JP2019016934A - Ｍｅｍｓトランスデューサーの製造方法、ｍｅｍｓトランスデューサー、超音波探触子、および超音波診断装置 - Google Patents

Ｍｅｍｓトランスデューサーの製造方法、ｍｅｍｓトランスデューサー、超音波探触子、および超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを高精度かつ低コストで接続することができるＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法、ＭＥＭＳトランスデューサー、超音波探触子、および超音波診断装置を提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ技術を用いて、一方の面に圧電材料層１０３を形成した後、他方の面から開口部１０１ｄを形成して複数のダイアフラム２２ａを基板上に形成した基板１０１（本発明のＭＥＭＳ基板に対応）を製造する工程と、複数のダイアフラム２２ａのうちの少なくとも１つを位置合わせ用ダイアフラムとして用いて、基板１０１と信号検出回路４００が形成された基板４０１（本発明の電子回路基板に対応）との位置合わせを行う工程と、基板１０１と基板４０１とを貼り合わせる工程と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、超音波の送受信に用いられるＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法、ＭＥＭＳトランスデューサー、超音波探触子、および超音波診断装置に関する。
近年、半導体製造技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により製造されるＭＥＭＳデバイスが普及している。ＭＥＭＳデバイスは、センサーやトランスデューサー等に用いられる。
例えば超音波を生成するトランスデューサー（超音波トランスデューサー）として、例えばシリコン等の基板（基材層）にＰＺＴ等の圧電薄膜（駆動層）を形成したユニモルフ構造のダイアフラム（可動膜）を太鼓状に振動させて超音波の送受信を行うｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）がある。
ｐＭＵＴは、例えばバルクＰＺＴをダイシング等により分割した圧電素子と比較して、周波数帯域を広くすることができること、より微細化が可能であるため高解像度が望めること、３次元画像を生成するための圧電素子の２次元アレイ化に適していること、小型化および薄型化が可能であること、等の様々な特徴を有する。
ＭＥＭＳ技術を用いた半導体製造方法として、例えば特許文献１から３に開示された技術がある。
特許第５１０８１００号公報 特許第５４５０３９６号公報 特開２００６−２０２９１８号公報
このようなｐＭＵＴは、ダイアフラムが形成された基板（ＭＥＭＳ基板）と、ダイアフラムにおける超音波送受信のための送受信信号を検出する信号検出回路（例えばＣＭＯＳ回路）が形成された基板（電子回路基板）、インターポーザー、フレキシブル配線板等の接続用配線とが貼り合わされて製造される。
ここで、ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを同時に形成する、すなわち、例えば信号検出回路が形成された電子回路基板上にＭＥＭＳ基板を形成することでｐＭＵＴを製造しようとすると、以下のような不利益が生じる。すなわち、ＭＥＭＳ基板に良好な圧電薄膜（例えばＰＺＴ）を成膜するためには高温アニールが必要であるため、高温により信号検出回路がダメージを受けてしまうことがある。また、電子回路基板の信号検出回路上にＭＥＭＳ基板を形成する場合、ＭＥＭＳ基板と同じサイズの信号検出回路を用意する必要があるが、これは信号検出回路の歩留まり上不利となる。異常のことから、ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とは別々に作成されて貼り合わされることが望ましい。
ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを別々に作成して貼り合わせる場合、超音波診断装置の高画質化・高解像度化のためには、貼り合わせる際の位置合わせ（アライメント）を高精度で行う必要がある。しかしながら、位置合わせを高精度で行うためには例えば機械的精度の高い位置合わせ専用設備や、位置合わせ用の追加加工が必要となり、多大なコストがかかる。さらに、貼り合わせの際に接続面を直接観察できないことから精度が低い、という問題があった。このため、超音波トランスデューサーのように高密度かつ多ピン接続が必要である場合、接続エラーが生じる恐れがあった。
また、超音波診断装置による超音波診断時に、観測部位毎に超音波探触子（例えば、リニア型、コンベックス型、セクタ型等）を使い分けるのと同様に、あらかじめ大きさ、形状がそれぞれ異なるＭＥＭＳ基板を複数用意し、観測対象に合わせて使い分けることが要望されている。これに対し、電子回路基板側はコスト面から、可能な限り共通の回路を使うことが好ましい。このような事情から、主にＭＥＭＳ基板側が位置合わせ手段を有していることが望ましい。
以上のことから、ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを高精度かつ低コストで接続することができる技術が要望されている。
本発明は、ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを高精度かつ低コストで接続することができるＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法、ＭＥＭＳトランスデューサー、超音波探触子、および超音波診断装置を提供することを目的とする。
本発明のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法は、ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後、他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを前記基板上に形成したＭＥＭＳ基板を製造する工程と、前記複数のダイアフラムのうちの少なくとも１つを位置合わせ用ダイアフラムとして用いて、前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行う工程と、前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせる工程と、を有する。
本発明のＭＥＭＳトランスデューサーは、ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを形成し、前記複数のダイアフラムの一部を超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成する第１のダイアフラムとし、前記複数のダイアフラムの他の一部を超音波の送受信には用いられない第２のダイアフラムとして、前記第２のダイアフラムの少なくとも１つを破壊除去して観察窓を生成したＭＥＭＳ基板と、電子回路基板と、を有し、前記観察窓を用いて前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行い、前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせたものである。
本発明のＭＥＭＳトランスデューサーは、ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを形成し、前記複数のダイアフラムの一部を超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成する第１のダイアフラムとし、前記複数のダイアフラムの他の一部を超音波の送受信には用いられない第２のダイアフラムとして、前記第２のダイアフラムの少なくとも１つの前記圧電材料層を除去して位置合わせ用ダイアフラムを生成したＭＥＭＳ基板と、電子回路基板と、を有し、前記位置合わせ用ダイアフラムを透過する赤外線を用いて、前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行い、前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせたものである。
本発明の超音波探触子は、上記のＭＥＭＳトランスデューサーを備えたものである。
本発明の超音波診断装置は、上記のＭＥＭＳトランスデューサーを備えた超音波探触子から得られた超音波受信信号を用いて超音波診断画像を生成する。
本発明によれば、ＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを高精度かつ低コストで接続することができる。
超音波トランスデューサーを有する超音波診断装置の外観構成を示す図 超音波診断装置の電気的な構成例を示すブロック図 超音波探触子の構成について説明するための図 ダイアフラムについて説明するための基板の平面図 ｐＭＵＴエレメントを構成する１つのダイアフラムの断面図 超音波を送受信するチャンネルを構成するチャンネルダイアフラムと、ダミーダイアフラムとを説明するための図 位置合わせ用ダイアフラムについて説明するための図 アライメントマークについて説明するための基板の平面図 位置合わせ方法１について説明するための図 赤外光を用いる場合の位置合わせ方法３について説明するための図 スクライブラインＳＬ上に位置合わせ用ダイアフラムを設けた場合について説明するための図
以下、本発明の実施の形態に係る超音波振動子について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示した例に限定されない。なお、以下の説明において、同一の機能および構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの一例としての超音波トランスデューサーを有する超音波診断装置の外観構成を示す図である。図２は、本実施の形態に係る超音波診断装置の電気的な構成例を示すブロック図である。
超音波診断装置１は、超音波診断装置本体１０と、超音波探触子２０と、ケーブル３０とを有する構成を採る。
超音波探触子２０は、被検体である人体（図示せず）に対して超音波信号を送信し、人体で反射された超音波信号を受信する。超音波探触子２０には、超音波トランスデューサーである複数のｐＭＵＴセル（後述）が配列されている。
超音波診断装置本体１０は、ケーブル３０を介して超音波探触子２０と接続され、超音波探触子２０へケーブル３０を介して電気信号の送信信号を送信することによって超音波探触子２０に対して超音波信号を送信させる。また、超音波診断装置本体１０は、超音波探触子２０が受信した超音波信号に基づいて超音波探触子２０において生成された電気信号を用いて、人体の内部状態を超音波画像として画像化する。
具体的には、超音波診断装置本体１０は、操作入力部１１と、送信部１２と、受信部１３と、画像処理部１４と、表示部１５と、制御部１６と、を含む構成を採る。
操作入力部１１は、例えば、診断開始等を指示するコマンドまたは被検体に関する情報を入力する。操作入力部１１は、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルまたはキーボード等である。
送信部１２は、ケーブル３０を介して、制御部１６から受け取る制御信号を超音波探触子２０へ送信する。すなわち、送信部１２は、超音波探触子２０を駆動させて、被検体への超音波信号を送信する。
受信部１３は、超音波探触子２０からケーブル３０を介して送信される受信信号を受信する。すなわち、受信部１３は、超音波探触子２０を駆動させて、送信した超音波信号に対する被検体からの超音波信号を受信する。そして、受信部１３は、受信した超音波信号を画像処理部１４へ出力する。
画像処理部１４は、制御部１６の指示に従って、受信部１３から受け取る超音波信号を用いて被検体内の内部状態を表す超音波診断用の画像（超音波画像）を生成する。
表示部１５は、制御部１６の指示に従って、画像処理部１４において生成された超音波画像を表示する。
制御部１６は、操作入力部１１、送信部１２、受信部１３、画像処理部１４、表示部１５をそれぞれの機能に応じて制御することによって、超音波診断装置１の全体制御を行う。
［超音波探触子について］
図３は、超音波探触子２０の構成について説明するための図である。超音波探触子２０は、保護層２１と、超音波送受信トランスデューサーとしてのｐＭＵＴエレメント２２と、バッキング材２３と、信号処理回路２４とを備えている。なお、ｐＭＵＴエレメント２２の詳細については後述する。
保護層２１は、ｐＭＵＴエレメント２２を保護するものである。この保護層２１は、人体に接触させる際に不快感を与えることがなく、音響インピーダンスが比較的人体に近い、比較的柔軟なシリコーンゴム等で形成されている。
バッキング材２３は、ｐＭＵＴエレメント２２で発生する不要振動を減衰するとともに、ｐＭＵＴエレメント２２と信号処理回路２４とを電気的に接続するための貫通配線を形成する。また、バッキング材２３は、ＰＭＵＴエレメント２２で発生する熱を信号処理回路２４からケーブル３０に伝熱・拡散して保護層２１の人体接触面の温度上昇を防ぐ役割を担う。信号処理回路２４は、超音波送信用のパルス信号の生成や、受信パルス信号の処理等を行う回路であり、ケーブル３０を介して超音波診断装置本体１０に接続されている。
［ｐＭＵＴエレメントについて］
ｐＭＵＴエレメント２２は、半導体微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems技術）を用いて製造されている。ｐＭＵＴエレメント２２は、複数の振動子としてのダイアフラム２２ａが２次元的（あるいは１次元的）に配置された基板１０１と、ダイアフラム２２ａの信号を検出する信号検出回路４００が設けられた基板４０１（後述の図５参照）と、が互いに貼り合わされて構成されている。図４は、ダイアフラム２２ａについて説明するための基板１０１の平面図である。各ダイアフラム２２ａは、振動によって超音波の発信、受信を行う。図４において、点線で囲まれた区画（図４の領域Ｅ）が１つのセルに対応する。
図５は、ｐＭＵＴエレメント２２を構成する１つのダイアフラム２２ａの断面図である。ダイアフラム２２ａは、圧電素子１００で構成されており、開口部１０１ｄを有する基板１０１と、振動板１０２と、圧電材料層１０３と、電極１０４ａ、１０４ｂとを備えている。
基板１０１は、例えばＳｉ層１０１ａ、ＳｉＯ２層１０１ｂ、Ｓｉ層１０１ｃが積層されて形成されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板である。基板１０１は、本発明のＭＥＭＳ基板の一例である。振動板１０２は、例えば基板１０１の下面側からＳｉ層１０１ｃおよびＳｉＯ２層１０１ｂをエッチング等により除去して設けられた開口部１０１ｄによって形成される。すなわち、振動板１０２は、Ｓｉ層１０１ａおよび開口部１０１ｄによって構成される薄板構造である。
圧電材料層１０３は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の薄膜で構成されており、電界印加によって振動板１０２を振動させるべく、振動板１０２に対して開口部１０１ｄとは反対側に形成されている。圧電材料層１０３には、例えば断面形状がほぼ正八角形のセル形状がパターニング形成されている。なお、圧電材料層１０３の断面形状は、正八角形以外の形状、例えば円形状や、正八角形以外の多角形の形状等であってもよい。
電極１０４ａは、圧電材料層１０３の上面側の電極であり、共通電極である。一方、電極１０４ｂは、圧電材料層１０３の下面側の電極であり、図５に示すように貫通電極等を介して基板１０１の下側に引き出される。
引き出された電極１０４ｂは、基板４０１に設けられた信号検出回路４００に電気的に接続される。信号検出回路４００は、例えばダイアフラム２２ａの信号検出用のＣＭＯＳ回路である。基板４０１は、本発明の電子回路基板の一例である。信号検出回路４００は、信号処理回路２４と電気的に接続されている。
各ダイアフラム２２ａは、実効的な音響インピーダンスが、生体の音響インピーダンスに整合するように設計されることで、超音波を効率よく生体へ伝えることができる。具体的には、ダイアフラム２２ａの剛性が最適化されればよく、さらに好適には、共振周波数、送信特性（感度、周波数帯域）、受信特性（感度、周波数帯域）等に応じて、振動板１０２の材料および厚さ、圧電材料層１０３の厚さ、ダイアフラム２２ａの直径、電極１０４ａ、１０４ｂの間隔等を適宜最適化すればよい。
［ｐＭＵＴエレメント２２の製造方法］
次に、このような構造を有するｐＭＵＴエレメント２２の製造方法について説明する。
まず、２枚のＳｉ層１０１ａ，１０１ｃの間にＳｉＯ２層１０１ｂを積層した積層構造を有するＳＯＩウエハを基板１０１として用意し、その一方のシリコン板状体に、チタン、金、白金等をスパッタ等により製膜して電極１０４ｂを形成する。
また、電極１０４ｂ上に、スパッタ法またはゾルゲン法等によりＰＺＴを成膜して圧電材料層１０３を形成する。さらに、圧電材料層１０３に、金、白金等をスパッタ等により製膜して電極１０４ａを形成する。
次に、電極１０４ａ、圧電材料層１０３、電極１０４ｂを、順次、パターニングによってほぼ正八角状のセル形状に形成するとともに、板状体における振動板１０２に対応する位置に、基板１０１の振動板１０２および圧電材料層１０３とは反対側の面から開口部１０１ｄをエッチング等によって形成する。このセル形状の１つ１つがダイアフラム２２ａに対応する。
これにより、電極１０４ａと、圧電材料層１０３と、電極１０４ｂと、基板１０１の一部とであるシリコンの板状体と、が積層されて、下面側が開口された複数の振動板１０２が形成される。
そして、圧電材料層１０３の下側の電極１０４ｂは、基板１０１内を貫通電極により引き出される。
このように複数のダイアフラム２２ａが形成された基板１０１は、あらかじめ信号検出回路（ＣＭＯＳ回路）４００が基板上に形成された基板４０１と位置合わせされた後、貼り合わされる。貼り合わせの方法については、例えばＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）やはんだバンプ等のフリップチップ技術等を用いればよい。このとき、各電極は信号検出回路４００に接続される。この位置合わせ方法の詳細については後述する。
このように、ｐＭＵＴエレメント２２のダイアフラム２２ａは、ＳＯＩ基板である基板１０１の一方の面に圧電材料層１０３を形成した後、他方の面からエッチングを行って設けられた開口部１０１ｄにより振動板１０２を形成して製造される。
なお、上記説明した方法によって基板１０１上に複数のダイアフラム２２ａを形成する際に、基板１０１であるＳＯＩウエハの端部付近では、エッチング液が中央部付近よりも比較的多く流れ込むことによってエッチングレートが部分的に速くなることがある。その場合、基板１０１の中央部付近と端部付近とで形成されるダイアフラム２２ａの特性にばらつきが生じることがある。
ダイアフラム２２ａの特性にばらつきが生じると、超音波の送受信を好適に行うことが困難となる。このような事態を回避するため、本実施の形態では、製造した複数のダイアフラム２２ａのうち、一部をダミーダイアフラムとして超音波の送受信に使用しないようにしている。
図６は、超音波を送受信するチャンネルを構成するチャンネルダイアフラム２２ａＣと、ダミーダイアフラム２２ａＤとを説明するための図である。図６に示す例では、２次元的に配置されたダイアフラム２２ａのうち、最端部から所定数の列および行（図６では２列、２行のセルずつ）のダイアフラム２２ａをダミーダイアフラム２２ａＤとし、それより内側のダイアフラム２２ａがチャンネルダイアフラム２２ａＣとした例を示している。なお、図６において、実線が基板１０１の端部に対応している。
チャンネルダイアフラム２２ａＣとダミーダイアフラム２２ａＤとの間に製造方法の差異はなく、構造も設計段階では同じである。図６に示す例では、製造段階（エッチング時）において特性にばらつきが生じる位置、例えば端部付近に設けられたダイアフラム２２ａがダミーダイアフラム２２ａＤとされている。ダミーダイアフラム２２ａＤは、超音波の送受信には使用されず、信号検出回路４００との接続がなされない。具体的には、例えば、ダミーダイアフラム２２ａＤにおいては、上記説明した電極１０４ｂからの貫通電極が設けられないように構成されればよい。
このように、同様の製造方法によって製造された複数のダイアフラム２２ａのうち、一部を超音波の送受信に用いられないダミーダイアフラム２２ａＤとすることにより、超音波送受信トランスデューサーとしてのｐＭＵＴエレメント２２の特性を好適とすることができる。なお、図６に示す例では、端部付近に設けられたダイアフラム２２ａをダミーダイアフラム２２ａＤとしたが、本発明はこれには限定されず、他の位置に設けられたダイアフラム２２ａをダミーダイアフラム２２ａＤとしてもよい。
［位置合わせ方法］
上記製造方法により複数のダイアフラム２２ａが形成された基板１０１は、信号検出回路４００が形成された基板４０１と位置合わせされた後、互いに貼り合わされる。以下では、基板１０１と基板４０１との位置合わせ方法について説明する。
＜方法１＞
図７Ａは位置合わせ用ダイアフラムについて説明するための図であり、図７Ｂはアライメントマーク４０２について説明するための基板４０１の平面図である。図７Ｂにおいて、基板４０１上に形成されている信号検出回路４００については図示を省略している。
図７Ａに示すように、複数個設けられたダミーダイアフラム２２ａＤのうち、少なくとも１つのダイアフラムが、位置合わせ用に用いられる。以下では、位置合わせ用に用いられるダミーダイアフラム２２ａＤを位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰと称する。なお、図７Ａでは、図６と同様に、基板１０１の端部付近の所定数の列および行のダイアフラム２２ａをダミーダイアフラム２２ａＤとした場合について示している。
方法１においては、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを構成する振動板１０２、圧電材料層１０３および電極１０４ａ，１０４ｂは破砕および除去され、観察窓ＯＷが生成される。この破砕および除去は、例えば基板１０１と基板４０１との位置合わせが行われる直前に実行される。位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰの破砕および除去は、例えば直径がダミーダイアフラム２２ａＤより小さい棒等によって、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを構成する振動板１０２、圧電材料層１０３および電極１０４ａ，１０４ｂが破砕され、除去されることにより実行されればよい。すなわち、方法１において、観察窓ＯＷは、他のダイアフラム２２ａと同様の大きさおよび形状を備えた単なる穴である。なお、振動板１０２、圧電材料層１０３および電極１０４ａ，１０４ｂはそれぞれ数μｍ程度の薄膜であるため、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰの破砕は、上記棒等で軽く触れるだけで容易に行うことができる。
図７Ｂに示すように、基板４０１における、基板１０１の観察窓ＯＷと対応する位置には、アライメントマーク４０２が設けられている。アライメントマーク４０２は、本発明の位置合わせ用構成物の一例である。
さらに、図７Ａに示すように、基板１０１上には、図７Ｂに示す基板４０１上に設けられたアライメントマーク４０２と同じ形状・同じ向きのアライメントマーク１０５があらかじめ設けられている。なお、アライメントマーク１０５，４０２の形成方法としては、例えばスパッタや蒸着、パターン印刷等の方法が用いられる。
そして、例えば光学認識装置（図示せず）等によって、上述した構成を有する基板１０１および基板４０１の位置合わせおよび貼り合わせが行われる。具体的には、図８に示すように、基板４０１の上側に基板１０１を重ねておき、光学認識装置のカメラが観察窓ＯＷを通して基板４０１に設けられたアライメントマーク４０２が好適に観測される位置まで基板１０１または基板４０１を移動させる。図８は、位置合わせ方法１について説明するための図であり、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰの位置における基板１０１と基板４０１の断面図である。なお、図８では、説明のため、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰ以外のダイアフラム２２ａについては図示を省略している。
ここで、光学認識装置は、観察窓ＯＷを通して認識されるアライメントマーク４０２の形状および向きと、基板１０１上に設けられたアライメントマーク１０５の形状および向きがパターンマッチングにより一致するまで基板１０１または基板４０１を移動させる。これにより、基板１０１と基板４０１との正確な位置合わせを行うことができる。
なお、観察窓ＯＷおよびアライメントマーク４０２の数および位置については本実施の形態では特に限定しないが、基板同士の位置合わせを行うという観点から、少なくとも基板１０１および基板４０１上にそれぞれ２つ以上の観察窓ＯＷとアライメントマーク４０２とが設けられることが望ましい。より好適には、観察窓ＯＷとアライメントマーク４０２とは、基板１０１および基板４０１の中心を挟んで基板１０１および基板４０１の両端部に存在するダミーダイアフラム２２ａＤに対応する位置に設けられることが望ましい。さらに好適には、観察窓ＯＷとアライメントマーク４０２とは、中心を通る複数の線のうち、互いに直角な２つの線上に存在する４つのダミーダイアフラム２２ａＤに対応する位置に設けられてもよい。
＜方法２＞
上記説明した方法１では、パターンマッチング用のアライメントマーク１０５が基板１０１上に設けられていたが、以下説明する方法２では、基板１０１上にアライメントマーク１０５を設けない場合について説明する。
まず、あらかじめ基板１０１と基板４０１との位置合わせが完了したものを用いて、位置が合っている場合に観察窓ＯＷを通して認識されるアライメントマーク４０２の形状（以下、第１形状と称する）を光学認識装置にあらかじめ記憶させておく。そして、実際に基板１０１と基板４０１との位置合わせを行う場合には、光学認識装置は、観察窓ＯＷを通して認識されるアライメントマーク４０２の形状が、あらかじめ記憶した第１形状と一致するまで、基板１０１または基板４０１を移動させる。これにより、基板１０１と基板４０１との正確な位置合わせを行うことができる。
なお、上記第１形状として、アライメントマーク４０２の形状だけでなく、観察窓ＯＷの内壁面形状と、観察窓ＯＷを通して認識されるアライメントマーク４０２の形状と、を合わせて光学認識装置にあらかじめ記憶させるようにしてもよい。
＜方法３＞
ダイアフラム２２ａの構成要素の１つである振動板１０２は、上記したようにＳｉ層で構成された薄板構造である。シリコン薄膜は赤外線を透過することが分かっており、光学認識装置がアライメントマーク４０２の認識に赤外線を用いることにより、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを破砕せずに位置合わせを行うことができる。図９は、赤外光を用いる場合の位置合わせ方法３について説明するための図である。
但し、圧電材料層１０３および電極１０４ａ，１０４ｂは赤外線透過の妨げとなるため、位置合わせ工程の前に圧電材料層１０３および電極１０４ａ，１０４ｂをエッチング等により除去しておくことが望ましい。
＜方法４＞
方法４は、チップ切り出し時のスクライブラインを活用する方法である。ＳＯＩ基板である基板１０１には所定のスクライブラインが設けられているが、方法４では、このスクライブライン上に位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを設ける。
図１０は、スクライブラインＳＬ上に位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを設けた場合について説明するための図である。
スクライブラインＳＬ上に位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを設けた場合、方法１と同様に位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰの残りを除去して観察窓ＯＷを生成し、光学認識装置が観察窓ＯＷを通して基板４０１上のアライメントマーク４０２の形状を認識することで、基板１０１上に設けられたアライメントマーク１０５とパターンマッチングを行うことで位置合わせを行えばよい。また、除去された位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰ（観察窓ＯＷ）の側壁面の形状と、観察窓ＯＷを通して認識されるアライメントマーク４０２の形状と、に基づいて位置合わせが行われるようにしてもよい。また、スクライブ時に基板１０１の側面にアライメントマークを設け、当該アライメントマークを用いて位置合わせを行うようにしてもよい。
＜作用・効果＞
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法は、ＭＥＭＳ技術を用いて、一方の面に圧電材料層１０３を形成した後、他方の面から開口部１０１ｄを形成して複数のダイアフラム２２ａを基板上に形成した基板１０１（本発明のＭＥＭＳ基板に対応）を製造する工程と、複数のダイアフラム２２ａのうちの少なくとも１つを位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰとして用いて、基板１０１と信号検出回路４００が形成された基板４０１（本発明の電子回路基板に対応）との位置合わせを行う工程と、基板１０１と基板４０１とを貼り合わせる工程と、を有する。
このように、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法によれば、基板１０１上に形成した複数のダイアフラム２２ａのうちの一部を位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰとして用いて、基板１０１と基板４０１との位置合わせを行う。このため、追加の工程なしで、位置合わせ用の高精度な設備等を用いずに、通常の光学認識装置等を用いて高精度な位置合わせを行うことができる。また、電子回路基板側である基板４０１にではなく、ＭＥＭＳ基板側である基板１０１側に位置合わせのための構成（位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰ）が設けられているため、種々の特性を有するＭＥＭＳ基板と電子回路基板とを貼り合わせたＭＥＭＳトランスデューサーを製造する際に、電子回路基板として共通の回路を用いることができるので、コスト面から好適である。以上のことから、ＭＥＭＳ基板である基板１０１と電子回路基板である基板４０１とを高精度かつ低コストで接続することができる。
なお、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法を用いて位置合わせを行った場合、以下のような利点が生じる。基板１０１上にダイアフラム２２ａを形成するとき、上部電極、下部電極（電極１０４ａ，１０４ｂ）および圧電体材料層１０３への加工は、表面から同じ表面に存在するアライメントマークを使用して加工できるのに対し、開口部１０１ｄを形成する際は、裏面から表面のアライメントマークを頼りにバックサイドアライメントを行い、かつ裏面から加工を行う必要があるため、精度によっては圧電材料層１０３の位置が開口部１０１ｄから多少ずれてしまうことがある。本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法を用いた場合、圧電材料層１０３の位置が開口部１０１ｄから多少ずれてしまったとしても、観察窓ＯＷを通して認識したアライメントマーク４０２の形状に基づいて位置合わせを行うので、圧電材料層１０３の位置に関係なく位置合わせを行うことができる。
また、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法において、複数のダイアフラム２２ａは、超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成するチャンネルダイアフラム２２ａＣ（本発明の第１のダイアフラムに対応）と、超音波の送受信には用いられないダミーダイアフラム２２ａＤ（本発明の第２のダイアフラムに対応）と、を含み、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰは、ダミーダイアフラム２２ａＤのうちの少なくとも１つである。
このような構成により、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰは、通常のチャンネルダイアフラム２２ａＣと同じ加工プロセスで同時に形成することができるので高い相対位置精度を確保することができ、かつコストを抑えることができる。
また、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法は、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを破壊除去して観察窓ＯＷを生成する工程をさらに有し、基板１０１と基板４０１との位置合わせを行う工程において、観察窓ＯＷと、あらかじめ基板４０１に設けられたアライメントマーク４０２（本発明の位置合わせ用構成物に対応）と、に基づいて位置合わせを行う。
あるいは、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法は、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰ上の圧電材料層１０３を除去する工程をさらに有し、基板１０１と基板３０１とを貼り合わせる工程において、圧電材料層１０３を除去した位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを透過する赤外線を用いて、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰと、あらかじめ基板４０１に設けられたアライメントマーク４０２と、に基づいて位置合わせを行う。
あるいは、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法は、基板１０１を製造する工程において、基板１０１を個片化するためのスクライブラインＳＬ上に位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰを形成する工程をさらに有し、基板１０１と基板４０１とを貼り合わせる工程において、位置合わせ用ダイアフラム２２ａＰと、あらかじめ基板４０１に設けられたアライメントマーク４０２と、に基づいて位置合わせを行う。
このような構成により、追加の工程なしで、位置合わせ用の高精度な設備等を用いずに、通常の光学認識装置等を用いて高精度な位置合わせを行うことができる。このため、ＭＥＭＳ基板である基板１０１と電子回路基板である基板４０１とを高精度かつ低コストで接続することができる。
＜変型例＞
以上、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。特許請求の範囲の記載範囲内において、当業者が想到できる各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上述した実施の形態においては、ＭＥＭＳトランスデューサーの一例として、超音波トランスデューサーであるｐＭＵＴについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ダイアフラム層上に圧電材料層を配置し、圧電体の力学的変形と電圧との変換機能を利用する各種の圧電モジュール（およびそれを用いた圧電デバイス）に対して広く適用できる。具体的には、例えば、角速度センサー、インクジェットヘッド、微小ミラー駆動素子等に対しても適用してもよい。
本発明は、ｐＭＵＴを用いて超音波を送受信するＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法に利用することができる。
１ 超音波診断装置
１０ 超音波診断装置本体
１１ 操作入力部
１２ 送信部
１３ 受信部
１４ 画像処理部
１５ 表示部
１６ 制御部
２０ 超音波探触子
２１ 保護層
２２ ｐＭＵＴエレメント
２２ａ ダイアフラム
２２ａＣ チャンネルダイアフラム
２２ａＤ ダミーダイアフラム
２２ａＰ 位置合わせ用ダイアフラム
２３ バッキング材
２４ 信号処理回路
３０ ケーブル
１００ 圧電素子
１０１ 基板（ＭＥＭＳ基板）
１０１ａ Ｓｉ層
１０１ｂ ＳｉＯ２層
１０１ｃ Ｓｉ層
１０１ｄ 開口部
１０２ 振動板
１０３ 圧電材料層
１０４ａ，１０４ｂ 電極
１０５ アライメントマーク
３０１ 基板
４００ 信号検出回路
４０１ 基板（電子回路基板）
４０２ アライメントマーク
ＯＷ 観察窓
ＳＬ スクライブライン

Claims (11)

  1. ＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法であって、
    ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後、他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを前記基板上に形成したＭＥＭＳ基板を製造する工程と、
    前記複数のダイアフラムのうちの少なくとも１つを位置合わせ用ダイアフラムとして用いて、前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行う工程と、
    前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせる工程と、
    を有するＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  2. 前記ＭＥＭＳトランスデューサーはｐＭＵＴ（Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer）である、
    請求項１に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  3. 前記電子回路基板には、前記ダイアフラムにおける超音波送受信のための送受信信号を検出する信号検出回路が形成される、
    請求項１または２に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  4. 前記複数のダイアフラムは、超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成する第１のダイアフラムと、超音波の送受信には用いられない第２のダイアフラムと、を含み、
    前記位置合わせ用ダイアフラムは、前記第２のダイアフラムのうちの少なくとも１つである、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  5. 前記位置合わせ用ダイアフラムを破壊除去して観察窓を生成する工程をさらに有し、
    前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板との位置合わせを行う工程において、前記観察窓と、あらかじめ前記電子回路基板に設けられた位置合わせ用構成物と、に基づいて前記位置合わせを行う、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  6. 前記位置合わせ用ダイアフラム上の前記圧電材料層を除去する工程をさらに有し、
    前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせる工程において、前記圧電材料層を除去した前記位置合わせ用ダイアフラムを透過する赤外線を用いて、前記位置合わせ用ダイアフラムと、あらかじめ前記電子回路基板に設けられた位置合わせ用構成物と、に基づいて前記位置合わせを行う、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  7. 前記ＭＥＭＳ基板を製造する工程において、前記ＭＥＭＳ基板を個片化するためのスクライブライン上に前記位置合わせ用ダイアフラムを形成する工程をさらに有し、
    前記ＭＥＭＳと前記電子回路基板とを貼り合わせる工程において、前記位置合わせ用ダイアフラムと、あらかじめ前記電子回路基板に設けられた位置合わせ用構成物と、に基づいて前記位置合わせを行う、
    請求項１から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサーの製造方法。
  8. ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを形成し、前記複数のダイアフラムの一部を超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成する第１のダイアフラムとし、前記複数のダイアフラムの他の一部を超音波の送受信には用いられない第２のダイアフラムとして、前記第２のダイアフラムの少なくとも１つを破壊除去して観察窓を生成したＭＥＭＳ基板と、
    電子回路基板と、を有し、
    前記観察窓を用いて前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行い、前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせた、
    ＭＥＭＳトランスデューサー。
  9. ＭＥＭＳ技術を用いて、基板の一方の面に圧電材料層を形成した後他方の面から開口部を形成して複数のダイアフラムを形成し、前記複数のダイアフラムの一部を超音波の送受信に用いられるチャンネルを構成する第１のダイアフラムとし、前記複数のダイアフラムの他の一部を超音波の送受信には用いられない第２のダイアフラムとして、前記第２のダイアフラムの少なくとも１つの前記圧電材料層を除去して位置合わせ用ダイアフラムを生成したＭＥＭＳ基板と、
    電子回路基板と、を有し、
    前記位置合わせ用ダイアフラムを透過する赤外線を用いて、前記ＭＥＭＳ基板と電子回路基板との位置合わせを行い、前記ＭＥＭＳ基板と前記電子回路基板とを貼り合わせた、
    ＭＥＭＳトランスデューサー。
  10. 請求項８または９に記載のＭＥＭＳトランスデューサーを備えた、
    超音波探触子。
  11. 請求項８または９に記載のＭＥＭＳトランスデューサーを備えた超音波探触子から得られた超音波受信信号を用いて超音波診断画像を生成する、
    超音波診断装置。
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