JP6606034B2 - 容量検出型超音波トランスデューサおよびそれを備えた超音波撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、容量検出型超音波トランスデューサおよびそれを備えた超音波撮像装置に関する。

従来、超音波撮像装置の探触子には、電気音響交換素子としてＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛)等に代表される圧電セラミックスが用いられてきたが、近年、圧電セラミックスよりも広い帯域特性を有する容量検出型超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)が注目され、研究開発が進められている（特許文献１）。

容量検出型超音波トランスデューサは、半導体基板上に絶縁膜で覆われた空洞部を有しており、空洞部の下側には下部電極が配置され、上側には上部電極を含む振動膜（ダイヤフラム）が配置される。

容量検出型超音波トランスデューサの動作原理について説明する。下部電極と上部電極との間に電圧を印加し、電位差を生じさせることによって、空洞上部の振動膜に静電力を発生させる。超音波を送信する時は、ＤＣバイアス電圧にＡＣ電圧を重畳して印加することにより、振動膜に加わる静電力を時間的に変動させて振動膜を振動させる。一方、超音波を受信する時は、一定のＤＣバイアス電圧が印加された状態で、振動膜の変位を上下電極間の容量変化として検出する。

容量検出型超音波トランスデューサは、シリコンウエハなどを基板として用い、半導体加工プロセスを用いて製造される。製造プロセスの最終段階では、容量検出型超音波トランスデューサの最表面に有機膜などからなる保護膜が形成され、その後、バックグラインドによる基板の薄膜化やダイシングによる個片化が行われる。

また、個片化された容量検出型超音波トランスデューサは、基板の背面側に放射される不要な超音波を吸音するためにバッキング材に貼り付けられる。バッキング材への貼り付けの際には、容量検出型超音波トランスデューサの表面が接触加圧される。次に、電気接続端子が取り付けられた後に、超音波を収束するための音響レンズが容量検出型超音波トランスデューサの表面側に取り付けられる。そして、必要に応じて電気部品を取りつけた後、探触子ケーブルとケースとを取り付けることによって超音波探触子が完成する。

特開２０１０−１５４７３４号公報

容量検出型超音波トランスデューサの表面に形成される保護膜は、振動膜に余計な質量を加え、振動膜の感度を低下させる場合がある。

その対策として、特許文献１のように、保護膜を容量検出型超音波トランスデューサの電極および配線の周辺のみに最小限に形成することによって、絶縁性を担保しつつ感度の低下を抑制することが考えられる 。

しかしながら、個片化された容量検出型超音波トランスデューサの表面を接触加圧してバッキング材に実装する際、保護膜が形成されていない領域に異物が付着すると、保護膜による緩衝効果が得られないために振動膜が異物により直接的に押され、場合によっては振動膜の破壊に至り、超音波探触子の製造歩留りを低下させる可能性がある。特に、低い周波数帯域で動作する超音波トランスデューサでは、振動膜が薄いため、破壊の確率が高くなることが懸念される。

従って、容量検出型超音波トランスデューサにおいては、振動膜の感度を低下させることなく製造歩留まりの低下を抑制する工夫が求められる。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

代表的な実施の形態による容量検出型超音波トランスデューサは、振動膜の上部の保護膜が所定の間隔の隙間を空けて配列された複数のパターンに分割されている。

代表的な実施の形態によれば、容量検出型超音波トランスデューサの振動膜の感度を低下させることなく製造歩留まりの低下を抑制することが可能となる。

実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部平面図である。 図１のＡ−Ａ’線断面図である。 実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの効果を説明する断面図である。 実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの変形例を示す断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの製造方法を示す断面図である。 実施の形態２に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部平面図である。 図６のＢ−Ｂ’線断面図である。 実施の形態２に係る容量検出型超音波トランスデューサの変形例を示す平面図である。 実施の形態２に係る容量検出型超音波トランスデューサの変形例を示す平面図である。 実施の形態３に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部断面図である。 実施の形態３に係る容量検出型超音波トランスデューサの変形例を示す要部断面図である。 実施の形態４に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部断面図である。 実施の形態５に係る超音波撮像装置の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合や、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ’線断面図である。

本実施の形態１の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａは、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１上に形成された絶縁膜１０２、下部電極１０３、絶縁膜１０４、１０６、絶縁膜１０６の一部に形成された空隙によって構成された空洞部１０５、上部電極１０７、絶縁膜１０８、１１４および保護膜１０９を備えている。また、空洞部１０５の上部の絶縁膜１０６、上部電極１０７、絶縁膜１０８、および絶縁膜１１４は、振動膜１１０を構成している。

絶縁膜１０２、１０４、１０６、１０８、１１４の材料としては、Ｓｉ_ＸＯ_Ｙ（酸化シリコン）、Ｓｉ_ＸＮ_Ｙ（窒化シリコン）、Ｓｉ_ＸＯ_ＹＮ_Ｚ（酸窒化シリコン）、Ｈｆ_ＸＯ_Ｙ（酸化ハフニウム）、Ｙ−ｄｏｐｅｄ Ｈｆ_ＸＯ_Ｙ（イットリウム−ドープド酸化ハフニウム）、Ｓｉ−ｄｏｐｅｄ Ｈｆ_ＸＯ_Ｙ（シリコン−ドープド酸化ハフニウム）、Ｌａ_ＸＴａ_ＹＯ_Ｚ（酸化ランタン＋酸化タンタル）などが挙げられる。また、それらの膜厚は、１０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲が好ましい。

空洞部１０５の高さは、１０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲が好ましい。図１は、空洞部１０５の平面形状が四角形の例を示しているが、空洞部１０５の平面形状はこれに限定されず、円形、多角形など、いかなる形状でもよい。また、空洞部１０５の平面サイズは、振動膜１１０の周波数帯域にもよるが、空洞部１０５の平面形状が四角形の場合、１辺の長さが１００ｎｍ〜１００００００ｎｍ程度の範囲であることが好ましい。

容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの感度を決める要因の一つである電気機械結合係数は、上下電極間の距離が短いほど高くなるが、距離が短すぎると上下電極間の絶縁膜が接触し絶縁破壊する、あるいは振動膜１１０の可動範囲が狭くなって十分な送信音圧が得られなくなる場合がある。従って、上下電極間の絶縁膜（絶縁膜１０４および絶縁膜１０６）の膜厚は、１０〜１０００ｎｍの範囲がより好ましく、空洞部１０５の高さは、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲がより好ましい。

下部電極１０３および上部電極１０７の材料としては、金属や高濃度不純物ドープ半導体などが選択可能であり、例えばＷ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｉ、ｐｏｌｙＳｉ、アモルファスＳｉなどが挙げられる。また、それらの膜厚は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。

保護膜１０９は、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面を接触加圧して容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａをバッキング材に貼り付ける際、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面に付着した異物に対して緩衝効果があり、振動膜１１０が異物に直接押されて破壊に至ることを防いでいる。

本実施の形態１の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａは、振動膜１１０の上部の保護膜１０９が一定間隔の隙間１１５を空けて規則的に配列された複数の孤立パターンに分割されている。

保護膜１０９の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、ポリジメチルシロキサン樹脂、パリレン樹脂、ポリメタクリル酸メチル樹脂などが挙げられる。また、その膜厚は、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面に付着した異物のサイズにもよるが、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの範囲が好ましい。保護膜１０９の孤立パターンの平面サイズは、空洞部１０５のサイズにもよるが、１０ｎｍ〜１００００００ｎｍの範囲が好ましい。

本実施の形態１では、上部電極１０７が絶縁膜１０８および絶縁膜１１４に覆われており、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａを超音波撮像装置に適用した場合、これらが被検体との絶縁性を担保する１つの要素となる。さらに、保護膜１０９に絶縁性の材料を用いれば、保護膜１０９もまた被検体との絶縁性を担保する１つの要素となる。

図１および図２に示す例では、１つの空洞部１０５に対して、下部電極１０３および上部電極１０７がそれぞれ１つずつ形成されているが、下部電極１０３および上部電極１０７はそれぞれ複数に分割されていてもよい。その場合は、分割された電極それぞれに異なる電気信号を入力することによって、振動膜１１０の形状を制御することが可能となる。また、分割された電極を並列に接続し、それぞれの電極に同様の電気信号を入力する構成としてもよい。

次に、本実施の形態１の効果について説明する。図３は、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面の一部（図１のＡ−Ａ’線に相当する部分）にサイズが異なる２種類の異物が付着している状態を示す断面図である。

第１の異物１１２は、保護膜１０９の隙間１１５の間隔よりもサイズが小さく、振動膜１１０の表面に存在している。ここで、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面の異物は、異物１１２だけであるとし、この状態で容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａを押し駒を用いて接触加圧し、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａをバッキング材に接着すると、押し駒との接触面は保護膜１０９の表面となるので、保護膜１０９の緩衝効果が作用する。この場合、振動膜１１０は、異物１１２によって直接加圧されないので、振動膜１１０が破壊する可能性は低い。

一方、第２の異物１１３は、保護膜１０９の隙間１１５の間隔よりもサイズが大きく、保護膜１０９の表面に存在している。ここで、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの表面の異物は、異物１１３だけであるとし、この状態で容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａを押し駒を用いて接触加圧し、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａをバッキング材に接着すると、押し駒との接触面は異物１１３となり、保護膜１０９の緩衝効果が作用する。この場合も、振動膜１１０は、異物１１３によって直接加圧されないので、振動膜１１０が破壊する可能性は低い。

保護膜１０９の緩衝効果を十分に得るためには、保護膜１０９の厚さおよび隙間１１５の間隔を異物のサイズに対して最適化する必要がある。すなわち、振動膜１１０に接触した異物を直接加圧することがないように、保護膜１０９の厚さを異物のサイズよりも大きくするとよい。また、異物が振動膜１１０に直接接触しないように、保護膜１０９の隙間１１５の間隔を異物のサイズよりも小さくするとよい。容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａをバッキング材に実装する工程で付着する異物のサイズを統計的に求め、保護膜１０９の厚さおよび隙間１１５の間隔を上記の関係に基づいて決定すれば、実装工程中に振動膜１１０が破壊される確率を低くすることができる。

また、バッキング材に接着された容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａに音響レンズを接着する際には、音響レンズとの接触面は、異物のサイズに応じて、保護膜１０９の表面または異物となるため、保護膜１０９の緩衝効果が作用する。この場合も、振動膜１１０は、異物によって直接加圧されないので、振動膜１１０が破壊する可能性は低い。

本実施の形態１では、保護膜１０９の孤立パターンの厚さおよび平面サイズが振動膜１１０の全面で一定であり、かつ保護膜１０９の隙間１１５の間隔も一定である場合について示した。この場合、振動膜１１０の全面において、均一な保護膜緩衝効果が得られることとなり、実装工程で付着した異物に起因して振動膜１１０が破壊される確率は低くなる。また、上述した場合とは異なり、保護膜１０９の厚さおよび平面サイズが振動膜１１０の全面で一定でなくとも、上述した効果が得られることは自明である。

図４は、保護膜１０９の隙間１１５の底部が振動膜１１０の表面に達していない例を示している。

この場合でも、上述した本実施の形態１の効果と同様の効果が得られる。また、保護膜１０９の隙間１１５に入り込んだ異物に対しても、隙間１１５の底部に存在する保護膜１０９により緩衝効果が得られる。

しかしながら、この場合は、保護膜１０９が完全には複数の孤立パターンに分割されていないので、上下電極間に電圧が印加されて振動膜１１０が変形した際に保護膜１０９の粘弾性の影響が顕著となり、変形量が安定せず、時間の経過と共に変形量が変動するクリープ変形が生じる。これにより、動作中に上下電極間の距離が短くなり、絶縁破壊が発生する可能性がある。従って、絶縁破壊を防止する観点からは、図１および図２に示す例のように、保護膜１０９を完全に分離された複数の孤立パターンで構成するのがよい。

以上のように、振動膜１１０の上部の保護膜１０９に隙間１１５を設けることによって、異物が振動膜１１０を直接加圧する可能性が低くなるため、実装工程中の振動膜１１０の破壊確率が低減され、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの実装歩留りの低下が抑制される。特に、低い周波数帯域で動作する容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａにおける薄い振動膜１１０では、実装歩留りの改善効果が大きいものと期待される。

次に、図５を用いて本実施の形態１の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａの製造方法を説明する。図５は、図１のＡ−Ａ’線断面に対応する断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上に絶縁膜１０２、下部電極１０３および絶縁膜１０４を順次堆積した後、絶縁膜１０４上に金属膜１１８を堆積し、続いて金属膜１１８を空洞部１０５の形状となるようにリソグラフィ法でパターニングする。なお、金属膜１１８に代えて半導体膜や絶縁膜などを空洞部１０５の形状となるようにパターニングしてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、絶縁膜１０４および金属膜１１８を覆うように絶縁膜１０６を堆積した後、絶縁膜１０６上に堆積した金属膜（または高濃度不純物ドープ半導体膜など）をリソグラフィ法でパターニングして上部電極１０７を形成し、続いて絶縁膜１０６および上部電極１０７を覆うように絶縁膜１０８を堆積する。

次に、図５（ｃ）に示すように、金属膜１１８の上部の絶縁膜１０８、１０６をエッチングして金属膜１１８の表面に達する空洞形成孔１１９を形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、空洞形成孔１１９内にエッチング液を注入し、金属膜１１８を溶解することによって空洞部１０５を形成した後、絶縁膜１０８の上部に絶縁膜１１４を堆積して空洞形成孔１１９を封止する。

次に、図５（ｅ）に示すように、絶縁膜１１４の上部に保護膜１０９を形成する。保護膜１０９を形成するには、絶縁膜１１４の上部に、例えば回転塗布法、あるいはスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などの気相成長法を用いて保護膜材料を堆積した後、保護膜材料が感光性を有する場合には、保護膜材料をリソグラフィ法でパターニングすることによって、隙間１１５を有する保護膜１０９を形成する。また、保護膜材料が非感光性である場合には、保護膜材料の上部に堆積した絶縁膜、金属膜、有機膜などをリソグラフィ法でパターニングし、それをマスクとして保護膜材料をエッチングすることによって、隙間１１５を有する保護膜１０９を形成する。

（実施の形態２）
図６は、本実施の形態２に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部を示す平面図、図７は、図６のＢ−Ｂ’線断面図である。

本実施の形態２の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｂと実施の形態１の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａとの相違点は、保護膜１０９の孤立パターンの配列方法である。

すなわち、実施の形態１では、保護膜１０９の孤立パターンの厚さおよび平面サイズが振動膜１１０の上部の全面で一定であり、かつ保護膜１０９の隙間１１５の間隔も一定であるが、図６および図７に示す例では、孤立パターンの厚さと平面サイズは振動膜１１０の上部の全面で一定であるが、隙間１１５の間隔は一定ではない。具体的には、振動膜１１０の周縁部の上方では保護膜１０９の数が相対的に少なく、振動膜１１０の中央部の上方では保護膜１０９の数が相対的に多い。言い換えると、振動膜１１０の周縁部の上方では孤立パターンの密度が低く、空洞部１０５の中央部の上方では孤立パターンの密度が高い。

次に、図６および図７に示す本実施の形態２の効果について説明する。本実施の形態２の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｂでは、振動膜１１０の剛性は、その周縁部で相対的に高く、中央部で相対的に低い。そのため、振動膜１１０に接触した状態の異物が接触加圧を受けた際、振動膜１１０の周縁部では変形量が小さく、破壊が発生し難いが、振動膜１１０の中央部では変形量が大きく、破壊が発生し易いことになる。

このことから、振動膜１１０の周縁部の上方で保護膜１０９のパターン密度が相対的に低くても、振動膜１１０の破壊への影響は小さいと考えられる。

一方、振動膜１１０の感度低下を抑制する観点からは、保護膜１０９の質量を低減するのがよい。すなわち、振動膜１１０の周縁部の上方で保護膜１０９のパターン密度を相対的に低くすることで、歩留りと感度の低下抑制とを両立させることができる。

また、クリープ変形の観点からも、振動膜１１０の周縁部の上方で保護膜１０９のパターン密度を相対的に低くすることが好ましいことを次に説明する。

上下電極間に電圧が印加されて振動膜１１０が凹むように変形する際、振動膜１１０の周縁部の上方の保護膜１０９には、振動膜１１０の中央部の上方の保護膜１０９よりも大きな応力が印加される。そのため、振動膜１１０の周縁部の上方の保護膜１０９の方が、振動膜１１０の中央部の上方の保護膜１０９よりもクリープ変形への寄与が大きい。

従って、本実施の形態２のように、振動膜１１０の周縁部の上方の保護膜１０９のパターン密度を相対的に低くすることによって、クリープ変形への寄与を小さくすることができる。このように、クリープ変形の観点からも、保護膜１０９のパターン密度を振動膜１１０の周縁部の上方で相対的に低くするとよい。

振動膜１１０の周縁部の上方と中央部の上方とで保護膜１０９のパターン密度を異ならせる方法は、図６および図７に示す例に限定されるものではなく、例えば図８に示すように、保護膜１０９の孤立パターンの平面サイズを振動膜１１０の周縁部の上方と中央部の上方とで異ならせてもよい。すなわち、保護膜１０９の孤立パターンの平面サイズを振動膜１１０の周縁部の上方で相対的に小さく、振動膜１１０の中央部の上方で相対的に大きくしてもよい。

上記の例では、振動膜１１０の周縁部の上方と中央部の上方とで保護膜１０９のパターン密度を異ならせたが、例えば図９に示すように、振動膜１１０の周縁部から中央部に向かって保護膜１０９のパターン密度を徐々に高くしてもよい。

以上を纏めると、保護膜１０９のパターン密度を振動膜１１０の周縁部の上方で低く、振動膜１１０の中央部の上方で高くすることによって、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｂの製造歩留りを低下させることなく、振動膜１１０の感度低下を抑制でき、さらにはクリープ変形も抑制することが可能となる。

（実施の形態３）
図１０は、本実施の形態３に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部を示す断面図である。なお、本実施の形態３に係る容量検出型超音波トランスデューサの平面形状は、実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの平面形状（図１参照）と同一であるので、その図示は省略する。

本実施の形態３の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｃと、実施の形態１、２の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａ、１１１Ｂとの相違点は、保護膜１０９の厚さが一定でないことである。すなわち、図１０に示す例では、保護膜１０９の厚さが振動膜１１０の周縁部の上方で相対的に薄く、振動膜１１０の中央部の上方で相対的に厚くなっている。

本実施の形態３の効果について説明する。実施の形態２で説明したように、実装工程中に振動膜１１０の破壊が発生する確率は、振動膜１１０の周縁部よりも中央部の方が高い。このことから、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の厚さを相対的に薄くしても振動膜１１０の破壊への影響は小さいと考えられる。一方、振動膜１１０の感度の低下を抑制する観点からは、保護膜１０９の質量を低減するのがよい。つまり、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の厚さを相対的に薄くすることにより、歩留りの低下抑制と感度の低下抑制とを両立させることができる。

さらに、クリープ変形の観点からは、実施の形態２で説明したように、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の方が振動膜１１０の中央部上方の保護膜１０９よりもクリープ変形への寄与が大きい。そのため、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の厚さを相対的に薄くすることにより、クリープ変形への寄与を小さくすることができる。このように、クリープ変形の観点からも、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の厚さを振動膜１１０の中央部上方の保護膜１０９よりも薄くするとよい。

上記の例では、保護膜１０９の厚さを振動膜１１０の周縁部上方と中央部上方とで２つに分けたが、例えば図１１に示すように、振動膜１１０の中央部から周縁部に向かって保護膜１０９の厚さを徐々に薄くしてもよい。

以上を纏めると、保護膜１０９の厚さを振動膜１１０の周縁部上方で薄く、中央部上方で厚くすることにより、容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｃの製造歩留りを低下させることなく、振動膜１１０の感度低下を抑制でき、さらにはクリープ変形も抑制することができる。

（実施の形態４）
図１２は、本実施の形態４に係る容量検出型超音波トランスデューサの要部を示す断面図である。なお、本実施の形態４に係る容量検出型超音波トランスデューサの平面形状は、実施の形態１に係る容量検出型超音波トランスデューサの平面形状（図１参照）と同一であるので、その図示は省略する。

本実施の形態４の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ｄと、実施の形態１、２、３の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃとの相違点は、振動膜１１０の周縁部上方と中央部上方とで保護膜１０９の材料が異なっていることである。すなわち、図１２に示す例では、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９Ｂは、振動膜１１０の中央部上方の保護膜１０９Ａよりもヤング率が小さい材料で構成されている。

本実施の形態４の効果について説明する。実施の形態２で説明したように、実装工程中に振動膜１１０の破壊が発生する確率は、振動膜１１０の周縁部よりも中央部の方が高い。このことから、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９Ｂのヤング率が相対的に小さくても振動膜１１０の破壊への影響は小さいと考えられる。一方、振動膜１１０の感度の低下を抑制する観点からは、保護膜１０９の剛性（＝ヤング率と断面二次モーメントの積）を低くするのがよい。つまり、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９Ｂをヤング率が相対的に小さい材料で構成することにより、歩留りの低下抑制と感度の低下抑制とを両立させることができる。

さらに、クリープ変形の観点からは、実施の形態２で説明したように、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９の方が振動膜１１０の中央部上方の保護膜１０９よりもクリープ変形への寄与が大きい。そのため、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９Ｂをヤング率が小さい材料で構成し、保護膜１０９Ｂに印加される応力（＝ヤング率と歪の積）を低減させることにより、クリープ変形を抑制することができる。このように、クリープ変形の観点からも、振動膜１１０の周縁部上方の保護膜１０９Ｂのヤング率を振動膜１１０の中央部上方の保護膜１０９Ａのヤング率より小さくするとよい。

上記の例では、ヤング率が異なる２種類の保護膜１０９Ａ、１０９Ｂを用いているが、ヤング率が異なる２種類以上の保護膜を用い、振動膜１１０の中央部から周縁部に向かって保護膜のヤング率を徐々に小さくしてもよい。

（実施の形態５）
図１３は、本実施の形態５に係る超音波撮像装置の斜視図である。本実施の形態５の超音波撮像装置２００は、超音波探触子２０２、表示部２０３、操作部２０４、信号処理部２０５、超音波送受信回路２０６を有する。

超音波探触子２０２は、被検体に接触させて被検体との間で超音波を送受波する装置である。超音波探触子２０２から超音波が被検体に送波され、被検体からの反射エコー信号が超音波探触子２０２により受波される。超音波探触子２０２には、超音波送受信回路２０６に電気的に接続された容量検出型超音波トランスデューサ２１１が内蔵されている。

信号処理部２０５は、反射エコー信号に基づいて画像（例えば、断層像や血流像）を構成する装置である。表示部２０３は、画像を表示する装置である。操作部２０４は、超音波撮像装置２００の指示装置であり、例えばキーボードやトラックボールやマウスなどの入力機器によって構成される。

本実施の形態５の超音波撮像装置２００の特徴は、超音波探触子２０２の容量検出型超音波トランスデューサ２１１として、実施の形態１〜４の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄのいずれかを用いたことにあり、これにより、高感度の超音波撮像装置２００を安価に提供することができるという効果が得られる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、実施の形態１〜４の容量検出型超音波トランスデューサ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄの構成を適宜組み合わせることもできる。

１０１ シリコン基板
１０２ 絶縁膜
１０３ 下部電極
１０４ 絶縁膜
１０５ 空洞部
１０６ 絶縁膜
１０７ 上部電極
１０８ 絶縁膜
１０９、１０９Ａ、１０９Ｂ 保護膜
１１０ 振動膜
１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ 容量検出型超音波トランスデューサ
１１２、１１３ 異物
１１４ 絶縁膜
１１５ 隙間
１１８ 金属膜
１１９ 空洞形成孔
２００ 超音波撮像装置
２０２ 超音波探触子
２０３ 表示部
２０４ 操作部
２０５ 信号処理部
２０６ 超音波送受信回路
２１１ 容量検出型超音波トランスデューサ

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された下部電極と、
   前記下部電極上に形成された第１絶縁膜の一部に設けられた空洞部と、
   前記第１絶縁膜上に形成された上部電極と、
   前記上部電極上に形成された第２絶縁膜と、
   前記第２絶縁膜上に形成された保護膜と、
   前記空洞部上の前記第１絶縁膜、前記上部電極および前記第２絶縁膜によって構成される振動膜と、
   を有し、
   前記振動膜上の前記保護膜は、所定の間隔の隙間を空けて配列された複数のパターンに分割されている、容量検出型超音波トランスデューサ。
2. 請求項１記載の容量検出型超音波トランスデューサにおいて、
   前記振動膜の周縁部の上方における前記保護膜のパターン密度は、前記振動膜の中央部の上方における前記保護膜のパターン密度よりも低い、容量検出型超音波トランスデューサ。
3. 請求項２記載の容量検出型超音波トランスデューサにおいて、
   前記振動膜の周縁部の上方における前記保護膜の平面サイズは、前記振動膜の中央部の上方における前記保護膜の平面サイズより小さい、容量検出型超音波トランスデューサ。
4. 請求項２記載の容量検出型超音波トランスデューサにおいて、
   前記振動膜の周縁部の上方における前記保護膜同士の隙間の間隔は、前記振動膜の中央部の上方における前記保護膜同士の隙間の間隔より広い、容量検出型超音波トランスデューサ。
5. 請求項１記載の容量検出型超音波トランスデューサにおいて、
   前記振動膜の周縁部の上方における前記保護膜の膜厚は、前記振動膜の中央部の上方における前記保護膜の膜厚より薄い、容量検出型超音波トランスデューサ。
6. 請求項１記載の容量検出型超音波トランスデューサにおいて、
   前記振動膜の周縁部の上方における前記保護膜のヤング率は、前記振動膜の中央部の上方における前記保護膜のヤング率より小さい、容量検出型超音波トランスデューサ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の容量検出型超音波トランスデューサを有する超音波探触子を備えた、超音波撮像装置。

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