の径は、第二の犠牲層１３のクロムの径で決まる。次に、第二の犠牲層１３をエッチングした開口と同じエッチングホール８から、第一の犠牲層１２のエッチャントであるＸｅＦ２ガスを導入し、第一の犠牲層１２のエッチングを行う（図３−２（ｉ））。この工程で、第二の犠牲層１３をエッチングすることで作製したキャビティ５は、そのキャビティの径を保ったまま、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３の合計の高さを持つ全体のキャビティに形成される。本実施例の場合では、第一の犠牲層の厚さ２００ｎｍと第二の犠牲層の厚さ１００ｎｍの合計の３００ｎｍの高さのキャビティ５を形成することができる。全体のキャビティ５を形成した後、メンブレン９上に、アルミニウムからなる第二の電極６を形成する（図３−２（ｊ））。そして最後に、ＰＥ−ＣＶＤ装置にて窒化シリコン膜１０を堆積することで、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３を除去するために開口したエッチングホール８を封止する（図３−２（ｋ））。
【００３４】
本実施例では、全体のキャビティ５の高さは第一の犠牲層１２の厚さと第二の犠牲層１３の厚さとの合計である３００ｎｍである。また、全体のキャビティ５の径は、第二の犠牲層１３のパターニングにより決めることができる。従来の製法で３００ｎｍのキャビティ高さを有する構成を作製する場合では、予め３００ｎｍの高さを持つ犠牲層を成膜及びキャビティ形状にパターニングする。そして、その上にその高さを十分にカバーできる（十分なカバレッジを達成できる）厚さのメンブレンを形成する必要があった。そのため、３００ｎｍの高さの犠牲層をカバレーするためには、少なくとも３００ｎｍの厚さのメンブレンが必要であると考えられる。しかしながら本製法では、３００ｎｍの高さのキャビティ高さに対して、第二の犠牲層１３の１００ｎｍの厚さに応じてメンブレン９の厚さを決めることができるため、メンブレンの厚さは１５０ｎｍあれば十分である。よって、キャビティ高さが大きい構成においても、メンブレン厚さの自由度が向上し、設計の自由度が向上する。
【００３５】
（実施例２）         
図４に、本発明による静電容量型トランスデューサの実施例２を示す。図５−１（ａ）〜（ｅ）、図５−２（ｆ）〜（ｉ）、図５−３（ｊ）〜（ｌ）のプロセスフローを用いて、本実施例による静電容量型トランスデューサの製造方法を説明する。
【００３６】
本実施例での製造方法は、実施例１の製造方法と基本的には変わらず、二層からなる犠牲層を用いることで、キャビティ高さの大きい構成を作製する。しかしながら、キャビティ高さを大きくすると、犠牲層をエッチングするエッチングホールを封止するための封止膜を厚くしなければならない。本実施例では、先ず、シリコン基板１上に熱酸化膜の絶縁層２、絶縁層２上にタングステンの第一の電極３、第一の電極３上に酸化シリコン膜の絶縁膜４、絶縁膜４上に第一の犠牲層１２であるアモルファスシリコンを形成する（図５−１（ａ）〜（ｅ））。その後、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３の間のエッチングホール８を形成する部分に、窒化シリコン膜からなる絶縁膜１４を形成する（図５−１（ｅ））。そして、第二の犠牲層１３であるクロムとメンブレン９である窒化シリコン膜を形成した後（図５−２（ｆ）〜（ｇ））、第二の犠牲層１３と第一の犠牲層１２を犠牲層エッチングにより除去する（図５−２（ｈ）〜図５−３（ｊ））。そして、第二の電極６を形成した後、犠牲層エッチングを行うために開口したエッチングホール８上に封止膜１０を堆積することでキャビティを封止する（図５−３（ｋ）〜（ｌ））。
【００３７】
このとき、エッチングホール８の部分においては、第一の犠牲層１２の上部に酸化シリコン膜１４が形成されているため、第一の犠牲層１２はエッチングされない。従って、犠牲層エッチングを行って形成される全体のキャビティ５の高さは、第一の犠牲層１２と第二の犠牲層１３の合計の厚さであるが、エッチングホール８の部分でのキャビティの高さは第二の犠牲層１３の厚さで設定される。そのため、キャビティを封止するための封止膜の厚さは、第二の犠牲層の厚さで決まるため、キャビティ高さが大きい構成であっても、メンブレン及び封止膜の厚さの自由度が向上し、設計の自由度が向上する。
【００３８】
（他の実施形態）
上記トランスデューサは、超音波診断装置などの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、出力される電気信号を用い、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できる。
【００３９】
より詳しくは、情報取得装置の一例は、被検体に光（可視光線、赤外線などを含む電磁波）を照射する。このことにより被検体内の複数の位置（部位）で発生した光音響波を受信し、被検体内の複数の位置に夫々対応する特性情報の分布を示す特性分布を取得する。光音響波により取得される特性情報とは、光の吸収に関わる特性情報を示し、光照射によって生じた光音響波の初期音圧、或いは初期音圧から導かれる光エネルギー吸収密度や、吸収係数、組織を構成する物質の濃度、等を反映した特性情報を含む。物質の濃度とは、例えば、酸素飽和度やトータルヘモグロビン濃度や、オキシヘモグロビン或いはデオキシヘモグロビン濃度などである。また、情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを目的とすることもできる。よって、被検体としては生体、具体的には人や動物の乳房、頸部、腹部などの診断対象が想定される。被検体内部にある光吸収体としては、被検体内部で相対的に吸収係数が高い組織がある。例えば、人体の一部が被検体であれば、オキシヘモグロビン或いはデオキシヘモグロビンやそれらを多く含む血管、或いは新生血管を多く含む腫瘍、頸動脈壁のプラークなどがある。さらには、金粒子やグラファイトなどを利用して、悪性腫瘍などと特異的に結合する分子プローブや、薬剤を伝達するカプセルなども光吸収体となる。
【００４０】
また、光音響波の受信だけでなく、トランスデューサを含むプローブから送信される超音波が被検体内で反射した超音波エコーによる反射波を受信することにより、被検体内の音響特性に関する分布を取得することもできる。この音響特性に関する分布は、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した分布を含む。
【００４１】
図６（ａ）は、光音響効果を利用した情報取得装置を示す。光源２０１０が発振したパルス光は、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。探触子部２０２２内の本発明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、探触子部のフロントエンド回路に出力する。フロントエンド回路ではプリアンプ等の信号処理を行い、接続部を介してこれを本体部の信号処理部２０２４に送る。信号処理部２０２４では、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、同じく本体部のデータ処理部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。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。探触子部２０２２と本体部を一体にした構成とすることもできる。
【００４２】
図６（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置などの情報取得装置を示す。探触子部２１２２内の本発明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（反射波）２１１８を受信して電気信号に変換し、探触子部内のフロントエンド回路に出力する。フロントエンド回路ではプリアンプ等の信号処理を行い、接続部を介してこれを本体部の信号処理部２１２４に送る。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、同じく本体部のデータ処理部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。ここでも、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。ここでも、探触子部２１２２と本体部を一体にした構成とすることもできる。
【００４３】
探触子部は、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６（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信する探触子は受信する探触子と別に設けても良い。さらに、図６（ａ）と図６（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６（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。
【符号の説明】
【００４４】
１：基板、３：第一の電極、４：絶縁層、５：キャビティ、６：第二の電極、８：エッチングホール（開口）、９：メンブレン（絶縁層）、１０：封止膜、１２：第一の犠牲層、１３：第二の犠牲層、１４： 絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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