JPH02222834A - 超音波探触子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波探触子及びその製造方法に係わり、特に
超音波顕微鏡等の高周波の音波エネルギを利用した装置
に用いて好適な超音波探触子及びその製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

周波数かＩ　Ｇ　Ｉ−Ｉ　Ｚに及ぶ超音波は、水中にお
いて波長が約１μｍ程度になるので、超音波の反射、散
乱、透過減衰などのしよう乱による信号を利用する超音
波顕微鏡か作られている。被測定物に超音波ビームを集
束する手段として、音響レンズを備えたｆｌ音波探触子
が使われる。音響レンズはサファイア等の結晶あるいは
石英ガラス等からなり、その形状は、一端に球面状のレ
ンズ面を有し、他端が平面である。平面側には平面波の
ＲＦ超音波を放射するための圧電素子が設けられている
。圧電素子より放射された平面波はレンズ体の中を進行
し、球面状のレンズ面と媒質（例えば水）との界面にお
いて構成される正のレンズによって、所定の焦点に集束
される。

超音波がレンズ面から焦点まで伝わる間に媒質中で減衰
するのを防ぐため、レンズ面から焦点までの距離は極力
小さくする必要がある。他方、分解能を高めるなめには
、レンズのＦナンバ（焦点距離とレンズ面の開口の比）
を充分に小さくする必要がある。そのため、レンズ面は
直径２００μｍ程度の微小な球面としなければならない
、しかも、その球面がレンズとして作ｆｆＪするには、
超音波長の１／１０以上の凹凸があってはならない。

この値は、１ＧＨ２の超音波の場合、０．１μｍのオー
ダになる。

従来、このような音響レンズを加工するのに、専ら機械
的な研磨法が使われている。しかしながらこの方法では
、直径５００μｍ以下の球面を形成することは実際上は
とんど不可能であった。これを解決するため、溶融ガラ
ス中に発生する気泡を固化して、気泡の半分を削り出す
方法（特開昭５８−４１９７号）、あるいは、球形のガ
ラスを焼結前のガラス性炭素材に押しつけて型取りし、
凹面を形成後、焼結する方法（特開昭５９−９３４９５
号）が提案されている。

しかしながら、カラス中の気泡を探し出す方法では、適
当な大きさの気泡を探・し出すことが困難であり、たと
え見つかっても、その近傍に池の気泡が存在する場合に
は使うことができず、工業的なレンズの製造方法として
は成立し難い、また、球面以外のレンズ面（例えば円筒
レンズ面）は、この方法では得られないことは明らかで
ある。

一方、ガラス性炭素にガラス球を抑圧後、焼結する方法
では、焼結体中に残留する気泡や介在物の存在による超
音波の散乱が無視できないこと、また、焼結による寸法
変化が大きいことなどの間組がある。

また、レンズ面の外縁部は、一般に必要以外の反射波を
受けぬようテーバ状に研削する。その研削加工部を拡大
呻てみると、レンズ面とテーバ面との間に平坦面が残る
。平坦面を無くすまでテーバ面を加工すればレンズ間該
縁部のエツジが欠けなり、丸みを帯びる等の結果となる
。従って、いずれの場合も、レンズ面周囲から受信され
るノイズを低減できない。

更に、多数の球面レンズを平面上に密に配置すれば、非
測定物の２次元像を捕らえることができるしく特開昭５
６−１０３３２７号）、複数のレンズ面を平面上に精度
よく並べることができれば、音像情報を多点から同時に
得ることができる。しかしながら、機械的な研磨法及び
ガラス中の気泡を探し出す方法では、１つの基板上に複
数個のレンズ面を精度良く配列することは実質的に不可
能である。また、焼結による方法では、焼結によるレン
ズ配列のピッチの乱れは避けられない、更に、単レンズ
を組合せて配列を作ることは、微細なレンズ寸法を考慮
すれば、極めて困難である。

〔発明が解決しようとする課趙〕

以上説明したように、従来技術によっては、微小な曲面
を持つレンズ面を精度良く加工することが極めて困難で
あり、その結果、得られた音響レンズは極めて高価にな
るという問題があった。また、レンズ面外周部から受信
されるノイズの低減が限られているという問題があった
。更に、複数のレンズを平面上に密にかつ／又は精度良
く配列して非測定物の２次元像情報を得ること又は音（
象情報を多点から同時に得ることは不可能であるか、極
めて困難であるという問題があった。

本発明の目的は、極めて曲率半径の小さいレンズ面を備
えかつ安価に製造できる音響レンズを備えた超音波探触
子及びその製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、レンズ面外周部から受信されるノ
イズを低減できる音響レンズを備えた超音波探触子及び
その製造方法を提供することである。

本発明の更に他の目的は、複数のレンズを密にかつ／又
は精度良く配列した音響レンズを備えた超音波探触子及
びその製造方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、音響レンズのレンズ面を
、レンズ本体となる基板素材にエッチングを施すことに
より形成されたエッチプロフィルで構成したことを特徴
とする超音波探触子によって達成される。

本発明の１つの側面において、前記レンズ面のエッチプ
ロフィルは、前記エッチングとして等方性エッチングを
施すことにより形成された球面状のエッチプロフィルを
包含している。

本発明の他の側面において、前記レンズ面のエッチプロ
フィルは、前記エッチングとして非円形の開口を有する
マスク層を用いて行うエッチングを施すことにより形成
されたエッチプロフィルを包含している。

本発明の更に他の側面において、前記レンズ面のエッチ
プロフィルは、前記基板素材の結晶軸方向によってエッ
チレートの異なるエッチングを施すことにより形成され
たエッチプロフィルであって、中央部が球面形状で、周
辺部が深さ方向に少なくとも部分的に前記球面の曲率よ
りも小さい曲率をなす非球面形状をしたエッチプロフィ
ルを包含している。

本発明のなお更に他の側面において、前記音響レンズは
前記レンズ本体上に配列された複数個のレンズ面を有し
、これら複数個のレンズ面はそれぞれ前記エッチングを
施すことにより形成されたエッチプロフィルからなって
いる。

本発明のまた他の側面において、前記音響レンズは、前
記レンズ面をマスク層で被覆して前記レンズ面の外周部
を再度エッチングすることにより形成されたエッチプロ
フィルからなる湾曲面を更に有している。

本発明の更に他の側面において、前記レンズ本体の少な
くとも前記レンズ面上にレンズ本体と異なる物質の薄膜
からなる音響整合層が設けられている。

上記目的は、また本発明によれば、レンズ本体となる基
板素材の表面に少なくとも１つの開口を有するエッチン
グ耐性のマスク層を形成し、前記基板素材にこのマスク
層の開口よりエッチングを施し、得られたエッチプロフ
ィルの少なくとも一部をレンズ面とすることを特徴とす
る超音波探触子の製造方法によって達成される。

本発明の１つの側面において、前記マスク層に形成され
た開口は点状の開口であり、この点状の開口より前記基
板素材に等方性エッチングを施すことにより前記エッチ
プロフィルが得られる２本発明の他の側面において、前
記マスク層に形成された開口は細長い開口であり、この
細長い開口より前記基板素材にエッチングを施すことに
より前記エッチプロフィルが得られる。

本発明の更に他の側面において、前記基板素材に前記マ
スク層の開口より、基板素材の結晶軸方向によってエッ
チレートの異なるエッチングを施し、前記エッチプロフ
ィルとして、中央部が球面形状で、周辺部が深さ方向に
少なくとも部分的に前記球面の曲率よりも小さい曲率を
なす非球面形状をしたエッチプロフィルが得られる。

本発明のなお更に他の側面において、前記レンズ面を得
た後、更にこのレンズ面をマスク層で被覆してレンズ面
の外周部に再度エッチングが施される。

本発明のまた池の側面において、前記マスク層には複数
の開口を形成し、これに対応してレンズ本体に複数個の
レンズ面が形成される。

本発明のなお更に他の側面において、前記レンズ本体の
少なくとも前記レンズ面上に前記基板素材と異なる物質
の薄膜からなる音響整合層が形成される。

〔作用〕

以上のように構成した本発明においては、基板素材にエ
ッチングを施すことにより得られたエッチプロフィルを
音響レンズのレンズ面とすることにより、極めて小さい
曲率のレンズ面を精密に加工することができる。また、
このエッチングによるレンズ面の加工は従来の半導体の
製造におけるエッチング技術を用いることができるので
、容易に実現することができる。

マスクに形成した点状の開口部から等方性エッチングを
施すことにより、そのエッチプロフィルは、開口部を中
心とする半径が一定の半球面となる３球面の半径はエッ
チング時間の管理によって容易に制御され、例えば数μ
ｍ〜１−程度の範囲にわたって任意に選ぶことができる
。

また、マスク層に形成した細長い開口からエッチングを
施すことにより、開口がスリット状のパターンの場合に
は円筒面のエッチプロフィルが得られ、円筒面レンズを
加工できる。この場合も、レンズ面の半径は、エッチン
グ時間によって容易に制御され、例えば数μｍ〜１關程
度の範囲にわたって任意に選ぶことができる。適切な開
口のパターン形状と適切なエッチャントを選択すること
により、超音波の集束機能が異なる球面レンズ、円筒面
レンズ、複合円筒面レンズ等、種々のレンズを加工でき
る。

エッチングによりレンズ面を得た後、更にこのレンズ面
をマスク層で被覆してレンズ面の外周部に再度エッチン
グを施すことにより、レンズ面外周部にはそのエッチン
グのエッチプロフィルからなる湾曲面が形成される。こ
のため、レンズ面の外周円は鋭い稜線を画定し、レンズ
外周部から受信されるノイズが低減する。

また、マスク層で被覆して行うエッチングはいずれもホ
トリソグラフィの手法が使えるので、マスク層に複数の
開口を形成し、これに対応してレンズ本体に複数個のレ
ンズ面を形成することにより、複数個のレンズを同一基
板上に密にかつ／又は精密に配列し、試料の２次元像を
得たり、異な′る音像を同時に得ることが可能となる。

更に、エッチングにより形成されたレンズ面に音Ｉｇ！
整合層を設け、レンズ表面を改質することにより、レン
ズ表面における音響エネルギの伝達効率が高められる。

本発明は、また、マスク層の開口より、基板素材の結晶
軸方向によってエッチレートの異なるエッチングを施す
ことによりレンズ面を形成することを包含するものであ
り、以下このことについて説明する。

一般に、エッチングには、エッチレートが素材の結晶軸
方向にほとんど依存しないものと依存するものがあり、
前者を等方性エッチングと呼び、後者を異方性エッチン
グと呼んでいる０例えば単結晶シリコンに対しては、フ
ッ酸と硝酸及び酢酸の混合液をエッチング液として用い
た場合は等方性エッチングとなり、ＫＯＨ水溶液を用い
た場合は異方性エッチングとなる。しかしながら、いわ
ゆる等方性エッチングと呼ばれるものでも、エッチレー
トは結晶軸方向に全く依存しないのではなく、結晶軸方
向によっである程度は異なり、その異なる程度はエッチ
ャントの混合比、エッチング温度等によって変化する０
例えば上述したフッ酸と硝酸及び酢酸の混合液の例では
、フッ酸の割合を少なくすると結晶軸方向にエッチレー
トが異なる程度が大きくなり、また−数的に、エッチン
グ温度を高くすれば結晶軸方向にエッチレートが異なる
程度が小さくなる。ただし、エッチレートの異なる程度
は異方性エッチングに比べればはるかに小さい１本発明
の１１！！１面においては、いわゆる等方性エッチング
を行うエッチャントにより、結晶軸方向にエッチレート
の差が比較的大きいエッチングを行うことを提案してお
り、本明細書中ではこのエッチングのことを便宜上「結
晶軸方向によってエッチレートの異なるエッチング」又
は「疑似等方性エッチング」と表現している。

本発明者等は、マスク層の開口よりこのような疑似等方
性エッチングを施すことにより、中央部が球面形状で、
周辺部が深さ方向に少なくとも部分的に前記球面の曲率
よりも小さい曲率を成す非球面形状をしたエッチプロフ
ィルが形成されることを発見した１本発明はこの発見に
基づくものである。

このようなエッチプロフィルからなるレンズ面を備えた
音響レンズにおいては、圧電素子より直進してきた超音
波は、レンズ面中央部では球面であるためレンズ面の軸
線上に焦点を結び、超音波顕微鏡の場合は従来と同じよ
うに像が見える。これに対し、レンズ面周辺の非球面部
では、少なくとも部分的に深さ方向の曲率が中央部球面
の曲率よりも小さくなっているため、この部分で中央部
球面からの超音波よりも更に深い位置で焦点を結ぼうと
する。この超音波は、試料表面で反射しレンズ面に戻る
が、試料表面上での反射点がレンズ面の軸線からずれる
なめ周辺非球面部でなく中央球面部に戻り、この超音波
は周辺球面部との焦点位置の違いからレンズ本体内をレ
ンズ面の軸線と平行に伝播せず、圧電素子には達しない
、従って、中央球面部からの超音波による情報のみが得
られ、周辺非球面部の情報は非常に少なくなる。即ち、
本発明では周辺非球面部が従来音響レンズのエツジの役
割をし、レンズ面外周部から受信されるノイズを低減す
ることができる。

また、この形状にすることにより球面部周囲のエツジ加
工が不要となり、音響レンズの製造か一層容易となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例による超音波探触子の製造方法
を第１ａ図〜第１ｆ図により説明する。

本実繕例では、音響レンズを構成するレンズ本体として
シリコン単結晶を使う、シリコン中の音速は８４００　
ｍ　／　ｓであり、レンズ体として大きい屈折率を持つ
こと、また、単結晶中での音響エネルギの減衰が小さい
こと等の利点がある。

レンズ加工の第１工程として、第１ａ図に示すように、
まずシリコン単結晶基板１１の表面にエッチングのマス
ク層として、クロムおよび金を蒸着した層１２を形成す
る。クロ′ムの厚さは約２００人、金の厚さは約２００
０人である。更にその上にレジストＷｉ！１３を塗布し
、ホトリックラフイの手法を用いてレンズ球面の中心位
置に複数個の点状の開口１４を形成する。開口１４の直
径は約１０μｍである。レジスト膜上の開口１４からエ
ッチングを施すことにより、第１ｂ図に示すように、ク
ロム・金からなるマスク層１２にも対応した点状の開口
を開けることができる。以下この開口も含め符号１４で
表わす、金のエッチャントとしては、ヨウ素・ヨウ化ア
ンモニウム水溶液が使われ、クロムのエッチャントとし
ては梢酸第２セリウムアンモニウム水溶液が使われる。

次に、レジスト、膜１３を除去し、クロム・金のマスク
層１２を用い、その開口１４からシリコン単結晶基板１
１にエッチングを施す、この時のエッチャントとしては
、エッチレートが結晶方位に依存しないものを選択する
ことが重要である。ここでは、硝酸（６４％）、酢酸（
６０％）及びフッ酸（５０％）を４：３：１に混合した
液をエッチャントとして用いた。エッチングは、直径的
１０μｍの開口１４から等方的に進み、第１ｃ図に示す
ように半球面のエッチプロフィル１５が得られる。直径
２００μｍの球面レンズの曲率半径の誤差は１％以下で
ある。

次いで、クロム・金のマスク層１２を除去すれば、第１
ｄ図に示すように半球面が表面に現れる。

この面をそのままレンズ面に使うことも可能であるが、
本実施例では、半球面上に更に酸化ＷＡｓｉＯ２１６を
形成した。その目的はシリコンよりも音速の低いＳ　ｉ
　０２を波長の１／４の厚さだけ形成することにより、
音響エネルギを効率良く媒質に伝えることにある。ここ
ではＩＧＨ２の音波を用いるので、音速６０００　ｍ　
／　ｓのＳｉＯ２膜厚１６を１’、５μｍとした。５１
０２ｆｌＡ１６を１゜５μｍ形成するには、酸素雰囲気
中で約１１００℃に加熱し、約６時間保持すればよい、
その結果、第１ｅ図に示すように基板の全表面に均一な
膜厚のＳ　ｉ　Ｏ２膜１６が形成される。

この後、不要な部分の５ｉｏ２膜を除去し、基板の裏面
に圧電素子１７を形成すれば、球面状のレンズ面１８を
備えた音響レンズ系が第１ｆ図のように完成する。更に
、基板１１を切断して、必要な形状に加工すれば所望の
レンズ形状が得られる。

第２図に、このようにして作られた音響レンズを用いて
構成した超音波探触子の概略構成を示す。

第２図において、超音波探触子は音響レンズを構成する
レンズ本体２０を有し、レンズ本体２０の一端には上述
したエッチングにより作られた球面状のレンズ面２１が
設けられている。また、レンズ面２１の外周部はテーバ
状にされ、テーパ面２２が設けられている。レンズ本体
２０の他端には圧電膜、上部電極及び下部電極からなる
圧電素子２３が配置されている。

圧電素子２３の上部及び下部！＠にＲＦｔ気信号を印加
すると、圧電膜の圧膜に対応した周波数の超音波が発生
する。この超音波は平面波２４としてレンズ本体２０内
を進行し、レンズ面２１と媒質［０ち水２５との界面に
おいて構成される正のレンズによって、所定の焦点に収
束される。このとき、レンズ面２１には音響整合層１６
が成膜されているので、エネルギ伝達効率の良いレンズ
界面が得られる。この超音波は試ｔ！４２６の表面部分
の音響インピーダンスの異なる部分（例えばボイド、ク
ラック等）によって反射され、再びレンズ本体２０のレ
ンズ面２１に返り、圧電素子２３に検出される。この信
号を受信器により増幅することにより試料２６の情報が
得られる。試料２６を載せている試料台をＸ、Ｙ方向に
スキャンすることにより、試料２６の表面情報が得られ
る。

以上は、第１ｆ図の音響レンズ系から単一のレンズを切
り出しな場合であるが、２次元に配列するレンズが必要
であれば、同図の構造をそのまま使うことができる。こ
こで、本発明の重要な利点の一つは、ホトリソグラフィ
の手法によってレンズを高精度を２次元的に配置できる
点にある。レンズの中心距離の配列誤差はピッチ１關に
対し約０．５μｍ以下である。このような多数のＦｉ面
レンズを高精度に配置した音響レンズを使用することに
より一試料の２次元像を得・ことが容易となり、また２
次元イメージスキャニングの高速化が可能となる。

上記実施例により音響レンズを作成する際の実際的な形
態を第３図により説明する。ホトリソグラフィを実施で
きるシリコンウェハーの厚さは、通常０．３〜０．４重
上度である。音響レンズとしては、数市に及ぶ厚さが必
要になることがある。

このような場合には、第３図に示すように、上述した方
法で半球面を加工したシリコン単結晶基板１１と別の単
結晶シリコンウェハー３０を一体に接合することが可能
である。この場合、両者の接合界面３１は結晶方位を一
致させることにより、約１０００°Ｃにおける拡散接合
を行えば介在物なしに単結晶化する。この手法により、
任意の厚さのレンズ体を作ることができる。

上述した実施例の他の利点は、レンズ本体がシリコン単
結晶であるので、その一部に電子回路を形成できること
にある。第４図はそのような実施例を示すものである。

シリコン基板１１の表面には半球面のレンズ面１８があ
り、裏面には圧電索子１７と、圧電素子１７を駆動し、
信号を処理する電子回路３２とが並置しである。この結
果、音響球面レンズの集積化が可能になる。

以上の実施例では、得られるレンズ面は半球状であるが
、試料とレンズ間のワーキングデイスタンスを確保する
場合は、第５図のようにそのレンズ面の開口径が球の直
径より小さな球欠形状にしてもよい、この構造は、前述
した第１ｅ図から第１ｆ図にいたる工程において、基板
１１のレンズ面側の表面を必要量だけ研磨することによ
り得られる。この場合、第５図に示す如く、基板１１の
レンズ面３３の反対側に、金属薄Ｈ（金、クローム）か
らなる上部及び下部電極３４と、この電極に挾まれた圧
電体く酸化亜鉛）３５とからなる圧電素子が配設される
。を極３４間にＲＦ電気信号を印加することにより圧電
体３５からは超音波が発生し、この超音波は図示するよ
うに媒質３６を介して試料３７上に集束照射される。

この構造においては、基板１１と試料３７間の距離りを
減ずれば、超音波は試料内部に焦点を結び、内部構造の
観察に好適である。

なお、以上の実施例では、等方性エッチングのマスク層
としてクロム・金の蒸着膜を用いたが、シリコンの窒化
膜（Ｓｉ３Ｎ４）等も、給酸系のエッチャントに対する
マスク材として使えることは明らかである。また、エッ
チャントとしては前記のものに限らず、等友釣なエッチ
レートを持つものであれば同様の効果を得ることができ
る。

一方、基板としてはシリコン単結晶に限らず、例えば、
多結晶シリコンの使用によって、同様の音響レンズを構
成することができる。この場合は、エッチングの等方性
は向上するが、音響特性は低下する。さらに他の材料を
基板として用いる場合にも、等友釣なエッチレートを持
つエッチャントによって、同様に球面レンズを加工でき
ることは明らかである。

以上説明したように、第１図〜第５図に示す実施例によ
れば以下の効果が得られる。

（１）エッチング加工の適用により、従来加工が不可能
であった曲率半径が極めて小さい音響球面レンズを得る
ことができる。

（２）ホトリソクラフィの手法が使えるので、同一平面
上に多数の球面レンズを高精度に配置でき、被測定物の
２次元像を得るための２次元イメージスキャニングの高
速化が可能になる。

（３）エネルギ伝達効率の良いレンズ界面が得られる。

（４）−度に大量のレンズを加工できるので、製造上の
経済的効果は大きい。

本発明の他の実施例による超音波探触子の製造方法を第
６ａ図〜第６ｅ図により説明する。本実施例においても
、レンズ本体としてシリコン単結晶を使う。

レンズ加工の第１の工程として、第６ａ図に示す如く、
シリコン単結晶基板４１の表面にエッチングのマスク層
として、クロムおよび金を蒸着した層４２を形成する。

クロム層の厚さは約２００人、金の厚さは約２０００人
である。この層４２にホトリソクラフィの手法を用いて
、任意の形状の開口４３を形成する６例えば、球面レン
ズを得るには、直径約１０μｍ程度の円形の開口を形成
する。

次いで、クロム・金をマスク層４２として開口４３から
エッチングを施す、この時のエッチャントとしては、エ
ッチレートが結晶方位に依存しないものを選択すること
が重要である。ここでは、鎖酸（６４％）、酢酸（６０
％）、フッ酸（５０％）を４二３：１に混合した液をエ
ッチャントとした。エッチングはマスク層４２の開口４
３から等友釣に進み、第６ｂに示すように半球状のエッ
チプロフィル４４が得られる。直径２００μｍの球面レ
ンズの曲率半径の誤差は１％以下である。

クロム・金のマスク層４２を除去すれば、エッチプロフ
ィル４４からなる球面が得られる。この面の一部がレン
ズ面となる。

ここまでは、前述した実施例の第１ａ図〜第１ｄ図まで
の工程と実質的に同じである。

次に、レンズ外周縁を尖鋭化するための加工を行う、こ
のため、第６図Ｃに示すように、上記の半球面が加工さ
れた基板４１の表面を再びクロム・金のマスク層４５で
被覆し、次いで、エッチプロフィル即ちレンズ面４４の
中心から一定の距離にあるリング状の領域４６のマスク
部分を除去する。

この後、基板全体を先のエッチャントと同じエッチャン
トを使ってエッチングする。このようにすると、基板４
１はリング状の領域４６がらエッチングされ、そのエッ
チプロフィル４７はレンズ面４４と出会って第６ｄ図の
如くなる。即ち、レンズ面４４の外周縁が尖鋭なプロフ
ィルに加工される。

最後に、マスク層４５を除去し、レンズの外形を切り出
せば、第６ｅ図に示す如く、所望の形状の音響レンズ４
８が得られる。この後、第１の実施例と同様にレンズの
背面に圧電素子を配置すれば、超音波探触子が完成する
。

円筒面レンズあるいは複合円筒面レンズ等の非球面レン
ズ、またこれらの組合せからなるレンズ配列も上記と同
様のプロセスで加工できる。この際のマスク層の開口形
状を球面レンズの場合のマスク層の開口形状と比較して
第７図〜第１０図に示す。

球面レンズの加工における第１回目のマスク層４２は、
第７ａ図に示すように小さい円形の開口４３を有する。

また、第２回目のマスク層４５は第７ｂ図に示すように
、半球状のエッチプロフィル４４を被覆するリング状の
開口４６を有する。

これに対し、円筒面レンズの加工における第１回目のマ
スク層５１は、第８ａ図に示すように、スリット状の開
口５２を有し、これによって半円筒面のエッチプロフィ
ル５３が得られる。第２回目のマスク層５４は、第８ｂ
ｌＪに示すように、エッチプロフィル５３を被覆すると
共に、エッチプロフィル５３から一定の距離だけ隔たっ
た位置に長円形の開口５５を有している。これによって
球面レンズの場合と同様、円筒面レンズの外周縁が尖鋭
に加工される。

第９ａ図及び第９ｂ図は、円筒の軸心が互いに９０４隔
たった４個の円筒面レンズを同−基板状に形成する場合
のマスク層開口形状を、それぞれ第１回目及び第２回目
のマスク層について示したものである。第１回目のマス
ク層６０には４本のスリット状の開口６１があり、これ
によって対向する２つが中心軸を共有した４個の円筒面
のエッチプロフィル６２が得られる。これらの円筒面の
外周縁を尖鋭化するための第２回目のマスク層６３はエ
ッチプロフィル６２を被覆すると共に、エッチプロフィ
ル６２の周縁から一定の距離を保つ位置に開口６４が形
成されている。開口６４の形状は内周側はエッチプロフ
ィル６２の周縁から一定の距離を保つ必要があるが、外
周側では任意の広がりを持ってよい。

上記のように第１回目のマスク層に４個のスリット状開
口を設けたときに、その４個のスリット状開口を近づけ
た場合の例を第１０ａ図及び第１Ｏｂ図に示す、第１回
目のマスク層６５には相互に内端が近接した４個のスリ
ット状の開口６６が形成され、そのエッチプロフィル６
７は、第１０ａ図に示すように、２本の長い円筒面レン
ズが９０″角度を隔てて交わった形になる。このような
場合、第２回目のマスク層６８は第１０ｂ図に示すよう
にエッチプロフィル６７を被覆する十字形となる。

上記のように、２つの円筒面がその軸を直交するように
配置した形状のレンズ面から得られる超音波収束ビーム
は、従来用いられている１次元数束ビーム（又はライン
フォーカスビーム−参考文献：Ｊ、にＵＳＨＩＢＩにＩ
　ｅｔ　ａｌ、：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、
　ｖ。

１７、　Ｎｏ、　１５＋　５２０−５２２（１９８１）
）を互いに直交させて重ね合わせたものと同一の効果を
示す、即ち、測定点において互いに直交する２軸方向の
音速を、それぞれ同時に測定することが可能になり、固
体の異方性が容易に測定できる。

ここで付記しておかなければならないのは、このような
形状の音響レンズにおいては、レンズ背面に形成する圧
電素子を分割する必要があることである。この実施例を
第１１図に示す、直交する円筒面レンズ７０ａ、７０ｂ
及び７１ｂ、７１ｂに対して、背面側に圧電素子７２ａ
、７２ｂ及び７３ａ　　７３ｂが配置されている６円筒
面レンズ７０ａ、７０ｂの配置方向をｙとし、円筒面レ
ンズ７１ａ、７１ｂの配置方向をＸとすると、圧電素子
７２ａ、７２ｂはｙ方向に配置され、円筒面レンズ７０
ａ、７０ｂに対して゛それぞれ発信と受信の役割を果た
し、圧電素子７３ａ、７３ｂはＸ方向に配置され、円筒
面レンズ７１ａ、７１ｂに対してそれぞれ発振と受信の
役割を果たす。

このような構成のレンズを用いることにより、被測定物
の一点における異方性の測定が１次元数束ビーム用レン
ズを回転することなく行え、測定を短時間で行うことが
できる。また、上記のようなレンズを一つのレンズ本体
に適当な間隔をおいて多数配列することにより、広範囲
のレンズ走査を短時間に行うことも可能である３ なお、以上に述べた実施例では、第１図〜第５図に示す
実施例と同様、等方性エッチングのマスクとして、クロ
ム・金の蒸着膜以外、シリコンの窒化膜（Ｓ１３Ｎ−）
等も硝酸系のエッチャントに対するマスク材として使え
ることは明らかであり、エッチャントとしては前記のも
のに限らず、等友釣なエッチレートを持つものであれば
、同様の効果を得ることができる。

また、基板素材としてはシリコン単結晶に限らず、従来
から用いられている石英、サファイアＹＩＧ、ＹＡＧ、
水晶等の材料でも同様の結果が得られる。特に、レンズ
の球面を従来の如く機械的に研磨した場合でも、レンズ
外周縁を尖鋭化するために、本実施例を適用して、レン
ズ面をマスク層で保護した上、外周部からエッチングす
ることができ、これによりノイズ低減に関して同様の効
果を得ることができる。

以上に述べたように、第６図〜第１１図に示す実施例に
よれば以下の効果が得られる。

（１）エッチング加工の適用により、従来、加工が不可
能であった曲率半径が数μｍ程度の小径の音響レンズが
得られる。また、従来の加工法では不可能な非球面レン
ズの加工ができる。

（２）２回のエッチングを行うことにより、レンズ面外
周縁を尖鋭に加工することができるので、レンズ面外周
縁から受信されるノイズが低減する。

（３）ホトリソグラフイノ手法が使えるので、複数のレ
ンズを精密に一平面上に配置できる。この結果、−度の
走査で大面積の音像が得られる。

（４）互いに軸心が直交する円筒面レンズを加工できる
ので、レンズ体を９０°回転することなく、和文わる２
方向から円筒面レンズの音像が得られる。

（５）−度に大量のレンズを加工できるので、製造上の
経済的効果は大きい。

本発明の更に他の実施例による超音波探触子の製造方法
を第１２ａ図〜第１２ｉ図により説明する。

本実施例でも、音響レンズのレンズ素材としては、サフ
ァイアより安価で高品質な材質（ディスロケーション等
が少ない）が容易に得られるシリコン単結晶Ｓｔを用い
る。しかしながら、レンズ素材としては、音響的な性質
（音速、畝幅ロス等）を満たすものであれば他の材質で
もよく、例えばサファイア、ＹＡＧ、ＹＩＧ、水晶、溶
融石英等であってもよい。

まず、第１２ａ図に示すように、結晶軸をＭｌ、密に規
定されたウェハー１２０を用意する。この結晶方位は一
例として挙げると、オリエンテーションフラット１２８
（第１３図参照）が（１１０）面の単結晶ウェハーであ
る。このウェハーの表面方位は（１００１面である。な
お、オリエンテーションフラット１２８が（１００）面
等、他の結晶方位のウェハーでもかまわない、また、こ
のウェハーの大きさはフォトリソグラフィーの手法が使
える大きさであればいくらでもかまわわないが、以下の
例では３インチ（約７６鴎）の大きさで説明する。

次に、この３インチのウェハー１２０を熱酸化炉に入れ
、第１２ｂ図に示すように、ウェハー１２０を基板とし
てその表面に例えば１．８μｌ程度の熱酸化膜１２１を
形成する。この上に真空蒸着法により、第１２ｃ図に示
すように、ＣｒＪＩ１１２２を１０００人〜１５００人
程度の厚さに、ＡＩＪ膜１２３を３０００人〜２０００
０人程度の厚さに蒸着する。

更にこの上に、第１２ｄ図に示すように、レジスト［１
２６をスピンナーで１μｍ程度の厚さに塗布し、このレ
ジストＩｆＷ１２６を後述するマスク層の開口形状に対
応する所定のマスクパターンを持つガラスマスク１２４
で露光し、現像する。これにより第１２ｅ図に示すよう
に、レジスト膜１２６にはガラスマスク１２４のマスク
パターンに対応したレジストパターンが形成される。

次に、このレジストパターンを持つレジスト膜１２６を
マスク材とし、第１．２　ｆ図に示すように、熱酸化膜
１２１及び真空蒸着で蒸着したＣｒ膜１２２及びＡｕｒ
！Ａ１２３をウェットエッチングする。

このエッチングに用いるエッチャントについては、例え
ば、総合電子出版社刊、「エレクトロニクスの精密ｒＲ
細削加工、楢岡涜威著に詳しい、この作業によって、熱
酸化ＷＡ１２１及び真空蒸着で蒸着したＣｒ＃１２２及
びＡｕ１ｉ１２３にはレジスト膜１２６のレジストパタ
ーンに対応した点状の開口１２７のパターンが形成され
、適当な溶液でレジスト膜１２６を除去することにより
、熱酸化膜１２１Ｃｒ膜１２２及びＡｕ”［１２３から
なるエッチング耐性のあるマスク層１２９が形成される
。このマスク層１２９の開口形状及びその配列パターン
を第１３図に示す。

このマスク層１２９は、基板１２０を構成するＳｉのエ
ッチャントであるフッ酸と硝酸の混合液に腐蝕されない
ものであれば、他のものでもよい。

例えば、窒化珪素の膜でもよい、また、製作するレンズ
面の球径が小さい場合には、レジスト膜１２６でマスク
の役割を果たすことも可能である。

次に、Ｓｔのエッチャントであるフッ酸と硝酸及び酢酸
の混合液で上述のＳｉウェハーに疑似等方性エッチング
を施すことにより、第１２ｇ図に示すように、マスク層
１２９の開口１２７に対応した位置にエッチプロフィル
からなる凹所１３０を形成する。このときエッチャント
としてはＳｉの結晶軸方向によってエッチレートの差の
比較的大きい混合比、例えばフッ酸と硝酸及び＃酸の混
合液では容積比０．５：４．５：３を用いる。なお、他
の使用可能な混合比としては、０．２：４゜８：３．２
：３：３等がある。

このように結晶軸方向によってエッチレートの異なる混
合比を用いることにより、基板１２０に形成される凹所
１３０のエッチプロフィルは、第１４ａ図及び第１４ｂ
図に示すように、凹所ＦＪ辺部の入口形状が概略四角形
をなし、かつ凹所中央部が球面で、周辺部がその球面よ
りも深さ方向の曲率が徐々に小さくなる非球面をした形
状となる。

また、周辺部は、横断面形状が入口の概略四角形形状か
ら中央部の円形に徐々に移行する形状となる。その理由
を以下に説明する。

基板１２０を構成するＳ１単結晶ウエハーの結晶構造と
その３つの結晶面（１（１０）　、　（１１（１）　、
　（１１？）を第１５図に示す、このウェハーのこれら
結晶面に直交する方向のエッチレートは（，１００）　
＞（［１）＞（１１０）の順となる８本明細書中では、
この結晶面に直交する方向を結晶軸方向と呼んでいる。

この結晶軸方向のエッチレートの差は、エッチャント中
のフッ酸の量が少なくなるほど大きくなり、フッ酸の量
が多くなるほど小さくなる。また、温度が高くなるにし
たがって差は小さくなる。

前述したように、本実施例において基板１２０を構成す
るウェハーの表面方位は（１００）面であり、第１５図
の結晶面配置より、表面の（１００）面に直交する水平
方向に第１４ａ図に示すように（１００）面及び（１１
０）面、が４５°毎に交互に存在する。従って、基板表
面の凹所入口部分では、（１００）面方向のエッチレー
トが（１１０）面方向のエッチレートより速いため、入
口形状が概略四角形形状となる。

これに対し、凹所１３０の深さ方向の形状については、
深さ方向である（１００）面方向のエッチレートと水平
方向の（１１０）面方向のエッチレートの差が球面から
の形状の違いとなる。即ち、第１６図に示すように、凹
所周辺の入口部は＋１００）面又は（１１０）面方向の
エッチレートＶ１となり、凹所底面部では（１００）面
方向のエッチレートＶ２となり、それらの間ではそれら
のエッチレートＶ１ｖ２の合成速度Ｖ３となる。その結
果、凹所底面部即ち中央部付近では、（１００）面方向
のエッチレート■２により定まる球面形状となる。これ
に対し、凹所入口部から底面部に至るまでの途中は、エ
ッチレートが合成速度■３であるので、曲率は一定とな
らならず、底面部域面の曲率とは異なった曲率の非球面
形状となる。しかもこのとき、エッチレートは（１００
）　＞（１１０）なので、（１１０）面方向の断面で見
ると深さ方向にやや深穴となり、少なくとも部分的に底
面部域面よりも曲率の小さい非球面となる。ただし、（
１００）面方向の断面では、工・ツチレートは（１００
）　−（１００）なので、曲率は中央部球面の曲率と同
じになる。即ち、横断面形状は入口の概略四角形形状か
ら中央部の円形に徐々に移行する。

フィゾー型干渉計による測定結果では、凹所１３０の中
心から１／４〜２／３がレーザ光の波長程度（０，６μ
ｍ）の最大誤差で真球に近くなっていることが確認でき
た。

ここで、結晶軸方向（結晶面方向）によるエッチレート
の違いは、エッチャントの混合比によって定まるので、
凹所全体に占める中央球面部の割合はその混合比の選択
により調整可能である。この例では、フッ酸と硝酸の量
により調節可能であり、フッ酸の量を多くすることによ
り、エッチング面全体が球面に近ずく、ただし、球面の
粗さは悪くなる。中央球面部の面積は、エッチャントの
混合比とエッチング時間を定めれば、再現性良く得るこ
とができる。

凹所１３０のエッチングを終了した後、マスク層１２９
を作成したときと同様に、第１２！ｌ［］に示すように
、Ａｕ膜１２３、Ｃ「膜１２２及びＳｉ　０２　Ｍ　１
２１をエッチングにより除去する。その後、第１２ｉ図
に示すように、凹所１３０を中心にしてコアドリルで切
出し、所定のレンズ形状に仕上げ、音響レンズ１０１を
得る。このとき、凹所１３０の中央球面部と周辺非球面
部の少なくとも一部がレンズ面１０５となるようにする
。

次に、以上のようにして作られた音響レンズ１０１を用
いて構成した超音波顕微鏡用の超音波探触子を第１７図
及び第１８図により説明する。

第１７図において、超音波探触子は、上記のように構成
された音響レンズ即ちレンズ本体１０１と、レンズ本体
１０１の一方の端部に設けられた超音波発生用の圧ｔ　
ｐ！Ａ１０２及びこれに電力を供給する上部＠極１０３
及び下部型［１０４と、レンズ本体１０１の他方の端部
に設けられた凹状の音響レンズ面１０５とからなってい
る。上部電極１０３及び下部を極１０４は発振器１０６
及び受信器１０７に接続され、発振器１０６と受信器１
０７の回路はサーキュレータ１０８により切り換えられ
る。音響レンズ面１０５は、中央部１０５＾が球面で、
周辺部１０５Ｂがそれよりも徐々に深さ方向の曲率が小
さくなる非球面となるような形状をしている。また、周
辺部１０５Ｂの入口形状は、第１８図に示すように概略
四角形形状をしており、横断面形状はその概略四角形形
状から中央部１０５Ａの円形形状に滑らかに移行する非
円形をしている。

使用にあたっては、試料台１０９上に試料１１０を載せ
、試料１１０とレンズ本体１０１の間に水１１１を設け
る。

まず、発振器１０６によってパルス波状又はバースト波
状の電圧を発生させ、これを圧電膜１０２に供給する。

この電圧によって圧電膜１０２が振動し、ここから膜厚
に対応した周波数の超音波が発生する。この超音波はレ
ンズ本体１０１の凹状の音響レンズ面１０５の中央球面
部１０５Ａによって絞られ、集束ビーム１１２が形成さ
れる。

この超音波は試料表面または試料内部の音響インピーダ
ンスの異なる部分（例えばボイド、クラック等）によっ
て反射され、再びレンズ本体１０１のレンズ面１０５に
返り、圧電膜１０２に検出される。この信号が受信器１
０７で増幅され試料１１０の情報が得られる。

試料台１０９をＹ方向に、レンズ本体１０１をＸ方向に
スキャンすることにより、試料１１０の表面又は試料内
部の任意の平面位置の情報が得られる。

音響レンズ１０１による超音波の伝播の状況の詳細を第
１９図に示す、圧電膜１０２より直進してきた超音波は
、レンズ面中央部１０５Ａでは球面であるためレンズ面
１０５の軸線上に焦点を結び、超音波項ｆＲ鏡に使用し
た場合は従来と同じように像が見える。これに対し、レ
ンズ面周辺部１０５Ｂの非球面部では、中央部球面部１
０５＾の球面よりも徐々に深さ方向の曲率が小さくなる
ため、中央部球面からの超音波よりも更に深い位置で焦
点を結ぼうとする。このとき、この超音波は試料表面に
対する入射角に応じて試料表面で反射し、反射波１１３
となる場合と表面波１１４となる場合があり、反射波１
１３はレンズ面１０５に戻る。しかしながら、反射波１
１３は試料表面上での反射点がレンズ面の軸線がらずれ
るため、レンズ面中央の球面部１０５Ａに戻る。この球
面部１０５八は周辺部１０５Ｂとは焦点位置が異なる。

従って、レンズ内での伝播方向はレンズ面の軸線と平行
にならず、圧電膜１０２には達しない、このなめ、中央
球面部１０５Ａによる情報のみが得られ、周辺非球面部
１０５Ｂによる情報は非常に少なくなる。

また、周辺部１０５Ｂは横断面形状が非円形をしている
。このため、この部分からの超音波はレンズ面の軸線に
対し横方向にも、ずれた方向に進行し、試料表面からの
反射波もそれに対応した方向に戻るか、レンズ外に放散
する。即ち、横断面非円形の周辺部１０５Ｂは超音波を
散乱させる作用があると考えられる。

換言すれば、周辺非球面部１０５Ｂは少なくとも深さ方
向の形状の作用により、またこの作用と横断面非円形の
作用の相乗効果により、従来の超音波探触子のエツジの
役割をし、ノイズの受信を低減することを可能にする。

このように本実施例においては、レンズ面１０５の周辺
部１０５Ｂを球面でなく横断面非円形の非球面形状にす
ることにより、ノイズの少ない情報を得ることができ、
超音波顕微鏡に使用した場合にはクリアな画像を得るこ
とかで・きる。

また、レンズ面１０５をこの形状にすることにより、レ
ンズ面外周部をテーバ状に加工しエツジを形成するため
の加工が不要となり、製造コストの大幅な低減が可能と
なる。

以上説明したように、本実施例によれば、エッチング加
工の適用により、従来加工が不可能であった極めて曲率
の小さいレンズ面を精度良く加工することができる。

また、レンズ面１０５の周辺非球面部１０５Ｂが従来音
響レンズのエツジの役割を果たし、ノイズの受信を低減
し、超音波顕微鏡に適用した場合には鮮明な画像を得る
ことができる。

また、音響レンズをこの形状に形成することにより、従
来あったレンズ面外周部のエツジ加工を省略でき、製造
コストの大幅な低減が可能である。

更に、ホトリソグラフィの手法が使えるので、第１３図
に示すようにＳｉウェハー１枚で２０〜４０個のレンズ
面を同時に加工でき、再現性のある音響レンズを容易か
つ安価に製造ができる。

更に、ガラスマスク１２４のマスク形状を変え、マスク
層１２９の開口１２７の形状を変えることにより、凹所
１３０（レンズ面１５）の周辺部形状は第１４ａ図に示
す形状だけでなく、楕円形状、六角形等の多様な形状に
対応できる。

以上の実施例では、基板１２０を構成するウェハーの表
面方位を（ｉｏｏ）面としたが、これは前述した通り他
の面であってもよい、ここで、他の面として（１１１）
面を使用した場合、形成される凹所の形状につき説明す
る。

基板１２０を構成するウェハーの表面方位を（１１１）
面とした場合、第１５図の結晶面配置より、表面の（１
１１）面に直交する水平方向には第２０図に示すように
（１１０）面のみが６０６毎に存在する。

このなめ、基板表面の凹所入口部分ではエッチレートは
同じとなり、入口形状は円形となる。

これに対し、凹所１３０の深さ方向の形状については、
深さ方向の（１１１）面方向のエッチレートと水平方向
の（１１０）面方向のエッチレートと斜めのｆｌＱｏ）
面方向のエッチレートの差が球面からの形状の違いとな
る。即ち、第２１図に示すように、凹所周辺の入口部は
（Ｎｏ）面方向のエッチレートとなり、凹所底面部では
（１１１）面方向のエッチレートとなる。中間部では第
２０図に想像線で示すように（１００）面が三角錐状に
存在するので、それに対応して（１００）面方向のエッ
チレートとなる部分が出現する。その結果、中間部では
、深くなるにしたがって三角錐状を呈する形状となる。

即ち、横断面形状が概略三角形形状となる。ただし、こ
の場合でも、凹所底面部即ち中央部付近では、（１１１
）面方向のエッチレートにより定まる球面形状が得られ
る。また、エッチレートは（１１１）　＞ｎ。

）なので、深さ方向にやや深穴となる。その結果、凹所
入口部から底面部に至るまでの途中は、少なくとも部分
的に底面部球面よりも深さ方向の曲率が小さい非球面と
なる。

このように、この場合も、中央部が球面で、周辺部が少
なくとも部分的にその球面よりも深さ方向の曲率が小さ
い非球面をなしかつ横断面形状が非円形をした凹所形状
が得られ、前述した実施例と同様、性能の優れた音響レ
ンズを得ることができる。

なお、詳述はしないが、基板１２０を構成するウェハー
の表面方位を（１１０）面とした場合も、基本的には同
様の凹所形状を得ることができる。

本発明の池の実施例による超音波探触子を第２２図〜第
２５図により説明する。

第２２図は第１７図実施例の応用例であり、Ｓｉ基板か
ら作られた同一のレンズ本体１３１上に２個以上のレン
ズ面１３２＾、１３２Ｂを設け、送受信器側の回路を切
替えることにより、同時に多数の情報を得られるように
したものである。

第２３図は、レンズ本体１０１のレンズ面側端部に音響
整合層１３３を形成したものであり、これは熱酸化によ
って形成されたＳｉＯ２の薄膜からなっている。このＷ
Ｉ膜の厚みは超音波の波長の１／４とされる。このよう
な音響整合層１３３を設けることにより、境界面におけ
るロスが少なくなる。レンズ本体１０１の材質としてＳ
Ｓを使い、熱酸化時間を調節することにより、容易に所
定の厚みのＳｉＯ２整合層が得られる。

第２４図は、音響レンズ本体１０１を構成するＳｌの性
質を利用して、その成膜面にＢ（ボロン）又はＰ（リン
）をドープすることによりプリアンプ又はトランジスタ
１３４を形成したものである。

プリアンプ１３４を設けることにより、受信時の波長の
歪みが小さいうちに増幅することができ、Ｓ／Ｎを上げ
られる。また、第２２図のように多数のレンズ面を設け
た場合には、トランジスタ１３４を設けることによりチ
ャンネルを切替えられる。このようにレンズ本体１０１
上に電子回詫を形成することによりインテリジェント性
のある超音波探触子を構成できる。

第２５図は、音響レンズ本体１０１のレンズ面１０５の
側に圧電ＷＡ１３５、下部な極１３６及び上部電極１３
７を設けたものである。こうすることにより、レンズ本
体１０１内の伝播ロスがなくなるため、Ｓ／Ｎの良い画
像が得られる。

また、図示はしないが、音響レンズ本体１０１のレンズ
面１０５の側のレンズ面以外の平坦部を、例えばフッ酸
の量を多くして短時間でエッチングするなどして粗面加
工することにより、この平坦部から試料への直達波がな
くなり、ノイズを下げることができる。

以上説明したように、第１２図〜第２５図に示す実施例
によれば、次の効果を得ることができる。

（１）再現性のある音響レンズが容易に多量に得られる
。

（２）レンズ面の周辺非球面部が従来のエツジ部分の役
割をするため、レンズ面外周部から受信されるノイズを
低減できる。

（３）従来加工が困難であったエツジ部分の加工が不要
となるため、音響レンズのコスト低減が可能となる。

（４）レンズ形状の自由度が増加し、対象物に合わせて
形状および長さを変更できる。

（５）特性のそろったレンズを多数設けることにより、
多チャンネル化できスキャン速度が上がる。

（６）熱酸化膜を用いた整合層を付加することにより効
率の良いレンズができる。

（７）電子回路をレンズ上に形成することにより、コン
パクトで高性能な音響レンズが製作できる。

（８）レンズ面以外の平坦部を粗面加工することにより
、ノイズの受信を一層低減できる。

（９）開口部側に圧電膜を形成することによりＳ／Ｎ比
の良い画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図〜第１ｆ図は本発明の一実施例による超音波探
触子の音響レンズの製造方法を示す工程図であり、第２
図はその音響レンズを用いて構成した超音波探触子の側
面図であ°す、第３図、第４図及び第５図は前記実施例
を応用した変形実施例をそれぞれ示す図であり、第６ａ
図〜第６ｅ図は本発明の他の実施例による超音波探触子
の音響レンズの製造方法を示す工程図であり、第７ａ図
及び第７ｂ図はその実施例の第１回目のマスク層及び第
２回目のマスク層の形状をそれぞれ示す図であり、第８
ａ図及び第８ｂ図、第９ａ図及び第９ｂ図、並びに第１
０ａ図及び第１０ｂ図は、それぞれ、その実施例を応用
した変形実施例における第１回目のマスク層及び第２回
目のマスク層の形状を示す第７ａ図及び第７ｂ図と同様
な図であり、第１１図は第１０ａ図及び第１０ｂ図に示
すマスクパターンを採用した場合の円筒面レンズと圧電
素子との関係を示す図であり、第１２ａ図〜第１２１図
は本発明の更に他の実施例による超音波探触子の１響レ
ンズの製造方法を示す工程図であり、第１３図はその製
造方法の一工程における基板上に形成されたマスク層の
開ロバターンを示す平面図であり、第１４ａ図及び第１
４ｂ図は、それぞれ、同製造方法により作られた凹所の
周辺部形状を示す平面図及び断面図であり、第１５図は
同製造方法に使用する単結晶Ｓｔの結晶構造を示す図で
あり、第１６図は同製造方法により凹所が形成される状
態をエッチレートとの関係で示す凹所の深さ方向断面図
であり、第１７図はその製造方法により作られた音響レ
ンズを用いて構成した超音波探触子を示す断面図であり
、第１８図はその音響レンズの底面図であり、第１９図
はその音響レンズにおける超音波の伝播状況の詳細を示
す図であり、第２０図はウェハーの表面方位を変えた場
合の凹所の形状を結晶軸方向との関係で示す上面図であ
り、第２１図は同じ場合の凹所が形成される状態をエッ
チレートとの関係で示す凹所の深さ方向断面図であり、
第２２図〜第２５図は前記実施例を応用した変形実施例
をそれぞれ示す超音波探触子を示す断面図である。 符号の説明 １１．１２０．１２１・・・基板素材 １４．５２．６１．１２７・・・開口 １６・・・音響整合層 ｔ５；４７；５３；６２：１３０・・・エッチプロフィ
ル２０・・・音響レンズ（レンズ本体） １８；２１；４４；６２；７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７
１ｂ：１０５−・・レンズ面２３・・・圧電素子 ２６・・・試料 ３０・・・シリコン基板 ３２・・・電子回路 ５１；４５；６０；１２９・・・マスク層１０５Ａ・・
・中央部 １０５Ｂ・・・周辺部 １３５・・・圧電膜 １１；１２０；ｔ２ｆ　・・基板素材 １４５２．６１；１２７・　開口 ２３−圧電素子 ２６　試料 ３０　シリコン基板 ３２　　・電子回路 ５１　４５．６０；１２９・・マスク層１０５Ａ　中央
部 １０５Ｂ・・周辺部 １３５・・圧電膜 第 図 第３ 図 第４ 図 第５ 図 第７０ 図 第７ｂ図 第９０図 第９ｂ 図 第１０ａ図 第１０ｂ図 第１ 図 第１２ｅ 図 第１２ｆ 図 第１２ｇ図 第１２ｈ図 第１２ 図 第１２ａ　ｉ！１ 第１２ｂ図 第１２ｃ図 第１２ｄ図 第１３ 図 第１４０図 第１４ｂ図 （＋１０） 第 図 第 図 第 図 第２０図 第 ア 図 第１８ 図 第２ 図 第２２図 第２３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）レンズ本体の一端に凹状のレンズ面を設けた音響
   レンズと、前記音響レンズの他端に配置された圧電素子
   とを有し、該圧電素子に電圧を印加することにより発生
   した超音波をを前記レンズ面で集束させ、その超音波の
   試料からの反射波を前記圧電素子で検出することにより
   前記試料表面又は内部の情報を得る超音波探触子におい
   て、前記音響レンズのレンズ面を、前記レンズ本体とな
   る基板素材にエッチングを施すことにより形成されたエ
   ッチプロフィルで構成したことを特徴とする超音波探触
   子。 （２）請求項１記載の超音波探触子において、前記レン
   ズ面のエッチプロフィルは、前記エッチングとして等方
   性エッチングを施すことにより形成された球面状のエッ
   チプロフィルを包ッチングを施すことにより形成された
   エッチプロフィルからなることを特徴とする超音波探触
   子。 （６）請求項３を引用する請求項５記載の超音波探触子
   において、前記複数個のレンズ面が、形状の中心軸が互
   いに交差する複数のレンズ面を包含することを特徴とす
   る超音波探触子。 （７）請求項６記載の超音波探触子において、前記複数
   個のレンズ面が、前記レンズ本体の軸線の周囲で互いに
   近接又は合体していることを特徴とする超音波探触子。 （８）請求項１記載の超音波探触子において、前記音響
   レンズは、前記レンズ面をマスク層で被覆して前記レン
   ズ面の外周部を再度エッチングすることにより形成され
   たエッチプロフィルを更に有することを特徴とする超音
   波探触子。 （９）請求項１記載の超音波探触子において、前記レン
   ズ本体の材質がシリコンであることを特徴とする超音波
   探触子。 （１０）請求項１記載の超音波探触子において、前記レ
   ンズ本体の少なくとも前記レンズ面上にレンズ本体と異
   なる物質の薄膜からなる音響整合層を設けたことを特徴
   とする超音波探触子。 （１１）請求項１記載の超音波探触子において、前記レ
   ンズ本体の材質が単結晶シリコンであり、前記レンズ本
   体の少なくとも前記レンズ面上にＳｉＯ＿２の薄膜から
   なる音響整合層を設けたことを特徴とする超音波探触子
   。 （１２）請求項９記載の超音波探触子において、前記レ
   ンズ本体は、互いに接合された複数個のシリコン基板か
   ら構成されていることを特徴とする超音波探触子。 （１３）請求項９記載の超音波探触子において、前記レ
   ンズ本体上に、該レンズ本体の材質である前記シリコン
   を利用して構成した電子回路を更に有することを特徴と
   する超音波探触子。 （１４）請求項１記載の超音波探触子において、前記音
   響レンズは、前記レンズ本体のレンズ面周囲に粗面加工
   された平坦面を更に有することを特徴とする超音波探触
   子。 （１５）請求項１記載の超音波探触子において、前記圧
   電素子に代え、前記レンズ本体の前記一端における少な
   くとも前記レンズ面上に圧電膜を形成したことを特徴と
   する超音波探触子。 （１６）レンズ本体の一端に凹状のレンズ面を設けた音
   響レンズと、前記音響レンズの他端に配置された圧電素
   子とを有し、該圧電素子に電圧を印加することにより発
   生した超音波をを前記レンズ面で集束させ、その超音波
   の試料からの反射波を前記圧電素子で検出することによ
   り前記試料表面又は内部の情報を得る超音波探触子の製
   造方法において、 前記レンズ本体となる基板素材の表面に少なくとも１つ
   の開口を有するエッチング耐性のマスク層を形成し、前
   記基板素材にこのマスク層の開口よりエッチングを施し
   、得られたエッチプロフィルの少なくとも一部を前記レ
   ンズ面とすることを特徴とする超音波探触子の製造方法
   。 （１７）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記マスク層に形成された開口が点状の開口であ
   り、この点状の開口より前記基板素材に等方性エッチン
   グを施すことにより前記エッチプロフィルを得ることを
   特徴とする超音波探触子の製造方法。 （１８）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記マスク層に形成された開口が細長い開口であ
   り、この細長い開口より前記基板素材にエッチングを施
   すことにより前記エッチプロフィルを得ることを特徴と
   する超音波探触子の製造方法。 （１９）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記基板素材に前記マスク層の開口より、基板素
   材の結晶軸方向によってエッチレートの異なるエッチン
   グを施し、前記エッチプロフィルとして、中央部が球面
   形状で、周辺部が深さ方向に少なくとも部分的に前記球
   面の曲率よりも小さい曲率をなす非球面形状をしたエッ
   チプロフィルを得ることを特徴とする超音波探触子の製
   造方法。 （２０）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記レンズ面を得た後、更にこのレンズ面をマス
   ク層で被覆してレンズ面の外周部に再度エッチングを施
   すことを特徴とする超音波探触子の製造方法。 （２１）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記マスク層には複数の開口を形成し、これに対
   応してレンズ本体に複数個のレンズ面を形成することを
   特徴とする超音波探触子の製造方法。 （２２）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記基板素材の材質がシリコンであることを特徴
   とする超音波探触子の製造方法。 （２３）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記レンズ本体の少なくとも前記レンズ面上に前
   記基板素材と異なる物質の薄膜からなる音響整合層を形
   成することを特徴とする超音波探触子の製造方法。 （２４）請求項１６記載の超音波探触子の製造方法にお
   いて、前記基板素材の材質が単結晶シリコンであり、前
   記レンズ本体の少なくとも前記レンズ面上にＳｉＯ＿２
   の薄膜からなる音響整合層を形成することを特徴とする
   超音波探触子の製造方法。