WO2006129525A1 - 静電容量型超音波振動子とその製造方法 - Google Patents

静電容量型超音波振動子とその製造方法 Download PDF

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WO2006129525A1
WO2006129525A1 PCT/JP2006/310270 JP2006310270W WO2006129525A1 WO 2006129525 A1 WO2006129525 A1 WO 2006129525A1 JP 2006310270 W JP2006310270 W JP 2006310270W WO 2006129525 A1 WO2006129525 A1 WO 2006129525A1
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electrode
transducer
electrode pad
ultrasonic
cell
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PCT/JP2006/310270
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Hideo Adachi
Katsuhiro Wakabayashi
Kazuya Matsumoto
Ryo Ota
Masaaki Amikura
Hiroshi Ito
Mamoru Hasegawa
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Olympus Medical Systems Corp.
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Publication date
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/028—Microscale sensors, e.g. electromechanical sensors [MEMS]
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/445—Details of catheter construction

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive ultrasonic transducer.
  • An ultrasonic diagnostic method is widely used in which an ultrasonic wave is irradiated toward the inner wall of a body cavity, and its echo signal force is used to image and diagnose a state inside the body.
  • One of the equipment used for this ultrasonic diagnostic method is an ultrasonic endoscope scope (for example, Patent Document 1).
  • an ultrasonic probe is attached to the distal end of an insertion portion to be inserted into a body cavity, and this ultrasonic probe converts an electric signal into an ultrasonic wave and irradiates it into the body cavity. Receives ultrasonic waves reflected in the body cavity and converts them into electrical signals
  • a ceramic piezoelectric material PZT lead zirconate titanate
  • PZT lead zirconate titanate
  • c-MUT Capacitive Micromachmed Ultrasonic Transducer
  • a plurality of capacitive ultrasonic transducer cells are arranged in an integrated manner, and the electrical terminals of each transducer cell are connected in parallel to form a unit transducer element and serve as a drive control unit. Yes. Furthermore, a large number of the transducer elements are arranged to form an ultrasonic transducer.
  • cMUT is a force that places many cells with small surface dimensions. It is necessary that the malfunction of the cell, cell group, or element does not sacrifice a large number of cMUT cells, cell groups, or elements that do not have a malfunction, and that the operation is close to normal. No. 350701
  • a capacitive ultrasonic transducer that detects a defective cell, a defective cell group, or a defective element, and inputs and outputs only a normal cell, cell group, or element based on the detection result is provided.
  • a silicon substrate a first electrode disposed on an upper surface of the silicon substrate, and a second electrode disposed opposite to the first electrode with a predetermined gap therebetween
  • a plurality of transducer element forces consisting of a plurality of transducer cell forces connected in parallel, the membrane supporting the second electrode, and a membrane support portion supporting the membrane.
  • the acoustic transducer is a first transducer corresponding to each transducer cell, each of a plurality of transducer cell groups each including a group of the transducer cells, and at least one of each transducer element.
  • An electrode pad that is electrically connected to the first electrode; and a second electrode pad that is a ground electrode electrically connected to the second electrode. It is characterized by that.
  • a silicon substrate a first electrode disposed on an upper surface of the silicon substrate, and a second electrode disposed opposite to the first electrode with a predetermined gap therebetween And a plurality of transducer elements each including a plurality of transducer cells connected in parallel, the membrane supporting the second electrode and the membrane supporting portion supporting the membrane.
  • the method of manufacturing an acoustic transducer corresponds to at least one of each transducer cell, each of a plurality of transducer cell groups including a collection of the transducer cells, and each transducer element.
  • a first electrode pad that is electrically connected to the first electrode, and a second electrode pad that is a ground electrode electrically connected to the second electrode And is provided.
  • an intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus having an ultrasonic endoscope scope on which a capacitive ultrasonic transducer formed by arranging a plurality of ultrasonic transducer elements is mounted. Is based on the ultrasonic reception signal obtained from each ultrasonic transducer element, the position detection means for detecting the position information of the ultrasonic transducer element, and when there is a defect in the ultrasonic reception signal, Based on the pseudo-signal generation means that artificially generates an ultrasonic reception signal that complements the missing ultrasonic reception signal and the pseudo-ultrasound reception signal generated by the pseudo-signal generation means, an ultrasonic diagnostic image is constructed. And an image construction means.
  • An intracorporeal insertion type ultrasonic diagnostic apparatus having an ultrasonic endoscope scope on which a capacitive ultrasonic transducer formed by arranging a plurality of ultrasonic transducer elements is mounted.
  • a silicon substrate a first electrode disposed on an upper surface of the silicon substrate, and a second electrode disposed opposite to the first electrode and spaced apart from each other by a predetermined gap.
  • a capacitive ultrasonic transducer comprising a plurality of transducer cells connected in parallel, the membrane supporting the second electrode, and a membrane support supporting the membrane.
  • a second electrode pad that is a ground electrode electrically connected to the second electrode, a first terminal electrically connected to all the first electrode pads, and all the above A two-terminal structure comprising a second terminal electrically connected to the second electrode pad It is characterized by being composed.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a defective cell check for a cMUT element in the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a system configuration of the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the structure of the tip of the array-type ultrasonic scope in the first embodiment.
  • FIG. 4 shows an appearance of a cMUT array type ultrasonic transducer in the first embodiment.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the cMUT array type ultrasonic transducer in the first embodiment.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the cMUT element 42 in FIG. 5 (before the common signal wiring 46 and the cell row-one common signal wiring coupling electrode 45 are connected).
  • FIG. 7 shows the cMUT element 42 after the defective cell check.
  • FIG. 8A shows a cross section between A1 and A2 in FIG.
  • FIG. 8B shows a cross section between B1 and B2 in FIG.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a cross section of a part of the region 115 of the transducer cell group in FIG.
  • FIG. 13 shows the detailed configuration of FIG.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram of a defective cell check of a cMUT element in the third embodiment.
  • FIG. 16 shows a state in which all the common signal wirings 46 on the cMUT element and the cell column-one common signal wiring coupling electrode 45 are already connected in the third embodiment.
  • FIG. 17 shows a state in which a cell column-one common signal line coupling electrode 45 of a defective cell column in the third embodiment is disconnected.
  • FIG. 18 A schematic diagram of an intra-body-cavity ultrasound diagnostic apparatus including an interpolation signal processing circuit that interpolates a missing ultrasound reception signal among the ultrasound reception signals output from the transducer elements in the fourth embodiment.
  • ⁇ 19] is a diagram for explaining the function of the data complement processing unit in the fourth embodiment.
  • ⁇ 20] is a diagram for explaining the interpolation processing calculation of the data complement processing unit 205 in the fourth embodiment.
  • a defect check is performed to determine whether there is a defect in each cMUT element.
  • a method for detecting a cMUT element having no defects and connecting only the cMUT element to the electrode pad of the common signal wiring will be described.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of a defective cell check of a cMUT element in the present embodiment.
  • a cell is formed in the process before the completion of the cMUT element, and a signal input / output electrode pad is provided for each cell (or cell group) (Sl).
  • the cMUT element 300 is generally also configured with a force on a silicon substrate 309 having a cavity 305 and a membrane 303 located on top of the cavity 305.
  • a lower electrode 306 is provided at the bottom of the cavity 305.
  • the membrane 303 generally includes an upper electrode 301 that faces the lower electrode 306 and a protective film 302 that covers the upper electrode 301.
  • the cavity 305 refers to a space surrounded by the membrane 303 and the concave portion of the silicon substrate.
  • a membrane 303 including the upper electrode 301 and a silicon substrate including the lower electrode for each cavity are referred to as a cell.
  • a driving signal is transmitted to a plurality of cell groups to drive the cell groups at the same time.
  • This drive control unit is called a transducer element.
  • a signal input / output electrode pad 307 that is electrically connected to the lower electrode 306 is provided in order to expose the lower electrode 306 to the silicon substrate 309 on the membrane side. Further, the common signal wiring 308 is provided so as to be separated from the signal input / output electrode pad 307. Further, in order to expose the upper electrode 301 on the surface of the membrane 303, a common ground electrode pad 304 that is electrically connected to the upper electrode 301 is provided.
  • a defective cell check is performed for each cell (or cell group) (S2, S3).
  • the defective cell check detects whether or not a defect such as a short circuit has occurred in the cell before the signal input / output electrode pad 307 and the common signal wiring 308 are connected. Because multiple cells This is because, if the cells are short-circuited, the entire cMUT element or the entire ultrasonic transducer may be short-circuited. Therefore, various methods are used to detect whether a short circuit or other defects have occurred in the cell.
  • a cell in which a defect such as a short circuit has occurred is referred to as a defective cell.
  • the outline of the defective cell check is as follows. First, in order to apply a voltage between the upper electrode 301 and the lower electrode 306, a voltage is applied between the signal input / output electrode pad 307 and the common signal wiring 308 (S2).
  • a defective cell check there is a method of detecting whether or not a defect such as a short circuit has occurred in a cell by measuring capacitance and dielectric loss using an LCR meter or the like.
  • an electrostatic voltage is applied by bringing an LCR meter measurement probe into contact between the signal input / output electrode pad 307 and the common signal wiring 308 and applying an AC voltage. Measure capacitance and dielectric loss.
  • a DC voltage may be further applied to the AC voltage, and the capacitance and dielectric loss may be measured using an LCR meter or the like.
  • This is to support harmonic imaging diagnosis.
  • harmonic imaging it is necessary to increase the bandwidth of ultrasonic transducers.
  • the defective cell check there is a method of detecting whether a defect such as a short circuit has occurred in the cell by measuring a DC resistance using an LCR meter or the like.
  • a DC resistance is measured by applying a DC voltage.
  • the defective cell check there is a method of detecting whether or not a defect such as a short circuit has occurred in the cell by non-contact infrared temperature inspection.
  • a voltage is stored between the common signal wiring 308 and the common ground electrode pad 304.
  • the short-circuited portion there is a short-circuited portion between the upper electrode 301 and the lower electrode 306, it is known that when the voltage is applied, the short-circuited portion generates heat or glows. It is possible to perform defect inspection.
  • the defective cell check there is a method of detecting whether a defect such as a short circuit has occurred in the cell by an image inspection method using an electron beam.
  • a defect such as a short circuit has occurred in the cell by an image inspection method using an electron beam.
  • the charge accumulates (charges up) when the voltage is increased. By observing the accumulation of this charge, defective cells can be identified. It becomes possible to detect.
  • the surface of the vibrator is scanned by narrowing the electron beam.
  • the detected voltage, resistance, and the like are imaged as an accumulated charge map, and the position of the defective cell and the degree of failure are determined by the pattern of the obtained image, for example, the luminance pattern.
  • the CMUT 300 is observed using a SEM (scanning electron microscope) in a vacuum, for example.
  • SEM scanning electron microscope
  • the target SEM image can be obtained by moving the finely focused incident electron beam on the sample surface and converting the amount of secondary electrons generated into a luminance signal.
  • the EBIC method is mainly used for analyzing a junction failure inside a semiconductor.
  • the electron beam energy forms electron 'hole pairs, and the formed electrons and holes flow in the opposite direction due to the internal electric field of the depletion layer.
  • the current flowing by this internal electric field is called the electron beam induced current.
  • Electron beam excitation current is sensitive to crystal structure defects, and cell destruction caused by crystal structure defects can be evaluated by detecting this EBIC signal.
  • the image inspection method using the electron beam is not limited to the method using the SEM or the EBIC method.
  • the voltage contrast method potential difference contrast method
  • the SPECIMEN A BSORBED CURRENT method sample absorption current method
  • a known method used in a semiconductor process such as an electron beam induced current method (electron beam induced current method) or an RCI method (resistance contrast imaging method) may be used.
  • the cell-common signal wiring coupling electrode 310 is used. Forming 4).
  • the surface of the cMUT is coated with a protective film or the like (S6).
  • the upper electrode 301 is grounded, and a signal is input or output from the common signal wiring 308.
  • the electrodes are attracted to each other. In this way, the membrane 303 vibrates, ultrasonic waves are generated, and ultrasonic waves are irradiated upward in the membrane 303.
  • FIG. 2 shows the system configuration of the intra-body-cavity ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment.
  • the ultrasonic endoscope apparatus 1 includes an ultrasonic endoscope 2, an endoscope observation apparatus 3, an ultrasonic observation apparatus 4, and a monitor 5.
  • the ultrasonic endoscope 2 includes an electrostatic ultrasonic transducer described later.
  • the endoscope observation apparatus 3 includes a light source unit and a signal processing unit.
  • the light source unit supplies illumination light.
  • the signal processing unit of the endoscope observation apparatus 3 drives the imaging device at the tip of the ultrasonic endoscope, performs various signal processing on the electrical signal transmitted from the imaging device, and performs endoscopic observation. Generate video signals for images.
  • the ultrasonic observation apparatus 4 includes a signal processing unit.
  • the signal processing unit of the ultrasonic observation apparatus 4 drives an electrostatic ultrasonic transducer and performs various signal processing on the electrical signal transmitted from the electrostatic ultrasonic transducer to generate an image for an ultrasonic tomographic image. Generate a signal.
  • the monitor 5 displays an image for observation based on the video signal generated by the ultrasonic observation device 4 and the endoscope observation device 3.
  • the ultrasonic endoscope 2 includes an insertion unit 11, an operation unit 12, and a universal cord 13.
  • the insertion portion 11 is an elongated portion that is inserted into the body cavity.
  • the operation unit 12 is located on the proximal end side of the insertion unit 11.
  • the universal cord extends from the side of the operation unit 12.
  • An endoscope connector 14 connected to the endoscope observation apparatus 3 is provided at the proximal end portion of the universal cord 13.
  • An illumination connector 14a connected to the light source part of the endoscope observation apparatus 3 is provided at the distal end portion of the endoscope connector 14.
  • the side of the endoscope connector 14 is electrically connected to the signal processing unit (not shown).
  • An electrical connector 14a is provided!
  • an ultrasonic cable 15 extends from the proximal end portion of the endoscope connector 14.
  • the ultrasonic cable 15 has an ultrasonic connector 15 a that is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus 4.
  • the insertion portion 11 includes a distal end portion 6, a bending portion 7, and a flexible tube portion 8 in order from the distal end side.
  • the tip portion 6 is formed of a hard member.
  • the bending portion 7 is a freely bendable portion that is connected to the proximal end side of the distal end portion 6.
  • the flexible tube portion 8 is a portion having a small diameter and a long length that is connected to the proximal end side of the bending portion 7 and reaches the distal end side of the operation portion 12 and has flexibility.
  • the distal end portion 6 is provided with an endoscope observation portion 20 and an ultrasonic observation unit 30.
  • the endoscopic observation unit 20 includes an observation optical unit and an illumination optical unit that perform direct endoscopic observation.
  • the ultrasonic observation unit 30 arranges a plurality of ultrasonic transducer elements that transmit and receive ultrasonic waves to form an ultrasonic scanning surface.
  • the operation unit 12 is provided with an angle knob 16, an air / water supply button 17a, a suction button 17b, a treatment instrument insertion port 18, various operation switches 19, and the like.
  • the angle knob 16 controls the bending of the bending portion 7.
  • the air / water supply button 17a is a button for performing air supply and water supply operations.
  • the suction button 17b is a button for performing a suction operation.
  • the treatment instrument sputum inlet 18 is an entrance of a treatment instrument for introduction into a body cavity.
  • the various operation switches 19 are switches for various operations for switching the display image to be displayed on the monitor 5 and giving instructions such as freeze and release.
  • symbol 9 is a mouthpiece arrange
  • FIG. 3 shows the structure of the tip end portion of the ultrasonic scope using the array-type ultrasonic transducer in the present embodiment.
  • An ultrasonic observation unit 30 for performing ultrasonic observation is disposed at the distal end portion 6.
  • An endoscope observation part 21 is formed at the distal end part 6.
  • the endoscope observation section 21 is provided with a light guide opening 22, an image guide opening 23, and a forceps hole 24.
  • the image guide opening 23 constitutes an illumination optical unit that irradiates the observation site with illumination light.
  • the forceps hole 24 projects the treatment tool introduced from the treatment tool insertion port 18. It is an opening.
  • a circumferential balloon groove 25 is formed in the distal end portion 6.
  • the balloon groove 25 is for attaching a balloon (not shown) formed in a freely expandable / contractible manner with latex having ultrasonic permeability or Teflon (registered trademark) rubber, if necessary.
  • a duct opening (not shown) is provided in the vicinity of the balloon groove 25, .
  • the pipe opening is for supplying and draining water, which is an ultrasonic transmission medium, into the no-lane.
  • the light guide opening 22 includes a light guide fiber (not shown) that transmits illumination light from a light source provided in the endoscope observation apparatus 3.
  • a solid-state imaging device (not shown) that extends the signal cable is arranged.
  • the ultrasonic observation unit 30 is mainly composed of an ultrasonic transducer 31 that transmits and receives ultrasonic waves and a housing unit 32.
  • the ultrasonic transducer 31 transmits and receives ultrasonic waves.
  • the housing portion 32 accommodates the ultrasonic transducer 31 and is fixedly attached to the distal end portion 6.
  • a convex portion 32 b is provided at the tip of the housing portion 32.
  • the convex portion 32b has a circumferential balloon groove 32a for attaching the balloon as necessary.
  • the surface of cM UT31 and a part of the nosing part 32 are covered with a protective film formed of parylene (polyparaxylylene) having excellent water resistance and chemical resistance.
  • FIG. 4 shows an appearance of the cMUT array type ultrasonic transducer in the present embodiment.
  • C MUT31A in Fig. 4 is an enlargement of CMUT31 in Fig. 3.
  • cMUT31A has an array structure.
  • the CMUT 31 includes a plurality of cMUT elements 3 la, a cable connection unit 34, and a signal line 33.
  • the cMUT element 31a is an electrostatic ultrasonic transducer obtained by processing a silicon semiconductor substrate using silicon micromachining technology. This cMUT element 31a is manufactured by a silicon process, faithfully and automatically according to the operation sequence in a completely clean environment, not by hand.
  • the CMUT 31 is formed as a one-dimensional array transducer for scanning an electronic sector, for example, by arranging a plurality of cMUT elements 3la.
  • Each cMUT element composing this CMUT31 31a, 31a and signal lines 33, 33, 33 are configured to be electrically connected via a cable connection 34.
  • the signal wires 33 extending from the cable connecting portion 34 are grouped together and, for example, inserted into a sheath (not shown) that passes through the insertion portion 11, and the operation portion It extends in 12 directions and is electrically connected to the ultrasonic observation apparatus 4.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the cMUT array type ultrasonic transducer in the present embodiment. This figure is an enlarged view of a part of the surface of cMUT31 in FIG. As shown in FIG. 5, the cMUT array 41 includes elements, pads, and the like that constitute the array structure.
  • the cMUT 41 includes a plurality of cMUT elements 42, an element signal input / output electrode pad 43 and a common ground electrode pad 47 corresponding to each cMUT element 42.
  • cMUT elements 42 an element signal input / output electrode pad 43 and a common ground electrode pad 47 corresponding to each cMUT element 42.
  • the cMUT element 42 includes a plurality of cMUT cell groups 44, a common signal wiring 46, and a cell column-common signal wiring coupling electrode 45.
  • the common signal wiring 46 is disposed so as to surround the cMUT cell group 44.
  • a common cell line electrode 45 is connected to a predetermined cell line and a common signal line 4 corresponding to the cell line.
  • 6 is an electrode for coupling to 6.
  • the common ground electrode pad 47 will be described.
  • the surface of cMUT is an ultrasonic radiation surface
  • This ultrasonic radiation surface is composed of a membrane film (layer) that vibrates when a voltage is applied.
  • ground electrode layer One component of this membrane is the ground electrode layer.
  • This ground electrode layer is covered with a protective film, but an electrode pad provided on a part of the surface of the protective film to conduct with the ground electrode layer is a common ground electrode pad 47.
  • FIGS. 6 and 7 show enlarged views of the cMUT element 42 and the element signal input / output electrode pad 43 surrounded by a broken line 48 in FIG.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the cMUT element 42 in FIG. 5 (before the common signal wiring 46 and the cell column 1 common signal wiring coupling electrode 45 are connected).
  • each cMUT cell 44 has a hexagonal shape, and they are formed in a Harcam shape.
  • Common ground electrodes 55 are provided at the four corners of the cMUT element 42.
  • Common ground electrode pad 55 is upper electrode
  • Reference numeral 51 denotes a cMUT cell group in the same row (hereinafter referred to as a cell row).
  • cell The column signal input / output pad 50 is an electrode pad corresponding to each cell column 51.
  • the defective cell check is performed on a cell column basis.
  • FIG. 7 shows the cMUT element 42 after the defective cell check. Result of bad cell check
  • the cell string that is, all the cells constituting the cell string
  • the cell string signal input / output node corresponding to the cell string and the common signal wiring 46 are connected to each other by the cell string ⁇
  • the common signal wiring coupling electrode 45 is provided.
  • the cell string signal input / output canod 50c corresponding to the cell string 51c and the common communication wiring 46 are connected.
  • the cell column that is, all the cells constituting the cell column
  • the cell column signal input / output pad 50 corresponding to the cell column and the common signal wiring 46 Do not connect with.
  • FIG. 8A and 8B show cross-sectional views of FIG. Figure 8A shows the cross section between A1 and A2 in Figure 7.
  • the cMUT element here, cell row 51a
  • the cMUT element is a silicon substrate 71, a surface oxide film 72, a lower electrode (signal input / output side electrode) 73, a substrate through hole 74, an electrode pad 75, and ohmic contact diffusion.
  • the membrane 80 is a vibrating membrane fixed by an end force membrane support portion 79.
  • the membrane 80 is composed of a plurality of membrane films in the manufacturing process.
  • One of the components of the membrane 80 includes an upper electrode 82.
  • a protective film 85 is formed on the upper surface of the upper electrode 82.
  • An oxide film (SiO 2) 72 is formed on the surface (upper surface and lower surface) of the silicon substrate 71.
  • a lower electrode 73 is formed on the oxide film on the upper surface side of the silicon substrate 71.
  • a dielectric film 78 (for example, SiO 2) is formed on the lower electrode 73. Dielectric
  • the film 78 is not limited to SrTiO, SiN, barium titanate BaTiO, barium titanate '
  • a material having a high dielectric constant such as strontium, tantalum pentoxide, niobium oxide stabilized tantalum pentoxide, aluminum oxide, or titanium oxide TiO 2 may be used.
  • the electrode pad 75 provided on the bottom surface of the silicon substrate 32 is connected via a wiring (wiring formed on the inner wall of the substrate through-hole 74) formed from the lower electrode 73 to the substrate through-hole 74.
  • the electrode pad 75 is a terminal for inputting a drive signal for driving the cMUT at the time of ultrasonic transmission or outputting an ultrasonic reception signal to the ultrasonic observation device at the time of ultrasonic reception.
  • signals are input / output from the cell column signal input / output pad 50 instead of this terminal.
  • the upper electrode 82 is electrically connected to the via hole wiring 88 of the via hole 87! /.
  • the ground side electrode pad 77 is electrically connected to the bottom surface of the silicon substrate (low resistance silicon substrate) 71 via hole wiring 88 formed on the surface in the via hole 87 to connect the upper electrode 82 to GND. Let It is a pad for. As a result, the pad 77 can be used as a common ground electrode.
  • the dielectric film 78 is for increasing the capacitance between the upper electrode 82 and the lower electrode 73 with the cavity 81 interposed therebetween.
  • the ohmic contact diffusion layers 76 and 86 do not decrease the contact resistance between the ground electrode and the substrate and have rectification properties! /
  • the silicon substrate 71 is used as a ground channel on the back side of the silicon substrate 71. It is for forming a conduction path for guiding.
  • the silicon substrate 71 has a structure in which the contact resistance between the ground side electrode pad 77 and the via hole wiring 88 disposed at the bottom of the via hole 87 is reduced.
  • a cell column signal input / output pad 50 is provided on the upper surface of the lower electrode 73 shown on the left side of FIG. 8A.
  • a common signal wiring 46 is provided in the vicinity of the cell column signal input / output pad 50 across the insulating region.
  • the cell column signal input / output pad 50 and the common signal wiring 46 are electrically connected to each other by the cell column-common signal wiring coupling electrode 45.
  • the second and third cMUT cells from the left are connected to the lower electrode 73, and the first one is independent of them.
  • the lower electrode 73 is connected so as to avoid the Mick contact diffusion layer 86 and the via hole wiring (signal side) 88.
  • FIG. 8B shows a cross section between B1 and B2 in FIG.
  • FIG. 8B is a cross section corresponding to the cell row 51b of FIG.
  • the electrode pad 75 is not used because signals are input / output from the cell column signal input / output pad 50.
  • a control circuit such as a pulse generator (described later), a charge amplifier (described later), and a switch circuit is formed immediately below the cMUT element for each cMUT element (integrated cell). Since it is necessary, an electrode node is formed on the back side, and a micro control circuit is connected by a solder bump or the like.
  • FIG. 6 and FIG. 7 the force element for explaining the defective cell check for each cell column is described. It is also possible to check for defective elements at the unit level. For example, in FIG. 5, a voltage can be applied between the element signal input / output electrode pad 43 and the common ground electrode pad 47, and the defective cell check can be performed by the method using SEM or the EBIC method as described in FIG. . In this case, the wiring 52 needs to be unconnected, but if the wiring 52 is already connected, a third embodiment described later can be applied.
  • the lower electrode formed on the silicon substrate, the support portion disposed on the silicon substrate and supporting the membrane, and vibrationally displaced.
  • a capacitive ultrasonic transducer in which a plurality of capacitive ultrasonic transducer cells having a membrane (including an upper electrode) serving as an ultrasonic transmission sound source is integrated.
  • the lower electrodes and the upper electrodes are connected in parallel, and at least one check electrode pad is provided in a part of the wiring or an extended wiring part. I have.
  • the wiring for connecting to the common signal wiring is Only the check electrode pad attached to the integrated cell group confirmed to be normal by the defect check is electrically connected.
  • the electrode pad force for check is arranged on the same side as the ground electrode pad.
  • the surface on which the check electrode pad and the ground electrode pad are formed is the ultrasonic transmission / reception surface side.
  • the defect check of the integrated cell group can be performed by measuring the capacitance and dielectric loss.
  • the failure check of the integrated cell group can be performed by applying a DC bias and measuring the capacitance and dielectric loss.
  • the integrated cell group can be checked for defects by measuring the DC resistance.
  • the integrated cell group Alternatively, the cell or element can be checked for defects by non-contact infrared temperature inspection.
  • the defect check of the integrated cell group (or cell or element) may be an image inspection method using an electron beam.
  • the image inspection method using the electron beam includes potential contrast method (VCI), sample absorption current method (SAC), resistance contrast method (RCI), and electron beam induced current method (EBIC)! It may be a deviation or a combined inspection method.
  • VCI potential contrast method
  • SAC sample absorption current method
  • RCI resistance contrast method
  • EBIC electron beam induced current method
  • the entire element or the ultrasonic transducer operates in a short state. It is possible to avoid being impossible.
  • the cMUT element in which the cell groups are arranged in one direction has been described, but in this embodiment, the cMUT element or the array having different forms will be described. Except for the configuration of the cMUT element or the cMUT array, the configuration is the same as that of the first embodiment. The configuration is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the cMUT element or the cMUT array.
  • FIG. 9 shows an example of a cMUT element before the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring are connected in the present embodiment.
  • the figure shows a cMUT element in which cell groups are arranged substantially concentrically, and is a cMUT element before the cell row common signal electrode pad and the common signal wiring are connected.
  • the cMUT ultrasonic transducer 90 is a capacitive ultrasonic transducer having a circular aperture shape.
  • cMUT ultrasonic transducer 90 consists of cell groups 92 (92a— 1, 92a— 2, 92a— 3, 92a— 4, 92a— 5, 92b— 1, 92b— 2, 92b— 3, 92b— 4, 92 b -5, ... etc.) are arranged substantially concentrically.
  • the cell rows exist in the radial direction.
  • the cell row 91a is composed of senoles 92a-1, 92a-2, 92a-3, 92a-4, 92a-5, which are self-installed from a circular terminal to a central wall.
  • the area of the cell increases as it goes toward the circumference.
  • the cell column corresponding to cell column 9 la in the vicinity of cell 92a— 1 at the outermost position of cell column 91a A common signal electrode pad 93a is provided.
  • the cell column common signal electrode pad corresponding to each cell column 91 is indicated by 93.
  • the cell row 91b is composed of cells 92b-1, 92b-2, 92b-3, 92b-4, 92b-5, which are arranged from the circular end to the center.
  • a cell row common signal electrode pad 93b corresponding to the cell row 91b is provided in the vicinity of the outermost Senole 92b-1 of the Senole row 9 lb.
  • 92b-3 in the cell row 9 lb is a defective cell.
  • the other cell columns are normal cell groups like the cell column 91a. These cell rows are surrounded by a circular common signal wiring 94.
  • Common ground electrode pads 95 are provided at the four corners of the cMUT element 90.
  • the common ground electrode pad 95 is an electrode pad that is connected to the upper electrode (ground side electrode).
  • the defective cell check is performed on a cell column basis.
  • a voltage is applied between the cell column common signal electrode pad 93 and the common ground electrode pad 95 to check for defective cells (measurement of capacitance and dielectric loss, DC resistance Measurement, non-contact infrared temperature inspection, image inspection method using electron beam, etc.).
  • FIG. 10 shows an example of the cMUT element after the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring in the present embodiment are connected.
  • the cell column common signal electrode pads and the common signal wiring are connected for the cells other than the defective cell column shown in FIG.
  • the cell column common signal electrode pad 93 and the common signal wiring 94 corresponding to the cell column are connected.
  • a cell column-common signal wiring coupling electrode 100 is provided.
  • the cell column common signal electrode pad 93a corresponding to the cell column 91a is connected to the common signal wiring 94 from the cell column common signal wiring coupling electrode 100.
  • the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring 94 corresponding to the cell column Is not connected.
  • the cell column common signal corresponding to cell column 9 lb The electrode pad 93b and the common signal wiring 94 are not connected. Since the other cell columns are normal like the cell column 9 la, the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring corresponding to each cell column are connected by the cell column-common signal wiring coupling electrode 100. Speak.
  • FIG. 11 shows another example of the cMUT element before the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring are connected in the present embodiment. The same applies to FIG. 14 described later.
  • the purpose of this embodiment is to finally form a cMUT vibrator having a two-terminal structure, and the expression “element” may be replaced by the expression “vibrator” as it is. good.
  • the cMUT chip 110 is composed of eight regions obtained by dividing a circle into eight equal parts. These eight regions are separated by a boundary region 112. Each of the eight regions is further composed of three regions 111, 116, and 118 (in the figure, the radial transducer cell group is divided by the boundary line 117). Shows the area). Each of these three regions 111, 116, and 118 is a transducer cell group A, a transducer cell group B, and a transducer cell group C, respectively. Therefore, there are 24 transducer cell groups as a whole.
  • 113 is a common signal wiring of the transducer cell group A (111).
  • 114 is a common signal wiring of the transducer cell group B (116).
  • Reference numeral 119 denotes a common signal wiring of the transducer cell group C (118).
  • [0105] 122 is a common signal electrode pad of the transducer cell group A (111).
  • Reference numeral 121 denotes a common signal electrode pad of the transducer cell group B.
  • 120 is a common signal electrode pad of the transducer cell group C (119).
  • the common signal electrode pad 122 and the common signal wiring 113 are electrically connected.
  • the common communication electrode pad 121 and the common signal wiring 114 are electrically connected.
  • the common signal electrode pad 120 and the common signal wiring 119 are electrically connected.
  • the common signal wiring of each transducer cell group is electrically connected to the corresponding common signal electrode pad 122.
  • the wiring connected to the common signal wiring and the common signal electrode pad is electrically connected to the lower electrode and buried in the silicon substrate, and is not actually visible from the outside (in FIG. 11, it is on the membrane surface). This is for convenience of explanation.)
  • Reference numeral 123 denotes a connection common pad, which corresponds to the common signal wiring 46 in FIG. cm
  • Common ground electrode pads 124 are provided at the four corners of the UT chip 110.
  • the common ground electrode pad 124 is an electrode pad that is electrically connected to the upper electrode (ground side electrode).
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a cross section of a partial region 115 of the transducer cell group in FIG.
  • Resonator Senor group 115 consists of silicon substrate 131, lower electrode 132, membrane support rod 133, membrane
  • the lower electrode connecting portion 135 electrically connects the lower electrodes 136 to each other.
  • the rest of the configuration is basically the same as that described in Figure 8.
  • the rightmost part of the figure is a cross section of the common signal electrode pads 120, 121, 122.
  • FIG. 13 shows a detailed configuration of FIG.
  • the cMUT in this embodiment includes a substrate (Si, glass) 145, a first insulating layer (SiN) 146, a second insulating layer (Ta 2 O 3) 147, and a third insulating layer (SiN) 148.
  • the common signal electrode pad 151 corresponds to the common signal electrode pads 120, 121, and 122.
  • the first electrode 144 is formed on the upper surface of the substrate (Si, glass) 145.
  • a first insulating layer 146 is formed on the upper surface of the first electrode 144.
  • a lower electrode 144 is formed on the upper surface of the first insulating layer 146.
  • a second insulating layer 147 is formed on the upper surface of the lower electrode 142.
  • a third insulating layer 148 is formed on the upper surface of the second insulating layer 147.
  • a cavity 141 is formed in the third insulating layer 148.
  • An upper electrode 150 is formed on the upper surface of the third insulating layer 148.
  • a protective film 149 is formed on the upper surface of the upper electrode 150.
  • the membrane 140 includes a third insulating layer 148, an upper electrode 150, and a protective film 149.
  • a common signal electrode pad 151 penetrating the protective film 149 is provided at the right end of the cMUT in FIG.
  • a second electrode layer 152 is formed on the bottom of the common signal electrode pad 151.
  • the second electrode layer 152 and the first electrode 144 are electrically connected through the contact via hole 143.
  • the lower electrode 142 is electrically connected to the first electrode 144 through a contact via hole 143.
  • the procedure for checking a defective cell for the cMUT in Fig. 11 will be described.
  • the defective cell check is performed in units of transducer cell groups (for example, transducer cell group A, transducer cell group B, transducer cell group C).
  • transducer cell groups for example, transducer cell group A, transducer cell group B, transducer cell group C.
  • common signal electrode pads (120, 121, 122) and the common ground electrode pad 124, a defective cell check is performed in the same manner as in the first embodiment.
  • FIG. 14 shows an example of the cMUT element after the cell column common signal electrode pad and the common signal wiring are connected in the present embodiment.
  • the cell column common signal electrode pads and the common signal wiring are connected for the cells other than the defective cell column in FIG.
  • the common signal wirings 113, 114, and 119 are provided in units of the transducer cell groups A, B, and C. It is not possible to connect only the unit to the common signal wiring, and it is necessary to prevent the transducer cell group from being connected to the common signal wiring. This is the reason why the defective cell check is performed for each transducer cell group. Therefore, when there is a defective cell in a part of the transducer cell group, the transducer cell group itself is handled as a failure.
  • the transducer cell group B (116b) when some of the cells 163 in the transducer cell group B (116b) are defective cells, the transducer cell group B (116b) is defective. Therefore, the common signal electrode pad 121b and the connection common pad 123 of this transducer cell group B (116b) are not connected (the broken line 162 indicates that the common signal electrode pad 121b and the connection common pad 123 are not connected). Show the situation).
  • the common signal electrode pad 12 Oa of the transducer cell group C (116a) Connect the common connection pad 123.
  • whether to connect the common signal wiring and the signal input / output electrode pad is a force to check the abnormality occurrence status and also determine the force
  • This check is a process check, so the ground electrode pad and the signal input / output This check is facilitated by having the electrode pads on one or both sides. Further, by using the defective cell check of this embodiment, it can be used for various forms of cMUT.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram of the defective cell check of the cMUT element in the present embodiment.
  • cells are formed, signal input / output electrode pads are provided for each cell (or cell group), and all signal input / output electrode pads are connected to the common signal wiring (Sl l) .
  • S11 does not perform the defective cell check (Sll, S12) in FIG. 1, and couples the signal input / output electrode pads 307 of all cells to the common signal wiring 308 by the cell-to-cell common signal wiring coupling electrode 310. It is the state made to do.
  • a defective cell check is performed for each cell (or cell group) (S12, S13).
  • a defect such as a short circuit occurs in one of the cells V or any of them. Detect whether.
  • the non-contact infrared temperature inspection and the image inspection method using an electron beam are effective.
  • a voltage is first applied between the common signal wiring 308 and the common ground electrode pad 304 in order to apply a voltage between the upper electrode 301 and the lower electrode 306 (S2) 0
  • S2 the upper electrode 301 and the lower electrode 306
  • the voltage is measured between the common signal wiring 308 and the common ground electrode pad 304, and an infrared sensor (for example, a thermoviewer) having a microscopic function is used to generate heat or emit light on the element.
  • an infrared sensor for example, a thermoviewer
  • a defective cell can be detected by observing the spot (S13).
  • a predetermined potential is applied between the common signal wiring 308 and the common ground electrode pad 304, and detection is performed by the EBIC method.
  • a short-circuited portion has different luminance, and a defective portion can be detected.
  • FIG. 16 shows a state where all the common signal wirings 46 on the cMUT element and the cell column-one common signal wiring coupling electrode 45 are already connected in the present embodiment.
  • This figure shows a state in which the common signal wiring 46 of FIG. 6 and all the cell column signal input / output pads 50 are connected by the cell column common signal wiring coupling electrode 45.
  • a predetermined potential is applied to the silicon substrate and detection is performed by the EBIC method, only a short-circuited portion has different luminance and a defective portion can be detected.
  • FIG. 17 shows a state in which the cell line-one common signal line coupling electrode 45 of the defective cell line in the present embodiment is disconnected.
  • the cell column common communication line inter-wiring coupling electrode 45 corresponding to the cell column 171 was disconnected using the laser cutter.
  • the defective cell check in the present embodiment can be applied to all cMUTs (cells, cell groups, and elements) used in the first and second embodiments.
  • the step of forming the connection for connecting to the common wiring is performed after the step of checking the integrated cell group via the check electrode pad.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of an intracorporeal ultrasound diagnostic apparatus including an interpolation signal processing circuit that interpolates a missing ultrasonic reception signal among ultrasonic reception signals output from a transducer element according to the present embodiment. Indicates.
  • the intracorporeal ultrasound diagnostic apparatus includes a cMUT element 201, a pulse generator 202, a charge amplifier 203, an AZD conversion circuit 204, a pseudo signal generation unit 205, and an image construction unit 207.
  • the noise generator 202, the charge amplifier 203, and the AZD conversion circuit 204 are provided in each cMUT element.
  • the pulse generator 202 and the charge amplifier 203 are integrated in the immediate vicinity of the cM UT element 201, preferably on or in the silicon substrate on which the cMUT element 201 is formed.
  • the AZD conversion circuit 204 is also close to the cMUT element 201, preferably a force formed on the silicon substrate on which the cMUT element is formed.
  • the pseudo signal generation unit 205 is one of the components of the signal processing unit (not shown) on the observation device side.
  • the pseudo signal generation unit 205 includes a position detection unit 205a and a data complement processing unit 205b.
  • the signal processing unit performs various types of signal processing on the input electrical signal and generates a video signal for an ultrasonic tomographic image.
  • the pseudo signal generation unit 205 of this embodiment is one of the signal processing. .
  • the signal processing unit performs various types of signal processing including processing in the pseudo signal generation unit 205, and an image construction unit 207 constructs an ultrasonic tomographic image signal.
  • the ultrasonic tomographic image signal is output to the monitor 208, and an ultrasonic tomographic image is displayed.
  • n cMUT elements 201 are provided.
  • the pulse generator 202 is a pulser circuit for generating an electrical signal for driving the cMUT element 201.
  • the ultrasonic reception signal received by the cMUT element 201 is output to the charge amplifier 203.
  • the charge amplifier 203 has a function of performing impedance conversion (converting from high impedance to low impedance), a function of detecting charge on the electrode surface of the cMUT element 201, and a function of an amplifier.
  • impedance conversion converting from high impedance to low impedance
  • the membrane vibrates according to the intensity of the echo signal, and the charge on the upper electrode changes according to the vibration.
  • This is a function to detect
  • the ultrasonic reception signal output from the charge amplifier 203 is converted from an analog signal to a digital signal by the AZD conversion circuit 204.
  • the ultrasonic reception signal converted into the digital signal is input to the pseudo signal generation unit 205.
  • the position detection unit 205a receives an ultrasonic reception signal from each cMUT element 201.
  • the position detection unit 205a has a storage function for temporarily storing signals and a position detection function for detecting the position of the cMUT corresponding to the received ultrasonic reception signal (or the ultrasonic reception signal that could not be received).
  • the storage function of the position detection unit 205a will be described. There is a time difference in the output timing of the ultrasonic reception signal output from each cMUT element 201 for scanning, but in order to perform interpolation processing calculation in the data completion processing unit 205, the scanning timing at the same timing is used. It is necessary to generate interpolation data between ultrasonic signals. For this purpose, it is necessary to temporarily store the ultrasonic reception signals output from each cMUT element 201 and perform the complementary calculation processing all at once in a timed manner. For this purpose, the position detection unit 205a temporarily stores the ultrasonic reception signal until the time phases of the ultrasonic reception signal are aligned.
  • the position detection function of the position detection unit 205a will be described.
  • the signal line and cMUT element described in Fig. 4 are connected 1: 1, and it is possible to specify which cMUT element the ultrasonic reception signal transmitted through that signal line corresponds to.
  • the data complementing processing unit 205 stores the positional information of the cMUT element in advance (for example, the coordinates of transducer elements arranged in a matrix on the ultrasonic transducer). Therefore, the position information of the specified cM UT element can be acquired.
  • the position detection unit 205a can recognize the position information of the cM UT element 201 corresponding to each ultrasonic reception signal. Therefore, the adjacent relationship of the cMUT elements corresponding to each ultrasonic reception signal can also be recognized.
  • the ultrasonic reception signal output from the position detection unit 205a is input to the data complementing processing unit 205b.
  • the data interpolation processing unit 205b performs data interpolation processing on the ultrasonic wave reception signal that is lost due to a defective element among the ultrasonic wave reception signals, and outputs the ultrasonic wave reception signal 206 subjected to the interpolation process.
  • FIG. 19 is a diagram for explaining the function of the data supplement processing unit 205b in the present embodiment. As described above, each cMUT element 201 receives an ultrasonic wave reception signal S 1,.
  • cMUT201 is defective. In this case, the i-th cMUT element 201 does not output.
  • the data interpolation processing unit 205b receives the ultrasonic reception signal from each cMUT element 201, and outputs the received signal as it is.
  • the received ultrasonic reception signal S the received ultrasonic reception signal S
  • the i-th cMUT element 201 is a defective element and thus is input to the data supplement processing unit 205b. It is missing. Therefore, the data complementing processing unit 205b generates a pseudo signal corresponding to the missing ultrasonic signal S through interpolation processing.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the interpolation processing calculation of the data supplement processing unit 205b in the present embodiment.
  • the horizontal axis shows the cMUT elements 201 up to the first force nth.
  • the vertical axis represents the voltage of the ultrasonic reception signal input to the data interpolation processing unit 205b, and indicates the voltage of the ultrasonic reception signal corresponding to the cMUT element 201.
  • ultrasonic reception signals corresponding to the first to n-th cMUT elements 201 are input to the data supplement processing unit 205b. Therefore, the data complementing processing unit 205b generates a pseudo signal corresponding to the ultrasonic reception signal to be output from the i-th cMUT element 201 by interpolation.
  • the detecting means for detecting the position of the abnormal vibrator element, the means for generating the pseudo vibrator element at the position, and the pseudo information from the pseudo vibrator element are used.
  • the pseudo information is information obtained by averaging information from normal vibrator elements adjacent to the periphery of the position of the abnormal vibrator element. Further, the pseudo information may be information obtained by interpolating information from the normal transducer element nearest to the periphery of the position of the abnormal vibrator element and information from the next adjacent normal transducer element. .
  • extrapolation (extrapolation) processing that is not limited to interpolation (interpolation) processing may be performed.
  • an ultrasonic diagnostic image can be generated by complementing the ultrasonic reception signal even if an ultrasonic reception signal corresponding to the defective element is not obtained, the ultrasonic diagnostic image can be generated. Image quality can be reduced as much as possible.
  • a defective cell, a defective cell group, or a defective element is detected, and only the defective cell, defective cell group, or normal cell, cell group, or element other than the defective element is detected. Since it can be connected to the signal input / output line, it is possible to prevent the entire element or the entire ultrasonic transducer from being short-circuited and becoming inoperable.

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Abstract

　シリコン基板と、シリコン基板の上面に配設された第１の電極と、第１の電極と対向した第２の電極を含むメンブレンと、メンブレン支持部とからなる複数の振動子セルから構成された複数の振動子エレメントから構成される静電容量型超音波振動子は、前記第１の電極と電気的に接続され、前記各振動子セル、所定数の該振動子セル群のそれぞれ、及び前記各振動子エレメントのうち少なくともいずれか１つに対応する第３の電極と、前記第２の電極と電気的に接続された接地電極である第４の電極とを備える。

Description

静電容量型超音波振動子とその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、静電容量型超音波振動子に関する。
背景技術
[0002] 体腔内壁に向けて超音波を照射し、そのエコー信号力 体内の状態を画像ィ匕して 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（例えば、特許文献 1)。
[0003] 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
[0004] 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）が使用されてきた力 シリコンマイクロマシー ユ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 Micromachmed Ultrasonic Transducer 、 c— MUTと 称する））が注目 ^^めて 、る。これは、マイクロマシン（MEMS： Micro Electro - Mechanical System,超小型電気的 ·機械的複合体）と総称される素子の 1つで ある。
[0005] cMUTは、複数の静電容量型超音波振動子セルが集積配置され、各振動子セル の電気端子は並列に接続されて、単位の振動子エレメントを構成し駆動制御単位と なっている。更に該振動子エレメントが多数配列し、超音波振動子が構成されている
[0006] し力しながら、多数の静電容量型超音波振動子セル、セル群、またはエレメントが 並列接続されているので、そのうちの 1つでもショートすると、エレメント全体または超 音波振動子全体がショート状態となり、動作不能となる。
[0007] また、 cMUTは小さな表面寸法のセルを多数配置させている力 小数の cMUTセ ル、セル群、またはエレメントの不具合が、不具合の起きていない多数の cMUTセル 、セル群、またはエレメントを犠牲にせず、通常に近い動作をさせることが必要である 特許文献 1：特開 2004— 350701号公報
発明の開示
[0008] 本発明では、不良セル、不良セル群、または不良エレメントを検出して検出結果に 基づいて、正常なセル、セル群、またはエレメントのみ信号入出力する静電容量型超 音波振動子を提供する。
[0009] 本発明にかかる、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 なる並列接続される複数の振動子セル力 なる振動子エレメントの複数力 構成され る静電容量型超音波振動子は、前記各振動子セル、該振動子セルの集まりからなる 複数の振動子セル群のそれぞれ、及び前記各振動子エレメントのうち少なくともいず れカゝ 1つに対応する第 1の電極パッドであって前記第 1の電極と電気的に接続される 該第 1の電極パッドと、前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の 電極パッドと、を備えることを特徴とする。
[0010] 本発明にかかる、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 る並列接続される複数の振動子セルからなる振動子エレメントの複数から構成される 静電容量型超音波振動子の製造方法は、前記各振動子セル、該振動子セルの集ま りからなる複数の振動子セル群のそれぞれ、及び前記各振動子エレメントのうち少な くともいずれ力 1つに対応する第 1の電極パッドであって前記第 1の電極と電気的に 接続される該第 1の電極パッドと、前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極で ある第 2の電極パッドと、を設けることを特徴とする。
[0011] 本発明にかかる、複数の超音波振動子エレメントを配列してなる静電容量型超音 波振動子を実装した超音波内視鏡スコープを有する体腔内挿入型超音波診断装置 は、前記各超音波振動子エレメントから得られた超音波受信信号を基に、該超音波 振動子エレメントの位置情報を検出する位置検出手段と、前記超音波受信信号に欠 損がある場合、この欠損した超音波受信信号を補完する超音波受信信号を擬似的 に生成する擬似信号生成手段と、前記擬似信号生成手段により生成された擬似超 音波受信信号に基づいて、超音波診断画像を構築する画像構築手段と、を備えるこ とを特徴とする。
[0012] 複数の超音波振動子エレメントを配列してなる静電容量型超音波振動子を実装し た超音波内視鏡スコープを有する体腔内挿入型超音波診断装置は、前記静電容量 型超音波振動子により得られた超音波受信信号に基づいて超音波診断画像を構築 する画像構築手段と、前記超音波診断画像に基づ ヽて輝度が異常な領域を画像処 理によって検出する異常領域検出手段と、前記検出された異常な領域を画像処理 により輝度補正する輝度補正手段と、を備えることを特徴とする。
[0013] 本発明にかかる、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 なる並列接続される複数の振動子セルからなる静電容量型超音波振動子は、前記 振動子セルの集合からなる振動子セル群が複数存在し、該各振動子セル群に対応 する第 1の電極パッドであって前記第 1の電極と電気的に接続される該第 1の電極パ ッドと、前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の電極パッドと、前 記全ての第 1の電極パッドと電気的に接続される第 1の端子と、前記全ての第 2の電 極パッドと電気的に接続される第 2の端子と、を備える 2端子構造で構成されているこ とを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]第 1の実施形態における cMUTエレメントの不良セルチェックの概念図である。
[図 2]第 1の実施形態における体腔内超音波診断装置のシステム構成を示す。
[図 3]第 1の実施形態におけるアレイ型超音波スコープの先端部の構造を示す。
[図 4]第 1の実施形態における cMUTアレイ型超音波振動子の外観を示す。
[図 5]第 1の実施形態における cMUTアレイ型超音波振動子の拡大図を示す。 [図 6]図 5の cMUTエレメント 42の拡大図（共通信号配線 46とセル列一共通信号配 線間結合電極 45とが結線される前）を示す。
[図 7]不良セルチェック後の cMUTエレメント 42を示す。
[図 8A]図 7の A1— A2間の断面を示す。
[図 8B]図 7の B1— B2間の断面を示す。
圆 9]第 2の実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結線 される前の cMUTエレメントの一例を示す。
圆 10]第 2の実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結線 された後の cMUTエレメントの一例を示す。
圆 11]第 2の実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結線 される前の cMUTエレメントの別の一例を示す。
[図 12]図 11の振動子セル群の一部の領域 115の断面の模式図を示す。
[図 13]図 12の詳細な構成を示す。
圆 14]第 2の実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結線 された後の cMUTエレメントの別の一例を示す。
[図 15]第 3の実施形態における cMUTエレメントの不良セルチェックの概念図である
[図 16]第 3の実施形態における cMUTエレメント上の全ての共通信号配線 46とセル 列一共通信号配線間結合電極 45とが既に結線されている状態を示す。
[図 17]第 3の実施形態における不良セル列のセル列一共通信号配線間結合電極 45 を断線した状態を示す。
圆 18]第 4の実施形態における振動子エレメントから出力される超音波受信信号のう ち欠損した超音波受信信号を補間する補間信号処理回路を備える体腔内超音波診 断装置の模式図を示す。
圆 19]第 4の実施形態におけるデータ補完処理部の機能を説明するための図である 圆 20]第 4の実施形態におけるデータ補完処理部 205の補間処理計算を説明する ための図である。 発明を実施するための最良の形態
[0015] <第 1の実施形態 >
本実施形態では、 cMUT製造の最終工程に近い工程で、各 cMUTエレメントの電 極パッドと共通信号配線とを結線する前に、各 cMUTエレメントに不具合がな ヽか否 かの不具合チェックを行い、不具合がない cMUTエレメントを検出して、その cMUT エレメントのみを共通信号配線の電極パッドと結線する方法について説明する。
[0016] 図 1は、本実施形態における cMUTエレメントの不良セルチェックの概念図である。
まず、 cMUTエレメントの完成前のプロセスで、セルを形成し、セル（またはセル群） 毎に信号入出力電極パッドを設ける（Sl)。
[0017] SIの工程について説明する。 cMUTエレメント 300は、概して、キヤビティ（空隙部 ) 305を有するシリコン基板 309のと、そのキヤビティ 305の上部に位置するメンブレ ン 303と力も構成される。キヤビティ 305の底部には下部電極 306が設けられている。 メンブレン 303は、概して、下部電極 306に対向する上部電極 301と、その上部電極 301を被覆する保護膜 302とから構成される。
[0018] キヤビティ 305は、メンブレン 303とシリコン基板の凹部とで囲まれた空間のことをい う。そして、このキヤビティ毎の、上部電極 301を含むメンブレン 303と、下部電極を含 むシリコン基板をセルという。図 1では、セルが 1個だけであるが、実際は無数のセル がシリコン基板上に設けられている。
[0019] また、複数のセル群に対して駆動信号を送信して同時にそのセル群を駆動させる 力 この駆動制御単位を振動子エレメントという。
上記が主な cMUTの構成である力 さらに、下部電極 306をメンブレン側のシリコン 基板 309に露出させるために、下部電極 306と導通されている信号入出力電極パッ ド 307を設ける。さらに、信号入出力電極パッド 307には離間させる様に、共通信号 配線 308を設ける。また、上部電極 301をメンブレン 303表面に露出させるために、 上部電極 301と導通して ヽる共通接地電極パッド 304を設ける。
[0020] 次に、各セル（またはセル群）毎に不良セルチェックを行う（S2, S3)。不良セルチ エックとは、信号入出力電極パッド 307と共通信号配線 308とが結線される前に、セ ルに短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する。なぜなら、複数のセル同 士は並列接続されているため、いずれかのセルが短絡していると、 cMUTエレメント 全体または超音波振動子全体が短絡してしまう恐れがあるからである。そこで種々の 方法により、セルに短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する。なお、以下 では、短絡等の不具合が生じたセルを不良セルという。
[0021] 不良セルチェックの概要は以下の通りである。まず、上部電極 301と下部電極 306 間に電圧をかけるため、信号入出力電極パッド 307と共通信号配線 308間に電圧を 加える（S2)。
[0022] このとき、上部電極 301と下部電極 306間で短絡している箇所があれば、その箇所 だけ静電容量と誘電損失、または直流抵抗が異なる、または電圧を加えても電荷が 溜まらな ヽ（チャージアップしな！、）。
[0023] よって、信号入出力電極パッド 307と共通信号配線 308間に電圧を加えて、上部 電極 301と下部電極 306間での、静電容量と誘電損失、直流抵抗、または電荷の溜 り具合を測定することにより、不良セルを検出することができる（S3)。
[0024] 不良セルチェックの一例としては、 LCRメータ等を用いて静電容量と誘電損失を測 定することにより、セルに短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する方法が ある。この方法では、上部電極 301と下部電極 306間に電圧をかけるため、信号入 出力電極パッド 307と共通信号配線 308間に LCRメータの測定プローブを接触させ て交流電圧を印加することにより、静電容量と誘電損失を測定する。
[0025] なお、上記の交流電圧にさらに直流電圧（DCバイアス）を印加させて、 LCRメータ 等を用いて静電容量と誘電損失を測定してもよい。これは、ハーモニックイメージング 診断に対応するためである。ハーモニックイメージングには、超音波振動子の広帯域 化が必要となる。そのために、 cMUTに対して、高電圧パルスの印加だけでなぐ高 い直流バイアス電圧を重畳させる必要がある。直流バイアス電圧の印加によって初め て振動子セルの破壊が起こる可能性があるからである。
[0026] また、不良セルチェックの別の一例としては、 LCRメータ等を用いて直流抵抗を測 定することにより、セルに短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する方法が ある。この方法では、上部電極 301と下部電極 306間に電圧をかけるため、信号入 出力電極パッド 307と共通信号配線 308間に LCRメータの測定プローブを接触させ て直流電圧を印加することにより、直流抵抗を測定する。
[0027] また、不良セルチェックの別の一例としては、非接触赤外線温度検査によりセルに 短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する方法がある。まず、共通信号配 線 308と共通接地電極パッド 304間に電圧をカ卩える。このとき、上部電極 301と下部 電極 306間で短絡している箇所があれば電圧を加えると、その短絡部分が発熱した り、光ったりする現象が公知であり、この現象を用いて短絡等の不具合検査を行うこと が可能である。
[0028] よって、共通信号配線 308と共通接地電極パッド 304間に電圧をカ卩えて、顕微機 能を持った赤外線画像センサ（例えば、サーモビューァ)及び顕微鏡を用いて、エレ メント上で発熱したり発光したりしている箇所を画像観察することにより、不良セルを 検出することができる。
[0029] また、不良セルチェックの別の一例としては、電子ビームを用いた画像検査法により 、セルに短絡等の不具合が生じていないかどうかを検出する方法がある。ここでは、 上部電極 301と下部電極 306間で短絡している箇所がなければ電圧をカ卩えると電荷 が溜まる（チャージアップする）ので、この電荷の溜り具合を観察することにより、不良 セルを検出することが可能となる。
[0030] この方法は、半導体プロセスで用いられているように、電子ビームを絞って振動子 表面を走査する。その走査の結果、検出された電圧や抵抗等を蓄積電荷マップとし て画像ィ匕し、得られた画像のパターン等、例えば輝度パターンにより不良セルの位 置と不良の程度を判断する。
[0031] S2及び S3の工程の例としては、例えば、真空中で SEM (走査型電子顕微鏡）を用 いて、 CMUT300を観察する。 SEMを用いて、試料に電子ビームを照射すると、そ の試料表面から 2次電子が発生する。細く絞られた入射電子ビームを試料表面に走 查させ、発生した 2次電子量を輝度信号に変換すると目的の SEM像を得ることがで きる。
[0032] SEMを用いると、短絡して!/、な 、正常なセルであれば、チャージアップして輝度の 高い SEM像を得ることができる。し力し、不良セルの場合には、チャージアップせず 、 SEM像は低輝度となる。 [0033] また、 S2及び S3の工程の別の例としては、例えば、 EBIC (Electron Beam Ind uced Current：電子ビーム誘起電流法)を用いることで、電位状態の異なりを画像 情報として検出することが可能である。
[0034] EBIC法は、主に半導体内部の接合不良解析で用いられる。電子ビームのェネル ギ一により電子 'ホールペアが形成され、形成された電子とホールは空乏層の内部 電界によって逆向きに流れる。この内部電界によって流れる電流は電子ビーム誘起 電流と呼ばれている。電子ビーム励起電流は結晶構造欠陥に敏感で、この EBIC信 号を検出することで結晶構造欠陥に起因するセル破壊を評価することができる。
[0035] シリコン基板の信号入出力電極パッド 307と共通信号配線 308間に電位を印加し て、 EBIC法により画像を取得すると、電位の異なる導体は異なるコントラストになるの で、短絡して ヽるセル部分 (不良セル）とそうでな!、部分 (正常なセル）とを判別するこ とがでさる。
[0036] なお、電子ビームを用いた画像検査法は、 SEMを用いる方法または EBIC法に限 定されず、例えば、 voltage contrast法（電位差コントラスト法）、 SPECIMEN A BSORBED CURRENT法（試料吸収電流法）、 Electron beam induced cur rent法 (電子ビーム誘起電流法）、 RCI法 (抵抗コントラストイメージング法)等の、半 導体プロセスで用いられる公知の方法で行ってもよ 、。
[0037] 不良セルチェックの結果、正常なセルが検出された場合には、信号入出力電極パ ッド 307と共通信号配線 308とを導通させるために、セル-共通信号配線間結合電 極 310を形成する 4)。
[0038] 不良セルチェックの結果、不良セルが検出された場合には、そのセルについて、 S 4の処理は行わない（S5)。すなわち、信号入出力電極パッド 307と共通信号配線 3 08と結線させない。
[0039] このようにして、 1つのセルについての不良チェックが終了する。全てのセルについ て、 S2〜S5を行うことにより、正常なセル (またはセル群）の信号入出力電極パッド 3 07のみが共通信号配線 308と結合される。
[0040] 最終工程として、 cMUTの表面を保護膜等で被覆等を行う (S6)。そして、上部電 極 301を接地して、共通信号配線 308から信号を入力したり、出力したりする。そうす ると、上部電極 301と下部電極 306の一対の電極に電圧をかけることで電極間が引 つ張りあい、電圧を 0にすると元に戻る。この様にメンブレン 303が振動し、超音波が 発生し、メンブレン 303の上方向に超音波が照射される。
[0041] 本発明により、検出された不良セルは単に動作しないというのみで他の正常な振動 子セルへの被害を抑えることができるため、エレメント全体または超音波振動子全体 がショート状態となって動作不能となることを回避することができる。
[0042] 次に、本実施形態の詳細を説明する。
図 2は、本実施形態における体腔内超音波診断装置のシステム構成を示す。超音 波内視鏡装置 1は、超音波内視鏡 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。
[0043] 超音波内視鏡 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 、光源部と信号処理部とを備える。光源部は、照明光を供給する。内視鏡観察装置 3 の信号処理部は、超音波内視鏡の先端部にある撮像素子を駆動させて、その撮像 素子から伝送される電気信号について、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。
[0044] 超音波観測装置 4は、信号処理部を備える。超音波観測装置 4の信号処理部は、 静電型超音波トランスデューサを駆動させて、そ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について各種信号処理を行って超音波断層像用の映像信号 を生成する。モニタ 5は、この超音波観測装置 4及び内視鏡観察装置 3で生成された 映像信号を基に観察用画像を表示する。
[0045] 超音波内視鏡 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。
[0046] ユニバーサルコード 13の基端部には、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 側部には信号処理部に電気接続される図示しな!ヽ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!/、る。
[0047] また、この内視鏡コネクタ 14の基端部からは、超音波ケーブル 15が延出している。
超音波ケーブル 15は、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。
[0048] 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
[0049] 先端部 6には、内視鏡観察部 20と、超音波観察ユニット 30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 30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!ヽる。
[0050] 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、各種操作スィッチ 19等が設けられている。アングルノブ 16は、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。
[0051] 吸引ボタン 17bは、吸引操作を行うためのボタンである。処置具揷入口 18は、体腔 内に導入するための処置具の入り口である。各種操作スィッチ 19は、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 種操作のスィッチである。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
[0052] 図 3は、本実施形態におけるアレイ型超音波振動子を用いた超音波スコープの先 端部の構造を示す。先端部 6には、超音波観察を行うための超音波観察ユニット 30 が配置されている。また、先端部 6には、内視鏡観察部 21が形成されている。
[0053] この内視鏡観察部 21には、ライトガイド開口部 22、イメージガイド開口部 23、鉗子 孔 24が設けてある。イメージガイド開口部 23は、観察部位に照明光を照射する照明 光学部を構成する。鉗子孔 24は、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。
[0054] 先端部 6には、周状のバルーン溝 25が形成されている。バルーン溝 25は、超音波 透過性を有するラテックスやテフロン (登録商標)ゴム等で膨縮自在に形成されたバ ルーン（不図示）を必要に応じて取り付けるためのものである。また、このバルーン溝 25近傍には、管路開口（不図示）が設けられている。管路開口は、ノ レーン内へ超 音波伝達媒体である水等の給排水を行うためのものである。
[0055] なお、ライトガイド開口部 22には、内視鏡観察装置 3に設けられている光源部から の照明光を伝送するライトガイドファイバ (不図示）が含まれている。イメージガイド開 口部 23の結像位置には、信号ケーブルを延出する固体撮像素子 (不図示）が配置さ れている。
[0056] 超音波観察ユニット 30は、超音波の送受信を行う超音波トランスデューサ 31と、ハ ウジング部 32とで主に構成されている。超音波トランスデューサ 31は、超音波の送受 信を行う。ハウジング部 32は、超音波トランスデューサ 31が収納されて先端部 6に取 付け固定されている。
[0057] なお、ハウジング部 32の先端部には、凸部 32bが設けられている。凸部 32bは、バ ルーンを必要に応じて取り付けるための周状のバルーン溝 32aを有する。また、 cM UT31の表面及びノヽウジング部 32の一部は、耐水性、耐薬品性に優れたパリレン（ ポリパラキシリレン)等で形成された保護膜で被覆されて 、る。
[0058] 図 4は、本実施形態における cMUTアレイ型超音波振動子の外観を示す。図 4の c MUT31Aは、図 3の CMUT31を拡大したものである。同図に示すように、 cMUT3 1Aは、アレイ構造を有している。
[0059] CMUT31は、複数の cMUTエレメント 3 laと、ケーブル接続部 34と、信号線 33より 構成される。 cMUTエレメント 31aは、シリコンマイクロマシーユング技術を用いて、シ リコン半導体基板を加工した静電型超音波トランスデューサである。この cMUTエレ メント 31aは、手作業によらず、シリコンプロセスで、完全にクリーンな環境で、操作シ 一ケンスにしたがって忠実に自動で製造される。
[0060] CMUT31は、複数の cMUTエレメント 3 laを配列して、例えば電子セクタ走査用 1 次元アレイ振動子として形成されている。この CMUT31を構成する各 cMUTエレメ ント 31a, · · · , 31aと、信号線 33, · · · , 33とは、ケーブル接続部 34を介して電気的 に接続される構成になって 、る。
[0061] このケーブル接続部 34から延出する信号線 33, · · · , 33はひとまとめにされて、揷 入部 11内を揷通する例えばシース (不図示）内に挿通された状態で操作部 12方向 に延出して、超音波観測装置 4に電気的に接続される。
[0062] 図 5は、本実施形態における cMUTアレイ型超音波振動子の拡大図を示す。同図 は、図 4の cMUT31の表面の一部を拡大したものである。 cMUTアレイ 41は、図 5 に示すように、アレイ構造を構成するエレメントおよびパッド等により構成される。
[0063] cMUT41は、複数の cMUTエレメント 42、各 cMUTエレメント 42に対応するエレメ ント信号入出力電極パッド 43、共通接地電極パッド 47より構成される。同図において
、 cMUTエレメント 42は、複数の cMUTセル群 44と、共通信号配線 46と、セル列— 共通信号配線間結合電極 45から構成されて ヽる。
[0064] 共通信号配線 46は、 cMUTセル群 44を囲むように配置されている。セル列一共通 信号配線間結合電極 45は、所定のセル列とそのセル列に対応する共通信号配線 4
6とを結合するための電極である。
[0065] 共通接地電極パッド 47につ 、て説明する。 cMUTの表面は、超音波放射面であり
、この超音波放射面は電圧が加えられると振動するメンブレン膜 (層）から構成される
。このメンブレンの構成要素の 1つに接地電極層がある。この接地電極層は保護膜で 覆われているが、その保護膜表面の一部に接地電極層と導通するために設けられた 電極パッドが共通接地電極パッド 47である。
[0066] 同図の破線 48で囲まれた cMUTエレメント 42及びエレメント信号入出力電極パッ ド 43の拡大したものを、図 6と図 7に示す。
図 6は、図 5の cMUTエレメント 42の拡大図（共通信号配線 46とセル列一共通信 号配線間結合電極 45とが結線される前）を示す。同図では、各 cMUTセル 44は六 角形の形状をしており、それらはハ-カム状に形成されている。 cMUTエレメント 42 の四隅には共通接地電極 55が設けられている。共通接地電極パッド 55は上部電極
(接地側電極）と導通して ヽる電極パッドである。
[0067] 51は、同列の cMUTセル群（以下では、これをセル列という。）を示している。セル 列信号入出力パッド 50は、各セル列 51に対応する電極パッドである。共通信号配線
46とエレメント信号入出力電極パッド 43とは、配線 52により接続されている。
[0068] 次に、 cMUTエレメント 42において、不良セルチェックを行う手順について説明す る。先ず、共通信号配線 46とセル列信号入出力パッド 50とが結線される前に、セル 列がショート等の不具合が生じていないかどうかを検出する（すなわち、図 1で説明し た不良セノレチェックを行う）。
[0069] この場合、不良セルチェックは、セル列単位で行う。まず、セル列信号入出力パッド
50と共通接地電極 55間に電圧を印加して、図 1で説明したように、不良セルチェック
(静電容量と誘電損失の測定、直流抵抗の測定、非接触赤外線温度検査、電子ビー ムを用いた画像検査法等)を行う。
[0070] 不良セルチェックにおいて不良セルが検出された場合には、配線工程でそのセル（ またはセル列）だけ結線しないでフォトリゾを行う。または、配線を全てにした後にその セルに繋がる配線のみレーザーカッターやトリミングで断線させる。そうすれば、不良 セル（またはセル列）のみの被害で済む。オープンのセルはただ動作しな 、だけで被 害を最小に抑えることができる。
[0071] 図 7は、不良セルチェック後の cMUTエレメント 42を示す。不良セルチェックの結果
、セル列（すなわち、セル列を構成する全てのセル）が正常であるなら、そのセル列に 対応するセル列信号入出力ノ^ドと共通信号配線 46とを結線するために、セル列― 共通信号配線間結合電極 45を付与する。
[0072] 例えば、セル列 51c内のセル 60cは全て正常であるため、短絡しておらず、セル列 としても問題ない。よって、セル列 51cに対応するセル列信号入出カノッド 50cと共 通信号配線 46とを結線する。
[0073] 一方、不良セルチェックの結果、セル列（すなわち、セル列を構成する全てのセル） が異常であるなら、そのセル列に対応するセル列信号入出力パッド 50と共通信号配 線 46とは結線しない。
[0074] 例えば、セル列 51a内のセル 60aは短絡しているため、異常（不良セル）であるため 、セル列としても問題がある。よって、セル列 5 laに対応するセル列信号入出力パッド 50aと共通信号配線 46とは、未結線とする。セル列 51bについても同様に、セル列 5 lb内に不良セル 60bがあるため、セル列 5 lbに対応するセル列信号入出力パッド 5 Obと共通信号配線 46とは、未結線とする。
[0075] 図 8A及び図 8Bは、図 7の断面図を示す。図 8Aは、図 7の A1— A2間の断面を示 す。図 8Aにおいて、 cMUTエレメント（ここでは、セル列 51a)は、シリコン基板 71、 表面酸化膜 72、下部電極 (信号入出力側電極) 73、基板貫通孔 74、電極パッド 75 、ォーミックコンタクト拡散層 76、接地側電極パッド 77、誘電体膜 78、メンブレン支持 部 79、メンブレン 80、キヤビティ (空隙部） 81、上部電極 (接地側電極) 82、セル列信 号入出力パッド 50、共通信号配線 46、保護膜 85、ォーミックコンタクト拡散層 86、 vi aホール 87、 viaホール配線 (接地側） 88から構成される。
[0076] メンブレン 80は、その端部力 ンブレン支持部 79により固定された振動膜である。メ ンブレン 80は、製造工程上複数のメンブレン膜から構成されている。そのメンブレン 8 0の構成要素の 1つに、上部電極 82が含まれている。また、同図では、上部電極 82 の上面に保護膜 85が形成されている。
[0077] シリコン基板 71の表面（上面及び下面）には、酸化膜 (SiO ) 72が形成されている。
2
シリコン基板 71の上面側の酸ィ匕膜の上には、下部電極 73が形成されている。その下 部電極 73の上には、誘電体膜 78 (例えば、 SiO )が形成されている。なお、誘電体
2
膜 78は、 SrTiOに限定されず、 SiN、チタン酸バリウム BaTiO、チタン酸バリウム'
3 3
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-ゥ ム、または酸ィ匕チタン TiO等の高誘電率を有する材料を用いてもよい。
2
[0078] シリコン基板 32の底面に設けられている電極パッド 75は、下部電極 73から基板貫 通孔 74に形成した配線 (基板貫通孔 74の内側壁に形成された配線)を経て接続さ れる下部電極用の電極パッドである。電極パッド 75は、超音波送信時に cMUTを駆 動させるための駆動信号が入力されたり、超音波受信時に超音波受信信号を超音 波観測装置に出力したりするための端子であるが、本実施形態では、この端子の代 わりに、セル列信号入出力パッド 50より信号を入出力する。
[0079] 上部電極 82は、 viaホール 87の viaホール配線 88と導通して!/、る。接地側電極パッ ド 77は、上部電極 82を GNDに接続するために、 viaホール 87内の表面に形成した v iaホール配線 88をシリコン基板 (低抵抗シリコン基板） 71の底面に電気的に導通させ るためのパッドである。これにより、このパッド 77を共通接地電極として用いることがで きる。
[0080] 誘電体膜 78は、キヤビティ 81を挟んだ上部電極 82と下部電極 73間の静電容量を 増加させるためのものである。ォーミックコンタクト拡散層 76, 86は、接地電極と基板 との接触抵抗を低下させ整流性も持たせな!/、為の領域で、シリコン基板 71を接地チ ヤンネルとしてシリコン基板 71の背面側に導く為の導通路を形成するためのものであ る。
[0081] また、シリコン基板 71は、接地側電極パッド 77、及び viaホール 87の底部に配設さ れた viaホール配線 88の間の接触抵抗が小さくなる構造となっている。
また、図 8Aの左側に示した下部電極 73の上面には、セル列信号入出力パッド 50 が設けられている。また、前記セル列信号入出力パッド 50の絶縁領域を隔てた近傍 には、共通信号配線 46が設けられている。また、セル列信号入出力パッド 50と共通 信号配線 46とは、セル列―共通信号配線間結合電極 45とで導通されて 、る。
[0082] なお、図 8Aで、左から 2, 3個目の cMUTセルは下部電極 73が連結されて、 1個目 はこれらと独立しているような図になっているが、実際はォーミックコンタクト拡散層 86 及び viaホール配線 (信号側） 88を避ける様にして下部電極 73は連結されて 、る。
[0083] 図 8Bは、図 7の B1— B2間の断面を示す。図 8Bは、図 7のセル列 51bに対応する 断面である。図 8Aと異なり、セル列一共通信号配線間結合電極 45がない。よって、 セル列信号入出力パッド 50と共通信号配線 46とは、導通されて 、な 、。
[0084] 例えば、図 8Bの 3つのセルのうち、右端のセルにおいて短絡等の異常が発見され ると、セル列一共通信号配線間結合電極 45によるセル列信号入出力パッド 50と共 通信号配線 46間の結線は実施しな 、。
[0085] なお、上述したように、セル列信号入出力パッド 50より信号を入出力するため、電 極パッド 75は使用しない。し力しながら、実際には、 cMUTエレメント（セルの集積し たもの）ごとにパルス発生装置 (後述する）、チャージアンプ (後述する）、スィッチ回 路等の制御回路を cMUTエレメント直下に形成する必要があるので、背面側に電極 ノッドを形成しておいて、半田バンプ等で、微小制御回路を接続する。
[0086] なお、図 6、図 7においては、セル列単位での不良セルチェックを説明した力 エレ メント単位での不良エレメントチェックもできる。例えば、図 5において、エレメント信号 入出力電極パッド 43と共通接地電極パッド 47間に電圧をかけて、図 1で説明したよう な、 SEMを用いる方法または EBIC法により不良セルチェックを行うことができる。こ の場合、配線 52が未接続である必要があるが、すでに配線 52が接続されている場 合には、後述する第 3の実施形態を適用することができる。
[0087] このように本発明の静電容量型超音波振動子によれば、シリコン基板上に形成した 下部電極と、シリコン基板上に配置されメンブレンを支持する支持部と、振動変位す ることにより超音波の送信音源となるメンブレン (上部電極を含む）とを有した静電容 量型超音波振動子セルが、複数集積してなる静電容量型超音波振動子である。そし て、特定の集積セル群毎に、下部電極同士、上部電極同士がそれぞれ並列接続配 線されており、その配線の一部または延長した配線部に、チェック用電極パッドを少 なくとも 1つ備えている。
[0088] また、複数の集積セル群と、その集積セル群に対応したチェック用電極パッドとを有 した本発明の静電容量型超音波振動子において、共通信号配線に接続するための 配線は、不具合チェックによって異常の無いことが確認された集積セル群に付随した チェック用電極パッドのみと導通している。
[0089] また、本発明によれば、チェック用電極パッド力 接地電極パッドと同じ側の面に配 設される。そして、チェック用電極パッドと接地電極パッドが形成される面は、超音波 送受信面側である。これには、次の利点がある。共通信号配線と信号入出力パッドの 間を結線するかどうかは、異常発生状況の確認チェックをして力も決めることになる。 このチェックはプロセスチェックなので、接地電極パッドと信号電極パッドが異なる面 または裏面にあるとプローブをあてるのが煩わしくなる力 この煩わしさを排除するこ とがでさる。
[0090] また、本発明によれば、集積セル群 (または、セル、エレメント）の不良チェックは、 静電容量、誘電損失を測定することにより行うことができる。また、集積セル群 (または 、セル、エレメント）の不良チヱックは、直流バイアスを印加して静電容量と誘電損失 を測定することにより行うことができる。また、集積セル群 (または、セル、エレメント）の 不良チェックは、直流抵抗を測定することにより行うことができる。また、集積セル群（ または、セル、エレメント）の不良チェックは、非接触赤外線温度検査により行うことが できる。集積セル群（または、セル、エレメント）の不良チェックは、電子ビームを用い た画像検査法でもよい。
[0091] なお、前記電子ビームを用いた画像検査法は、電位コントラスト法 (VCI)、試料吸 収電流法（SAC)、抵抗コントラスト法 (RCI)、電子ビーム誘起電流法 (EBIC)の!、 ずれか、又は組み合わせた検査法でもよい。
[0092] 以上より、不良セルチェックにより検出された不良セルは単に動作しないというのみ で正常エレメントへの被害を抑えることができるため、エレメント全体または超音波振 動子全体がショート状態となって動作不能となることを回避することができる。
[0093] また、接地電極パッドと信号入出力電極パッドが同じ側の面 (超音波放射面）にある ことにより、この不良セルチェックが容易になる。
<第 2の実施形態 >
第 1の実施形態では、セル群が一方向に配設された cMUTエレメントについて説 明したが、本実施形態では、 cMUTエレメントまたはアレイの形態が異なるものにつ いて説明する。 cMUTエレメントまたは cMUTアレイの構成以外は第 1の実施形態と 同様である。なお、 cMUTエレメントまたは cMUTアレイの構成以外は第 1の実施形 態と同様である。
[0094] 図 9は、本実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結線 される前の cMUTエレメントの一例を示す。同図は、セル群が略同心円状に配設さ れた cMUTエレメントであって、セル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結 線される前の cMUTエレメントである。 cMUT超音波振動子 90は、円形開口形状の 静電容量型超音波振動子である。 cMUT超音波振動子 90は、セル群 92 (92a— 1 , 92a— 2, 92a— 3, 92a— 4, 92a— 5, 92b— 1, 92b— 2, 92b— 3, 92b— 4, 92 b- 5,…等）が略同心円状に配設されている。
[0095] ここで、本実施形態ではセル列は、径方向に存在する。例えば、セル列 91aは、円 状の端咅カら中央咅に渡って酉己設されたセノレ 92a— 1, 92a— 2, 92a— 3, 92a— 4 , 92a— 5から構成される。セルは、円周側へ向かうほど、その面積が大きくなつてい る。セル列 91aの最外位置のセル 92a— 1の近傍に、セル列 9 laに対応するセル列 共通信号電極パッド 93aが設けられている。以下では、各セル列 91に対応するセル 列共通信号電極パッドを 93で示す。
[0096] セル列 91bは、円状の端部から中央部に渡って配設されたセル 92b— 1, 92b— 2 , 92b— 3, 92b— 4, 92b— 5力ら構成される。セノレ列 9 lbの最外位置のセノレ 92b— 1の近傍に、セル列 91bに対応するセル列共通信号電極パッド 93bが設けられてい る。ここで、セル列 9 lbの 92b— 3は、不良セルであるとする。
[0097] その他のセル列は、セル列 91aと同様に正常なセル群である。また、これらのセル 列は、円形状の共通信号配線 94により囲まれている。 cMUTエレメント 90の四隅に は共通接地電極パッド 95が設けられて!/、る。共通接地電極パッド 95は上部電極 (接 地側電極）と導通して ヽる電極パッドである。
[0098] この場合、不良セルチェックは、セル列単位で行う。まず、セル列共通信号電極パ ッド 93と共通接地電極パッド 95間に電圧を印加して、図 1で説明したように、不良セ ルチェック (静電容量と誘電損失の測定、直流抵抗の測定、非接触赤外線温度検査 、電子ビームを用いた画像検査法等)を行う。
[0099] 図 10は、本実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結 線された後の cMUTエレメントの一例を示す。同図は、図 9で示した不良なセル列以 外についてセル列共通信号電極パッドと共通信号配線とを結線したものである。
[0100] 不良セルチェックの結果、セル列（すなわち、セル列を構成する全てのセル）が正 常であるなら、そのセル列に対応するセル列共通信号電極パッド 93と共通信号配線 94とを結線するために、セル列-共通信号配線間結合電極 100を付与する。例え ば、セル列 91a内のセル 92a— 1 , 92a— 2, 92a— 3, 92a— 4, 92a— 5は全て正常 であるため、セル列としても問題ない。よって、セル列一共通信号配線間結合電極 1 00〖こより、セル列 91aに対応するセル列共通信号電極パッド 93aと共通信号配線 94 とを結線する。
[0101] 一方、不良セルチェックの結果、セル列（すなわち、セル列を構成する全てのセル） が異常であるなら、そのセル列に対応するセル列共通信号電極パッドと共通信号配 線 94とは結線しない。例えば、セル列 91b内のセル 92b— 3は異常（不良セル）であ るため、セル列としても問題がある。よって、セル列 9 lbに対応するセル列共通信号 電極パッド 93bと共通信号配線 94とは、未結線とする。その他のセル列は、セル列 9 laと同様に正常であるので、セル列—共通信号配線間結合電極 100により、各セル 列に対応するセル列共通信号電極パッドと共通信号配線とが結線されて ヽる。
[0102] 図 11は、本実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結 線される前の cMUTエレメントの別の一例を示す。尚、後で述べる図 14も同様である 力 本実施の形態は最終的に 2端子構造の cMUT振動子を形成することが目的で あり、エレメントという表現は、そのまま振動子という表現に置き換えても良い。
[0103] cMUTチップ 110は、まず、円形が 8等分された 8つの領域から構成されている。こ れらの 8つの領域は、境界領域 112により隔てられている。そして、その 8つの領域そ れぞれは、さらに 3つの領域 111,領域 116,領域 118から構成されている（同図で は、境界線 117により、径方向の振動子セル群の分割された領域を示している）。こ れら 3つの各領域 111, 116, 118はそれぞれ、振動子セル群 A,振動子セル群 B, 振動子セル群 Cである。よって、全体としては、 24の振動子セル群がある。
[0104] 113は、振動子セル群 A (111)の共通信号配線である。 114は、振動子セル群 B ( 116)の共通信号配線である。 119は、振動子セル群 C ( 118)の共通信号配線であ る。
[0105] 122は、振動子セル群 A (111)の共通信号電極パッドである。 121は、振動子セル 群 Bの共通信号電極パッドである。 120は、振動子セル群 C (119)の共通信号電極 パッドである。
[0106] 共通信号電極パッド 122と共通信号配線 113とは電気的に導通している。共通信 号電極パッド 121と共通信号配線 114とは電気的に導通している。共通信号電極パ ッド 120と共通信号配線 119とは電気的に導通している。
[0107] このように、各振動子セル群の共通信号配線は、対応する共通信号電極パッド 122 と電気的に導通している。なお、共通信号配線と共通信号電極パッドと接続する配線 は、下部電極と導通しているものであり、シリコン基板内に埋没しており、実際は外部 より視認できない（図 11では、メンブレン表面にあるように描かれている力 これは説 明の便宜のためである。 ) o
[0108] 123は、結線共通パッドであり、図 6の共通信号配線 46に対応するものである。 cM UTチップ 110の四隅には共通接地電極パッド 124が設けられている。共通接地電 極パッド 124は上部電極 (接地側電極）と導通して!/、る電極パッドである。
[0109] 図 12は、図 11の振動子セル群の一部の領域 115の断面の模式図を示す。振動子 セノレ群 115は、シリコン基板 131、下咅隨極 132、メンブレン支持咅 133、メンブレン
134 (上部電極 136を含む）、下部電極連結部 135から構成される。
[0110] 下部電極連結部 135は、下部電極 136同士を電気的に接続する。それ以外の構 成は、図 8で説明したものと基本的は同様である。なお、同図の右端の部分は、共通 信号電極パッド 120, 121, 122の断面である。
[0111] 図 13は、図 12の詳細な構成を示す。本実施形態における cMUTは、基板 (Si,ガ ラス） 145、第 1絶縁層 (SiN) 146、第 2絶縁層 (Ta O ) 147、第 3絶縁層（SiN) 148
2 5
、保護膜（SiN) 149、下部電極 (Ta) 142、第 1電極 144、コンタクトヴィァホール 143 、上部電極 (A1) 150、共通信号電極パッド 151から構成されている。共通信号電極 パッド 151は、共通信号電極パッド 120, 121, 122に対応するものである。
[0112] 基板（Si,ガラス） 145の上面に第 1電極 144が形成されている。第 1電極 144の上 面には、第 1絶縁層 146が形成されている。第 1絶縁層 146の上面には、下部電極 1 42が形成されている。下部電極 142の上面には、第 2絶縁層 147が形成されている 。第 2絶縁層 147の上面には、第 3絶縁層 148が形成されている。
[0113] 第 3絶縁層 148にはキヤビティ（空隙部） 141が形成されている。第 3絶縁層 148の 上面には、上部電極 150が形成されている。上部電極 150の上面には、保護膜 149 が形成されている。
[0114] メンブレン 140は、第 3絶縁層 148、上部電極 150、保護膜 149より構成されている 。同図の cMUTの右端には保護膜 149を貫通した共通信号電極パッド 151が設けら れている。共通信号電極パッド 151の底部は第 2電極層 152が形成されている。第2 電極層 152と第 1電極 144とはコンタクトヴィァホール 143で導通している。また、下 部電極 142第 1電極 144とはコンタクトヴィァホール 143で導通している。
[0115] 以下に、この図 11の cMUTについて不良セルチェックの手順についての説明を行 う。この場合、不良セルチェックは、振動子セル群単位 (例えば、振動子セル群 A,振 動子セル群 B,振動子セル群 C)で行う。まず、共通信号電極パッド（120、 121、また は 122)と共通接地電極パッド 124間に電圧を印加して、第 1の実施形態と同様に不 良セルチェックを行う。
[0116] 図 14は、本実施形態におけるセル列共通信号電極パッドと共通信号配線間が結 線された後の cMUTエレメントの一例を示す。同図は、図 12における不良なセル列 以外についてセル列共通信号電極パッドと共通信号配線とを結線したものである。
[0117] 共通信号配線 113, 114, 119は、振動子セル群 A, B, C単位に設けられているも のなので、各振動子セル群内の一部に不良セルがある場合、その一部のみ共通信 号配線と接続しな ヽようにすることはできず、その振動子セル群ごと共通信号配線と 接続しないようにする必要がある。このことが、不良セルチェックを振動子セル群単位 で行う理由である。よって、振動子セル群内の一部に不良セルがある場合、振動子 セル群自体を不良として取り扱う。
[0118] 例えば、振動子セル群 B (116b)内の一部のセル 163が不良セルの場合、振動子 セル群 B (116b)が不良となる。よって、この振動子セル群 B ( 116b)の共通信号電 極パッド 121bと結線共通パッド 123とは結線されない（162の破線は、共通信号電 極パッド 121bと結線共通パッド 123とが結線されてない様子を示す)。
[0119] 一方、振動子セル群 C (118a)内には不良セルが存在しないので、共通信号電極 ノッド間結合電極 161により、この振動子セル群 C ( 116a)の共通信号電極パッド 12 Oaと結線共通パッド 123とを結線する。
[0120] また、共通信号配線と信号入出力電極パッド間を結線するかどうかは、異常発生状 況の確認チェックをして力も決める力 このチェックはプロセスチェックなので、接地電 極パッドと信号入出力電極パッドが一方の面または両面にあることにより、このチェッ クが容易になる。また、本実施形態の不良セルチェックを用いることにより、様々な形 態の cMUTに用いることができる。
[0121] <第 3の実施形態 >
第 1及び第 2の実施形態では、例えば図 6にお 、て共通信号配線 46とセル列信号 入出力パッド 50とが結線される前に、セル列がショート等の不具合が生じていないか どうかを検出した。しかし、本実施形態では、共通信号配線 46とセル列信号入出力 ノ^ド 50とが既に結線されている状態で、不具合が生じていないかどうかを検出する [0122] 図 15は、本実施形態における cMUTエレメントの不良セルチェックの概念図である 。まず、 cMUTエレメントの完成前のプロセスで、セルを形成し、セル（またはセル群） 毎に信号入出力電極パッドを設け、全ての信号入出力電極パッドを共通信号配線に 接続する（Sl l)。
[0123] S11は、図 1において不良セルチェック（Sl l, S12)をしないで、セル一共通信号 配線間結合電極 310により全てのセルの信号入出力電極パッド 307を共通信号配 線 308と結合させた状態である。
[0124] 次に、各セル (またはセル群）毎に不良セルチェックを行う（S12, S13)。本実施形 態の不良セルチェックでは、共通信号配線 308に全セルの信号入出力電極パッド 3 07が結線された状態で、 V、ずれかのセルに短絡等の不具合が生じて ヽな 、かどうか を検出する。
[0125] 本実施形態では、図 1で説明した不良セルチェックの方法のうち、非接触赤外線温 度検査、電子ビームを用いた画像検査法が有効である。例えば、非接触赤外線温度 検査による不良セルチェックの場合、まず、上部電極 301と下部電極 306間に電圧 を作用させるため、共通信号配線 308と共通接地電極パッド 304間に電圧を加える（ S2) 0このとき、上部電極 301と下部電極 306間で短絡している箇所があれば電圧を 加えると、その短絡部分が発熱したり、光ったりする。
[0126] よって、共通信号配線 308と共通接地電極パッド 304間に電圧をカ卩えて、顕微機 能を有す赤外線センサ（例えば、サーモビューァ）を用いて、エレメント上で発熱した り発光したりしている箇所を観察することにより、不良セルを検出することができる（S1 3)。
[0127] また、電子ビームを用いた画像検査法による不良セルチェックの場合は、例えば、 共通信号配線 308と共通接地電極パッド 304間に所定の電位をかけておき、 EBIC 法により検出すると、得られた電子画像において短絡した箇所のみ異なる輝度をもち 、不良箇所を検出することができる。
[0128] 不良セルチェックの結果、不良セルが検出された場合 (短絡したセルの部分は弱い が発光する）には、レーザーカッター等の手段を用いて、その光ったセルに対応する セル—共通信号配線間結合電極 310のみを断線する。
[0129] このように、この光は、顕微鏡で観測できるので、顕微鏡系を使用するレーザーカツ ターには適用しやすい。また、電流が流れると、短絡箇所は発熱するので、温度ある いは赤外線でも不良セルを検出することができる。
[0130] 図 16は、本実施形態における cMUTエレメント上の全ての共通信号配線 46とセル 列一共通信号配線間結合電極 45とが既に結線されている状態を示す。同図は、図 6の共通信号配線 46とすべてのセル列信号入出力パッド 50をセル列 共通信号配 線間結合電極 45で結線した状態である。この状態で、シリコン基板に所定の電位を かけておき、 EBIC法で検出すると、短絡した箇所のみ異なる輝度をもち、不良箇所 を検出することができる。
[0131] 図 17は、本実施形態における不良セル列のセル列一共通信号配線間結合電極 4 5を断線した状態を示す。同図では、不良セルチェックにより、不良セル 170が検出さ れたので、レーザーカッターを用いて、そのセル列 171に対応するセル列一共通信 号配線間結合電極 45を断線した状態である。
[0132] なお、本実施形態における不良セルチェックは、第 1及び第 2の実施形態で用いた cMUT (セル、セル群、エレメント）全てについて適用することができる。
このように、本発明によれば、共通の配線に接続するための結線を形成する工程は 、チェック用電極パッドを経て集積セル群をチェックする工程の後に実施される。
[0133] 以上より、共通信号配線 46とセル列信号入出力パッド 50とが既に結線されている 状態で、不具合が生じていないかどうかを検出することができるので、 cMUTの製造 プロセス上の自由度が高まる。また、第 1の実施形態の不良チェックと併用することも でき、さらなる品質の向上を期待できる。
[0134] <第 4の実施形態 >
振動子エレメントは駆動制御単位であるので、第 1〜第 3の実施形態における cMU Tで、不良エレメントに関わる接続を回避した場合、その不良エレメントから超音波受 信信号が超音波観測装置に送信されないため、その超音波受信信号に対応する超 音波画像が得られない。そこで、本実施形態では、その欠損した超音波受信信号の 代わりに、擬似信号を用いて、その欠損した超音波受信信号を内挿補間する。 [0135] 図 18は、本実施形態における振動子エレメントから出力される超音波受信信号のう ち欠損した超音波受信信号を補間する補間信号処理回路を備える体腔内超音波診 断装置の模式図を示す。体腔内超音波診断装置は、 cMUTエレメント 201、パルス 発生装置 202、チャージアンプ 203、 AZD変換回路 204、擬似信号生成部 205、 画像構築部 207を含んで 、る。
[0136] ノ ルス発生装置 202、チャージアンプ 203、 AZD変換回路 204は、各 cMUTエレ メントに設けられるものである。パルス発生装置 202及びチャージアンプ 203は、 cM UTエレメント 201の直近、好ましくは cMUTエレメント 201を形成したシリコン基板上 または内部に集積される。 AZD変換回路 204も cMUTエレメント 201の直近、好ま しくは cMUTエレメントを形成したシリコン基板上に形成される力 これに限定されず 、観測装置側にあってもよい。
[0137] 擬似信号生成部 205は、観測装置側の信号処理部 (不図示)の構成要素の 1つで ある。擬似信号生成部 205は、位置検出部 205aとデータ補完処理部 205bを有する 。信号処理部では、入力された電気信号電気信号について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が、本実施形態の擬似信号生成部 205 はその信号処理の 1つである。信号処理部では、擬似信号生成部 205での処理を含 め各種信号処理がされ、画像構築部 207で超音波断層画像信号が構築される。そ の超音波断層画像信号は、モニタ 208に出力され、超音波断層画像が表示される。
[0138] 同図において、 n個の cMUTエレメント 201が設けられている。パルス発生装置 20 2は、 cMUTエレメント 201を駆動させるための電気信号を発生させるためのパルサ 一回路である。 cMUTエレメント 201により受信された超音波受信信号は、チャージ アンプ 203に出力される。
[0139] チャージアンプ 203では、インピーダンス変換を行う機會 （高インピーダンス→低ィ ンピーダンスへ変換する）、 cMUTエレメント 201の電極表面の電荷の検出を行う機 能、及びアンプとしての機能を備えている。電荷の検出を行う機能とは、 cMUTエレ メント 201はエコー信号を受信すると、エコー信号の強度に応じてメンブレンが振動し 、その振動に応じた上部電極上の電荷の変動が起こるので、その電荷を検出する機 能をいう。 [0140] チャージアンプ 203より出力された超音波受信信号は、 AZD変換回路 204により アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された超音波受 信信号は、擬似信号生成部 205に入力される。
[0141] 擬似信号生成部 205において、位置検出部 205aは各 cMUTエレメント 201からの 超音波受信信号を受信する。この位置検出部 205aでは、信号を一時的に記憶する 記憶機能と、受信した超音波受信信号 (または受信できなかった超音波受信信号） に対応する cMUTの位置を検出する位置検出機能を備える。
[0142] 位置検出部 205aの記憶機能について説明する。走査のため各 cMUTエレメント 2 01から出力される超音波受信信号の出力タイミングには時間差があるが、データ補 完処理部 205で補間処理計算をするためには、同じタイミングで走査されたときの超 音波信号間の補間データを生成する必要がある。そのために、各 cMUTエレメント 2 01から出力される超音波受信信号を一時的に記憶して、時相が揃った形で一斉に 補完演算処理をする必要がある。そのために、位置検出部 205aでは、超音波受信 信号の時相が揃うまで、一時的に超音波受信信号を格納しておく。
[0143] また、位置検出部 205aの位置検出機能について説明する。図 4で説明した信号線 と cMUTエレメントは 1： 1で接続されており、その信号線を伝送した超音波受信信号 がどの cMUTエレメントに対応するかを特定することができる。
[0144] したがって、超音波受信信号が入力されない信号線がある場合には、その信号線 に対応する cMUTを判断することができる。そして、データ補完処理部 205では、予 め cMUTエレメントの位置情報 (例えば、超音波振動子にマトリクス状に振動子エレ メントが配列されている場合、その座標）が記憶されている。よって、その特定した cM UTエレメントの位置情報を取得することができる。
[0145] この位置検出機能により、位置検出部 205aは、各超音波受信信号に対応する cM UTエレメント 201の位置情報を認識することができる。したがって、各超音波受信信 号に対応する cMUTエレメントの隣接関係も認識することができる。
[0146] また、逆に、超音波受信信号が入力されな力つた場合には、その本来入力されるべ き超音波受信信号に対応する cMUTエレメントの位置を特定することができる。よつ て、これにより、不良エレメントの位置を特定できる。 [0147] 位置検出部 205aから出力された超音波受信信号は、データ補完処理部 205bに 入力される。データ補完処理部 205bでは、この超音波受信信号うち不良エレメント のため欠損した超音波受信信号について、データの補間処理を行い、補間処理され た超音波受信信号 206を出力する。
[0148] 図 19は、本実施形態におけるデータ補完処理部 205bの機能を説明するための図 である。上記の通り、各 cMUTエレメント 201からはそれぞれ、超音波受信信号 S , ·
1
· · , S , S , S , S , S , · · · , Sが出力される。ここで、本実施形態では、 i番目の i-2 i-1 i i+1 i+2 n
cMUT201が不良とする。そうすると、この場合、 i番目の cMUTエレメント 201からは 出力されない。
[0149] データ補完処理部 205bは、各 cMUTエレメント 201からの超音波受信信号を受信 し、受信した信号をそのまま出力する。同図では、受信した超音波受信信号 S ,
1 …
, S , S , S , S , · · · , Sは、そのまま出力される。
i-2 i-1 i+1 i+2 n
[0150] しかしながら、 i番目の cMUTエレメント 201から出力されるべき超音波信号 S;に関 しては、 i番目の cMUTエレメント 201が不良エレメントであることから、データ補完処 理部 205bに入力されず、欠損している。そこで、データ補完処理部 205bは、補間 処理をして欠損した超音波信号 Sに対応する擬似信号を生成する。
[0151] 図 20は、本実施形態におけるデータ補完処理部 205bの補間処理計算を説明す るための図である。横軸は、 1番目力 n番目までの cMUTエレメント 201を示す。縦 軸は、データ補完処理部 205bに入力された超音波受信信号の電圧であって、その cMUTエレメント 201に対応する超音波受信信号の電圧を示す。
[0152] i番目の cMUTエレメント 201を除き、 1番目から n番目までの cMUTエレメント 201 に対応する超音波受信信号がデータ補完処理部 205bに入力されている。そこで、 データ補完処理部 205bでは、補間により i番目の cMUTエレメント 201から出力され るべき超音波受信信号に対応する擬似信号を生成する。
[0153] 補間の方法としては、例えば、平均を用いる手法がある。図 20の場合、欠損した超 音波受信信号 Sの両側の信号 S , S の平均を求める。そうすると、擬似信号 210が
i i-1 i+1
得られる。
[0154] また、さらに擬似信号の精度を向上させるために、例えば、 Lagrange補間、 Newt on補間、 Simpson補間、最小二乗法等の補間方法を用いても良い。そうすると、擬 似信号 211が得られる。
[0155] このように、本発明によれば、異常振動子エレメントの位置を検出する検出手段と、 その位置に擬似振動子エレメントを生じさせる手段と、擬似振動子エレメントからの疑 似情報を用いて超音波診断像を構築する手段を有する。
[0156] その擬似情報は、異常振動子エレメントの位置の周囲に隣接する正常振動子エレ メントからの情報を平均して得られる情報である。また、その擬似情報は、異常振動 子エレメントの位置の周囲に最隣接する正常振動子エレメントからの情報と次隣接す る正常振動子エレメントからの情報を内挿して得られる情報であってもよい。
[0157] また、擬似信号を生成する手段として、補間（内挿)処理だけでなぐ補外 (外挿)処 理を行ってもよい。
また、以上の様な受信信号に着目した擬似信号発生ではなぐ超音波診断画像を 一時的に描出し、輝度が異常な領域を画像処理によって検出し、画像処理で輝度 補正をすると 、う方法でも構わな 、。
[0158] 以上より、不良エレメントに対応する箇所の超音波受信信号が得られなくても、その 超音波受信信号を補完して超音波診断画像を生成することができるので、超音波診 断画像の画質の低下を極力抑えることができる。
[0159] 本発明を用いることにより、不良セル、不良セル群、または不良エレメントを検出し て、その不良セル、不良セル群、または不良エレメント以外の正常なセル、セル群、 エレメントの電極にのみ信号入出力線と接続することができるので、エレメント全体ま たは超音波振動子全体がショート状態となって動作不能となることを回避することが できる。

Claims

請求の範囲
[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、
力 なる並列接続される複数の振動子セル力 なる振動子エレメントの複数力 構 成される静電容量型超音波振動子であって、
前記各振動子セル、該振動子セルの集まりからなる複数の振動子セル群のそれぞ れ、及び前記各振動子エレメントのうち少なくともいずれか 1つに対応する第 1の電極 ノッドであって前記第 1の電極と電気的に接続される該第 1の電極パッドと、
前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の電極パッドと、 を備えることを特徴とする静電容量型超音波振動子。
[2] 前記第 1の電極パッドは、前記第 2の電極パッドと同じ面側に形成されることを特徴 とする請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子。
[3] 前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッドとが形成される側は、超音波送受信 面側であることを特徴とする請求項 2に記載の静電容量型超音波振動子。
[4] 前記静電容量型超音波振動子は、さらに、
前記振動子エレメントを駆動させる駆動信号が入力される信号線を備え、 前記信号線は、前記第 2の電極パッドと短絡して 、な 、前記第 1の電極パッドとの み電気的に接続され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。
[5] 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並列接続される 複数の振動子セルからなる振動子エレメントの複数から構成される静電容量型超音 波振動子の製造方法であって、
前記各振動子セル、該振動子セルの集まりからなる複数の振動子セル群のそれぞ れ、及び前記各振動子エレメントのうち少なくともいずれか 1つに対応する第 1の電極 ノッドであって前記第 1の電極と電気的に接続される該第 1の電極パッドと、
前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の電極パッドと、 を設けることを特徴とする静電容量型超音波振動子の製造方法。
[6] 前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッドとを、同じ面側に形成することを特徴 とする請求項 5に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[7] 前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッドとを、超音波送受信面側に形成する ことを特徴とする請求項 6に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[8] 前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間で短絡して 、な 、かを検出する短 絡検出の検出結果に基づいて、前記振動子エレメントを駆動させる駆動信号が入力 される信号線を、前記第 2の電極パッドと短絡していない該第 1の電極パッドとのみに 電気的に接続することを特徴とする請求項 5に記載の静電容量型超音波振動子の 製造方法。
[9] 前記短絡検出は、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間に電圧を印加す ることにより、該記第 1の電極パッドと該第 2の電極パッド間の静電容量及び誘電損失 を検出することを特徴とする請求項 8に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法
[10] 前記短絡検出は、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間に交流電圧及び 直流電圧を印加することにより、該記第 1の電極パッドと該第 2の電極パッド間の静電 容量及び誘電損失を検出することを特徴とする請求項 8に記載の静電容量型超音 波振動子の製造方法。
[11] 前記短絡検出は、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間に電圧を印加す ることにより、該記第 1の電極パッドと該第 2の電極パッド間の直流抵抗を検出するこ とを特徴とする請求項 8に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[12] 前記短絡検出は、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間に電圧を印加し て非接触赤外線温度検査を行うことを特徴とする請求項 8に記載の静電容量型超音 波振動子の製造方法。
[13] 前記短絡検出は、電子ビームを用いた画像検査法であることを特徴とする請求項 8 に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[14] 前記画像検査法は、電位コントラスト法、試料吸収電流法、抵抗コントラスト法、及 び電子ビーム誘起電流法のうち少なくともいずれかの方法であ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] 前記全ての第 1の電極パッドに対して、前記振動子エレメントを駆動させる駆動信 号が入力される信号線を電気的に接続した後、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電 極パッド間で短絡していないかを検出する短絡検出の結果に基づいて、前記第 2の 電極パッドと短絡している前記第 1の電極パッドと、前記信号線とを電気的に断線す ることを特徴とする請求項 5に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[16] 前記短絡検出は、前記第 1の電極パッドと前記第 2の電極パッド間に電圧を印加し て非接触赤外線温度分布検査を行うことを特徴とする請求項 15に記載の静電容量 型超音波振動子の製造方法。
[17] 前記短絡検出は、電子ビームを用いた画像検査法であることを特徴とする請求項 1 5に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[18] 前記画像検査法は、電位コントラスト法、試料吸収電流法、抵抗コントラスト法、及 び電子ビーム誘起電流法のうち少なくともいずれかの方法であることを特徴とする請 求項 17に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法。
[19] 請求項 1に記載の静電容量型超音波振動子を備える体腔内挿入型超音波診断装 置。
[20] 請求項 5に記載の静電容量型超音波振動子の製造方法により製造された静電容 量型超音波振動子を備える体腔内挿入型超音波診断装置。
[21] 複数の超音波振動子エレメントを配列してなる静電容量型超音波振動子を実装し た超音波内視鏡スコープを有する体腔内挿入型超音波診断装置において、 前記各超音波振動子エレメントから得られた超音波受信信号を基に、該超音波振 動子エレメントの位置情報を検出する位置検出手段と、
前記超音波受信信号に欠損がある場合、この欠損した超音波受信信号を補完する 超音波受信信号を擬似的に生成する擬似信号生成手段と、
前記擬似信号生成手段により生成された擬似超音波受信信号に基づいて、超音 波診断画像を構築する画像構築手段と、
を備えることを特徴とする体腔内挿入型超音波診断装置。
[22] 前記静電容量型超音波振動子は、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 ン支持部とからなり、各振動子セルの端子同士が並列接続されてなる振動子エレメン トが複数集積配列され、該静電容量型超音波振動子をその先端部に構成させたこと を特徴とする請求項 21に記載の体腔内挿入型超音波診断装置。
[23] 前記静電容量型超音波振動子は、
前記各振動子エレメントに対応する第 1の電極パッドであって、前記第 1の電極と電 気的に接続される該第 1の電極パッドと、
前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の電極パッドと、 前記振動子エレメントを駆動させる駆動信号が入力される信号線と、
を有し、
前記信号線は、前記第 2の電極パッドと振動子エレメントの端子間が短絡して ヽな い前記第 1の電極パッドとのみ電気的に接続されていることを特徴とする請求項 22に 記載の体腔内挿入型超音波診断装置。
[24] 前記擬似信号生成手段は、前記超音波受信信号を欠損した前記振動子エレメント に隣接する振動子エレメントから取得された前記超音波受信信号のピーク電圧の平 均を算出して前記擬似信号を生成する
ことを特徴とする請求項 21に記載の体腔内挿入型超音波診断装置。
[25] 前記擬似信号生成手段は、前記欠損信号がある場合、前記検出された超音波受 信信号について内挿補間処理を行い、該欠損信号に対応する擬似信号を生成する ことを特徴とする請求項 21に記載の体腔内挿入型超音波診断装置。
[26] 複数の超音波振動子エレメントを配列してなる静電容量型超音波振動子を実装し た超音波内視鏡スコープを有する体腔内挿入型超音波診断装置において、 前記静電容量型超音波振動子により得られた超音波受信信号に基づいて超音波 診断画像を構築する画像構築手段と、 前記超音波診断画像に基づいて輝度が異常な領域を画像処理によって検出する 異常領域検出手段と、
前記検出された異常な領域を画像処理により輝度補正する輝度補正手段と、 を備えることを特徴とする体腔内挿入型超音波診断装置。
[27] 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、
カゝらなる並列接続される複数の振動子セルカゝらなる静電容量型超音波振動子であ つて、
前記振動子セルの集合からなる振動子セル群が複数存在し、該各振動子セル群 に対応する第 1の電極パッドであって前記第 1の電極と電気的に接続される該第 1の 電極ノッドと、
前記第 2の電極と電気的に接続された接地電極である第 2の電極パッドと、 前記全ての第 1の電極パッドと電気的に接続される第 1の端子と、
前記全ての第 2の電極パッドと電気的に接続される第 2の端子と、
を備える 2端子構造で構成されていることを特徴とする静電容量型超音波振動子。
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