JPH04114599A - 超音波探触子の製造方法 - 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の製造方法に関し、特に超音波顕
微鏡や広く音波を使用する装置に利用される超音波探触
予め製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の超音波探触子の構造を第４図に示す。この超音波
探触子は、音響レンズを構成するレンズ本体１と、ビー
ム状超音波を発生するための圧電膜２と、圧電膜２に電
力を供給する上部電極３及び下部電極４とから構成され
る。かかる構成において、発振器５によってパルス波又
はノく−スト波状の電圧を発生し、この電圧を矢印６の
よう１こサーキュレータ７を介して圧電膜２に供給する
と、この供給電圧によって圧電膜２か振動し、この圧電
膜２から、膜厚て決まる周波数を有し且つ上部電極３の
下部面積で決まるビーム断面積を有する超音波ビームが
図中下方向に向かって放射される。

この超音波ビーム８は、レンズ本体１の凹状レンズ面９
によって絞られ、更に外部の水Ｗの中へ放射され、そし
て試料１０の表面又はその内部の音響インピーダンスの
異なる部分（例えば、ボイドやクラック等）によって反
射される。超音波は再びレンズ本体１のレンズ面９に戻
り、電圧＠２にて検出される。この検出に伴って生じた
電気信号は矢印１１に示す如く受信器１２に送られ、こ
こで増幅されて取り出され、これによって試料１０の情
報を得ることができる。

上記構成において、ＸＹステージとして構成された試料
台１３をＹ方向に移動し、レンズ本体１をＸ方向に移動
することによって、試料１０の成る平面位置における情
報が得られる。なお、第４図において、Ｘ方向は紙面に
直角の方向を示し、Ｙ方向はＸ方向に直角の方向を示す
。

〔発明か解決しようとする課題〕

前記構成を有する従来の超音波探触子の製造方法では、
レンズ本体１の成膜面１４に真空蒸着の方法によってＣ
ｒを蒸着し、その次にＡｕを蒸着し、これを下部電極４
としている。この場合、成膜面１４の全面に蒸着を行っ
ている。次にスパッタリング装置によって所定の膜厚で
ＺｎＯの圧電膜２を成形し、更にその後上部電極３とし
て真空蒸着装置で先ずＣｒを蒸着し、次にＡｕを蒸着す
る。

ところが、従来の製造方法によれば、上部電極３を成膜
するとき、薄膜状のマスクを使用して所定の高温下で蒸
着を行うため、音響レンズの凹状レンズ面９の中心位置
と上部電極３の中心位置とがずれ易い。また機械加工等
の誤差で音響レンズの凹状レンズ面９の中心軸と本体１
の外径の中心軸がずれていると、薄膜状マスクは本体１
の外径を基準として配置されるため、薄膜状マスクの中
心位置と音響レンズの凹状レンズ面９の中心軸とがずれ
てしまう。上部電極３は、その下部面積の大きさに対応
した断面積を有する平面波の超音波ビームを発生するの
で、前記のように２つの中心位置がずれると、レンズ面
部９のエツジ部を通る直達波、及び位置ずれによっては
み出た電極部分に起因するレンズ本体１内の多重反射波
によってノイズが発生するという不具合か生しる。

また上記の現象は、第５図に示すように平面形状が円形
である上部電極３の径が凹状レンズ面９の開口径よりも
大きいときにも同様に起こる。第５図において、１５は
レンズ面部９のエツジ部を通る直達波、１６は多重反射
波である。このように、超音波探触子の性能は上部電極
３を形成するときの位置合わせ精度及びマスク精度に大
きく依存している。

以上の如〈従来の超音波探触子の構成及び製造方法では
、超音波放射部と音響レンズ本体の凹状レンズ面との位
置合わせ精度が低く、音響レンズの歩留まりが悪いもの
であった。

本発明の目的は、超音波探触子において超音波放射部と
音響レンズの凹状レンズ面との位置合わせ精度を高め、
これにより製品歩留まりと性能を向上させた超音波探触
子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〕

本発明に係る第１の超音波探触子の製造方法は、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、他方の端部に超音波を集束させる凹状レンズ面を備
える超音波探触子であって、試料で反射された超音波を
圧電素子で検出して当該試料の情報を得る前記超音波探
触子を製造する方法において、圧電素子を配置しようと
する音響レンズ本体の一方の端面にホトレジストを設け
、凹状レンズ面の焦点に位置する光源から与えられる光
を凹状レンズを通してホトレジストに導き、ホトリソグ
ラフィーを行い、圧電素子の下側に配設される電極の配
役位置を決めるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る第２の超音波探触子の製造方法は、前記第
１の製造方法において、圧電素子の下側に配設される電
極の形成か、リフトオフ法によって行われることを特徴
とする。

本発明に係る第３の超音波探触子の製造方法は、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、他方の端部に超音波を集束させる凹状レンズ面を備
える超音波探触子てあって、試料で反射された超音波を
圧電素子で検出して当該試料の情報を得る前記超音波探
触子を製造する方法において、圧電素子を配置しようと
する音響レンズ本体の一方の端面にホトレジストと所定
の厚みの二酸化ケイ素膜を積層状態で設け、凹状レンズ
面の焦点に位置する光源から与えられる光を凹状レンズ
を通してホトレジストに導き、ホトリソグラフィーを行
ってホトレジストに孔を開け、このホトレジストを、マ
スク層として二酸化ケイ素膜をエツチングして圧電素子
の下側に配設される電極の配設位置を決めるようにした
ことを特徴とする。

本発明に係る第４の超音波探触子の製造方法は、前記第
１〜第３のいずれか１つの製造方法において、光源が、
平行光線を発する光源と、光源形状を決める孔を有する
板部材とからなり、板部材か焦点位置に配設されること
を特徴とする。

本発明に係る第５の超音波探触子の製造方法は、前記第
４の製造方法において、音響レンズ本体がシリシトリカ
ルレンズであり、板部材の孔かスリットであることを特
徴とする。

〔作用〕 本発明による超音波探触子の製造方法では、圧電素子の
振動で発生する超音波の放射領域を下側の下部電極で決
定するように構成し、圧電素子て放射された超音波が凹
状レンズでその焦点位置に集束するという作用を逆に利
用し、且つ音響レンズ本体が光を透過させるという特徴
を利用して、焦点位置から点光源で又はシリンドリカル
レンズの場合にはスリット光源で凹状レンズに光を照射
し、最適な下部電極の位置及び形状を決定するものであ
る。この場合には音響レンズ本体の圧電素子が配設され
る予定の端面にホトレジストを設け、このホトレジスト
に下部電極を形成するための箇所を作る。またホトレジ
ストと所定の厚みの二酸化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｏ２）膜、
更にエツチングを利用して、下部電極の形成箇所を決定
することもできる。下側電極の形成に当っては、リフト
オフ法か好ましい。

〔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図は本発明の第１実施例を示す。本図において、２
１は断面円形を有する円柱形状の音響レンズで、音響レ
ンズ２１の成膜面である上部端面に圧電素子が配設され
る。圧電素子の配設状態は第３図に基づいて先に説明し
た通りである。圧電素子の上側と下側にはそれぞれ上部
電極と下部電極が配設され、これらの電極を介して超音
波を発生する振動を起こすための電力が供給される。第
１図は下部電極を形成するための構成を示している。音
響レンズ２１は透明な部材で形成されており、前記の上
部端面（成膜面）には全面的にレジスト２２が塗布され
、その反対に位置する下部の面には凹状レンズ面２３と
その周囲に円錐外周面２４か形成されている。

音響レンズ２１の下方の位置には点状の孔２５ａか形成
された板２５か第１図中にて水平状態に配設される。こ
の板２５は、音響レンズ２１の凹状レンズ面２３の焦点
距離ｆの位置に配置され、且つ前記の点状の孔２５ａの
配置位置が凹状レンズ面２３の焦点位置になるように配
置される。板２５の下方には更に光源か配置され、この
光源による平行光線２６が与えられる。従って、孔２５
ａの位置には実質的に点光源か配設されたことになる。

また、所要の光強度を有する点光源に相当する光源が存
在するのであれば、当該光源を直接に孔２５ａの配置位
置に配設して利用すること力（できる。本実施例の場合
には、板２５の下方の位置に点光源に比較して大型の光
源が配設される。

第１図の構成によれば次のような作用が生じる。

板２５の下方から照射された平行光線２６は、点状の孔
２５ａから点光源として音響レンズ２１の側に出射され
る。このとき凹状レンズ面２３番こ到達した光２６Ａは
レンズ界面との屈折作用により平行光線２６Ｂとなって
音響レンズ２１内を上方に向かって進行する。この平行
光線２６Ｂかレジスト２２に達すると、レジスト２２は
平行光線２６Ｂによって感光され、その結果、凹状レン
ズ面２３のみによって位置決めされるレジスト部分２２
ａを特定することができる。反対に当該レジスト部分を
下部電極の形成箇所として決定すれば、第１図の構成に
よるレジスト２２の露光によって、凹状レンズ面２３に
対し正確に位置合わせされた下部電極の形成箇所を決定
することができる。

なお孔２５ａから音響レンズ２１に向かう光のうち、凹
状レンズ面２３以外の箇所に到達する光は、円錐面２４
で乱反射され、散乱される。

次に第１図で説明された下部電極の形成箇所の決定方法
を利用して、更に下部電極の形成及び超音波探触子の製
造を行う方法を第２図に従って説明する。

第２図（ａ）では、第１図で説明した場合と同様にレジ
スト２２の露光を行い、凹状レンズ面２３で生した平行
光線によって露光されるレジスト部分を現像して除去す
る。次に第２図（ｂ）に示すように、下部電極となる物
質３０（例えば、クロム１００〜１０００人、次いて金
１０００〜４０００人）を蒸着する。この場合、レジス
ト２２の厚みは約２μｍ程度である。次にアセトンで残
っているレジストを除去しくリフトオフ法）、第２図（
Ｃ）で示すように圧電薄膜３１、上部電極３２をスパッ
タリング又は真空蒸着で形成する。

また下部電極の取出し部の形成方法については、下方よ
りレジスト２２を露光した後に、上方から下部電極の取
出しパターンを焼き付けて形成し、その後第２図（ｂ）
で説明した通りリフトオフ法を適用して取出し部を作る
。また、レジスト２２をアセトンで除去した後に、取出
しパターンをマスク蒸着することもできる。このマスク
蒸着では、メタルマスクに電極パターンを開けて形成し
ておき、このメタルマスクの開口部を通して電極パター
ンを蒸着する。

上記実施例による製造方法では、超音波の発生領域を決
定する下部電極３０を、音響レンズ２１の凹状レンズ面
２３に基つき、凹状レンズ面２３に対して直接的に位置
決めして形成するようにしたため、下部電極と凹状レン
ズ面との間で位置ずれが生じるのを防止することかでき
る。

第３図はシリンドリカル音響レンズ４１の製造方法を示
す斜視図である。この場合には直線上のスリット４５ａ
を有する板４５が使用される。レジスト４２の露光及び
その現像工程は前記の実施例の場合と同じである。この
結果、シリンドリカル音響レンズ４１の凹状レンズ面４
３に対応した帯状のレジスト部分が現像され、当該箇所
が下部電極を形成する箇所として決定される。その後に
おいて、圧電膜及び上部電極を形成する工程は前記実施
例の場合と同じである。

次に製造方法のその他の変更実施例について説明する。

第１図による実施例では、音響レンズ２１の成膜面に直
接にレジスト２２を塗布したが、先ず二酸化ケイ素Ｓｉ
Ｏ□　（透明）をλ／２（λは超音波の波長）の厚みで
成膜し、この上にレジストを塗布し、第２図で説明した
場合と同しように、レジストを露光して開けた孔に５ｉ
ｎ２のエツチングを行い、この孔に下部電極を蒸着で形
成し、更に圧電膜及び上部電極を蒸着で形成するように
する。かかる方法でも、下部電極の高精度な位置決めを
行うことができる。この構成によれば、ＳｉＯ２の上に
おいて発生する超音波は、λ／２の厚みによって減衰さ
れ、音響レンズの凹状レンズ面に達することはない。

〔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、超音波探
触の下部電極と凹状レンズ面との位置合わせを、下方の
所定の位置に点光源を作り、凹状レンズ面に光を照射し
て下部電極の形成箇所を決定するようにしたため、下部
電極と凹状レンズ面の位置合わせを正確に行うことがで
きる。これによって放射される超音波ビームが凹状レン
ズ面の開口部範囲内に存在するように構成されるため、
音響レンズの歩留まりが向上し、音響レンズ内に発生す
るノイズを大幅に低減し、超音波探触子の性能を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波探触子の製造方法の原理を
説明するための縦断面図、第２図は当該製造方法の工程
を示す工程図、第３図はシリンドリカルレンズについて
の製造方法を説明するための斜視図、第４図は従来の超
音波探触子の構成と問題点を説明するための図、第５図
は従来の超音波探触子における他の問題を説明するため
の図である。 Ｃ符号の説明〕 ２１．４１・・音響レンズ本体 ２２．４２・・レジスト ２３．４３・・凹状レンズ面 ２５．４５・・板 ２６・・・・・平行光線 ３０・・・・・下部電極 ３１・・・・・圧電素子 ３２・・・・・上部電極 第１図 １に２６ ２３．４３・・・凹状レンズ面 ２５．４５・・・板 ３１・・・圧電素子 ３２・・・上部電極 第４図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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る超音波探触子であって、試料で反
   射された超音波を前記圧電素子で検出して当該試料の情
   報を得る前記超音波探触子を製造する方法において、前
   記圧電素子を配置しようとする前記音響レンズ本体の前
   記一方の端面にホトレジストを設け、前記凹状レンズ面
   の焦点に位置する光源から与えられる光を前記凹状レン
   ズを通して前記ホトレジストに導き、ホトリソグラフィ
   ーを行い、前記圧電素子の下側に配設される電極の配設
   位置を決めるようにしたことを特徴とする超音波探触子
   の製造方法。
2. （２）請求項１記載の超音波探触子の製造方法において
   、前記圧電素子の下側に配設される前記電極の形成は、
   リフトオフ法によって行われることを特徴とする超音波
   探触子の製造方法。
3. （３）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る超音波探触子であって、試料で反
   射された超音波を前記圧電素子で検出して当該試料の情
   報を得る前記超音波探触子を製造する方法において、前
   記圧電素子を配置しようとする前記音響レンズ本体の前
   記一方の端面にホトレジストと所定の厚みの二酸化ケイ
   素膜を積層状態で設け、前記凹状レンズ面の焦点に位置
   する光源から与えられる光を前記凹状レンズを通して前
   記ホトレジストに導き、ホトリソグラフィーを行って前
   記ホトレジストに孔を開け、このホトレジストを、マス
   ク層として前記二酸化ケイ素膜をエッチングして前記圧
   電素子の下側に配設される電極の配設位置を決めるよう
   にしたことを特徴とする超音波探触子の製造方法。
4. （４）請求項１〜３のいずれか１項に記載の超音波探触
   子の製造方法において、前記光源は、平行光線を発する
   光源と、光源形状を決める孔を有する板部材とからなり
   、前記板部材は前記焦点位置に配設されることを特徴と
   する超音波探触子の製造方法。
5. （５）請求項４記載の超音波探触子の製造方法において
   、前記音響レンズ本体はシリンドリカルレンズであり、
   前記板部材の孔はスリットであることを特徴とする超音
   波探触子の製造方法。