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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers.
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Die
Technologie der Ultraschalluntersuchung hat sich seit dem II. Weltkrieg
entwickelt. Zu Beginn wurde diese Technologie für die nationale Verteidigung
und für
militärische
Bereiche genutzt. Seit den fünfziger
Jahren wird die Ultraschalluntersuchung bzw. die Ultraschallanwendung
auch weitläufig
bei medizinischen Behandlungen verwendet. Im Bereich der Ultraschalluntersuchung
spielt der Ultraschall-Wandler
bzw. -Messaufnehmer eine wichtige Rolle, so dass die Industrie,
die Regierungen bzw. die Wissenschaft insbesondere diesen Bereich
in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt haben, so dass diese
Technologien immer weiter entwickelt worden sind. Unter sämtlichen
Ultraschall-Wandlern wurde für
eine lange Zeit der piezoelektrische Wandler als der Vorrangigste
angesehen.
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Der
sogenannte piezoelektrische Effekt umfasst sowohl den direkten piezoelektrischen
Effekt und den Umkehr-Piezoeffekt. Unter dem direkten piezoelektrischen
Effekt versteht man, wenn ein piezoelektrischer Körper entlang
der Richtung des elektrischen Feldes gemäß des länglichen elektrischen Dipolmoments
bewegt wird, so dass mechanische Energie in elektrische Energie
umgewandelt wird. Auf der anderen Seite versteht man unter dem Umkehr-Piezoeffekt,
wenn der piezoelektrische Körper zusammengepresst
wird, so dass das elektrische Dipolmoment dadurch verkürzt wird.
Um dieser Tendenz zu widerstehen, wird bei dem piezoelektrischen Körper eine
Spannung induziert, um den Originalzustand zu halten. Dadurch wandelt
der piezoelektrische Wandler die elektrischen Signale in Ultraschallsignale
um und kann also die Ultraschallsignale in elektrische Signale umwandeln,
so dass er in der Lage ist, eine Ultraschalluntersuchung an einer
Probe durchzuführen.
Im Allgemeinen kann der piezoelektrische Körper als Werkstoff Keramik,
wie z.B. BaTiO3 und PZT, und einen Einfachkristallwerkstoff aufweisen,
wie z.B. Quarz, Turmalin, Tantalat oder Columbat. Jedoch weist der
piezoelektrische Wandler Nachteile auf. Beispielsweise sind die
Kosten für derartige
piezoelektrische Wandler sehr hoch und die Schwingungen des Kristallgitters
werden leicht bezüglich
der Bandbreite und des Schalldruckes verringert. Darüber hinaus
sind die Unterschiede zwischen der Impedanz des piezoelektrischen
Materials und der Impedanz der Luft so groß, dass das unübertroffene
Phänomen
verursacht wird, welches in einer großen Reflektion der Ultraschallsignale
an der Kontaktoberfläche
resultiert und die Untersuchungseffizienz verringert. Zudem kann
der piezoelektrische Wandler kaum für die präzise Untersuchung im Nanobereich
eingesetzt werden, da Begrenzungen hinsichtlich der Auflösung und
der Bandbreite gegeben sind.
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Anstatt
des piezoelektrischen Wandlers wird deshalb der mikrokapazitive
Ultraschall-Wandler bei der Ultraschall-Wandler-Entwicklung immer mehr berücksichtigt.
Entsprechende Patente wurden schrittweise in letzter Zeit angemeldet,
wie z.B. die U.S. Patentschriften Nr. 6,426,582 B1 Nr. 6,004,832
A und Nr. 6,295,247 B1 usw. Gemäß 1 wird der strukturelle
Aufbau des mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers gezeigt. Eine Vielzahl
von Haltesockeln 12 sind auf einem Substrat 11 ausgebildet
und der Schwingungsfilm 13 mit einer oberen Elektrode 14 ist
auf den Haltesockeln 12 vorgesehen. Das Substrat 14 ist
dotiert mit Fremdatomen, um eine Leitfähigkeit zu realisieren, welche
verwendet wird, um mit der unteren Elektrode und der oberen Elektrode 14 eine
Kapazitätsstruktur
zu bilden. Der Schwingungsaufnehmer 15 umfasst das Substrat 11,
die Haltesockel 12 und den Schwingungsfilm 13,
wobei der Schwingungsaufnehmer 15 verwendet wird, um den Abstand
der Schwingungen aufzunehmen, wenn der Oszillationsfilm 13 vertikal
schwingt. Derartige mikrokapazitive Ultraschall-Wandler weisen die
folgenden Vorteile auf: (1) große
Bandbreite; (2) einfache Ausbildung hoher Strahlungsdichte; (3)
einfache Integration mit den Eingangsschaltkreisen der gleichen Halbleiterscheibe;
und (4) Massenproduktionsfähigkeit,
so dass die Herstellungskosten reduziert werden.
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Das
wichtigste Kennzeichen der mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler ist tatsächlich die
Ausgestaltung des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsfilms,
so dass die geometrischen Parameter des Schwingungsaufnehmers und
des Schwingungsfilms entscheidend sind, wobei der Radius und die
Dicke des Schwingungsfilms und der Abstand zwischen der oberen Elektrode
und der unteren Elektrode strikt mit der Effizienz des Ultraschall-Wandlers
verbunden sind. Somit ist es sehr wichtig, bei dem Herstellungsverfahren
all diese geometrischen Parameter konstant und möglichst gleichmäßig zu halten.
Gemäß den 2A bis 2C werden schematische Ansichten bekannter
Herstellungsverfahren der mikrokapazitiven Ultraschallwandler gemäß des Standes
der Technik gezeigt. Zuerst wird ein Substrat 21 vorgesehen
und dann ein Haltefilm 22, ein Schwingungsfilm 23 und
eine leitende Schicht 24 erfolgreich auf dem Substrat 21 ausgebildet.
Eine Vielzahl von Löchern 25,
welche den Schwingungsfilm 23 und die leitende Schicht 24 durchdringen, werden
durch ein photolithographisches Verfahren oder durch Ätzen erzeugt.
Schließlich
kann der Trägerfilm 22 durch
die Vielzahl der Löcher 25 geätzt werden,
um eine Vielzahl von Schwingungsaufnehmern 221 darauf zu
bilden. Da die Art, wie die Ätzrate auf
dem Trägerfilm 22 und
dem Schwingungsfilm 23 unterschiedlich ist, wird die Ätzlösung, welche
vorzugsweise eher den Trägerfilm 22 als
den Schwingungsfilm 23 ätzt,
verwendet, um eine Vielzahl von Schwingungsaufnehmern 221 auszubilden,
so dass der komplette Ultraschall-Wandler fertiggestellt ist. Die
Form der Schwingungsaufnehmer 221 ist etwa die Form eines
Zylinders, welcher sich von dem Zentrum der Löcher 25 erstreckt.
Derartige Verfahren sind jedoch kaum zu verwenden, um die präzise Form
der Schwingungsaufnehmer zu steuern, und die bekannten Verfahren
können
auch keinen Kontrollmechanismus realisieren. Dies ist nur abhängig von
Experimenten, so dass viele Änderungen
bei dem Verfahren, wie z.B. das Variieren der Konzentration der Ätzlösung, sehr
schnell die Variation der geometrischen Abmessungen der Schwingungsaufnehmer 221 verursacht,
so dass ferner der Charakter aller Wandler beeinflusst wird.
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Des
weiteren werden die Schwingungsaufnehmer 221 durch die
Vielzahl der Löcher 25,
welche als Eintritt für
die Ätzlösung und
als Austritt der Ätzlösung vorgesehen
sind, durch Zusatzstoffe leicht kontaminiert, indem an der Wand
der Aufnehmer Reste zurückbleiben,
so dass der Charakter der Wandler beeinflusst wird.
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Aus
der
DE 30 252 50 C2 ist
ein Prägeverfahren
zum Herstellen eines kapazitiven Wandlers bekannt, bei dem die Ausnehmungen
durch Prägen von
Nuten in dem Substrat hergestellt werden. Der Polymerfilm des hergestellten
bekannten Wandlers weist lediglich eine Metallschicht zur Kontaktierung auf.
Die Verbindung zwischen dem Polymerfilm und der Stützstruktur
erfolgt durch Klemmen.
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In
der
DE 196 43 893
A1 ist ein Ultraschall-Wandler beschrieben, bei dem eine
Trägerfilmschicht
mit Ausnehmungen auf einem Substrat hergestellt wird, das eine elektrische
Leitfähigkeit
besitzt. Dabei ist nicht näher
erläutert,
wie die Ausnehmungen in der Trägerschicht
erzeugt werden. Die Membran besteht nicht aus einem Polymerfilm
und sie besitzt nicht eine Vielzahl von strahlenförmig angeordneten
Elektrodenplatten und Verbindungsleitungen.
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Die
Druckschrift „H.
Dreuth, C. Heiden: Thermoplastic structuring of thin polymerfilms" in Sensors & Actuators, 1999,
Vol. 78, S. 198–204
beschreibt das Einprägen
von Ausnehmungen in der Oberfläche einer
polymeren Schicht, wobei derartige Strukturen auch im Zusammenhang
mit Ultraschallwandlern verwendet und durch Ankleben mit anderen
polymeren Schichten verbunden werden können.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
vorzuschlagen, welches einerseits die aus dem Stand der Technik bekannten
Nachteile vermeidet, und zudem den Charakter der Ultraschall-Wandler
weiterverbessert.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
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Demnach
wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen
eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers unter Anwendung eines Prägeverfahrens
vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren
arbeitet mit einer zumindest teilweise gemusterten bzw. strukturierten
Form, um die Schwingungsaufnehmer des mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers auszubilden,
so dass die Ziele erreicht werden, eine Massenproduktion, eine gleichmäßige Steuerung
und eine Kostenreduktion zu erhalten.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht
vor, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine präzise
Steuerung der Abmessungen der Schwingungsaufnehmer des mikrokapazitiven
Ultraschall-Wandlers
ermöglicht wird.
Ferner soll der Abstand zwischen den oberen und den unteren Elektroden
reduziert werden, infolgedessen die Empfindlichkeit des Ultraschall-Wandlers
erhöht
wird.
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Eine
nächste
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass das
Verfahren zum Herstellen des mikrokapazitiven Wandlers derart durchgeführt wird,
dass die Reinheit der Schwingungsaufnehmer verbessert wird, ohne
Eintrittslöcher
zu erzeugen, so dass, wie bei dem bekannten Verfahren durch die
Eintrittslöcher Ätzflüssigkeit
eintritt und Nebenprodukte austreten.
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Um
die vorgenannten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zu erreichen,
wird ein Verfahren zum Herstellen eines Wandlers mit den folgenden
Verfahrensschritten vorgeschlagen:
- a) Vorsehen
eines Substrats mit elektrischer Leitfähigkeit;
- b) Bilden einer Trägerschicht
auf dem Substrat;
- c) Vorsehen einer Form mit einer strukturierten bzw. gemusterten
Oberfläche,
wobei die strukturierte Oberfläche
ein Strahlenmuster mit Vorsprüngen
und Ausnehmungen aufweist;
- d) Einprägen
der Form in die Trägerfilmschicht
mit der strukturierten Oberfläche,
so dass das Strahlenmuster in die Trägerfilmschicht übertragen wird;
- e) Entfernen der Form, wobei eine Vielzahl von Ausnehmungen
entsprechend dem Strahlenmuster in der Trägerfilmschicht gebildet werden;
- f) Vorsehen eines Polymerfilms, wobei der Polymerfilm eine Vorderseite
und eine Rückseite
aufweist;
- g) Bilden einer Vielzahl von oberen Elektroden, korrespondierend
mit den Ausnehmungen, und einer Vielzahl von Leitungen zwischen
den beiden angrenzenden oberen Elektroden auf dem Polymerfilm;
- h) Ankleben der Rückseite
des Polymerfilms auf die Trägerfilmschicht,
um die Ausnehmungen abzudichten und eine Vielzahl von Hohlräumen als Messaufnehmer
zu bilden, so dass eine Vielzahl von Ultraschall-Wandler gebildet
werden.
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Um
die vorgenannten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zu realisieren,
kann auch ein anderes Verfahren vorgesehen sein, welches folgende
Verfahrensschritte umfasst:
- a) Vorsehen eines
Substrats mit elektrischer Leitfähigkeit;
- b) Bilden einer Trägerfilmschicht
auf dem Substrat;
- c) Vorsehen einer zylindrischen Form mit einer strukturierten
bzw. gemusterten äußeren Oberfläche, wobei
die gemusterte äußere Oberfläche ein Strahlenmuster
mit Vorsprüngen
und Ausnehmungen aufweist;
- d) Rotieren der zylindrischen Form über der Trägerfilmschicht, so dass das
Strahlenmuster in die Trägerfilmschicht übertragen
wird, und Ausbilden einer Vielzahl von Ausnehmungen;
- e) Vorsehen eines Polymerfilms, wobei der Polymerfilm eine Vorderseite
und eine Rückseite
aufweist;
- f) Bilden einer Vielzahl von oberen Elektroden, korrespondierend
mit den Ausnehmungen auf dem Polymerfilm, und einer Vielzahl von
Leitungen zwischen zwei benachbarten oberen Elektroden;
- g) Ankleben der Rückseite
auf dem Polymerfilm auf der Trägerfilmschicht,
um die Ausnehmungen abzudichten und eine Vielzahl von Wandlern zu erhalten,
so dass eine Vielzahl von Ultraschall-Wandlern gebildet werden.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht der Basisstruktur eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers,
gemäß dem Stand
der Technik;
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2A bis 2C schematische
Ansichten eines Verfahrens zum Herstellen eines mikrokapazitiven
Ultraschall-Wandlers
gemäß des Standes
der Technik;
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3A bis 3E schematische
Ansichten eines bekannten Nanopräge-Lithographie-Verfahrens
bei der Halbleiterherstellung;
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4A bis 4G schematische
Ansichten einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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4H eine
Draufsicht auf einen mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5A bis 5G schematische
Ansichten einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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Korrespondierend
zu den Zeichnungen werden bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
beschrieben, die den Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens gegenüber dem
Stand der Technik zeigen.
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Die
Nanopräge-Lithographie
hat sich seit 1996 entwickelt, als Dr. Stephen Y. Chou die entsprechenden
Schriften veröffentlicht
hat. Die lithographische Prägung
im Nanobereich (Nanoprägung)
unterscheidet sich sehr von den traditionellen lithographischen
Verfahren bei der Halbleiterherstellung; denn dort werden keine
Energiestrahlen verwendet, so dass die Auflösung bei der lithographischen
Nanoprägung
nicht durch das Phänomen
der Prägung, Streuung
und Interferenz beeinflusst wird, wenn die optischen Wellen in die
Photoschicht eindringen und durch den Effekt der Streuung der von
dem Substrat der von dem Substrat zurückkehrenden Strahlen. Dieses
Verfahren wurde in den frühen
siebziger Jahren offenbart und die darauf bezogenen Entwicklungen
sind Teile der nachfolgend genannten Patente, wie z.B. die U.S.
Patentschriften Nr. 4,035,226, Nr. 5,259,926 A, Nr. 5,772,905 A
und Nr. 6,375,870 B1.
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Entsprechend
der 3A bis 3E werden
schematische Ansichten der lithographischen Nanopräge-Technologie
gezeigt, welche bei dem Halbleiterherstellungsprozess eingesetzt
werden. Zunächst
werden eine Isolationsschicht 32 und eine flexible Filmschicht 33 vorgesehen,
welche im Zustand der Plastizität
erfolgreich auf einem Substrat 31 gebildet werden. Danach
wird eine Form 34 mit Vorsprüngen und Ausnehmungsmustern
auf der Oberfläche
des Substrats gebildet, indem diese in die flexible Filmschicht 33 gepresst
wird, so dass das Muster auf die flexible Filmschicht 33 übertragen wird.
Bei dem Prägeverfahren
wird die strukturierte Oberfläche der
vorspringenden Abschnitte nicht direkt die Isolationsschicht 32 berühren, so
dass ein relativ dünner Bereich 331 über der
Isolationsschicht 32 gebildet wird, und ein Hoch-Tief-Muster
korrespondierend mit dem Muster auf der Formoberfläche erzeugt
wird. Danach wird der relativ dünne
Bereich 331 durch ein Ätzverfahren
entfernt, um einen Teil eines Isolationsabschnittes 321 unter
dem dünnen
Bereicht 331 zu enthüllen.
Schließlich
können
der Teil des Isolationsabschnittes 321 und der flexiblen
Filmschicht 33 entfernt werden und können danach die verbleibenden Abschnitte
der Isolationsfilmschicht 33, welche mit dem Formoberflächenmuster
korrespondieren, als Maske für
die folgenden Schritte bei der Halbleiterherstellung, wie z.B. der
Ionenimplantation, verwendet werden.
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Offensichtlich
kann die bei dem Halbleiterherstellungsverfahren verwendete lithographische Nanoprägung eine
Vielzahl von Verfahrensschritten einsparen. Ferner kann die Verwendung
der Form nicht nur das Herstellungsverfahren beschleunigen, sondern
auch hohe Kosten für
die Maskenherstellung bzw. Formherstellung und Wartung der Form einsparen.
Außerdem
sind die Strahlenmuster bei dem Prägeverfahren so praktikabel,
dass die lithographische Nanopräge-Technologie
verwendet werden kann, um Ultraschall-Wandler herzustellen, wobei sich viele
Vorteile bei der lithographischen Nanopräge-Technologie ergeben:
- 1) Massenherstellung.
- 2) Geringe Kosten.
- 3) Auswahlmöglichkeiten
bei dem Polymerwerkstoff, welcher für die Oszillationsschicht und
die Oszillationsaufnehmer verwendet wird, wie z.B. biokompatible
Werkstoffe, welche bei mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlern eingesetzt
werden, welche in der Biomedizintechnik in vorteilhafter Weise zum
Einsatz kommen können.
- 4) Verringerung der Höhe
der Schwingungsaufnehmer und gute Kontrolle und gleichmäßige Steuerung,
so dass die Empfindlichkeit des Ultraschall-Wandlers verbessert
wird.
- 5) Verwenden von Polymermaterialien anstatt von Silicium bei
den Wandlern, so dass der Effekt von Lamb-Wellen vermindert wird.
- 6) Vereinigung der Materialien der Oszillationsfilmschicht und
der Oszillationsaufnehmer, welche bei dem bekannten Verfahren unterschiedlich sind,
und somit unterschiedliche Expansionskoeffizienten aufweisen, so
dass das Problem der Stabilität
der Wandler gelöst
wird.
- 7) Präzises
Steuern der Größe bzw.
der Abmessungen der Ultraschall-Wandler im Mikro- oder auch im Nanobereich,
so dass die Effizienz der Wandler gesteigert wird, und dadurch die
Anwendungsmöglichkeiten
vergrößert werden.
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Gemäß den 4A bis 4G sind
schematische Ansichten einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Wie in den Figuren dargestellt, weist das Substrat 41 dotierte
Fremdatome für
eine elektrisch leitende Schicht auf, welche als die untere Elektrode
des Ultraschall-Wandlers vorgesehen ist. Bei der bevorzugten Ausführung zur
Verstärkung
der unteren Elektrode können
eine Vielzahl von leitenden Platten auf dem Substrat 41 vorgesehen sein,
wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Platten eine Verbindungsleitung
vorgesehen ist. Ferner ist eine Trägerfilmschicht 42 auf
dem Substrat 41 gebildet. Um die Nanopräge-Technologie anzuwenden,
ist das Material der Trägerfilmschicht 42 ein
flexibles Polymer, wie z.B. PMMA. Um die Sensibilität des Ultraschall-Wandlers
zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Wand der Schwingungsmessaufnehmer
des Wandlers in der Trägerfilmschicht 42 so dünn wie möglich ist.
Des weiteren wird eine Form 51 mit einer gemusterten Oberfläche 511 vorgesehen, wobei
die gemusterte Oberfläche 511 ein
Strahlenmuster 512 mit Vorsprüngen und Ausnehmungen ist. Durch
die Verwendung eines Antriebsapparates kann die Form 51 in
die Trägerfilmschicht 42 mit
der strukturierten Oberfläche 511 eingeprägt werden,
so dass das Strahlenmuster 512 auf die Trägerfilmschicht 42 übertragen
wird. Nach Entfernen der Form 51 sind eine Vielzahl von
Ausnehmungen 421 korrespondierend mit dem Strahlenmuster 512 auf
der Trägerfilmschicht 42 gebildet.
Bei dem Prägeverfahren
werden die Vorsprünge
der strukturierten Oberfläche
nicht direkt die Oberfläche
des Substrats 41 berühren.
Mit anderen Worten gesagt, werden die jeweiligen Böden der
gebildeten Ausnehmungen 421 durch die Form 51 nicht
das Substrat 41 berühren,
so dass relativ dünne
Abschnitte oberhalb des Substrats 51 verbleiben. Die relativ
dünnen
Abschnitte werden durch die Verwendung eines Ätzverfahrens entfernt, um das
Substrat 41 an den Ausnehmungsböden freizulegen. Das derartige
Verfahren kann verhindern, dass die Form von der Oberfläche und
der Substratoberfläche
beschädigt
wird. Es ist denkbar, dass das Prägeverfahren durch Heißpressen,
durch Laserprägung,
Nanoprägung
oder anderen Technologien ermöglicht
wird, welche den Prägeeffekt
erzeugen können.
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Darüber hinaus
ist ein Polymerfilm 43 an einer Plattform vorgesehen, wobei
eine Vielzahl von verteilt angeordneten oberen Elektrodenplatten 441 auf
dem Polymerfilm 43 gebildet werden. Die obere Elektrodenplatte 441 wird
als obere Elektrode des kapazitiven Ultraschall-Wandlers verwendet,
wobei zwischen zwei angrenzenden oberen Elektrodenplatten 441 eine
Verbindungsleitung vorgesehen ist. Schließlich ist der Polymerfilm 43 mit
den oberen Elektrodenplatten 441 auf der Trägerfilmschicht 42 angeklebt,
so dass die Ausnehmungen 441 abgedichtet sind, und somit
eine Vielzahl von abgeschlossenen Messaufnehmer 422 gebildet
werden. Die verwendeten Materialien der Polymerfilmschicht 43 und der
Trägerfilmschicht 42 können die
gleichen sein, welches das Problem der unterschiedlichen Expansionskoeffizienten
verhindern kann, woraus eine Stabilität der Ultraschall-Wandler resultiert.
Auf den geschlossenen Messaufnehmern 422 ist der Polymerfilm 43 und
auf dem Polymerfilm 43 sind eine Vielzahl von oberen Elektrodenplatten 441 angeordnet,
wobei die oberen Elektrodenplatten 411 jeweils mit den
geschlossenen Messaufnehmern 422 korrespondieren. Die 4H zeigt
eine Draufsicht auf den mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die obere Elektrodenplatte 441 ist jeweils im zentralen
Bereich der korrespondierenden geschlossenen Messaufnehmer 422 angeordnet,
wobei der geschnittene Abschnitt der oberen Elektrodenplatte 441 über 60%–70% etwa
des gesamten geschlossenen Messaufnehmers 422 bildet. Des
weiteren sind jeweils zwei benachbarte Elektrodenplatten 441 über eine
Verbindungsleitung 4421 verbunden.
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Darüber hinaus
kann die Ausgestaltung der vorgenannten oberen Elektrodenplatten 441 im
Rahmen des Halbleiterherstellungsprozesses folgende Verfahrensschritte
umfassen:
- 1) Bilden einer leitfähigen Schicht 44 auf
einem Polymerfilm 43, danach Beschichten der leitfähigen Schicht 44 mit
einem photoresistenten Film.
- 2) Benutzen der photolithographischen Technologie, um eine photoresistente
Schicht auf dem photoresistenten Film zu bilden.
- 3) Ätzen
der leitfähigen
Schicht 44, zum Herstellen der oberen Elektrodenplatten 441 zu
bilden, entsprechend der photoresistenten Schicht.
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Derartige
Verfahren arbeiten mit Materialien der leitfähigen Schicht 44 als
magnetische Schicht bzw. Film, wie z.B. Metallfilme oder Polyzide.
Wenn jedoch das Material der konduktiven Schicht 44 bzw. der
Leitungsschicht 44 ein flexibles Material ist, kann die
Nanoprägetechnologie
ebenso in der Formation der oberen Elektrodenplatten 441 folgende
Verfahrensschritte umfassen:
- 1') Bilden einer leitfähigen Schicht 44 auf
dem Polymerfilm 43;
- 2') Vorsehen
einer zweiten Form mit einer strukturierten Oberfläche, wobei
die strukturierte Oberfläche
ein zweites Strahlenmuster mit Vorsprüngen und Ausnehmungen aufweist;
- 3') Einprägen der
zweiten Form in die leitfähige Schicht 44,
so dass das zweite Strahlenmuster auf die Oberfläche der leitfähigen Schicht 44 übertragen
wird;
- 4') Entfernen
der zweiten Form, wobei eine Vielzahl von oberen Elektrodenplatten 441 auf
dem Polymerfilm 43 gebildet werden.
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Gemäß den 5A bis 5G sind
schematische Ansichten des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Zunächst wird das Substrat 61 mit
Fremdatomen dotiert, um als untere Elektrode des Ultraschall-Wandlers eine elektrische
Leitfähigkeit
aufzuweisen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die untere
Elektrode verstärkt,
wobei eine Vielzahl von leitfähigen
Platten auf dem Substrat 61 gebildet werden können, wobei
jeweils benachbarte Platten über
eine Leitung verbunden sind. Eine Trägerfilmschicht 62 ist
auf dem Substrat 61 gebildet. Um die Nanopräge-Technologie
anzuwenden, ist das Material der Trägerfilmschicht 62 ein
flexibles Polymer, wie z.B. PMMA oder dergleichen. Eine zylindrische
Form 71 mit einem Strahlenmuster 712 auf der äußeren Oberfläche ist
vorgesehen, um über
die Trägerfilmschicht 62 gerollt
zu werden, so dass eine Vielzahl von getrennten Ausnehmungen 621 in
der Trägerfilmschicht 62 gebildet
werden. In ähnlicher Weise
wird das Rollverfahren mit der zylindrischen Form 71 durchgeführt, wobei
die Vorsprünge
der äußeren Oberfläche der
Form nicht die Oberfläche
des Substrates 61 berühren.
Mit anderen Worten, werden die durch die Form 71 gebildeten
Böden der
Ausnehmungen 621 nicht das Substrat 61 berühren, so
dass ein relativ dünner
Bereich über
dem Substrat 61 verbleibt. Als nächstes wird der relativ dünne Bereich durch Ätzen entfernt,
so dass Abschnitte des Substrates 61 enthüllt bzw.
freigesetzt werden.
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Als
nächstes
wird ein Polymerfilm 63 auf der Plattform vorgesehen, wobei
eine Vielzahl von geteilt angeordneten oberen Elektrodenplatten 641 auf
dem Polymerfilm 63 gebildet werden. Die obere Elektrodenplatte 641 wird
als obere Elektrode des kapazitiven Ultraschall-Wandlers verwendet,
wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten 641 eine
Verbindungsleitung vorgesehen ist. Schließlich wird der Polymerfilm 63 mit
den oberen Elektrodenplatten 641 auf die Trägerfilmschicht 62 aufgeklebt, so
dass die Ausnehmungen 621 abgedichtet werden und eine Vielzahl
von geschlossenen Hohlräume
als Messaufnehmer 622 gebildet werden. Auf diese Weise
wird auf den geschlossenen Messaufnehmern 622 ein Polymerfilm 63 vorgesehen,
wobei auf dem Polymerfilm 63 wiederum die Vielzahl der
oberen Elektrodenplatten 641 sind, welche mit den geschlossenen
Messaufnehmern 622 korrespondieren. Die oberen Elektrodenplatten 641 sind
jeweils auf dem zentralen Abschnitt der korrespondierenden geschlossenen
Messaufnehmern 622 angeordnet, wobei der diagonale Abschnitt
der oberen Elektrodenplatte 641 etwa 60%– 70% des
geschlossenen Messaufnehmers 622 ist. Zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten 641 ist
wiederum eine Verbindungsleitung vorgesehen.
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Zusätzlich,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben, kann die Ausgestaltung der
oberen Elektrodenplatten 641 dem traditionellen Halbleiterherstellungsprozess entsprechen,
wenn das Material des leitfähigen
Films ein Magnetfilm ist, wie z.B. ein Metallfilm oder Polyzid.
Wenn jedoch das Material des leitfähigen Films ein flexibles Material
ist, kann das Prägeverfahren verwendet
werden, wie z.B. ein Heißformen,
ein Laserprägen,
ein Nanoprägen
oder ein sonstiges Druck- oder Prägeverfahren, wie sie bei den
vorgenannten Ausgestaltungen beschrieben worden sind. Es sind jedoch
auch andere Technologien anwendbar, welche einen ähnlichen
Prägeeffekt
erzeugen können.
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Des
weiteren kann die Formation der oberen Elektrodenplatten sowohl
bei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach dem Aufkleben
des Polymerfilms auf der Trägerfilmschicht durchgeführt werden.
Mit anderen Worten gesagt, kann nach dem Bilden einer Vielzahl von
Ausnehmungen in der Transportfilmschicht auf dem Substrat die Polymerschicht
auf die Trägerfilmschicht
vorher aufgeklebt werden, so dass die Vielzahl der Ausnehmungen
abgedichtet werden, wodurch eine Vielzahl von geschlossenen Messaufnehmern
bzw. Hohlräume
für den
mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gebildet werden. Schließlich kann
eine Vielzahl von den oberen Elektrodenplatten, welche zu den geschlossenen
Messaufnehmern ausgerichtet sind, auf dem Polymerfilm gebildet werden,
so dass eine Vielzahl von mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlern
gebildet werden.