エレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置
【課題】製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるエレクトレットコンデンサの製造装置を提供する。
【解決手段】エレクトレットコンデンサの製造装置１００は、半導体製造技術によって形成された半導体ＥＣＭ１１０に電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電源１０２とを備え、半導体ＥＣＭ１１０は、振動膜１１２と、背面板１１３と、背面板１１３に形成された誘電体としてのシリコン酸化膜１１５とを有し、電離放射線照射装置１０１は、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加した状態で電離放射線を照射し、振動膜１１２を透過した電離放射線が生成する正及び負のイオンのうち、負イオンをシリコン酸化膜１１５に注入することによってエレクトレットを製造する構成を有する。
【解決手段】エレクトレットコンデンサの製造装置１００は、半導体製造技術によって形成された半導体ＥＣＭ１１０に電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電源１０２とを備え、半導体ＥＣＭ１１０は、振動膜１１２と、背面板１１３と、背面板１１３に形成された誘電体としてのシリコン酸化膜１１５とを有し、電離放射線照射装置１０１は、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加した状態で電離放射線を照射し、振動膜１１２を透過した電離放射線が生成する正及び負のイオンのうち、負イオンをシリコン酸化膜１１５に注入することによってエレクトレットを製造する構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する振動膜電極及び固定電極を備えたコンデンサにおいて、一方の電極の対向面に誘電体膜を設け、この誘電体膜に半永久的に電荷を保持させた、いわゆるエレクトレットを有するエレクトレットコンデンサが知られている。このエレクトレットコンデンサを利用したものには、音を検知するマイクロホン、圧力を検知する圧力センサ、加速度を検知する加速度センサ等がある。以下の説明では、エレクトレットコンデンサを備えたマイクロホン（以下「ＥＣＭ」という。）を例に挙げて説明する。
【０００３】
一般に、ＥＣＭのエレクトレットは、有機系高分子等の誘電体膜にコロナ放電等で電荷を注入することにより形成される。誘電体膜は対向電極の一方の電極の対向面側（コンデンサの内側）にあるため、従来は、マイクロホンを組み立てる以前に、コロナ放電等により誘電体膜に電荷を注入してエレクトレットを製造し、その後これを含めた各パーツを組み立てる方法が一般的であった。その結果、組立工程中にエレクトレット面に人体などが接触したり、あるいはエレクトレット面が湿気に暴露されたりしてエレクトレットの電荷が放電し、マイクロホンとしての性能が劣化するという課題があった。また、半田リフロー工程を行う場合、リフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという課題があった。
【０００４】
また、近年、ＥＣＭの小型化、量産性の向上、耐候性の向上等を目的として、従来の有機系高分子で形成されるものに代えて、半導体製造技術を利用して形成される半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン（以下「半導体ＥＣＭ」という。）が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００５】
特許文献１に記載された半導体ＥＣＭは、振動膜及び固定電極を別々の基板から製造し、振動膜あるいは固定電極上に形成した誘電体膜に電荷を注入した後、両基板の接合を行う構成を有する。このため、特許文献１に記載のものでは、従来の有機系ＥＣＭと同様、貼り合わせ工程中のハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという課題や、製造工程が複雑化するという課題があった。
【０００６】
特許文献２では、半導体ＥＣＭにおいて、誘電体膜を有する振動膜と、音孔を有する固定電極とからなるコンデンサを形成した後、固定電極側からその音孔を通してコロナ放電を行って電荷を誘電体膜に注入することによりエレクトレットを製造する方法が提案されている。この方法によれは、ハンドリング等によるエレクトレットの電荷の放電が発生しにくくなる。しかしながら、音孔は、マイクの特性上、際限なく大きくすることはできないため、特許文献２に記載の方法では、限られた音孔部分を通ったイオンのみで電荷を誘電体膜に注入することになり、電荷注入の効率低下や、注入した電荷の面内均一性が悪化するという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載のものでは、固定電極側からその音孔を通してコロナ放電を行うので、エレクトレットを固定電極側に形成することができないという課題があった。これは、振動膜の厚さや応力はマイクの音響特性に影響するため、振動膜よりも固定電極にエレクトレットを形成する方が高性能な半導体ＥＣＭを実現できるという利点が得られないことを示している。
【０００８】
他方、コロナ放電以外の方法でＥＣＭのエレクトレットを製造する方法として、メッシュ状電極と平板状電極とに挟まれた領域に被処理体を配置し、両電極間に電界を印加した状態で放射線を照射して被処理体を帯電させるものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、特許文献３に示された帯電方法では、マイクロホンを組み立てる以前に、誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造し、そのエレクトレットをマイクロホンに取り付ける必要があるため、特許文献３に記載のものは、組立工程や、貼り合わせ工程中のハンドリングやリフローの熱により電荷が放電し性能が劣化するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１８３４３７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１２７５５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるエレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、互いに対向する対向電極として振動膜電極及び固定電極を備え、前記対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を有するエレクトレットコンデンサの製造方法であって、前記対向電極間に直流電圧を印加した状態で、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射することによって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程を含む構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、振動膜電極と固定電極とからなるコンデンサの内側に誘電体を形成した後に組立工程や半田リフロー工程等を実施し、その後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造する工程を設けることが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００１３】
また、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１５】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記対向電極間の静電容量が一定となるように前記振動膜電極に加える圧力を制御して前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００１６】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００１７】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧を前記直流電圧に重畳させて前記対向電極間に印加する構成を有している。
【００１８】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００１９】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程の前に、前記振動膜電極と前記固定電極とを対向配置させた対向配置体の前記固定電極側に電子部品が実装された基板を装着する基板装着工程を含み、前記誘電体帯電工程において、前記基板が装着された前記対向配置体の前記振動膜電極側から前記電離放射線を照射して前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００２０】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、基板装着工程において基板の組み立てや半田リフローを行った後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造することが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００２１】
本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、エレクトレットコンデンサの製造方法において、前記誘電体を帯電させてエレクトレットコンデンサを製造する製造装置であって、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源とを備えた構成を有している。
【００２２】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、振動膜電極と固定電極とからなるコンデンサの内側に誘電体を形成した後に組立工程や半田リフロー工程等を実施し、その後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造する工程を実施することが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００２３】
また、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段を備え、前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものである構成を有している。
【００２４】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２５】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記対向電極間の静電容量を検出する静電容量検出装置と、前記静電容量に基づいて前記対向電極間の距離を一定に保つ電極間距離調整装置とを備えた構成を有している。
【００２６】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００２７】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧と前記直流電圧とを重畳させて前記対向電極間に印加する重畳電圧印加手段を備えた構成を有している。
【００２８】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるという効果を有するエレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図２】第１実施形態の他の態様において、複数の半導体ＥＣＭに対してエレクトレットを製造する際の説明図
【図３】第１実施形態の他の態様における誘電体帯電工程の説明図
【図４】第１実施形態の他の態様において、複数の電離放射線照射装置を用いて軟Ｘ線を照射する際の説明図
【図５】第１実施形態及びそれの他の態様において、誘電体としてのシリコン酸化膜を振動膜側に設けた場合の構成例を示す図
【図６】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置に関し、その実験装置の構成を示す図
【図７】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、空気及び酸素等のそれぞれの透過率を示す図
【図８】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及び空気の透過率を示す図
【図９】サンプルの表面電位とアルゴン混合割合との関係を示す図
【図１０】サンプルの表面電位と照射時間との関係を示す図
【図１１】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図１２】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１３】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置において、密閉容器及び圧力調整手段の構成説明図
【図１４】印加する直流電圧とエレクトレットの電位とを、従来及び本発明で比較した図
【図１５】第３実施形態の他の態様において、複数の半導体ＥＣＭに対してエレクトレットを製造する際の説明図
【図１６】本発明の第４実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１７】本発明の第５実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１８】直流電圧に正弦波の交流電圧を重畳したときの波形を示す図
【図１９】印加する直流電圧とエレクトレットの電位とを、従来及び本発明で比較した図
【図２０】印加する電圧波形としての方形波を示す図
【図２１】印加する電圧波形としての半波整流波形を示す図
【図２２】印加する電圧波形としてのパルス波形を示す図
【図２３】本発明の第６実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図２４】本発明の第６実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係るエレクトレットコンデンサの製造方法を、エレクトレットコンデンサを備えたマイクロホンの製造方法に適用する例を挙げて説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る半導体ＥＣＭが備えるエレクトレットコンデンサを製造する製造装置の第１実施形態における構成について説明する。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置１００は、半導体製造技術によって形成された半導体ＥＣＭ１１０に電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電源１０２とを備えている。図示を省略したが、エレクトレットコンデンサの製造装置１００は、装置の外部に対して電離放射線を遮蔽する筐体を備えるのが好ましい。この場合、筐体内に、電離放射線照射装置１０１や、半導体ＥＣＭ１１０を保持する保持装置等を配置する。また、直流電源１０２は、筐体の内部か外部に配置する。
【００３４】
半導体ＥＣＭ１１０は、振動膜１１２が形成されたシリコン基板１１１と、音孔１１７が形成された背面板１１３とが、互いに対向した構造を有している。振動膜１１２と背面板１１３との間にはスペーサ１１４が形成され、両者間には空隙１２１が形成されている。以下、振動膜１１２と背面板１１３とが互いに対向するそれぞれの面を「対向面」という。半導体ＥＣＭ１１０は、半導体基板や誘電膜等を積層し、半導体製造技術によって形成されたもので、前述の特許文献１に記載されているような振動膜及び固定電極を別々の基板から製造し、誘電体を帯電させた後に両者を貼り合わせるものではない。
【００３５】
振動膜１１２の対向面及びその対向面の裏面には、図示のように電極１１８が形成されている。振動膜１１２の膜厚は、２０００ｎｍ程度である。また、背面板１１３の対向面の裏面には、電極１１９が形成されている。電極１１８及び１１９は、例えば膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のアルミニウム薄膜で構成される。なお、振動膜１１２や背面板１１３に電気抵抗の低い材料、例えば低抵抗のポリシリコンや低抵抗の単結晶シリコン等を用いれば、必ずしも電極１１８及び１１９は必要としない。
【００３６】
前述の構成において、振動膜１１２及び電極１１８は、本発明に係る振動膜電極を構成する。また、背面板１１３及び電極１１９は、本発明に係る固定電極を構成する。
【００３７】
背面板１１３の対向面には、誘電体であるシリコン酸化膜１１５と、防湿膜であるシリコン窒化膜１１６とが形成されている。シリコン酸化膜１１５の膜厚は１０００ｎｍ程度、シリコン窒化膜１１６の膜厚は２００ｎｍ程度である。
【００３８】
電極１１８は直流電源１０２に接続され、電極１１９は接地される。電極１１８と１１９との間には、直流電源１０２によって直流電圧Ｖｂが印加されるようになっている。
【００３９】
電離放射線照射装置１０１は、半導体ＥＣＭ１１０の振動膜１１２側から電離放射線を照射するようになっている。以下、電離放射線照射装置１０１は、電離放射線として軟Ｘ線を照射するものとするが、軟Ｘ線のほかに、Ｘ線、γ線等も使用できる。
【００４０】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００４１】
［半導体ＥＣＭ製造工程］
半導体ＥＣＭ１１０は、半導体製造技術によって形成される。この技術は公知であるので説明を省略するが、背面板１１３の面上に、２００ｎｍ程度の厚さのシリコン窒化膜１１６と、１０００ｎｍ程度の厚さのシリコン酸化膜１１５とを形成する。
【００４２】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
筐体内において、半導体ＥＣＭ１１０を保持装置（図示省略）に取り付けて固定し、電極１１８と１１９との間に直流電源１０２を接続する。直流電圧Ｖｂの極性（正か負）及び大きさは、所望のエレクトレットの電位に応じて設定できる。本実施形態では、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させるため、電極１１８に負電圧、電極１１９にアース電位を印加するよう直流電源１０２を接続する。なお、直流電圧Ｖｂは、振動膜１１２と背面板１１３とが静電引力により吸着する電圧以下に設定する必要がある。また、電極１１８にアース電位、電極１１９に正電圧を印加するよう直流電源１０２を接続してもよい。
【００４３】
［誘電体帯電工程］
直流電源１０２により振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧Ｖｂを印加して両電極間の空隙１２１に電界１２２を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線（例えばエネルギー３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶ）を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分（酸素、窒素、二酸化炭素等）が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２の作用により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は、直流電圧Ｖｂ以下のある電位（最大で直流電圧Ｖｂに等しい電位）を有するエレクトレットとなる。
【００４４】
次に、エレクトレットの電位に関し、発明者が行った実験について説明する。
【００４５】
まず、振動膜１１２を模した、銅のメッシュ状のグリッド電極を、厚さ２５μｍのＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレンの共重合体）から２ｍｍ離した位置に配置し、グリッド電極に直流電圧Ｖｂ＝−１００Ｖを印加し、グリッド電極より８ｃｍ離した距離から軟Ｘ線を２分間照射して電荷をＦＥＰに注入したところ、エレクトレット化されたＦＥＰの電位が−９６Ｖになった。すなわち、印加電圧と同等のエレクトレット電位が得られた。
【００４６】
次に、振動膜１１２の厚さ２μｍ、空隙長（空隙１２１の長さ）１０μｍ、シリコン酸化膜１１５の厚さ１μｍ、シリコン窒化膜１１６の厚さ２００ｎｍの半導体ＥＣＭ１１０に、直流電圧Ｖｂ＝−５０Ｖを印加し、振動膜１１２より１ｃｍ離した位置から軟Ｘ線を５０分照射して電荷をシリコン酸化膜１１５に注入したところ、エレクトレット化されたシリコン酸化膜１１５の電位が−３３Ｖになった。すなわち、エレクトレットの電位は、印加電圧の３３／５０であった。
【００４７】
エレクトレットの電位は、一般に、直流電圧Ｖｂ以下のある電位になるが、これは電離放射線のエネルギー、電離放射線源から誘電体までの距離、振動膜の厚さ、誘電体膜の厚さ、照射時間等によって変化する。これらの条件を調整することにより、エレクトレットの電位を最大で直流電圧に等しい値まで高めることができる。
【００４８】
例えば、前述の半導体ＥＣＭ１１０の場合、発明者の実験では、シリコン酸化膜１１５の厚さや、軟Ｘ線の線量に比例してその電位が上昇することを確認しており、シリコン酸化膜１１５の厚さや軟Ｘ線の線量、他の条件の調整により、エレクトレットの電位を高めることができる。エレクトレットの電位が直流電圧Ｖｂ以下の値になる場合には、予備実験を行って、エレクトレットの電位と直流電圧との比を決定することが望ましい。例えば前述の実験条件の半導体ＥＣＭ１１０であれば、直流電圧を、所望のエレクトレット電位の１．５倍（５０÷３３＝１．５）に設定すればよい。
【００４９】
前述のように製造された半導体ＥＣＭ１１０は、次のように動作する。振動膜１１２に音波が入射すると、その音圧に応じて振動膜１１２が変位する。その結果、振動膜１１２と背面板１１３との間の静電容量が変化する。シリコン酸化膜１１５に注入された電荷は一定であるため、静電容量の変化に応じて振動膜１１２と背面板１１３との間の電位差が変化する（注入電荷＝静電容量×電位差）。すなわち、半導体ＥＣＭ１１０は、入射した音波の音圧を電気信号に変換する。
【００５０】
以上のように、本実施形態のエレクトレットの製造方法によれば、半導体ＥＣＭ１１０を製造した後に、振動膜１１２を透過する軟Ｘ線を照射して対向電極間にイオンを発生させ、シリコン酸化膜１１５に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるので、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００５１】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、シリコン基板を加工して振動膜１１２と、シリコン酸化膜１１５を有する背面板１１３とからなるコンデンサを形成した後に、背面板１１３の対向面側にあるシリコン酸化膜１１５に電荷を注入することが可能となり、マイクの音響特性に影響する振動膜１１２側に誘電体膜を付加することなく、背面板１１３にエレクトレットを有する高性能なエレクトレットの製造が可能となる。
【００５２】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、電離放射線によって生成されたイオンを移動させるための電界を発生させる電極を振動膜１１２が兼ねるため、メッシュ等のグリッド電極を外部に別途設ける必要がない。
【００５３】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、半導体製造技術で製造することにより高精度で形成された空隙に電界を発生させるため、外部にグリッド電極を配置するのに比べ、電界の精密な制御が可能となる。また、シリコン酸化膜１１５全面にわたり均一な電界が発生できるため、面内均一性に優れたエレクトレットが得られ、量産性に優れたエレクトレットの製造方法を提供できる。さらに、空隙長は非常に短いため（数μｍ〜数１０μｍ）、比較的小さい直流電圧で強い電界を発生させることが可能となり、電荷を注入する効率を高めることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法では、電子部品が実装された基板を半導体ＥＣＭ１１０に装着した後においてもエレクトレットを製造することができる。
【００５５】
具体的には、前述の誘電体帯電工程の前に、半導体ＥＣＭ１１０の背面板１１３側に、電子部品が実装された基板を装着し、半田リフロー工程により半田付けする工程を設ける。その後、誘電体帯電工程を実施することにより、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、組み立て作業中のハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという問題を回避することができる。
【００５６】
なお、前述の実施形態においては、本発明に係るエレクトレットコンデンサの製造方法を半導体ＥＣＭに適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力センサや加速度センサ等に適用しても同様の効果が得られる。
【００５７】
（第１実施形態の他の態様）
前述の第１実施形態では、１つの半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を挙げた。以下、第１実施形態の他の態様として、シリコン基板上に一括して形成した複数の半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を示す。
【００５８】
図２は、複数の半導体ＥＣＭ１１０が、半導体製造技術によって一括されて形成されたシリコンウエハ１３０を示している。なお、個々の半導体ＥＣＭ１１０の構成については、適宜図１を参照するものとする。
【００５９】
図２に示すように、シリコンウエハ１３０は、振動膜１１２が形成されたシリコン基板１１１を上側にして、金属板１０３上に配置されている。シリコン基板１１１上に形成された電極１１８は、直流電源１０２に接続されている。振動膜１１２の対向電極である背面板１１３の電極１１９（図示省略）は、金属板１０３を介して接地されている。この電極１１９と金属板１０３との接触を良好にするため、柔軟性及び導電性を有するシートを両者間に挟む構成としてもよい。また、金属板１０３を使用せず、ワイヤボンディングやプローブ等により各半導体ＥＣＭ１１０に直流電源１０２やアース電位を接続する構成としてもよい。
【００６０】
次に、本実施形態における誘電体帯電工程及びウエハ分割工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００６１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧Ｖｂを印加して各半導体ＥＣＭ１１０の空隙１２１に電界１２２を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。その結果、負に帯電したエレクトレットが得られる。
【００６２】
図３は、その電荷注入の詳細を図示したもので、簡単のため２個の半導体ＥＣＭ１１０を示す。また、シリコンウエハ１３０の全面にわたって一様なエネルギーの軟Ｘ線を照射するためには、例えば図４に示すように、複数の電離放射線照射装置１０１を用いて、軟Ｘ線を照射することもできる。
【００６３】
［ウエハ分割工程］
電荷を注入した後に、各半導体ＥＣＭ１１０を区切る領域でシリコンウエハ１３０を分割し、個々の半導体ＥＣＭ１１０を得る。ここでシリコンウエハ１３０を分割する方法としては、レーザーを用いたダイシング法など、水を用いない分割方法が、エレクトレットの電荷を放電させないために好ましい。また、エレクトレットはコンデンサの内側にあるため、ダイシング工程中のハンドリングで、この電荷が放電する問題はない。
【００６４】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、シリコンウエハ１３０上に形成された複数の半導体ＥＣＭ１１０のシリコン酸化膜１１５に一括で電荷を注入することが可能である。この製造方法において、直流電源１０２の印加電圧によって発生する電界１２２は、半導体製造技術で製造することにより高精度で形成された空隙１２１に発生するため、全ての半導体ＥＣＭ１１０における対向電極間の電界は一定であり、各半導体ＥＣＭ１１０間におけるエレクトレットの電位のばらつきを抑えることが可能であり、量産性に優れた高性能なエレクトレットの製造方法を提供できる。
【００６５】
なお、前述した第１実施形態及びそれの他の態様では、背面板１１３側にエレクトレットを設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、振動膜１１２側に誘電体膜としてのシリコン酸化膜１１５を設けた構成であっても、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加した状態で、軟Ｘ線等の電離放射線を振動膜１１２側から照射することにより、同様にシリコン酸化膜１１５に電荷を注入し、エレクトレットの製造が可能となる。この場合、従来用いられていた背面板の音孔を通してコロナ放電をする方法に比べ、電荷注入の効率や面内均一性に優れ、量産性に優れた高性能なエレクトレットの製造方法を提供できる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る半導体ＥＣＭのエレクトレットを製造する製造方法の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における誘電体帯電工程の時間短縮化に関する。
【００６７】
本発明の発明者は、誘電体帯電工程の時間短縮化を図るために実験検討を重ねた結果、電離放射線を照射する際、半導体ＥＣＭ１１０の振動膜１１２と背面板１１３との間を、照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気にすることが有効であることを見出した。そこで、本実施形態について説明する前に、本実施に係るエレクトレットの製造方法に関する実験について説明する。
【００６８】
図６は、実験装置の構成を示す図である。図７は、電離放射線として軟Ｘ線を用いた場合、軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における標準空気（以下「空気」という。）及び空気を構成する酸素等の透過率を示す図である。また、図８は、前述のエネルギー範囲において、空気よりも軟Ｘ線の透過率が低いネオンやアルゴン、クリプトン、キセノンの透過率、及び空気よりも軟Ｘ線の透過率が高いヘリウムの透過率を示す図である。
【００６９】
後述するように、実験結果によれば、電離放射線の照射により、空気のみの雰囲気中よりも、希ガスを含む雰囲気中の方が、生成される総イオン数が増えるため、短時間でエレクトレットを製造することが可能になることが分かった。これは、（１）希ガスは空気中の酸素等に比べて軟Ｘ線の吸収率が大きいため、イオン化する確率が高い、（２）希ガスが軟Ｘ線を吸収して正イオン化するため、希ガス分子から放出された電子が空気中の酸素等に作用し、空気中の酸素等から生成される正イオン及び負イオンの数も増やす、などの理由があるためであると考えられる。
【００７０】
また、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。また、希ガスから生成された正イオンを利用して電荷蓄積することができることも分かった。これにより、前述のように空気中の酸素等に作用してイオン数を増やすだけではなく、希ガスから生成される正イオン自身が誘電体の帯電に寄与するため、通常空気中では得ることが難しい表面電位の大きなエレクトレットを製造することが可能になる。
【００７１】
以下、図６に示した構成図に基づき、実験内容について具体的に説明する。
【００７２】
まず、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３を順次積層したサンプル１０を用意した。サンプル１０の表面電位を予め測定し、表面電位が０Ｖであることを確認した。
【００７３】
次に、密閉した筐体２５内において、サンプル１０を金属板２１の上に載せ、その上にＳＵＳ製のメッシュ状のグリッド電極２３を、サンプル１０に触れないように間隔をおいて配置した。ここで、グリッド電極２３からサンプル１０の表面までの距離は２．５ｍｍとした。
【００７４】
次に、外部に設けた直流電源２４をグリッド電極２３に接続した（極性は後述）。金属板２１はアース電位とした。グリッド電極２３の上方に３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線を発生する電離放射線照射装置２２を配置した。ここで、電離放射線照射装置２２からサンプル１０の表面までの距離は１５ｍｍとした。また、筐体２５には、バルブ３２、流量計３３及びチューブ３４を介してアルゴンボンベ３１を接続し、バルブ３６、流量計３７及びチューブ３４を介して空気ボンベ３５を接続した。なお、アルゴンボンベ３１は、本発明に係るガス発生手段を構成する。
【００７５】
前述の構成において、流量計３３、３７及びバルブ３２、３６を用いてアルゴンガスと空気とを所定の割合で混合して、この混合ガスを筐体２５の注入口２６から注入し、筐体２５の内部の気体が十分に置換されるのに必要な時間を経た後、直流電源２４によりグリッド電極２３に所定の電圧を印加した。その後、サンプル１０に軟Ｘ線を照射し、一定の時間経過後に照射を停止した。そして、直流電源２４による電圧印加を停止して筐体２５からサンプル１０を取り出し、エレクトレット化されたサンプル１０の表面電位を測定した。
【００７６】
（実験１）
この実験１は、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとして、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。具体的には、軟Ｘ線をサンプル１０に３０秒間照射し、アルゴンガスと空気との混合割合が、サンプル１０の表面電位にどの程度影響を及ぼすかについて調べた実験である。その結果を図９に示す。
【００７７】
図９に示した結果によると、アルゴンガスを空気に添加していない場合、サンプル１０の表面電位は０Ｖから−１７Ｖに変化したに過ぎなかった。ところが、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスの割合を増やすにつれて負方向に上昇し、アルゴンガスを８０％まで増やした時に最も負方向に上昇し、−３１Ｖになった。これは印加した電圧の３／５に相当する。その後、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスを９９．５％まで増やすと、逆に−２１Ｖになった。
【００７８】
一方、アルゴンガスを添加せず、空気中で軟Ｘ線をサンプル１０に照射した場合において、アルゴンガスを空気に８０％添加した条件と同じく−３１Ｖの表面電位を得るためには、図１０に示すように、３００秒程度の時間を要することが分かった。
【００７９】
以上の結果より、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、アルゴンガスを含む雰囲気中に誘電体を配置することにより、誘電体の電荷量を増加させるのに要する時間を大幅に短縮できることが分かった。
【００８０】
（実験２）
この実験２は、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとして、実験１と同様に、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。
【００８１】
この実験の結果、アルゴンを空気に添加していない場合、軟Ｘ線を照射しても、表面電位は＋７Ｖまでしか上昇しなかった。一方、アルゴンガスの割合を９９．５％にまで増やすと、表面電位は＋４０Ｖまで上昇することが分かった。この結果は、印加した電圧の４／５に相当し、空気中で得られる限界値である３／５よりも大きいことを示している。
【００８２】
他方、前述の実験１の結果（図９、１０）からは、アルゴンの添加に関わらず、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとした場合には、サンプル１０の表面電位は、−３１Ｖ程度で飽和してそれ以上負方向に上昇しないことが分かった。
【００８３】
これに対し、本実験２の結果によれば、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとし、アルゴンの混合割合を増やしていくと、空気中で得られる限界値である３／５を超えた表面電位が得られることが分かった。これは、空気中の各成分から生成された正イオンの他に、多量に生成されたアルゴンイオン（正イオン）が誘電体への電荷の注入に寄与しているためと考えられる。このため、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間に印加する電圧を大きく増加させることなく、両電極間をアルゴンガスが含まれた雰囲気にすることにより、空気中において得られる表面電位よりも大きな表面電位が得られることが分かった。
【００８４】
また、従来、例えばシリコンマイクにおいて、エレクトレットの所望の電圧を１とすると、１を大きく超える電圧をグリッドの役目をする振動電極と、固定電極との間に印加する必要があった。具体的には、１の電圧を得ようとすると５／３程度の印加電圧が必要であった。しかも、一定以上の電圧を印加すると振動電極と固定電極とが静電引力によって吸着し、場合によっては振動電極が破壊に至るため、エレクトレットの製造時に高い電圧を印加できず、所望の表面電位が得られなかった。これに対し、本実験２の結果は、本発明に係るエレクトレットの製造方法が、これらの問題を解決できることを示している。
【００８５】
次に、本発明に係る半導体ＥＣＭのエレクトレットを製造する製造装置の第２実施形態における構成について説明する。図１１は、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置２００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００８６】
図１１に示すように、エレクトレットコンデンサの製造装置２００は、筐体の内部が上下に分割された構成を有し、筐体の上部に位置する上部室２０１と、筐体の下部に位置する下部室２０２と、上部室２０１と下部室２０２とを仕切る仕切板２０３とを備えている。
【００８７】
また、エレクトレットコンデンサの製造装置２００は、半導体ＥＣＭ１１０を保持する台座２０４と、台座２０４の上部室２０１側の面上に設けられた電極２０５と、台座２０４の下部室２０２側の面上に設けられた電極２０６と、電極２０５と２０６との間に直流電圧を印加する直流電源２０７と、電離放射線を発生する電離放射線照射装置１０１とを備えている。
【００８８】
上部室２０１には、電離放射線照射装置１０１が配置されるとともに、電離放射線照射装置１０１から出射した電離放射線が透過する振動膜１１２の対向面の裏面、すなわち電極１１８の表面が露出している。
【００８９】
下部室２０２には、振動膜１１２の対向面が露出し、誘電体であるシリコン酸化膜１１５を備えた背面板１１３が配置されている。
【００９０】
上部室２０１及び下部室２０２は、それぞれ別個に任意のガスを注入することができるようになっている。
【００９１】
具体的には、上部室２０１には、電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも電離放射線の透過率が高いガス、例えばヘリウムガスを注入するのが好ましい。この構成により、電離放射線照射装置１０１から振動膜１１２までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線が振動膜１１２を通過し、振動膜１１２と背面板１１３との間で生成されるイオン数を増加させることができる。なお、上部室２０１に空気のみを満たす構成であってもよい。
【００９２】
一方、下部室２０２には、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加したガスを満たす。この際、簡便のため、密閉された筐体を用いず、ガスノズルを背面板１１３の直下に設置し、音孔１１７を通して空気及びアルゴンガスの混合ガスを振動膜１１２と背面板１１３との間の空隙１２１に吹き付ける構成としてもよい。また、ガスノズルを半導体ＥＣＭ１１０の側面に設置し、振動膜１１２と背面板１１３との間の空隙１２１に吹き付ける構成とすることもできる。なお、下部室２０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００９３】
台座２０４の外周は仕切板２０３と結合され、台座２０４の内側には段差部のある貫通孔が形成されている。台座２０４は絶縁体で構成され、半導体ＥＣＭ１１０は、台座２０４の段差部に振動膜１１２側が電離放射線照射装置１０１側になるようセットされる。台座２０４に半導体ＥＣＭ１１０がセットされると、振動膜１１２を境に上部室２０１と下部室２０２とが分離されるとともに、振動膜１１２の電極１１８と電極２０５、背面板１１３の電極１１９と電極２０６とがそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００９４】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００９５】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
まず、シリコン酸化膜１１５が帯電していない半導体ＥＣＭ１１０を、台座２０４の段差部にセットする。その際、台座２０４の上下に設けた電極２０５及び２０６に、それぞれ、電極１１８及び１１９を電気的に接続する。
【００９６】
［ガス注入工程］
続いて、筐体の上部室２０１にヘリウムガスを図示しない注入口から注入する。また、筐体の下部室２０２に、アルゴンガスを空気に添加した混合ガスを図示しない注入口から注入する。
【００９７】
［誘電体帯電工程］
次に、電離放射線照射装置１０１から半導体ＥＣＭ１１０に向けて軟Ｘ線を照射する。照射した軟Ｘ線は、電極１１８を含む振動膜１１２を透過する。ここで、シリコン製の振動膜１１２の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。振動膜１１２を透過した軟Ｘ線は、振動膜１１２と背面板１１３との間の混合ガスをイオン化する。
【００９８】
次に、直流電源２０７によって、電極１１８及び１１９に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させる場合、電極１１９（背面板１１３側電極）が電極１１８（振動膜１１２側電極）に対して正の電位になるよう、直流電源２０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１１２と背面板１１３との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜１１２に、負イオンは背面板１１３に引き寄せられ、背面板１１３に設けたシリコン酸化膜１１５は負に帯電される。
【００９９】
以上のように、第２実施形態における半導体ＥＣＭ１１０の製造方法では、エレクトレットコンデンサの製造装置２００において、振動膜１１２と背面板１１３との対向電極間の空隙を下部室２０２に配置し、下部室２０２はアルゴンガスを空気に添加した雰囲気とし、誘電体であるシリコン酸化膜１１５に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、背面板１１３上に設けたシリコン酸化膜１１５の表面電位が短時間で上昇し、通常の空気中で所定の表面電位を得るのに要する時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に短縮することができる。
【０１００】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【０１０１】
また、本実施形態における半導体ＥＣＭ１１０の製造方法は、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。
【０１０２】
なお、前述の実施形態において、振動膜１１２と背面板１１３との対向電極間の空隙１２１を、アルゴンガスを空気に添加した雰囲気とした例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、対向電極間の空隙１２１が、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気であってもよいし、空気にＣＯ２を混合させたものでもよい。
【０１０３】
また、前述の実施形態のように、誘電体を負に帯電させる場合は、電離放射線を照射したときに、空気中よりも多くの負イオンが生成されるガスを用いるのが好ましい。負イオンが生成されやすいガスとしては、例えば、塩素系やフッ素系のガスが挙げられる。ただし、塩素系やフッ素系のガスを用いる場合は、これらのガスに耐性のある材料で誘電体等を構成するのが好ましい。
【０１０４】
また、前述の実施形態において、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、前述の実施形態において、誘電体としてのシリコン酸化膜１１５を背面板１１３に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘電体を振動膜１１２側に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【０１０６】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１０７】
（第２実施形態の他の態様）
前述の説明では、誘電体としてのシリコン酸化膜１１５を負に帯電させる場合について説明した。以下、第２実施形態の他の態様として、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる場合について説明する。この態様では、下部室２０２の雰囲気が前述の構成と異なっており、その他の構成は同様である。したがって、前述の説明と重複する説明は省略する。
【０１０８】
［ガス注入工程］
まず、本態様のエレクトレットの製造装置における下部室２０２に、空気にアルゴンを５０％以上、好ましくは９９％以上添加した混合ガスを満たす。なお、下部室２０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【０１０９】
［誘電体帯電工程］
次に、直流電源２０７によって、電極１１８及び１１９に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる場合、電極１１９（背面板１１３側電極）が電極１１８（振動膜１１２側電極）に対して負の電位になるよう、直流電源２０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１１２と背面板１１３との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、負イオンは振動膜１１２側に、アルゴンイオンを含む正イオンは背面板１１３側に引き寄せられ、背面板１１３に設けたシリコン酸化膜１１５は正に帯電される。
【０１１０】
以上のように、第２実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置では、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる構成において、アルゴンガスを含む雰囲気にシリコン酸化膜１１５を配置することによりシリコン酸化膜１１５の表面電位の上昇にアルゴンイオンが大きく寄与するため、通常空気中で得られる表面電位よりも２５％大きい表面電位（３１／５０→４０／５０：実験２参照）を得ることができる。
【０１１１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１１２】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第３実施形態について図１２に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
図１２に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００は、電離放射線照射装置１０１、直流電源３０１、静電容量測定器３０２、密閉容器３１０、圧力調整手段３２０を備えている。
【０１１４】
直流電源３０１は、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間に直流電圧を印加するようになっている。密閉容器３１０は、図示のように半導体ＥＣＭ１１０を、その振動膜１１２側が電離放射線照射装置１０１に向くよう収容するようになっている。
【０１１５】
静電容量測定器３０２は、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間の静電容量を測定し、その測定データを記憶するメモリを備えている。また、静電容量測定器３０２は、静電容量の測定データを圧力調整手段３２０に出力するようになっている。この静電容量測定器３０２は、本発明に係る静電容量検出装置を構成する。
【０１１６】
圧力調整手段３２０は、密閉容器３１０内の圧力を調整することができるようになっている。この圧力調整手段３２０は、本発明に係る電極間距離調整装置を構成する。
【０１１７】
密閉容器３１０及び圧力調整手段３２０は、それぞれ、例えば図１３に示すように構成される。
【０１１８】
図１３に示すように、密閉容器３１０は、金属製の容器本体３１１及び蓋３１２と、容器本体３１１と蓋３１２との間に設けた絶縁体３１３とを備えている。
【０１１９】
容器本体３１１の内部の底面には、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１９に電気的に接続するプローブ３１４と、プローブ３１４を電極１１９に押し当てる導電性のバネ３１５と、プローブ３１４のガイド３１６とが設けられている。プローブ３１４がバネ３１５に押圧されることにより、電極１１９とプローブ３１４とが電気的に接続されるとともに、電極１１８も蓋３１２に押圧されて電気的に接続されるようになっている。容器本体３１１は接地され、蓋３１２は直流電源３０１に接続されている。したがって、電極１１９は接地され、電極１１８は直流電源３０１に接続される構成となっている。
【０１２０】
なお、例えば絶縁体３１３を絶縁ゴムで形成し、バネ３１５を使用しない構成としてもよい。また、プローブ３１４及びバネ３１５を使用せず、例えばワイヤボンディングによって電極１１９と容器本体３１１とを電気的に接続する構成としてもよい。
【０１２１】
圧力調整手段３２０は、容器本体３１１の側面に接続して設けられたシリンダ３２１と、ピストン３２２と、モータ３２３と、モータ３２３とピストン３２２との間を結合する結合機構３２４と、モータ３２３の駆動を制御するモータ制御回路３２５とを備えている。
【０１２２】
モータ制御回路３２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、静電容量測定器３０２から入力した静電容量の測定データに応じて、密閉容器３１０内の圧力を設定するようになっている。具体的には、モータ制御回路３２５は、静電容量の測定データに応じてモータ３２３の回転角及び回転方向を制御し、モータ３２３が結合機構３２４を介してピストン３２２を動かすことによって密閉容器３１０内の圧力が所望値になるようフィードバック制御を行うようになっている。
【０１２３】
本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００が静電容量測定器３０２及び圧力調整手段３２０を備えているのは、次の理由による。すなわち、エレクトレットの電位をより高くしようとすると、振動膜１１２と背面板１１３との間に、より高い直流電圧を印加しなければならない。ところが、印加する直流電圧により、振動膜１１２と背面板１１３との間には静電引力が働くので、印加する直流電圧を高くしていくと、両者の吸着が発生して正常な帯電ができなくなるばかりか、場合によっては振動膜１１２の破壊に至ってしまう。
【０１２４】
そこで、印加する直流電圧に応じて振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が変化し、両者間の距離の変化に応じて両者間の静電容量が変化することを考慮し、エレクトレットコンデンサの製造装置３００は、静電容量測定器３０２及び圧力調整手段３２０を備えることによって、両者間の距離を一定に保つことができるようになっている。この構成において、静電容量を一定にするように圧力調整手段３２０の圧力調整処理が追従するよう、直流電源３０１の出力電圧の絶対値を徐々に増加させるのが好ましい。例えば、エレクトレットコンデンサの製造装置３００がコンピュータを備え、このコンピュータの制御により、静電容量測定器３０２の測定データの変化を監視しながら直流電源３０１の出力電圧の絶対値を変化させるのが好ましい。
【０１２５】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１２６】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
容器本体３１１内部に設けたれたプローブ３１４に、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１９を押し当てた状態で、絶縁体３１３を介して容器本体３１１に蓋３１２を取り付ける。また、容器本体３１１と蓋３１２との間に直流電源３０１を接続する。本実施形態では、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させるため、蓋３１２に負電圧を印加するよう直流電源３０１の極性を設定する。
【０１２７】
［静電容量初期値測定工程］
静電容量測定器３０２により、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間の初期値の静電容量Ｃ０を測定する。この静電容量Ｃ０は、直流電圧の印加はなく、軟Ｘ線の照射もない状態でのものである。測定で得た静電容量Ｃ０のデータは、静電容量測定器３０２のメモリに記憶される。
【０１２８】
［誘電体帯電工程］
直流電源３０１により、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加し、半導体ＥＣＭ１１０の空隙１２１に電界１２２を発生させる。
【０１２９】
直流電圧の印加により、静電引力で振動膜１１２が背面板１１３に引き寄せられ、電極１１８と１１９との間の静電容量はＣｖ（Ｃｖ＞Ｃ０）となる。ここで、直流電源３０１による直流電圧の印加とともに、圧力調整手段３２０により密閉容器３１０内部を加圧することで、振動膜１１２に吸着力とは逆の力を与え振動膜１１２を背面板１１３から引き戻す。この工程では、圧力調整手段３２０が追従するよう徐々に直流電圧の絶対値を増加させる。
【０１３０】
この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１３１】
負電荷の注入中は、時間とともにエレクトレットの電位が変動するため、振動膜１１２と背面板１１３との間の静電引力も変動する。そこで、モータ制御回路３２５が、静電容量測定器３０２が出力する静電容量の測定データにより圧力調整手段３２０をフィードバック制御し、電極１１８と１１９との間の静電容量が一定、すなわち振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が一定になるよう、密閉容器３１０内の圧力を制御する。例えば、モータ制御回路３２５が、静電容量が常に初期の静電容量Ｃ０になるよう制御すれば、振動膜１１２と背面板１１３との間は初期の空隙長を保ったまま帯電が可能となる。
【０１３２】
その結果、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、振動膜１１２と背面板１１３とを吸着させることなく、エレクトレットを製造することができる。
【０１３３】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００では、従来よりも高い直流電圧を印加した状態で電荷を注入することができるので、従来よりも高い帯電電圧を有するエレクトレットを得ることができる。
【０１３４】
本実施形態における改善効果を図１４に示す。図１４に示すように、従来の方法では、振動膜１１２及び背面板１１３の吸着が起こる電圧を示す吸着電圧ＶＰよりも低い直流電圧Ｖ０１しか印加できなかったため、エレクトレットの電位はＶ０１よりも低いＶＥ１が限界であった。本実施形態では、吸着の問題が解決されるため、吸着電圧ＶＰ以上の直流電圧Ｖ０２を印加することが可能である。これにより、エレクトレットの電位は、ＶＥ２に高められる。ただし、エレクトレットの電位は吸着電圧ＶＰを超えない範囲で設定しなければならないので、ＶＥ２＜ＶＰである。吸着電圧ＶＰを超えて帯電すると、本実施形態による帯電完了後に、エレクトレットの電位により振動膜１１２が背面板１１３に吸着してしまうからである。
【０１３５】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１３６】
（第３実施形態の他の態様）
以上の説明では、１つの半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を挙げた。以下、第３実施形態の他の態様として、シリコン基板上に一括して形成した複数の半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を示す。
【０１３７】
図１５は、複数の半導体ＥＣＭ１１０が、半導体製造技術によって一括されて形成されたシリコンウエハ１４０における断面図であって、分かりやすくするため３つ分の半導体ＥＣＭ１１０の断面を示している。この図は、第１実施形態の他の態様において説明した図２〜図４のうちの図３に対応するものであり、図２に示したシリコンウエハ１３０と本実施形態におけるシリコンウエハ１４０は同様な外観を有する。なお、個々の半導体ＥＣＭ１１０及び密閉容器３１０以外の構成については、適宜図１３を参照するものとする。
【０１３８】
図１５に示すように、密閉容器３１０内に設けられたプローブ３１４は、シリコンウエハ１４０に形成された、全ての半導体ＥＣＭ１１０の背面板１１３に設けた電極１１９と接触する構成となっている。また、バネ３１５に押圧されることにより、電極１１９とプローブ３１４とが電気的に接続されるとともに、電極１１８も蓋３１２に押圧されて電気的に接続されるようになっている。図１３に示したものと同様に、容器本体３１１は接地され、蓋３１２は直流電源３０１に接続されている。したがって、シリコンウエハ１４０に形成された、全ての電極１１９は接地され、全ての電極１１８は直流電源３０１に接続される構成となっている。
【０１３９】
振動膜１１２の電極１１８は、シリコンウエハ１４０の全面に広がっているので、本実施形態では、静電容量測定器３０２により、全ての半導体ＥＣＭ１１０の静電容量の合計（並列接続）が測定される。測定された静電容量の合計値を一定とするよう密閉容器３１０内の圧力を制御することで、振動膜１１２と背面板１１３との間の距離を設定することができる。
【０１４０】
本実施形態における製造方法では、静電容量の合計値を監視することになるので、個々の半導体ＥＣＭ１１０において振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が例えば初期値に保たれる保証はない。したがって、個々の半導体ＥＣＭ１１０におけるエレクトレットの電位に多少のばらつきが生じる可能性がある。しかしながら、本実施形態における製造方法では、シリコンウエハ１４０上に作製された全ての半導体ＥＣＭ１１０を一括して帯電させることができるため、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、生産性を向上させるという効果が得られる。
【０１４１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１４２】
（第４実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第４実施形態について図１６に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４３】
図１６に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置４００は、第３実施形態における構成（図１３参照）に、ガスボンベ４０１、ガス圧調整器４０２、排気ポンプ４０３、バルブ４０４を加えたものである。なお、第３実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４４】
ガスボンベ４０１には、所望のガスが充填されている。ここで、所望のガスとしては、第２実施形態で述べたように、電離放射線照射装置１０１が照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気中の酸素等に比べて透過率が低いガス、例えば希ガスを用いるのが好ましい。
【０１４５】
ガス圧調整器４０２は、例えば減圧弁で構成され、ガスボンベ４０１から密閉容器３１０に注入するガスの圧力を調整できるようになっている。排気ポンプ４０３は、密閉容器３１０内の空気を排気するようになっている。
【０１４６】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。
【０１４７】
［排気行程］
はじめに、直流電圧を印加せず、軟Ｘ線も照射しない状態で、バルブ４０４を開き、排気ポンプ４０３により、密閉容器３１０内の空気を排気する。このとき、密閉容器３１０内が減圧されるため、振動膜１１２が背面板１１３に密着することがあるが問題はない。
【０１４８】
［ガス注入工程］
次に、ガスボンベ４０１からガス圧調整器４０２を介して、密閉容器３１０内に所望の圧力で例えばアルゴンガスを満たす。その結果、背面板１１３に吸着されていた振動膜１１２は背面板１１３から離れる。アルゴンガスは、音孔１１７や空隙１２１の側面から空隙１２１内に入り、振動膜１１２と背面板１１３との間はアルゴンガスで満たされる。その後、バルブ４０４を閉じることで密閉容器３１０内の初期の圧力が定まる。
【０１４９】
［誘電体帯電工程］
その後、第３実施形態で説明したようにシリコン酸化膜１１５に電荷を注入することにより、エレクトレットを製造する。
【０１５０】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、密閉容器３１０内を所望のガスで満たすことにより、空隙１２１が所望のガスで満たされ、従来と同じ直流電圧を印加した場合でも、従来よりも高い電位のエレクトレットを製造することができる。
【０１５１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１５２】
（第５実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第５実施形態について図１７に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５３】
図１７に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置５００は、電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電圧Ｖ０を出力する直流電源１０２と、交流電圧ｖを出力する交流電源５０１とを備えている。ここで、直流電源１０２及び交流電源５０１は、本発明に係る重畳電圧印加手段を構成する。
【０１５４】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１５５】
［誘電体帯電工程］
半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間に、直流電源１０２の直流電圧Ｖ０と交流電源５０１の交流電圧ｖとを重畳した電圧を印加する。この重畳した電圧により、空隙１２１に電界１２２が発生する。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１５６】
図１８は、直流電圧に正弦波の交流電圧を重畳したときの波形例を示している。縦軸の電圧は絶対値を示しており、例えば図１７に示したように振動膜１１２に負の電圧を印加する場合には、実際には負符号を付けた電圧を印加する。以下の電圧は、全てこの絶対値で表したものとして説明する。
【０１５７】
図１８に示すＶ０は直流電圧、ｖは交流電圧、ＶＰは吸着電圧、Ｖｍａｘは最大電圧、Ｖｍｉｎは最小電圧を表す。Ｖ０がＶＰを超えると吸着してしまうため、Ｖ０＜ＶＰとなる直流電圧を設定し、これに交流電圧ｖを重畳しＶ０＋ｖの電圧を振動膜１１２と背面板１１３との間に印加する。また、ＶｍａｘがＶＰを超えるよう交流電圧ｖの振幅を設定する。
【０１５８】
さらに、Ｖｍｉｎが０あるいはＶ０とは逆符号の電圧になると、空隙１２１の電界１２２が所望の向きに発生せず、所望のイオン（例えば負イオン）と逆極性のイオン（例えば正イオン）による電荷がシリコン酸化膜１１５に注入されて、エレクトレットの電位が低下してしまうため、Ｖｍｉｎ＞０となるよう交流電圧ｖの振幅を設定する。交流電圧ｖの周波数は、振動膜１１２の機械的共振周波数以上、好ましくは機械的共振周波数より十分高い周波数に設定する。交流電圧ｖの周波数が振動膜１１２の機械的共振周波数に等しいか、又はそれ以下であると、振動膜１１２が交流電圧に追随して振動し吸着が発生してしまうが、交流電圧ｖの周波数が振動膜１１２の機械的共振周波数よりも高ければ、振動系が慣性制御になり振動膜１１２の変位が抑制されるため、吸着は起こらない。共振の先鋭度によっては、機械的共振周波数よりわずかに高い周波数でも振動膜１１２の振動が交流電圧に追随することがあるので、機械的共振周波数より十分高い周波数にすることが好ましい。一方で、エレクトレットの電位は最大電圧Ｖｍａｘに比例した値となるため、従来の直流電圧Ｖ０のみを印加していた場合に比べ、エレクトレットの電位を高めることができる。
【０１５９】
図１９に、印加電圧とエレクトレットの電位との関係を示す。従来の方式では、吸着電圧ＶＰよりも低い電圧Ｖ０でしか印加できなかったため、エレクトレットの電位はＶ０よりも低いＶＥ１が限界であった。ここで、ＶＥ１＝αＶ０と表すことができる。αは電離放射線のエネルギーや誘電体膜の厚さ等の条件により決まる係数で、０＜α≦１である。本実施形態では、エレクトレットの電位をＶＥ２とするとＶＥ２は最大電圧Ｖｍａｘに比例するため、ＶＥ２＝αＶｍａｘとなり、エレクトレットの電位を高めることができる。ただし、エレクトレットの電位は、吸着電圧を超えない範囲で設定しなければならないので、ＶＥ２＜ＶＰである必要がある。
【０１６０】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、振動膜１１２やシリコン酸化膜１１５の厚さの制限、電離放射線のエネルギー範囲の制限等によりエレクトレットの電位が印加電圧よりも低い値に制限される場合であっても、エレクトレットの電位を吸着電圧ＶＰ未満の電圧まで高めることが可能となる。
【０１６１】
前述の交流電圧ｖを印加する電圧波形としては、図２０に示すような方形波でもよいし、三角波や鋸波でもよい。また、半波整流波を印加することもできる。例えば、図２１に示すような半波整流した正弦波を印加することができる。この場合、電圧の平均値ＶＡが直流分と見なせるため、吸着を起こさないためには、ＶＡ＜ＶＰであるよう設定しなくてはならない。例えば、平均値ＶＡ＝Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）／πとなるため、Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）／π＜ＶＰを満たすよう電圧波形を設定すればよい。
【０１６２】
さらに、図２２に示すような一定のデューティ比を持つパルス波も用いることができる。図２１と同様に平均値ＶＡが直流分と見なせるため、吸着を起こさないためには、ＶＡ＜ＶＰであるように電圧波形を設定する必要がある。図２２に示したパルス波の場合、周期Ｔ、パルス幅τとすると、デューティ比Ｄ＝τ／Ｔで、平均値ＶＡ＝ＶＰ＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）×Ｄとなるため、Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）×Ｄ＜ＶＰを満たすよう電圧波形を設定すればよい。
【０１６３】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１６４】
（第６実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第６実施形態について図２３に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
図２３に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置６００は、ＥＣＭ１５０に対してエレクトレットを製造するものであり、直流電源６０１及び電離放射線照射装置１０１を備えている。
【０１６６】
ＥＣＭ１５０は、振動膜１５１、音孔１５３が形成された背面板１５２、背面板１５２に接続された電極１５４、電極１５４を保持する電極保持部１５５、振動膜１５１及び電極保持部１５５を固定する固定部１５６を備えている。
【０１６７】
振動膜１５１は、例えば有機高分子系の誘電体の上面（電離放射線照射装置１０１側）に金属膜（斜線部）を蒸着して形成されている。背面板１５２は、例えば金属板に音孔１５３を形成して構成され、振動膜１５１と対向して配置されている。すなわち、ＥＣＭ１５０は、互いに対向する電極を有し、一方の電極の対向面側に誘電体を備えたエレクトレットコンデンサを備えたものである。
【０１６８】
振動膜１５１の金属膜は、直流電源６０１に接続されるようになっている。また、背面板１５２は、電極１５４を介して接地されるようになっている。電極保持部１５５及び固定部１５６は、樹脂等の絶縁材料で構成されている。
【０１６９】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１７０】
［ＥＣＭ取付工程］
エレクトレットコンデンサの製造装置６００内において、電離放射線照射装置１０１からの軟Ｘ線が照射される位置にＥＣＭ１５０を配置し、電極１５４を接地する。また、直流電源６０１の正極を振動膜１５１の金属膜に接続し、直流電源６０１の負極を接地する。
【０１７１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１５１と背面板１５２との間に直流電圧Ｖｂを印加し、両者間の空隙に電界を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１５１側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。振動膜１５１と背面板１５２との間の空隙では、振動膜１５１を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界により振動膜１５１側に付着し、振動膜１５１の誘電体に負電荷が注入される。振動膜１５１の誘電体が負に帯電するにつれて電界が弱まり、最終的に振動膜１５１の誘電体は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１７２】
以上のように、本発明のエレクトレットの製造方法によれば、有機高分子系の誘電体に金属膜を蒸着して形成した振動膜１５１と、金属板等で構成した背面板１５２とでコンデンサを形成した後に、振動膜１５１の対向面側にある有機高分子系の誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することが可能となる。
【０１７３】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、振動膜１５１及び背面板１５２と、電極保持部１５５及び固定部１５６とを固定する固定組立工程後に誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるため、固定組立工程前にエレクトレットを製造する従来のものと異なり、固定組立工程中にハンドリングにより電荷が放電し性能が劣化する問題を回避できる。すなわち、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【０１７４】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、電子部品が実装された基板をＥＣＭ１５０に装着した後においてもエレクトレットを製造することができる。
【０１７５】
具体的には、前述の誘電体帯電工程の前に、振動膜１５１及び背面板１５２と、電極保持部１５５及び固定部１５６とを組み立てた組立体において、固定部１５６の下面側に電子部品が実装された基板を半田リフロー工程により装着する工程を設ける（基板装着工程）。その後、誘電体帯電工程を実施することにより、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、組立工程におけるハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという問題を回避することができる。
【０１７６】
なお、ＥＣＭ１５０を製造する製造方法として、第２実施形態で説明した希ガスをガスノズルから吹き付ける方法や、第３〜第５実施形態で説明した対向電極間の吸着を防止する方法等を適用することもできる。
【０１７７】
（第６実施形態の他の態様）
前述の実施形態において、振動膜１５１にエレクトレットを形成する例を挙げて説明したが、背面板１５２にエレクトレットを形成することもできる。その構成例を図２４に示す。
【０１７８】
図２４に示すように、ＥＣＭ１６０は、振動膜１６１、音孔１６３が形成された背面板１６２、背面板１６２に接続された電極１６４、電極１６４を保持する電極保持部１６５、振動膜１６１及び電極保持部１６５を固定する固定部１６６を備えている。
【０１７９】
振動膜１６１は、例えば金属板で構成される。背面板１６２は、例えば金属板の上面（対向面側）に有機高分子系の誘電体（斜線部）が形成されている。すなわち、ＥＣＭ１６０は、互いに対向する電極を備え、一方の電極の対向面側に誘電体を備えたものである。
【０１８０】
次に、本実施形態における誘電体帯電工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１８１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１６１と背面板１６２との間に直流電圧Ｖｂを印加し、両者の空隙に電界を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１６１側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。振動膜１６１と背面板１６２との間の空隙では、振動膜１６１を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界により背面板１６２側に付着し、背面板１６２に形成した誘電体に負電荷が注入される。背面板１６２に形成した誘電体が負に帯電するにつれて電界が弱まり、最終的に背面板１６２に形成した誘電体は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１８２】
以上のように、本発明のエレクトレットの製造方法によれば、金属板で形成した振動膜１６１と、有機高分子系の誘電体を設けた金属板等で構成した背面板１６２とでコンデンサを形成した後に、背面板１６２の対向面側にある有機高分子系の誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することが可能となる。
【０１８３】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、振動膜１６１及び背面板１６２と、電極保持部１６５及び固定部１６６とを固定する固定組立工程後に誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるため、固定組立工程前にエレクトレットを製造する従来のものと異なり、固定組立工程中にハンドリングにより電荷が放電し性能が劣化する問題を回避できる。
【符号の説明】
【０１８４】
１００、２００、３００、４００、５００、６００ エレクトレットコンデンサの製造装置
１０１ 電離放射線照射装置
１０２、２０７、３０１、６０１ 直流電源
１０３ 金属板
１１０ 半導体ＥＣＭ
１１１ シリコン基板
１１２、１５１、１６１ 振動膜
１１３、１５２、１６２ 背面板
１１４ スペーサ
１１５ シリコン酸化膜
１１６ シリコン窒化膜
１１７、１５３、１６３ 音孔
１１８、１１９、１５４、１６４、２０５、２０６ 電極
１２１ 空隙
１２２ 電界
１３０、１４０ シリコンウエハ
１５０、１６０ ＥＣＭ
１５５、１６５ 電極保持部
１５６、１６６ 固定部
２０１ 上部室
２０２ 下部室
２０３ 仕切板
２０４ 台座
３０２ 静電容量測定器
３１０ 密閉容器
３１１ 容器本体
３１２ 蓋
３１３ 絶縁体
３１４ プローブ
３１５ バネ
３１６ ガイド
３２０ 圧力調整手段
３２１ シリンダ
３２２ ピストン
３２３ モータ
３２４ 結合機構
３２５ モータ制御回路
４０１ ガスボンベ
４０２ ガス圧調整器
４０３ 排気ポンプ
４０４ バルブ
５０１ 交流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、互いに対向する振動膜電極及び固定電極を備えたコンデンサにおいて、一方の電極の対向面に誘電体膜を設け、この誘電体膜に半永久的に電荷を保持させた、いわゆるエレクトレットを有するエレクトレットコンデンサが知られている。このエレクトレットコンデンサを利用したものには、音を検知するマイクロホン、圧力を検知する圧力センサ、加速度を検知する加速度センサ等がある。以下の説明では、エレクトレットコンデンサを備えたマイクロホン（以下「ＥＣＭ」という。）を例に挙げて説明する。
【０００３】
一般に、ＥＣＭのエレクトレットは、有機系高分子等の誘電体膜にコロナ放電等で電荷を注入することにより形成される。誘電体膜は対向電極の一方の電極の対向面側（コンデンサの内側）にあるため、従来は、マイクロホンを組み立てる以前に、コロナ放電等により誘電体膜に電荷を注入してエレクトレットを製造し、その後これを含めた各パーツを組み立てる方法が一般的であった。その結果、組立工程中にエレクトレット面に人体などが接触したり、あるいはエレクトレット面が湿気に暴露されたりしてエレクトレットの電荷が放電し、マイクロホンとしての性能が劣化するという課題があった。また、半田リフロー工程を行う場合、リフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという課題があった。
【０００４】
また、近年、ＥＣＭの小型化、量産性の向上、耐候性の向上等を目的として、従来の有機系高分子で形成されるものに代えて、半導体製造技術を利用して形成される半導体エレクトレットコンデンサマイクロホン（以下「半導体ＥＣＭ」という。）が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照）。
【０００５】
特許文献１に記載された半導体ＥＣＭは、振動膜及び固定電極を別々の基板から製造し、振動膜あるいは固定電極上に形成した誘電体膜に電荷を注入した後、両基板の接合を行う構成を有する。このため、特許文献１に記載のものでは、従来の有機系ＥＣＭと同様、貼り合わせ工程中のハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという課題や、製造工程が複雑化するという課題があった。
【０００６】
特許文献２では、半導体ＥＣＭにおいて、誘電体膜を有する振動膜と、音孔を有する固定電極とからなるコンデンサを形成した後、固定電極側からその音孔を通してコロナ放電を行って電荷を誘電体膜に注入することによりエレクトレットを製造する方法が提案されている。この方法によれは、ハンドリング等によるエレクトレットの電荷の放電が発生しにくくなる。しかしながら、音孔は、マイクの特性上、際限なく大きくすることはできないため、特許文献２に記載の方法では、限られた音孔部分を通ったイオンのみで電荷を誘電体膜に注入することになり、電荷注入の効率低下や、注入した電荷の面内均一性が悪化するという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載のものでは、固定電極側からその音孔を通してコロナ放電を行うので、エレクトレットを固定電極側に形成することができないという課題があった。これは、振動膜の厚さや応力はマイクの音響特性に影響するため、振動膜よりも固定電極にエレクトレットを形成する方が高性能な半導体ＥＣＭを実現できるという利点が得られないことを示している。
【０００８】
他方、コロナ放電以外の方法でＥＣＭのエレクトレットを製造する方法として、メッシュ状電極と平板状電極とに挟まれた領域に被処理体を配置し、両電極間に電界を印加した状態で放射線を照射して被処理体を帯電させるものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、特許文献３に示された帯電方法では、マイクロホンを組み立てる以前に、誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造し、そのエレクトレットをマイクロホンに取り付ける必要があるため、特許文献３に記載のものは、組立工程や、貼り合わせ工程中のハンドリングやリフローの熱により電荷が放電し性能が劣化するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１８３４３７号公報
【特許文献２】特開２００８−１１２７５５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるエレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、互いに対向する対向電極として振動膜電極及び固定電極を備え、前記対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を有するエレクトレットコンデンサの製造方法であって、前記対向電極間に直流電圧を印加した状態で、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射することによって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程を含む構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、振動膜電極と固定電極とからなるコンデンサの内側に誘電体を形成した後に組立工程や半田リフロー工程等を実施し、その後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造する工程を設けることが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００１３】
また、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００１５】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記対向電極間の静電容量が一定となるように前記振動膜電極に加える圧力を制御して前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００１６】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００１７】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程において、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧を前記直流電圧に重畳させて前記対向電極間に印加する構成を有している。
【００１８】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００１９】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、前記誘電体帯電工程の前に、前記振動膜電極と前記固定電極とを対向配置させた対向配置体の前記固定電極側に電子部品が実装された基板を装着する基板装着工程を含み、前記誘電体帯電工程において、前記基板が装着された前記対向配置体の前記振動膜電極側から前記電離放射線を照射して前記誘電体を帯電させる構成を有している。
【００２０】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造方法は、基板装着工程において基板の組み立てや半田リフローを行った後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造することが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００２１】
本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、エレクトレットコンデンサの製造方法において、前記誘電体を帯電させてエレクトレットコンデンサを製造する製造装置であって、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源とを備えた構成を有している。
【００２２】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、振動膜電極と固定電極とからなるコンデンサの内側に誘電体を形成した後に組立工程や半田リフロー工程等を実施し、その後に誘電体を帯電させてエレクトレットを製造する工程を実施することが可能となり、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００２３】
また、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段を備え、前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものである構成を有している。
【００２４】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【００２５】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記対向電極間の静電容量を検出する静電容量検出装置と、前記静電容量に基づいて前記対向電極間の距離を一定に保つ電極間距離調整装置とを備えた構成を有している。
【００２６】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【００２７】
さらに、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧と前記直流電圧とを重畳させて前記対向電極間に印加する重畳電圧印加手段を備えた構成を有している。
【００２８】
この構成により、本発明のエレクトレットコンデンサの製造装置は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、誘電体帯電工程における対向電極間の吸着を回避してエレクトレットを製造することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるという効果を有するエレクトレットコンデンサの製造方法及びその製造装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図２】第１実施形態の他の態様において、複数の半導体ＥＣＭに対してエレクトレットを製造する際の説明図
【図３】第１実施形態の他の態様における誘電体帯電工程の説明図
【図４】第１実施形態の他の態様において、複数の電離放射線照射装置を用いて軟Ｘ線を照射する際の説明図
【図５】第１実施形態及びそれの他の態様において、誘電体としてのシリコン酸化膜を振動膜側に設けた場合の構成例を示す図
【図６】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置に関し、その実験装置の構成を示す図
【図７】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、空気及び酸素等のそれぞれの透過率を示す図
【図８】軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン及び空気の透過率を示す図
【図９】サンプルの表面電位とアルゴン混合割合との関係を示す図
【図１０】サンプルの表面電位と照射時間との関係を示す図
【図１１】本発明の第２実施形態におけるエレクトレットの製造装置の筐体内部を示す図
【図１２】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１３】本発明の第３実施形態におけるエレクトレットの製造装置において、密閉容器及び圧力調整手段の構成説明図
【図１４】印加する直流電圧とエレクトレットの電位とを、従来及び本発明で比較した図
【図１５】第３実施形態の他の態様において、複数の半導体ＥＣＭに対してエレクトレットを製造する際の説明図
【図１６】本発明の第４実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１７】本発明の第５実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図１８】直流電圧に正弦波の交流電圧を重畳したときの波形を示す図
【図１９】印加する直流電圧とエレクトレットの電位とを、従来及び本発明で比較した図
【図２０】印加する電圧波形としての方形波を示す図
【図２１】印加する電圧波形としての半波整流波形を示す図
【図２２】印加する電圧波形としてのパルス波形を示す図
【図２３】本発明の第６実施形態におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【図２４】本発明の第６実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置の構成の概念図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係るエレクトレットコンデンサの製造方法を、エレクトレットコンデンサを備えたマイクロホンの製造方法に適用する例を挙げて説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
まず、本発明に係る半導体ＥＣＭが備えるエレクトレットコンデンサを製造する製造装置の第１実施形態における構成について説明する。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置１００は、半導体製造技術によって形成された半導体ＥＣＭ１１０に電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電源１０２とを備えている。図示を省略したが、エレクトレットコンデンサの製造装置１００は、装置の外部に対して電離放射線を遮蔽する筐体を備えるのが好ましい。この場合、筐体内に、電離放射線照射装置１０１や、半導体ＥＣＭ１１０を保持する保持装置等を配置する。また、直流電源１０２は、筐体の内部か外部に配置する。
【００３４】
半導体ＥＣＭ１１０は、振動膜１１２が形成されたシリコン基板１１１と、音孔１１７が形成された背面板１１３とが、互いに対向した構造を有している。振動膜１１２と背面板１１３との間にはスペーサ１１４が形成され、両者間には空隙１２１が形成されている。以下、振動膜１１２と背面板１１３とが互いに対向するそれぞれの面を「対向面」という。半導体ＥＣＭ１１０は、半導体基板や誘電膜等を積層し、半導体製造技術によって形成されたもので、前述の特許文献１に記載されているような振動膜及び固定電極を別々の基板から製造し、誘電体を帯電させた後に両者を貼り合わせるものではない。
【００３５】
振動膜１１２の対向面及びその対向面の裏面には、図示のように電極１１８が形成されている。振動膜１１２の膜厚は、２０００ｎｍ程度である。また、背面板１１３の対向面の裏面には、電極１１９が形成されている。電極１１８及び１１９は、例えば膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度のアルミニウム薄膜で構成される。なお、振動膜１１２や背面板１１３に電気抵抗の低い材料、例えば低抵抗のポリシリコンや低抵抗の単結晶シリコン等を用いれば、必ずしも電極１１８及び１１９は必要としない。
【００３６】
前述の構成において、振動膜１１２及び電極１１８は、本発明に係る振動膜電極を構成する。また、背面板１１３及び電極１１９は、本発明に係る固定電極を構成する。
【００３７】
背面板１１３の対向面には、誘電体であるシリコン酸化膜１１５と、防湿膜であるシリコン窒化膜１１６とが形成されている。シリコン酸化膜１１５の膜厚は１０００ｎｍ程度、シリコン窒化膜１１６の膜厚は２００ｎｍ程度である。
【００３８】
電極１１８は直流電源１０２に接続され、電極１１９は接地される。電極１１８と１１９との間には、直流電源１０２によって直流電圧Ｖｂが印加されるようになっている。
【００３９】
電離放射線照射装置１０１は、半導体ＥＣＭ１１０の振動膜１１２側から電離放射線を照射するようになっている。以下、電離放射線照射装置１０１は、電離放射線として軟Ｘ線を照射するものとするが、軟Ｘ線のほかに、Ｘ線、γ線等も使用できる。
【００４０】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００４１】
［半導体ＥＣＭ製造工程］
半導体ＥＣＭ１１０は、半導体製造技術によって形成される。この技術は公知であるので説明を省略するが、背面板１１３の面上に、２００ｎｍ程度の厚さのシリコン窒化膜１１６と、１０００ｎｍ程度の厚さのシリコン酸化膜１１５とを形成する。
【００４２】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
筐体内において、半導体ＥＣＭ１１０を保持装置（図示省略）に取り付けて固定し、電極１１８と１１９との間に直流電源１０２を接続する。直流電圧Ｖｂの極性（正か負）及び大きさは、所望のエレクトレットの電位に応じて設定できる。本実施形態では、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させるため、電極１１８に負電圧、電極１１９にアース電位を印加するよう直流電源１０２を接続する。なお、直流電圧Ｖｂは、振動膜１１２と背面板１１３とが静電引力により吸着する電圧以下に設定する必要がある。また、電極１１８にアース電位、電極１１９に正電圧を印加するよう直流電源１０２を接続してもよい。
【００４３】
［誘電体帯電工程］
直流電源１０２により振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧Ｖｂを印加して両電極間の空隙１２１に電界１２２を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線（例えばエネルギー３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶ）を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分（酸素、窒素、二酸化炭素等）が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２の作用により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は、直流電圧Ｖｂ以下のある電位（最大で直流電圧Ｖｂに等しい電位）を有するエレクトレットとなる。
【００４４】
次に、エレクトレットの電位に関し、発明者が行った実験について説明する。
【００４５】
まず、振動膜１１２を模した、銅のメッシュ状のグリッド電極を、厚さ２５μｍのＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレンの共重合体）から２ｍｍ離した位置に配置し、グリッド電極に直流電圧Ｖｂ＝−１００Ｖを印加し、グリッド電極より８ｃｍ離した距離から軟Ｘ線を２分間照射して電荷をＦＥＰに注入したところ、エレクトレット化されたＦＥＰの電位が−９６Ｖになった。すなわち、印加電圧と同等のエレクトレット電位が得られた。
【００４６】
次に、振動膜１１２の厚さ２μｍ、空隙長（空隙１２１の長さ）１０μｍ、シリコン酸化膜１１５の厚さ１μｍ、シリコン窒化膜１１６の厚さ２００ｎｍの半導体ＥＣＭ１１０に、直流電圧Ｖｂ＝−５０Ｖを印加し、振動膜１１２より１ｃｍ離した位置から軟Ｘ線を５０分照射して電荷をシリコン酸化膜１１５に注入したところ、エレクトレット化されたシリコン酸化膜１１５の電位が−３３Ｖになった。すなわち、エレクトレットの電位は、印加電圧の３３／５０であった。
【００４７】
エレクトレットの電位は、一般に、直流電圧Ｖｂ以下のある電位になるが、これは電離放射線のエネルギー、電離放射線源から誘電体までの距離、振動膜の厚さ、誘電体膜の厚さ、照射時間等によって変化する。これらの条件を調整することにより、エレクトレットの電位を最大で直流電圧に等しい値まで高めることができる。
【００４８】
例えば、前述の半導体ＥＣＭ１１０の場合、発明者の実験では、シリコン酸化膜１１５の厚さや、軟Ｘ線の線量に比例してその電位が上昇することを確認しており、シリコン酸化膜１１５の厚さや軟Ｘ線の線量、他の条件の調整により、エレクトレットの電位を高めることができる。エレクトレットの電位が直流電圧Ｖｂ以下の値になる場合には、予備実験を行って、エレクトレットの電位と直流電圧との比を決定することが望ましい。例えば前述の実験条件の半導体ＥＣＭ１１０であれば、直流電圧を、所望のエレクトレット電位の１．５倍（５０÷３３＝１．５）に設定すればよい。
【００４９】
前述のように製造された半導体ＥＣＭ１１０は、次のように動作する。振動膜１１２に音波が入射すると、その音圧に応じて振動膜１１２が変位する。その結果、振動膜１１２と背面板１１３との間の静電容量が変化する。シリコン酸化膜１１５に注入された電荷は一定であるため、静電容量の変化に応じて振動膜１１２と背面板１１３との間の電位差が変化する（注入電荷＝静電容量×電位差）。すなわち、半導体ＥＣＭ１１０は、入射した音波の音圧を電気信号に変換する。
【００５０】
以上のように、本実施形態のエレクトレットの製造方法によれば、半導体ＥＣＭ１１０を製造した後に、振動膜１１２を透過する軟Ｘ線を照射して対向電極間にイオンを発生させ、シリコン酸化膜１１５に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるので、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【００５１】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、シリコン基板を加工して振動膜１１２と、シリコン酸化膜１１５を有する背面板１１３とからなるコンデンサを形成した後に、背面板１１３の対向面側にあるシリコン酸化膜１１５に電荷を注入することが可能となり、マイクの音響特性に影響する振動膜１１２側に誘電体膜を付加することなく、背面板１１３にエレクトレットを有する高性能なエレクトレットの製造が可能となる。
【００５２】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、電離放射線によって生成されたイオンを移動させるための電界を発生させる電極を振動膜１１２が兼ねるため、メッシュ等のグリッド電極を外部に別途設ける必要がない。
【００５３】
また、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、半導体製造技術で製造することにより高精度で形成された空隙に電界を発生させるため、外部にグリッド電極を配置するのに比べ、電界の精密な制御が可能となる。また、シリコン酸化膜１１５全面にわたり均一な電界が発生できるため、面内均一性に優れたエレクトレットが得られ、量産性に優れたエレクトレットの製造方法を提供できる。さらに、空隙長は非常に短いため（数μｍ〜数１０μｍ）、比較的小さい直流電圧で強い電界を発生させることが可能となり、電荷を注入する効率を高めることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法では、電子部品が実装された基板を半導体ＥＣＭ１１０に装着した後においてもエレクトレットを製造することができる。
【００５５】
具体的には、前述の誘電体帯電工程の前に、半導体ＥＣＭ１１０の背面板１１３側に、電子部品が実装された基板を装着し、半田リフロー工程により半田付けする工程を設ける。その後、誘電体帯電工程を実施することにより、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、組み立て作業中のハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという問題を回避することができる。
【００５６】
なお、前述の実施形態においては、本発明に係るエレクトレットコンデンサの製造方法を半導体ＥＣＭに適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力センサや加速度センサ等に適用しても同様の効果が得られる。
【００５７】
（第１実施形態の他の態様）
前述の第１実施形態では、１つの半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を挙げた。以下、第１実施形態の他の態様として、シリコン基板上に一括して形成した複数の半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を示す。
【００５８】
図２は、複数の半導体ＥＣＭ１１０が、半導体製造技術によって一括されて形成されたシリコンウエハ１３０を示している。なお、個々の半導体ＥＣＭ１１０の構成については、適宜図１を参照するものとする。
【００５９】
図２に示すように、シリコンウエハ１３０は、振動膜１１２が形成されたシリコン基板１１１を上側にして、金属板１０３上に配置されている。シリコン基板１１１上に形成された電極１１８は、直流電源１０２に接続されている。振動膜１１２の対向電極である背面板１１３の電極１１９（図示省略）は、金属板１０３を介して接地されている。この電極１１９と金属板１０３との接触を良好にするため、柔軟性及び導電性を有するシートを両者間に挟む構成としてもよい。また、金属板１０３を使用せず、ワイヤボンディングやプローブ等により各半導体ＥＣＭ１１０に直流電源１０２やアース電位を接続する構成としてもよい。
【００６０】
次に、本実施形態における誘電体帯電工程及びウエハ分割工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００６１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧Ｖｂを印加して各半導体ＥＣＭ１１０の空隙１２１に電界１２２を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。その結果、負に帯電したエレクトレットが得られる。
【００６２】
図３は、その電荷注入の詳細を図示したもので、簡単のため２個の半導体ＥＣＭ１１０を示す。また、シリコンウエハ１３０の全面にわたって一様なエネルギーの軟Ｘ線を照射するためには、例えば図４に示すように、複数の電離放射線照射装置１０１を用いて、軟Ｘ線を照射することもできる。
【００６３】
［ウエハ分割工程］
電荷を注入した後に、各半導体ＥＣＭ１１０を区切る領域でシリコンウエハ１３０を分割し、個々の半導体ＥＣＭ１１０を得る。ここでシリコンウエハ１３０を分割する方法としては、レーザーを用いたダイシング法など、水を用いない分割方法が、エレクトレットの電荷を放電させないために好ましい。また、エレクトレットはコンデンサの内側にあるため、ダイシング工程中のハンドリングで、この電荷が放電する問題はない。
【００６４】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、シリコンウエハ１３０上に形成された複数の半導体ＥＣＭ１１０のシリコン酸化膜１１５に一括で電荷を注入することが可能である。この製造方法において、直流電源１０２の印加電圧によって発生する電界１２２は、半導体製造技術で製造することにより高精度で形成された空隙１２１に発生するため、全ての半導体ＥＣＭ１１０における対向電極間の電界は一定であり、各半導体ＥＣＭ１１０間におけるエレクトレットの電位のばらつきを抑えることが可能であり、量産性に優れた高性能なエレクトレットの製造方法を提供できる。
【００６５】
なお、前述した第１実施形態及びそれの他の態様では、背面板１１３側にエレクトレットを設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、振動膜１１２側に誘電体膜としてのシリコン酸化膜１１５を設けた構成であっても、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加した状態で、軟Ｘ線等の電離放射線を振動膜１１２側から照射することにより、同様にシリコン酸化膜１１５に電荷を注入し、エレクトレットの製造が可能となる。この場合、従来用いられていた背面板の音孔を通してコロナ放電をする方法に比べ、電荷注入の効率や面内均一性に優れ、量産性に優れた高性能なエレクトレットの製造方法を提供できる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る半導体ＥＣＭのエレクトレットを製造する製造方法の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における誘電体帯電工程の時間短縮化に関する。
【００６７】
本発明の発明者は、誘電体帯電工程の時間短縮化を図るために実験検討を重ねた結果、電離放射線を照射する際、半導体ＥＣＭ１１０の振動膜１１２と背面板１１３との間を、照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気にすることが有効であることを見出した。そこで、本実施形態について説明する前に、本実施に係るエレクトレットの製造方法に関する実験について説明する。
【００６８】
図６は、実験装置の構成を示す図である。図７は、電離放射線として軟Ｘ線を用いた場合、軟Ｘ線のエネルギーが３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶの範囲における標準空気（以下「空気」という。）及び空気を構成する酸素等の透過率を示す図である。また、図８は、前述のエネルギー範囲において、空気よりも軟Ｘ線の透過率が低いネオンやアルゴン、クリプトン、キセノンの透過率、及び空気よりも軟Ｘ線の透過率が高いヘリウムの透過率を示す図である。
【００６９】
後述するように、実験結果によれば、電離放射線の照射により、空気のみの雰囲気中よりも、希ガスを含む雰囲気中の方が、生成される総イオン数が増えるため、短時間でエレクトレットを製造することが可能になることが分かった。これは、（１）希ガスは空気中の酸素等に比べて軟Ｘ線の吸収率が大きいため、イオン化する確率が高い、（２）希ガスが軟Ｘ線を吸収して正イオン化するため、希ガス分子から放出された電子が空気中の酸素等に作用し、空気中の酸素等から生成される正イオン及び負イオンの数も増やす、などの理由があるためであると考えられる。
【００７０】
また、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。また、希ガスから生成された正イオンを利用して電荷蓄積することができることも分かった。これにより、前述のように空気中の酸素等に作用してイオン数を増やすだけではなく、希ガスから生成される正イオン自身が誘電体の帯電に寄与するため、通常空気中では得ることが難しい表面電位の大きなエレクトレットを製造することが可能になる。
【００７１】
以下、図６に示した構成図に基づき、実験内容について具体的に説明する。
【００７２】
まず、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２及びシリコン窒化膜１３を順次積層したサンプル１０を用意した。サンプル１０の表面電位を予め測定し、表面電位が０Ｖであることを確認した。
【００７３】
次に、密閉した筐体２５内において、サンプル１０を金属板２１の上に載せ、その上にＳＵＳ製のメッシュ状のグリッド電極２３を、サンプル１０に触れないように間隔をおいて配置した。ここで、グリッド電極２３からサンプル１０の表面までの距離は２．５ｍｍとした。
【００７４】
次に、外部に設けた直流電源２４をグリッド電極２３に接続した（極性は後述）。金属板２１はアース電位とした。グリッド電極２３の上方に３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線を発生する電離放射線照射装置２２を配置した。ここで、電離放射線照射装置２２からサンプル１０の表面までの距離は１５ｍｍとした。また、筐体２５には、バルブ３２、流量計３３及びチューブ３４を介してアルゴンボンベ３１を接続し、バルブ３６、流量計３７及びチューブ３４を介して空気ボンベ３５を接続した。なお、アルゴンボンベ３１は、本発明に係るガス発生手段を構成する。
【００７５】
前述の構成において、流量計３３、３７及びバルブ３２、３６を用いてアルゴンガスと空気とを所定の割合で混合して、この混合ガスを筐体２５の注入口２６から注入し、筐体２５の内部の気体が十分に置換されるのに必要な時間を経た後、直流電源２４によりグリッド電極２３に所定の電圧を印加した。その後、サンプル１０に軟Ｘ線を照射し、一定の時間経過後に照射を停止した。そして、直流電源２４による電圧印加を停止して筐体２５からサンプル１０を取り出し、エレクトレット化されたサンプル１０の表面電位を測定した。
【００７６】
（実験１）
この実験１は、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとして、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。具体的には、軟Ｘ線をサンプル１０に３０秒間照射し、アルゴンガスと空気との混合割合が、サンプル１０の表面電位にどの程度影響を及ぼすかについて調べた実験である。その結果を図９に示す。
【００７７】
図９に示した結果によると、アルゴンガスを空気に添加していない場合、サンプル１０の表面電位は０Ｖから−１７Ｖに変化したに過ぎなかった。ところが、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスの割合を増やすにつれて負方向に上昇し、アルゴンガスを８０％まで増やした時に最も負方向に上昇し、−３１Ｖになった。これは印加した電圧の３／５に相当する。その後、サンプル１０の表面電位は、アルゴンガスを９９．５％まで増やすと、逆に−２１Ｖになった。
【００７８】
一方、アルゴンガスを添加せず、空気中で軟Ｘ線をサンプル１０に照射した場合において、アルゴンガスを空気に８０％添加した条件と同じく−３１Ｖの表面電位を得るためには、図１０に示すように、３００秒程度の時間を要することが分かった。
【００７９】
以上の結果より、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、アルゴンガスを含む雰囲気中に誘電体を配置することにより、誘電体の電荷量を増加させるのに要する時間を大幅に短縮できることが分かった。
【００８０】
（実験２）
この実験２は、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとして、実験１と同様に、サンプル１０に軟Ｘ線を照射する実験である。
【００８１】
この実験の結果、アルゴンを空気に添加していない場合、軟Ｘ線を照射しても、表面電位は＋７Ｖまでしか上昇しなかった。一方、アルゴンガスの割合を９９．５％にまで増やすと、表面電位は＋４０Ｖまで上昇することが分かった。この結果は、印加した電圧の４／５に相当し、空気中で得られる限界値である３／５よりも大きいことを示している。
【００８２】
他方、前述の実験１の結果（図９、１０）からは、アルゴンの添加に関わらず、グリッド電極２３の電位を−５０Ｖとした場合には、サンプル１０の表面電位は、−３１Ｖ程度で飽和してそれ以上負方向に上昇しないことが分かった。
【００８３】
これに対し、本実験２の結果によれば、グリッド電極２３の電位を＋５０Ｖとし、アルゴンの混合割合を増やしていくと、空気中で得られる限界値である３／５を超えた表面電位が得られることが分かった。これは、空気中の各成分から生成された正イオンの他に、多量に生成されたアルゴンイオン（正イオン）が誘電体への電荷の注入に寄与しているためと考えられる。このため、軟Ｘ線を利用したエレクトレットの製造方法において、誘電体が設けられた一方の電極と、他方の電極との間に印加する電圧を大きく増加させることなく、両電極間をアルゴンガスが含まれた雰囲気にすることにより、空気中において得られる表面電位よりも大きな表面電位が得られることが分かった。
【００８４】
また、従来、例えばシリコンマイクにおいて、エレクトレットの所望の電圧を１とすると、１を大きく超える電圧をグリッドの役目をする振動電極と、固定電極との間に印加する必要があった。具体的には、１の電圧を得ようとすると５／３程度の印加電圧が必要であった。しかも、一定以上の電圧を印加すると振動電極と固定電極とが静電引力によって吸着し、場合によっては振動電極が破壊に至るため、エレクトレットの製造時に高い電圧を印加できず、所望の表面電位が得られなかった。これに対し、本実験２の結果は、本発明に係るエレクトレットの製造方法が、これらの問題を解決できることを示している。
【００８５】
次に、本発明に係る半導体ＥＣＭのエレクトレットを製造する製造装置の第２実施形態における構成について説明する。図１１は、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置２００の筐体内部を示す図であって、筐体自体の図示は省略している。
【００８６】
図１１に示すように、エレクトレットコンデンサの製造装置２００は、筐体の内部が上下に分割された構成を有し、筐体の上部に位置する上部室２０１と、筐体の下部に位置する下部室２０２と、上部室２０１と下部室２０２とを仕切る仕切板２０３とを備えている。
【００８７】
また、エレクトレットコンデンサの製造装置２００は、半導体ＥＣＭ１１０を保持する台座２０４と、台座２０４の上部室２０１側の面上に設けられた電極２０５と、台座２０４の下部室２０２側の面上に設けられた電極２０６と、電極２０５と２０６との間に直流電圧を印加する直流電源２０７と、電離放射線を発生する電離放射線照射装置１０１とを備えている。
【００８８】
上部室２０１には、電離放射線照射装置１０１が配置されるとともに、電離放射線照射装置１０１から出射した電離放射線が透過する振動膜１１２の対向面の裏面、すなわち電極１１８の表面が露出している。
【００８９】
下部室２０２には、振動膜１１２の対向面が露出し、誘電体であるシリコン酸化膜１１５を備えた背面板１１３が配置されている。
【００９０】
上部室２０１及び下部室２０２は、それぞれ別個に任意のガスを注入することができるようになっている。
【００９１】
具体的には、上部室２０１には、電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも電離放射線の透過率が高いガス、例えばヘリウムガスを注入するのが好ましい。この構成により、電離放射線照射装置１０１から振動膜１１２までの空間で電離放射線が吸収される確率を下げることができるので、より多量の電離放射線が振動膜１１２を通過し、振動膜１１２と背面板１１３との間で生成されるイオン数を増加させることができる。なお、上部室２０１に空気のみを満たす構成であってもよい。
【００９２】
一方、下部室２０２には、空気にアルゴンを２０％〜９５％、好ましくは７０％〜９０％添加したガスを満たす。この際、簡便のため、密閉された筐体を用いず、ガスノズルを背面板１１３の直下に設置し、音孔１１７を通して空気及びアルゴンガスの混合ガスを振動膜１１２と背面板１１３との間の空隙１２１に吹き付ける構成としてもよい。また、ガスノズルを半導体ＥＣＭ１１０の側面に設置し、振動膜１１２と背面板１１３との間の空隙１２１に吹き付ける構成とすることもできる。なお、下部室２０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【００９３】
台座２０４の外周は仕切板２０３と結合され、台座２０４の内側には段差部のある貫通孔が形成されている。台座２０４は絶縁体で構成され、半導体ＥＣＭ１１０は、台座２０４の段差部に振動膜１１２側が電離放射線照射装置１０１側になるようセットされる。台座２０４に半導体ＥＣＭ１１０がセットされると、振動膜１１２を境に上部室２０１と下部室２０２とが分離されるとともに、振動膜１１２の電極１１８と電極２０５、背面板１１３の電極１１９と電極２０６とがそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００９４】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【００９５】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
まず、シリコン酸化膜１１５が帯電していない半導体ＥＣＭ１１０を、台座２０４の段差部にセットする。その際、台座２０４の上下に設けた電極２０５及び２０６に、それぞれ、電極１１８及び１１９を電気的に接続する。
【００９６】
［ガス注入工程］
続いて、筐体の上部室２０１にヘリウムガスを図示しない注入口から注入する。また、筐体の下部室２０２に、アルゴンガスを空気に添加した混合ガスを図示しない注入口から注入する。
【００９７】
［誘電体帯電工程］
次に、電離放射線照射装置１０１から半導体ＥＣＭ１１０に向けて軟Ｘ線を照射する。照射した軟Ｘ線は、電極１１８を含む振動膜１１２を透過する。ここで、シリコン製の振動膜１１２の膜厚を２０００ｎｍとすると、例えばエネルギーが６．５ｋｅＶの軟Ｘ線の透過率は、およそ９５％である。振動膜１１２を透過した軟Ｘ線は、振動膜１１２と背面板１１３との間の混合ガスをイオン化する。
【００９８】
次に、直流電源２０７によって、電極１１８及び１１９に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させる場合、電極１１９（背面板１１３側電極）が電極１１８（振動膜１１２側電極）に対して正の電位になるよう、直流電源２０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１１２と背面板１１３との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、アルゴンイオンを含む正イオンは振動膜１１２に、負イオンは背面板１１３に引き寄せられ、背面板１１３に設けたシリコン酸化膜１１５は負に帯電される。
【００９９】
以上のように、第２実施形態における半導体ＥＣＭ１１０の製造方法では、エレクトレットコンデンサの製造装置２００において、振動膜１１２と背面板１１３との対向電極間の空隙を下部室２０２に配置し、下部室２０２はアルゴンガスを空気に添加した雰囲気とし、誘電体であるシリコン酸化膜１１５に軟Ｘ線を照射する構成としたので、対向電極間でのイオンの生成量が増加するため、背面板１１３上に設けたシリコン酸化膜１１５の表面電位が短時間で上昇し、通常の空気中で所定の表面電位を得るのに要する時間を１／１０（３００秒→３０秒：実験１参照）に短縮することができる。
【０１００】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、エレクトレットの製造に要する時間の短縮化を図ることができる。
【０１０１】
また、本実施形態における半導体ＥＣＭ１１０の製造方法は、希ガスを用いるため、腐食や有害ガスの発生の問題もない。
【０１０２】
なお、前述の実施形態において、振動膜１１２と背面板１１３との対向電極間の空隙１２１を、アルゴンガスを空気に添加した雰囲気とした例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、対向電極間の空隙１２１が、空気に比べて透過率が低いガスを含む雰囲気であってもよいし、空気にＣＯ２を混合させたものでもよい。
【０１０３】
また、前述の実施形態のように、誘電体を負に帯電させる場合は、電離放射線を照射したときに、空気中よりも多くの負イオンが生成されるガスを用いるのが好ましい。負イオンが生成されやすいガスとしては、例えば、塩素系やフッ素系のガスが挙げられる。ただし、塩素系やフッ素系のガスを用いる場合は、これらのガスに耐性のある材料で誘電体等を構成するのが好ましい。
【０１０４】
また、前述の実施形態において、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、前述の実施形態において、誘電体としてのシリコン酸化膜１１５を背面板１１３に設けた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、誘電体を振動膜１１２側に設ける構成としても同様の効果が得られる。
【０１０６】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１０７】
（第２実施形態の他の態様）
前述の説明では、誘電体としてのシリコン酸化膜１１５を負に帯電させる場合について説明した。以下、第２実施形態の他の態様として、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる場合について説明する。この態様では、下部室２０２の雰囲気が前述の構成と異なっており、その他の構成は同様である。したがって、前述の説明と重複する説明は省略する。
【０１０８】
［ガス注入工程］
まず、本態様のエレクトレットの製造装置における下部室２０２に、空気にアルゴンを５０％以上、好ましくは９９％以上添加した混合ガスを満たす。なお、下部室２０２をアルゴンガス１００％とする構成であってもよい。
【０１０９】
［誘電体帯電工程］
次に、直流電源２０７によって、電極１１８及び１１９に電圧を印加する。ここで、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる場合、電極１１９（背面板１１３側電極）が電極１１８（振動膜１１２側電極）に対して負の電位になるよう、直流電源２０７の極性を設定する。この状態で電離放射線の照射を行うと、振動膜１１２と背面板１１３との間で、空気中の酸素等が電離してイオンが生成されるだけでなく、アルゴンが電離放射線を吸収して正イオン化し、その際に放出された電子が、空気中の酸素等に作用してイオン数が増加する。この際、負イオンは振動膜１１２側に、アルゴンイオンを含む正イオンは背面板１１３側に引き寄せられ、背面板１１３に設けたシリコン酸化膜１１５は正に帯電される。
【０１１０】
以上のように、第２実施形態の他の態様におけるエレクトレットの製造装置では、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、シリコン酸化膜１１５を正に帯電させる構成において、アルゴンガスを含む雰囲気にシリコン酸化膜１１５を配置することによりシリコン酸化膜１１５の表面電位の上昇にアルゴンイオンが大きく寄与するため、通常空気中で得られる表面電位よりも２５％大きい表面電位（３１／５０→４０／５０：実験２参照）を得ることができる。
【０１１１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１１２】
（第３実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第３実施形態について図１２に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１３】
図１２に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００は、電離放射線照射装置１０１、直流電源３０１、静電容量測定器３０２、密閉容器３１０、圧力調整手段３２０を備えている。
【０１１４】
直流電源３０１は、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間に直流電圧を印加するようになっている。密閉容器３１０は、図示のように半導体ＥＣＭ１１０を、その振動膜１１２側が電離放射線照射装置１０１に向くよう収容するようになっている。
【０１１５】
静電容量測定器３０２は、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間の静電容量を測定し、その測定データを記憶するメモリを備えている。また、静電容量測定器３０２は、静電容量の測定データを圧力調整手段３２０に出力するようになっている。この静電容量測定器３０２は、本発明に係る静電容量検出装置を構成する。
【０１１６】
圧力調整手段３２０は、密閉容器３１０内の圧力を調整することができるようになっている。この圧力調整手段３２０は、本発明に係る電極間距離調整装置を構成する。
【０１１７】
密閉容器３１０及び圧力調整手段３２０は、それぞれ、例えば図１３に示すように構成される。
【０１１８】
図１３に示すように、密閉容器３１０は、金属製の容器本体３１１及び蓋３１２と、容器本体３１１と蓋３１２との間に設けた絶縁体３１３とを備えている。
【０１１９】
容器本体３１１の内部の底面には、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１９に電気的に接続するプローブ３１４と、プローブ３１４を電極１１９に押し当てる導電性のバネ３１５と、プローブ３１４のガイド３１６とが設けられている。プローブ３１４がバネ３１５に押圧されることにより、電極１１９とプローブ３１４とが電気的に接続されるとともに、電極１１８も蓋３１２に押圧されて電気的に接続されるようになっている。容器本体３１１は接地され、蓋３１２は直流電源３０１に接続されている。したがって、電極１１９は接地され、電極１１８は直流電源３０１に接続される構成となっている。
【０１２０】
なお、例えば絶縁体３１３を絶縁ゴムで形成し、バネ３１５を使用しない構成としてもよい。また、プローブ３１４及びバネ３１５を使用せず、例えばワイヤボンディングによって電極１１９と容器本体３１１とを電気的に接続する構成としてもよい。
【０１２１】
圧力調整手段３２０は、容器本体３１１の側面に接続して設けられたシリンダ３２１と、ピストン３２２と、モータ３２３と、モータ３２３とピストン３２２との間を結合する結合機構３２４と、モータ３２３の駆動を制御するモータ制御回路３２５とを備えている。
【０１２２】
モータ制御回路３２５は、例えばマイクロコンピュータで構成され、静電容量測定器３０２から入力した静電容量の測定データに応じて、密閉容器３１０内の圧力を設定するようになっている。具体的には、モータ制御回路３２５は、静電容量の測定データに応じてモータ３２３の回転角及び回転方向を制御し、モータ３２３が結合機構３２４を介してピストン３２２を動かすことによって密閉容器３１０内の圧力が所望値になるようフィードバック制御を行うようになっている。
【０１２３】
本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００が静電容量測定器３０２及び圧力調整手段３２０を備えているのは、次の理由による。すなわち、エレクトレットの電位をより高くしようとすると、振動膜１１２と背面板１１３との間に、より高い直流電圧を印加しなければならない。ところが、印加する直流電圧により、振動膜１１２と背面板１１３との間には静電引力が働くので、印加する直流電圧を高くしていくと、両者の吸着が発生して正常な帯電ができなくなるばかりか、場合によっては振動膜１１２の破壊に至ってしまう。
【０１２４】
そこで、印加する直流電圧に応じて振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が変化し、両者間の距離の変化に応じて両者間の静電容量が変化することを考慮し、エレクトレットコンデンサの製造装置３００は、静電容量測定器３０２及び圧力調整手段３２０を備えることによって、両者間の距離を一定に保つことができるようになっている。この構成において、静電容量を一定にするように圧力調整手段３２０の圧力調整処理が追従するよう、直流電源３０１の出力電圧の絶対値を徐々に増加させるのが好ましい。例えば、エレクトレットコンデンサの製造装置３００がコンピュータを備え、このコンピュータの制御により、静電容量測定器３０２の測定データの変化を監視しながら直流電源３０１の出力電圧の絶対値を変化させるのが好ましい。
【０１２５】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１２６】
［半導体ＥＣＭ取付工程］
容器本体３１１内部に設けたれたプローブ３１４に、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１９を押し当てた状態で、絶縁体３１３を介して容器本体３１１に蓋３１２を取り付ける。また、容器本体３１１と蓋３１２との間に直流電源３０１を接続する。本実施形態では、シリコン酸化膜１１５を負に帯電させるため、蓋３１２に負電圧を印加するよう直流電源３０１の極性を設定する。
【０１２７】
［静電容量初期値測定工程］
静電容量測定器３０２により、半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間の初期値の静電容量Ｃ０を測定する。この静電容量Ｃ０は、直流電圧の印加はなく、軟Ｘ線の照射もない状態でのものである。測定で得た静電容量Ｃ０のデータは、静電容量測定器３０２のメモリに記憶される。
【０１２８】
［誘電体帯電工程］
直流電源３０１により、振動膜１１２と背面板１１３との間に直流電圧を印加し、半導体ＥＣＭ１１０の空隙１２１に電界１２２を発生させる。
【０１２９】
直流電圧の印加により、静電引力で振動膜１１２が背面板１１３に引き寄せられ、電極１１８と１１９との間の静電容量はＣｖ（Ｃｖ＞Ｃ０）となる。ここで、直流電源３０１による直流電圧の印加とともに、圧力調整手段３２０により密閉容器３１０内部を加圧することで、振動膜１１２に吸着力とは逆の力を与え振動膜１１２を背面板１１３から引き戻す。この工程では、圧力調整手段３２０が追従するよう徐々に直流電圧の絶対値を増加させる。
【０１３０】
この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１３１】
負電荷の注入中は、時間とともにエレクトレットの電位が変動するため、振動膜１１２と背面板１１３との間の静電引力も変動する。そこで、モータ制御回路３２５が、静電容量測定器３０２が出力する静電容量の測定データにより圧力調整手段３２０をフィードバック制御し、電極１１８と１１９との間の静電容量が一定、すなわち振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が一定になるよう、密閉容器３１０内の圧力を制御する。例えば、モータ制御回路３２５が、静電容量が常に初期の静電容量Ｃ０になるよう制御すれば、振動膜１１２と背面板１１３との間は初期の空隙長を保ったまま帯電が可能となる。
【０１３２】
その結果、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、振動膜１１２と背面板１１３とを吸着させることなく、エレクトレットを製造することができる。
【０１３３】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置３００では、従来よりも高い直流電圧を印加した状態で電荷を注入することができるので、従来よりも高い帯電電圧を有するエレクトレットを得ることができる。
【０１３４】
本実施形態における改善効果を図１４に示す。図１４に示すように、従来の方法では、振動膜１１２及び背面板１１３の吸着が起こる電圧を示す吸着電圧ＶＰよりも低い直流電圧Ｖ０１しか印加できなかったため、エレクトレットの電位はＶ０１よりも低いＶＥ１が限界であった。本実施形態では、吸着の問題が解決されるため、吸着電圧ＶＰ以上の直流電圧Ｖ０２を印加することが可能である。これにより、エレクトレットの電位は、ＶＥ２に高められる。ただし、エレクトレットの電位は吸着電圧ＶＰを超えない範囲で設定しなければならないので、ＶＥ２＜ＶＰである。吸着電圧ＶＰを超えて帯電すると、本実施形態による帯電完了後に、エレクトレットの電位により振動膜１１２が背面板１１３に吸着してしまうからである。
【０１３５】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１３６】
（第３実施形態の他の態様）
以上の説明では、１つの半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を挙げた。以下、第３実施形態の他の態様として、シリコン基板上に一括して形成した複数の半導体ＥＣＭ１１０に対してエレクトレットを製造する例を示す。
【０１３７】
図１５は、複数の半導体ＥＣＭ１１０が、半導体製造技術によって一括されて形成されたシリコンウエハ１４０における断面図であって、分かりやすくするため３つ分の半導体ＥＣＭ１１０の断面を示している。この図は、第１実施形態の他の態様において説明した図２〜図４のうちの図３に対応するものであり、図２に示したシリコンウエハ１３０と本実施形態におけるシリコンウエハ１４０は同様な外観を有する。なお、個々の半導体ＥＣＭ１１０及び密閉容器３１０以外の構成については、適宜図１３を参照するものとする。
【０１３８】
図１５に示すように、密閉容器３１０内に設けられたプローブ３１４は、シリコンウエハ１４０に形成された、全ての半導体ＥＣＭ１１０の背面板１１３に設けた電極１１９と接触する構成となっている。また、バネ３１５に押圧されることにより、電極１１９とプローブ３１４とが電気的に接続されるとともに、電極１１８も蓋３１２に押圧されて電気的に接続されるようになっている。図１３に示したものと同様に、容器本体３１１は接地され、蓋３１２は直流電源３０１に接続されている。したがって、シリコンウエハ１４０に形成された、全ての電極１１９は接地され、全ての電極１１８は直流電源３０１に接続される構成となっている。
【０１３９】
振動膜１１２の電極１１８は、シリコンウエハ１４０の全面に広がっているので、本実施形態では、静電容量測定器３０２により、全ての半導体ＥＣＭ１１０の静電容量の合計（並列接続）が測定される。測定された静電容量の合計値を一定とするよう密閉容器３１０内の圧力を制御することで、振動膜１１２と背面板１１３との間の距離を設定することができる。
【０１４０】
本実施形態における製造方法では、静電容量の合計値を監視することになるので、個々の半導体ＥＣＭ１１０において振動膜１１２と背面板１１３との間の距離が例えば初期値に保たれる保証はない。したがって、個々の半導体ＥＣＭ１１０におけるエレクトレットの電位に多少のばらつきが生じる可能性がある。しかしながら、本実施形態における製造方法では、シリコンウエハ１４０上に作製された全ての半導体ＥＣＭ１１０を一括して帯電させることができるため、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、生産性を向上させるという効果が得られる。
【０１４１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１４２】
（第４実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第４実施形態について図１６に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４３】
図１６に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置４００は、第３実施形態における構成（図１３参照）に、ガスボンベ４０１、ガス圧調整器４０２、排気ポンプ４０３、バルブ４０４を加えたものである。なお、第３実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１４４】
ガスボンベ４０１には、所望のガスが充填されている。ここで、所望のガスとしては、第２実施形態で述べたように、電離放射線照射装置１０１が照射する電離放射線のエネルギー範囲において、空気中の酸素等に比べて透過率が低いガス、例えば希ガスを用いるのが好ましい。
【０１４５】
ガス圧調整器４０２は、例えば減圧弁で構成され、ガスボンベ４０１から密閉容器３１０に注入するガスの圧力を調整できるようになっている。排気ポンプ４０３は、密閉容器３１０内の空気を排気するようになっている。
【０１４６】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。
【０１４７】
［排気行程］
はじめに、直流電圧を印加せず、軟Ｘ線も照射しない状態で、バルブ４０４を開き、排気ポンプ４０３により、密閉容器３１０内の空気を排気する。このとき、密閉容器３１０内が減圧されるため、振動膜１１２が背面板１１３に密着することがあるが問題はない。
【０１４８】
［ガス注入工程］
次に、ガスボンベ４０１からガス圧調整器４０２を介して、密閉容器３１０内に所望の圧力で例えばアルゴンガスを満たす。その結果、背面板１１３に吸着されていた振動膜１１２は背面板１１３から離れる。アルゴンガスは、音孔１１７や空隙１２１の側面から空隙１２１内に入り、振動膜１１２と背面板１１３との間はアルゴンガスで満たされる。その後、バルブ４０４を閉じることで密閉容器３１０内の初期の圧力が定まる。
【０１４９】
［誘電体帯電工程］
その後、第３実施形態で説明したようにシリコン酸化膜１１５に電荷を注入することにより、エレクトレットを製造する。
【０１５０】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、密閉容器３１０内を所望のガスで満たすことにより、空隙１２１が所望のガスで満たされ、従来と同じ直流電圧を印加した場合でも、従来よりも高い電位のエレクトレットを製造することができる。
【０１５１】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１５２】
（第５実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第５実施形態について図１７に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１５３】
図１７に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置５００は、電離放射線を照射する電離放射線照射装置１０１と、直流電圧Ｖ０を出力する直流電源１０２と、交流電圧ｖを出力する交流電源５０１とを備えている。ここで、直流電源１０２及び交流電源５０１は、本発明に係る重畳電圧印加手段を構成する。
【０１５４】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１５５】
［誘電体帯電工程］
半導体ＥＣＭ１１０の電極１１８と１１９との間に、直流電源１０２の直流電圧Ｖ０と交流電源５０１の交流電圧ｖとを重畳した電圧を印加する。この重畳した電圧により、空隙１２１に電界１２２が発生する。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１１２側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。空隙１２１では、振動膜１１２を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界１２２により背面板１１３側に付着し、シリコン酸化膜１１５に負電荷が注入される。シリコン酸化膜１１５が負に帯電するにつれて電界１２２が弱まり、最終的にシリコン酸化膜１１５は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１５６】
図１８は、直流電圧に正弦波の交流電圧を重畳したときの波形例を示している。縦軸の電圧は絶対値を示しており、例えば図１７に示したように振動膜１１２に負の電圧を印加する場合には、実際には負符号を付けた電圧を印加する。以下の電圧は、全てこの絶対値で表したものとして説明する。
【０１５７】
図１８に示すＶ０は直流電圧、ｖは交流電圧、ＶＰは吸着電圧、Ｖｍａｘは最大電圧、Ｖｍｉｎは最小電圧を表す。Ｖ０がＶＰを超えると吸着してしまうため、Ｖ０＜ＶＰとなる直流電圧を設定し、これに交流電圧ｖを重畳しＶ０＋ｖの電圧を振動膜１１２と背面板１１３との間に印加する。また、ＶｍａｘがＶＰを超えるよう交流電圧ｖの振幅を設定する。
【０１５８】
さらに、Ｖｍｉｎが０あるいはＶ０とは逆符号の電圧になると、空隙１２１の電界１２２が所望の向きに発生せず、所望のイオン（例えば負イオン）と逆極性のイオン（例えば正イオン）による電荷がシリコン酸化膜１１５に注入されて、エレクトレットの電位が低下してしまうため、Ｖｍｉｎ＞０となるよう交流電圧ｖの振幅を設定する。交流電圧ｖの周波数は、振動膜１１２の機械的共振周波数以上、好ましくは機械的共振周波数より十分高い周波数に設定する。交流電圧ｖの周波数が振動膜１１２の機械的共振周波数に等しいか、又はそれ以下であると、振動膜１１２が交流電圧に追随して振動し吸着が発生してしまうが、交流電圧ｖの周波数が振動膜１１２の機械的共振周波数よりも高ければ、振動系が慣性制御になり振動膜１１２の変位が抑制されるため、吸着は起こらない。共振の先鋭度によっては、機械的共振周波数よりわずかに高い周波数でも振動膜１１２の振動が交流電圧に追随することがあるので、機械的共振周波数より十分高い周波数にすることが好ましい。一方で、エレクトレットの電位は最大電圧Ｖｍａｘに比例した値となるため、従来の直流電圧Ｖ０のみを印加していた場合に比べ、エレクトレットの電位を高めることができる。
【０１５９】
図１９に、印加電圧とエレクトレットの電位との関係を示す。従来の方式では、吸着電圧ＶＰよりも低い電圧Ｖ０でしか印加できなかったため、エレクトレットの電位はＶ０よりも低いＶＥ１が限界であった。ここで、ＶＥ１＝αＶ０と表すことができる。αは電離放射線のエネルギーや誘電体膜の厚さ等の条件により決まる係数で、０＜α≦１である。本実施形態では、エレクトレットの電位をＶＥ２とするとＶＥ２は最大電圧Ｖｍａｘに比例するため、ＶＥ２＝αＶｍａｘとなり、エレクトレットの電位を高めることができる。ただし、エレクトレットの電位は、吸着電圧を超えない範囲で設定しなければならないので、ＶＥ２＜ＶＰである必要がある。
【０１６０】
以上のように、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができるとともに、振動膜１１２やシリコン酸化膜１１５の厚さの制限、電離放射線のエネルギー範囲の制限等によりエレクトレットの電位が印加電圧よりも低い値に制限される場合であっても、エレクトレットの電位を吸着電圧ＶＰ未満の電圧まで高めることが可能となる。
【０１６１】
前述の交流電圧ｖを印加する電圧波形としては、図２０に示すような方形波でもよいし、三角波や鋸波でもよい。また、半波整流波を印加することもできる。例えば、図２１に示すような半波整流した正弦波を印加することができる。この場合、電圧の平均値ＶＡが直流分と見なせるため、吸着を起こさないためには、ＶＡ＜ＶＰであるよう設定しなくてはならない。例えば、平均値ＶＡ＝Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）／πとなるため、Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）／π＜ＶＰを満たすよう電圧波形を設定すればよい。
【０１６２】
さらに、図２２に示すような一定のデューティ比を持つパルス波も用いることができる。図２１と同様に平均値ＶＡが直流分と見なせるため、吸着を起こさないためには、ＶＡ＜ＶＰであるように電圧波形を設定する必要がある。図２２に示したパルス波の場合、周期Ｔ、パルス幅τとすると、デューティ比Ｄ＝τ／Ｔで、平均値ＶＡ＝ＶＰ＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）×Ｄとなるため、Ｖ０＋（Ｖｍａｘ−Ｖ０）×Ｄ＜ＶＰを満たすよう電圧波形を設定すればよい。
【０１６３】
なお、本実施形態において、半導体ＥＣＭ１１０のエレクトレットを製造する製造方法について説明したが、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、ＥＣＭのエレクトレットについても同様に製造することができる。
【０１６４】
（第６実施形態）
次に、本発明に係るエレクトレットの製造装置の第６実施形態について図２３に基づき説明する。なお、第１実施形態と同様な構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６５】
図２３に示すように、本実施形態におけるエレクトレットコンデンサの製造装置６００は、ＥＣＭ１５０に対してエレクトレットを製造するものであり、直流電源６０１及び電離放射線照射装置１０１を備えている。
【０１６６】
ＥＣＭ１５０は、振動膜１５１、音孔１５３が形成された背面板１５２、背面板１５２に接続された電極１５４、電極１５４を保持する電極保持部１５５、振動膜１５１及び電極保持部１５５を固定する固定部１５６を備えている。
【０１６７】
振動膜１５１は、例えば有機高分子系の誘電体の上面（電離放射線照射装置１０１側）に金属膜（斜線部）を蒸着して形成されている。背面板１５２は、例えば金属板に音孔１５３を形成して構成され、振動膜１５１と対向して配置されている。すなわち、ＥＣＭ１５０は、互いに対向する電極を有し、一方の電極の対向面側に誘電体を備えたエレクトレットコンデンサを備えたものである。
【０１６８】
振動膜１５１の金属膜は、直流電源６０１に接続されるようになっている。また、背面板１５２は、電極１５４を介して接地されるようになっている。電極保持部１５５及び固定部１５６は、樹脂等の絶縁材料で構成されている。
【０１６９】
次に、本実施形態におけるエレクトレットの製造工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１７０】
［ＥＣＭ取付工程］
エレクトレットコンデンサの製造装置６００内において、電離放射線照射装置１０１からの軟Ｘ線が照射される位置にＥＣＭ１５０を配置し、電極１５４を接地する。また、直流電源６０１の正極を振動膜１５１の金属膜に接続し、直流電源６０１の負極を接地する。
【０１７１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１５１と背面板１５２との間に直流電圧Ｖｂを印加し、両者間の空隙に電界を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１５１側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。振動膜１５１と背面板１５２との間の空隙では、振動膜１５１を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界により振動膜１５１側に付着し、振動膜１５１の誘電体に負電荷が注入される。振動膜１５１の誘電体が負に帯電するにつれて電界が弱まり、最終的に振動膜１５１の誘電体は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１７２】
以上のように、本発明のエレクトレットの製造方法によれば、有機高分子系の誘電体に金属膜を蒸着して形成した振動膜１５１と、金属板等で構成した背面板１５２とでコンデンサを形成した後に、振動膜１５１の対向面側にある有機高分子系の誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することが可能となる。
【０１７３】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、振動膜１５１及び背面板１５２と、電極保持部１５５及び固定部１５６とを固定する固定組立工程後に誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるため、固定組立工程前にエレクトレットを製造する従来のものと異なり、固定組立工程中にハンドリングにより電荷が放電し性能が劣化する問題を回避できる。すなわち、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、製造工程におけるエレクトレットの電荷の放電を回避することができる。
【０１７４】
さらに、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、電子部品が実装された基板をＥＣＭ１５０に装着した後においてもエレクトレットを製造することができる。
【０１７５】
具体的には、前述の誘電体帯電工程の前に、振動膜１５１及び背面板１５２と、電極保持部１５５及び固定部１５６とを組み立てた組立体において、固定部１５６の下面側に電子部品が実装された基板を半田リフロー工程により装着する工程を設ける（基板装着工程）。その後、誘電体帯電工程を実施することにより、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法は、組立工程におけるハンドリングやリフローの熱によりエレクトレットの電荷が放電し性能が劣化するという問題を回避することができる。
【０１７６】
なお、ＥＣＭ１５０を製造する製造方法として、第２実施形態で説明した希ガスをガスノズルから吹き付ける方法や、第３〜第５実施形態で説明した対向電極間の吸着を防止する方法等を適用することもできる。
【０１７７】
（第６実施形態の他の態様）
前述の実施形態において、振動膜１５１にエレクトレットを形成する例を挙げて説明したが、背面板１５２にエレクトレットを形成することもできる。その構成例を図２４に示す。
【０１７８】
図２４に示すように、ＥＣＭ１６０は、振動膜１６１、音孔１６３が形成された背面板１６２、背面板１６２に接続された電極１６４、電極１６４を保持する電極保持部１６５、振動膜１６１及び電極保持部１６５を固定する固定部１６６を備えている。
【０１７９】
振動膜１６１は、例えば金属板で構成される。背面板１６２は、例えば金属板の上面（対向面側）に有機高分子系の誘電体（斜線部）が形成されている。すなわち、ＥＣＭ１６０は、互いに対向する電極を備え、一方の電極の対向面側に誘電体を備えたものである。
【０１８０】
次に、本実施形態における誘電体帯電工程について説明する。ここでは負に帯電したエレクトレットを製造する例を挙げる。
【０１８１】
［誘電体帯電工程］
振動膜１６１と背面板１６２との間に直流電圧Ｖｂを印加し、両者の空隙に電界を発生させる。この状態で、電離放射線照射装置１０１により軟Ｘ線を振動膜１６１側から照射する。軟Ｘ線が空気中に照射されると空気中の各成分が電離し、正イオン及び負イオンが生成される。振動膜１６１と背面板１６２との間の空隙では、振動膜１６１を透過した軟Ｘ線により生成されたイオンのうち負イオンが電界により背面板１６２側に付着し、背面板１６２に形成した誘電体に負電荷が注入される。背面板１６２に形成した誘電体が負に帯電するにつれて電界が弱まり、最終的に背面板１６２に形成した誘電体は負に帯電したエレクトレットとなる。
【０１８２】
以上のように、本発明のエレクトレットの製造方法によれば、金属板で形成した振動膜１６１と、有機高分子系の誘電体を設けた金属板等で構成した背面板１６２とでコンデンサを形成した後に、背面板１６２の対向面側にある有機高分子系の誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することが可能となる。
【０１８３】
したがって、本実施形態におけるエレクトレットの製造方法によれば、振動膜１６１及び背面板１６２と、電極保持部１６５及び固定部１６６とを固定する固定組立工程後に誘電体に電荷を注入してエレクトレットを製造することができるため、固定組立工程前にエレクトレットを製造する従来のものと異なり、固定組立工程中にハンドリングにより電荷が放電し性能が劣化する問題を回避できる。
【符号の説明】
【０１８４】
１００、２００、３００、４００、５００、６００ エレクトレットコンデンサの製造装置
１０１ 電離放射線照射装置
１０２、２０７、３０１、６０１ 直流電源
１０３ 金属板
１１０ 半導体ＥＣＭ
１１１ シリコン基板
１１２、１５１、１６１ 振動膜
１１３、１５２、１６２ 背面板
１１４ スペーサ
１１５ シリコン酸化膜
１１６ シリコン窒化膜
１１７、１５３、１６３ 音孔
１１８、１１９、１５４、１６４、２０５、２０６ 電極
１２１ 空隙
１２２ 電界
１３０、１４０ シリコンウエハ
１５０、１６０ ＥＣＭ
１５５、１６５ 電極保持部
１５６、１６６ 固定部
２０１ 上部室
２０２ 下部室
２０３ 仕切板
２０４ 台座
３０２ 静電容量測定器
３１０ 密閉容器
３１１ 容器本体
３１２ 蓋
３１３ 絶縁体
３１４ プローブ
３１５ バネ
３１６ ガイド
３２０ 圧力調整手段
３２１ シリンダ
３２２ ピストン
３２３ モータ
３２４ 結合機構
３２５ モータ制御回路
４０１ ガスボンベ
４０２ ガス圧調整器
４０３ 排気ポンプ
４０４ バルブ
５０１ 交流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する対向電極として振動膜電極及び固定電極を備え、前記対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を有するエレクトレットコンデンサの製造方法であって、
前記対向電極間に直流電圧を印加した状態で、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射することによって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程を含むことを特徴とするエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記誘電体帯電工程において、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記誘電体帯電工程において、前記対向電極間の静電容量が一定となるように前記振動膜電極に加える圧力を制御して前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記誘電体帯電工程において、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧を前記直流電圧に重畳させて前記対向電極間に印加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記誘電体帯電工程の前に、前記振動膜電極と前記固定電極とを対向配置させた対向配置体の前記固定電極側に電子部品が実装された基板を装着する基板装着工程を含み、
前記誘電体帯電工程において、前記基板が装着された前記対向配置体の前記振動膜電極側から前記電離放射線を照射して前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法において、前記誘電体を帯電させてエレクトレットコンデンサを製造する製造装置であって、
前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源とを備えたことを特徴とするエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項７】
前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段を備え、
前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものであることを特徴とする請求項６に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項８】
前記対向電極間の静電容量を検出する静電容量検出装置と、前記静電容量に基づいて前記対向電極間の距離を一定に保つ電極間距離調整装置とを備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項９】
前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧と前記直流電圧とを重畳させて前記対向電極間に印加する重畳電圧印加手段を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項１】
互いに対向する対向電極として振動膜電極及び固定電極を備え、前記対向電極のいずれか一方の対向面側に誘電体を有するエレクトレットコンデンサの製造方法であって、
前記対向電極間に直流電圧を印加した状態で、前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射することによって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させる誘電体帯電工程を含むことを特徴とするエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項２】
前記誘電体帯電工程において、前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを含む雰囲気に前記対向電極間を設定した状態で前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項３】
前記誘電体帯電工程において、前記対向電極間の静電容量が一定となるように前記振動膜電極に加える圧力を制御して前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項４】
前記誘電体帯電工程において、前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧を前記直流電圧に重畳させて前記対向電極間に印加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項５】
前記誘電体帯電工程の前に、前記振動膜電極と前記固定電極とを対向配置させた対向配置体の前記固定電極側に電子部品が実装された基板を装着する基板装着工程を含み、
前記誘電体帯電工程において、前記基板が装着された前記対向配置体の前記振動膜電極側から前記電離放射線を照射して前記誘電体を帯電させることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエレクトレットコンデンサの製造方法において、前記誘電体を帯電させてエレクトレットコンデンサを製造する製造装置であって、
前記振動膜電極を透過する電離放射線を発生して前記対向電極間に照射する電離放射線照射装置と、直流電圧を前記対向電極間に印加する直流電源とを備えたことを特徴とするエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項７】
前記電離放射線の予め定めたエネルギー範囲において空気よりも前記電離放射線の透過率が低いガスを発生するガス発生手段を備え、
前記直流電源は、前記対向電極間が前記ガスを含む雰囲気にある状態で前記電離放射線によって前記対向電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちのいずれか一方により前記誘電体を帯電させるものであることを特徴とする請求項６に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項８】
前記対向電極間の静電容量を検出する静電容量検出装置と、前記静電容量に基づいて前記対向電極間の距離を一定に保つ電極間距離調整装置とを備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【請求項９】
前記振動膜電極の機械的共振周波数以上の周波数を有する交流電圧と前記直流電圧とを重畳させて前記対向電極間に印加する重畳電圧印加手段を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のエレクトレットコンデンサの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−２６７８８３（Ｐ２０１０−２６７８８３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９２１６（Ｐ２００９−１１９２１６）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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