JP3036796B2 - 音響レンズの製造方法 - Google Patents

音響レンズの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音響レンズの製造方法に関し、特にレンズ部
である凹面部とその外周部との位置合せの精度を向上さ
せることができる音響レンズの製造方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
音響レンズは、音波顕微鏡において被測定物に対して
音波ビームを収束させるレンズ作用を有する手段として
利用されるもので、第2図に示す形態を有する。音響レ
ンズ20はサファイア等の結晶又は石英ガラス等で作ら
れ、一方の端面は凹面状に、他方の平面状に形成され
る。平面部21にはRF音波を放射するための圧電素子22が
配設される。圧電素子22から放射される平面波23は音響
レンズ体24の中を進行し、凹面部25と媒質26(例えば
水)との界面において形成される正のレンズによって所
定の焦点に収束され、レンズ作用が発揮される。圧電素
子22の上下面には電極27が設けられ、電極27には交流電
源28から交流が印加され、これにより平面波23が発生さ
れる。また29は被測定物である。凹面部25の周面にはテ
ーパ形状の外周部30が形成される。この外周部30をテー
パ形状としたのは、不要な反射波を受けるのを防止し、
ノイズを低減するためである。
上記形状を有する音響レンズの従来の製造方法は、通
常、研磨加工方法が使用されるが、前記凹面部25が直径
500μm以下の球面形状に形成される微小な音響レンズ
については、エッチング技術を利用する方法が提案され
ている。このエッチング技術を用いた製造方法では1つ
のレンズ素材の基材から一度に多数の音響レンズを製造
することが可能となる。
後者のエッチング技術を利用した音響レンズの製造方
法では、音響レンズ20の球面状凹面部25とこの凹面部の
周囲の外周部30を、エッチングを施すことにより所定形
状に形成する。製造の手順としては、先ず、レンズ素材
基板の表面に対して、レンズ作用を発揮する凹面部25を
形成するための孔が多数形成された絶縁膜をマスクとし
て被覆し、凹面部25のエッチングを行い、次に前記絶縁
膜を除去し、外周部30をエッチングするための絶縁膜を
マスクとして被覆し、外周部のエッチングを行い、その
後レンズ素材基板を分割して、複数の音響レンズを得る
ようにしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記のエッチング技術を利用した従来の音響レンズの
製造方法では、所要の大きさの良好な球面形状を有する
音響レンズを作ることができる。しかしながら、レンズ
素材の表面の絶縁膜で被覆し、この絶縁膜をマスクとし
て利用してエッチングを施し、これを少なくとも2回繰
り返すため、音響レンズの凹面部の表面がダメージを受
けるという問題が生じる。また、音響レンズの製造工程
において、2度目の外周部エッチングを行う時に既に形
成された凹面部と外周部エッチングマスクとの間で精度
のよい位置合せを行う必要があるが、現状の製造技術で
は、合せマークを作成することができないという問題が
ある。すなわち、第1の凹面部エッチングマスクを用い
て凹面部を形成した後、凹面部エッチングマスクは除去
されるので、合せマークを設ける箇所を得ることができ
ない。かかる位置合せが不良な状態で行われた場合に
は、完成した音響レンズにおいて、凹面部の中心と外周
部エッチング面の中心とがずれ、そのためレンズ部に変
形が生じ、レンズ性能が低下する。
上記の如くレンズ素材基板にエッチング技術を利用し
て音響レンズを作製する製造方法において、レンズ作用
を発揮する凹面部の表面状態及び凹面部と外周部との位
置当せ精度について十分な配慮がなされておらず、その
結果、レンズ表面が荒れると共に、合せずれによって音
響レンズの先端部が変形するという問題が提起された。
本発明の目的は、上記問題に鑑み、レンズ表面が荒れ
ない、且つ凹面部の中心と外周部形状の中心と正確に位
置合せされる音響レンズの製造方法を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る音響レンズの製造方法は、レンズ素材と
なる基板に対してエッチング耐力を有するマスクを設
け、このマスクを利用してエッチングを行うことにより
レンズ部と外周部を形成して音響レンズを製造する方法
において、前記基板の表面に前記マスクを2層形成し、
上層のマスクの上面にレンズ部パターンの開口部と外周
部パターンの開口部を有する第1のレジストを形成し、
この第1のレジストの上面に第2のレジストを設けてレ
ンズ部パターンの開口部を覆い且つ外周部パターンの開
口部を露出させ、外周部パターンの開口部を用いて2層
の前記マスクの部分を除去し、次に第2のレジストを除
去し且つレンズ部パターンの開口部を用いて上層マスク
の部分を除去し、次に外周部パターンの開口部を通して
基板にエッチングして外周部を形成すると共に、レンズ
部パターンの開口部の下層マスクの部分を除去し当該開
口部を通して基板にエッチングをしてレンズ部を形成す
ることを特徴とする。
本発明に係る音響レンズの製造方法は、前記の方法に
おいて、前記第1のレジストに対して1枚のホトマスク
を配設してレンズ部パターンの開口部と外周部パターン
の開口部を形成するようにしたことを特徴とする。
本発明に係る音響レンズの製造方法は、前記の方法に
おいて、前記2層のマスクは2種類の絶縁膜、又は金属
膜と絶縁膜であることを特徴とする。
〔作用〕
本発明による音響レンズの製造方法では、1枚のホト
マスクを用いて第1のレジストにレンズ部パターンの開
口部と外周部パターンの開口部を形成し、このレジスト
及び基板上に設けた2層の絶縁膜等を利用して外周部を
エッチングするためのエッチングマスクとレンズ部をエ
ッチングするためのエッチングマスクを形成し、先ず最
初に下層の絶縁膜でレンズ部形成予定箇所を保護しなが
ら外周部エッチングマスクを利用して基板に外周部を形
成し、次にレンズ部エッチングマスクを利用して基板に
レンズ部を形成するものである。2層の絶縁膜を利用し
て外周部エッチング用のマスクとレンズ部エッチング用
のマスクを形成する場合には、第2のレジストを適用し
て第1のレジストにおける外周部パターンの開口部とレ
ンズ部の開口部を選択し、それぞれのエッチングマスク
を形成する。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明に係る音響レンズの製造方法の典型的
実施例を示す工程図である。第1図(A)において、1
は音響レンズの素材となる基板であり、基板1は所要の
表面積を有し、例えばシリコンで形成された板材であ
る。第1図全体では基板1はその一部のみを縦断面図で
示しており、基板1に音響レンズが作られる工程が明ら
かにされる。基板1の上面に絶縁膜2が被覆され、この
絶縁膜2の上に他の絶縁膜3が成膜される。絶縁膜2,3
にはSiO2や窒化膜が使用され、絶縁膜2,3は異なるもの
を使用する。絶縁膜3については、代わりにクロム、金
等の金属膜を用いることができる。絶縁膜3の上面には
ネガレジスト4を形成し、このネガレジスト4にホトマ
スクであるガラスマスクを配置しホトリソグラフィ技術
を適用してレンズ部パターンを形成する開口部5と外周
部パターンを形成する開口部6を同時に形成する。この
時にレンズ部形成予定箇所と外周部形成予定箇所の位置
合せが行われ、開口部5,6が共通のネガレジスト4に形
成されるため、精度よい位置合せを行うことができる。
次にネガレジスト4を例えば150℃の温度で20分間の
間加熱し、焼き固める。焼き固まったネガレジスト4の
上面においてポジレジストを全面に塗布し、その後レン
ズ部を形成するためのポジレジスト部分が残るように、
ホトマスクを使用して露光及び現像を行う。これによっ
て、第1図(B)に示されるように、レンズ部に対応す
るポジレジスト部分7を残し、外周部に相当するポジレ
ジスト部分は現像で除去される。その結果第1図(B)
で明らかなように、ネガレジスト4の外周部を形成する
ための開口部6が現れ、レンズ部を形成するための開口
部5はポジレジスト部分7で覆われた状態にある。
第1図(C)の工程では音響レンズの外周部の開口部
6を介して2回のエッチングが実行される。第1回目の
エッチングでは、ドライエッチング又はウェットエッチ
ングを用いて絶縁膜3が除去され、第2回目のエッチン
グでも同様にドライ又はウェットのエッチングによって
絶縁膜2が除去され、基板1の表面が外周部パターンの
開口部6を介して外部に露出する。次にアセトン溶液で
ポジレジスト部分7のみを除去し、レンズ部パターンの
開口部5を介して絶縁部3をエッチングし、除去する
(第1図(D))。
第1図(E)では外周部を形成するエッチングが行わ
れる。このエッチングでは、等方性エッチング液又は等
方性ドライエッチングを使用し、図示されるように基板
1において外周部のエッチングが進行し、音響レンズの
外周部となるプロフィル8が形成される。この時点で基
板1のレンズ部となる部分は、絶縁膜2で覆われている
ため、形成されない。
次に、基板1のレンズ部となる部分を覆っている絶縁
膜2をエッチングで除去し、当該部分の表面を露出させ
る。この状態で外周部のエッチングの場合と同じよう
に、等方性のウェットエッチング又はドライエッチング
を行ってレンズ部である球面状凹面部9を形成する(第
1図(F))。
上記のように、エッチング技術を利用した本発明によ
る音響レンズの製造方法では、音響レンズのレンズ素材
となる基板1にレンズ部である凹面部9と外周部のプロ
フィル8とを形成するに当たり、共通のネガレジスト4
を用いて外周部エッチングマスクとレンズ部エッチング
マスクを形成するようにしたため、位置合せを特別に行
わなくとも、正確に位置合せを行うことができる。そし
て第1図(F)において、破線10で切断すると、レンズ
作用を有する球面状凹面部9とテーパ形状の外周部8を
備えた音響レンズを得ることができる。
上記のように本実施例では、音響レンズの凹面部と外
周部が形成される予定箇所を、同一のガラスマスクを用
いてネガレジストに同時に形成するようにしたため、基
板1の等方性(サイドエッチング)エッチング量をシミ
ュレートした適正なホトリソグラフィ用ガラスマスクを
使用すれば、レンズ部と外周部の位置合せが適切に行わ
れ、レンズ部の変形が生ぜず、更に外周部をエッチング
で形成した後にレンズ部の凹面部をエッチングして形成
するので凹面部の仕上がり面にて歪みや荒れの生じない
レンズ表面を作ることができる。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように本発明によれば、音響レ
ンズのレンズ素材基板にレンズ部と外周部を形成するた
めのエッチングを行うことにより音響レンズを形成する
製造方法において、レンズ部のエッチング箇所と外周部
のエッチング箇所の位置決めを共通のホトマスクで行う
ように構成したため、レンズ部と外周部とが正確に位置
合せされ,その結果レンズ部に変形の生じない高精度の
音響レンズを製造することができ、また音響レンズを形
成するレンズ素材基板上の絶縁膜や金属膜の被膜作製処
理は1回の処理を行うだけで済み、更にホトリソグラフ
ィの工程も短時間に行うことができ、音響レンズの製造
工程を時間短縮することができる。また凹面部のエッチ
ングは1回で済むので、レンズ表面に荒れが発生しな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る音響レンズの製造方法の典型的実
施例を示す工程図、第2図は音響レンズの形状を示す正
面図である。 〔符号の説明〕 1……レンズ素材基板 2,3……絶縁膜 4……ネガレジスト(第1のレジスト) 5……レンズ部パターンの開口部 6……外周部パターンの開口部 7……ポジレジスト(第2のレジスト) 8……外周部のプロフィル 9……凹面部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−81662(JP,A) 特開 平2−222834(JP,A) 特開 平2−240563(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/24 501 G10K 11/30 H04R 31/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レンズ素材となる基板に対してエッチング
    耐力を有するマスクを設け、このマスクを利用してエッ
    チングを行うことによりレンズ部と外周部を形成して音
    響レンズを製造する方法において、前記基板の表面に前
    記マスクを2層形成し、上層のマスクの上面にレンズ部
    パターンの開口部と外周部パターンの開口部を有する第
    1のレジストを形成し、この第1のレジストの上面に第
    2のレジストを設けてレンズ部パターンの開口部を覆い
    且つ外周部パターンの開口部を露出させ、外周部パター
    ンの開口部を用いて2層の前記マスクの部分を除去し、
    次に第2のレジストを除去し且つレンズ部パターンの開
    口部を用いて上層マスクの部分を除去し、次に外周部パ
    ターンの開口部を通して基板にエッチングして外周部を
    形成すると共に、レンズ部パターンの開口部の下層マス
    クの部分を除去し当該開口部を通して基板にエッチング
    をしてレンズ部を形成することを特徴とする音響レンズ
    の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の音響レンズの製造方法にお
    いて、前記第1のレジストに対して1枚のホトマスクを
    配置してレンズ部パターンの開口部と外周部パターンの
    開口部を形成するようにしたことを特徴とする音響レン
    ズの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の音響レンズの製造方法にお
    いて、前記2層のマスクは2種類の絶縁膜であることを
    特徴とする音響レンズの製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の音響レンズの製造方法にお
    いて、前記2層のマスクは金属膜と絶縁膜であることを
    特徴とする音響レンズの製造方法。
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