静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法
【課題】従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法を提供すること。
【解決手段】コンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ側に設けられた加圧容器１０１と、加圧容器１０１内の圧力を加減圧する加圧器１０２と、加圧器１０２を駆動するポンプ１０３と、加圧容器１０１内の圧力を測定する圧力計１０４と、マイクカプセル１０に接続された電源１０５と、マイクカプセル１０の静電容量を測定する容量計１０６と、各装置の制御及び各種データを収集するＰＣ１０７とを備え、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させることによって、マイクカプセル１０の振動膜１１ａに対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成を有する。
【解決手段】コンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ側に設けられた加圧容器１０１と、加圧容器１０１内の圧力を加減圧する加圧器１０２と、加圧器１０２を駆動するポンプ１０３と、加圧容器１０１内の圧力を測定する圧力計１０４と、マイクカプセル１０に接続された電源１０５と、マイクカプセル１０の静電容量を測定する容量計１０６と、各装置の制御及び各種データを収集するＰＣ１０７とを備え、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させることによって、マイクカプセル１０の振動膜１１ａに対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化量を検知して動作する静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン半導体を主材料として半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術により製造される静電容量型センサが知られている。この静電容量型センサは、圧力や加速度等の変化を静電容量の変化に変換して検知するものである。例えば、静電容量型センサには、音を検知するシリコンマイクロホン、圧力を検知する静電容量型圧力センサ、加速度を検知する静電容量型加速度センサ等がある。以下、シリコンマイクロホンを例に挙げ、本発明に係る背景技術を説明する。
【０００３】
従来のシリコンマイクロホンは、単結晶シリコンの振動膜と固定電極板とからなる対向電極を有し、図６に示すようなマイクカプセル５０を備えている（例えば、特許文献１参照）。マイクカプセル５０は、シリコンウェハを加工して形成されたシリコン基板５１に設けられた振動膜５１ａと、空隙を介して振動膜５１ａと対向する固定電極板５２と、振動膜５１ａと固定電極板５２とを電気的に絶縁させるための絶縁膜５３とを備えている。振動膜５１ａ及び固定電極板５２は、それぞれ、外部装置と電気的に接続するための電極５４及び５５を有している。
【０００４】
マイクカプセル５０は、音圧に応じて振動膜５１ａが振動することにより、振動膜５１ａと固定電極板５２との間の静電容量が変化し、外部装置により静電容量の変化量が検出されることによって、音圧が電気信号に変換される。
【０００５】
従来、シリコンマイクロホンの感度を評価するには、個々のマイクカプセルを増幅回路に接続してパッケージに収め、マイクカプセルの静電容量の変化が電圧として出力される構成として、例えば音響無響室のような測定用の部屋において、標準スピーカの音を入力したときの出力電圧を測定する方法が採られている。
【特許文献１】特開２００２−２７５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシリコンマイクロホンのマイクカプセルは、前述のように、マイクロマシン加工技術を用いてシリコンウェハ上に一括して作製され、その数は数百個〜数千個と膨大になるので、マイクカプセルの感度の測定工程が煩雑になり、製造コストが増大するという課題があった。
【０００７】
また、同一のシリコンウェハ内で良品、不良品を選別する際には、不良品に用いるものも含めて増幅回路やパッケージが必要になるので、製造コストが増大するという課題があった。この課題の対策として、増幅回路やパッケージを共通化することによって製造コストの増大を抑えることが考えられる。例えば、シリコンウェハ上でパッケージし、マイクカプセルを順次切り替えながら１つの増幅回路に接続して測定することも考えられるが、マイクカプセルの位置によっては、マイクカプセルから増幅回路に至る配線が長くなってしまい、著しく感度が低下し、測定が困難になってしまうという課題が生じる。さらに、この構成では、シリコンウェハ上で音が回折するので、実際のマイクにするときと比べて音場が著しく異なってしまい、正しい感度データが得られないという課題が生じる。
【０００８】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法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】
【０００９】
本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定装置であって、前記可動電極板に対し圧力を加減する加減圧手段と、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する感度測定手段とを備えた構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記可動電極板と前記固定電極板との間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記感度測定手段は、前記電圧を印加した状態又は前記電圧を印加しない状態のいずれかで前記静電容量型センサの感度を測定するものである構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、電圧を印加する場合と印加しない場合とにおいて、静電容量や、音圧に対する静電容量の変化量が異なる場合、電圧を印加した状態で静電容量を測定することができるので、使用状況を考慮した正しい感度を得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、開口部を有する加圧容器と、前記可動電極板を前記加圧容器の内部側に配置して前記静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付ける密閉取付手段と、前記加圧容器内の圧力を測定する圧力計とを備え、前記加減圧手段は、前記加圧容器内の圧力を加減することによって前記可動電極板に対し圧力を加減するものである構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、加圧容器内の圧力を加減することによって可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１５】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記密閉取付手段は、複数の静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであり、前記複数の静電容量型センサのうち測定対象とするものを選択するセンサ選択手段を備え、前記静電容量測定手段は、選択された静電容量型センサにおける静電容量を測定するものである構成を有している。
【００１６】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、複数の静電容量型センサの静電容量を一括して測定できるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記複数の静電容量型センサは、半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術を用いて同一の半導体ウェハ上に一括して形成されたものであり、前記密閉取付手段は、前記半導体ウェハを前記開口部に密閉状態に取り付けるものである構成を有している。
【００１８】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、半導体ウェハ上に一括して形成された多数の静電容量型センサの静電容量を一括して測定できるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１９】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記半導体ウェハは、前記可動電極板が形成された面の反対側の面に前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極を備え、前記静電容量測定手段は、前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極にそれぞれ電気的に接続されるプローブを備えた構成を有している。
【００２０】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、半導体ウェハ上に一括して形成された多数の静電容量型センサの静電容量を、プローブを用いて容易に測定することができるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００２１】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記静電容量型センサの感度データを出力するコンピュータを備え、前記コンピュータは、前記加減圧手段の動作を制御する加減圧制御手段と、前記加圧容器内の圧力データを前記圧力計から受信する圧力データ受信手段と、前記センサ選択手段の動作を制御するセンサ選択制御手段と、選択された静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段とを備えた構成を有している。
【００２２】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、コンピュータを用いて自動で静電容量を測定することができるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００２３】
本発明の静電容量型センサの感度測定方法は、外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定方法であって、前記可動電極板に対し圧力を加減して前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する工程と、前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する工程とを含む構成を有している。
【００２４】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定方法は、可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができるという効果を有する静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を説明する前に、静電容量型センサの１つであるコンデンサマイクロホンの感度測定方法について説明する。図７は、通常のコンデンサマイクロホンの測定方法を示す図であって、コンデンサマイクロホンのマイクカプセルをコンデンサの記号で表している。
【００２７】
図７において、コンデンサマイクロホンのマイクカプセル６１は、振動膜６１ａ及び固定電極板６１ｂを有する。マイクカプセル６１の固定電極板６１ｂには高抵抗６２を介して電源６３が接続され、電圧Ｖ０が印加されている。このとき、音圧Ｐにより生じる振動膜６１ａの変位をｗで示す。マイクカプセル６１の電圧をＶとすると、コンデンサマイクロホンの感度Ｓは［数１］で定義される（文献「"電気音響振動学"、ｐ．１５２、西巻、コロナ社」）。
【００２８】
【数１】
【００２９】
従来のコンデンサマイクロホンの測定法では、マイクカプセル６１に、直流カットのコンデンサ６４と増幅回路６５とを接続し、マイクカプセル６１の電圧変化を出力として取り出せるようにして、例えば音響無響室において標準スピーカにより音圧を加え、そのときの電圧出力を測定することで、［数１］により感度を評価していた。
【００３０】
ここで、［数１］を［数２］のように変形する。
【００３１】
【数２】
【００３２】
［数２］においては、音圧が加わっていない状態におけるマイクカプセル６１の空隙長をｗ０とし、マイクカプセル６１の空隙内の電界は一様であると仮定している。
【００３３】
また、マイクカプセル６１の静電容量の値をＣとすると、静電容量Ｃは［数３］で表される。ただし、Ａは振動膜６１ａの面積、ε０は真空の誘電率を示す。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ここで、|dC/dP|という値を計算すると［数４］が得られる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
［数２］及び［数４］から感度Ｓは［数５］で表される。
【００３８】
【数５】
【００３９】
［数５］により、感度Ｓは、マイクカプセルの静電容量Ｃと、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|と、マイクカプセルに印加する電圧Ｖ０とによって表されることが分かる。このうち電圧Ｖ０は既知であるため、マイクカプセルの静電容量Ｃと、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量とが分かれば感度Ｓが求まることになる。そこで、これらの値を測定する装置及び方法を以下、本発明の実施の形態として図面を用いて説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、本発明に係る静電容量型センサの感度測定装置を、コンデンサマイクロホンの感度測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００４１】
図１（ａ）は、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置を概念的に示す図であって、マイクカプセルをコンデンサの記号で表している。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ側に設けられた加圧容器１０１と、加圧容器１０１内の圧力を加減圧する加圧器１０２と、加圧器１０２を駆動するポンプ１０３と、加圧容器１０１内の圧力を測定する圧力計１０４と、マイクカプセル１０に接続された電源１０５と、マイクカプセル１０の静電容量を測定する容量計１０６と、各装置の制御及び各種データを収集するパーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」という。）１０７とを備えている。
【００４３】
図１（ｂ）は、マイクカプセル１０の断面及び加圧容器１０１の部分断面を概念的に示す図である。マイクカプセル１０は、フレーム１１に設けられた振動膜１１ａと、固定電極板１２と、振動膜１１ａと固定電極板１２との間に設けられたスペーサ１３とを備えている。なお、振動膜１１ａは、本発明に係る可動電極板を構成する。
【００４４】
加圧容器１０１の容器底部１０１ａには、貫通孔が形成されている。マイクカプセル１０のフレーム１１の上部には密封材１０１ｂが設けられ、容器底部１０１ａの貫通孔を覆うように、マイクカプセル１０が加圧容器１０１に固定されている。ここで、振動膜１１ａが加圧容器１０１の内側にあり、固定電極板１２が外気と接している。密封材１０１ｂとしては、例えば、オーリングのようなパッキンや樹脂製のシール材を用いることができる。なお、密封材１０１ｂは、本発明に係る密閉取付手段を構成する。
【００４５】
加圧器１０２は、例えばシリンダを備え、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させられるようになっている。ポンプ１０３は、加圧器１０２及びＰＣ１０７に接続され、ＰＣ１０７からの制御信号によって加圧容器１０１に対し加圧又は減圧を行うようになっている。なお、加圧器１０２及びポンプ１０３は、本発明に係る加減圧手段を構成する。また、ＰＣ１０７からの制御信号によらず、加圧又は減圧を手動で行う構成としてもよい。
【００４６】
圧力計１０４は、加圧容器１０１内の圧力Ｐを測定し、ＰＣ１０７からの制御信号に基づき、測定データをＰＣ１０７に出力するようになっている。
【００４７】
電源１０５は、マイクカプセル１０の固定電極板１２側に電圧Ｖ０を印加するようになっている。なお、電源１０５は、本発明に係る電圧印加手段を構成する。
【００４８】
容量計１０６は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ及び固定電極板１２にそれぞれ接続され、マイクカプセル１０の静電容量Ｃを測定するようになっている。また、容量計１０６は、測定した静電容量Ｃの測定データをＰＣ１０７に出力するようになっている。なお、容量計１０６は、本発明に係る静電容量測定手段を構成する。
【００４９】
ＰＣ１０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース（ＧＰＩＢ、ＲＳ２３２、ＵＳＢ等）、ディスクドライブ、ディスプレイ、プリンタ等を備え、各装置と接続されている。なお、ＰＣ１０７は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００５０】
ここで、ＰＣ１０７は、加減圧手段としての加圧器１０２及びポンプ１０３の動作を制御する加減圧制御手段と、加圧容器１０１内の圧力データを圧力計１０４から受信する圧力データ受信手段と、静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段としての機能を有する。そして、ＰＣ１０７は、接続された装置の動作を制御するプログラムに従って静電容量の測定データを取得することができるようになっている。
【００５１】
本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、前述のように構成され、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させながらマイクカプセル１０の静電容量Ｃを測定する。測定結果の例を図２に示す。この測定結果により、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量（図２に示した測定結果における近似直線の傾きとして求める）とが得られるため、これらのデータ及び電圧Ｖ０により［数５］から感度が得られる。
【００５２】
マイクカプセル１０に印加する電圧Ｖ０については、電圧を印加する場合と印加しない場合とにおいて、静電容量Ｃや、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|が異なる場合は、電圧を印加した状態で静電容量Ｃを測定する方が、正しい感度を得るためには好ましい。一方、同電圧を印加する場合と印加しない場合とで、静電容量Ｃや、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|が変わらないとみなせる場合は、電圧を印加する必要はなく、測定系の構成をより簡素にできる。
【００５３】
容量計１０６としては、微小な静電容量を測定する必要があるため、例えば高精度なキャパシタンスブリッジを用いる微小容量計を用いるのが好ましい。測定において、容量計１０６からマイクカプセル１０に至る配線が静電容量成分を有するが、高精度な微小容量計では、測定前に校正を行うことで、配線容量の影響を排除して、マイクカプセル１０の静電容量Ｃを正確に測定することができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００によれば、マイクカプセル１０の振動膜１１ａに対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成としたので、従来の測定のように、専用の増幅回路やパッケージは不要であり、例えば音響無響室で標準スピーカの音を入力するといった難しい測定を行う必要もなく、時間・コストがかからず簡便に感度を求めることができる。
【００５５】
したがって、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００５６】
なお、前述の実施の形態において、コンデンサマイクロホンの感度測定装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静電容量の変化量を検知して動作する静電容量型センサの感度測定装置に適用できるものであり、同様の効果が得られるものである。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図３及び図４は、本発明の第２の実施の形態における感度測定装置を概念的に示した図である。本実施の形態は、複数のマイクカプセルについて感度を評価するものであり、シリコンマイクロホンの感度測定装置を例に挙げて説明する。なお、第１の実施の形態と同様な構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図３に示すように、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、加圧容器２０１と、加圧器１０２と、ポンプ１０３と、圧力計１０４と、複数のマイクカプセル２０に電気的に接続されたスイッチ素子２０２と、容量計２０３と、ＰＣ２０４とを備えている。ここで、複数のマイクカプセル２０は、シリコンウェハ３０上に一括して形成されている。
【００５９】
加圧容器２０１の容器底面２０１ａには貫通孔が形成されており、この貫通孔を覆うように、円盤状のシリコンウェハ３０が密封材２０１ｂを介して容器底面２０１ａに接続され、各マイクカプセル２０の静電容量Ｃが測定できるようになっている。密封材２０１ｂとしては、例えば、オーリングのようなパッキンや樹脂製のシール材を用いることができる。なお、密封材２０１ｂは、本発明に係る密閉取付手段を構成する。
【００６０】
詳細には、シリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、図４に示すように構成されている。図４（ａ）は、マイクカプセル２０の固定電極板２２側から見た図であり、図４（ｂ）は、シリコンウェハ３０の断面及び加圧容器２０１の部分断面を概念的に示す図である。なお、図示を簡略化するため、図４ではマイクカプセル２０の個数を２行×２列＝４個の構成として示している。
【００６１】
図４（ｂ）に示すように、マイクカプセル２０は、振動膜２１と、貫通孔２２ａが形成された固定電極板２２と、振動膜２１と固定電極板２２との間に設けられたスペーサ２３と、振動膜２１に接続された電極２４と、固定電極板２２上に形成された電極２５とを備えている。なお、振動膜２１は、本発明に係る可動電極板を構成する。
【００６２】
また、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコンウェハ３０の一方の面上であってマイクカプセル２０の振動膜２１側に形成された電極２４にはプローブ２０５が電気的に接続され、マイクカプセル２０の固定電極板２２上に形成された電極２５にはマイクカプセル２０毎に複数のプローブ２０６がそれぞれ電気的に接続されている。ここで、プローブ２０５は、容量計２０３（図３参照）のアース側に接続され、複数のプローブ２０６は、それぞれ、スイッチ素子２０２（図３参照）に接続されている。これによって、プローブ２０５とプローブ２０６との間の静電容量値を測定することで、マイクカプセル２０の静電容量Ｃを得ることができる。
【００６３】
なお、図４に示した構成のマイクカプセル２０では、振動膜２１はシリコンウェハ３０と同電位であり、固定電極板２２の周囲に振動膜２１側の電極２４があることを想定しているが、本発明はこれに限定されず、振動膜及び固定電極板の構造や、電極の構造や配置等に応じて、プローブが接触する位置を様々に変更できる。
【００６４】
また、電気的な接続を行う方法としては、プローブ２０５及び２０６を用いる以外にも、例えば、バンプを用いる方法や、金やアルミ等のワイヤーを用いる方法がある。ただし、この電気的接続によりマイクカプセル２０への物理的なダメージが少ないものが望ましい。また、容量計２０３への入力は、例えば、マイクカプセル２０の全数分をパラレル信号で入力する方法や、スイッチ素子２０２によりパラレル信号をシリアル信号に変換してから入力し順次測定する方法がある。
【００６５】
図３に戻り、スイッチ素子２０２は、例えばマルチプレクサで構成され、ＰＣ２０４及び容量計２０３に接続され、ＰＣ２０４からの制御信号に従って、測定対象とするマイクカプセル２０と容量計２０３とを接続するようになっている。なお、スイッチ素子２０２は、本発明に係るセンサ選択手段を構成する。
【００６６】
容量計２０３は、電圧Ｖ０を出力する電源（図示省略）を内部に備え、ＰＣ２０４からの制御信号に従って、マイクカプセル２０に電圧Ｖ０を印加した状態又は印加しない状態のいずれかでマイクカプセル２０の静電容量Ｃを測定し、測定データをＰＣ２０４に出力するようになっている。なお、容量計２０３は、本発明に係る静電容量測定手段及び電圧印加手段を構成する。
【００６７】
ＰＣ２０４は、第１の実施の形態における機能に加え、センサ選択手段としてのスイッチ素子２０２の動作を制御するセンサ選択制御手段としての機能を有する。なお、ＰＣ２０４は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００６８】
次に、シリコンウェハ３０上に一括して形成された多数のマイクカプセル２０を自動で測定する方法の一例を、図３及び図５を用いて説明する。
【００６９】
まず、ＰＣ２０４により、加圧器１０２及びポンプ１０３を、加圧容器１０１内の圧力がＰ１となるよう制御する。次に、加圧容器１０１内の圧力を圧力Ｐｌで固定し、全てのマイクカプセル２０を測定する。
【００７０】
具体的には、例えば図５（ａ）に示すように、ＰＣ２０４の制御により、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ１を選択させ、マイクカプセルＭ１の圧力Ｐｌにおける静電容量Ｃｌｌを容量計２０３で測定する。続いて、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ２を選択させ、マイクカプセルＭ２の圧力Ｐｌにおける静電容量Ｃ２１を容量計２０３で測定する。以下、スイッチ素子２０２によりマイクカプセル２０を順次選択させ、圧力Ｐｌにおける各静電容量Ｃを測定する。
【００７１】
次に、ＰＣ２０４により、加圧容器２０１の圧力をＰ２にし、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭｌを選択させ、マイクカプセルＭ１の圧力Ｐ２における静電容量Ｃ１２を容量計２０３で測定する。次に、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ２を選択させ、マイクカプセルＭ２の圧力Ｐ２における静電容量Ｃ２２を容量計２０３で測定する。以下同様に、マイクカプセル２０及び圧力Ｐを切り替えながら全てのマイクカプセル２０について測定を行う。
【００７２】
図５（ａ）に示す測定データから、個々のマイクカプセル２０について、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量との関係が求められる。静電容量値と圧力との関係の例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示したグラフは、所定のプログラムによってＰＣ２０４に自動で作成させることが可能である。このグラフにおける近似直線の傾きからマイクカプセル２０を用いるシリコンマイクロホンの感度が求められる。また、ＰＣ２０４により、個々のマイクカプセル２０の感度データを自動で出力させることが可能である。
【００７３】
以上のように、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００によれば、複数のマイクカプセル２０の振動膜２１に対し同時に圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成としたので、マイクカプセル２０が数百から数千といった膨大な量になる場合でも、全数又は多数のマイクカプセル２０の感度を測定することが可能になる。また、同一のシリコンウェハ内で良品や不良品の選別をする際には、この容量測定のみで選別ができるため、不良品に対するこれ以降の実装や評価の工程を一切行う必要がなく、時間とコストの大幅な短縮が可能となる。
【００７４】
したがって、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００７５】
なお、前述の実施の形態において、シリコンマイクロホンのマイクカプセルを感度測定の対象として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属、セラミック、樹脂等の素材を用いるコンデンサマイク、ＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイク）等を測定対象としてもよい。測定対象がシリコンマイクロホンのマイクカプセルではない場合、マイクカプセル等の素子が一括して形成されていなくても、個々に形成されたマイクロホン素子を治具や支持用の基板等に複数配置し、その治具や基板を前述のシリコンウェハと同様にセットすることにより、一括で測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができるという効果を有し、特に、複数のマイクカプセルについて感度を評価する目的に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係るコンデンサマイクロホンの感度測定装置の第１の実施の形態における構成を概念的に示すブロック図
【図２】本発明に係るコンデンサマイクロホンの感度測定装置の第１の実施の形態において、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量との関係を示す図
【図３】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態における構成を概念的に示すブロック図
【図４】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態において、シリコンウェハ周辺の構成を概念的に示す図
【図５】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態において、マイクカプセルを自動で測定する方法の一例を説明するための図
【図６】従来のシリコンマイクロホンが備えるマイクカプセルを示す図
【図７】コンデンサマイクロホンの測定方法を示す図
【符号の説明】
【００７８】
１０ コンデンサマイクロホンのマイクカプセル
１１ フレーム
１１ａ 振動膜（可動電極板）
１２ 固定電極板
１３ スペーサ
２０ シリコンマイクロホンのマイクカプセル
２１ 振動膜（可動電極板）
２２ 固定電極板
２２ａ 貫通孔
２３ スペーサ
２４ 電極（可動電極板の電極）
２５ 電極（固定電極板の電極）
３０ シリコンウェハ（半導体ウェハ）
１００ コンデンサマイクロホンの感度測定装置
１０１、２０１ 加圧容器
１０１ａ、２０１ａ 容器底部
１０１ｂ、２０１ｂ 密封材（密閉取付手段）
１０２ 加圧器（加減圧手段）
１０３ ポンプ（加減圧手段）
１０４ 圧力計
１０５ 電源（電圧印加手段）
１０６ 容量計（静電容量測定手段）
１０７、２０４ ＰＣ（コンピュータ、感度測定手段）
２００ シリコンマイクロホンの感度測定装置
２０２ スイッチ素子（センサ選択手段）
２０３ 容量計（静電容量測定手段、電圧印加手段）
２０５、２０６ プローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化量を検知して動作する静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン半導体を主材料として半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術により製造される静電容量型センサが知られている。この静電容量型センサは、圧力や加速度等の変化を静電容量の変化に変換して検知するものである。例えば、静電容量型センサには、音を検知するシリコンマイクロホン、圧力を検知する静電容量型圧力センサ、加速度を検知する静電容量型加速度センサ等がある。以下、シリコンマイクロホンを例に挙げ、本発明に係る背景技術を説明する。
【０００３】
従来のシリコンマイクロホンは、単結晶シリコンの振動膜と固定電極板とからなる対向電極を有し、図６に示すようなマイクカプセル５０を備えている（例えば、特許文献１参照）。マイクカプセル５０は、シリコンウェハを加工して形成されたシリコン基板５１に設けられた振動膜５１ａと、空隙を介して振動膜５１ａと対向する固定電極板５２と、振動膜５１ａと固定電極板５２とを電気的に絶縁させるための絶縁膜５３とを備えている。振動膜５１ａ及び固定電極板５２は、それぞれ、外部装置と電気的に接続するための電極５４及び５５を有している。
【０００４】
マイクカプセル５０は、音圧に応じて振動膜５１ａが振動することにより、振動膜５１ａと固定電極板５２との間の静電容量が変化し、外部装置により静電容量の変化量が検出されることによって、音圧が電気信号に変換される。
【０００５】
従来、シリコンマイクロホンの感度を評価するには、個々のマイクカプセルを増幅回路に接続してパッケージに収め、マイクカプセルの静電容量の変化が電圧として出力される構成として、例えば音響無響室のような測定用の部屋において、標準スピーカの音を入力したときの出力電圧を測定する方法が採られている。
【特許文献１】特開２００２−２７５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシリコンマイクロホンのマイクカプセルは、前述のように、マイクロマシン加工技術を用いてシリコンウェハ上に一括して作製され、その数は数百個〜数千個と膨大になるので、マイクカプセルの感度の測定工程が煩雑になり、製造コストが増大するという課題があった。
【０００７】
また、同一のシリコンウェハ内で良品、不良品を選別する際には、不良品に用いるものも含めて増幅回路やパッケージが必要になるので、製造コストが増大するという課題があった。この課題の対策として、増幅回路やパッケージを共通化することによって製造コストの増大を抑えることが考えられる。例えば、シリコンウェハ上でパッケージし、マイクカプセルを順次切り替えながら１つの増幅回路に接続して測定することも考えられるが、マイクカプセルの位置によっては、マイクカプセルから増幅回路に至る配線が長くなってしまい、著しく感度が低下し、測定が困難になってしまうという課題が生じる。さらに、この構成では、シリコンウェハ上で音が回折するので、実際のマイクにするときと比べて音場が著しく異なってしまい、正しい感度データが得られないという課題が生じる。
【０００８】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法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】
【０００９】
本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定装置であって、前記可動電極板に対し圧力を加減する加減圧手段と、前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する感度測定手段とを備えた構成を有している。
【００１０】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記可動電極板と前記固定電極板との間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記感度測定手段は、前記電圧を印加した状態又は前記電圧を印加しない状態のいずれかで前記静電容量型センサの感度を測定するものである構成を有している。
【００１２】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、電圧を印加する場合と印加しない場合とにおいて、静電容量や、音圧に対する静電容量の変化量が異なる場合、電圧を印加した状態で静電容量を測定することができるので、使用状況を考慮した正しい感度を得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、開口部を有する加圧容器と、前記可動電極板を前記加圧容器の内部側に配置して前記静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付ける密閉取付手段と、前記加圧容器内の圧力を測定する圧力計とを備え、前記加減圧手段は、前記加圧容器内の圧力を加減することによって前記可動電極板に対し圧力を加減するものである構成を有している。
【００１４】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、加圧容器内の圧力を加減することによって可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１５】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記密閉取付手段は、複数の静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであり、前記複数の静電容量型センサのうち測定対象とするものを選択するセンサ選択手段を備え、前記静電容量測定手段は、選択された静電容量型センサにおける静電容量を測定するものである構成を有している。
【００１６】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、複数の静電容量型センサの静電容量を一括して測定できるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１７】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記複数の静電容量型センサは、半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術を用いて同一の半導体ウェハ上に一括して形成されたものであり、前記密閉取付手段は、前記半導体ウェハを前記開口部に密閉状態に取り付けるものである構成を有している。
【００１８】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、半導体ウェハ上に一括して形成された多数の静電容量型センサの静電容量を一括して測定できるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００１９】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記半導体ウェハは、前記可動電極板が形成された面の反対側の面に前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極を備え、前記静電容量測定手段は、前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極にそれぞれ電気的に接続されるプローブを備えた構成を有している。
【００２０】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、半導体ウェハ上に一括して形成された多数の静電容量型センサの静電容量を、プローブを用いて容易に測定することができるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００２１】
さらに、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、前記静電容量型センサの感度データを出力するコンピュータを備え、前記コンピュータは、前記加減圧手段の動作を制御する加減圧制御手段と、前記加圧容器内の圧力データを前記圧力計から受信する圧力データ受信手段と、前記センサ選択手段の動作を制御するセンサ選択制御手段と、選択された静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段とを備えた構成を有している。
【００２２】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定装置は、コンピュータを用いて自動で静電容量を測定することができるので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００２３】
本発明の静電容量型センサの感度測定方法は、外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定方法であって、前記可動電極板に対し圧力を加減して前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する工程と、前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する工程とを含む構成を有している。
【００２４】
この構成により、本発明の静電容量型センサの感度測定方法は、可動電極板に対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定するので、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができるという効果を有する静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を説明する前に、静電容量型センサの１つであるコンデンサマイクロホンの感度測定方法について説明する。図７は、通常のコンデンサマイクロホンの測定方法を示す図であって、コンデンサマイクロホンのマイクカプセルをコンデンサの記号で表している。
【００２７】
図７において、コンデンサマイクロホンのマイクカプセル６１は、振動膜６１ａ及び固定電極板６１ｂを有する。マイクカプセル６１の固定電極板６１ｂには高抵抗６２を介して電源６３が接続され、電圧Ｖ０が印加されている。このとき、音圧Ｐにより生じる振動膜６１ａの変位をｗで示す。マイクカプセル６１の電圧をＶとすると、コンデンサマイクロホンの感度Ｓは［数１］で定義される（文献「"電気音響振動学"、ｐ．１５２、西巻、コロナ社」）。
【００２８】
【数１】
【００２９】
従来のコンデンサマイクロホンの測定法では、マイクカプセル６１に、直流カットのコンデンサ６４と増幅回路６５とを接続し、マイクカプセル６１の電圧変化を出力として取り出せるようにして、例えば音響無響室において標準スピーカにより音圧を加え、そのときの電圧出力を測定することで、［数１］により感度を評価していた。
【００３０】
ここで、［数１］を［数２］のように変形する。
【００３１】
【数２】
【００３２】
［数２］においては、音圧が加わっていない状態におけるマイクカプセル６１の空隙長をｗ０とし、マイクカプセル６１の空隙内の電界は一様であると仮定している。
【００３３】
また、マイクカプセル６１の静電容量の値をＣとすると、静電容量Ｃは［数３］で表される。ただし、Ａは振動膜６１ａの面積、ε０は真空の誘電率を示す。
【００３４】
【数３】
【００３５】
ここで、|dC/dP|という値を計算すると［数４］が得られる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
［数２］及び［数４］から感度Ｓは［数５］で表される。
【００３８】
【数５】
【００３９】
［数５］により、感度Ｓは、マイクカプセルの静電容量Ｃと、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|と、マイクカプセルに印加する電圧Ｖ０とによって表されることが分かる。このうち電圧Ｖ０は既知であるため、マイクカプセルの静電容量Ｃと、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量とが分かれば感度Ｓが求まることになる。そこで、これらの値を測定する装置及び方法を以下、本発明の実施の形態として図面を用いて説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態では、本発明に係る静電容量型センサの感度測定装置を、コンデンサマイクロホンの感度測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００４１】
図１（ａ）は、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置を概念的に示す図であって、マイクカプセルをコンデンサの記号で表している。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ側に設けられた加圧容器１０１と、加圧容器１０１内の圧力を加減圧する加圧器１０２と、加圧器１０２を駆動するポンプ１０３と、加圧容器１０１内の圧力を測定する圧力計１０４と、マイクカプセル１０に接続された電源１０５と、マイクカプセル１０の静電容量を測定する容量計１０６と、各装置の制御及び各種データを収集するパーソナルコンピュータ（以下「ＰＣ」という。）１０７とを備えている。
【００４３】
図１（ｂ）は、マイクカプセル１０の断面及び加圧容器１０１の部分断面を概念的に示す図である。マイクカプセル１０は、フレーム１１に設けられた振動膜１１ａと、固定電極板１２と、振動膜１１ａと固定電極板１２との間に設けられたスペーサ１３とを備えている。なお、振動膜１１ａは、本発明に係る可動電極板を構成する。
【００４４】
加圧容器１０１の容器底部１０１ａには、貫通孔が形成されている。マイクカプセル１０のフレーム１１の上部には密封材１０１ｂが設けられ、容器底部１０１ａの貫通孔を覆うように、マイクカプセル１０が加圧容器１０１に固定されている。ここで、振動膜１１ａが加圧容器１０１の内側にあり、固定電極板１２が外気と接している。密封材１０１ｂとしては、例えば、オーリングのようなパッキンや樹脂製のシール材を用いることができる。なお、密封材１０１ｂは、本発明に係る密閉取付手段を構成する。
【００４５】
加圧器１０２は、例えばシリンダを備え、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させられるようになっている。ポンプ１０３は、加圧器１０２及びＰＣ１０７に接続され、ＰＣ１０７からの制御信号によって加圧容器１０１に対し加圧又は減圧を行うようになっている。なお、加圧器１０２及びポンプ１０３は、本発明に係る加減圧手段を構成する。また、ＰＣ１０７からの制御信号によらず、加圧又は減圧を手動で行う構成としてもよい。
【００４６】
圧力計１０４は、加圧容器１０１内の圧力Ｐを測定し、ＰＣ１０７からの制御信号に基づき、測定データをＰＣ１０７に出力するようになっている。
【００４７】
電源１０５は、マイクカプセル１０の固定電極板１２側に電圧Ｖ０を印加するようになっている。なお、電源１０５は、本発明に係る電圧印加手段を構成する。
【００４８】
容量計１０６は、マイクカプセル１０の振動膜１１ａ及び固定電極板１２にそれぞれ接続され、マイクカプセル１０の静電容量Ｃを測定するようになっている。また、容量計１０６は、測定した静電容量Ｃの測定データをＰＣ１０７に出力するようになっている。なお、容量計１０６は、本発明に係る静電容量測定手段を構成する。
【００４９】
ＰＣ１０７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース（ＧＰＩＢ、ＲＳ２３２、ＵＳＢ等）、ディスクドライブ、ディスプレイ、プリンタ等を備え、各装置と接続されている。なお、ＰＣ１０７は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００５０】
ここで、ＰＣ１０７は、加減圧手段としての加圧器１０２及びポンプ１０３の動作を制御する加減圧制御手段と、加圧容器１０１内の圧力データを圧力計１０４から受信する圧力データ受信手段と、静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段としての機能を有する。そして、ＰＣ１０７は、接続された装置の動作を制御するプログラムに従って静電容量の測定データを取得することができるようになっている。
【００５１】
本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、前述のように構成され、加圧容器１０１内の圧力Ｐを変化させながらマイクカプセル１０の静電容量Ｃを測定する。測定結果の例を図２に示す。この測定結果により、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量（図２に示した測定結果における近似直線の傾きとして求める）とが得られるため、これらのデータ及び電圧Ｖ０により［数５］から感度が得られる。
【００５２】
マイクカプセル１０に印加する電圧Ｖ０については、電圧を印加する場合と印加しない場合とにおいて、静電容量Ｃや、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|が異なる場合は、電圧を印加した状態で静電容量Ｃを測定する方が、正しい感度を得るためには好ましい。一方、同電圧を印加する場合と印加しない場合とで、静電容量Ｃや、音圧Ｐに対する静電容量Ｃの変化量|dC/dP|が変わらないとみなせる場合は、電圧を印加する必要はなく、測定系の構成をより簡素にできる。
【００５３】
容量計１０６としては、微小な静電容量を測定する必要があるため、例えば高精度なキャパシタンスブリッジを用いる微小容量計を用いるのが好ましい。測定において、容量計１０６からマイクカプセル１０に至る配線が静電容量成分を有するが、高精度な微小容量計では、測定前に校正を行うことで、配線容量の影響を排除して、マイクカプセル１０の静電容量Ｃを正確に測定することができる。
【００５４】
以上のように、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００によれば、マイクカプセル１０の振動膜１１ａに対し圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成としたので、従来の測定のように、専用の増幅回路やパッケージは不要であり、例えば音響無響室で標準スピーカの音を入力するといった難しい測定を行う必要もなく、時間・コストがかからず簡便に感度を求めることができる。
【００５５】
したがって、本実施の形態におけるコンデンサマイクロホンの感度測定装置１００は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００５６】
なお、前述の実施の形態において、コンデンサマイクロホンの感度測定装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、静電容量の変化量を検知して動作する静電容量型センサの感度測定装置に適用できるものであり、同様の効果が得られるものである。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図３及び図４は、本発明の第２の実施の形態における感度測定装置を概念的に示した図である。本実施の形態は、複数のマイクカプセルについて感度を評価するものであり、シリコンマイクロホンの感度測定装置を例に挙げて説明する。なお、第１の実施の形態と同様な構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図３に示すように、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、加圧容器２０１と、加圧器１０２と、ポンプ１０３と、圧力計１０４と、複数のマイクカプセル２０に電気的に接続されたスイッチ素子２０２と、容量計２０３と、ＰＣ２０４とを備えている。ここで、複数のマイクカプセル２０は、シリコンウェハ３０上に一括して形成されている。
【００５９】
加圧容器２０１の容器底面２０１ａには貫通孔が形成されており、この貫通孔を覆うように、円盤状のシリコンウェハ３０が密封材２０１ｂを介して容器底面２０１ａに接続され、各マイクカプセル２０の静電容量Ｃが測定できるようになっている。密封材２０１ｂとしては、例えば、オーリングのようなパッキンや樹脂製のシール材を用いることができる。なお、密封材２０１ｂは、本発明に係る密閉取付手段を構成する。
【００６０】
詳細には、シリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、図４に示すように構成されている。図４（ａ）は、マイクカプセル２０の固定電極板２２側から見た図であり、図４（ｂ）は、シリコンウェハ３０の断面及び加圧容器２０１の部分断面を概念的に示す図である。なお、図示を簡略化するため、図４ではマイクカプセル２０の個数を２行×２列＝４個の構成として示している。
【００６１】
図４（ｂ）に示すように、マイクカプセル２０は、振動膜２１と、貫通孔２２ａが形成された固定電極板２２と、振動膜２１と固定電極板２２との間に設けられたスペーサ２３と、振動膜２１に接続された電極２４と、固定電極板２２上に形成された電極２５とを備えている。なお、振動膜２１は、本発明に係る可動電極板を構成する。
【００６２】
また、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコンウェハ３０の一方の面上であってマイクカプセル２０の振動膜２１側に形成された電極２４にはプローブ２０５が電気的に接続され、マイクカプセル２０の固定電極板２２上に形成された電極２５にはマイクカプセル２０毎に複数のプローブ２０６がそれぞれ電気的に接続されている。ここで、プローブ２０５は、容量計２０３（図３参照）のアース側に接続され、複数のプローブ２０６は、それぞれ、スイッチ素子２０２（図３参照）に接続されている。これによって、プローブ２０５とプローブ２０６との間の静電容量値を測定することで、マイクカプセル２０の静電容量Ｃを得ることができる。
【００６３】
なお、図４に示した構成のマイクカプセル２０では、振動膜２１はシリコンウェハ３０と同電位であり、固定電極板２２の周囲に振動膜２１側の電極２４があることを想定しているが、本発明はこれに限定されず、振動膜及び固定電極板の構造や、電極の構造や配置等に応じて、プローブが接触する位置を様々に変更できる。
【００６４】
また、電気的な接続を行う方法としては、プローブ２０５及び２０６を用いる以外にも、例えば、バンプを用いる方法や、金やアルミ等のワイヤーを用いる方法がある。ただし、この電気的接続によりマイクカプセル２０への物理的なダメージが少ないものが望ましい。また、容量計２０３への入力は、例えば、マイクカプセル２０の全数分をパラレル信号で入力する方法や、スイッチ素子２０２によりパラレル信号をシリアル信号に変換してから入力し順次測定する方法がある。
【００６５】
図３に戻り、スイッチ素子２０２は、例えばマルチプレクサで構成され、ＰＣ２０４及び容量計２０３に接続され、ＰＣ２０４からの制御信号に従って、測定対象とするマイクカプセル２０と容量計２０３とを接続するようになっている。なお、スイッチ素子２０２は、本発明に係るセンサ選択手段を構成する。
【００６６】
容量計２０３は、電圧Ｖ０を出力する電源（図示省略）を内部に備え、ＰＣ２０４からの制御信号に従って、マイクカプセル２０に電圧Ｖ０を印加した状態又は印加しない状態のいずれかでマイクカプセル２０の静電容量Ｃを測定し、測定データをＰＣ２０４に出力するようになっている。なお、容量計２０３は、本発明に係る静電容量測定手段及び電圧印加手段を構成する。
【００６７】
ＰＣ２０４は、第１の実施の形態における機能に加え、センサ選択手段としてのスイッチ素子２０２の動作を制御するセンサ選択制御手段としての機能を有する。なお、ＰＣ２０４は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００６８】
次に、シリコンウェハ３０上に一括して形成された多数のマイクカプセル２０を自動で測定する方法の一例を、図３及び図５を用いて説明する。
【００６９】
まず、ＰＣ２０４により、加圧器１０２及びポンプ１０３を、加圧容器１０１内の圧力がＰ１となるよう制御する。次に、加圧容器１０１内の圧力を圧力Ｐｌで固定し、全てのマイクカプセル２０を測定する。
【００７０】
具体的には、例えば図５（ａ）に示すように、ＰＣ２０４の制御により、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ１を選択させ、マイクカプセルＭ１の圧力Ｐｌにおける静電容量Ｃｌｌを容量計２０３で測定する。続いて、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ２を選択させ、マイクカプセルＭ２の圧力Ｐｌにおける静電容量Ｃ２１を容量計２０３で測定する。以下、スイッチ素子２０２によりマイクカプセル２０を順次選択させ、圧力Ｐｌにおける各静電容量Ｃを測定する。
【００７１】
次に、ＰＣ２０４により、加圧容器２０１の圧力をＰ２にし、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭｌを選択させ、マイクカプセルＭ１の圧力Ｐ２における静電容量Ｃ１２を容量計２０３で測定する。次に、スイッチ素子２０２にマイクカプセルＭ２を選択させ、マイクカプセルＭ２の圧力Ｐ２における静電容量Ｃ２２を容量計２０３で測定する。以下同様に、マイクカプセル２０及び圧力Ｐを切り替えながら全てのマイクカプセル２０について測定を行う。
【００７２】
図５（ａ）に示す測定データから、個々のマイクカプセル２０について、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量との関係が求められる。静電容量値と圧力との関係の例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示したグラフは、所定のプログラムによってＰＣ２０４に自動で作成させることが可能である。このグラフにおける近似直線の傾きからマイクカプセル２０を用いるシリコンマイクロホンの感度が求められる。また、ＰＣ２０４により、個々のマイクカプセル２０の感度データを自動で出力させることが可能である。
【００７３】
以上のように、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００によれば、複数のマイクカプセル２０の振動膜２１に対し同時に圧力を加減し、圧力に対する静電容量の変化量から感度を測定する構成としたので、マイクカプセル２０が数百から数千といった膨大な量になる場合でも、全数又は多数のマイクカプセル２０の感度を測定することが可能になる。また、同一のシリコンウェハ内で良品や不良品の選別をする際には、この容量測定のみで選別ができるため、不良品に対するこれ以降の実装や評価の工程を一切行う必要がなく、時間とコストの大幅な短縮が可能となる。
【００７４】
したがって、本実施の形態におけるシリコンマイクロホンの感度測定装置２００は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができる。
【００７５】
なお、前述の実施の形態において、シリコンマイクロホンのマイクカプセルを感度測定の対象として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属、セラミック、樹脂等の素材を用いるコンデンサマイク、ＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイク）等を測定対象としてもよい。測定対象がシリコンマイクロホンのマイクカプセルではない場合、マイクカプセル等の素子が一括して形成されていなくても、個々に形成されたマイクロホン素子を治具や支持用の基板等に複数配置し、その治具や基板を前述のシリコンウェハと同様にセットすることにより、一括で測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る静電容量型センサの感度測定装置及びその測定方法は、従来よりも簡便に感度を測定することができ、製造コストを低減することができるという効果を有し、特に、複数のマイクカプセルについて感度を評価する目的に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係るコンデンサマイクロホンの感度測定装置の第１の実施の形態における構成を概念的に示すブロック図
【図２】本発明に係るコンデンサマイクロホンの感度測定装置の第１の実施の形態において、静電容量Ｃと、圧力Ｐに対する静電容量Ｃの変化量との関係を示す図
【図３】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態における構成を概念的に示すブロック図
【図４】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態において、シリコンウェハ周辺の構成を概念的に示す図
【図５】本発明に係るシリコンマイクロホンの感度測定装置の第２の実施の形態において、マイクカプセルを自動で測定する方法の一例を説明するための図
【図６】従来のシリコンマイクロホンが備えるマイクカプセルを示す図
【図７】コンデンサマイクロホンの測定方法を示す図
【符号の説明】
【００７８】
１０ コンデンサマイクロホンのマイクカプセル
１１ フレーム
１１ａ 振動膜（可動電極板）
１２ 固定電極板
１３ スペーサ
２０ シリコンマイクロホンのマイクカプセル
２１ 振動膜（可動電極板）
２２ 固定電極板
２２ａ 貫通孔
２３ スペーサ
２４ 電極（可動電極板の電極）
２５ 電極（固定電極板の電極）
３０ シリコンウェハ（半導体ウェハ）
１００ コンデンサマイクロホンの感度測定装置
１０１、２０１ 加圧容器
１０１ａ、２０１ａ 容器底部
１０１ｂ、２０１ｂ 密封材（密閉取付手段）
１０２ 加圧器（加減圧手段）
１０３ ポンプ（加減圧手段）
１０４ 圧力計
１０５ 電源（電圧印加手段）
１０６ 容量計（静電容量測定手段）
１０７、２０４ ＰＣ（コンピュータ、感度測定手段）
２００ シリコンマイクロホンの感度測定装置
２０２ スイッチ素子（センサ選択手段）
２０３ 容量計（静電容量測定手段、電圧印加手段）
２０５、２０６ プローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定装置であって、
前記可動電極板に対し圧力を加減する加減圧手段と、
前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、
前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する感度測定手段とを備えたことを特徴とする静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項２】
前記可動電極板と前記固定電極板との間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記感度測定手段は、前記電圧を印加した状態又は前記電圧を印加しない状態のいずれかで前記静電容量型センサの感度を測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項３】
開口部を有する加圧容器と、前記可動電極板を前記加圧容器の内部側に配置して前記静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付ける密閉取付手段と、前記加圧容器内の圧力を測定する圧力計とを備え、
前記加減圧手段は、前記加圧容器内の圧力を加減することによって前記可動電極板に対し圧力を加減するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項４】
前記密閉取付手段は、複数の静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであり、
前記複数の静電容量型センサのうち測定対象とするものを選択するセンサ選択手段を備え、
前記静電容量測定手段は、選択された静電容量型センサにおける静電容量を測定するものであることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項５】
前記複数の静電容量型センサは、半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術を用いて同一の半導体ウェハ上に一括して形成されたものであり、
前記密閉取付手段は、前記半導体ウェハを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項６】
前記半導体ウェハは、前記可動電極板が形成された面の反対側の面に前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極を備え、
前記静電容量測定手段は、前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極にそれぞれ電気的に接続されるプローブを備えたことを特徴とする請求項５に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項７】
前記静電容量型センサの感度データを出力するコンピュータを備え、
前記コンピュータは、
前記加減圧手段の動作を制御する加減圧制御手段と、
前記加圧容器内の圧力データを前記圧力計から受信する圧力データ受信手段と、
前記センサ選択手段の動作を制御するセンサ選択制御手段と、
選択された静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段とを備えたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項８】
外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定方法であって、
前記可動電極板に対し圧力を加減して前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する工程と、
前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する工程とを含むことを特徴とする静電容量型センサの感度測定方法。
【請求項１】
外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定装置であって、
前記可動電極板に対し圧力を加減する加減圧手段と、
前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する静電容量測定手段と、
前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する感度測定手段とを備えたことを特徴とする静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項２】
前記可動電極板と前記固定電極板との間に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
前記感度測定手段は、前記電圧を印加した状態又は前記電圧を印加しない状態のいずれかで前記静電容量型センサの感度を測定するものであることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項３】
開口部を有する加圧容器と、前記可動電極板を前記加圧容器の内部側に配置して前記静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付ける密閉取付手段と、前記加圧容器内の圧力を測定する圧力計とを備え、
前記加減圧手段は、前記加圧容器内の圧力を加減することによって前記可動電極板に対し圧力を加減するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項４】
前記密閉取付手段は、複数の静電容量型センサを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであり、
前記複数の静電容量型センサのうち測定対象とするものを選択するセンサ選択手段を備え、
前記静電容量測定手段は、選択された静電容量型センサにおける静電容量を測定するものであることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項５】
前記複数の静電容量型センサは、半導体加工技術又はマイクロマシン加工技術を用いて同一の半導体ウェハ上に一括して形成されたものであり、
前記密閉取付手段は、前記半導体ウェハを前記開口部に密閉状態に取り付けるものであることを特徴とする請求項４に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項６】
前記半導体ウェハは、前記可動電極板が形成された面の反対側の面に前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極を備え、
前記静電容量測定手段は、前記可動電極板の電極及び前記固定電極板の電極にそれぞれ電気的に接続されるプローブを備えたことを特徴とする請求項５に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項７】
前記静電容量型センサの感度データを出力するコンピュータを備え、
前記コンピュータは、
前記加減圧手段の動作を制御する加減圧制御手段と、
前記加圧容器内の圧力データを前記圧力計から受信する圧力データ受信手段と、
前記センサ選択手段の動作を制御するセンサ選択制御手段と、
選択された静電容量型センサにおける静電容量のデータを前記静電容量測定手段から受信する静電容量データ受信手段とを備えたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の静電容量型センサの感度測定装置。
【請求項８】
外力に応じて変位する可動電極板と、該可動電極板に対向配置された固定電極板とを備えた静電容量型センサの感度測定方法であって、
前記可動電極板に対し圧力を加減して前記可動電極板と前記固定電極板との間の静電容量を測定する工程と、
前記圧力に対する前記静電容量の変化量から前記静電容量型センサの感度を測定する工程とを含むことを特徴とする静電容量型センサの感度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２６０８８４（Ｐ２００９−２６０８８４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１０２５１（Ｐ２００８−１１０２５１）
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２１日（２００８．４．２１）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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