JP2008118632A

JP2008118632A - 超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサの製造方法、及び超音波内視鏡

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Publication number: JP2008118632A
Application number: JP2007263696A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Matsumoto; 一哉松本; Akira Ota; 亮太田; Mamoru Hasegawa; 守長谷川; Hideo Adachi; 日出夫安達; Katsuhiro Wakabayashi; 勝裕若林
Original assignee: Olympus Medical Systems Corp
Current assignee: Olympus Medical Systems Corp
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2008-05-22
Anticipated expiration: 2027-10-09
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Abstract

【課題】封止部の形状をコントロールすることで、複数ある空隙部の形状を均一なものに近づけ、安定して高精度な超音波振動を発生することができる超音波トランスデューサを提供すること。
【解決手段】本発明の超音波トランスデューサ２５は、下部電極と、下部電極上に配置された第１の絶縁層と、第１の絶縁層上に配置された空隙部と、空隙部上に配置された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層上に設けられた上部電極を含む２つ以上の超音波振動子セルと、該空隙部同士を連通するチヤネルと、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層と、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層に形成された孔部と、該孔部を封止し、該チヤネルに侵入している部分の横断面形状は、該孔部の形状と同様である封止部と、を備えた超音波振動子セルを具備する。
【選択図】図６

Description

本発明は、静電容量型の超音波トランスデューサ、該超音波トランスデューサの製造方法、及び該超音波トランスデューサを超音波送受部に備えた超音波内視鏡に関する。

超音波トランスデューサに含まれる空隙部を形成する際に、まず犠牲層で空隙部および空隙部同士を連通するためのチヤネルを形作り、次に犠牲層の上に絶縁層を形成した後、絶縁層に孔部を設け、該犠牲層を溶解させる薬剤またはガスを流し込み、犠牲層を除去する方法が知られている。該方法により、絶縁層下に空隙部を形成することができる。さらに、後工程のために、孔部を防ぐための封止部を形成する必要があるが、従来技術では封止部を形成するための材料が必要以上に空隙部内に堆積し、封止部を歪な形状にしていた。これにより、空隙部の形状が不均一なものとなっていた。

特許文献１の超音波トランスデューサには、メンブレン支持柱の中に基板面に沿った、犠牲層除去用のチヤネルが形成されている。そのため、このメンブレン支持柱に構成した犠牲層除去孔を塞ぐ封止部形成のためのＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相蒸着法）による成膜工程において、ＣＶＤによる成膜部材の空隙部内への堆積を回避させ、メンブレンの振動を阻害することがないような超音波トランスデューサの製造技術が開示されている。

すなわち、特許文献１の超音波トランスデューサでは、犠牲層除去孔にＣＶＤ成膜して形成する封止部から空隙部までのチヤネルをクランク状（Ｔ字形状）にすることで前記成膜部材が空隙部内に進入することを防止している。
米国特許ＵＳ５，９８２，７０９Ａ号

ところで、従来公知の超音波トランスデューサは、犠牲層除去用のチヤネルの形状が複雑であるため、そのチヤネルの形成のための工程も複雑となる問題がある。このようなチヤネルの形状では、犠牲層除去のためのエッチング時間も長くなり、メンブレンを構成する部材までも不要にエッチングをしてしまう可能性がある。

すなわち、犠牲層のエッチング速度は、チヤネル長に依存することから、従来のような形状のチヤネルを形成した場合、犠牲層除去時間が長くなる。そのため、他の絶縁層の一部まで除去され空隙部の形状が歪になり、各メンブレンの構造が均一とならず、各メンブレンの均一な振動発生に悪影響を及ぼす。

その結果、高精度が要求される各超音波振動子セルのメンブレン部材は、製造過程に依存して、厚みにバラツキが生じる場合があり、各超音波振動子セルの振動にもバラツキが発生するという問題がある。そのため、従来の超音波トランスデューサでは、高精度な超音波振動の照射を阻害するという問題がある。

また、従来の技術では、矩形状のチヤネルを構成することによって、空隙部までのチヤネル長を長くしてＣＶＤによる犠牲層除去孔を塞ぐＣＶＤ膜の空隙部内への堆積を抑制している。このような超音波トランスデューサの構造では、チヤネル長を稼ぐために各空隙部同士の距離が十分となるように余裕を持たせた設定が必要となる。そのため、１つの振動子エレメント内に複数の超音波振動子セルを高密度に配列できず超音波走査領域への高精度な超音波振動を照射できない。これにより、エコー信号から取得する体内の状態の表示において精度の低い画像となってしまう。

さらに、従来の超音波トランスデューサ構造では、チヤネル長を稼ぐためにエッチングホールを十分に大きく設定することができず、エッチング速度を稼ぐことができない等の欠点がある。更には、複雑なチヤネルの形成の必要性は超音波トランスデューサの平面寸法の微細化にとっても１つの障害となってしまう。

そこで、本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、封止部の形状をコントロールすることで、複数ある空隙部の形状を均一なものに近づけ、安定して高精度な超音波振動を発生することができる超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサの製造方法、及びこの超音波トランスデューサを備えた超音波内視鏡を実現することである。

上記目的を達成すべく、本発明の超音波トランスデューサは、下部電極と、該下部電極上に配置された第１の絶縁層と、該第１の絶縁層上に配置された空隙部と、該空隙部上に配置された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層上に設けられた上部電極を含む２つ以上の超音波振動子セルと、該空隙部同士を連通するチヤネルと、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層と、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層に形成された孔部と、該孔部を封止し、該チヤネルに侵入している部分の横断面形状は、該孔部の形状と同様である封止部と、を備えた超音波振動子セルを具備することを特徴とする。

また、本発明の超音波トランスデューサの製造方法は、マイクロマシーニング技術を用い、表面に絶縁層を有する基板上に導電性材料を堆積させ、該導電性材料を部分的にエッチング加工して下部電極を形成し、該下部電極および該絶縁層を被覆するように絶縁材料を堆積させ、第１の絶縁層を形成し、該第１の絶縁層上に犠牲材料を堆積させ、エッチング加工して２以上の空隙部、及び該空隙部同士を連通するチヤネルの形状をした犠牲層を形成し、該第１の絶縁層および該犠牲層上に絶縁材料を堆積させ、第２の絶縁層を形成し、該チヤネルの形状をした犠牲層上に形成された該第２の絶縁層の一部分にエッチング加工して孔部を形成し、該犠牲層をエッチング加工により、該孔部を通じて除去して、該空隙部、及び該チヤネルを形成し、該第２の絶縁層上に、該孔部を塞ぐように、スパッタリング法または真空蒸着法により、導電性材料を堆積させた後、さらに化学気相蒸着法により導電性材料を堆積させて導電性膜を形成し、該導電性膜を部分的にエッチング加工して上部電極、及び該孔部を塞ぐ封止部を形成し、該第２の電極、及び該封止部を被覆するように、該第２の絶縁層上に保護材料により保護膜を形成する、ことを特徴とする。

さらに、本発明の超音波内視鏡は、内視鏡挿入部の先端を構成する先端硬性部の先端側に、下部電極と、該下部電極上に配置された第１の絶縁層と、該第１の絶縁層上に配置された空隙部と、該空隙部上に配置された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層上に設けられた上部電極を含む２つ以上の超音波振動子セルと、該空隙部同士を連通するチヤネルと、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層と、該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層に形成された孔部と、該孔部を封止し、該チヤネルに侵入している部分の横断面形状は、該孔部の形状と同様である封止部とを有する超音波振動子セルを具備した超音波トランスデューサを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、封止部の形状をコントロールすることで、複数ある空隙部の形状を均一なものに近づけ、安定して高精度な超音波振動を発生することができる超音波トランスデューサ、超音波トランスデューサの製造方法、及びこの超音波トランスデューサを備えた超音波内視鏡を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の説明において、医療装置である超音波内視鏡を例に挙げて、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明の超音波トランスデューサを適用するための超音波内視鏡は下記のものに限定されるわけではない。また、本発明の超音波トランスデューサの適用先は超音波内視鏡に限定されるものではない。

図１〜図３を用いて、本発明の超音波トランスデューサを適用しうる超音波内視鏡について説明をする。図１は超音波内視鏡の概略構成を説明する図、図２は超音波内視鏡の先端部分の概略構成を示す図、図３は超音波振動子部の構成を説明する図である。ただし、本発明の超音波トランスデューサを適用しうる超音波内視鏡における各構成要素、各構成要素の形状、各構成要素の大きさの比率、または各構成要素の配置位置等はこれらの図のみに限定されない。

図１に示すように本実施形態の医療装置である超音波内視鏡１は、体内に挿入される細長の挿入部２と、この挿入部２の基端に位置する操作部３と、この操作部３の側部から延出するユニバーサルコード４とで主に構成されている。

上記ユニバーサルコード４の基端部には、図示しない光源装置に接続される内視鏡コネクタ４ａが設けられている。この内視鏡コネクタ４ａからは、図示しないカメラコントロールユニットに電気コネクタ５ａを介して着脱自在に接続される電気ケーブル５、及び図示しない超音波観測装置に超音波コネクタ６ａを介して着脱自在に接続される超音波ケーブル６が延出している。

上記挿入部２は、先端側から順に先端硬性部７、この先端硬性部７の後端に位置する湾曲自在な湾曲部８、及びこの湾曲部８の後端に位置して上記操作部３の先端部に至る細径かつ長尺で可撓性を有する可撓管部９を連設して構成されている。そして、上記先端硬性部７の先端側には、超音波を送受する複数の電子走査型の超音波トランスデューサを配列した超音波送受部を構成する超音波振動子部２０が設けられている。

なお、上記先端硬性部７の材質としては、硬く、耐薬品性、及び生体適合性が良好な材質が好ましい。この様な材質を有する材料としては、例えば、ポリスルフォンが挙げられる。また、上記操作部３には、上記湾曲部８を所望の方向に湾曲制御するアングルノブ１１、送気及び送水操作を行うための送気送水ボタン１２、吸引操作を行うための吸引ボタン１３、体内に導入する処置具の入り口となる処置具挿入口１４等が設けられている。

超音波振動子部２０が設けられた先端硬性部７の先端面７ａには、例えば図２に示すように、照明光学系を構成する照明用レンズカバー２１、観察光学系を構成する観察用レンズカバー２２、吸引口を兼ねる鉗子口２３、及び図示しない送気送水ノズルが配置されていてもよい。

超音波振動子部２０は、振動子エレメント２５を含む。振動子エレメントについては後述する。図３では、振動子エレメント２５が円筒状に複数配列された電子ラジアル型振動子先端部が図示されているが、本発明の超音波トランスデューサを適用するための超音波内視鏡の先端部は、電子ラジアル型に限定されず、コンベックス型にも適用しうる。

超音波振動子部２０は、各振動子エレメント２５に電気的に接続される電極パッド、及びＧＮＤ（グランド）電極パッドを備えたケーブル接続基板部２４が基端側に連設されている。そして、超音波振動子部２０からは、ケーブル接続基板部２４に各信号線が電気的に接続された同軸ケーブル束２６が延設している。この同軸ケーブル束２６は、先端硬性部７、湾曲部８、可撓管部９、操作部３、ユニバーサルコード４、及び超音波ケーブル６に挿通され、超音波コネクタ６ａを介して、図示しない超音波観測装置と接続される。

尚、各振動子エレメント２５間の印加側の電極は、夫々が個別に同軸ケーブル束２６の各ケーブルから個別に電気的シグナルが給電される構造となっている。すなわち、各振動子エレメント２５間の印加側の電極は、夫々が電気的に非接続である。

（第１の実施の形態）
以下に図４〜図１９を用いて、本発明の超音波トランスデューサについて説明をする。

図４は超音波トランスデューサの上面図、図５は図４の円Ｖを拡大した図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った超音波振動子セルの断面図、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った超音波振動子セルの断面図、図８は厚酸化膜付ウエハを示す断面図、図９は厚酸化膜付ウエハ上に下部電極を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１０は第１絶縁層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１１は犠牲層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１２は第２絶縁層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１３は犠牲層除去孔が形成され、犠牲層が除去された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１４はアルミニウム膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１５は絶縁膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図１６は第３絶縁層が上面に覆われた上部電極、及び絶縁膜が上面に覆われた封止部がエッチング形成された状態の超音波トランスデューサセルの製造過程を示す断面図、図１７は犠牲層除去孔を塞ぐ封止部の形状を示す図、図１８は図１６の超音波振動子セルを２方向から切断した状態の断面を示す斜視図、図１９は超音波振動子セルの製造工程を示すフローチャートである。ただし、本発明の超音波振動子トランスデューサにおける各構成要素の形状、各構成要素の大きさの比率、または各構成要素の配置位置等、はこれらの図のみに限定されない。

各振動子エレメント２５には、図４に示すように、複数の超音波振動子セル３０が格子状に等間隔で配列されている。１つの振動子エレメント２５内の各超音波振動子セル３０は、夫々が電気的に並列接続された構造となっていることが好ましい。尚、超音波振動子セル３０は、後述するように、下部電極、該下部電極上に配置された空隙部、該空隙部上に配置された振動膜を少なくとも備えた駆動単位要素となる。本発明でいう振動膜は、少なくとも絶縁層、および該絶縁層上に配置された上部電極からなり、該上部電極上に絶縁層または保護膜を配置することもできる。

図５に示すように、本実施の形態の各超音波振動子セル３０同士は、チヤネル４３により連通されている。チヤネル４３には、製造時に犠牲層を除去するための孔部が設けられており、さらに前記孔部は封止部４１により封止されている。本発明において、封止部４１のチヤネル４３内に浸入している部分の横断面形状は、前記孔部の形状と同様である。本発明でいう横断面とは、基板３９と並行な方向の断面を指す。本発明の封止部４１は、従来の封止部とは異なり、チヤネル４３内に不要に堆積し、チヤネル４３内で不均一に広がっていない為、各空隙部の形状を均一なものに近づけることができる。

超音波振動子セルの形状は図５に示されるような円形状に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

また、各超音波振動子セル３０における帰還電極となる上部電極３１同士は伝導部３１ａにより電気的に接続されている。尚、この伝導部３１ａは、図５では円盤状に形成された上部電極３１の縁辺部の四方から、隣接する各チヤネル４３に対して４５度の角度を有して延設しているが、本発明は前記形状に限定されない。

ここで、図６、及び図７を用いて、図５に示したＶＩ−ＶＩ線、及びＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断した超音波振動子セル３０の断面構造について詳しく説明する。尚、図６においては、１つの超音波振動子セル３０の構造の断面構造を示している。

図６に示すように、本実施の形態の超音波振動子セル３０は、基板３９上に形成された、印加電極となる下部電極３５と、この下部電極３５および基板３９の表面に形成される第１絶縁層３４と、下部電極３５上形成される空隙部５１と、空隙部５１上に形成される第２絶縁層３３と、第２絶縁層３３上に形成される上部電極３１と、によって主に構成されている。また、図６に例示されるように、上部電極３３上に第３絶縁層３２が形成されていてもよい。

尚、本実施の形態の超音波振動子セル３０は、第２絶縁層３３、及び上部電極３１によって、振動膜３８を構成している。また、該第３絶縁層３２が形成された場合、第３絶縁層３２も振動膜３８に含まれる。さらに、このメンブレン３８は、図６に例示されるように保護膜５８が第３絶縁層３２の表面に形成された場合、この保護膜５８も含んだ４つの層で構成される。保護膜の詳細については後述する。

また、空隙部５１は、本形態においてメンブレン３８の制動層となっている。尚、本実施の形態では、上部、及び下部の記載について、発生する超音波振動における超音波走査領域側を上部としている。

空隙部５１は、上述のチヤネル４３と連通しており、このチヤネル４３は第１絶縁層３４と第２絶縁層３３によって形成された空隙部５１を形成するための犠牲層除去用のチヤネルである。また、犠牲層を除去するための薬液、或いはガスを導入するための犠牲層除去孔は、封止部４１によって封止されている。尚、犠牲層除去孔は、図６に例示される四角柱形状に限定することなく、例えば、円柱形状の孔でも良い。

図６に例示されるように、封止部４１上には、空隙部５１内を真空保持するため絶縁膜４２が形成されていることが好ましい。尚、この絶縁膜４２は、本実施の形態において、第２の封止部を構成するものであり、従って封止部４１が本実施の形態では第１の封止部を構成している。

また、１つの振動子エレメント２５内の各超音波振動子セル３０は、図７に示すように、超音波振動子セル３０の上部電極３１と、伝導部３１ａと、が一体形成されることによって、隣接する上部電極３１同士が電気的に接続されている。この伝導部３１ａにも、第３絶縁層３２が上面に形成されている。さらに、上述したように構成された複数の超音波振動子セル３０が配列された振動子エレメント２５の表面には、保護膜５８が被覆されている。

本発明の超音波振動子セル３０を形成するための基板３９としては特に限定されないが、例えば、厚酸化膜付ウエハを用いることができる。本発明でいう厚酸化膜付ウエハは、表面に酸化膜が配置されたウエハを指す。厚酸化膜付ウエハは、本実施の形態において、例えば、シリコン基板３７の表面にシリコン熱酸化膜３６を形成した基板が用いられる。該シリコン基板３７の厚みは特に限定されないが、１００〜６００μｍが好ましく、より好ましくは２００〜３００μｍである。該シリコン熱酸化膜の厚みは特に限定されないが、５〜２５μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２０μｍである。

基板３９の一面上に形成される下部電極３５は、導電性のある材料からなり、例えば金属、または半導体などからなる。より具体的には下部電極３５として、モリブデン（Ｍｏ）などが用いられうる。また、下部電極の厚みは特に限定されないが、０．１〜０．５μｍが好ましく、特に好ましくは０．２〜０．４μｍである。尚、図示していないが、同一の振動子エレメント２５にある各超音波振動子セル３０の下部電極３５は、夫々が電気的に接続されている。

下部電極３５と基板３９との表面を被覆する上記第１絶縁層３４の厚みは特に限定されないが、０．１０〜０．２０μｍが好ましく、特に好ましくは０．１５μｍである。第１絶縁層の材質としては特に限定されないが、ＳｉＮが挙げられる。この第１絶縁層３４は、加工に用いられるエッチングするための薬液、或いはガスから下部電極３５を保護すると共に、電気的な絶縁膜となる。

上記空隙部５１の大きさは特に限定されないが、例えば、直径４０μｍの高さ０．２μｍの円柱状が挙げられる。この空隙部５１の上面に形成される第２絶縁層３３の厚みは特に限定されないが、０．２０〜０．５０μｍが好ましく、特に好ましくは０．３〜０．４５μｍである。第２絶縁層の材質としては特に限定されないが、ＳｉＮが挙げられる。この第２絶縁層３３は、第１絶縁層３４と同様に電気的な絶縁膜を構成すると共に、振動するためのメンブレン３８の膜を構成している。

上記上部電極３１の厚みは特に限定されないが、０．３〜１．２μｍが好ましく、特に好ましくは０．５〜１．０μｍである。上部電極の材質としては特に限定されないが、アルミニウムが挙げられる。尚、上部電極３１と一体形成される伝導部３１ａも、この上部電極３１と同じ材質となることが好ましい。また、上記第３絶縁層３２、および封止部４１上に形成されうる絶縁膜４２、及び保護膜５８の厚みは特に限定されないが、０．２〜１．５μｍが好ましく、特に好ましくは０．５〜１．０μｍである。絶縁膜、及び保護膜の材質としては特に限定されないが、ＳｉＮが挙げられる。

次に、以上のように構成された、本実施の形態の超音波振動子セル３０が複数配列された振動子エレメント２５の製造方法の一例について、図８〜図１８、及び図１９のフローチャートのステップ（Ｓ）に基づいて説明する。尚、図８〜図１８には、形成される１つの超音波振動子セル３０のみの断面を図示しているが、以下の製造方法は、マイクロマシーニング技術により一枚の基板３９上に微細なダイアフラム状の超音波トランスデューサを備えた複数の振動子エレメント２５を形成する工程に適用することもできる。マイクロマシーニング技術により形成された超音波トランスデューサはｃ−ＭＵＴ（ＣａｐａｃｉｔｉｖｅＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ：静電容量型微細加工超音波トランスデューサ）と呼ばれる。マイクロマシーニング技術を用いた場合、鉛を用いずにｃ−ＭＵＴを形成することもできる。

先ず、図８に示すように、基板３９として、シリコン基板３７の両面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成された厚酸化膜付ウエハを準備し、この基板３９の一面上に導電性材料を成膜する。そして、成膜された導電性材料を部分的に除去することにより、図９に示すように、下部電極３５をパターン形成する（Ｓ１）。シリコン酸化膜の好ましい厚みおよび材質については上述したとおりである。該導電性材料の成膜方法としては特に限定されないが、例えば、スパッタ法が挙げられる。導電性材料を部分的に除去する方法としては特に限定されないが、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングが挙げられる。

次いで、図１０に示すように、下部電極３５が形成された基板３９の一面に、絶縁性材料を成膜して、第１絶縁層３４を形成する（Ｓ２）。絶縁性材料としては特に限定されないが、例えばＳｉＮが挙げられる。絶縁性材料の成膜方法としては特に限定されないが、例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）が挙げられる。

そして、図１１に示すように、第１絶縁層３４上に、犠牲層材料を成膜し、犠牲層材料を部分的に除去し、犠牲層５２をパターン形成する（Ｓ３）。このパターン形成によって、上述した空隙部５１、及びチヤネル４３の形状寸法が決定される。犠牲層材料の厚みは特に限定されないが、０．０５〜０．３μｍが好ましく、特に好ましくは０．０５〜０．１５μｍである。また、犠牲層材料としては特に限定されないが、例えば、リンガラス（ＰＳＧ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ポリシリコン、または金属などが挙げられる。

この犠牲層５２が形成された第１絶縁層３４の上面に、絶縁材料を成膜し、図１２に示すように、第２絶縁層３３を形成する（Ｓ４）。

そして、犠牲層５２上の第２絶縁層３３の所定の位置に、犠牲層５２を除去するための薬液またはガスを導入するための、犠牲層除去孔５３を形成する（Ｓ５）。犠牲層除去孔の形成方法は特に限定されないが、フォトリソグラフィ法を用いることができる。

次に、本実施の形態では、薬液またはガスを用いて、犠牲層除去孔５３を通じて、犠牲層５２を除去する（Ｓ６）。薬液およびガスとしては特に限定されず、犠牲層除去材料、第１絶縁層、または第２絶縁層の材質により適宜選択することができる。例えば犠牲層除去材料としてリンガラスを用い、第１絶縁層をＳｉＮで形成し、第２絶縁層をＳｉＮで形成した場合、該薬液としてフッ化水素を用いることができる。フッ化水素はリンガラスを溶解させるが、ＳｉＮは溶解させ難いため、各空隙部５１の形状を均一なものにし易い。

これにより、犠牲層５２が薬液によって除去され、第１絶縁層３４と第２絶縁層３３との間に空隙が形成されて、図１３に示すような、空隙部５１、及びチヤネル４３が形成される。また、チヤネル４３は、犠牲層除去孔５３により開口した状態となる。

次に、第２絶縁層３３の上面に、スパッタリング法または真空蒸着法によって、図１４に示すように、導電性材料を堆積させ、導電性膜５４を形成する（Ｓ７）。導電性膜５４は、犠牲層除去孔５３を塞ぐように堆積する。該導電性材料としては特に限定されず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）などの金属材料が挙げられる。

導電性膜５４の形成方法としては上述のとおり、スパッタリング法または真空蒸着法が挙げられるが、より好ましくはスパッタリング法である。

そして、この導電性膜５４の上面に、絶縁性材料で成膜し、図１５に示すように、第３絶縁層となる絶縁膜５５を形成する（Ｓ８）。該絶縁性材料としては特に限定されないが、例えばＳｉＮが挙げられる。成膜方法としては特に限定されないが、例えばＣＶＤ法が挙げられる。

次に、絶縁膜５５と共に、導電性膜５４を部分的に除去することにより、図１６に示すように、第３絶縁層３２が上面を覆う上部電極３１と、絶縁膜４２が上面を覆う封止部４１と、にパターン形成する（Ｓ９）。絶縁膜５５および導電性膜５４を部分的に除去する方法としては、特に限定されないが、フォトリソグラフィ法が挙げられる。尚、このとき、上部電極３１は、隣接する他の上部電極３１と伝導部３１ａとにより電気的に接続されるように、パターン形成される。

この状態において、封止部４１は、犠牲層除去孔５３を封止し、さらに、封止部４１の内の空隙部内に浸入している部分は、横断面形状が犠牲層除去孔５３の形状と同一である。

これは、スパッタリング法、または真空蒸着法は、堆積させるための粒子を直進させることができるためである。そのため、上記粒子がチヤネル４３内で拡がることなく、ましてや、空隙部５１内へ拡がって堆積することがなく、空隙部５１の空隙形状を阻害することを防止することができる。

また、図１８に示すように、第２絶縁層３３、上部電極３１、及び第３絶縁層３２によって、本実施の形態の各超音波振動子セル３０におけるメンブレン３８が形成される。そして、最後に、振動子エレメント２５の表面に、保護膜５８（図６、図７参照）を形成する（Ｓ１０）。保護膜の形成方法は特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法が挙げられる。

尚、この保護膜５８上に、パリレンなどの生体適合性のある外皮膜を形成してもよい。また、生体適合性のある外皮膜、保護膜５８、第３絶縁層３２、上部電極３１、及び第２絶縁層３２によって、各超音波振動子セル３０の振動膜となるメンブレンが構成されるため、それら個々の厚さ方向の寸法は、その機械的な振動特性によって、適宜、決定されるものである。

以上に説明したように、本実施の形態では、各超音波振動子セル３０の空隙部５１を形成するため犠牲層５２をエッチングするための犠牲層除去孔５３を塞ぐ封止部４１をスパッタリング法または真空蒸着法により形成しているため、この封止部４１の柱部４１ａが犠牲層除去孔５３の孔直下にのみ堆積する構造とすることができる。そのため、封止部４１を形成する試料粒子が空隙部５１内に堆積することがないため、空隙部５１を安定した形状で形成することができる。

また、ＣＶＤ法による封止部４１の形成を行わないため、封止部４１がチヤネル４３、及び空隙部５１へ拡がって成膜しないので、犠牲層除去孔５３を大きく形成できる。これにより、犠牲層５２のエッチングが容易となると共に、そのエッチング速度を速くすることができ、第１絶縁層３４、及び第２絶縁層３３が不要なエッチングがされないため、空隙部５１を安定した形状で形成することができる。

さらに、空隙部５１に連通するチヤネル４３を直線化できると共に、空隙部５１の近傍に犠牲層除去孔５３を形成することもできるため、エッチング速度を速くすることができ、上述と同様に、空隙部５１を安定した形状で形成することができる。

尚、ＣＶＤ法では、およそ７００度から８００度の温度下で成膜工程が行われるため、第１絶縁層３４、及び第２絶縁層３３により形成された空隙部５１の形状に悪影響を及ぼす場合があるが、スパッタリング法では、およそ２００度から３００度の温度下で成膜工程を行えるため、上記空隙部５１の形状に悪影響を及ぼす可能性が低くなる。

その結果、各超音波振動子セル３０の空隙部５１による超音波振動が均一となり、振動子エレメント２５の超音波振動特性が安定したものとなる。

また、チヤネル４３を直線化できるため、隣接する各超音波振動子セル３０の離間距離を短くすることができるため、複数の超音波振動子セル３０を高密度に配列することができ、高精度な振動特性を備えた振動子エレメント２５を製造することができる。そのため、本実施の形態の振動子エレメント２５では、超音波走査領域への高精度な超音波振動を照射することができる。これにより、エコー信号から取得する体内の状態が精度の高い画像で取得することができる。

すなわち、本実施の形態では、チヤネル４３の形状、長さ、及び犠牲層除去孔５３の寸法に何ら制約がないため、振動子エレメント２５の各超音波振動子セル３０の配列設計の自由度が飛躍的に向上する。

さらに、本実施の形態ではスパッタリング法により、上部電極３１、及び封止部４１を本実施の形態のようなアルミニウム（Ａｌ）などの低融点金属を用いることができ、使用する材料の選択肢が拡がる。また、上部電極３１と封止部４１とを同一の材料、ここではアルミニウム（Ａｌ）によって形成しているため、製造工程を簡素化することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図２０〜図２３を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図２０〜図２３は、第２の実施の形態に係り、図２０は上部電極、及び封止部がエッチング形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図２１は保護膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図２２はパリレン膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図、図２３は超音波振動子セルの製造工程を示すフローチャートである。

尚、以下の説明において、第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

また、本実施の形態の超音波振動子セル３０が複数配列された本実施の形態の振動子エレメント２５の製造方法については、図２０〜図２２、及び図２３のフローチャートのステップ（Ｓ）に基づいて説明する。ここで、図２３のフローチャートのステップＳ１１〜ステップＳ１７と、第１の実施の形態での図１７のフローチャーのステップＳ１〜ステップＳ７とは、同一の製造工程であるため、それらの説明を省略し、本実施の形態での図２３に示すステップ１８からの説明を行う。

本実施の形態では、第１の実施の形態で示したステップＳ７と同一な工程となる図２３のステップＳ１７での導電性膜５４（図１４参照）を形成した後、導電性膜５４をフォトリソグラフィ法により、図２０に示すように、上部電極３１と、封止部４１と、にパターン形成する（Ｓ１８）。

そして、振動子エレメント２５の表面に、図２１に示すように、絶縁性材料を成膜して、保護膜６０を形成する（Ｓ１９）。該成膜方法としては特に限定されないが、ＣＶＤ法などが挙げられる。

最後に、この保護膜６０上に、生体適合性のある外皮膜を形成する（Ｓ２０）。該外皮膜の材質としては特に限定されないが、例えばパリレン（ポリパラキシリレン）が挙げられる。

以上のように形成した、本実施の形態の各超音波振動子セル３０の構成によれば、第１の実施の形態での効果を奏すると共に、第１の実施の形態の図６に示したような各超音波振動子セル３０の構成に比して、第３絶縁層３２、及び絶縁膜４２による段差がなくなる。そのため、上部電極３１、及び封止部４１による振動子エレメント２５の表面の凹凸を極小とする平坦化構造とすることができる。

尚、第１、第２の実施の形態では、上部電極３１上に窒化シリコン（ＳｉＮ）などによる保護膜５８，６０を堆積のカバレッジの良いＣＶＤ法により形成することで、上部電極３１の電気的アイソレーションに優れた構造とすることができると共に、医療機器である超音波内視鏡１特有の洗浄、消毒、及び滅菌作業などによる実使用上の耐性も向上させることができる。

尚、図２４に示すように、保護膜を形成することなく、例えば、生体適合性のある外皮膜となるパリレン膜６１のみを振動子エレメント２５の表面に形成しても良い。このような構成とすることで、製造工程の簡略化が達成できる。尚、パリレン膜６１には、フッ素を含有したものを用いると、たんぱく質をはじめとした汚れをさらに付着し難くでき、より確実な洗浄、消毒、及び滅菌作業を行うことができる構成となる。

尚、以上の実施の形態に記載した発明は、その実施の形態、及び変形例に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

第１の実施の形態に係る、超音波内視鏡の概略構成を説明する図同、超音波内視鏡の先端部分の概略構成を示す図同、超音波振動子部の構成を説明する図同、超音波トランスデューサの上面図同、図４の円Ｖを拡大した図同、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った超音波振動子セルの部分断面図同、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った超音波振動子セルの部分断面図同、厚酸化膜付ウエハを示す断面図同、厚酸化膜付ウエハ上に下部電極を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、第１絶縁層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、犠牲層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、第２絶縁層を形成した状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、犠牲層除去孔が形成され、犠牲層が除去された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、アルミニウム膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、絶縁膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、第３絶縁層が上面に覆われた上部電極、及び絶縁膜が上面に覆われた封止部がエッチング形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、犠牲層除去孔を塞ぐ封止部の形状を示す斜視図同、図１６の超音波振動子セルを２方向から切断した状態の断面を示す斜視図同、超音波振動子セルの製造工程を示すフローチャート第２の実施の形態に係り、上部電極、及び封止部がエッチング形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、保護膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、パリレン膜が形成された状態の超音波振動子セルの製造過程を示す断面図同、超音波振動子セルの製造工程を示すフローチャート変形例の超音波振動子セルの断面図

符号の説明

１…超音波内視鏡
２…挿入部
３…操作部
４…ユニバーサルコード
４ａ…内視鏡コネクタ
５…電気ケーブル
５ａ…電気コネクタ
６…超音波ケーブル
６ａ…超音波コネクタ
７…先端硬性部
７ａ…先端面
８…湾曲部
９…可撓管部
１１…アングルノブ
１２…送気送水ボタン
１３…吸引ボタン
１４…処置具挿入口
２０…超音波振動子部
２１…照明用レンズカバー
２２…観察用レンズカバー
２３…鉗子口
２４…ケーブル接続基板部
２５…振動子エレメント
２６…同軸ケーブル束
３０…ｃ−ＭＵＴセル
３１…上部電極
３１ａ…伝導部
３２…第３絶縁層
３３…第２絶縁層
３４…第１絶縁層
３５…下部電極
３６…シリコン熱酸化膜
３７…シリコン基板
３８…メンブレン
３９…基板
４１…封止部
４１ａ…柱部
４２…絶縁膜
４３…チヤネル
５１…空隙部
５２…犠牲層
５４…導電性膜
５５…絶縁膜
５８…保護膜
６０…保護膜
６１…パリレン膜

Claims

下部電極と、
該下部電極上に配置された第１の絶縁層と、
該第１の絶縁層上に配置された空隙部と、
該空隙部上に配置された第２の絶縁層と、
該第２の絶縁層上に設けられた上部電極を含む２つ以上の超音波振動子セルと、
該空隙部同士を連通するチヤネルと、
該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層と、
該チヤネル上に配置された該第２の絶縁層に形成された孔部と、
該孔部を封止し、該チヤネルに侵入している部分の横断面形状は、該孔部の形状と同様である封止部と、
を備えた超音波振動子セルを具備することを特徴とする超音波トランスデューサ。
該上部電極と、該封止部とは、同一の導電性材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサ。
該上部電極および該封止部は、該第２の絶縁層上にスパッタリング法または真空蒸着法を施した後に、化学気相蒸着法を施してなる膜であることを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサ。
さらに、該封止部上面には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
該チヤネルの該孔部および該空隙部間の形状は直線状であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサ。
マイクロマシーニング技術を用いた超音波トランスデューサの製造方法であって、
表面に絶縁層を有する基板上に導電性材料を堆積させ、該導電性材料を部分的にエッチング加工して下部電極を形成し、
該下部電極および該絶縁層を被覆するように絶縁材料を堆積させ、第１の絶縁層を形成し、
該第１の絶縁層上に犠牲材料を堆積させ、エッチング加工して２以上の空隙部、及び該空隙部同士を連通するチヤネルの形状をした犠牲層を形成し、
該第１の絶縁層および該犠牲層上に絶縁材料を堆積させ、第２の絶縁層を形成し、
該チヤネルの形状をした犠牲層上に形成された該第２の絶縁層の一部分にエッチング加工して孔部を形成し、
該犠牲層をエッチング加工により、該孔部を通じて除去して、該空隙部、及び該チヤネルを形成し、
該第２の絶縁層上に、該孔部を塞ぐように、スパッタリング法または真空蒸着法により、導電性材料を堆積させた後、さらに化学気相蒸着法により導電性材料を堆積させて導電性膜を形成し、
該導電性膜を部分的にエッチング加工して上部電極、及び該孔部を塞ぐ封止部を形成し、
該第２の電極、及び該封止部を被覆するように、該第２の絶縁層上に保護材料により保護膜を形成する、
ことを特徴とする超音波トランスデューサの製造方法。
さらに、該第２の絶縁層上に、該孔部を塞ぐように、スパッタリング法、或いは真空蒸着法により、導電性材料を堆積させた後、該導電性材料上に絶縁材料を堆積させ、該絶縁材料を部分的にエッチング加工して第３の絶縁層が上面を覆う該上部電極、及び絶縁膜が上面を覆う該封止部を形成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
該第３の絶縁層、及び該絶縁膜を形成するための該絶縁材料は、化学気相成長法により、形成される、
ことを特徴とする請求項６に記載の超音波トランスデューサの製造方法。
内視鏡挿入部の先端を構成する先端硬性部の先端側に請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波トランスデューサを備えた超音波内視鏡。