專利名稱：一種高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲掃描顯微成像設(shè)備制備領(lǐng)域，具體涉及一種高頻(GHz)聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，超聲波掃描顯微鏡(C-SAM)已被成功地應(yīng)用在電子工業(yè)、醫(yī)學(xué)活檢以及聲學(xué)治療領(lǐng)域，尤其是封裝技術(shù)研究及實驗室之中。由于超音波具有不用拆除組件外部封裝之非破壞性檢測能力，故C-SAM可以有效的檢出電子元器件構(gòu)裝中因水汽或熱能所造成的破壞如脫層、氣孔及裂縫等。超聲波在行經(jīng)介質(zhì)時，若遇到不同密度或彈性系數(shù)之物質(zhì)時，即會產(chǎn)生反射回波。而此種反射回波強度會因材料密度不同而有所差異，C-SAM即利用此特性來檢出材料內(nèi)部的缺陷并依所接收之訊號變化將之成像。因此，只要被檢測的IC的上表面或內(nèi)部芯片構(gòu)裝材料的接口有脫層、氣孔、裂縫等缺陷時，即可由C-SAM影像得知缺陷的相對位置，傳統(tǒng)的超聲波掃描顯微鏡由于使用兩個上下對齊的探頭測量透射率而只能測量薄體樣品。如果使用單探頭并測量反射率便可以很好的解決這個問題。在醫(yī)學(xué)檢測上，C-SAM可以在不損傷人體健康組織的情況下進行醫(yī)學(xué)檢測。在超聲斷層圖像裝置中的自聚焦探頭，探頭的聲能逐漸會聚到較小的區(qū)域，形成較窄的聲束，以獲得較高的橫向分辨率，使超聲診斷儀的圖像更為清晰。在醫(yī)學(xué)治療方面，高能超聲技術(shù)有在腫瘤治療上安全、 可對深部腫瘤加熱的特點，而受到格外青睞。作為超聲波掃描顯微鏡和高能超聲裝置的核心部件，聲學(xué)自聚焦元器件-球面透鏡的質(zhì)量，直接影響到顯微鏡的成像效果和超聲治療儀的成效。在低頻(100-120MHZ)聲學(xué)透鏡方面，一些課題組報道使用藍寶石或者多晶硅配合機械打磨成平板陣列或者球狀透鏡的方法實現(xiàn)聚焦。而現(xiàn)有的絕大多數(shù)工作頻率在高頻(GHz)的聲學(xué)聚焦元器件，是基于藍寶石材料或者多晶硅的機械打磨形成的半球形或者圓柱體型探頭。但是這些方法的主要缺點1)由于表面的不平整會產(chǎn)生探頭內(nèi)部的回聲，從而大大降低了探頭的聚焦功能。2)在手工操作決定了質(zhì)量的參差不齊和不適合大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。而使用高質(zhì)量的單晶硅作為探頭部分材料，有如下幾大優(yōu)勢1)單晶硅與現(xiàn)有材料(多晶娃，石英，藍寶石)相比，具有較高的聲波速度和更低的衰減比。2、單晶硅的價格更為低廉(與藍寶石相比)，更容易獲得。3)成熟的單晶硅光刻和蝕刻技術(shù)使人們有可能在批處理過程中制造質(zhì)量統(tǒng)一的優(yōu)質(zhì)探頭，從而可以大規(guī)模生產(chǎn)，進一步降低成本。4)單晶硅的探頭發(fā)熱量更低，進一步減少高能超聲治療儀的能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法，利用化學(xué)腐蝕方式，減少聲學(xué)自聚焦器件生產(chǎn)過程中影響探頭質(zhì)量的人為因素，極大程度的解決了質(zhì)量的統(tǒng)一度和大規(guī)模生產(chǎn)的需要，從而提高效率，降低成本，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案如下
首先，在單晶硅基底上制備氮化硅層。以高質(zhì)量的單晶硅片為基底，使用化學(xué)氣相沉積儀(LPCVD)在硅片表面生長出一層氮化硅(SiN)層。其次，根據(jù)探頭設(shè)計的幾何尺寸以及相對位置，使用在半導(dǎo)體工業(yè)中大量使用已經(jīng)成熟的光刻技術(shù)，配合活性離子腐蝕技術(shù)(RIE)在氮化硅層打開若干“窗口”。然后，將整個硅片置于氫氟酸(HF)，硝酸(HN03)以及醋酸(HAC)的混合溶液中浸泡，由于氮化硅層并不與酸性溶液發(fā)生反應(yīng)，而酸性溶液卻可以透過前一步在氮化硅層上打開的“窗口”與氮化硅層下的硅質(zhì)基底發(fā)生各向等性的腐蝕反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)溶液各種酸的混合比例，可以控制反應(yīng)速度并獲得最光滑的腐蝕表面，從而得到聲學(xué)顯微鏡中最重要的聚焦探頭元件。本方明的方法制備的高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭，表面光滑、質(zhì)量可靠，能夠減少聲學(xué)自聚焦器件生產(chǎn)過程中影響探頭質(zhì)量的人為因素，降低了生產(chǎn)成本，極大程度的解決了質(zhì)量的統(tǒng)一度，能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。


圖1為在高質(zhì)量硅片上生長一定厚度的氮化硅。圖2使用光刻技術(shù)對氮化硅層進行處理。圖3使用離子腐蝕技術(shù)對氧化硅層進行腐蝕。圖4在酸性混合溶液中將聲學(xué)探頭刻蝕大致完成，并使用磷酸將氮化硅保護層除去。圖5通過硅片的切割得到最終的聲學(xué)聚焦透鏡。圖6該方法腐蝕出來的聲學(xué)聚焦透鏡的電子顯微鏡圖片(剖面圖)。圖7聲學(xué)聚焦透鏡的電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本實施例的一種高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法，包括如下具體步驟1.在基底上制備氮化硅層如圖1，以高質(zhì)量硅片(單晶取向(100))為基礎(chǔ)，在硅片上生長一定厚的氮化硅 (SiN)層(厚度可以根據(jù)需要調(diào)整，如1-5微米，本實施例中優(yōu)選1微米)。本步驟中制備氮化硅層方法可以有多種，如化學(xué)氣相沉積法，離子束增強沉積法，磁控反應(yīng)濺射法等，本實施例優(yōu)選用化學(xué)氣相沉積法。 2.對氮化硅層進行光刻處理，在氮化硅層打開若干“窗口”如圖2，首先對氮化硅層進行光刻處理預(yù)先設(shè)計好透鏡所需要的尺寸以及位置的曝光保護層，使用光刻膠(如AZ 3310)在SiN層表面用甩膠機均勻涂覆，接著配合使用曝光保護層以及紫外線曝光儀(可以選用德國Karl-Sussi公司的MJB-3曝光儀)用光刻膠公司手冊推薦的標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)⒐饪棠z曝光，使用顯影液(如AZ 400K)洗去多余的光刻膠。如圖3，使用RIE (美國Kurt J. Lesker公司)工藝將不需要的SiN刻蝕除去，1微米的氮化硅層大約需要20分鐘，可在氮化硅層形成多個孔洞，即打開若干“窗口”。3.將經(jīng)上述處理的硅片放置于由HF (49% ) ,HN03(70% )以及HAC (98% )以體積比為1 4 3所組成的溶液中，并加以磁子攪拌QOO轉(zhuǎn)/分)，腐蝕速度為1 2微米每分鐘。調(diào)節(jié)腐蝕時間，可以得到直徑為600微米以內(nèi)的聲學(xué)聚焦透鏡的球面探頭，如圖4。
將硅片置于90攝氏度的磷酸中20分鐘，去除SiN的保護層。如圖5，通過線切割機床，根據(jù)球面探頭分布，將硅片切割成單個的聲學(xué)聚焦透鏡。
權(quán)利要求
1.一種高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法，包括如下具體步驟(1)在基底上制備氮化硅層；(2)對氮化硅層進行光刻處理，并刻蝕孔洞，具體為首先，對所述氮化硅層進行光刻處理，接著，使用曝光保護層以及紫外線曝光儀將光刻膠曝光，并使用顯影液洗去多余的光刻膠；最后，利用RIE工藝刻蝕氮化硅層，在氮化硅層上形成孔洞；(3)將經(jīng)上述處理的器件置于由HF、HN03和HAC以體積比為1:4:3所組成的溶液中， 并加以磁子攪拌，進行腐蝕，形成球面探頭元件；(4)將經(jīng)腐蝕處理后的球面探頭元件置于磷酸中，去除氮化硅保護層，從而形成高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟(1)中氮化硅(SiN)層厚度為1-5微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述制備氮化硅層通過化學(xué)氣相沉積法、離子束增強沉積法或磁控反應(yīng)濺射法實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的制備方法，其特征在于，所述球面探頭直徑在600微米以內(nèi)。
5.利用上述權(quán)利要求1-4之一所述的方法制備的高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭的制備方法，包括(1)在基底上制備氮化硅層；(2)對氮化硅層進行光刻處理，并刻蝕孔洞首先對氮化硅層進行光刻處理；接著配合使用曝光保護層以及紫外線曝光儀將光刻膠曝光，并使用顯影液洗去多余的光刻膠；最后使用RIE刻蝕氮化硅層，在氮化硅層上形成孔洞；(3)將經(jīng)上述處理的器件置于由HF、HNO3和HAC以體積比為1:4:3所組成的溶液中，并加以磁子攪拌進行腐蝕，即可獲得聚焦球面探頭元件。本發(fā)明制備的高頻聲學(xué)自聚焦球面探頭，表面光滑、質(zhì)量可靠，能夠減少聲學(xué)自聚焦器件生產(chǎn)過程中影響探頭質(zhì)量的人為因素，極大程度的解決了質(zhì)量的統(tǒng)一度，滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。
文檔編號A61N7/00GK102247164SQ20111009676
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者朱本鵬, 王自昱, 郭萬克 申請人:華中科技大學(xué)