JP2620945B2 - 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 - Google Patents
薄膜アレイ超音波変換器の製造方法Info
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- JP2620945B2 JP2620945B2 JP62257223A JP25722387A JP2620945B2 JP 2620945 B2 JP2620945 B2 JP 2620945B2 JP 62257223 A JP62257223 A JP 62257223A JP 25722387 A JP25722387 A JP 25722387A JP 2620945 B2 JP2620945 B2 JP 2620945B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波変換器に係り、特に微細な構造を非破
壊で観察するのに好適な薄膜アレイ超音波変換器に関す
る。
壊で観察するのに好適な薄膜アレイ超音波変換器に関す
る。
従来、超音波断層装置には周波数１〜10MHzの超音波
を送受するアレイセンサが使用されている。しかし最近
では、半導体のパッケージ検査や材料の欠陥検査など、
より微細な構造を見る必要ができており、そのためには
周波数50〜100MHzの高周波超音波を用いて分解能を向上
させる必要がある。この領域の超音波を送受する圧電体
は圧さ50μｍ以下となるため、薄膜として形成された圧
電体を使用する。
を送受するアレイセンサが使用されている。しかし最近
では、半導体のパッケージ検査や材料の欠陥検査など、
より微細な構造を見る必要ができており、そのためには
周波数50〜100MHzの高周波超音波を用いて分解能を向上
させる必要がある。この領域の超音波を送受する圧電体
は圧さ50μｍ以下となるため、薄膜として形成された圧
電体を使用する。
従来、この薄膜超音波変換器は、単一の変換部として
形成され、機械的に平面内で走査して情報を得、画像を
構成する方法がとられている。この方法を利用した超音
波顕微鏡については「固体物理」17（1982年）第51頁か
ら第57頁において論じられている。
形成され、機械的に平面内で走査して情報を得、画像を
構成する方法がとられている。この方法を利用した超音
波顕微鏡については「固体物理」17（1982年）第51頁か
ら第57頁において論じられている。
上記従来技術においては、圧電薄膜の形成されている
基板をレンズとし、超音波はこのレンズを介して放射さ
れており、通常音響整合層が設けられていない。これに
対してアレイ変換器の場合には、各素子の電気的，機械
的分離を良くするためにアレイ状にした圧電薄膜側また
直接音を放出させる方式が有利と考えられる。その場
合、圧電薄膜と超音波の伝播媒体（例えば水）とのマッ
チングをとるための音響整合層を必要とする。
基板をレンズとし、超音波はこのレンズを介して放射さ
れており、通常音響整合層が設けられていない。これに
対してアレイ変換器の場合には、各素子の電気的，機械
的分離を良くするためにアレイ状にした圧電薄膜側また
直接音を放出させる方式が有利と考えられる。その場
合、圧電薄膜と超音波の伝播媒体（例えば水）とのマッ
チングをとるための音響整合層を必要とする。
数MHz帯の超音波アレイ変換器では、通常セラミック
スを所望の厚み，幅に研磨，切断した後、上記音響整合
層を形成している。この音響整合層は切断せずに用いら
れる場合もあるが、素子間の分離を良くするためには分
離した方が良い。しかも数10MHz以上の超音波を送受す
るアレイ変換器の場合には１つのエレメントの幅も小さ
くなり、整合層の分離は必須である。
スを所望の厚み，幅に研磨，切断した後、上記音響整合
層を形成している。この音響整合層は切断せずに用いら
れる場合もあるが、素子間の分離を良くするためには分
離した方が良い。しかも数10MHz以上の超音波を送受す
るアレイ変換器の場合には１つのエレメントの幅も小さ
くなり、整合層の分離は必須である。
しかしながら、従来の方法に準じて、薄膜圧電体をエ
ッチングにより分割した後、音響整合層を形成し、さら
にこれをエッチングして分割する方法では、パターンの
合わせ精度も高く要求され、また工程も多くなる。これ
まで、厚み縦振動を利用した薄膜アレイ変換器について
は具体的な報告例がなく、音響整合層まで含めた変換器
を構成する上での問題点に配慮がなされていなかった。
ッチングにより分割した後、音響整合層を形成し、さら
にこれをエッチングして分割する方法では、パターンの
合わせ精度も高く要求され、また工程も多くなる。これ
まで、厚み縦振動を利用した薄膜アレイ変換器について
は具体的な報告例がなく、音響整合層まで含めた変換器
を構成する上での問題点に配慮がなされていなかった。
本発明の目的は、少ない工程で形成可能な薄膜アレイ
変換器の製造方法を提供することにある。
変換器の製造方法を提供することにある。
上記目的は、基板上に形成された圧電薄膜、さらにそ
の上に形成された上部電極よりなる超音波変換器上に、
先に音響整合層を形成した後、音響整合層，上部電極，
圧電薄膜を順次エッチングすることにより達成される。
の上に形成された上部電極よりなる超音波変換器上に、
先に音響整合層を形成した後、音響整合層，上部電極，
圧電薄膜を順次エッチングすることにより達成される。
薄膜アレイ超音波変換器を作成するには、一様に形成
された圧電薄膜、電極、音響整合層を分割する必要があ
る。しかし、１つ１つの変換器の大きさが10μｍのオー
ダになるため、分割を行うためにはフォトリソグラフィ
技術及びエッチングの技術を必要とする。超音波変換器
を構成している圧電薄膜，電極，音響整合層をエッチン
グする場合、各々適当なエッチング液を選択する必要が
あり、それとともにエッチング液に対する耐性の有る材
料でマスクを形成する。
された圧電薄膜、電極、音響整合層を分割する必要があ
る。しかし、１つ１つの変換器の大きさが10μｍのオー
ダになるため、分割を行うためにはフォトリソグラフィ
技術及びエッチングの技術を必要とする。超音波変換器
を構成している圧電薄膜，電極，音響整合層をエッチン
グする場合、各々適当なエッチング液を選択する必要が
あり、それとともにエッチング液に対する耐性の有る材
料でマスクを形成する。
本発明になる薄膜アレイ超音波変換器では、音響整合
層まで先に形成した後、各々その上に設けられた層をマ
スクとして順次エッチングすることを特徴としている。
まず、フォトリソグラフィーで形成されたレジストパタ
ーンをマスクとして音響整合層をエッチングし、次の電
極層及び圧電薄膜はパターニングされた音響整合層をマ
スクとしてエッチングを行う。これにより、フォトリソ
グラフィーによるパターニングは１回で済み、工程を少
なくすることが可能となる。
層まで先に形成した後、各々その上に設けられた層をマ
スクとして順次エッチングすることを特徴としている。
まず、フォトリソグラフィーで形成されたレジストパタ
ーンをマスクとして音響整合層をエッチングし、次の電
極層及び圧電薄膜はパターニングされた音響整合層をマ
スクとしてエッチングを行う。これにより、フォトリソ
グラフィーによるパターニングは１回で済み、工程を少
なくすることが可能となる。
以下、本発明の第１の一実施例を第１図により説明す
る。
る。
第１図は、本発明になる薄膜アレイ超音波変換器を示
し、ａは平面図、ｂは断面図を示している。同図におい
て１は石英ガラス基板、２はクロム（Cr）・金（Au）電
極、３及び３−１〜３−ｎは酸化亜鉛（ZnO）薄膜、４
及び４−１〜４−ｎは、アルミニウム（Al）電極、５及
び５−１〜５−ｎはSiO2からなる音響整合層である。
し、ａは平面図、ｂは断面図を示している。同図におい
て１は石英ガラス基板、２はクロム（Cr）・金（Au）電
極、３及び３−１〜３−ｎは酸化亜鉛（ZnO）薄膜、４
及び４−１〜４−ｎは、アルミニウム（Al）電極、５及
び５−１〜５−ｎはSiO2からなる音響整合層である。
第１図に示した超音波変換器の作成手順を第２図によ
り説明する。まず、石英ガラス基板11上に220℃でクロ
ミウム（Cr）及び金（Au）蒸着し、下部電極12を形成す
る（同図ａ）。次に高周波マグネトロンスパッタ法によ
り、膜厚30μｍの酸化亜鉛薄膜13を形成する（同図
ｂ）。スパッタ条件は、パワー75Wで基板温度220℃、ア
ルゴン（Ar）−酸素（O2）（50％−50％）導入ガスのガ
ス圧を3Pa（パスカル）とした。
り説明する。まず、石英ガラス基板11上に220℃でクロ
ミウム（Cr）及び金（Au）蒸着し、下部電極12を形成す
る（同図ａ）。次に高周波マグネトロンスパッタ法によ
り、膜厚30μｍの酸化亜鉛薄膜13を形成する（同図
ｂ）。スパッタ条件は、パワー75Wで基板温度220℃、ア
ルゴン（Ar）−酸素（O2）（50％−50％）導入ガスのガ
ス圧を3Pa（パスカル）とした。
上記の薄膜13上に、室温でアルミニウム（Al）を蒸着
し、上部電極14を形成する（同図ｃ）。さらに、高周波
マグネトロンスパッタ法により膜厚約15μｍの酸化シリ
コン（SiO2）膜を音響整合層15として形成する（同図
ｄ）。スパッタ条件はパワー200Wで、基板温度200℃、
アルゴン（Ar）−酸素（90％−10％）導入ガスのガス圧
を5Paとした。この条件でスパッタ時間は７時間であ
る。
し、上部電極14を形成する（同図ｃ）。さらに、高周波
マグネトロンスパッタ法により膜厚約15μｍの酸化シリ
コン（SiO2）膜を音響整合層15として形成する（同図
ｄ）。スパッタ条件はパワー200Wで、基板温度200℃、
アルゴン（Ar）−酸素（90％−10％）導入ガスのガス圧
を5Paとした。この条件でスパッタ時間は７時間であ
る。
上記の一様な多層膜をアレイ変換器に加工するため、
以下のようにエッチングを行う。まず、フォトリソグラ
フィ技術を用いて、ピッチ60μｍ、エレメント幅50μ
ｍ、溝幅10μｍ、短軸方向の長さ1mmのレジストパター
ン16−１〜16−ｎを形成する（同図ｅ）。このレジスト
パターンをマスクとして、フッ酸（HF）及びフッ化アン
モニウム（NH3F）の混合液（混合比1:6）中で１時間エ
ッチングを行い、酸化シリコン膜15をパターニングし、
レジストを除去した後（同図ｆ）、パターニングされた
酸化シリコン膜15をマスクとしてアルミニウムのエッチ
ング液（リン酸，硝酸，氷酢酸，水＝75:5:15:5の混合
液）中で２分間エッチングを行い、アルミニウム膜14を
パターニングする（同図ｇ）。さらに、２％の塩酸水溶
液中で５分間エッチングを行い酸化亜鉛薄膜13をパター
ニングする（同図ｈ）。最後に、各素子からのリード線
引出し部となる上部電極14−1,2,…,nの一部を露出させ
るため、その上の整合層を除去する。
以下のようにエッチングを行う。まず、フォトリソグラ
フィ技術を用いて、ピッチ60μｍ、エレメント幅50μ
ｍ、溝幅10μｍ、短軸方向の長さ1mmのレジストパター
ン16−１〜16−ｎを形成する（同図ｅ）。このレジスト
パターンをマスクとして、フッ酸（HF）及びフッ化アン
モニウム（NH3F）の混合液（混合比1:6）中で１時間エ
ッチングを行い、酸化シリコン膜15をパターニングし、
レジストを除去した後（同図ｆ）、パターニングされた
酸化シリコン膜15をマスクとしてアルミニウムのエッチ
ング液（リン酸，硝酸，氷酢酸，水＝75:5:15:5の混合
液）中で２分間エッチングを行い、アルミニウム膜14を
パターニングする（同図ｇ）。さらに、２％の塩酸水溶
液中で５分間エッチングを行い酸化亜鉛薄膜13をパター
ニングする（同図ｈ）。最後に、各素子からのリード線
引出し部となる上部電極14−1,2,…,nの一部を露出させ
るため、その上の整合層を除去する。
以上のようにして、第１図に示した薄膜アレイ変換器
が構成される。この方法では、微細パターンの形成が１
回で済むため、マスク合わせの精度も必要としない。こ
の変換器の下部電極及び上部電極４−１〜４−ｎよりワ
イヤボンディングによりリード線を引出す。
が構成される。この方法では、微細パターンの形成が１
回で済むため、マスク合わせの精度も必要としない。こ
の変換器の下部電極及び上部電極４−１〜４−ｎよりワ
イヤボンディングによりリード線を引出す。
この状態において、下部電極，酸化亜鉛薄膜３−１〜
３−ｎ、上部電極４−１〜４−ｎ、音響整合層５−１〜
５−ｎより成るｎ個のエレメントを複数個ずつ群にまと
め、各々に中心部ほど遅れた位相差を加えて駆動して音
波を放射させ、そのビームの測定を行ったところ、アレ
イの配列方向に鋭いビーム形状となった。さらに複数の
群ごとに順次切換えて駆動することによりビームを走査
できるとが確認できた。これはエッチングにより各エレ
メントが分離され、独立に動作できるためである。
３−ｎ、上部電極４−１〜４−ｎ、音響整合層５−１〜
５−ｎより成るｎ個のエレメントを複数個ずつ群にまと
め、各々に中心部ほど遅れた位相差を加えて駆動して音
波を放射させ、そのビームの測定を行ったところ、アレ
イの配列方向に鋭いビーム形状となった。さらに複数の
群ごとに順次切換えて駆動することによりビームを走査
できるとが確認できた。これはエッチングにより各エレ
メントが分離され、独立に動作できるためである。
第３図は、本発明の第２実施例である薄膜アレイ変換
器の平面および断面を示す図である。第３図において、
21は基板、22−１〜22−ｎは下部電極23−１〜23nは酸
化亜鉛（ZnO）薄膜、24−１〜24−ｎはアルミニウム（A
l）膜、25は金膜、26−１〜26−ｎは溶融石英（SiO2）
膜である。
器の平面および断面を示す図である。第３図において、
21は基板、22−１〜22−ｎは下部電極23−１〜23nは酸
化亜鉛（ZnO）薄膜、24−１〜24−ｎはアルミニウム（A
l）膜、25は金膜、26−１〜26−ｎは溶融石英（SiO2）
膜である。
このアレイ変換器の製作は、前述の第１の実施例とほ
ぼ同様にして行う。但し、この第２の実施例においては
下部電極が各素子を分離している電極であり、上部電極
が共通電極となっている点が異なる。まず石英ガラス基
板２上にクロム（Cr）及び金（Au）よりなる電極22を形
成し、素子幅と同じかそれより広い幅を有する部分22−
１〜22−ｎとして分割して形成する。この上に酸化亜鉛
（ZnO）薄膜23、アルミニウム（Al）電極24を形成す
る。さらにその一部を金（Au）膜25で覆う。この金膜は
アルミニウムをエッチングする際のマスクの役割を果た
す。さらにアルミニウム膜上に溶融石英（SiO2）膜26を
形成し、下部電極22−１〜22−ｎと位置合わせをして、
ピッチ60μm,幅50μm,長さ1mmのライン状レジストパタ
ーンを形成し、以下第１の実施例と同様に順次エッチン
グを行えば良い。この方法では、第１の実施例と異な
り、溶融石英膜26を２度に分けてエッチングする必要が
ない。また、基板上に形成された下部電極がリード線引
出しの際のボンディングパッドとなり、充分な強度が得
られるという利点がある。
ぼ同様にして行う。但し、この第２の実施例においては
下部電極が各素子を分離している電極であり、上部電極
が共通電極となっている点が異なる。まず石英ガラス基
板２上にクロム（Cr）及び金（Au）よりなる電極22を形
成し、素子幅と同じかそれより広い幅を有する部分22−
１〜22−ｎとして分割して形成する。この上に酸化亜鉛
（ZnO）薄膜23、アルミニウム（Al）電極24を形成す
る。さらにその一部を金（Au）膜25で覆う。この金膜は
アルミニウムをエッチングする際のマスクの役割を果た
す。さらにアルミニウム膜上に溶融石英（SiO2）膜26を
形成し、下部電極22−１〜22−ｎと位置合わせをして、
ピッチ60μm,幅50μm,長さ1mmのライン状レジストパタ
ーンを形成し、以下第１の実施例と同様に順次エッチン
グを行えば良い。この方法では、第１の実施例と異な
り、溶融石英膜26を２度に分けてエッチングする必要が
ない。また、基板上に形成された下部電極がリード線引
出しの際のボンディングパッドとなり、充分な強度が得
られるという利点がある。
以上説明したように、本発明によれば、音響整合層、
電極、圧電薄膜の各層を一様に形成した後、各層を順次
エッチングを行っているので、フォトリソグラフィーに
よる微細パターンの形成が１回で済み、アレイ変換器の
作成工程を少なくすることが可能である。
電極、圧電薄膜の各層を一様に形成した後、各層を順次
エッチングを行っているので、フォトリソグラフィーに
よる微細パターンの形成が１回で済み、アレイ変換器の
作成工程を少なくすることが可能である。
第１図は本発明の実施例である超音波薄膜アレイ変換器
の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）、第２図は本発明の超
音波変換器の作成手順を示す加工工程断面図、第３図は
本発明の他の実施例である超音波薄膜アレイ変換器の平
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 1,11,21……基板、2,12,22……下部電極、3,13,23……
酸化亜鉛薄膜、4,14……上部電極、5,15,26……音響整
合層、24……アルミニウム膜、25……金膜。
の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）、第２図は本発明の超
音波変換器の作成手順を示す加工工程断面図、第３図は
本発明の他の実施例である超音波薄膜アレイ変換器の平
面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 1,11,21……基板、2,12,22……下部電極、3,13,23……
酸化亜鉛薄膜、4,14……上部電極、5,15,26……音響整
合層、24……アルミニウム膜、25……金膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 潔 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−113700（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−15500（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−128769（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に第１の電極を形成する工程と、 前記第１の電極の上に圧電体からなる薄膜を形成する工
程と、 前記薄膜の上に第２の電極を形成する工程と、 前記第２の電極の上に音響整合層を形成する工程と、 前記音響整合層の上に所定の寸法の開口部分を複数個有
するマスクを配置する工程と、 前記音響整合層、前記第２の電極、前記薄膜の各層を、
順次異なる組成のエッチング液を用いて、それぞれエッ
チングする工程とを有し、互いに独立して配列された素
子を形成することを特徴とする薄膜アレイ超音波変換器
の製造方法。 - 【請求項２】前記圧電体が酸化亜鉛（ZnO）であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜アレイ
超音波変換器の製造方法。 - 【請求項３】前記音響整合層が溶融石英（SiO2）である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜ア
レイ超音波変換器の製造方法。 - 【請求項４】前記基板が溶融石英（SiO2）であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜アレイ超
音波変換器の製造方法。 - 【請求項５】前記基板がAl2O3であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の薄膜アレイ超音波変換器
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257223A JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62257223A JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101100A JPH01101100A (ja) | 1989-04-19 |
| JP2620945B2 true JP2620945B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=17303377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62257223A Expired - Lifetime JP2620945B2 (ja) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | 薄膜アレイ超音波変換器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620945B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2869075B2 (ja) * | 1988-12-09 | 1999-03-10 | 日立建機株式会社 | 配向性薄膜パターンの形成方法、配向性薄膜パターンおよび薄膜アレイ超音波変換器の薄膜素子の形成方法 |
| JP4835366B2 (ja) | 2006-10-04 | 2011-12-14 | 株式会社デンソー | 超音波センサ |
| CN111559734B (zh) * | 2020-05-20 | 2023-07-21 | 内江师范学院 | 一种多频cmut器件的制造方法及多频cmut器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60128769A (ja) * | 1983-12-16 | 1985-07-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 通信会議装置 |
| JPS6115500A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Tdk Corp | 超音波プロ−ブの製造方法 |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62257223A patent/JP2620945B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01101100A (ja) | 1989-04-19 |
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