JP2011035916A - Ultrasonic endoscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波内視鏡に関する。 The present invention relates to an ultrasonic endoscope.
体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号から体内の状態を画像化して診断する超音波診断法が普及している。この超音波診断法に用いられる機材の1つに超音波内視鏡スコープがある。 An ultrasonic diagnostic method is widely used in which an ultrasonic wave is irradiated toward the inner wall of a body cavity, and an internal state is imaged and diagnosed from the echo signal. One of the equipment used for this ultrasonic diagnostic method is an ultrasonic endoscope scope.
超音波内視鏡スコープは、体腔内へ挿入する挿入部の先端に超音波プローブが取り付けてあり、この超音波プローブは電気信号を超音波に変換し体腔内へ照射したり、また体腔内で反射した超音波を受信して電気信号に変換したりするものである。 An ultrasonic endoscope scope has an ultrasonic probe attached to the distal end of an insertion portion to be inserted into a body cavity. This ultrasonic probe converts an electrical signal into an ultrasonic wave and irradiates it into the body cavity. The reflected ultrasonic waves are received and converted into electric signals.
従来、超音波プローブでは、電気信号を超音波に変換させる圧電素子としてセラミック圧電材PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)が使用されてきたが、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工した静電容量型超音波トランスデューサ(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer(以下、c−MUTと称する))が注目を集めている。これは、マイクロマシン(MEMS:Micro Electro−Mechanical System 、超小型電気・機械システム)と総称される素子の1つである。 Conventionally, in an ultrasonic probe, a ceramic piezoelectric material PZT (lead zirconate titanate) has been used as a piezoelectric element for converting an electrical signal into an ultrasonic wave, but a silicon semiconductor substrate was processed using silicon micromachining technology. Capacitive ultrasonic transducers (hereinafter referred to as “c-MUT”) are attracting attention. This is one of the elements generically called a micro machine (MEMS: Micro Electro-Mechanical System).
さて、一方、超音波診断分野において、最近ハーモニックイメージングという診断モダリティが、従来に無い高精度超音波診断が可能ということから脚光を浴びる様になってきた、そのため、体腔内挿入型超音波診断装置において、この診断モダリティの標準装備が不可欠となってきている。したがって、このために、従来の圧電振動子の周波数帯域では不十分で、超音波振動子の更なる広帯域化が望まれていた。 On the other hand, recently, in the field of ultrasonic diagnostics, a diagnostic modality called harmonic imaging has come to the spotlight because it enables unprecedented high-accuracy ultrasonic diagnostics. Therefore, the standard equipment of this diagnostic modality has become indispensable. Therefore, for this reason, the frequency band of the conventional piezoelectric vibrator is insufficient, and further expansion of the bandwidth of the ultrasonic vibrator has been desired.
上述の通り、近年マイクロマシンプロセスを用いた静電容量型超音波振動子(cMUT)が注目されつつある。このcMUTは、単に鉛等の重金属を含まず、環境に優しいというだけでなく、広帯域特性が容易に得ることができ、そのため、上述したハーモニックイメージングに適していることは言うまでもない。 As described above, a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) using a micromachine process has recently attracted attention. Needless to say, this cMUT does not contain a heavy metal such as lead and is not only environmentally friendly, but also easily obtains broadband characteristics, and is therefore suitable for the above-described harmonic imaging.
図23は、従来におけるcMUTの一例を示す。同図は、特許文献1に開示されたcMUTである。超音波振動子は、複数の容量性マイクロマシン超音波振動子(cMUT)によって形成される。cMUTを構成する各セルは、荷電振動板301を有している。この荷電振動板301は、逆に荷電された基板302に容量性をもって対向する。 FIG. 23 shows an example of a conventional cMUT. The figure is a cMUT disclosed in Patent Document 1. The ultrasonic transducer is formed by a plurality of capacitive micromachine ultrasonic transducers (cMUT). Each cell constituting the cMUT has a charged diaphragm 301. The charged vibration plate 301 faces the oppositely charged substrate 302 with capacitance.
この振動板301は、バイアス荷電によって基板302方向へ屈曲する。また、この基板302には、振動板301の振動の中心においてセルの荷電が最大密度となるように、振動板301の中心へ対して隆起した中心部303を有している。高調波による動作のために、セルに給与される駆動パルス波形は、予め歪められている。これは、高調波帯域における送信超音波信号の歪みを低減するために、装置の非線形動作に鑑みてなされたものである。 The diaphragm 301 is bent toward the substrate 302 by bias charging. In addition, the substrate 302 has a central portion 303 that is raised with respect to the center of the diaphragm 301 so that the charge of the cell has the maximum density at the center of vibration of the diaphragm 301. The drive pulse waveform fed to the cell is distorted in advance for operation by harmonics. This is done in view of the non-linear operation of the apparatus in order to reduce the distortion of the transmitted ultrasonic signal in the harmonic band.
cMUTセルは、従来通りの半導体プロセスによって加工されるため、バイアス荷電レギュレータ201などの補助振動子回路と一体化され得る。cMUTセルは、更に、マイクロステレオリソグラフィによっても加工することができる。そのため、セルは多様なポリマー及び他の物質を用いて形成される。 Since the cMUT cell is processed by a conventional semiconductor process, it can be integrated with an auxiliary vibrator circuit such as the bias charge regulator 201. The cMUT cell can also be processed by microstereolithography. As such, the cells are formed using a variety of polymers and other materials.
この前記超音波観測装置は、高調波により動作させるために前記超音波プローブ内に高耐圧スイッチを設けている。前記超音波観測装置内には、パルス発生手段と、制御手段とを設けている。パルス発生手段は、任意の波形で任意の電圧値を持つパルスを出力できる。制御手段は、前記高耐圧スイッチと前記パルス発生手段の出力を前記超音波振動子の走査タイミングに基づいて制御する。 This ultrasonic observation apparatus is provided with a high voltage switch in the ultrasonic probe in order to operate by harmonics. In the ultrasonic observation apparatus, there are provided pulse generation means and control means. The pulse generating means can output a pulse having an arbitrary voltage value with an arbitrary waveform. The control means controls the outputs of the high voltage switch and the pulse generating means based on the scanning timing of the ultrasonic transducer.
また、近年、医療用に構成したカプセル部を体腔内に送り込んで、体腔内の画像を得るカプセル型の内視鏡が実用化されつつある(例えば、特許文献1、特許文献2。)。この超音波診断医用カプセルでは、超音波プローブで診断が困難な部位の超音波診断が可能になる。 In recent years, capsule-type endoscopes in which a capsule portion configured for medical use is sent into a body cavity to obtain an image inside the body cavity have been put into practical use (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). With this ultrasonic diagnostic medical capsule, it is possible to perform ultrasonic diagnosis of a portion that is difficult to diagnose with an ultrasonic probe.
しかしながら、図23に示すように、メンブレンは電極間の静電力により湾曲形状となり、下部電極に対向する上部電極上の電荷に偏りが生じる。つまり、湾曲したメンブレンの中央部分はより撓んで下部電極に近くなり、電荷も多く集まって電束密度は高い。また、メンブレン全体が湾曲するために、下部電極に対向する上部電極側では電束が不均一となり電束の方向も上部電極の湾曲に伴って屈曲する。 However, as shown in FIG. 23, the membrane has a curved shape due to the electrostatic force between the electrodes, and the charge on the upper electrode facing the lower electrode is biased. In other words, the central portion of the curved membrane is more bent and becomes closer to the lower electrode, so that a large amount of electric charge is collected and the electric flux density is high. Further, since the entire membrane is curved, the electric flux is not uniform on the upper electrode side facing the lower electrode, and the direction of the electric flux is also bent with the curvature of the upper electrode.
このようなことから、駆動電圧と屈曲変位との間に非線形性を生じ、振動音源に最初から高周波成分を含むことになってしまう。したがって、振動子特性として、送信音圧が大きく、かつ高調波成分を含まない送信超音波を発生させることが難しかった。 For this reason, non-linearity occurs between the driving voltage and the bending displacement, and the vibration sound source includes a high-frequency component from the beginning. Therefore, it has been difficult to generate a transmission ultrasonic wave having a large transmission sound pressure and no harmonic component as a transducer characteristic.
一方、高調波成分という語を、非線形の高調波という意味ではなく、高次の定在波と言う意味で用いる場合がある。これらの高調波は音源から送信されるので、これらの高調波を抑圧しないと、非線形の高調波を使ったイメージングに悪影響(生体から発生した高調波成分かもともと音源に含まれていた高次の定在波かの区別ができなくなってしまい、ハーモニック(高調波)イメージングの場合の大きなS/N低下要因となる。)を及ぼす。 On the other hand, the term harmonic component is sometimes used in the sense of a higher-order standing wave rather than a nonlinear harmonic. Since these harmonics are transmitted from the sound source, if these harmonics are not suppressed, imaging using non-linear harmonics will be adversely affected (higher-order harmonic components originally generated in the sound source are included in the sound source). This makes it impossible to distinguish between standing waves and causes a large S / N reduction factor in the case of harmonic imaging.
高次の定在波成分は、基本波の整数倍の周波数で発生するが、振動源(音源)が均一な長さや厚さ、均質な材料からなること、更には振動部と非振動部、例えば、メンブレン支持部との境界部が音響的に明瞭であることが前提である。そうでない場合(弾性変形しやすい領域とそうでない領域からなる場合等)は高次の定在波が分散し抑圧されたり、整数倍でないところに発生したりするようになり、ハーモニック(高調波)イメージングに対して悪影響を及ぼさなくなる。 The higher-order standing wave component is generated at a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave, but the vibration source (sound source) is made of a uniform length and thickness, a homogeneous material, and the vibration part and non-vibration part. For example, it is assumed that the boundary with the membrane support is acoustically clear. If this is not the case (such as a region that is likely to be elastically deformed and a region that is not, etc.), higher-order standing waves will be dispersed and suppressed, or generated at places that are not integer multiples. No negative effect on imaging.
上記の課題に鑑み、本発明では、メンブレンの中心部近傍に弾性変形しにくい領域を構成し、メンブレン周囲に弾性変形しやすい領域を構成し、中心近傍は電極間の電束が電極に垂直になる静電容量型超音波振動子及びその製造方法を提供する。 In view of the above problems, in the present invention, an area that is not easily elastically deformed is formed near the center of the membrane, an area that is easily elastically deformed is formed around the membrane, and the electric flux between the electrodes is perpendicular to the electrodes near the center. A capacitive ultrasonic transducer and a method for manufacturing the same are provided.
上記課題は、特許請求の範囲の請求項1に記載の発明によれば、静電容量型超音波振動子と、前記静電容量型超音波振動子の超音波送信方向に配置された音響レンズと、前記静電容量型超音波振動子および前記音響レンズが所定距離離間するように前記音響レンズを支持するハウジングと、前記静電容量型超音波振動子および前記音響レンズの間に充填された超音波媒体と、を含むことを特徴とする超音波内視鏡を提供することによって達成できる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a capacitive ultrasonic transducer and an acoustic lens arranged in the ultrasonic transmission direction of the capacitive ultrasonic transducer. Between the capacitive ultrasonic transducer and the acoustic lens, and a housing that supports the acoustic lens so that the capacitive ultrasonic transducer and the acoustic lens are separated from each other by a predetermined distance. And an ultrasonic medium. This can be achieved by providing an ultrasonic endoscope.
メンブレンの中央部近傍に弾性変形しにくい領域を、メンブレン周縁近傍に弾性変形しやすい領域を構成することにより、中央近傍は電極間の電束が電極面に対して垂直になり、印加電圧と変位との間に非線形性を生じることがなくなり、さらに、メンブレン全体として大きな変位をすることができる。 By constructing a region that is less likely to be elastically deformed near the center of the membrane and a region that is likely to be elastically deformed near the periphery of the membrane, the electric flux between the electrodes is perpendicular to the electrode surface near the center, and the applied voltage and displacement Non-linearity does not occur between the two and the membrane, and the entire membrane can be displaced greatly.
<第1の実施形態>
本実施形態では、メンブレンの中心部近傍に弾性変形しにくい領域を構成し、メンブレン周囲に弾性変形しやすい領域を構成し、中心近傍は電極間の電束が電極に垂直になるようにして、メンブレン全体として大きな変位をする構造を有し、かつ、駆動電圧と変位との関係に非線形性を生じない、即ち、高調波成分を含まない、ハーモニックイメージングに適したcMUTについて説明する。
<First Embodiment>
In this embodiment, a region that is not easily elastically deformed is formed near the center of the membrane, a region that is easily elastically deformed around the membrane, the electric flux between the electrodes is perpendicular to the electrodes in the vicinity of the center, A cMUT suitable for harmonic imaging, which has a structure in which the entire membrane undergoes a large displacement and does not cause nonlinearity in the relationship between the drive voltage and the displacement, that is, does not include harmonic components, will be described.
図1は、本実施形態におけるcMUTセルの概念図を示す。cMUTセル200のメンブレン201は、メンブレン支持部204近傍で湾曲(湾曲部202)し、メンブレン中央部203で平面形状となっている。湾曲部202は、メンブレンの円周近傍に同心円状の溝列を形成することにより、メンブレンが弾性変形しやすいようにして形成されている。 FIG. 1 shows a conceptual diagram of a cMUT cell in the present embodiment. The membrane 201 of the cMUT cell 200 is curved (curved portion 202) in the vicinity of the membrane support portion 204, and has a planar shape at the membrane central portion 203. The curved portion 202 is formed so that the membrane is easily elastically deformed by forming a concentric groove row in the vicinity of the circumference of the membrane.
このように、メンブレンの中央部近傍に弾性変形しにくい領域を、メンブレン端部側近傍に弾性変形しやすい領域を構成することにより、中央近傍は電極間の電束が電極面に対して垂直になり、さらに、メンブレン全体として大きな屈曲振動変位をすることができる。 In this way, by forming an area that is not easily elastically deformed near the center of the membrane and an area that is easily elastically deformed near the end of the membrane, the electric flux between the electrodes is perpendicular to the electrode surface in the vicinity of the center. Furthermore, a large bending vibration displacement can be performed as a whole membrane.
それでは、以下に本発明の実施の形態について説明する。
図2は、超音波内視鏡装置を説明する図である。図2に示すように本実施形態の超音波内視鏡装置1は、超音波内視鏡(以下、内視鏡と略記する)2と、内視鏡観察装置3と、超音波観測装置4と、モニタ5とから構成される。
Now, embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a diagram illustrating an ultrasonic endoscope apparatus. As shown in FIG. 2, the ultrasonic endoscope apparatus 1 of the present embodiment includes an ultrasonic endoscope (hereinafter abbreviated as an endoscope) 2, an endoscope observation apparatus 3, and an ultrasonic observation apparatus 4. And the monitor 5.
超音波内視鏡(以下、内視鏡と略記する)2は、後述する静電型超音波振動子を備える。内視鏡観察装置3は、照明光を供給する光源部(不図示)及び図示しない撮像素子の駆動及びこの撮像素子から伝送される電気信号の各種信号処理を行って内視鏡観察画像用の映像信号を生成する信号処理部を備える。 The ultrasonic endoscope (hereinafter abbreviated as “endoscope”) 2 includes an electrostatic ultrasonic transducer described later. The endoscope observation apparatus 3 performs driving of a light source unit (not shown) for supplying illumination light and an image pickup device (not shown) and various kinds of signal processing of an electric signal transmitted from the image pickup device, for an endoscope observation image. A signal processing unit for generating a video signal is provided.
超音波観測装置4は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動及びこの静電型超音波トランスデューサから伝送される電気信号の各種信号処理を行って超音波断層画像用の映像信号を生成する信号処理部を備える。モニタ5は、この超音波観測装置4及び前記内視鏡観察装置3で生成された映像信号を基に観察用画像を表示する。 The ultrasonic observation apparatus 4 performs signal processing for generating a video signal for an ultrasonic tomographic image by driving the electrostatic ultrasonic transducer and performing various signal processing of electric signals transmitted from the electrostatic ultrasonic transducer. A part. The monitor 5 displays an image for observation based on the video signal generated by the ultrasonic observation device 4 and the endoscope observation device 3.
前記内視鏡2は、挿入部11と、操作部12と、ユニバーサルコード13から構成される。挿入部11は、体腔内に挿入される細長の部分である。操作部12は、この挿入部11の基端側に位置する。ユニバーサルコードは、この操作部12の側部から延出している。 The endoscope 2 includes an insertion unit 11, an operation unit 12, and a universal cord 13. The insertion portion 11 is an elongated portion that is inserted into a body cavity. The operation unit 12 is located on the proximal end side of the insertion unit 11. The universal cord extends from the side of the operation unit 12.
前記ユニバーサルコード13の基端部には、前記内視鏡観察装置3に接続される内視鏡コネクタ14が設けられている。この内視鏡コネクタ14の先端部には前記内視鏡観察装置3の光源部に接続される照明用コネクタ14aが設けられている。この内視鏡コネクタ14の側部には前記信号処理部に電気接続される図示しない電気コードが着脱自在に接続される電気コネクタ14aが設けられている。 An endoscope connector 14 connected to the endoscope observation apparatus 3 is provided at the base end portion of the universal cord 13. An illumination connector 14 a connected to the light source portion of the endoscope observation apparatus 3 is provided at the distal end portion of the endoscope connector 14. On the side of the endoscope connector 14, an electrical connector 14a to which an electrical cord (not shown) that is electrically connected to the signal processing unit is detachably connected is provided.
また、この内視鏡コネクタ14の基端部からは前記超音波観測装置4に電気的に接続される超音波コネクタ15aを有する超音波ケーブル15が延出している。
前記挿入部11は、先端側から順に、先端部6と、湾曲部7と、可撓管部8とから構成されている。先端部6は、硬質部材で形成したものである。湾曲部7は、この先端部6の基端側に連設する湾曲自在な部分である。可撓管部8は、この湾曲部7の基端側に連設して前記操作部12の先端側に至る細径かつ長尺で、可撓性を有する部分である。
Further, an ultrasonic cable 15 having an ultrasonic connector 15 a electrically connected to the ultrasonic observation device 4 extends from the proximal end portion of the endoscope connector 14.
The insertion portion 11 includes a distal end portion 6, a bending portion 7, and a flexible tube portion 8 in order from the distal end side. The tip portion 6 is formed of a hard member. The bending portion 7 is a freely bendable portion that is connected to the proximal end side of the distal end portion 6. The flexible tube portion 8 is a portion having a small diameter, a long length, and flexibility that is connected to the proximal end side of the bending portion 7 and reaches the distal end side of the operation portion 12.
前記先端部6には、内視鏡観察部20と、超音波観察ユニット21が設けられている。内視鏡観察部20は、直視による内視鏡観察を行う観察光学部及び照明光学部が配置されている。超音波観察ユニット31は、超音波を送受する複数の超音波トランスデューサ素子を配列して超音波走査面が形成されている。 The distal end portion 6 is provided with an endoscope observation portion 20 and an ultrasonic observation unit 21. The endoscopic observation unit 20 includes an observation optical unit and an illumination optical unit that perform endoscopic observation by direct viewing. In the ultrasonic observation unit 31, an ultrasonic scanning surface is formed by arranging a plurality of ultrasonic transducer elements that transmit and receive ultrasonic waves.
前記操作部12には、アングルノブ16、送気・送水ボタン17a、吸引ボタン17b、処置具挿入口18、各種操作スイッチ19等が設けられている。アングルノブ16は、前記湾曲部7を湾曲制御するものである。送気・送水ボタン17aは、送気及び送水操作を行うためのボタンである。 The operation unit 12 is provided with an angle knob 16, an air / water supply button 17a, a suction button 17b, a treatment instrument insertion port 18, various operation switches 19, and the like. The angle knob 16 controls the bending of the bending portion 7. The air / water supply button 17a is a button for performing air supply and water supply operations.
吸引ボタン17bは、吸引操作を行うためのボタンである。処置具挿入口18は、体腔内に導入する処置具の入り口となる部分である。各種操作スイッチ19は、前記モニタ5に表示させる表示画像を切り換えたり、フリーズ、レリーズ等の指示を行ったりするための各種操作のスイッチである。なお、符号9は患者の口腔に配置されるマウスピースである。 The suction button 17b is a button for performing a suction operation. The treatment instrument insertion port 18 is a portion serving as an entrance for a treatment instrument introduced into a body cavity. The various operation switches 19 are switches for various operations for switching display images to be displayed on the monitor 5 and giving instructions such as freeze and release. Reference numeral 9 denotes a mouthpiece placed in the oral cavity of the patient.
先端部6の先端側には超音波観察を行うための超音波観察ユニット21が配置されている。また、前記先端部6の内視鏡観察部20には斜面部が形成されている。この斜面部には観察部位に照明光を照射する照明光学部を構成する照明レンズカバー、観察部位の光学像をとらえる観察光学部を構成する観察用レンズカバー、前記処置具挿入口18から導入された処置具が突出する開口である鉗子出口が設けてある。 An ultrasonic observation unit 21 for performing ultrasonic observation is disposed on the distal end side of the distal end portion 6. In addition, a slope portion is formed in the endoscope observation portion 20 of the distal end portion 6. An illumination lens cover that constitutes an illumination optical unit that irradiates the observation site with illumination light, an observation lens cover that constitutes an observation optical unit that captures an optical image of the observation site, and the treatment instrument insertion port 18 are introduced into the inclined surface portion. A forceps outlet, which is an opening through which the treatment tool protrudes, is provided.
超音波観察ユニット21は、超音波の送受信を行う静電容量型超音波振動子(cMUT)と、この超音波振動子が収納され前記先端部6に取付け固定されるハウジング部とで主に構成されている。 The ultrasonic observation unit 21 is mainly composed of a capacitive ultrasonic transducer (cMUT) that transmits and receives ultrasonic waves, and a housing portion in which the ultrasonic transducer is housed and attached and fixed to the distal end portion 6. Has been.
静電容量型超音波振動子cMUTは、シリコンマイクロマシーニング技術を用いてシリコン半導体基板を加工したものである。静電容量型超音波振動子は、シリコンプロセスによって完全にクリーンな環境で操作シーケンスにしたがって忠実に自動で製造される。 The capacitive ultrasonic transducer cMUT is obtained by processing a silicon semiconductor substrate using silicon micromachining technology. The capacitive ultrasonic transducer is automatically manufactured faithfully and automatically according to the operation sequence in a completely clean environment by a silicon process.
静電容量型超音波振動子は、駆動制御信号を入出力する最小単位である超音波振動子エレメント(または、単に「エレメント」という)が複数配列されたものから構成される。このエレメントは、振動子セル(または、単に「セル」という)と呼ばれる単位の振動子より構成される。セルは、後述するように、1つのキャビティ(空隙部)を構成する要素群をいう。 The capacitive ultrasonic transducer is composed of a plurality of ultrasonic transducer elements (or simply “elements”), which are minimum units for inputting and outputting drive control signals. This element is composed of an oscillator of a unit called an oscillator cell (or simply called “cell”). As will be described later, the cell refers to a group of elements constituting one cavity (gap).
以下では、メンブレンの上面と下面の一方または両方に溝列を形成した静電容量型超音波振動子について説明する。
図3は、本実施形態における溝列をメンブレン上面に配置したcMUT振動子エレメントの断面を示す。同図において、静電容量型超音波振動子エレメント31は、シリコン基板32、下部電極33、誘電体膜34、メンブレン支持部35、メンブレン36、キャビティ(空隙部)40、上部電極39、接地側電極パッド37、拡散層38、信号入出力端子電極パッド41、基板スルーホール42、基板スルーホール配線42a、導通孔(ヴィアホール)43、ヴィアホール配線44、溝列45から構成される。
Hereinafter, a capacitive ultrasonic transducer in which a groove row is formed on one or both of the upper surface and the lower surface of the membrane will be described.
FIG. 3 shows a cross section of a cMUT transducer element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the upper surface of the membrane. In the figure, a capacitive ultrasonic transducer element 31 includes a silicon substrate 32, a lower electrode 33, a dielectric film 34, a membrane support 35, a membrane 36, a cavity (gap) 40, an upper electrode 39, and a ground side. The electrode pad 37, the diffusion layer 38, the signal input / output terminal electrode pad 41, the substrate through hole 42, the substrate through hole wiring 42a, the conduction hole (via hole) 43, the via hole wiring 44, and the groove array 45 are configured.
メンブレン36は、端部がメンブレン支持部35により固定された振動膜である。メンブレン36の構成要素の1つに、上部電極39が含まれている。シリコン基板32の上面に下部電極33が形成され、その上に誘電体膜39(例えば、SiO2)が形成されている。メンブレン36の上面側には、溝列45が設けられている。 The membrane 36 is a vibrating membrane whose end is fixed by the membrane support 35. One of the components of the membrane 36 includes an upper electrode 39. A lower electrode 33 is formed on the upper surface of the silicon substrate 32, and a dielectric film 39 (for example, SiO 2 ) is formed thereon. A groove row 45 is provided on the upper surface side of the membrane 36.
シリコン基板32の底面に設けられている信号入出力端子電極パッド43は、基板スルーホール42の表面に設けられた基板スルーホール配線42aにより、下部電極33と電気的に導通されている。シリコン基板42の底面表面はシリコン酸化膜42aで被膜されている。 The signal input / output terminal electrode pad 43 provided on the bottom surface of the silicon substrate 32 is electrically connected to the lower electrode 33 by the substrate through-hole wiring 42 a provided on the surface of the substrate through-hole 42. The bottom surface of the silicon substrate 42 is coated with a silicon oxide film 42a.
上部電極39は、ヴィアホール43のヴィアホール配線44と導通している。接地側電極パッド37は、上部電極39をGNDに接続するために、ヴィアホール43に形成したヴィアホール配線44をシリコン基板32の底面に電気的に導通させるためのパッドである。 The upper electrode 39 is electrically connected to the via hole wiring 44 of the via hole 43. The ground side electrode pad 37 is a pad for electrically connecting the via hole wiring 44 formed in the via hole 43 to the bottom surface of the silicon substrate 32 in order to connect the upper electrode 39 to the GND.
誘電体膜34は、キャビティ40を挟んだ上部電極39と下部電極33間の静電容量を増加させるためのものである。拡散層38は、電子あるいは正孔がほとんど存在しない状態になっている層である。 The dielectric film 34 is for increasing the capacitance between the upper electrode 39 and the lower electrode 33 with the cavity 40 interposed therebetween. The diffusion layer 38 is a layer in which almost no electrons or holes exist.
なお、キャビティ(空隙部)40は、メンブレン36とメンブレン支持部35と下部電極33及び誘電体膜34とで囲まれた空間のことをいう。また、上述したように、図中の破線で囲まれた部分60をセルという。なお、メンブレン36は、図7で後述するように、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されている。 The cavity 40 is a space surrounded by the membrane 36, the membrane support 35, the lower electrode 33, and the dielectric film 34. Further, as described above, a portion 60 surrounded by a broken line in the drawing is called a cell. The membrane 36 is composed of a plurality of membrane films in the manufacturing process, as will be described later with reference to FIG.
また、シリコン基板32は、拡散層38の形成により、電極とシリコン基板との間にオーミックコンタクトを実現し、上部電極39が接地電極パッド37に導通する構造となっている。 The silicon substrate 32 has a structure in which an ohmic contact is realized between the electrode and the silicon substrate by forming the diffusion layer 38, and the upper electrode 39 is electrically connected to the ground electrode pad 37.
以下に、静電容量型超音波振動子31の動作について説明する。上部電極39と下部電極33の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引っ張りあい、電圧を0にすると元に戻る。この振動動作によってメンブレン36が振動した結果、超音波が発生し、メンブレンの上方向に超音波が照射される。 Hereinafter, the operation of the capacitive ultrasonic transducer 31 will be described. When a voltage is applied to a pair of electrodes of the upper electrode 39 and the lower electrode 33, the electrodes are pulled together, and when the voltage is reduced to 0, the original state is restored. As a result of the vibration of the membrane 36 by this vibration operation, an ultrasonic wave is generated, and the ultrasonic wave is irradiated upward in the membrane.
図4は、本実施形態における溝列をメンブレン下面に配置したcMUT振動子エレメントの断面を示す。同図では、メンブレン36の下面側に溝列46を設けている。それ以外の構造は、図3と同様である。 FIG. 4 shows a cross section of the cMUT transducer element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the lower surface of the membrane. In the figure, a groove row 46 is provided on the lower surface side of the membrane 36. Other structures are the same as those in FIG.
図5は、本実施形態における溝列をメンブレン上下面に配置したcMUT振動子エレメントの断面を示す。同図では、メンブレン36の上面側及び下面側にそれぞれ、溝列45,46を設けている。それ以外の構造は、図3と同様である。 FIG. 5 shows a cross section of the cMUT transducer element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the upper and lower surfaces of the membrane. In the figure, groove rows 45 and 46 are provided on the upper surface side and the lower surface side of the membrane 36, respectively. Other structures are the same as those in FIG.
なお、図3−図5において、溝列はメンブレンの両端にそれぞれ2こずつ形成されているが、これに限定されず、何本でもよい。また、図5において、溝列45,46の位置が上下揃っているが、これに限定されず、相対的にずれていてもよい。以下で説明するcMUTについても同様である。 3 to 5, two groove rows are formed at both ends of the membrane, respectively, but the present invention is not limited to this, and any number may be used. Further, in FIG. 5, the positions of the groove rows 45 and 46 are aligned vertically, but the present invention is not limited to this and may be relatively shifted. The same applies to cMUT described below.
図6は、本実施形態における溝列がメンブレン上面に配置され、犠牲層除去孔がメンブレンの一部に設けられているcMUT振動子エレメントの断面を示す。犠牲層除去孔47は、製造過程においてキャビティ40を形成するときに設けられる孔である。 FIG. 6 shows a cross section of a cMUT vibrator element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the upper surface of the membrane and the sacrificial layer removal hole is provided in a part of the membrane. The sacrificial layer removal hole 47 is a hole provided when the cavity 40 is formed in the manufacturing process.
図7は、本実施形態における溝列がメンブレン上面に配置され犠牲層除去孔の一方の開口部がキャビティ側壁に設けられ、他方の開口部がメンブレン支持部表面に設けられているcMUT振動子エレメントの断面を示す。同図では、メンブレン支持部35の上部49からキャビティ40の側面50に向かって傾斜した犠牲層除去孔48が設けられている。 FIG. 7 shows a cMUT vibrator element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the upper surface of the membrane, one opening of the sacrificial layer removal hole is provided on the cavity side wall, and the other opening is provided on the surface of the membrane support. The cross section of is shown. In the figure, a sacrificial layer removal hole 48 inclined from the upper portion 49 of the membrane support portion 35 toward the side surface 50 of the cavity 40 is provided.
このような構造では、犠牲層除去孔48がメンブレン領域に設けられていないので、メンブレンの振動に影響を与え難い。また、犠牲層除去孔を塞ぐために、上面から犠牲層除去孔閉塞部材(SiN)等で成膜するが、このとき、犠牲層除去孔からキャビティ40の内部に犠牲層除去孔閉塞部材が入ってキャビティ40内で堆積するおそれがある。しなしながら、図7のように犠牲層除去孔が傾斜していると、キャビティ40の内部に直接犠牲層除去孔閉塞部材が体積するのを防止することができる。 In such a structure, since the sacrificial layer removal hole 48 is not provided in the membrane region, it is difficult to affect the vibration of the membrane. Further, in order to close the sacrificial layer removal hole, a film is formed from the upper surface with a sacrificial layer removal hole closing member (SiN) or the like. At this time, the sacrificial layer removal hole closing member enters the cavity 40 from the sacrifice layer removal hole. There is a risk of deposition in the cavity 40. However, if the sacrificial layer removal hole is inclined as shown in FIG. 7, it is possible to prevent the sacrificial layer removal hole blocking member from being directly volumed inside the cavity 40.
図8は、本実施形態における溝列がメンブレン下面に配置され犠牲層除去孔がメンブレン支持部表面に設けられているcMUT振動子エレメントの断面を示す。メンブレン下面に溝列46、及び犠牲層除去孔47が設けられている。 FIG. 8 shows a cross section of the cMUT transducer element in which the groove rows in the present embodiment are arranged on the lower surface of the membrane and the sacrificial layer removal hole is provided on the surface of the membrane support portion. A groove array 46 and a sacrificial layer removal hole 47 are provided on the lower surface of the membrane.
図9は、本実施形態における溝列がメンブレン上面に配置され犠牲層除去孔の一方の開口部がキャビティ側壁に設けられ、他方の開口部がメンブレン支持部表面に設けられ、さらにメンブレンの下面に溝列が形成されたcMUT振動子エレメントの断面を示す。図9は、3で説明したように、メンブレン36の下面に溝列46が形成されている。また、図7で説明したように、メンブレン支持部35の上部49からキャビティ40の側面50に向かって傾斜した犠牲層除去孔48が設けられている。 In FIG. 9, the groove row in the present embodiment is arranged on the upper surface of the membrane, one opening of the sacrificial layer removal hole is provided on the cavity side wall, the other opening is provided on the membrane support surface, and further on the lower surface of the membrane. A cross section of a cMUT transducer element in which a groove array is formed is shown. In FIG. 9, as described in 3, the groove row 46 is formed on the lower surface of the membrane 36. Further, as described with reference to FIG. 7, a sacrificial layer removal hole 48 that is inclined from the upper portion 49 of the membrane support portion 35 toward the side surface 50 of the cavity 40 is provided.
なお、図6−図9において、犠牲層除去孔47,48の個数は本実施形態に限定されず、何個でもよい。
図10は、図6のcMUTセルの上面図を示す。図10は、図6の破線で囲まれた部分のセル70の上面を示している。上部電極膜39は、上部電極39aと上部電極接続配線39bとを構成している。同図に示すように、溝列45は、メンブレンの周縁部に同心円の弧状に形成されている。従って、溝列の集積している部分は変形しやすいので、湾曲しやすい。また、犠牲層除去孔47はメンブレン上に形成されている。
6-9, the number of sacrificial layer removal holes 47, 48 is not limited to this embodiment, and any number may be used.
FIG. 10 shows a top view of the cMUT cell of FIG. FIG. 10 shows the top surface of the cell 70 in the portion surrounded by the broken line in FIG. The upper electrode film 39 constitutes an upper electrode 39a and an upper electrode connection wiring 39b. As shown in the figure, the groove row 45 is formed in a concentric arc shape on the peripheral edge of the membrane. Accordingly, the portion where the groove rows are accumulated is easily deformed and thus easily bent. The sacrificial layer removal hole 47 is formed on the membrane.
セル70のメンブレンの中央の領域71は、メンブレンのうち溝列を形成していない領域で、相対的に弾性変形しにくい領域を示している。下部電極に対応する上部電極として実際に機能する上部電極の径は、この領域71の径にほぼ等しい。 A center region 71 of the membrane of the cell 70 is a region of the membrane in which no groove array is formed, and indicates a region that is relatively difficult to elastically deform. The diameter of the upper electrode that actually functions as the upper electrode corresponding to the lower electrode is substantially equal to the diameter of this region 71.
図11は、図7のcMUTセルの上面図を示す。図11は、図7の破線で囲まれた部分のセル70の上面を示している。48aは、犠牲層除去孔48の犠牲層除去孔開口部を示している。 FIG. 11 shows a top view of the cMUT cell of FIG. FIG. 11 shows the top surface of the cell 70 in the portion surrounded by the broken line in FIG. Reference numeral 48 a denotes a sacrifice layer removal hole opening of the sacrifice layer removal hole 48.
セル80のメンブレンの中央の領域81は、メンブレンのうち溝列を形成していない領域で、相対的に弾性変形しにくい領域を示している。下部電極に対応する上部電極として実際に機能する上部電極の径は、この領域81の径にほぼ等しい。 A region 81 in the center of the membrane of the cell 80 is a region of the membrane in which no groove row is formed, and indicates a region that is relatively difficult to elastically deform. The diameter of the upper electrode that actually functions as the upper electrode corresponding to the lower electrode is substantially equal to the diameter of the region 81.
同図に示すように、溝列45は、メンブレンの端部側に同心円の弧状に形成されている。従って、溝列の集積している部分は変形しやすいので、湾曲しやすい。また、犠牲層除去孔48の一端の開口部48aはメンブレン支持部35上に形成されている。 As shown in the figure, the groove row 45 is formed in a concentric arc shape on the end side of the membrane. Accordingly, the portion where the groove rows are accumulated is easily deformed and thus easily bent. An opening 48 a at one end of the sacrificial layer removal hole 48 is formed on the membrane support portion 35.
図10及び図11より、メンブレンの形状が円板で、変形し易い領域(溝列部分)がこの円板の周縁部に配置し、相対的に変形しにくい領域が該円板の中央部に配置されている。また、周縁部に配置する容易に変形する領域(溝列部分)は、径方向には変形しやすく、円周方向には変形しにくいようになっている。 10 and 11, the membrane has a disk shape, and an easily deformable area (groove row portion) is arranged at the peripheral edge of the disk, and a relatively difficult to deform area is at the center of the disk. Has been placed. In addition, the easily deformable region (groove row portion) disposed at the peripheral edge portion is easily deformed in the radial direction and is difficult to deform in the circumferential direction.
径方向には変形しやすく、円周方向には変形しにくい溝列部分は、同心円状に形成した少なくとも一本の溝列である。そして、メンブレンの上方から見た場合、その同心円状に配置した溝列は、破線状の円のような形状をしている。すなわち、弧が同心円状に複数形成されている。 The groove row portion that is easily deformed in the radial direction and is difficult to deform in the circumferential direction is at least one groove row formed concentrically. When viewed from above the membrane, the concentrically arranged groove rows have a shape like a broken-line circle. That is, a plurality of arcs are formed concentrically.
なお、本実施形態では、径が同じ長さの弧が複数あって、破線上の円をなし、その破線上の円であって径が異なるものが同心円状に複数形成されるように、溝列を形成したが、これに限定されず、メンブレンの端部近傍に溝列が形成されればどのような形状でもよい。例えば、メンブレンを上方から見たとき、円形の溝列であって、径が異なるものが複数同心円状に設けられていてもよい。また、溝列の断面の形状は凹形状に限定されず、例えば、V字形状、U字形状でもよい。すなわち、メンブレンの中央部分に対して、相対的に変形しやすくなればよい。 In this embodiment, there are a plurality of arcs having the same diameter, forming a circle on the broken line, and a plurality of concentric circles having different diameters on the broken line. Although the row is formed, the present invention is not limited to this, and any shape may be used as long as the row of grooves is formed in the vicinity of the end of the membrane. For example, when the membrane is viewed from above, a plurality of circular groove rows having different diameters may be provided concentrically. Further, the shape of the cross section of the groove row is not limited to the concave shape, and may be, for example, a V shape or a U shape. That is, it is only necessary to be relatively easily deformed with respect to the central portion of the membrane.
図12−図14は、図7のcMUT振動子の製造工程を示す。まず、低抵抗のN型シリコン基板90(厚さ約100〜500μm)の上表面に酸化膜(SiO2)で、マスクする。マスク形成は、Wet酸化法により、厚さ約3000〜4000Åの酸化膜を形成する。そして、フォトリソグラフィー工程で下部電極スルーホール電極部91を形成するためのパターンニングを行い、エッチング工程でパターンニングした酸化膜を除去する。 12 to 14 show a manufacturing process of the cMUT vibrator of FIG. First, the upper surface of the low resistance N-type silicon substrate 90 (thickness: about 100 to 500 μm) is masked with an oxide film (SiO 2 ). For the mask formation, an oxide film having a thickness of about 3000 to 4000 mm is formed by a wet oxidation method. Then, patterning for forming the lower electrode through-hole electrode portion 91 is performed in the photolithography process, and the oxide film patterned in the etching process is removed.
次に、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング)を行うことにより、マスクされていない部分に貫通孔91が開く。 Next, ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching) is performed to open a through hole 91 in an unmasked portion.
次に、拡散層92をシリコン基板90の両面に形成する(S1)。マスク形成工程、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程により、拡散層92を形成する部分以外をSiO2でマスクする。それからマスクされていない部分に対して、N型のイオンを注入して、熱処理を行うことにより、N型の拡散層を形成する。これをシリコン基板90の両面の所定位置について行う。 Next, the diffusion layer 92 is formed on both surfaces of the silicon substrate 90 (S1). The portions other than the portion where the diffusion layer 92 is formed are masked with SiO 2 by the mask formation step, the photolithography step, and the etching step. Then, N-type diffusion layers are formed by implanting N-type ions into the unmasked portion and performing heat treatment. This is performed for predetermined positions on both sides of the silicon substrate 90.
次に、シリコン基板90の全表面(貫通孔91内の壁面も含む)に絶縁膜93を形成する(S2)。次に、拡散層92を覆っている絶縁膜93の一部を除去して、基板背面側コンタクトヴィアホール94を形成する。その後、その基板背面側コンタクトヴィアホール94の孔壁面及びその周辺部分に金属膜を設けて、コンタクト電極パッド95を形成する。 Next, an insulating film 93 is formed on the entire surface of the silicon substrate 90 (including the wall surface in the through hole 91) (S2). Next, a part of the insulating film 93 covering the diffusion layer 92 is removed to form a substrate rear side contact via hole 94. After that, a metal film is provided on the hole wall surface of the substrate back side contact via hole 94 and its peripheral portion to form a contact electrode pad 95.
次に、絶縁膜93(上面側)と貫通孔91の内壁及び貫通孔の下方の開口周辺に、電極膜(Pt/Ti)96を形成する(S3)。電極の材質はPt/Tiに限定されず、Au/Cr、Mo,W、リン青銅、Alなどでもよい。 Next, an electrode film (Pt / Ti) 96 is formed around the insulating film 93 (upper surface side), the inner wall of the through-hole 91 and the opening below the through-hole (S3). The material of the electrode is not limited to Pt / Ti, but may be Au / Cr, Mo, W, phosphor bronze, Al or the like.
次に、誘電体膜97(SrTiO3)を電極膜96の上にスパッタ、CVD等の手段で形成する(S3)。誘電体膜97は、SrTiO3に限定されず、SiN、チタン酸バリウムBaTiO3、チタン酸バリウム・ストロンチウム、五酸化タンタル、酸化ニオブ安定化五酸化タンタル、酸化アルミニウム、または酸化チタンTiO2等の高誘電率を有する材料を用いてもよい。いずれもスパッタやCVDでの成膜が可能である。 Next, a dielectric film 97 (SrTiO 3 ) is formed on the electrode film 96 by means such as sputtering or CVD (S3). The dielectric film 97 is not limited to SrTiO 3 , but is made of a high material such as SiN, barium titanate BaTiO 3 , barium strontium titanate, tantalum pentoxide, niobium oxide stabilized tantalum pentoxide, aluminum oxide, or titanium oxide TiO 2. A material having a dielectric constant may be used. In any case, film formation by sputtering or CVD is possible.
次に、メンブレン支持層98を形成する(S4)。メンブレン支持部を形成する部分以外をマスクした後、CVDによりSiN層を形成して、マスクを除去する。そうすると、メンブレン支持部98が形成されている。 Next, the membrane support layer 98 is formed (S4). After masking the portion other than the portion for forming the membrane support portion, a SiN layer is formed by CVD, and the mask is removed. As a result, a membrane support 98 is formed.
次に、メンブレン支持部98及び絶縁膜97の上面に犠牲層99としてポリシリコンを充填する(S4)。なお、本実施形態では、犠牲層にポリシリコンを用いたが、例えばSiO2等エッチングできる部材であれば特に限定されない。 Next, the upper surfaces of the membrane support portion 98 and the insulating film 97 are filled with polysilicon as a sacrificial layer 99 (S4). In this embodiment, polysilicon is used for the sacrificial layer, but there is no particular limitation as long as the member can be etched, such as SiO 2 .
次に、犠牲層99をメンブレン支持部98の高さに揃えるために、表面平坦化処理を行う(S5)。表面平坦化処理は、例えば、研磨またはイオンエッチングにより、余分な犠牲層を除去する。 Next, a surface flattening process is performed in order to align the sacrificial layer 99 with the height of the membrane support 98 (S5). In the surface planarization process, for example, an extra sacrificial layer is removed by polishing or ion etching.
次に、平坦化された面に対して、犠牲層封止膜100としてSiN膜を形成する(S6)。犠牲層封止膜100は、後にメンブレンの最下層となる膜である。
次に、犠牲層除去孔101を形成する(S7)。ここでは、メンブレン支持部98の上部に対応する犠牲層封止膜100の部分から、犠牲層99が充填されている部分(後にキャビティとなる部分)に向かって犠牲層除去孔101を形成する。例えば、S6の処理後のシリコン基板90を傾けた状態にし、メンブレン支持部98の上面から犠牲層99が充填されている部分(後にキャビティとなる部分)に向かってイオンエッチングを行う。
Next, a SiN film is formed as the sacrificial layer sealing film 100 on the planarized surface (S6). The sacrificial layer sealing film 100 is a film that later becomes the lowermost layer of the membrane.
Next, the sacrificial layer removal hole 101 is formed (S7). Here, the sacrificial layer removal hole 101 is formed from the portion of the sacrificial layer sealing film 100 corresponding to the upper portion of the membrane support portion 98 toward the portion filled with the sacrificial layer 99 (the portion that will later become a cavity). For example, the silicon substrate 90 after the process of S6 is tilted, and ion etching is performed from the upper surface of the membrane support portion 98 toward the portion filled with the sacrificial layer 99 (the portion that will later become a cavity).
次に、エッチングにより犠牲層99を除去する(S8)。本実施形態ではポリSiを犠牲層に用いているので、エッチャーとしてXeF2を用いてエッチングして、犠牲層99を犠牲層除去孔101から除去する。そうすると、キャビティ102が形成されている。 Next, the sacrificial layer 99 is removed by etching (S8). In this embodiment, since poly-Si is used for the sacrifice layer, the sacrifice layer 99 is removed from the sacrifice layer removal hole 101 by etching using XeF 2 as an etcher. Then, the cavity 102 is formed.
次に、犠牲層除去孔遮断膜(SiN膜)103を形成して、犠牲層除去孔101を塞ぐ(S9)。さらにエッチングにより、溝104を形成して、拡散層92を露出させる。
次に、エレメント上面と、溝104の内壁及び底部に電極膜(上部電極)105を形成する(S10)。次に、メンブレン上に溝形成用レジスト106を形成する。溝形成用レジスト106は、メンブレンの両端(メンブレン支持部側)に設ける(S11)。
Next, a sacrificial layer removal hole blocking film (SiN film) 103 is formed to close the sacrificial layer removal hole 101 (S9). Further, a groove 104 is formed by etching to expose the diffusion layer 92.
Next, an electrode film (upper electrode) 105 is formed on the upper surface of the element and on the inner wall and bottom of the groove 104 (S10). Next, a groove forming resist 106 is formed on the membrane. The groove forming resist 106 is provided on both ends of the membrane (on the membrane support portion side) (S11).
次に、溝形成用レジスト106間を電極保護膜107で充填する。そして、平坦化処理をして、電極保護膜107の高さを溝形成用レジストと同じ高さにする(S12)。そして、溝形成用レジスト106を除去する(S13)。そうすると、溝列108が形成されている。 Next, the gap protective resist 106 is filled with an electrode protective film 107. Then, planarization is performed to make the height of the electrode protective film 107 the same as that of the groove forming resist (S12). Then, the groove forming resist 106 is removed (S13). As a result, the groove row 108 is formed.
なお、本実施形態において、電極膜(及びコンタクト層)の形成、すなわち溝内にある電極を形成する処理(導体化処理)では、イオン注入もしくはCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長方法)と拡散処理、またはPVD(Physical Vapor Deposition:物理気相成長法)により行われる。 In this embodiment, in the formation of the electrode film (and the contact layer), that is, in the process of forming the electrode in the groove (conducting process), ion implantation or CVD (Chemical Vapor Deposition) is used. Diffusion treatment or PVD (Physical Vapor Deposition) is performed.
図15は、図8のcMUT振動子の製造工程を示す。まず、上記で説明したS1〜S5までの工程を行う。次に、溝列形成用犠牲層パターン110を犠牲層99の上面の所定位置に形成する(S5−2)。溝列形成用犠牲層パターン110は、犠牲層99と同一の材質である。次に、溝列形成用犠牲層パターン110間をメンブレン溝形成層111(SiN膜)で充填する。そして、平坦化処理をして、メンブレン溝形成層111の高さを溝列形成用犠牲層パターン110と同じ高さにする(S5−3)。 FIG. 15 shows a manufacturing process of the cMUT vibrator of FIG. First, steps S1 to S5 described above are performed. Next, the groove array forming sacrificial layer pattern 110 is formed at a predetermined position on the upper surface of the sacrificial layer 99 (S5-2). The groove array forming sacrificial layer pattern 110 is made of the same material as the sacrificial layer 99. Next, the gap between the groove row forming sacrificial layer patterns 110 is filled with the membrane groove forming layer 111 (SiN film). Then, planarization is performed to make the height of the membrane groove forming layer 111 the same as that of the groove row forming sacrificial layer pattern 110 (S5-3).
次に、SiN層112を形成する(S6−1)。そして、S7と同様に、犠牲層エッチング用孔114を形成して、エッチングにより犠牲層99及び溝列形成用犠牲層パターン110を除去する(S8−1)。そうすると、キャビティ113が形成されている。その後は、上記のS9以降の工程を行う。 Next, the SiN layer 112 is formed (S6-1). Then, as in S7, a sacrificial layer etching hole 114 is formed, and the sacrificial layer 99 and the groove array forming sacrificial layer pattern 110 are removed by etching (S8-1). Then, the cavity 113 is formed. Thereafter, the steps after S9 are performed.
本実施形態では、一例として図7及び図8のcMUTの製造方法について説明したが、その他の図面のcMUTもこれらと同様にして製造することができる。なお、メンブレンの上下面にそれぞれ溝列を設ける場合も、図12〜図15を組み合わせればよい。 In the present embodiment, the method for manufacturing the cMUTs of FIGS. 7 and 8 has been described as an example, but the cMUTs of other drawings can be manufactured in the same manner. In addition, what is necessary is just to combine FIGS. 12-15, also when providing a groove | channel row | line in the upper and lower surfaces of a membrane, respectively.
以上より、メンブレンの中央部近傍に弾性変形しにくい領域を、メンブレン端部側近傍に弾性変形しやすい領域を構成することにより、中央近傍は電極間の電束が電極面に対して垂直になり、さらに、メンブレン全体として大きな変位をすることができる。そのため、超音波送信において、送信圧力が大きくなり、かつ高調波成分を含まない。 From the above, by constructing an area that is not easily elastically deformed near the center of the membrane and an area that is easily elastically deformed near the end of the membrane, the electric flux between the electrodes becomes perpendicular to the electrode surface near the center. In addition, the entire membrane can be greatly displaced. Therefore, in ultrasonic transmission, the transmission pressure increases and does not include harmonic components.
また、一端はキャビティ、他端はメンブレン支持部で開口した犠牲層除去孔を設けることにより、犠牲層除去孔がメンブレンの振動に影響を与えることがなく、犠牲層除去孔を塞ぐ材料がキャビティ内に堆積するのを防止することができる。 In addition, by providing a sacrificial layer removal hole opened at one end with a cavity and at the other end with a membrane support, the sacrificial layer removal hole does not affect the vibration of the membrane, and the material that closes the sacrificial layer removal hole is contained in the cavity. Can be prevented.
なお、本実施形態では、図2に示す超音波内視鏡装置を用いて説明したが、これに限定されず、カプセル型超音波内視鏡にも本実施形態にかかるcMUTを用いることもできる。また、本実施形態では、メンブレンは、上面から見た場合、略円形の形状のものを用いたが、これに限定されず、例えば、多角形、楕円等の形状であってもよい。 In the present embodiment, the ultrasonic endoscope apparatus shown in FIG. 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the cMUT according to the present embodiment can also be used in a capsule ultrasonic endoscope. . In this embodiment, the membrane has a substantially circular shape when viewed from above, but is not limited thereto, and may be a polygonal shape, an elliptical shape, or the like.
<第2の実施形態>
本実施形態では、メンブレンに対して傾斜している面を少なくとも1箇所備える弾性体がメンブレンの上面に形成されたcMUTについて説明する。なお、本実施形態におけるcMUTは、第1の実施形態と同様に、超音波内視鏡装置に限定されず、カプセル型超音波内視鏡に搭載してもよい。
<Second Embodiment>
In this embodiment, a cMUT in which an elastic body having at least one surface inclined with respect to the membrane is formed on the upper surface of the membrane will be described. Note that the cMUT in the present embodiment is not limited to the ultrasonic endoscope apparatus, as in the first embodiment, and may be mounted on a capsule ultrasonic endoscope.
図16は、本実施形態におけるcMUT(その1)を示す。図16は、メンブレンに対して傾斜している面を少なくとも1箇所備えるドーム状の弾性体120がメンブレンの上面に形成されたcMUTを示す。 FIG. 16 shows a cMUT (part 1) in the present embodiment. FIG. 16 shows a cMUT in which a dome-shaped elastic body 120 having at least one surface inclined with respect to the membrane is formed on the upper surface of the membrane.
このcMUTは、図6のcMUTのメンブレン36の円形(溝列45よりも内側)の中央部分にドーム状の形状の堆積物(弾性体120)を形成したものである。この弾性体120は、例えば、SiO、SiN、またはポリシリコンにより形成されるが、これらに限定されない。なお、犠牲層除去孔は省略している。 In this cMUT, a dome-shaped deposit (elastic body 120) is formed at the center of the circular shape (inside the groove row 45) of the membrane 36 of the cMUT shown in FIG. The elastic body 120 is made of, for example, SiO, SiN, or polysilicon, but is not limited thereto. The sacrificial layer removal hole is omitted.
弾性体120は、第1の実施形態を考慮して、溝列よりも内側(メンブレン中央部)に形成する。なぜならば、溝列や溝列よりも外側(メンブレン端部側)に弾性体を形成すると、溝列部分が弾性変形するのを妨げるからである。さらに、溝列よりも内側(メンブレン中央部)に弾性体を形成することにより、第1の実施形態におけるメンブレン中央部近傍の領域について、より弾性変形しにくいようにすることができる。 The elastic body 120 is formed on the inner side (membrane center portion) than the groove row in consideration of the first embodiment. This is because if the elastic body is formed on the outer side (membrane end side) of the groove row or the groove row, the groove row portion is prevented from being elastically deformed. Furthermore, by forming the elastic body on the inner side (membrane center portion) than the groove row, it is possible to make the region near the membrane center portion in the first embodiment less susceptible to elastic deformation.
図16のcMUTを用いることにより、超音波ビームが放射されるメンブレン表面を面音源ではなくて点音源にすることができる。点音源からの超音波の合成波面は、合成波面での位相が揃っているので、きれいな平面波になり得る。しかしながら、面音源からの超音波の合成波は、合成波面での位相が揃わない場合があるので、歪みのある合成波面となる。合成波面の歪みは音響レンズなどでビーム収束した場合、得られる超音波画像にも歪みが発生し、S/Nの悪い像となってしまう。 By using the cMUT shown in FIG. 16, the membrane surface from which the ultrasonic beam is emitted can be a point sound source instead of a surface sound source. The synthesized wavefront of the ultrasonic wave from the point sound source can be a clean plane wave because the phases at the synthesized wavefront are aligned. However, the synthesized wave of the ultrasonic wave from the surface sound source may be a distorted synthesized wavefront because the phases at the synthesized wavefront may not be aligned. When the combined wavefront is converged by an acoustic lens or the like, the resultant ultrasonic image is also distorted, resulting in an image having a poor S / N.
図17は、本実施形態におけるcMUT(その2)を示す。図17は、メンブレンに対して傾斜している面を弾性体131,132がメンブレン36の上面に形成されている。この弾性体131,132は、例えば、SiO、SiN、またはポリシリコンにより形成されるが、これらに限定されない。 FIG. 17 shows cMUT (part 2) in the present embodiment. In FIG. 17, elastic bodies 131 and 132 are formed on the upper surface of the membrane 36 so as to be inclined with respect to the membrane. The elastic bodies 131 and 132 are made of, for example, SiO, SiN, or polysilicon, but are not limited thereto.
同図において、弾性体131,132の上面はそれぞれ垂直方向に対してθ1,θ2だけ傾いた斜面を有する。この場合、上部電極−下部電極間に電圧が印加されると、メンブレン36が振動してメンブレン表面(この場合、弾性体131,132の斜面の表面)から超音波ビームが放射される。このとき、超音波ビームは弾性体131,132の傾斜面に対して垂直方向に超音波は放射される。各弾性体131,132から放射された超音波ビームは1点に集束するように、弾性体の傾斜角度θ1,θ2は調整されている。 In the figure, the upper surfaces of the elastic bodies 131 and 132 have slopes inclined by θ 1 and θ 2 with respect to the vertical direction, respectively. In this case, when a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode, the membrane 36 vibrates and an ultrasonic beam is emitted from the membrane surface (in this case, the surfaces of the inclined surfaces of the elastic bodies 131 and 132). At this time, the ultrasonic beam is emitted in a direction perpendicular to the inclined surfaces of the elastic bodies 131 and 132. The inclination angles θ 1 and θ 2 of the elastic bodies are adjusted so that the ultrasonic beams emitted from the elastic bodies 131 and 132 are converged to one point.
これにより、超音波ビームを集束させると、音響焦点でのビーム幅が細くなり、感度も高くなる。
図16のcMUTは超音波画像の空間分解能の向上に、図17のcMUTは画像の輝度向上につながる。
As a result, when the ultrasonic beam is focused, the beam width at the acoustic focal point becomes narrower and the sensitivity becomes higher.
The cMUT in FIG. 16 leads to an improvement in the spatial resolution of the ultrasonic image, and the cMUT in FIG. 17 leads to an improvement in the luminance of the image.
図18及び図19は、図16のcMUTの製造工程を示す。本実施形態では、グレイスケールマスクを利用した方法(例えば、非特許文献1、非特許文献2)により、メンブレンの上面に半球体が形成されたcMUTを製造する。この方法では、マスクに与えた透過率分布によってレジストの形状をコントロールすることができる。 18 and 19 show the manufacturing process of the cMUT shown in FIG. In this embodiment, a cMUT in which a hemisphere is formed on the upper surface of the membrane is manufactured by a method using a gray scale mask (for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In this method, the resist shape can be controlled by the transmittance distribution given to the mask.
この方法は、グレイスケールマスクを利用したフォトリソグラフィによるレジストパターン形成と、異方性ドライエッチングによるレジストパターンの基板への転写の2つの大きなプロセスから構成される。 This method is composed of two major processes: resist pattern formation by photolithography using a gray scale mask and transfer of the resist pattern to the substrate by anisotropic dry etching.
まず、ドーム状構造の設計データをフォトレジストパターンの形状に変換する。この工程では、作製するドーム状構造の形状に対してエッチング時の形状変化を考慮した補正を行い、エッチング後に目的の形状が得られるようにレジストの形状を設定している。 First, the design data of the dome-shaped structure is converted into the shape of a photoresist pattern. In this step, the shape of the resist is set so that the shape of the dome-shaped structure to be manufactured is corrected in consideration of the shape change during etching, and the desired shape is obtained after etching.
エッチング時の形状変化はエッチング装置の種類、エッチングガス、基板の材料などに依存しており、ここでは、エッチング時の形状変化を推定するエッチングモデルを設定して利用している。 The shape change at the time of etching depends on the type of etching apparatus, the etching gas, the material of the substrate, and the like. Here, an etching model for estimating the shape change at the time of etching is set and used.
次に、レジストパターンの設計データに応じて、グレイスケールマスクの透過率分布を決定し、マスクを作製する。このグレイスケールマスクは、微小な開口パターンが多数配置され、開口部分と遮光部分の面積比によって透過率を調整する面積階調タイプのマスクである。一方、透過率をマスク内で段階的に変化させる様に、遮光粒子の濃度をマスク内で変化させて形成するグレースケールマスクも勿論可能である。 Next, the transmittance distribution of the gray scale mask is determined according to the resist pattern design data, and the mask is manufactured. This gray scale mask is an area gradation type mask in which a large number of minute opening patterns are arranged and the transmittance is adjusted according to the area ratio of the opening portion and the light shielding portion. On the other hand, it is of course possible to use a gray scale mask formed by changing the concentration of the light shielding particles in the mask so that the transmittance is changed stepwise in the mask.
フォトリソグラフィ工程においては、露光装置に依存してマスク上の透過率分布とレジストに照射される光の強度分布にズレが生じるため、露光装置による影響を見積もるためのフォトリソグラフィを設定し、マスクの透過分布決定のために利用している。なお、本明細書では、フォトリソグラフィモデルについての詳細な説明は省略するが、マスクパターンに照射された光が露光装置の光学系を通ってレジスト上に露光される際の応答関数に基づいたモデルを用いている。作製したフォトマスクを利用してレジストパターンを露光し、異方性ドライエッチングによってレジスト形状を基板に転写すればドーム状構造が完成する。 In the photolithography process, the transmittance distribution on the mask and the intensity distribution of the light irradiated to the resist are shifted depending on the exposure apparatus. Therefore, photolithography is set to estimate the influence of the exposure apparatus, and the mask Used to determine transmission distribution. In this specification, a detailed description of the photolithography model is omitted, but the model is based on a response function when the light irradiated on the mask pattern is exposed on the resist through the optical system of the exposure apparatus. Is used. The resist pattern is exposed using the produced photomask, and the resist shape is transferred to the substrate by anisotropic dry etching to complete the dome-shaped structure.
本実施形態では、第1の実施形態で説明したような工程を経て、溝列がフォトレジスト145で充填され、その上からドーム状構造弾性体前駆層(例えば、SiO、SiN、またはポリシリコン等)144が形成されたcMUTを作製する。そのドーム状構造弾性体前駆層144の上に、フォトレジスト層143を形成する。 In the present embodiment, through the steps described in the first embodiment, the groove array is filled with the photoresist 145, and a dome-shaped elastic precursor layer (for example, SiO, SiN, polysilicon, or the like) is formed thereon. ) Create a cMUT with 144 formed. A photoresist layer 143 is formed on the dome-shaped elastic precursor layer 144.
そのフォトレジスト層143に、上述したグレイスケールマスク142を介して平行紫外光141を照射する(S21)。グレイスケールマスク142には、上述の通り、透過率分布142a,142bが設定されている。グレイスケールマスク142は、銀を添加することでこの透過率分布を設定している。銀の密度に応じて、平行紫外光141の透過率が変わってくる。 The photoresist layer 143 is irradiated with parallel ultraviolet light 141 through the gray scale mask 142 described above (S21). As described above, the transmittance distributions 142a and 142b are set in the gray scale mask 142. The gray scale mask 142 sets this transmittance distribution by adding silver. Depending on the density of silver, the transmittance of the parallel ultraviolet light 141 changes.
そうすると、グレイスケールマスク142に基づいて、フォトレジスト143にレジストパターンが露光される(S22)。このとき、フォトレジスト143には、ドーム状部分143aと、平面部分143bとが形成されている。 Then, the resist pattern is exposed to the photoresist 143 based on the gray scale mask 142 (S22). At this time, a dome-shaped portion 143a and a planar portion 143b are formed in the photoresist 143.
その後、異方性ドライエッチングによって、レジストパターン143の形状をドーム状構造弾性体前駆層144に転写する(S23)。そうすると、レジストパターン143を介してドーム状構造弾性体前駆層144が徐々にエッチングされる。144aは、エッチングされた部分を示す。144bは、エッチングにより形成された部分を示す。 Thereafter, the shape of the resist pattern 143 is transferred to the dome-shaped elastic precursor layer 144 by anisotropic dry etching (S23). Then, the dome-shaped elastic body precursor layer 144 is gradually etched through the resist pattern 143. 144a indicates an etched portion. 144b indicates a portion formed by etching.
このとき、実際には、レジストパターン143自体も同時に徐々にエッチングされているが、その様子は図18及び図19では省略している。そして、対象となるドーム状構造弾性体の形状が形成されれば、ドーム状構造弾性体前駆層144のエッチングを終了する(S24)。 At this time, the resist pattern 143 itself is actually gradually etched at the same time, but this state is omitted in FIGS. And if the shape of the dome-shaped structure elastic body used as object is formed, the etching of the dome-shaped structure elastic body precursor layer 144 will be complete | finished (S24).
最後に、フォトレジスト143と溝に埋まったレジスト145とを除去すれば、図16のcMUTが完成する(S25)。なお、図17のcMUTについても、図18及び図19の方法で同様に形成することもできる。 Finally, if the photoresist 143 and the resist 145 buried in the groove are removed, the cMUT of FIG. 16 is completed (S25). Note that the cMUT shown in FIG. 17 can be similarly formed by the method shown in FIGS.
以上より、メンブレンの中央部で屈曲変形しにくく、周辺部に屈曲し易い部分を有するcMUTにおいて、メンブレンに上接する様に弾性構造体を配置し、その弾性構造体の表面が、メンブレンに対して傾斜した面を少なくとも1つ持った弾性構造体をセル単位で備えることができる。また、その弾性構造体の表面を半曲面にしてもよい。これらメンブレンに上接させて配置させる構造体の形状は、上記の構造に限定されるものではなく、必要に応じて適宜形状を決めることができる。 As described above, in the cMUT having a portion that is not easily bent and deformed at the center portion of the membrane and that is easily bent at the peripheral portion, the elastic structure is disposed so as to be in contact with the membrane, and the surface of the elastic structure is in contact with the membrane. An elastic structure having at least one inclined surface can be provided for each cell. The surface of the elastic structure may be a semi-curved surface. The shape of the structure to be disposed in contact with the membrane is not limited to the above structure, and the shape can be appropriately determined as necessary.
また、本実施形態にかかるcMUTは、グレイスケールマスクを使うことによって製造することができる。
<第3の実施形態>
本実施形態は、第2の実施形態によるcMUTを実装したものである。本実施形態では、超音波ビームを集束させるための音響レンズをメンブレンの上方に設けたcMUTについて説明する。本実施形態は、図17のcMUTと同様の効果に、音響レンズなどで超音波ビームを集束させるができる。なお、本実施形態におけるcMUTは、第1の実施形態と同様に、超音波内視鏡装置に限定されず、カプセル型超音波内視鏡に搭載してもよい。
The cMUT according to the present embodiment can be manufactured by using a gray scale mask.
<Third Embodiment>
In the present embodiment, the cMUT according to the second embodiment is mounted. In this embodiment, a cMUT in which an acoustic lens for focusing an ultrasonic beam is provided above the membrane will be described. In the present embodiment, an ultrasonic beam can be focused by an acoustic lens or the like with the same effect as the cMUT in FIG. Note that the cMUT in the present embodiment is not limited to the ultrasonic endoscope apparatus, as in the first embodiment, and may be mounted on a capsule ultrasonic endoscope.
図20は、本実施形態におけるパッケージングされたcMUTの外観構造を示す。このパッケージの中には全cMUTセルが並列接続されたcMUTチップが実装されていて、そのcMUTセル構造の一例が、例えば第1又は第2の実施形態で示したcMUTである。 FIG. 20 shows the external structure of the packaged cMUT in this embodiment. In this package, a cMUT chip in which all cMUT cells are connected in parallel is mounted, and an example of the cMUT cell structure is the cMUT shown in the first or second embodiment, for example.
図20において、パッケージングされたcMUTの外観構造は、音響レンズ150,エポキシシール151,メタルパッケージ152、端子水密シールカバー筒153,同軸ケーブル154から構成される。 In FIG. 20, the external structure of the packaged cMUT includes an acoustic lens 150, an epoxy seal 151, a metal package 152, a terminal watertight seal cover cylinder 153, and a coaxial cable 154.
音響レンズ150は、超音波ビームを集束させるためのものである。メタルパッケージ152は、cMUTを格納するためのハウジング部材である。以下、メタルパッケージ152をハウジング部材という。エポキシシール151及び端子水密シールカバー筒153は、端子部分を支持したり、端子部分を被覆したり、防水したり等のためのものである。同軸ケーブル154は、超音波観測装置4からcMUTに超音波信号を送信したり、cMUTから超音波観測装置4へ超音波信号を送信したりするためのものである。 The acoustic lens 150 is for focusing the ultrasonic beam. The metal package 152 is a housing member for storing the cMUT. Hereinafter, the metal package 152 is referred to as a housing member. The epoxy seal 151 and the terminal watertight seal cover tube 153 are for supporting the terminal portion, covering the terminal portion, waterproofing, and the like. The coaxial cable 154 is for transmitting an ultrasonic signal from the ultrasonic observation device 4 to the cMUT or transmitting an ultrasonic signal from the cMUT to the ultrasonic observation device 4.
以下では、音響レンズ150を凸面形状または凹面形状にしたcMUTについて説明する。
図21は、本実施形態におけるメンブレンの上方に凸形状の音響レンズを設けたcMUTを示す。cMUT155は、複数のエレメントまたはアレイから構成されている。cMUT155はハウジング部材152に格納されており、そのハウジング部材の天井部分のうちメンブレンの超音波放射面の上方にかかる部分に凸形状の音響レンズ150a(例えば、シリコーン樹脂等で構成されている)が設けてある。
Hereinafter, a cMUT in which the acoustic lens 150 has a convex shape or a concave shape will be described.
FIG. 21 shows a cMUT in which a convex acoustic lens is provided above the membrane in the present embodiment. The cMUT 155 is composed of a plurality of elements or arrays. The cMUT 155 is housed in the housing member 152, and a convex acoustic lens 150a (for example, made of silicone resin) is formed on a portion of the ceiling portion of the housing member that is above the ultrasonic radiation surface of the membrane. It is provided.
cMUT155に電圧が印加されると、個々のセルのメンブレンが振動し、超音波ビームがメンブレン面に対して垂直方向に放射される。すなわち、超音波放射面である各セルのメンブレンから図の上方向に平行に超音波ビームが放射される。これらの超音波ビームは、音響レンズ150aを通過すると、同図に示すように、1点に集束する。 When a voltage is applied to the cMUT 155, the membrane of each cell vibrates, and an ultrasonic beam is emitted in a direction perpendicular to the membrane surface. That is, an ultrasonic beam is radiated from the membrane of each cell, which is an ultrasonic radiation surface, in parallel in the upward direction of the figure. When these ultrasonic beams pass through the acoustic lens 150a, as shown in FIG.
図22は、本実施形態におけるメンブレンの上方に凹形状の音響レンズを設けたcMUTを示す。cMUT155は、複数のエレメントまたはアレイから構成されている。cMUT155は、ハウジング部材152に格納されており、そのハウジング部材152の天井部分のうちメンブレンの超音波放射面の上方にかかる部分に凹形状の音響レンズ150b(例えば、エポキシ樹脂等で構成されている)が設けてある。 FIG. 22 shows a cMUT in which a concave acoustic lens is provided above the membrane in the present embodiment. The cMUT 155 is composed of a plurality of elements or arrays. The cMUT 155 is housed in a housing member 152, and a concave acoustic lens 150b (for example, an epoxy resin or the like) is formed on a portion of the ceiling portion of the housing member 152 over the ultrasonic radiation surface of the membrane. ) Is provided.
cMUT155に電圧が印加されると、個々のセルのメンブレンが振動し、超音波ビームがメンブレン面に対して垂直方向に放射される。すなわち、超音波放射面である各セルのメンブレンから図の上方向に平行に超音波ビームが放射される。これらの超音波ビームは、音響レンズ150bを通過すると、同図に示すように、1点に集束する。 When a voltage is applied to the cMUT 155, the membrane of each cell vibrates, and an ultrasonic beam is emitted in a direction perpendicular to the membrane surface. That is, an ultrasonic beam is radiated from the membrane of each cell, which is an ultrasonic radiation surface, in parallel in the upward direction of the figure. When these ultrasonic beams pass through the acoustic lens 150b, they are converged at one point as shown in FIG.
なお、音響レンズの材質を通過する音速が水を通過する音速よりも小さい場合には、凸形状の音響レンズを用いる。音響レンズの材質を通過する音速が水を通過する音速よりも大きい場合には、凹面形状の音響レンズを用いる。 If the speed of sound passing through the material of the acoustic lens is lower than the speed of sound passing through water, a convex acoustic lens is used. When the speed of sound passing through the material of the acoustic lens is greater than the speed of sound passing through water, a concave acoustic lens is used.
なお、第1〜第3の実施形態において、静電容量型超音波振動子エレメントを複数配列してアレイ状にしたものを備えた超音波プローブを超音波内視鏡装置またはカプセル型超音波内視鏡に搭載してもよい。 In the first to third embodiments, an ultrasonic probe including an array of a plurality of capacitive ultrasonic transducer elements arranged in an array is used as an ultrasonic endoscope device or a capsule ultrasonic device. You may mount in an endoscope.
以上より、超音波ビームを集束させることにより、空間分解能を向上させることができる。また、材質の違いにより、音響レンズの形状を凹面形状か凸面形状にすることができる。なお、ハウジング部材152の内部は音響伝播媒体を充たす必要があり、そのためにハウジングキャップ部には音響伝播媒体の流入流出を促すための孔を設ける必要がある。 As described above, the spatial resolution can be improved by focusing the ultrasonic beam. Moreover, the shape of the acoustic lens can be made concave or convex depending on the material. Note that the inside of the housing member 152 needs to be filled with an acoustic propagation medium. For this purpose, the housing cap portion needs to be provided with a hole for promoting the inflow and outflow of the acoustic propagation medium.
200 cMUTセル
201 メンブレン
202 湾曲部
203 メンブレン中央部
204 メンブレン支持部
1 超音波内視鏡装置
2 超音波内視鏡
3 内視鏡観察装置
4 超音波観測装置
5 モニタ
31 静電容量型超音波振動子エレメント
32 シリコン基板
33 下部電極
34 誘電体膜
35 メンブレン支持部
36 メンブレン
37 接地側電極パッド
38 拡散層
39 上部電極
40 キャビティ
41 信号入出力端子電極パッド
42 基板スルーホール
42a 基板スルーホール配線
43 導通孔(ヴィアホール)
44 ヴィアホール配線
45,46 溝列
47,48 犠牲層除去孔
120,131,132 弾性体
150(150a,150b) 音響レンズ
152 メタルパッケージ(ハウジング部材)
155 cMUT
200 cMUT cell 201 Membrane 202 Bending part 203 Membrane center part 204 Membrane support part 1 Ultrasound endoscope apparatus 2 Ultrasound endoscope 3 Endoscope observation apparatus 4 Ultrasound observation apparatus 5 Monitor 31 Capacitive ultrasonic vibration Child element 32 Silicon substrate 33 Lower electrode 34 Dielectric film 35 Membrane support portion 36 Membrane 37 Ground side electrode pad 38 Diffusion layer 39 Upper electrode 40 Cavity 41 Signal input / output terminal electrode pad 42 Substrate through hole 42a Substrate through hole wiring 43 Conducting hole (Via hall)
44 Via hole wiring 45, 46 Groove array 47, 48 Sacrificial layer removal hole 120, 131, 132 Elastic body 150 (150a, 150b) Acoustic lens 152 Metal package (housing member)
155 cMUT
Claims (1)
前記静電容量型超音波振動子の超音波送信方向に配置された音響レンズと、
前記静電容量型超音波振動子および前記音響レンズが所定距離離間するように前記音響レンズを支持するハウジングと、
前記静電容量型超音波振動子および前記音響レンズの間に充填された超音波媒体と、
を含むことを特徴とする超音波内視鏡。 A capacitive ultrasonic transducer;
An acoustic lens disposed in the ultrasonic transmission direction of the capacitive ultrasonic transducer;
A housing that supports the acoustic lens such that the capacitive ultrasonic transducer and the acoustic lens are separated by a predetermined distance;
An ultrasonic medium filled between the capacitive ultrasonic transducer and the acoustic lens;
An ultrasonic endoscope comprising:
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120508 |
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121009 |