JP2015082711A - 静電容量型トランスデューサ及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度、高耐圧の静電容量型トランスデューサを作製することができる作製方法、そのような静電容量型トランスデューサを提供する。【解決手段】静電容量型トランスデューサは、第一の電極３と間隙５を挟んで設けられた第二の電極７と、第二の電極上に設けられた絶縁膜８と、を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセル１５を複数有する。この静電容量型トランスデューサ作製方法では、第一の電極上に犠牲層２５を形成し、犠牲層上に振動膜を含む層を形成し、エッチング孔３２を形成して犠牲層を除去し、エッチング孔を封止する封止膜３３を形成する。そして、エッチング孔を形成して犠牲層を除去する工程の前に、第二の電極上の絶縁膜に貫通孔２９を形成し、貫通孔を備える絶縁膜上に導体膜３０を形成し、貫通孔内の導体と第二の電極とを電気的に接続する。【選択図】図２

Description

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、その作製方法等に関する。

従来、マイクロマシニング技術によって製造される微小機械部材はマイクロメータオーダの加工が可能であり、これを用いて様々な微小機能素子が実現されている。このような技術を用いた静電容量型トランスデューサは、圧電素子の代替品として研究されている。こうした静電容量型トランスデューサによると、振動膜の振動を用いて超音波などの音響波（以下、超音波で代表することがある）を送信、受信することができ、特に、液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。尚、本明細書において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含む。例えば、被検体内部に可視光線や赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する光音響波を含む。

上記技術に関して、メンブレンに埋め込まれた上部電極をメンブレンより上側に配線を取り出すことで寄生容量を減らすことを目的とした静電容量型トランスデューサが提案されている（特許文献１参照）。また、メンブレンに埋め込まれた上部電極の応力による疲労を低減するために、メンブレン中に貫通配線を設けた静電容量型トランスデューサが提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１１−２３４０６１号公報 特開２００８−２８３６１８号公報

高出力音圧で、広帯域な静電容量型トランスデューサを作製しようとする場合、電極間距離を小さくすることで高効率な静電容量型トランスデューサとすることができる。しかし、こうした構成では絶縁耐圧の低減が問題となり、これにより印加電圧が制限され、大きな音圧を出すことは容易ではない。他方、薄いメンブレンとして振動膜の質量を下げられれば、広帯域化できる。しかし、上部電極形成後にギャップ（間隙）を封止する従来の製法であると、振動膜の厚さばらつき、たわみによるギャップばらつきが生じ、高性能なデバイスの作製が容易ではない。また、封止膜に孔をあけて貫通配線で導通させる方法であると、耐圧はとれるが薄膜化が容易ではなく、帯域が狭くなりやすい。

上記課題に鑑み、第一の電極と間隙を挟んで設けられた第二の電極と、前記第二の電極上に設けられた絶縁膜と、を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを複数有する本発明の静電容量型トランスデューサの作製方法は次の工程を有する。すなわち、前記第一の電極上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層上に前記振動膜を含む層を形成する工程と、エッチング孔を形成して前記犠牲層を除去する工程と、前記エッチング孔を封止する封止膜を形成する工程と、を有する。そして、前記エッチング孔を形成して前記犠牲層を除去する工程の前に、前記第二の電極上の絶縁膜に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を備える前記絶縁膜上に導体膜を形成し、前記貫通孔内の導体と前記第二の電極とを電気的に接続する工程と、を備える。

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、第一の電極と間隙を挟んで設けられた第二の電極と、前記第二の電極上に設けられた絶縁膜と、を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを複数有する。そして、前記第二の電極上の絶縁膜に形成された貫通孔の内の導体を介して前記絶縁膜上の導体膜と前記第二の電極とが電気的に接続されている。

本発明によれば、第二の電極上の絶縁膜に形成された貫通孔の内の導体を介して該絶縁膜上の導体膜と第二の電極とを電気的に接続する。従って、間隙を挟む第一及び第二の電極間の距離により振動膜端部の電極間の距離の設定が制限されることが抑えられ、送受信感度と耐圧を両立させることが可能な静電容量型トランスデューサを実現することができる。

本発明による静電容量型トランスデューサの一例を説明する図。 本発明によるトランスデューサ作製方法の一例を説明する断面図。 本発明によるトランスデューサ作製方法の他の例を説明する断面図。 本発明の静電容量型トランスデューサを用いる情報取得装置の例を示す図。

本発明の静電容量型トランスデューサの作製方法の一典型例では、エッチング孔を形成して犠牲層を除去する工程の前に、第二の電極上の絶縁膜に貫通孔を形成し、貫通孔を備える絶縁膜上に導体膜を形成し、貫通孔内の導体と第二の電極とを電気的に接続する。このような静電容量型トランスデューサでは、第二の電極上の絶縁膜に形成された貫通孔内の導体を介して絶縁膜上の導体膜と適宜の数の第二の電極とを電気的に接続することができる。よって、間隙を挟む第一及び第二の電極間の距離に影響されて振動膜端部の電極間の距離の設定が制限されることが抑えられる。そして、第一及び第二の電極間の距離などの影響を受ける送受信感度及び振動膜端部の電極間の距離などの影響を受ける耐圧を良好に両立させることが可能となる。こうした考え方に基づいて、以下、本発明の実施形態及び実施例について説明するが、本発明はこれらの実施形態や実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

以下に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の作製方法により作製した静電容量型トランスデューサの一例の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面図である。図２は、本例の静電容量型トランスデューサの作製方法を説明する、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面とＣ−Ｄ断面を示す図である。

本実施形態の作製方法で作製される静電容量型トランスデューサは、セル１５を複数有するエレメント１７を備えている。図１（ａ）では、エレメント１７に含まれるセル数は９個であるが、いくつであっても構わない。また、図１（ａ）の静電容量型トランスデューサでは、４個のエレメント１７を有するが、エレメント１７はいくつであっても構わない。セル１５の並び方は等間隔の正方格子であるが、並び方は六方最密でもよいし、不等間隔などでもよい。

図１（ｂ）に示すように、セル１５の構造では、第一の電極３と間隙５（空隙など）を挟んで設けられた第二の電極７を含む振動膜が振動可能に支持されている。ここでは、振動膜は、間隙５直上の第一のメンブレン６、第２のメンブレン８、第二の電極7、導体膜９、封止膜１０で構成されている。第一の電極３あるいは第二の電極７は、バイアス電圧を印加する電極、あるいは電気信号を加えるためか又は電気信号を取り出すための電極として用いる。図１の構成では、バイアス電圧を印加する電極として第一の電極３を用いており、信号取り出し電極として第二の電極７を用いているが、逆でも構わない。バイアス電圧を印加する電極はエレメント内で電気的に接続されて共通となっている。バイアス電圧は複数のエレメント間で共通となる構成としても構わない一方、信号取り出し電極はエレメント毎に電気的に分離されていなければならない。

上記静電容量型トランスデューサの駆動原理を説明する。静電容量型トランスデューサは、信号引き出し配線１６を用いることで、第二の電極７から電気信号を引き出すことができる。本実施形態では、引き出し配線１６により電気信号を引き出しているが、基板１が貫通配線基板であれば、基板１の表裏間を貫く貫通配線を利用して基板１の裏側に電気信号を引き出すことも可能である。また、本実施形態では、第二の電極７から電気信号を引き出しているが、上述したように、第一の電極３から引き出してもよい。

静電容量型トランスデューサで超音波を受信する場合、図示しない電圧印加手段で、第一の電極３と第二の電極７との間に電位差を発生させる。超音波を受信すると、第二の電極７を有する振動膜が振動するため、エレメント１７の静電容量が変化する。この静電容量変化によって、引き出し配線１６に交流電流が流れる。このように、超音波が電気信号に変換されることで超音波を受信することができる。上述したように、引き出し配線の構成を変更することによって、直流電圧を第二の電極に印加し、第一の電極から電気信号を引き出してもよい。一方で、第二の電極７に交流電圧を印加すると静電気力の時間変化によって振動膜が振動する。振動膜の振動は数十キロヘルツから数十メガヘルツであり、超音波の周波数帯である。振動膜上の物質を直接振動させることで超音波が発生する原理である。このように、電気信号が超音波に変換されることで、超音波を送信することができる。送信する場合も受信の場合と同様に、引き出し配線の構成を変更することによって、交流電圧を第一の電極３に印加し、振動膜を振動させてもよい。

本実施形態の作製方法を説明する。図２は、図１（ａ）のＡ−Ｂ断面およびＣ−Ｄ断面を示す。図２（ａ）に示すように、基板２１上に絶縁膜２２（図１（ｂ）の絶縁膜２に相当）を形成する。基板２１は、例えば単結晶ケイ素基板、サファイヤ基板、ガラス基板等が挙げられる。絶縁膜２２は基板２１と第一の電極の絶縁を形成するためである。よって、基板２１が絶縁体であれば絶縁膜２２は形成しなくともよい。また、基板２１は、高い平滑度が要求される。基板２１の表面粗さが大きい場合、後の工程で表面粗さが転写されていくとともに、表面粗さにより、第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各エレメント間でばらついてしまう。このばらつきは、送信および受信の感度のばらつきとなる。従って、基板２１は、表面粗さの小さな基板が望ましい。

次に、第一の電極２３を形成する。第一の電極２３は、表面粗さが小さく導電率の高い材料が望ましい。また、後の成膜工程における熱による変質が小さい材料であることも同時に求められる。例えば、チタンやその合金、Al-Si-Cu、Al-Cuなどのアルミニウム合金、これらをバリアとする多層の導体膜である。基板２１と同様に、第一の電極２３の表面粗さが大きい場合、表面粗さにより、第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各エレメント間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい導電材料が望ましい。次に、第一の電極上の絶縁膜２４（図１（ｂ）の絶縁膜４に相当）を形成する。第一の電極上の絶縁膜２４は、表面粗さが小さい絶縁材料が望ましく、第一の電極と第二の電極との間に電圧が印加された場合の両電極間の電気的短絡あるいは絶縁破壊を防止するために形成する。また、後述する犠牲層のエッチング工程において、犠牲層と第一の電極の材料のエッチング選択比が小さい場合に、第一の電極を保護するために保護膜として形成する場合もある。基板と同様に、第二の絶縁膜２４の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各エレメント間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい第二の絶縁膜が望ましい。例えば、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜等である。

図２（ｂ）に示すように、犠牲層２５を形成する。犠牲層２５は、表面粗さが小さい材料が望ましい。基板２１と同様に、犠牲層２５の表面粗さが大きい場合、表面粗さによる第一の電極と第二の電極間の距離が、各セル間、各エレメント間でばらついてしまうため、表面粗さが小さい犠牲層が望ましい。後の犠牲層エッチング工程を鑑みるに、周囲の材料とのエッチング選択比が無限大に近い条件となる材料を犠牲層材料とすることが求められる。第一の電極上の絶縁膜２４、及び後述の第一のメンブレン層が窒化ケイ素膜あるいは酸化ケイ素膜の場合、表面粗さが小さく、第一の電極上の絶縁膜、第一のメンブレン層との選択比が取れるクロム・モリブデン・非結晶シリコンが望ましい。

次に、図２（ｃ）に示すように、犠牲層上に第一のメンブレンを含む第一の絶縁層２６を形成する。第一の絶縁層２６は、低い引張り応力が望ましい。例えば、３００ＭＰａ以下の引張り応力がよい。応力制御が可能な窒化ケイ素膜を中心とした材料がよい。第一のメンブレンが圧縮応力を有する場合、第一のメンブレンがスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する。スティッキングとは、犠牲層除去後に構造体である振動膜が付着してしまうことである。また、大きな引張り応力の場合、第一のメンブレンが破壊されることがある。従って、第一の絶縁層２６は、低い引張り応力が望ましい。

次に、第二の電極２７を形成する。第二の電極２７は、残留応力が小さく、耐熱性を有する材料が望ましい。第二の電極の残留応力が大きい場合、振動膜の大きな変形を引き起こすため、残留応力の小さな第二の電極が望ましい。また、後述の第二のメンブレンを含む第二の絶縁層あるいは封止部を形成するための封止膜を成膜する際の温度等によって変質、応力の増加を引き起こさない材料が望ましい。同様の理由で厚く形成することができないため、高い導電性を有することが求められる。第二の電極として、例えば、チタン、アルミニウムシリコン合金等が望ましい。続いて、第二のメンブレンを含む第二の絶縁層２８を形成する。第二の絶縁層２８は、低い引張り応力を有する材料が望ましい。第一の絶縁層と同様に、第二の絶縁層が圧縮応力を有する場合、振動膜がスティッキングあるいは座屈を引き起こし、大きく変形する。また、大きな引張り応力の場合、振動膜が破壊されることがある。従って、第二の絶縁層２８は、低い引張り応力が望ましい。応力制御が可能な窒化ケイ素膜を中心とした材料がよい。

図２（ｄ）に示すように、第二の絶縁層２８に、貫通孔であるコンタクトホール２９を形成し、犠牲層２５上の第二の電極２７を一部露出させる。このとき第二の電極２７をエッチングしてはならないため、エッチング方法は第二の電極の材料との選択比を有する必要がある。例えば第二の電極２７の材料がチタンであれば、フッ化炭素ガスを用いたエッチングを用いて第二の電極を一部露出させるコンタクトホール２９を形成できる。

次に、図２（ｅ）に示すように、導体膜３０を形成する。次の図２（ｆ）の工程で一部を除いて除去し、セル１５の第二の電極と電気的に接続して第二の電極同士を接続する配線部分となる。高い導電率と後の封止工程での耐熱性が求められる。例えば、チタン膜、または、チタン層を有する積層膜、アルミニウム膜、または、アルミニウム層を有する積層膜、または、チタンまたは／及びアルミニウムを含む合金膜等が望ましい。

図２（ｇ）に示すように、エッチング孔３２（（図１（ａ）の封止部１４の個所にある）を形成する。エッチング孔は、犠牲層２５を除去するために、エッチング液あるいはエッチングガスを導入するための孔である。その後、犠牲層を除去して間隙３４を形成する。犠牲層除去方法はウェットエッチングでも、ドライエッチングでも構わない。犠牲層材料としてクロムを用いた場合はウェットエッチングが好ましい。

次に、図２（ｈ）に示すように、エッチング孔３２を封止するために、封止膜３３を形成する。間隙３４に液体や外気が浸入しないことが求められる。間隙３４内が大気圧であると、温度変化によって間隙内部の気体が膨張収縮することがある。また、間隙３４は、高い電界がかかるため分子の電離などによる素子の信頼性の低下の要因となる。従って、封止は減圧化で行われることが求められる。間隙内部を減圧することで間隙内部の気体の抵抗を小さくできる。これにより、振動膜が振動しやすくなり、静電容量型トランスデューサの感度を高くできる。また、封止することによって、静電容量型トランスデューサを液体中で使用することができる。封止材料として、振動膜（すなわち第二の電極の上側の絶縁膜）と同じ材料であれば、これとの密着性が高いため望ましい。振動膜が窒化ケイ素の場合、封止膜３３は同じ窒化ケイ素が望ましい。

本作製方法によって、第一のメンブレンと第二のメンブレンの間に通っていたセル間を接続する配線を、第二のメンブレンの上側を通す構造とすることができる。従って、耐圧の高い静電容量型トランスデューサを提供できる。

より詳細には、犠牲層エッチングの前に、埋め込まれた上部電極と導体膜を接続し、導体膜の一部を配線とすることで、第一の電極と第二の電極の電極間距離を変化させることなく、振動膜の電極を形成することができる。静電容量型トランスデューサの耐圧は振動膜端部の段差部の上下電極間の電界強度で決定される。従って、本実施形態により、キャビティ（間隙）部分の上下電極間距離を変えることなく、振動膜端部の上下電極間を広げることができ、送受信感度を維持したまま、耐圧が向上した静電容量型トランスデューサを提供できる。

以下、より具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）（高耐圧化）
図２を用いて本発明の実施例１を説明する。図２（ａ）の工程において、単結晶ケイ素基板２１上の絶縁膜２２は、熱酸化により形成した厚さ１μｍ程度の酸化ケイ素膜である。第一の電極２３は厚さが０．０５μｍ乃至０．２０μｍの金属膜であり、電子線蒸着またはスパッタリングで成膜される。材料はアルミニウム、チタンもしくはそれらの合金および多層膜である。図では示していないが、必要に応じて、第一の電極２３はパターニングされる。第一の電極２３上の絶縁膜２４は、ＰＥ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｖａｐｏｒ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成した酸化ケイ素膜であり、厚さは０．１μｍ乃至０．３μｍである。

図２（ｂ）の工程を説明する。犠牲層２５はクロムであり、電子線蒸着またはスパッタリングで成膜される。厚さは０．１μｍ乃至０．３μｍである。円形にパターニングし、これが、後に示す犠牲層除去工程後に図１の間隙５となる。図２（ｃ）の工程を説明する。図１（ｂ）における第一のメンブレン６である絶縁膜２６を成膜する。絶縁膜２６はＰＥ−ＣＶＤにより形成した窒化ケイ素膜であり、厚さは０．３μｍ乃至０．６μｍである。次に第二の電極２７を成膜する。第二の電極２７はアルミニウム、チタンもしくはそれらの合金および多層膜であり、電子線蒸着またはスパッタリングで成膜される。厚さは０．１μｍ乃至０．２μｍである。続いて、図１（ｂ）における第二のメンブレン８である第二の絶縁層２８を成膜する。第二の絶縁層２８はＰＥ−ＣＶＤにより形成した窒化ケイ素膜であり、厚さは０．３μｍ乃至０．６μｍである。

図２（ｄ）の工程を説明する。絶縁膜２８に孔をあけて、コンタクトホール２９を形成する。窒化ケイ素膜を、（ＲＩＥ）（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｄｒｙ−Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いたドライエッチングで除去する。図２（ｅ）の工程を説明する。導体膜３０を成膜する。材料はアルミニウム、チタンもしくはそれらの合金および多層膜である。厚さは０．１μｍ乃至０．２μｍである。図２（ｆ）の工程を説明する。導体膜３０をフォトリソグラフィとウェットエッチングでエッチングしてパターンを作成し、図１における適宜に決められたセル１５の第二の電極７同士を接続する導体膜９を形成する。このとき、第一の電極３と第二の電極７との間に電位差を発生させたときに、最大の電界がかかる部分は、絶縁膜４と絶縁膜６に加えて絶縁膜８を合わせた厚さの部分となる。よって、従来の構成と比較して絶縁膜８の厚さ分だけ耐圧を取れる構造になっている。

図２（ｇ）の工程を説明する。絶縁膜２６および絶縁膜２８に孔３２を形成する。窒化ケイ素膜をＲＩＥやＣＤＥで除去する。次に犠牲層２５を除去する。ウェットエッチングでクロムを除去する。クロムのエッチャントである硝酸セリウムアンモニウムは窒化ケイ素、酸化ケイ素およびチタンを殆どエッチングしないため、セル１５を形成する殆どの膜の厚さの変化が無い。

図２（ｈ）の工程を説明する。封止膜３３を成膜する。封止膜３３はＰＥ−ＣＶＤにより形成した窒化ケイ素膜であり、厚さは０．４μｍ乃至０．７μｍである。本工程は減圧化で行われるため、間隙３４は３００パスカル以下で、大気圧よりも十分小さい圧力となっている。

以降、図示しないが、第一の電極２３および第二の電極２７または導体膜３０と電気的導通を取るために、封止膜３３、絶縁膜２４、２６、２８をドライエッチングで除去し、金属膜を露出させる。その後、後工程のワイヤボンディングなどの工程で、電気的に接続する部分にアルミニウムなどの金属膜を形成する。

本実施例の静電容量型トランスデューサの作製方法では、導体膜３０の形成工程を含めることで従来よりも耐圧の高い静電容量型トランスデューサを提供できる。同様に、間隙３４を大きくして電圧を大きくかけることで出力音圧を高めるという設計も可能になる。

（実施例２）（エッチストップ層、薄膜化による広帯域化）
図３を用いて実施例２の静電容量型トランスデューサの作製方法を説明する。図３は本実施例の作製方法を示した図であるが、図３（ａ）の前の工程は図２の（ｅ）の工程であり、そこまでは実施例１と同様である。また、実施例２で作製される静電容量型トランスデューサの上面図は図１（ａ）と同様であるが、断面図は１（ｂ）とは一部で異なり間隙５上の封止膜１０を除去した構造となる。

図３（ａ）の工程を説明する。導体膜３０に犠牲層エッチングのための孔５１を形成する。図３（ｂ）の工程を説明する。絶縁膜２６および絶縁膜２８に孔を形成する。窒化ケイ素膜をＲＩＥやＣＤＥで除去する。次に犠牲層２５を除去する。ウェットエッチングでクロムを除去する。クロムのエッチャントである硝酸セリウムアンモニウムは窒化ケイ素、酸化ケイ素およびチタンを殆どエッチングしないため、セル１５を形成する殆どの膜の厚さの変化が無い。

図３（ｃ）の工程を説明する。封止膜５２を成膜する。封止膜５２はＰＥ−ＣＶＤにより形成した窒化ケイ素膜であり、厚さは０．４μｍ乃至０．７μｍである。本工程は減圧化で行われるため、間隙は３００パスカル以下で、大気圧よりも十分小さい圧力となっている。図３（ｄ）の工程を説明する。封止膜５２をＲＩＥもしくはＣＤＥでエッチングする。すなわち、封止膜の第一の電極側への正射影において間隙に重なる部分の少なくとも一部をエッチングストップ膜の表面まで除去する。このとき導体膜３０がエッチングストップ膜の役割を果たし、導体膜３０よりも基板２１側の構造に影響を与えない。また、導体膜３０は、封止膜５２である窒化ケイ素膜のエッチングとの選択比が良い材料である必要があり、例えばチタンであれば選択比が十分大きくなり、かつ金属であるため導体としての役割も担いうる。導体膜３０は上面がチタンであればエッチングストップの役割を果たすので、ＴｉとＡｌの積層やＴｉを含んだ合金などでも可能である。

図３（ｅ）の工程を説明する。導体膜３０をフォトリソグラフィとウェットエッチングにより適当なパターンでエッチングしセル１５同士を結合する配線層を形成し、残りの部分を除去する。本実施例の静電容量型トランスデューサの作製方法では、実施例１の効果に加えて、次の効果が得られる。すなわち、導体膜３０をエッチングストップ膜とすることで間隙上の封止膜５２を除去し、封止に必要な厚さとはあまり関係なく第一のメンブレン６、第二の電極７および第二のメンブレン８で振動膜を形成できる。振動膜の厚さを薄くすることで振動膜の慣性を小さくでき（すなわち機械インピーダンスが小さくでき）、静電容量型トランスデューサの周波数帯域を広くすることができる。従って、耐圧が高く高出力で広帯域の静電容量型トランスデューサの実現が可能になる。

（実施例３）（被検体情報取得装置）
上記実施例のトランスデューサを有する超音波診断装置などの情報取得装置の適用例を説明する。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などを取得することができる。より詳しくは、被検体情報取得装置の一実施形態は、被検体に光（可視光線や赤外線を含む電磁波）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、ある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あるいはデオキシヘモグロビン濃度などである。また、被検体情報取得装置は、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を示す。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あるいはデオキシヘモグロビンやそれらを多く含む血管、ある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。

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。ただし、超音波の送受信や音響特性に関する分布を取得することは必須ではない。

図４（ａ）は、光音響効果を利用した被検体情報取得装置を示したものである。光源２０１０から発振したパルス光は、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。プローブ（探触子）２０２２内の本発明の静電容量型トランスデューサ２０２０は、光音響波２０１８を受信して電気信号に変換し、信号処理部２０２４に出力する。信号処理部２０２４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部２０２６へ出力する。データ処理部２０２６は、入力された信号を用いて被検体情報（光吸収係数などの被検体の光学特性値を反映した特性情報）を画像データとして取得する。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。以上のように、本例の被検体の情報取得装置は、本発明の静電容量型のトランスデューサと、光源と、データ処理装置と、を有する。そして、トランスデューサは、光源から発振した光が被検体に照射されることにより発生する光音響波を受信して電気信号に変換し、データ処理装置は、電気信号を用いて被検体の情報を取得する。

図４（ｂ）は、音響波の反射を利用した超音波エコー診断装置等の被検体情報取得装置を示したものである。プローブ（探触子）２１２２内の本発明の静電容量型トランスデューサ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、信号処理部２１２４に出力する。信号処理部２１２４は、入力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換や増幅等の信号処理を行い、データ処理部２１２６へ出力する。データ処理部２１２６は、入力された信号を用いて被検体情報（音響インピーダンスの違いを反映した特性情報）を画像データとして取得する。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。以上のように、本例の被検体の情報取得装置は、本発明の静電容量型のトランスデューサと、該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する処理部と、を有し、トランスデューサは、被検体からの音響波を受信し、電気信号を出力する。

なお、プローブは、機械的に走査するものであっても、医師や技師等のユーザが被検体に対して移動させるもの（ハンドヘルド型）であってもよい。また、図４（ｂ）のように反射波を用いる装置の場合、音響波を送信するプローブは受信するプローブと別に設けても良い。さらに、図４（ａ）と図４（ｂ）の装置の機能をどちらも兼ね備えた装置とし、被検体の光学特性値を反映した被検体情報と、音響インピーダンスの違いを反映した被検体情報と、をどちらも取得するようにしてもよい。この場合、図４（ａ）のトランスデューサ２０２０が光音響波の受信だけでなく、音響波の送信と反射波の受信を行うようにしてもよい。

３、２３・・第一の電極、５、３４・・間隙、７、２７・・第二の電極、８、２８・・第二の電極上の絶縁膜、９、３０・・導体膜、１５・・セル、２５・・犠牲層、２９・・絶縁膜の貫通孔、３２・・エッチング孔

Claims (11)

1. 第一の電極と間隙を挟んで設けられた第二の電極と、前記第二の電極上に設けられた絶縁膜と、を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを複数有する静電容量型トランスデューサの作製方法であって、
   前記第一の電極上に犠牲層を形成する工程と、
   前記犠牲層上に前記振動膜を含む層を形成する工程と、
   エッチング孔を形成して前記犠牲層を除去する工程と、
   前記エッチング孔を封止する封止膜を形成する工程と、
   を有し、
   前記エッチング孔を形成して前記犠牲層を除去する工程の前に、前記第二の電極上の前記絶縁膜に貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔を備える前記絶縁膜上に導体膜を形成し、前記貫通孔内の導体と、前記第二の電極と、を電気的に接続する工程と、
   を備えることを特徴とする静電容量型トランスデューサの作製方法。
2. 前記導体膜をエッチングストップ膜とし、
   前記封止膜を形成した後に、前記封止膜の前記第一の電極側への正射影において前記間隙に重なる部分の少なくとも一部を前記エッチングストップ膜の表面まで除去する工程と、
   前記エッチングストップ膜をパターニングして前記複数のセルのうち少なくとも一部のセルの前記第二の電極同士を電気的に接続する配線を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサの作製方法。
3. 前記エッチング孔を封止する封止膜を形成する工程の前に、前記エッチングストップ膜をパターニングして前記複数のセルのうち少なくとも一部のセルの前記第二の電極同士を電気的に接続する配線を形成する工程を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型トランスデューサの作製方法。
4. 前記封止膜と前記第二の電極上の絶縁膜の材料は同じであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの作製方法。
5. 前記同じの材料は窒化ケイ素であることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型トランスデューサの作製方法。
6. 前記導体膜は、チタン膜、または、チタン層を有する積層膜、アルミニウム膜、または、アルミニウム層を有する積層膜、または、チタンまたは／及びアルミニウムを含む合金膜であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の静電容量型トランスデューサの作製方法。
7. 第一の電極と間隙を挟んで設けられた第二の電極と、前記第二の電極上に設けられた絶縁膜と、を含む振動膜が振動可能に支持された構造のセルを複数有する静電容量型トランスデューサであって、
   前記第二の電極上の絶縁膜に形成された貫通孔の内の導体を介して前記絶縁膜上の導体膜と前記第二の電極とが電気的に接続されている、
   ことを特徴とする静電容量型トランスデューサ。
8. 前記間隙は、犠牲層を除去して形成され、
   前記第二の電極上の絶縁膜上には、前記犠牲層を除去するために用いられたエッチング孔を封止する封止膜が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型トランスデューサ。
9. 前記間隙は、犠牲層を除去して形成され、
   前記第二の電極上の絶縁膜上には、前記第一の電極側への正射影において前記間隙に重なる部分の少なくとも一部を除いて、前記犠牲層を除去するために用いられたエッチング孔を封止する封止膜が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型トランスデューサ。
10. 請求項７から９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。
11. 光を発生する光源をさらに有し、
    前記静電容量型トランスデューサは、前記光源からの光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することを特徴とする請求項１０に記載の被検体情報取得装置。

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