JP4632853B2 - 静電容量型超音波振動子とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量型超音波振動子に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特表２００４−５０３３１３号公報 特開２００４−３５０７０５号公報 特開２００４−３５０７０４号公報 村上存 他，「グレースケールマスク露光による曲面の光造形に関する研究」，日本機械学会第１１回設計工学 システム部門講演会論文集，高松，２００１年１１月５日，ｐｐ．３９−ｐｐ．４２ 佐藤康弘 他，「高精度マイクロレンズ作製技術とそのビーム整形素子への応用」，Ｒｉｃｈｏｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２９，２００３年１２月，ｐｐ．１３−ｐｐ．２０

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。

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。

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。

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。

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。

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、シリコン基板と、前記シリコン基板の上面に配設された第１の電極と、前記第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、前記第２の電極を支持するメンブレンと、前記メンブレンを支持するメンブレン支持部とからなる振動子セルから構成された振動子エレメントを集積してなる静電容量型超音波振動子であって、前記メンブレンの端部が該メンブレンの中央部よりも相対的に変形しやすくなるように、前記中央部に弾性構造体を配置してなることを特徴とする静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項２に記載の発明によれば、前記メンブレンの中央部よりも相対的に変形する該メンブレンの端部の変位が屈曲変位であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項３に記載の発明によれば、前記メンブレンの端部に設けられた少なくとも一列の溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項４に記載の発明によれば、前記メンブレンは略円形状をしており、前記溝がメンブレン周縁部近傍に略同心円状に設けられている溝列であることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項５に記載の発明によれば、前記溝が、略円弧状に複数形成されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項６に記載の発明によれば、前記溝は、前記メンブレンの上面及び下面のうち少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項７に記載の発明によれば、前記メンブレンと前記メンブレン支持部と前記シリコン基板とよって囲まれている空隙部と、該メンブレン支持部の上部との間に犠牲層を除去するための犠牲層除去孔を貫通させたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の発明によれば、前記弾性構造体は前記メンブレンの上面に形成され、該弾性構造体は前記メンブレンの表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の発明によれば、前記弾性構造体は前記メンブレンの上面に形成され、該弾性構造体は曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１０に記載の発明によれば、前記超音波振動子は、前記振動子エレメントをアレイ状に複数配設したことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれかに記載の静電容量型超音波振動子を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜１０のうちいずれかに記載の超音波振動子を搭載した体腔内挿入型超音波内視鏡装置を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１２に記載の発明によれば、請求項１〜１０のうちいずれかに記載の超音波振動子を搭載した超音波カプセル内視鏡を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１３に記載の発明によれば、シリコン基板と、前記シリコン基板の上面に配設された第１の電極と、前記第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、前記第２の電極を支持するメンブレンと、前記メンブレンを支持するメンブレン支持部とからなる振動子セルから構成された振動子エレメントを集積してなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、化学的エッチングまたはリアクティブイオンエッチングのいずれかにより前記メンブレンの端部に溝を設ける工程と、前記メンブレンの上面で且つ中央部に弾性構造体を形成するグレイスケールマスク工程と、を含むことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１４に記載の発明によれば、前記溝は、所定の位置に形成された犠牲層をエッチング処理で除去することにより、前記メンブレンの上面及び下面のうち少なくとも一方の面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１５に記載の発明によれば、前記溝は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空隙部を設けるために形成された第1の犠牲層の上面に該第1の犠牲層と同一の材質からなる第２の犠牲層を形成し、該第2の犠牲層の上面に前記メンブレンを形成した後、エッチング処理により前記第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去することにより、前記メンブレンの下面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１６に記載の発明によれば、前記グレイスケールマスク工程は、前記メンブレンの上面に、該メンブレンの超音波放射面に対して傾斜している弾性構造体を形成する工程であることを特徴とする請求項１４、または１５に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１７に記載の発明によれば、前記グレイスケールマスク工程は、前記メンブレンの上面に、曲面を有する弾性構造体を形成する工程であることを特徴とする請求項１４、または１５に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法を提供することによって達成できる。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１の実施形態におけるｃＭＵＴセルの概念図を示す。 第１の実施形態における超音波内視鏡装置を説明する図である。 第１の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。 第１の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。 第１の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。 第１の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。 第１の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。 第１の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。 第１の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６のｃＭＵＴセルの上面図を示す。 図７のｃＭＵＴセルの上面図を示す。 図７のｃＭＵＴ振動子の製造工程（その１）を示す。 図７のｃＭＵＴ振動子の製造工程（その２）を示す。 図７のｃＭＵＴ振動子の製造工程（その３）を示す。 図８のｃＭＵＴ振動子の製造工程を示す。 第２の実施形態におけるｃＭＵＴ（その１）を示す。 第２の実施形態におけるｃＭＵＴ（その２）を示す。 図１６のｃＭＵＴの製造工程（その１）を示す。 図１６のｃＭＵＴの製造工程（その２）を示す。 第３の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。 第３の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。 第３の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。 従来におけるｃＭＵＴの一例を示す。

符号の説明

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

Claims (17)

1. シリコン基板と、前記シリコン基板の上面に配設された第１の電極と、前記第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、前記第２の電極を支持するメンブレンと、前記メンブレンを支持するメンブレン支持部とからなる振動子セルから構成された振動子エレメントを集積してなる静電容量型超音波振動子であって、
   前記メンブレンの端部が該メンブレンの中央部よりも相対的に変形しやすくなるように、前記中央部に弾性構造体を配置してなることを特徴とする静電容量型超音波振動子。
2. 前記メンブレンの中央部よりも相対的に変形する該メンブレンの端部の変位が屈曲変位であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
3. 前記メンブレンの端部に設けられた少なくとも一列の溝を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
4. 前記メンブレンは略円形状をしており、前記溝がメンブレン周縁部近傍に略同心円状に設けられている溝列であることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型超音波振動子。
5. 前記溝が、略円弧状に複数形成されていることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型超音波振動子。
6. 前記溝は、前記メンブレンの上面及び下面のうち少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型超音波振動子。
7. 前記メンブレンと前記メンブレン支持部と前記シリコン基板とよって囲まれている空隙部と、該メンブレン支持部の上部との間に犠牲層を除去するための犠牲層除去孔を貫通させたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
8. 前記弾性構造体は前記メンブレンの上面に形成され、
   該弾性構造体は前記メンブレンの表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
9. 前記弾性構造体は前記メンブレンの上面に形成され、
   該弾性構造体は曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の静電容量型超音波振動子。
10. 前記超音波振動子は、前記振動子エレメントをアレイ状に複数配設したことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれかに記載の静電容量型超音波振動子。
11. 請求項１〜１０のうちいずれかに記載の超音波振動子を搭載した体腔内挿入型超音波内視鏡装置。
12. 請求項１〜１０のうちいずれかに記載の超音波振動子を搭載した超音波カプセル内視鏡。
13. シリコン基板と、前記シリコン基板の上面に配設された第１の電極と、前記第１の電極と対向し所定の空隙を隔てて配設された第２の電極と、前記第２の電極を支持するメンブレンと、前記メンブレンを支持するメンブレン支持部とからなる振動子セルから構成された振動子エレメントを集積してなる静電容量型超音波振動子の製造方法において、
    化学的エッチングまたはリアクティブイオンエッチングのいずれかにより前記メンブレンの端部に溝を設ける工程と、
    前記メンブレンの上面で且つ中央部に弾性構造体を形成するグレイスケールマスク工程と、を含むことを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
14. 前記溝は、所定の位置に形成された犠牲層をエッチング処理で除去することにより、前記メンブレンの上面及び下面のうち少なくとも一方の面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
15. 前記溝は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の空隙部を設けるために形成された第1の犠牲層の上面に該第1の犠牲層と同一の材質からなる第２の犠牲層を形成し、該第2の犠牲層の上面に前記メンブレンを形成した後、エッチング処理により前記第１の犠牲層及び第２の犠牲層を除去することにより、前記メンブレンの下面に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
16. 前記グレイスケールマスク工程は、前記メンブレンの上面に、該メンブレンの超音波放射面に対して傾斜している弾性構造体を形成する工程であることを特徴とする請求項１４、または１５に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
17. 前記グレイスケールマスク工程は、前記メンブレンの上面に、曲面を有する弾性構造体を形成する工程であることを特徴とする請求項１４、または１５に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。