JP5751026B2 - 超音波トランスデューサー、生体センサー、及び超音波トランスデューサーの製造方法 - Google Patents

超音波トランスデューサー、生体センサー、及び超音波トランスデューサーの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、超音波の発信及び受信の少なくともいずれか一方を実施する超音波トランスデューサー、当該超音波トランスデューサーを備えた生体センサー、及び当該トランスデューサーの製造方法に関する。
従来、超音波を受発信する超音波トランスデューサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のダイアフラム型トランスデューサー（超音波トランスデューサー）は、開口部が形成されたシリコン製の基板と、この基板上に、開口部を閉塞するように積層された絶縁層及び振動層と、振動層の上に積層され、下部電極、圧電薄膜、及び上部電極からなる圧電素子とを備えている。このような超音波トランスデューサーは、基板の上面側に、絶縁層、振動層、及び圧電素子を積層形成した後、基板の下面側から絶縁層までをエッチングすることで形成される。
特開２００３−３０４５９５号公報
ところで、特許文献１に記載の超音波トランスデューサーでは、シリコン製の基板が用いられ、基板の下側から絶縁層までをエッチングにより開口部が形成されている。このように、基板をエッチングしてダイアフラムを形成する場合、エッチングレートの差によりダイアフラムの厚みが不均一になる場合がある。また、エッチングによりダイアフラムを形成する場合、エッチング時間が短いとダイアフラム上にシリコン基板が残留し、エッチング時間が長いと、オーバーエッチングによりダイアフラムまでもがエッチングされてしまう場合がある。以上のように、ダイアフラムの膜厚が不均一となると、超音波トランスデューサーの駆動特性にもバラつきが生じてしまうという課題がある。
本発明の目的は、安定した駆動特性の超音波トランスデューサー、当該超音波トランスデューサーを備えた生体センサー、及び当該超音波トランスデューサーの製造方法を提供することにある。
本発明の超音波トランスデューサーは、開口部が設けられ、感光性を有する樹脂製基体と、前記樹脂製基体の前記開口部を閉塞する支持膜と、前記支持膜のうち前記開口部を閉塞する領域に設けられ、下部電極、圧電体、及び上部電極が積層されて構成される圧電素子と、を具備したことを特徴とする。
ここで、圧電素子は、支持膜の表面上に直接設けられる構成であってもよく、他の層を介して設けられる構成であってもよい。
本発明によれば、樹脂製基体上に支持膜が設けられ、樹脂製基体の開口部を閉塞する支持膜に圧電素子が設けられている。このような構成の超音波トランスデューサーでは、圧電素子にパルス信号を入力することで、開口部を閉塞する支持膜を振動させて、超音波を発信させることができる。また、超音波トランスデューサーは、外部からの超音波により支持膜が振動すると、圧電素子から振動に応じた電気信号を出力することができ、超音波信号を受信することができる。
そして、本発明では、樹脂製基体は、感光性を有しているため、樹脂製基体に光を照射することで、光照射部分の樹脂製基体を変質させることができ、変質された部分のみを除去することで、容易に、かつ精度の高いキャビティを形成することができる。
つまり、例えば支持膜が設けられた基板に対して、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）等を用いたエッチングを実施して開口部を形成する場合、上述したように、エッチングレートが異なっていたり、支持膜として機能させる部分をもエッチングされてしまったりすることがあり、支持膜の膜厚が均一でなくなる場合がある。これに対して、本発明では、光照射により支持膜は変質せず、光が照射された感光性の樹脂製基体のみが変質するため、開口部を形成した際に支持膜の厚みは変化せず、一様にすることができる。
したがって、本発明の超音波トランスデューサーでは、均一な膜厚寸法を有する支持膜により開口部を閉塞されることとなり、当該超音波トランスデューサーの駆動特性を安定させることができる。
本発明の超音波トランスデューサーでは、前記樹脂製基体は、可撓性を有する感光性フィルムであることが好ましい。
本発明では、樹脂製基体は感光フィルムにより構成されているため、上記発明のように、光を照射することで容易に開口部を形成することができる。
また、感光性フィルムは可撓性を有するため、当該感光性フィルムの形状を自由に変形することができる。ここで、支持膜及び圧電素子は、上述のように、超音波を受発信するため、膜上に形成される部材であり、ある程度の変形が許容された硬度に形成されている。したがって、このような感光性フィルム、支持膜、及び圧電素子により構成された本発明の超音波トランスデューサーも可撓性を有し、測定対象に応じた面形状に変形させることが可能となる。
本発明の生体センサーは、上述のような超音波トランスデューサーが複数設けられたセンサー本体と、前記センサー本体に接し、生体に対して密着可能な密着層と、を備えたことを特徴とする。
本発明の生体センサーでは、センサー本体部に上述のような超音波トランスデューサーが複数配置されている。ここで、上述したように、超音波トランスデューサーは、安定した駆動特性を有し、安定した超音波の受発信が可能である。したがって、このような超音波トランスデューサーを備えた生体センサーでは、正確な超音波の送受信により、精度の高い生体検査を実施することができる。
また、樹脂製基体として、可撓性を有する感光性フィルムを用いる場合、センサー本体部を、密着層を介して測定対象（例えば生体の皮膚等）に接触させた際に、当該センサー本体を測定対象の面形状に応じて変形させることができる。したがって、生体センサーを生体との密着度を向上させることができ、より精度の高い生体検査を実施することができる。
本発明の超音波トランスデューサーの製造方法は、支持膜の第一面に、下部電極、圧電体、及び上部電極を積層して圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記支持膜の前記第一面に、前記圧電素子を覆う補強基板を貼付する補強基板貼付工程と、前記支持膜の第一面とは反対側の第二面に、感光性を有する樹脂製基体を設ける樹脂製基体形成工程と、前記樹脂製基体に光を照射して開口部を形成する開口部形成工程と、前記補強基板を除去する除去工程とを備えることを特徴とする。
ここで、感光性の樹脂製基体としては、感光した部分が溶解するポジ型感光性樹脂であってもよく、感光した部分が残留し、感光していない部分を溶解させるネガ型感光性樹脂であってもよい。
本発明によれば、圧電素子形成工程において、支持膜の第一面上に圧電素子を形成した後、樹脂製基体形成工程により支持膜の第二面に樹脂製基体を形成し、開口部形成工程において、樹脂製基体に開口部を形成する。このような製造方法により形成された超音波トランスデューサーでは、開口部形成工程において、光を照射することで、容易に、かつ精度の高い開口部を形成することができ、駆動特性が安定した超音波トランスデューサーを製造することができる。
また、支持膜に対して補強基板を貼付することで、支持膜に樹脂製基体を形成する際、また、樹脂製基体に開口部を形成する際に、支持膜の湾曲を防止でき、樹脂製基体及び開口部の形成を精度よく実施することができる。
本発明の超音波トランスデューサーの製造方法では、前記樹脂製基体形成工程は、樹脂製基体として可撓性を有する感光性フィルムを貼付することが好ましい。
本発明によれば、上記した発明と同様に、樹脂製基体として可撓性を有する感光性フィルムを用いることで、当該製造方法において製造される超音波トランスデューサーも可撓性を有する。したがって、超音波トランスデューサーの使用用途に応じて、当該超音波トランスデューサーの面形状を自由に変形することができる。
本発明の超音波トランスデューサーの製造方法では、前記圧電素子形成工程の前に、基板の一面側に前記支持膜を構成する膜部材を成膜する成膜工程と、前記補強基板貼付工程の後で、前記樹脂製基体形成工程の前に、前記基板の前記膜部材が成膜される面とは反対側の面から当該基板を削って所定の膜厚寸法の前記支持膜を形成する支持膜調整工程と、を備えることが好ましい。
本発明では、支持膜は少なくとも成膜工程により形成された膜部材を含む膜であり、成膜工程において、基板上にこのような膜部材を成膜した後、圧電素子形成工程を実施する。したがって、圧電素子を形成する際に、基板により膜部材が湾曲せず、圧電素子を所望の位置に正確に形成することができる。
また、補強基板貼付工程の後、基板を切削・研磨等により削ることで基板の厚みを調整することで、支持膜の厚みを超音波トランスデューサーの駆動特性に応じた所望の厚み寸法に形成することができる。
本発明の超音波トランスデューサーの製造方法では、前記基板は、非透光性を有し、前記支持膜調整工程は、前記基板の一部を残して、当該基板の一部及び前記膜部材により構成された前記支持膜を形成することが好ましい。
支持膜調整工程では、基板を切削、研磨等することにより、膜部材を残して全て除去してもよい。しかしながら、膜部材が透光性を有する部材である場合では、感光性フィルムに光を照射すると、ＳｉＯ２層を透過した光が圧電素子の電極等により反射されて再び感光性フィルムに照射される場合がある。この場合、反射光により、例えば開口部の側壁部分が感光し、開口部を形成するためのマスクパターンと、実際に形成される開口部とが異なる形状となる場合がある。
これに対して、本発明では、非透光性の基板の一部を残留させて支持膜の一部として機能させる。このような構成では、残留した基板により光が遮断されるため、圧電素子側に光が透過することがなく、所望の形状の開口部を形成することができる。
本発明に係る第一実施形態のセンサーアレイの概略構成を示す断面図。 第一実施形態の超音波トランスデューサーの概略構成を示す平面図及び断面図。 第一実施形態の超音波トランスデューサーの製造方法を示すフローチャート。 図３の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）圧電素子形成工程の後の断面図であり、（Ｂ）は、補強基板貼付工程における断面図、（Ｃ）は、支持膜調整工程における断面図。 図３の各工程における超音波トランスデューサーの断面図であり、（Ａ）は、フィルム貼付工程における断面図、（Ｂ）は、開口部形成工程における断面図。 本発明の第二実施形態における生体検査装置の概略構成を示す斜視図であり、（Ａ）は、当該生体検査装置の表面を示す図、（Ｂ）は、当該生体検査装置の裏面を示す図。 第二実施形態の生体検査装置の概略構成を示す平面図及び断面図。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
［センサーアレイの構成］
図１は、本発明の第一実施形態の超音波トランスデューサーを備えたセンサーアレイの概略構成を示す断面図である。
センサーアレイ１は、図１に示すように、複数の超音波トランスデューサー１０を備えている。なお、図１では、Ｘ方向のみに超音波トランスデューサー１０が配設される例を示すが、例えばＸ方向及びＹ方向に沿って、二次元アレイ状に超音波トランスデューサー１０が配設される構成としてもよい。
図２は、超音波トランスデューサー１０の概略構成を示す断面図及び平面図である。
図２に示すように、超音波トランスデューサー１０は、開口部１１１を有する感光性フィルム１１（樹脂製基体）と、感光性フィルム１１の一面側に形成された支持膜１２と、支持膜１２上に形成された圧電素子２０とを備えている。この超音波トランスデューサー１０は、圧電素子２０に電圧を印加することで、支持膜１２を振動させて超音波の出力する装置である。なお、超音波発信用の超音波トランスデューサーを例示するが、これに限定されず、超音波を支持膜１２で受信し、圧電素子２０から振動に応じた電気信号を出力する超音波受信用の超音波トランスデューサーに対しても本発明を適用でき、超音波の送受信の双方を実施可能な超音波トランスデューサーに対しても適用できる。
また、本実施形態では、１つの超音波トランスデューサー１０の構成のみを例示するが、実際には、複数の超音波トランスデューサー１０がアレイ状に配列されて超音波トランスデューサー群を形成している。
感光性フィルム１１は、所定波長の光（例えば紫外線）に対して感光し、感光した部分が変質するフォトレジストを用いることができる。また、感光性フィルム１１としてポジ型フォトレジストを使う場合では、開口部１１１の形成位置に対して露光し、露光により劣化した部分を除去して開口部１１１が形成される。一方、感光性フィルム１１としてネガ型フォトレジストを用いる場合では、開口部１１１の形成位置以外を露光して硬化させ、露光されなかった部分を除去することで開口部１１１が形成される。本実施形態では、感光性フィルム１１として、ポジ型フォトレジストを用いる。
また、感光性フィルム１１に形成される開口部１１１は、当該感光性フィルム１１を厚み方向からみた平面視（センサー平面視）で円形状に形成されることが好ましい。これにより、開口部１１１を閉塞する支持膜１２（メンブレン１２１）において、メンブレン１２１の撓みに対する応力を均一にすることができる。また、開口部１１１の径寸法としては、超音波トランスデューサー１０から発信させる超音波の周波数に応じて適宜設定され、例えば２０〜１００μｍに形成されている。なお、本実施形態では、センサー平面視において、開口部１１１が円形である例を示すがこれに限定されず、例えば、短冊状（矩形状）に形成される構成としてもよい。
支持膜１２は、感光性フィルム１１上で、開口部１１１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜１２は、感光性フィルム１１に接するＳｉ層により形成される第一支持膜１２Ａと、ＳｉＯ２膜により形成される第二支持膜１２Ｂと、ＺｒＯ２層により形成される第三支持膜１２Ｃとの３層構造により構成されている。ここで、第二支持膜１２Ｂ層は、第一支持膜１２Ａの基板表面を熱酸化処理することで成膜することができる。また、第三支持膜１２Ｃは、第二支持膜１２Ｂ上に例えばＺｒをスパッタリングした後に熱酸化するなどの手法により成膜される。ここで、ＺｒＯ２層は、圧電素子２０を構成する圧電層２２として例えばＰＺＴを用いる場合に、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ２層（第二支持膜１２Ｂ）に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ２層（第三支持膜１２Ｃ）は、圧電層２２の歪みに対する撓み効率が向上させるなどの効果もある。
そして、支持膜１２は、開口部１１１を閉塞するメンブレン１２１を備えている。
メンブレン１２１は、圧電素子２０が積層されることで、圧電素子２０の駆動により膜厚方向に振動して超音波を出力する部分である。
圧電素子２０は、支持膜１２のメンブレン１２１において、開口部１１１に接する面とは反対側の面に形成されている。この圧電素子２０は、下部電極層２１と、圧電層２２と、上部電極層２３とを備えている。
下部電極層２１は、センサー平面視において、メンブレン１２１の内側領域に形成され、上層に圧電層２２が積層される。また、下部電極層２１の外周縁からは、下部電極線２１１が接続され、当該下部電極線２１１は、支持膜１２の外周端縁に設けられた下部電極端子（図示略）に接続されている。
圧電層２２は、下部電極層２１上に積層形成されている。この圧電層２２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を膜状に成膜することで形成される。なお、本実施形態では、圧電層２２としてＰＺＴを用いるが、電圧を印加することで、面内方向に収縮することが可能な素材であれば、いかなる素材を用いてもよく、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ３）などを用いてもよい。
そして、この圧電層２２は、下部電極層２１と、上部電極層２３とに電圧が印加されることで、面内方向に伸縮する。このとき、圧電層２２の一方の面は、下部電極層２１を介して支持膜１２のメンブレン１２１に接合されるが、他方の面には、上部電極層２３が形成されるものの、この上部電極層２３上には他の層が積層形成されないため、圧電層２２の支持膜１２側が伸縮しにくく、上部電極層２３側が伸縮し易くなる。このため、圧電層２２に電圧を印加すると、開口部１１１側に凸となる撓みが生じ、メンブレン１２１を撓ませる。したがって、圧電層２２に交流電圧を印加することで、メンブレン１２１が膜厚方向に対して振動し、このメンブレン１２１の振動により超音波が出力される。
上部電極層２３は、センサー平面視において、圧電層２２上に積層され、かつ下部電極層２１と絶縁される配置位置にパターニングされている。また、上部電極層２３の外周縁からは、上部電極線２３１が接続され、当該上部電極線２３１は、支持膜１２の外周端縁に設けられた上部電極端子に接続されている。
なお、超音波トランスデューサー１０を駆動する際に、下部電極層２１をアースし、上部電極層２３に対して所定のパルス駆動信号を入力してもよい。この場合、各超音波トランスデューサー１０の下部電極線２１１に対してそれぞれ下部電極端子を設けてもよいが、この場合、センサーアレイ１における電極線の配置が複雑化する場合がある。したがって、各超音波トランスデューサー１０の下部電極線２１１を共通電極線に結線し、この共通電極線を下部電極端子に接続する構成としてもよい。このような構成とすることで、上部電極線２３１の本数を少なくでき、センサーアレイ１の構成を簡略化できる。上部電極層２３をアースし、下部電極層２１に対して所定のパルス駆動信号を入力する場合でも同様であり、この場合、複数の上部電極線２３１を共通電極線に結線して上部電極端子に接続する構成とすることができる。
また、本実施形態では、超音波発信用のセンサーアレイ１を例示するが、例えば超音波受信用のセンサーアレイ１では、複数の超音波トランスデューサー１０を電気的に直列に接続する構成、例えば、１つの超音波トランスデューサー１０の下部電極線２１１と、この超音波トランスデューサー１０に隣り合って配置される超音波トランスデューサー１０の上部電極線２３１とを接続する構成としてもよい。このような構成では、超音波受信時に各超音波トランスデューサー１０から出力される電流が加算されることで、超音波の受信感度を向上させることができる。
［超音波トランスデューサーの製造方法］
次に、上述のような超音波トランスデューサー１０の製造方法について、図面に基づいて説明する。
図３は、超音波トランスデューサー１０の製造工程を示すフローチャートである。図４及び図５は、図２の各工程における状態を示す断面図である。
超音波トランスデューサー１０を製造するためには、まず、例えばＳｉ製の基板３１に対して成膜工程Ｓ１を実施する。
この成膜工程Ｓ１では、基板３１を熱酸化処理し、基板３１の一面側にＳｉＯ２層（第二支持膜１２Ｂ）を形成する。さらに、この第二支持膜１２Ｂ上にＺｒ層をスパッタリングにより成膜し、このＺｒ層を酸化することで第三支持膜１２Ｃを形成する。
なお、本実施形態では、基板３１の表面を酸化することで第二支持膜１２Ｂを形成するが、例えば、基板３１の表面に第二支持膜１２Ｂをスパッタリング等により積層形成してもよい。
この後、圧電素子形成工程Ｓ２を実施する。この圧電素子形成工程Ｓ２では、まず、例えばスパッタリング等により第三支持膜１２Ｃの第一膜表面１２Ｄ（本発明における支持膜の第一面を構成）上に導電層を一様に形成し、例えばフォトリソグラフィ法を用いたパターニングにより、下部電極層２１を形成する。なお、下部電極層２１を形成するための導電層としては、導電性を有する膜であれば特に素材は限定されないが、本実施形態ではTi/Ir/Pt/Tiの積層構造膜を用い、圧電体層の焼成後で例えば０．２μｍの膜厚寸法となるように形成する。
この後、第三支持膜１２Ｃ及び下部電極層２１上にＰＺＴを成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングして圧電層２２を形成する。なお、圧電層２２の成膜では、ＭＯＤ(Metal Organic Decomposition)法を用い、例えばトータル厚み寸法が１．４μｍとなるように形成する。
この後、第三支持膜１２Ｃ、下部電極層２１、及び圧電層２２上に、例えばスパッタリングなどにより導電層を均一に成膜し、例えばフォトリソグラフィ法を用いて上部電極層２３を形成する。この上部電極層２３を形成用の導電性膜は、下部電極層２１と同様に、導電性を有するいかなる素材を用いてもよい。なお、本実施形態では、Ｉｒ膜を用い、厚み寸法が例えば５０ｎｍとなるように形成する。
以上により、図４（Ａ）に示すように、第三支持膜１２Ｃ上に圧電素子２０が形成される。
圧電素子形成工程Ｓ２の後、図４（Ｂ）に示すように、第三支持膜１２Ｃの圧電素子２０が形成された第一膜表面１２Ｄ上に、圧電素子２０を覆うように補強基板３２を貼り合わせる補強基板貼付工程Ｓ３を実施する。ここで、補強基板３２は、ガラス基板３２１と、ガラス基板３２１の表面に貼設された剥離層３２２と、剥離層３２２の表面に形成され第二支持膜１２Ｂに貼り合される付される樹脂層３２３と、を備えている。
ここで、ガラス基板３２１は、後述する支持膜調整工程Ｓ４において形成される支持膜１２が、フィルム貼付工程（樹脂製基体形成工程）フィルム貼付工程Ｓ５、開口部形成工程Ｓ６において湾曲しないように補強する基板であり、支持膜１２を保持可能な強度、厚み寸法を有している。また、剥離層３２２は、ガラス基板３２１と樹脂層３２３とを接着する層であり、例えば紫外線照射により容易に破壊可能な素材により形成されている。また、樹脂層３２３は、第三支持膜１２Ｃ、圧電素子２０に対して接着可能な樹脂により形成されており、例えば紫外線硬化樹脂等により形成される。
次に、支持膜調整工程Ｓ４を実施する。この支持膜調整工程Ｓ４では、基板３１の補強基板３２が貼付された面とは反対側の面から、当該基板３１を切削、研磨することにより、図４（Ｃ）に示すように、支持膜１２の厚み寸法を調整する。具体的には、基板３１の研磨には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いる。
この時、本実施形態では、基板３１を全て切削により除去するのではなく、僅かな厚み寸法の基板３１を残すことで、支持膜１２の第一支持膜１２Ａを形成する。なお、第一支持膜１２Ａの厚み寸法としては、後述する開口部形成工程Ｓ６において光を照射した際に、照射された光が透過しない程度の厚み寸法に形成されていればよい。
そして、この支持膜調整工程Ｓ４により、切削、研磨された面が本発明の支持膜の第二面を構成する第二膜表面１２Ｅとなる。
支持膜調整工程Ｓ４の後、フィルム貼付工程Ｓ５を実施する。このフィルム貼付工程Ｓ５では、図５（Ａ）に示すように、第二膜表面１２Ｅに感光性フィルム１１をラミネータにより貼付する。ここで、本実施形態では、感光性フィルム１１としては、上述したように、ポジ型フォトレジストを用いる。
そして、フィルム貼付工程Ｓ５の後、開口部形成工程Ｓ６を実施して、図５（Ｂ）に示すように、開口部１１１を形成する。
具体的には、開口部形成工程Ｓ６では、まず、フォトリソグラフィ法等を用いて、フィルム貼付工程Ｓ５により貼付された感光性フィルム１１の表面に、開口部１１１の形成位置のみが開口するマスクパターンＭを形成する。そして、感光性フィルム１１の表面の法線方向から、当該感光性フィルム１１を劣化させて除去するための光（例えば紫外光）を照射する。そして、感光性フィルム１１のうち、感光により劣化した部分を例えば溶解液に溶解させて除去し、開口部１１１を形成する。
この時、支持膜調整工程Ｓ４において、Ｓｉ基板３１の一部により第一支持膜１２Ａが形成されているため、照射された光が第一支持膜１２Ａにより遮断され、第二支持膜１２Ｂ，第三支持膜１２Ｃ側に透過せず、開口部１１１を精度よく形成することができる。つまり、第二支持膜１２Ｂ及び第三支持膜１２Ｃは透光性を有するため、開口部形成工程Ｓ６において照射された光が透過すると、圧電素子２０の例えば下部電極層２１等により透過光が反射される。この時、感光性フィルム１１、第二支持膜１２Ｂ，第三支持膜１２Ｃはそれぞれ屈折率が異なるため、反射光が感光性フィルム１１の法線方向に対して傾斜する方向に反射される場合がある。また、圧電素子２０により透過光が乱反射される場合もある。このような反射光が感光性フィルム１１に入射すると、マスクパターンＭによりマスクされた部位の感光性フィルム１１が除去される場合があり、開口部１１１の開口形状（メンブレン１２１の平面形状）が変化してしまう。これに対して、第一支持膜１２Ａが形成されていることで、開口部１１１を形成するための光が第一膜表面１２Ｄ側に透過しないため、反射光による感光性フィルム１１の劣化がなく、マスクパターンＭにより設定された所望の位置に開口部１１１を精度よく形成することが可能となる。
この後、除去工程Ｓ７を実施することで、マスクパターンＭ及び補強基板３２を除去する。この補強基板３２の除去では、補強基板３２のガラス基板３２１側からレーザー光を照射して剥離層３２２を破壊し、ガラス基板３２１と樹脂層３２３とを分離する。この後、樹脂層３２３及びマスクパターンＭを、例えばレジスト除去用の溶液に溶解させるなどして除去する。
以上により、図１に示すような超音波トランスデューサー１０を備えたセンサーアレイ１が製造される。
［本実施形態の作用効果］
上述したような超音波トランスデューサー１０では、以下のような効果を奏することができる。
本実施形態の超音波トランスデューサー１０は、開口部１１１が形成された感光性フィルム１１と、感光性フィルム１１の開口部１１１を閉塞するメンブレン１２１を備えた支持膜１２と、支持膜１２のメンブレン１２１上に設けられた圧電素子２０と、を備えている。このような超音波トランスデューサー１０では、感光性フィルム１１が可撓性を有し、かつ、支持膜１２は、メンブレン１２１を振動させる程度の厚み寸法を有するものであるため、例えば支持膜１２を支持する支持体がシリコン基板などの半導体基板により形成される構成に比べて柔軟性を有する。したがって、超音波トランスデューサー１０は可撓性を有し、測定対象に応じて自由に面形状を変形させることができる。
また、感光性フィルム１１を用いた超音波トランスデューサー１０の製造では、開口部形成工程Ｓ６において、感光性フィルム１１に対して光を照射して開口部１１１を形成するため、例えば、シリコン基板等の半導体基板に対してエッチングを実施する場合に比べて、開口部１１１の平面形状精度や、メンブレン１２１の厚み寸法の精度を向上させることができる。つまり、半導体基板に対してエッチングを行う場合では、エッチングレートが場所によって異なり、エッチング時間の制御も困難であり、オーバーエッチングによりメンブレン１２１も僅かにエッチングされてしまう場合がある。この場合、メンブレン１２１の厚みが不均一となることが考えられる。このような場合、メンブレン１２１の振動バランスが悪化し、超音波出力値が小さくなることがあり、安定した駆動特性が得られない場合がある。また、オーバーエッチングにより、平面視において本来開口部１１１を形成したい領域の外側までエッチングされてしまうおそれもあり、この場合、メンブレン１２１から所望の周波数の超音波が発振できなくなることが考えられる。これに対して、本実施形態では、支持膜１２を支持する部材として感光性フィルム１１を用い、光照射により開口部１１１を形成するため、オーバーエッチングによる問題が生じず、均一膜厚で、所望の領域にメンブレン１２１を形成することができる。したがって、駆動特性が安定した高品質な超音波トランスデューサー１０を製造することができる。また、ＩＣＰ装置等を用いたエッチングに比べ、紫外線等の照射により容易に開口部１１１を形成することができ、製造コストを低減でき、製造効率を向上させることができる。
さらに、感光性フィルム１１を用いた超音波トランスデューサー１０では、支持膜１２に対して当該感光性フィルム１１を貼付するだけで容易に感光性フィルム１１及び支持膜１２を一体化させることができる。このため、超音波トランスデューサー１０の製造効率をより向上させることができる。
そして、本実施形態の超音波トランスデューサー１０の製造では、支持膜調整工程Ｓ４において、シリコン製の基板３１の一部を残すように切削、研磨を実施し、第一支持膜１２Ａ，第二支持膜１２Ｂ，及び第三支持膜１２Ｃを備えた支持膜１２を形成する。このような構成では、第二支持膜１２Ｂや第三支持膜１２Ｃが透光性を有する場合でも、非透過性の第一支持膜１２Ａの一部が残留して支持膜１２の一部を構成しているため、開口部形成工程Ｓ６において、支持膜１２から圧電素子２０側に光が透過しない。このため、支持膜１２を透過した光が圧電素子２０により反射されて、開口部１１１の形成位置以外の感光性フィルム１１に入射してしまう不都合を防止でき、所望の位置に精度よく開口部１１１を形成することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
本実施形態では、本発明の超音波トランスデューサーの適用装置の一例として、生体検査装置を説明する。
［生体検査装置の構成］
図６は、第二実施形態における生体検査装置の概略構成を示す斜視図であり、（Ａ）は、生体検査装置の表面側、（Ｂ）は生体検査装置の裏面側を示す図である。
図６において、生体検査装置１００は、超音波により生体内の器官である血管の状態を測定する装置である。この生体検査装置１００は、図６に示すように、装置本体１０１と、装置本体１０１に接続されるバンド１０２を備えている。そして、このような生体検査装置１００は、裏面を生体に密着させた状態でバンド１０２を締めることで生体に装着され、例えば２４時間血管の状態を監視、測定することが可能となる。
この生体検査装置１００の装置本体１０１の表面側には、図６（Ａ）に示すように、測定結果を示す表示部１０３や、生体検査装置１００を操作するための操作部１０４などが設けられている。また、装置本体１０１の裏面側には、センサー窓１０５が形成され、このセンサー窓１０５に上記第一実施形態のセンサーアレイ１を備えた生体センサー１０６が配置されている。また、装置本体１０１の内部には、各超音波トランスデューサー１０への信号の送受信、及び受信信号に基づいた血管の状態検査処理を実施する測定装置（図示略）が設けられている。
生体センサー１０６は、図７に示すように、センサーアレイ１と、センサーアレイ１の表面に設けられた密着層１０７と、センサーアレイ１を保持する枠状の補強部１０８を備えている。
密着層１０７は、生体検査装置１００を生体の皮膚に対して接触させ、バンド１０２により固定した際に、生体の皮膚に対して密着される層である。この密着層１０７は、例えばシリコーンゴムなど、音響インピーダンスが生体とほぼ同等の素材により形成されている。そして、この密着層１０７は、センサーアレイ１を構成する超音波トランスデューサー１０の圧電素子２０や下部電極線２１１や上部電極線２３１等の配線パターンなどを外圧から保護する層としても機能する。
また、センサーアレイ１は、上述したように、可撓性を有する感光性フィルム１１をベースとして構成されているため、面形状を自由に変形させることができる。したがって、密着層１０７を生体に密着させると、センサーアレイ１の面形状も変形される。これにより、各超音波トランスデューサー１０と生体との距離を略均等に維持することができ、生体検査における精度が向上する。
補強部１０８は、センサーアレイ１を保持する枠状の部材であり、例えばセンサーアレイ１の外周縁に沿って固定されている。これにより、センサーアレイ１の過剰な変形による破損等が防止される。
測定装置は、センサーアレイ１の各超音波トランスデューサー１０を制御して、超音波トランスデューサー１０から超音波を出力させる。また、生体内の血管で反射された超音波が超音波トランスデューサー１０で受信されると、測定装置は、超音波トランスデューサー１０から出力された検出信号を取得する。そして、測定装置は、超音波の発信タイミングから受信タイミングまでの時間に基づいて、血管の位置や、血流速度、血圧等を算出する。
［第二実施形態の作用効果］
上述したような生体検査装置１００の生体センサー１０６は、上記第一実施形態で説明したようなセンサーアレイ１と、センサーアレイ１の支持膜１２上に設けられる密着層１０７とを備えている。ここで、上述したように、センサーアレイ１は、可撓性を有し、任意の面形状に変形可能であるため、密着層１０７が生体の皮膚に接触して弾性変形すると、密着層１０７の変形に応じてセンサーアレイ１の面形状も変形する。このため、センサーアレイ１の面形状は、生体の皮膚に応じた形状となる。このような構成では、各超音波トランスデューサー１０と皮膚との距離が均一となるので、各超音波トランスデューサー１０から発信された超音波が生体に到達するまでの時間が同じになり、測定誤差を小さくすることができる。また、密着層１０７の変形に対してセンサーアレイ１の面形状が変化しない場合、密着層１０７からメンブレン１２１に加わる応力が一部に集中し、その箇所では、メンブレン１２１の振動が抑制されるおそれがある。これに対し、密着層１０７の変形に応じてセンサーアレイ１が変形する場合では、密着層１０７からの応力を均一に受けることができ、メンブレン１２１を良好に振動させることができる。したがって、生体センサー１０６を生体に確実に密着させるべく、生体検査装置１００を生体の測定位置に押し付けた場合でも、安定して超音波トランスデューサー１０を駆動させることができる。
［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、樹脂製基体として、可撓性を有する感光性フィルム１１を例示したが、これに限定されない。第二実施形態に示した生体センサー等に適用する場合では、生体の測定位置に応じてセンサーアレイ１を変形させるために、感光性フィルム１１が可撓性を有することが好ましいが、例えばセンサーアレイ１の面形状が固定されるものであれば、硬度が大きい樹脂製基体を用いてもよい。
また、上記実施形態では、開口部形成工程Ｓ６において、感光性フィルム１１としてポジ型感光性樹脂を用い、開口部１１１の形成位置に対して紫外線を照射して感光させ、感光部分を除去する手法を例示したが、これに限らない。例えば、感光性フィルム１１として、ネガ型感光性樹脂を用いてもよい。この場合、開口部１１１の形成位置をマスクで覆い、感光部分を変質して固着させ、感光しなかった部分を現像液により除去することで開口部１１１を形成する。このようなネガ型感光性樹脂としては、例えばMEMS用永久フォトレジスト（商品名：ＴＭＭＦ Ｓ２０００、東京応化工業株式会社製）等が挙げられる。
また、上記第一実施形態では、開口部形成工程Ｓ６において第一膜表面１２Ｄ側に光が透過されるのを防止するために、支持膜調整工程Ｓ４では、基板３１の一部を第一支持膜１２Ａとして残したが、例えば成膜工程Ｓ１において、非透光性の膜部材を成膜する場合等では、支持膜調整工程Ｓ４で基板３１の全部を切削等により除去してもよい。また、支持膜１２としては、センサーアレイ１層のみで構成される構成や、２層により構成される構成としてもよく、さらには、４層以上の膜部材により構成されていてもよい。
そして、本発明の超音波トランスデューサー１０の適用例として、第二実施形態に示すような血管の状態を検出するための生体検査装置１００に組み込まれた生体センサー１０６を例示したが、これに限定されない。例えば、肝臓等の内蔵を検査するための生体検査装置の生体センサーとして本発明の超音波トランスデューサーが用いられてもよい。
また、生体センサーに限らず、例えば、超音波により対象を洗浄する洗浄装置や、超音波により対象の位置を検査する物体検知センサー等、超音波の発信及び受信、又はその双方を実施するいかなる装置にも適用することができる。
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形および改良を加えることができるものである。
１０…超音波トランスデューサー、１１…感光性フィルム（樹脂製基体）、１１１…開口部、１２…支持膜、２０…圧電素子、２１…下部電極層、２２…圧電層、２３…上部電極層、３１…基板、３２…補強基板、１０６…生体センサー、１０７…密着層、Ｓ１…成膜工程、Ｓ２…圧電素子形成工程、Ｓ３…補強基板貼付工程、Ｓ４…支持膜調整工程、Ｓ５…フィルム貼付工程（樹脂製基体形成工程）、Ｓ６…開口部形成工程、Ｓ７…除去工程。

Claims (6)

  1. 開口部が設けられ、可撓性を有する感光性フィルムと、
    前記感光性フィルムの前記開口部を閉塞する支持膜と、
    前記支持膜のうち前記開口部を閉塞する領域に設けられた圧電素子と、
    を具備したことを特徴とした超音波トランスデューサー。
  2. 請求項１に記載の超音波トランスデューサーが複数設けられたセンサー本体と、
    前記センサー本体に接し、生体に対して密着可能な密着層と、
    を備えたことを特徴とする生体センサー。
  3. 開口部が設けられた樹脂製基体と、
    前記樹脂製基体の前記開口部を閉塞する支持膜と、
    前記支持膜のうち前記開口部を閉塞する領域に設けられた圧電素子と、
    を具備した超音波トランスデューサーが複数設けられたセンサー本体と、
    前記センサー本体に接し、生体に対して密着可能な密着層と、
    を備えたことを特徴とする生体センサー。
  4. 支持膜の第一面に、第１電極、圧電体、及び第２電極を有する圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
    前記支持膜の前記第一面に、前記圧電素子を覆う補強基板を貼付する補強基板貼付工程と、
    前記支持膜の第一面とは反対側の第二面に、可撓性を有する感光性フィルムを貼付する感光性フィルム形成工程と、
    前記感光性フィルムに光を照射して開口部を形成する開口部形成工程と、
    前記補強基板を除去する除去工程と
    を備えたことを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
  5. 請求項４に記載の超音波トランスデューサーの製造方法において、
    前記圧電素子形成工程の前に、基板の一面側に前記支持膜を構成する膜部材を成膜する成膜工程と、
    前記補強基板貼付工程の後で、前記感光性フィルム形成工程の前に、前記基板の前記膜部材が成膜される面とは反対側の面から当該基板を削って所定の膜厚寸法の前記支持膜を形成する支持膜調整工程と、
    を備える
    ことを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
  6. 請求項５に記載の超音波トランスデューサーの製造方法において、
    前記基板は、非透光性を有し、
    前記支持膜調整工程は、前記基板の一部を残して、当該基板の一部及び前記膜部材により構成された前記支持膜を形成する
    ことを特徴とする超音波トランスデューサーの製造方法。
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