JPH05209867A - 超音波探触子の製造方法 - Google Patents
超音波探触子の製造方法Info
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- JPH05209867A JPH05209867A JP4016751A JP1675192A JPH05209867A JP H05209867 A JPH05209867 A JP H05209867A JP 4016751 A JP4016751 A JP 4016751A JP 1675192 A JP1675192 A JP 1675192A JP H05209867 A JPH05209867 A JP H05209867A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超音波探触子の製造方法において、球面精度の
良い凹状レンズ面を製作し、合わせて欠けや平坦部のな
いエッジを形成する。 【構成】シリコンのエッチングで設計値より少し寸法の
小さい予備レンズ面２０を作り、その表面にＳｉＯ2 の
熱酸化膜２１を形成させる。この熱酸化膜２１のみを再
度エッチングで除去し、球面精度の優れた凹状レンズ面
２３を得る。また予備レンズ面７２の形成後、平坦面７
３を残してテーパ面７０の加工を行い、この形状でＳｉ
Ｏ2 の熱酸化膜７４を形成する。次いでこの熱酸化膜７
４のみをエッチングで除去し、球面精度の優れた凹状レ
ンズ面７５と強度があって欠けや平坦部のないシャープ
で高品質なエッジ７６とを得る。
良い凹状レンズ面を製作し、合わせて欠けや平坦部のな
いエッジを形成する。 【構成】シリコンのエッチングで設計値より少し寸法の
小さい予備レンズ面２０を作り、その表面にＳｉＯ2 の
熱酸化膜２１を形成させる。この熱酸化膜２１のみを再
度エッチングで除去し、球面精度の優れた凹状レンズ面
２３を得る。また予備レンズ面７２の形成後、平坦面７
３を残してテーパ面７０の加工を行い、この形状でＳｉ
Ｏ2 の熱酸化膜７４を形成する。次いでこの熱酸化膜７
４のみをエッチングで除去し、球面精度の優れた凹状レ
ンズ面７５と強度があって欠けや平坦部のないシャープ
で高品質なエッジ７６とを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探触子の製造方
法に関し、詳しくは超音波探触子のレンズ面の寸法を正
確におよびエッジ部分の加工精度を良くするような超音
波探触子の製造方法に関する。
法に関し、詳しくは超音波探触子のレンズ面の寸法を正
確におよびエッジ部分の加工精度を良くするような超音
波探触子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば超音波顕微鏡の全体的な構成は、
一般にスキャン機構を有する測定機構系と、スキャンに
ついての駆動を制御する駆動コントローラ、測定機構系
のＸ主走査軸（横軸）に固定された超音波探触子（圧電
素子＋レンズを主体とするもの）。この超音波探触子を
電気的に駆動して計測信号を得る超音波測定部、制御部
等とを備えている。ここで、駆動コントローラは、超音
波探触子を、例えば、１０Ｈｚ程度の低周波でＸ軸上に
おいて往復運動するように、測定機構系に設けられてい
るボイスコイルモータなどを駆動する。これによる往復
運動に応じて超音波測定部は、超音波探触子を電気的に
駆動してそこからエコー受信信号を受け、その測定値を
フレームメモリ部等に記憶する。制御部に設けられた画
像処理部は、フレームメモリから１画面分の測定データ
を読込み、画像処理をしてディスプレイにその測定画像
を表示する。なお、前記の駆動コントローラは、制御部
によりコントロールされてＸ方向の超音波探触子のスキ
ャン駆動によるＸ方向の走査のほかに、Ｙ方向の走査や
Ｚ方向の走査、ＸＹＺ方向の位置決めや位置調整等も行
う。図８はその超音波探触子８１を示す断面図である。
超音波探触子８１は、音響レンズ媒体８２、上部電極８
６、超音波振動膜である圧電膜８７、下部電極８８から
構成される。ここで音響レンズ媒体８２の凹状レンズ面
８３はほぼ球形の面であり、凹状レンズ面８３の下には
試料８４が配置され、これらのすきまは水等の超音波伝
播媒体８５で満たされる。また、超音波測定部９０は発
振器９１及び受信器９２で構成され、発振器９１の出力
端子及び受信器９２の入力端子が入出力端子９０ａと接
続され、この入出力端子９０ａが上部電極８６に接続さ
れている。また、下部電極８８は、超音波測定部９０の
接地側と接続されて接地される。
一般にスキャン機構を有する測定機構系と、スキャンに
ついての駆動を制御する駆動コントローラ、測定機構系
のＸ主走査軸（横軸）に固定された超音波探触子（圧電
素子＋レンズを主体とするもの）。この超音波探触子を
電気的に駆動して計測信号を得る超音波測定部、制御部
等とを備えている。ここで、駆動コントローラは、超音
波探触子を、例えば、１０Ｈｚ程度の低周波でＸ軸上に
おいて往復運動するように、測定機構系に設けられてい
るボイスコイルモータなどを駆動する。これによる往復
運動に応じて超音波測定部は、超音波探触子を電気的に
駆動してそこからエコー受信信号を受け、その測定値を
フレームメモリ部等に記憶する。制御部に設けられた画
像処理部は、フレームメモリから１画面分の測定データ
を読込み、画像処理をしてディスプレイにその測定画像
を表示する。なお、前記の駆動コントローラは、制御部
によりコントロールされてＸ方向の超音波探触子のスキ
ャン駆動によるＸ方向の走査のほかに、Ｙ方向の走査や
Ｚ方向の走査、ＸＹＺ方向の位置決めや位置調整等も行
う。図８はその超音波探触子８１を示す断面図である。
超音波探触子８１は、音響レンズ媒体８２、上部電極８
６、超音波振動膜である圧電膜８７、下部電極８８から
構成される。ここで音響レンズ媒体８２の凹状レンズ面
８３はほぼ球形の面であり、凹状レンズ面８３の下には
試料８４が配置され、これらのすきまは水等の超音波伝
播媒体８５で満たされる。また、超音波測定部９０は発
振器９１及び受信器９２で構成され、発振器９１の出力
端子及び受信器９２の入力端子が入出力端子９０ａと接
続され、この入出力端子９０ａが上部電極８６に接続さ
れている。また、下部電極８８は、超音波測定部９０の
接地側と接続されて接地される。
【０００３】超音波顕微鏡は、発振器９１によりパルス
状またはバースト波状の電圧を上部電極と下部電極８８
にはさまれた圧電膜８７に印加することにより、ここに
超音波を発生させる。この超音波が音響レンズ媒体８２
を伝播し、凹状レンズ面８３により収束されて、所定の
位置に焦点を結ぶ。焦点及びその近傍の超音波は、焦点
合わせされた試料表面層または内部の音響的な違いのあ
る部分で反射され、再び凹状レンズ面８３を経由して圧
電膜８７に戻る。そこで、エコーが電気信号に変換され
て受信器９２で受信される。
状またはバースト波状の電圧を上部電極と下部電極８８
にはさまれた圧電膜８７に印加することにより、ここに
超音波を発生させる。この超音波が音響レンズ媒体８２
を伝播し、凹状レンズ面８３により収束されて、所定の
位置に焦点を結ぶ。焦点及びその近傍の超音波は、焦点
合わせされた試料表面層または内部の音響的な違いのあ
る部分で反射され、再び凹状レンズ面８３を経由して圧
電膜８７に戻る。そこで、エコーが電気信号に変換され
て受信器９２で受信される。
【０００４】このようなことから超音波探触子８１をＸ
方向、試料８４をＹ方向に走査すれば、この走査に応じ
て先の受信信号を画像処理することにより、試料８４の
内部および表面の音響的な違いによる像を得ることがで
きる。
方向、試料８４をＹ方向に走査すれば、この走査に応じ
て先の受信信号を画像処理することにより、試料８４の
内部および表面の音響的な違いによる像を得ることがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】超音波探触子を単結晶
シリコンに対するエッチングで製作する場合、エッチン
グ液の温度およびエッチング液の組成のズレから、所定
の寸法通りできないことがある。つまり寸法公差が大き
くなることが予想される。したがって寸法検査不合格の
ものが生じる可能性がある。
シリコンに対するエッチングで製作する場合、エッチン
グ液の温度およびエッチング液の組成のズレから、所定
の寸法通りできないことがある。つまり寸法公差が大き
くなることが予想される。したがって寸法検査不合格の
ものが生じる可能性がある。
【０００６】またエッチングで凹状レンズ面を製作して
も、外周部分のテーパ面は機械加工となり、図９の９４
で示すようにテーパ加工のときエッジが欠けたり、図９
の９３で示すように平担部分が残ってしまうおそれがあ
る。またテーパ加工の際に加工変質層が形成され、加工
変質層内部のクラック等が洗浄および成膜工程ではがれ
る恐れがある。
も、外周部分のテーパ面は機械加工となり、図９の９４
で示すようにテーパ加工のときエッジが欠けたり、図９
の９３で示すように平担部分が残ってしまうおそれがあ
る。またテーパ加工の際に加工変質層が形成され、加工
変質層内部のクラック等が洗浄および成膜工程ではがれ
る恐れがある。
【０００７】本発明の第一の目的は、寸法精度の良い凹
状レンズ面を製作することのできる超音波探触子の製造
方法を提供することである。
状レンズ面を製作することのできる超音波探触子の製造
方法を提供することである。
【０００８】本発明の第二の目的は、凹状レンズ面の周
囲に欠けや平坦部のない、シャープで高品質のエッジを
形成できる超音波探触子の製造方法を提供することであ
る。
囲に欠けや平坦部のない、シャープで高品質のエッジを
形成できる超音波探触子の製造方法を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るために、本発明は、音響レンズ本体の一方の端部に超
音波を発生する圧電素子を備え、他方の端部に前記超音
波を集束させる凹状レンズ面を備え、試料で反射された
超音波を前記圧電素子で検出して該試料の情報を得る超
音波探触子を製造する方法において、単結晶シリコンか
らなるレンズ素材にエッチングにより前記凹状レンズ面
より寸法の小さな予備レンズを製作する第一の手順と、
前記予備レンズ面を熱酸化することにより、該予備レン
ズ面の表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜を形成させる第二の手
順と、エッチングにより前記熱酸化膜のみを除去し、前
記凹状レンズ面を得る第三の手順とを有する。
るために、本発明は、音響レンズ本体の一方の端部に超
音波を発生する圧電素子を備え、他方の端部に前記超音
波を集束させる凹状レンズ面を備え、試料で反射された
超音波を前記圧電素子で検出して該試料の情報を得る超
音波探触子を製造する方法において、単結晶シリコンか
らなるレンズ素材にエッチングにより前記凹状レンズ面
より寸法の小さな予備レンズを製作する第一の手順と、
前記予備レンズ面を熱酸化することにより、該予備レン
ズ面の表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜を形成させる第二の手
順と、エッチングにより前記熱酸化膜のみを除去し、前
記凹状レンズ面を得る第三の手順とを有する。
【００１０】上記第二の目的を達成するために、本発明
は、上記の超音波探触子の製造方法において、前記第一
の手順で形成した前記予備レンズ面の周囲に平坦面を残
してテーパ面を形成する第四の手順をさらに有し、この
後前記第二及び第三の手順を実行することにより前記平
坦面を除去し、前記凹状レンズ面の周囲にエッジを形成
する。
は、上記の超音波探触子の製造方法において、前記第一
の手順で形成した前記予備レンズ面の周囲に平坦面を残
してテーパ面を形成する第四の手順をさらに有し、この
後前記第二及び第三の手順を実行することにより前記平
坦面を除去し、前記凹状レンズ面の周囲にエッジを形成
する。
【００１１】
【作用】以上のように構成した本発明においては、第一
の手順でエッチングにより予備レンズ面を形成し、第二
の手順でその予備レンズ面を熱酸化して、表面にＳｉＯ
2 の熱酸化膜を形成させ、第三の手順で再度エッチング
により前記熱酸化膜のみの除去することにより、寸法精
度の優れた凹状レンズ面を得ることができる。その理由
は次のようである。
の手順でエッチングにより予備レンズ面を形成し、第二
の手順でその予備レンズ面を熱酸化して、表面にＳｉＯ
2 の熱酸化膜を形成させ、第三の手順で再度エッチング
により前記熱酸化膜のみの除去することにより、寸法精
度の優れた凹状レンズ面を得ることができる。その理由
は次のようである。
【００１２】まず、レンズ素材であるシリコンのエッチ
ング（第一の手順）では、いきなり最終形状である凹状
レンズ面を形成するのでなく、それよりも寸法の小さな
予備レンズ面を形成する。このため、シリコンのエッチ
ング量が少なくなることから球面精度のよい予備レンズ
面の形状が得られる。一方、シリコンの熱酸化によりＳ
ｉＯ2 を生成させる場合には、シリコンの形状にあった
組成の均一なＳｉＯ2が形成できる（第二の手順）。ま
たこの厚さは、１０００Å単位で精度よくコントロール
できる。したがってこのＳｉＯ2 のみをエッチングで除
去すれば（第三の手順）、シリコンのエッチングにより
形成された形状を崩さずに寸法を大きくできるので、所
定の寸法の形状に簡単に修正できる。
ング（第一の手順）では、いきなり最終形状である凹状
レンズ面を形成するのでなく、それよりも寸法の小さな
予備レンズ面を形成する。このため、シリコンのエッチ
ング量が少なくなることから球面精度のよい予備レンズ
面の形状が得られる。一方、シリコンの熱酸化によりＳ
ｉＯ2 を生成させる場合には、シリコンの形状にあった
組成の均一なＳｉＯ2が形成できる（第二の手順）。ま
たこの厚さは、１０００Å単位で精度よくコントロール
できる。したがってこのＳｉＯ2 のみをエッチングで除
去すれば（第三の手順）、シリコンのエッチングにより
形成された形状を崩さずに寸法を大きくできるので、所
定の寸法の形状に簡単に修正できる。
【００１３】第二の理由として、レンズ素材であるシリ
コンのエッチング（第一の手順）では、エッチング速度
に異方性が存在するためエッチングの開口部は厳密には
四角形状となるが、これに対しＳｉＯ2 の生成速度は、
エッチング速度の速い部分のＳｉＯ2 の厚さが薄く、エ
ッチング速度の遅い部分のＳｉＯ2 の厚さが厚くなるよ
うな速度特性、すなわちエッチングと反対の速度特性を
持つ。したがって球面状のレンズ面を作る場合は、Ｓｉ
Ｏ2 のみをエッチングで除去すれば（第三の手順）、シ
リコンのエッチングで形成された形状の真球からのズレ
が補正され、より真球に近い球面ができる。
コンのエッチング（第一の手順）では、エッチング速度
に異方性が存在するためエッチングの開口部は厳密には
四角形状となるが、これに対しＳｉＯ2 の生成速度は、
エッチング速度の速い部分のＳｉＯ2 の厚さが薄く、エ
ッチング速度の遅い部分のＳｉＯ2 の厚さが厚くなるよ
うな速度特性、すなわちエッチングと反対の速度特性を
持つ。したがって球面状のレンズ面を作る場合は、Ｓｉ
Ｏ2 のみをエッチングで除去すれば（第三の手順）、シ
リコンのエッチングで形成された形状の真球からのズレ
が補正され、より真球に近い球面ができる。
【００１４】また本発明においては、第四の手順で予備
レンズ面の周囲に平坦面を残してテーパ面を形成してか
ら、前記第二の手順及び前記第三の手順を実行すること
により、上記のように熱酸化膜が除去されるときに凹状
レンズ面周囲にシャープなエッジが形成される。また、
テーパ加工時に加工変質層が生じたとしても、それも同
時に除去されるので、高品質のエッジが形成される。
レンズ面の周囲に平坦面を残してテーパ面を形成してか
ら、前記第二の手順及び前記第三の手順を実行すること
により、上記のように熱酸化膜が除去されるときに凹状
レンズ面周囲にシャープなエッジが形成される。また、
テーパ加工時に加工変質層が生じたとしても、それも同
時に除去されるので、高品質のエッジが形成される。
【００１５】
【実施例】以下本発明の実施例を図１〜図７により説明
する。図１に超音波探触子の概要を示す。
する。図１に超音波探触子の概要を示す。
【００１６】超音波探触子１は、音響レンズ媒体２、上
部電極６、超音波振動膜である圧電膜７、下部電極８か
ら構成される。ここで音響レンズ媒体２の凹状レンズ面
３はほぼ球形の面であり、凹状レンズ面３の下には試料
４が配置され、これらのすきまは水等の超音波伝播媒体
５で満たされる。また、発振器１２の出力端子及び受信
器１１の入力端子が入出力端子１０と接続され、さらに
上部電極６に接続されている。また、下部電極８は接地
されている。
部電極６、超音波振動膜である圧電膜７、下部電極８か
ら構成される。ここで音響レンズ媒体２の凹状レンズ面
３はほぼ球形の面であり、凹状レンズ面３の下には試料
４が配置され、これらのすきまは水等の超音波伝播媒体
５で満たされる。また、発振器１２の出力端子及び受信
器１１の入力端子が入出力端子１０と接続され、さらに
上部電極６に接続されている。また、下部電極８は接地
されている。
【００１７】超音波顕微鏡は、発振器１２によりパルス
状またはバースト波状の電圧を上部電極と下部電極８に
はさまれた圧電膜７に印加することにより、ここに超音
波を発生させる。この超音波が音響レンズ媒体２を伝播
し、凹状レンズ面３により収束されて、所定の位置に焦
点を結ぶ。焦点及びその近傍の超音波は、焦点合わせさ
れた試料表面層または内部の音響的な違いのある部分で
反射され、再び凹状レンズ面３を経由して圧電膜７に戻
る。そこで、そのエコーが電気信号に変換されて受信器
１１で受信される。
状またはバースト波状の電圧を上部電極と下部電極８に
はさまれた圧電膜７に印加することにより、ここに超音
波を発生させる。この超音波が音響レンズ媒体２を伝播
し、凹状レンズ面３により収束されて、所定の位置に焦
点を結ぶ。焦点及びその近傍の超音波は、焦点合わせさ
れた試料表面層または内部の音響的な違いのある部分で
反射され、再び凹状レンズ面３を経由して圧電膜７に戻
る。そこで、そのエコーが電気信号に変換されて受信器
１１で受信される。
【００１８】本実施例は以上の超音波探触子の製造方法
に係わり、その要部は凹状レンズ面３の形成方法にあ
る。以下、その形成方法を図２で順に説明する。まず、
単結晶シリコンのウェハの素材２４にエッチングで球面
加工する（図２（ａ））。このプロセスは従来技術（例
えば特開平２−２２２８３４）による方法で行う。この
プロセスによりウェハの素材２４に半径Ｒ1 の球面２０
を形成する。例えば１ＧＨｚ用音響レンズの場合、設計
値を５０±３μｍとすれば、少し寸法の小さいＲ1 ＝４
５〜５０μｍの球面２０を作る。この球面２０は予備レ
ンズ面となる。予備レンズ面２０はマスク径を１０μｍ
とし、混合比が容積比でＨＦ：ＨＮＯ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯ
Ｈ＝２：３：３、温度が５０℃のエッチング液で１０〜
１５分程度エッチングすれば、真球からのズレが０．２
μｍ以下の球面とすることができる。
に係わり、その要部は凹状レンズ面３の形成方法にあ
る。以下、その形成方法を図２で順に説明する。まず、
単結晶シリコンのウェハの素材２４にエッチングで球面
加工する（図２（ａ））。このプロセスは従来技術（例
えば特開平２−２２２８３４）による方法で行う。この
プロセスによりウェハの素材２４に半径Ｒ1 の球面２０
を形成する。例えば１ＧＨｚ用音響レンズの場合、設計
値を５０±３μｍとすれば、少し寸法の小さいＲ1 ＝４
５〜５０μｍの球面２０を作る。この球面２０は予備レ
ンズ面となる。予備レンズ面２０はマスク径を１０μｍ
とし、混合比が容積比でＨＦ：ＨＮＯ3 ：ＣＨ3 ＣＯＯ
Ｈ＝２：３：３、温度が５０℃のエッチング液で１０〜
１５分程度エッチングすれば、真球からのズレが０．２
μｍ以下の球面とすることができる。
【００１９】次に素材２４を熱酸化し、予備レンズ面２
０の表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜２１を３μｍの厚さで形
成させる（図２（ｂ））。この場合に形成する熱酸化膜
２１の厚さは、予備レンズ面２０の大きさによって決め
る。
０の表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜２１を３μｍの厚さで形
成させる（図２（ｂ））。この場合に形成する熱酸化膜
２１の厚さは、予備レンズ面２０の大きさによって決め
る。
【００２０】そしてこの熱酸化膜２１をＨＦ：ＮＨ4 Ｆ
＝１：６のエッチング液で約３０〜３５分エッチングす
ると、熱酸化膜２１が除去され、Ｒ2 ＝４８〜５３μｍ
の凹状レンズ面２３が形成される（図２（ｃ））。
＝１：６のエッチング液で約３０〜３５分エッチングす
ると、熱酸化膜２１が除去され、Ｒ2 ＝４８〜５３μｍ
の凹状レンズ面２３が形成される（図２（ｃ））。
【００２１】以上の方法により球面精度の優れた凹状レ
ンズ面２３が得られる。その理由は次のようである。
ンズ面２３が得られる。その理由は次のようである。
【００２２】まず、シリコンの素材２４のエッチングで
は、いきなり最終形状である凹状レンズ面２３を形成す
るのでなく、それよりも寸法の小さな予備レンズ面２０
を形成する。これにより、シリコンのエッチング量が少
なくなることから球面精度のよい予備レンズ面２０の形
状が得られる。一方、シリコンの熱酸化によりＳｉＯ2
の熱酸化膜２１を生成させる場合には、シリコンの形状
にあった組成の均一なＳｉＯ2 が形成できる。またこの
厚さは、１０００Å単位で精度よくコントロールでき
る。したがってこのＳｉＯ2 のみをエッチングで除去す
ればシリコンのエッチングにより形成された球面精度の
優れた予備レンズ面２０の形状を崩さずに寸法を大きく
できるので、所定の寸法の形状に簡単に修正できる。
は、いきなり最終形状である凹状レンズ面２３を形成す
るのでなく、それよりも寸法の小さな予備レンズ面２０
を形成する。これにより、シリコンのエッチング量が少
なくなることから球面精度のよい予備レンズ面２０の形
状が得られる。一方、シリコンの熱酸化によりＳｉＯ2
の熱酸化膜２１を生成させる場合には、シリコンの形状
にあった組成の均一なＳｉＯ2 が形成できる。またこの
厚さは、１０００Å単位で精度よくコントロールでき
る。したがってこのＳｉＯ2 のみをエッチングで除去す
ればシリコンのエッチングにより形成された球面精度の
優れた予備レンズ面２０の形状を崩さずに寸法を大きく
できるので、所定の寸法の形状に簡単に修正できる。
【００２３】第二の理由として、シリコンのエッチング
速度と熱酸化速度との面方位依存性が互いに相殺し合う
関係にあることが挙げられる。このことを図３〜図６に
より説明する。
速度と熱酸化速度との面方位依存性が互いに相殺し合う
関係にあることが挙げられる。このことを図３〜図６に
より説明する。
【００２４】前記シリコンのエッチングにおいて、エッ
チングは厳密には等方的に進むわけではなく、その速度
にはわずかに異方性が存在する。単結晶シリコン（１０
０）ウエハのエッチングの場合は、極端に書くと開口部
分は図３に示すような四角形状となる。エッチング速度
分布の異方性を図４に示す。図示のようにエッチング速
度は（１００）＞（１１０）＞（１１１）の順に低くな
る。
チングは厳密には等方的に進むわけではなく、その速度
にはわずかに異方性が存在する。単結晶シリコン（１０
０）ウエハのエッチングの場合は、極端に書くと開口部
分は図３に示すような四角形状となる。エッチング速度
分布の異方性を図４に示す。図示のようにエッチング速
度は（１００）＞（１１０）＞（１１１）の順に低くな
る。
【００２５】一方これに対しＳｉＯ2 の熱酸化膜が生成
する速度の異方性は、図５に示すように（１１１）＞
（１１０）＞（１００）となる（Ｅ．Ａ．Ｉｒｅｎｅ，
Ｈ．Ｍａｓｓｏｕｄ ａｎｄ Ｅ．Ｔｉｅｒｎｅｙ：
Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．ＳｉＯ2 ｏｃ．，１１０
（１９６３），５２７）。したがって図３に示す開口形
状を熱酸化すると、図６に示すようにエッチング速度の
速い部分の熱酸化膜の厚さが薄く、エッチング速度の遅
い部分の熱酸化膜の厚さが厚くなる。すなわちこの熱酸
化膜のみを再度エッチングで除去すれば、最初のエッチ
ングで発生した四角形状の開口部分がより丸くなる。し
たがってより真球に近い面が形成される。
する速度の異方性は、図５に示すように（１１１）＞
（１１０）＞（１００）となる（Ｅ．Ａ．Ｉｒｅｎｅ，
Ｈ．Ｍａｓｓｏｕｄ ａｎｄ Ｅ．Ｔｉｅｒｎｅｙ：
Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．ＳｉＯ2 ｏｃ．，１１０
（１９６３），５２７）。したがって図３に示す開口形
状を熱酸化すると、図６に示すようにエッチング速度の
速い部分の熱酸化膜の厚さが薄く、エッチング速度の遅
い部分の熱酸化膜の厚さが厚くなる。すなわちこの熱酸
化膜のみを再度エッチングで除去すれば、最初のエッチ
ングで発生した四角形状の開口部分がより丸くなる。し
たがってより真球に近い面が形成される。
【００２６】なお、予備レンズ面２０が設計値に対し著
しく小さい場合は、以上の工程をさらに何度かくり返す
ことにより、設計値の寸法の凹状レンズ面２３を得るこ
とができる。
しく小さい場合は、以上の工程をさらに何度かくり返す
ことにより、設計値の寸法の凹状レンズ面２３を得るこ
とができる。
【００２７】凹状レンズ面２３を得た後ウェハの切り出
しを行い、凹状レンズ面２３の周囲にテーパ面を形成
し、図１に示す音響整合層９（熱酸化膜であり例えば１
ＧＨｚ用音響レンズの場合約１．５μｍの厚さ）を形成
した後、電極６及び８、圧電膜７を成膜し超音波探触子
として仕上げる。
しを行い、凹状レンズ面２３の周囲にテーパ面を形成
し、図１に示す音響整合層９（熱酸化膜であり例えば１
ＧＨｚ用音響レンズの場合約１．５μｍの厚さ）を形成
した後、電極６及び８、圧電膜７を成膜し超音波探触子
として仕上げる。
【００２８】本実施例によれば、まずエッチングにより
予備レンズ面２０を形成し、次にその予備レンズ面２０
を熱酸化して表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜２１を形成さ
せ、最後に再度エッチングにより前記熱酸化膜２１のみ
の除去を行うので、球面精度の優れた凹状レンズ面２３
を得ることができる。
予備レンズ面２０を形成し、次にその予備レンズ面２０
を熱酸化して表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜２１を形成さ
せ、最後に再度エッチングにより前記熱酸化膜２１のみ
の除去を行うので、球面精度の優れた凹状レンズ面２３
を得ることができる。
【００２９】以上はウェハ形状のまま熱酸化を行う場合
の実施例であるが、音響レンズ媒体２の形状において熱
酸化を行う場合の一実施例を図７で説明する。まず前記
実施例と同様に、１ＧＨｚ用音響レンズとしてのレンズ
球面の設計値を５０±３μｍとすると、前述した図２
（ａ）に示す工程を行うことにより、あらかじめＲ1 ＝
４５〜５０μｍの球径の予備レンズ面７２を得ておく。
その後、ウェハより一つの音響レンズ媒体２のレンズ素
材を切り出し、切り出したレンズ素材の予備レンズ面７
２を所定の見込角となるように平面側から研摩し、テー
パ面７０の加工を行う。このとき予備レンズ面７２の周
囲に平担部分７３が３μｍ程度の厚さで残るように仕上
げる（図７（ａ））。
の実施例であるが、音響レンズ媒体２の形状において熱
酸化を行う場合の一実施例を図７で説明する。まず前記
実施例と同様に、１ＧＨｚ用音響レンズとしてのレンズ
球面の設計値を５０±３μｍとすると、前述した図２
（ａ）に示す工程を行うことにより、あらかじめＲ1 ＝
４５〜５０μｍの球径の予備レンズ面７２を得ておく。
その後、ウェハより一つの音響レンズ媒体２のレンズ素
材を切り出し、切り出したレンズ素材の予備レンズ面７
２を所定の見込角となるように平面側から研摩し、テー
パ面７０の加工を行う。このとき予備レンズ面７２の周
囲に平担部分７３が３μｍ程度の厚さで残るように仕上
げる（図７（ａ））。
【００３０】次にこの予備レンズ面７２及びテーパ面７
０を熱酸化し、表面に厚さ３μｍのＳｉＯ2 の熱酸化膜
７４を形成させる（図７（ｂ））。
０を熱酸化し、表面に厚さ３μｍのＳｉＯ2 の熱酸化膜
７４を形成させる（図７（ｂ））。
【００３１】そしてこの熱酸化膜７４を前記のエッチン
グ液でエッチングすると熱酸化膜７４が除去され、シャ
ープなエッジ７６を持つ設計値の寸法の凹状レンズ面７
５が形成される（図７（ｃ））。
グ液でエッチングすると熱酸化膜７４が除去され、シャ
ープなエッジ７６を持つ設計値の寸法の凹状レンズ面７
５が形成される（図７（ｃ））。
【００３２】凹状レンズ面７５を得た後、図１に示す音
響整合層９（熱酸化膜であり例えば１ＧＨｚ用音響レン
ズの場合約１．５μｍの厚さ）を設けた後、電極６及び
８、圧電膜７を成膜し超音波探触子として仕上げる。
響整合層９（熱酸化膜であり例えば１ＧＨｚ用音響レン
ズの場合約１．５μｍの厚さ）を設けた後、電極６及び
８、圧電膜７を成膜し超音波探触子として仕上げる。
【００３３】本実施例によれば、まずエッチングにより
予備レンズ面７２を形成し、次に平坦面７３を残しつつ
テーパ面７０の加工を行い、さらにこの平坦面７３の厚
さ分だけＳｉＯ2 の熱酸化膜７４を形成させ、再度エッ
チングにより熱酸化膜７４のみの除去を行うので、球面
精度の優れた凹状レンズ面７５を得ることができると共
に、欠けや平坦部のないシャープなエッジ７６を得るこ
とができる。また、熱酸化膜７４の生成、除去の工程に
よりテーパ面７０の機械加工時に残る歪や加工変質層を
除去し、シリコン本来の強度を持つ高品質なエッジが得
られる。
予備レンズ面７２を形成し、次に平坦面７３を残しつつ
テーパ面７０の加工を行い、さらにこの平坦面７３の厚
さ分だけＳｉＯ2 の熱酸化膜７４を形成させ、再度エッ
チングにより熱酸化膜７４のみの除去を行うので、球面
精度の優れた凹状レンズ面７５を得ることができると共
に、欠けや平坦部のないシャープなエッジ７６を得るこ
とができる。また、熱酸化膜７４の生成、除去の工程に
よりテーパ面７０の機械加工時に残る歪や加工変質層を
除去し、シリコン本来の強度を持つ高品質なエッジが得
られる。
【００３４】なお前記２つの実施例ではＳｉＯ2 の熱酸
化膜の厚さを３μｍとしたが、時間がかかることを許せ
ばこれ以上厚くても問題はない。
化膜の厚さを３μｍとしたが、時間がかかることを許せ
ばこれ以上厚くても問題はない。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、凹状レンズ面を所定の
球面精度に正確に仕上げられるので、設計値に対してバ
ラツキの少ない超音波探触子が得られる。
球面精度に正確に仕上げられるので、設計値に対してバ
ラツキの少ない超音波探触子が得られる。
【００３６】また本発明によれば、凹状レンズ面の周囲
に欠けや平坦部のないシャープで高品質なエッジを形成
できるので信頼性の高い超音波探触子が得られる。
に欠けや平坦部のないシャープで高品質なエッジを形成
できるので信頼性の高い超音波探触子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における超音波探触子の断面
図である。
図である。
【図２】本発明の一実施例における凹状レンズ面の製作
手順を示す図である。
手順を示す図である。
【図３】単結晶シリコン（１００）ウエハーのエッチン
グにおける開口部分の形状を示す図である。
グにおける開口部分の形状を示す図である。
【図４】単結晶シリコンのエッチングにおける速度分布
の異方性を示す図である。
の異方性を示す図である。
【図５】ＳｉＯ2 の熱酸化膜の形成における速度分布の
異方性を示す図である。
異方性を示す図である。
【図６】図３の開口部に対するＳｉＯ2 の熱酸化膜の形
成状態を示す図である。
成状態を示す図である。
【図７】本発明の一実施例における凹状レンズ面の製作
手順を示す図である。
手順を示す図である。
【図８】従来技術の例における超音波探触子の断面図で
ある。
ある。
【図９】凹状レンズ面の機械加工で生じた平坦部及び欠
けを示す図である。
けを示す図である。
１ 超音波探触子 ３ 凹状レンズ面 ２０ 予備レンズ面 ２１ ＳｉＯ2 の熱酸化膜 ２２ 界面 ２３ 凹状レンズ面 ７０ テーパ面 ７２ 予備レンズ面 ７３ 平坦面 ７４ ＳｉＯ2 の熱酸化膜 ７５ 凹状レンズ面 ７６ エッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 盛雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 佐藤 藤男 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内
Claims (2)
- 【請求項１】 音響レンズ本体の一方の端部に超音波を
発生する圧電素子を備え、他方の端部に前記超音波を集
束させる凹状レンズ面を備え、試料で反射された超音波
を前記圧電素子で検出して該試料の情報を得る超音波探
触子を製造する方法において、単結晶シリコンからなる
レンズ素材にエッチングにより前記凹状レンズ面より寸
法の小さな予備レンズを製作する第一の手順と、前記予
備レンズ面を熱酸化することにより、該予備レンズ面の
表面にＳｉＯ2 の熱酸化膜を形成させる第二の手順と、
エッチングにより前記熱酸化膜のみを除去し、前記凹状
レンズ面を得る第三の手順とを有することを特徴とする
超音波探触子の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の超音波探触子の製造方法
において、前記第一の手順で形成した前記予備レンズ面
の周囲に平坦面を残してテーパ面を形成する第四の手順
をさらに有し、この後前記第二及び第三の手順を実行す
ることにより前記平坦面を除去し、前記凹状レンズ面の
周囲にエッジを形成することを特徴とする超音波探触子
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4016751A JP3011519B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 超音波探触子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4016751A JP3011519B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 超音波探触子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05209867A true JPH05209867A (ja) | 1993-08-20 |
| JP3011519B2 JP3011519B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=11924969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4016751A Expired - Fee Related JP3011519B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | 超音波探触子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011519B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11258409A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | 集光素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP4016751A patent/JP3011519B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11258409A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-24 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | 集光素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3011519B2 (ja) | 2000-02-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |