JP4770605B2 - 平衡出力マイクロホンおよび平衡出力マイクロホンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平衡出力マイクロホンおよび平衡出力マイクロホンの製造方法に関する。

対向電極の一方が他方に対して振動できるように構成し、音波による対向電極の振動に基づいて電気信号を出力するコンデンサマイクロホンが知られている。また、マイクロホンなどの微弱な電気信号を伝達する際にノイズを抑える伝達手法として平衡接続が知られている。さらに、コンデンサマイクロホンによって生成した電気信号を平衡接続によって伝達する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２００４／０２０２３４５号明細書

上述した従来のコンデンサマイクロホンにおいては、外来ノイズに弱いコンデンサマイクロホンにおけるノイズ対策が不充分であった。
すなわち、コンデンサマイクロホンは外来ノイズに弱く、ノイズが混入しやすい部位であるが、上述の特許文献１においては、コンデンサマイクロホンに混入するノイズに対しては何ら対策がなされていない。従って、アンプの前段でノイズが混入した場合には、その後に平衡出力を行ったとしてもそのノイズをキャンセルすることはできない。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、コンデンサマイクロホンにおいて混入したノイズをキャンセルする平衡型の出力を行うことを目的とする。

本発明にかかる平衡出力マイクロホンは、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを備え、ある音波に対して各コンデンサマイクロホンから互いに逆位相の電気信号を出力する。従って、ハイインピーダンスとなっているコンデンサマイクロホンにおいて外来ノイズが混入したとしても、各コンデンサマイクロホンからの電気信号を平衡型の出力として利用することにより、同相成分の外来ノイズをキャンセルすることが可能である。

ここで、第１のコンデンサマイクロホンにおいては音波によって振動する第１のダイヤフラムを備え、第２のコンデンサマイクロホンにおいてはその音波によって振動する第２のダイヤフラムを備え、これらのダイヤフラムの振動に応じた電気信号が互いに逆位相で出力されればよい。従って、音波によって対向電極の距離が互いに逆位相で変動するように構成してもよいし、互いに同位相で変動するように構成して一方の電気信号を逆位相に反転して出力する構成を採用してもよく、種々の構成を採用可能である。

いずれにしても、本発明においては、コンデンサマイクロホンにおける対向電極が形成されるダイヤフラムを少なくとも２つ形成し、それぞれの振動に基づいて逆位相の電気信号を取り出している。このため、コンデンサマイクロホンの出力信号自体にノイズが混入していたとしても、そのノイズをキャンセルすることが可能な平衡型の出力を得ることができる。

なお、第１の電気信号と第２の電気信号とでは、相互に逆位相であることによって一方を反転して加算することで同相のノイズを除去することができればよい。この意味で、逆位相の電気信号としては、厳密に位相が逆になっている信号に限定されることはなく、前記反転した加算によってノイズを除去するとともにノイズ以外の信号を残して利用できる範囲の位相であればよい。

また、本発明においては、平衡型の出力によって同相のノイズをキャンセルすることができればよいので、その効果を大きくするため、できるだけ第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを近づける構成を採用可能である。このための構成例として、同一の基板に第１のコンデンサマイクロホンおよび第２のコンデンサマイクロホンとを形成する構成を採用可能である。

すなわち、微細加工技術によって同一の基板に第１のコンデンサマイクロホンおよび第２のコンデンサマイクロホンを形成すれば、極めて近接した位置に２つのコンデンサマイクロホンを形成することが可能である。この結果、あるノイズがコンデンサマイクロホンに混入したとしても各コンデンサマイクロホンにおけるノイズは極めて同相に近く、容易に平衡出力されるコンデンサマイクロホンを提供することができる。

さらに、より効果的にノイズを抑制するために、同時に堆積した膜によって前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとを形成しても良い。すなわち、微細加工技術によって製造されるコンデンサマイクロホンにおいては、半導体製造プロセスと同様の技術を利用してダイヤフラムやプレート等の構成要素を形成することができ、この製造プロセスにおいては同じ膜から異なるコンデンサマイクロホンの異なる要素を形成することができる。

そこで、同じ膜から前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとを形成すれば、その性質が極めて類似したダイヤフラムを形成することができる。この結果、あるノイズに対する応答が極めて類似することとなり、効果的にノイズを抑制することが可能な平衡出力型のコンデンサマイクロホンを形成することができる。なお、半導体製造プロセスにおいて、特定の膜に特定の形状を形成するためにはマスクが多用されているが、このマスクによれば特定の大きさの形状を極めて正確に制御することができる。従って、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとを同時に堆積した膜で形成するとともにマスクによって大きさを規定することにより、性質が極めて似通った第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとを形成することができる。

さらに、コンデンサマイクロホンにおいて、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとのそれぞれに対応した第１のプレートと第２のプレートとを形成しても良い。このとき、ある音波に対し、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとが逆位相で振動するように構成する。この構成によれば、各コンデンサマイクロホンの出力を逆位相の電気信号として取り出すことができ、容易に平衡出力されるコンデンサマイクロホンを形成することができる。

なお、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとが逆位相で振動するように構成するためには、ある音波によって第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとが振動したときに、一方がプレートに近づき、他方がプレートから遠ざかるように配置すればよい。例えば、第１のコンデンサマイクロホンにおいて第１のプレートをマイクロホンのチップの表面に露出させるとともに第１のダイヤフラムを第１のプレートの内側に形成し、第２のコンデンサマイクロホンにおいて第２のダイヤフラムをマイクロホンのチップの表面に露出させるとともに第２のプレートを第２のダイヤフラムの内側に形成する構成等を採用可能である。

なお、ここでは、抑制対象のノイズが同相で前記第１のコンデンサマイクロホンと前記第２のコンデンサマイクロホンとに入力するように両者の距離を調整することが好ましい。すなわち、本発明にかかる平衡出力マイクロホンは電子機器にて利用されるので、利用対象の電子機器を特定すれば、ノイズの解析、経験的な知見、計測したノイズの統計等に基づいて抑制すべきノイズの典型的な波長を導出することができる。

抑制対象のノイズが特定されれば、その波長を特定することができるので、その波長のノイズが同相で混入する距離に第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを配置すればよい。ここで、ノイズが同相で混入する距離としては、例えば、波長の１／２以下の距離が挙げられるが、むろん、０〜波長の１／２の距離に波長の整数倍を加えた距離であっても良い。

より具体的な例としては、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとの距離を数ｍｍ以下にしたとき、携帯電話にて問題となるノイズはコンデンサマイクロホンに同相で混入する。従って、効果的にノイズを低減するための配置とすることができる。また、ノイズ源から第１のコンデンサマイクロホンまでの距離とノイズ源から第２のコンデンサマイクロホンまでの距離とが近いほど各コンデンサマイクロホンに混入するノイズの強度が類似していることになるので、この意味でもマイク間の距離を数ｍｍ程度にすることが好ましい。

さらに、コンデンサマイクロホンにおいて、静止電極が形成されるプレートが第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムの間に形成されている構成を採用しても良い。すなわち、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとによってプレートを挟むことによって第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを形成しても良い。この構成によれば、極めて微小な空間内に隣接して２つのコンデンサマイクロホンを形成することができるので、各マイクロホンに混入したノイズを効果的にキャンセルすることが可能である。

なお、このとき、プレートに音波を通過させる穴を形成すれば、第１のダイヤフラムが音波によって振動し、その振動に応じて音波がプレートを通過して第２のダイヤフラムを振動させる構成とすることができる。この構成であれば、第１のダイヤフラムがプレートに近づいたときに第２のダイヤフラムがプレートから遠ざかる。従って、ある音波が平衡出力マイクロホンに到達したときに、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとから互いに逆位相の電気信号を取り出すことが可能である。むろん、プレートは第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとで共有されていても良いし、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとのそれぞれに対向する第１のプレートと第２のプレートとを備える構成であっても良い。

さらに、外来ノイズを抑制する構成として電磁シールドを加えても良い。すなわち、平衡出力マイクロホンをチップによって構成し、第１のダイヤフラムを前記チップの表面に露出させ、第２のダイヤフラムとプレートとは第１のダイヤフラムの内側に配置する。この構成において、第１のダイヤフラムをグラウンド配線に対して接続すれば、外来ノイズに弱く、チップの表面に露出している第１のダイヤフラムに対するノイズの混入を効果的に抑えることができる。

さらに、音波を通過させる穴が形成されたプレートを第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとの間に配置する平衡出力マイクロホンを容易に製造する方法として、２つの構造体を張り合わせる方法を採用しても良い。すなわち、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとを個別に形成しておき、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとの少なくとも一方の上方にプレートを形成して２つの構造体を形成すれば、平衡出力マイクロホンの主要な構成要素を個別に製造することができる。

そこで、さらに、前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムと前記プレートとの少なくとも一つの上方にスペーサを形成すれば、前記２つの構造体を張り合わせることによって平衡出力マイクロホンを構成することができる。前記スペーサは、平衡出力マイクロホンを構成したときに、ダイヤフラムとプレートとの間に配置され、ダイヤフラムとプレートとの間の距離を規定することができればよい。従って、前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムと前記プレートとのいずれかに対して形成しても良いし、複数のスペーサを形成してスペーサ同士を合わせながら張り合わせる構成を採用しても良い。

むろん、ここでも、プレートは第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムに共通のプレートであっても良いし、第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとのそれぞれに対応した第１のプレートと第２のプレートとであっても良い。なお、本明細書において、平衡出力マイクロホンのある構造物を他の構造物の上方に形成するというとき、前記ある構造物が前記他の構造物の上方に形成されていればよく、前記他の構造物の直上に形成する構成と中間物を介して形成する構成とを含む。また、請求項に記載された製造方法の各工程の順序は、技術上の阻害要因がない限り、記載順に限定されるものではなく、どのような順番で行われてもよく、また同時に行われてもよい。

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１実施形態の構成：
（２）第１実施形態の製造方法：
（３）第２実施形態の構成：
（４）第２実施形態の製造方法：
（５）第２の実施形態の変形例：
（６）他の実施形態：

（１）第１実施形態の構成：
図１は本発明にかかる平衡出力マイクロホンの第１実施形態を示す模式図であり、平衡出力マイクロホンを構成する膜を断面図によって示すとともにその回路図を示している。本実施形態において、平衡出力マイクロホン１０は、第１のコンデンサマイクロホン２０と第２のコンデンサマイクロホン３０とを備えている。第１のコンデンサマイクロホン２０は、第１のダイヤフラム２１と第１のプレート２２と支持部２３とを備え、第１のダイヤフラム２１と第１のプレート２２とが支持部２３に支持されている。

第１のプレート２２は音波を通過させる複数の穴２２ａを備えており、第１のダイヤフラム２１は、第１のプレート２２の下方に配置されている。従って、前記穴２２ａを通過した音波が第１のダイヤフラム２１に到達したとき、第１のダイヤフラム２１は当該音波によって振動する。また、第１のダイヤフラム２１および第１のプレート２２のそれぞれには互いに対向するように電極が形成されている。従って、両電極はコンデンサとして機能し、第１のダイヤフラム２１の振動によってコンデンサの容量が変化する。

第２のコンデンサマイクロホン３０は、第２のダイヤフラム３１と第２のプレート３２と支持部３３とを備え、第２のダイヤフラム３１と第２のプレート３２とが支持部に支持されている。第２のプレート３２は音波を通過させる複数の穴３２ａを備えており、第２のダイヤフラム３１は、第２のプレート３２の上方に配置されている。従って、音波によって第２のダイヤフラムが振動したときに、その振動によって形成された音波は第２のプレート３２の穴３２ａを通過してその下方の空間に到達する。このため、第２のダイヤフラム３１は、この音波によって振動する。

また、第２のダイヤフラム３１および第２のプレート３２のそれぞれには互いに対向するように電極が形成されている。従って、両電極はコンデンサとして機能し、第２のダイヤフラム３１の振動によってコンデンサの容量が変化する。なお、本明細書における断面図では切断面の奥に現れる線を簡単のため省略している。また、本実施形態においては、プレートがダイヤフラムの振動に対して相対的に固定されており、この意味でダイヤフラムに形成されている電極が振動電極、プレートに形成されている電極が静止電極である。

本実施形態において、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとはともに微細加工技術によって形成され、極めて近くに配置される。また、第１のコンデンサマイクロホン２０においては第１のプレート２２がコンデンサマイクロホンの表面に露出し、第２のコンデンサマイクロホン３０においては第２のダイヤフラム３１がコンデンサマイクロホンの表面に露出している。従って、ある音波に対して第１のダイヤフラム２１が第１のプレート２２から遠ざかったとき、第２のダイヤフラム３１は第２のプレート３２に近づく。すなわち、本実施形態において第１のダイヤフラム２１と第２のダイヤフラム３１との振動は逆位相になる。

本実施形態においては、このような逆位相の振動を利用して平衡出力を行うように回路を構成してある。具体的には、第１のプレート２２と第２のプレート３２とはバイアス電圧Ｖｂを供給する電圧配線に接続されている。一方、第１のダイヤフラム２１には配線４０ａが接続され、この配線４０ａは抵抗４１ａおよびアンプ４２ａに接続されている。抵抗４１ａは配線４０ａの反対側でグラウンド配線に接続されており、本実施形態では、第１のダイヤフラム２１の振動に伴う電荷の移動を抑えるため大きな抵抗（例えば、ＧΩオーダーの抵抗）を使用している。また、本実施形態において、アンプ４２ａはインピーダンス変換を行って配線４０ａの電圧変化を出力する回路である。

さらに、第２のダイヤフラム３１には配線４０ｂが接続され、この配線４０ｂは抵抗４１ｂおよびアンプ４２ｂに接続されている。抵抗４１ｂは配線４０ｂの反対側でグラウンド配線に接続されており、本実施形態では、第２のダイヤフラム３１の振動に伴う電荷の移動を抑えるため大きな抵抗（例えば、ＧΩオーダーの抵抗）を使用している。また、本実施形態において、アンプ４２ｂは上述のアンプ４２ａと同様の回路であり、インピーダンス変換を行って配線４０ｂの電圧変化を出力する。

以上の回路構成において、第１のダイヤフラム２１が振動すると、その振動により第１のダイヤフラム２１と第１のプレート２２との間の距離が変化し、それぞれに形成された振動電極と静止電極との間における静電容量が変化する。上述のように抵抗４１ａの抵抗値は大きいので電流はほとんど抵抗４１ａを流れず、上述の静電容量の変化を配線４０ａの電圧変化（第１の電気信号に相当）として検出することができる。従って、アンプ４２ａは音波による第１のダイヤフラム２１の振動に応じた電気信号を出力する。

また、第２のダイヤフラム３１が振動すると、その振動により第２のダイヤフラム３１と第２のプレート３２との間の距離が変化し、それぞれに形成された振動電極と静止電極との間における静電容量が変化する。上述のように抵抗４１ｂの抵抗値は大きいので電流はほとんど抵抗４１ｂを流れず、上述の静電容量の変化を配線４０ｂの電圧変化（第２の電気信号に相当）として検出することができる。従って、アンプ４２ｂは音波による第２のダイヤフラム３１の振動に応じた電気信号を出力する。

本実施形態において、第１のダイヤフラム２１と第２のダイヤフラム３１とにおける振動は上述のように逆位相であるため、アンプ４２ａとアンプ４２ｂとによって出力される電気信号は逆位相となる。従って、アンプ４２ａの出力信号とアンプ４２ｂの出力信号とを組で利用することにより、コンデンサマイクロホンの出力信号を平衡型の信号として利用することが可能になる。例えば、アンプ４２ｂの出力信号を反転してアンプ４２ａの出力信号に加算することによって、第１のコンデンサマイクロホン２０と第２のコンデンサマイクロホン３０に対して同相で入力されるノイズはキャンセルされ、音波に対応した出力信号を抽出することが可能になる。

（２）第１実施形態の製造方法：
本実施形態において、平衡出力マイクロホン１０を構成する各部は微細加工技術（半導体素子の製造プロセスで使用される各種の製膜技術）によって形成され、第１のダイヤフラム２１と第２のダイヤフラム３１とは同時に堆積された膜によって構成する。以下、図２〜図４を参照して、平衡出力マイクロホン１０を製造する工程をより具体的な構成について説明する。

図２〜図４は、平衡出力マイクロホン１０の製造方法例を示す模式図である。これらの図において、その右側には平衡出力マイクロホン１０を構成するチップとなる部分の上面図を示し、左側には当該上面図のＳ−Ｓ断面図を示している。なお、これらの図の上面図においては、ダイヤフラムやプレートが上面に露出している場合に実線、膜の下に存在している場合に破線で示しており、他の膜については省略して示している。

本実施形態においては、まず、膜を形成するための基部となる基板２３０上に絶縁膜２３１を形成し、絶縁膜２３１上に導電膜を形成する。そして、当該導電膜を、図２Ｂに示すようにパターニングすることによりプレート３２０（上記第２のプレート３２に相当）と電極取り出し部３２１とを形成する。このとき、プレート３２０には、音波を通過させる穴３２０ａを形成しておく。図２〜図４においては、簡単のために穴３２０ａの数を実際より少なく記述しているが、むろん、この穴３２０ａの数は適宜調整可能である。

次に図２Ｃに示すように、絶縁膜２３１およびプレート３２０の上に絶縁膜２３２を形成し、さらに、絶縁膜２３２および絶縁膜２３１の上に導電膜３１０を形成する。そして、当該導電膜３１０を、図３Ｂに実線で示すようにパターニングすることによりダイヤフラム３１１（上記第２のダイヤフラム３１に相当）と電極取り出し部３１２とダイヤフラム２１１（上記第１のダイヤフラム２１に相当）と電極取り出し部２１２とを形成する。すなわち、本実施形態において、ダイヤフラム３１１とダイヤフラム２１１とは、双方とも導電膜３１０から形成されており、同時に堆積した膜によって形成されている。

次に図３Ｃに示すように、絶縁膜２３１，２３２およびダイヤフラム３１１，２１１の上に絶縁膜２３３を形成し、絶縁膜２３３上に導電膜を形成する。そして、当該導電膜を図４Ｂに実線で示すようにパターニングすることによりプレート２２０（上記第１のプレート２２に相当）と電極取り出し部２２１とを形成する。このとき、プレート２２０には、音波を通過させる穴２２０ａを形成しておく。

次に図４Ｃに示すように、基板２３０と絶縁膜２３１，２３２，２３３とをエッチングすることによってダイヤフラム２１１とプレート２２０とを備える第１のコンデンサマイクロホンを構成し、ダイヤフラム３１１とプレート３２０とを備える第２のコンデンサマイクロホンを構成する。以上のようにして構成した各マイクロホンにおいて電極取り出し部３２１，２２１にバイアス電圧配線を接続し、電極取り出し部３１２，２１２に図１に示す配線４０ｂ，４０ａを接続して図１に示す回路を構成することによって平衡出力マイクロホンを構成することができる。

なお、本実施形態においては、図１に示すように各プレートに電圧配線を接続し、各ダイヤフラムに配線４０ａ，４０ｂを接続するため、プレート３２０，２２０の電極取り出し部３２１，２２１は同じ方向（図２〜図４では図の上方）に延びており、ダイヤフラム３１１，２１１の電極取り出し部３１２，２１２も同じ方向（図２〜図４では図の下方）に延びている。この結果、簡易な回路構成とすることができる。また、各電極取り出し部３２１，２２１，３１２，２１２に対して配線を接続するためにこれらの電極取り出し部に対して導電材料による膜を形成する工程は省略しているが、上述の工程内で適宜実施すればよい。

上述のプロセスは、上記ダイヤフラム３１１，２１１を同時に堆積した膜によって構成することができる限りにおいて他にも種々の順序を採用可能であり、その材料やプロセスに関しても特に限定されない。例えば、基板２３０は単結晶シリコン基板等の半導体基板、各絶縁膜は二酸化シリコン等の絶縁材料、各導電膜はポリシリコン等の導電性材料で構成可能あり、各膜はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等による堆積によって形成可能である。

また、パターニングにおいても種々の手法を採用可能であり、例えば、レジストをマスクによって露光してパターンを転写し、不要なレジストを除去した後にエッチングを行う工程を採用可能である。さらに、各膜においては、所望のエッチングを行うことができるように、予め材料や厚さを適宜選択可能である。さらに、上述の構成に付随するいかなる構成をも採用可能である。例えば、気圧変化のような時間に対する変化の小さい圧力変動は検出せず、検出対象の周波数域の音波に対しては音響抵抗が大きくなるように、ダイヤフラム３１１，２１１とその下方の空間とを繋ぐ通路を形成してもよい。

以上の構成において、音波によって振動するダイヤフラム３１１，２１１は同時に堆積された導電膜３１０から形成されている。さらに、本実施形態においては、これらのダイヤフラム３１１，２１１をパターニングする際に、ダイヤフラム３１１，２１１（電極取り出し部３１２，２１２を除く）が同じ大きさ、同じ形状になるように予めマスクを形成しておく。従って、ダイヤフラム３１１，２１１の大きさおよび形状はほぼ同じとなるとともに、その内部の応力などの物理的性質も極めて類似した膜となる。

このため、振動部材としてのダイヤフラム３１１，２１１の性質が極めて類似し、ある音波に対する振動特性およびあるノイズに対する振動特性が同様になる。従って、これらのダイヤフラム３１１，２１１の振動に応じた電気信号により、極めて効果的にノイズを除去し、音波に対応した電気信号を確実に抽出することが可能な平衡出力マイクロホン１０を提供することができる。

さらに、本実施形態においては、微細加工技術によって同一の基板２３０上に２つのコンデンサマイクロホンを形成することができるので、両者の距離（図４ＤのＬ）を極めて短い距離にすることができる。従って、両者に混入するノイズが同様のノイズになり、この意味でも極めて効果の高い平衡出力マイクロホン１０を提供することができる。なお、両者の距離としては、平衡出力マイクロホン１０が実装される電子機器内において典型的なノイズを特定し、そのノイズが平衡出力マイクロホン１０に混入する場合に同相で混入するように調整することが好ましい。

（３）第２実施形態の構成：
図５は本発明にかかる平衡出力マイクロホンの第２実施形態を示す模式図であり、平衡出力マイクロホンを構成する膜を断面図によって示すとともにその回路図を示している。本実施形態において、平衡出力マイクロホン５０は、第１のコンデンサマイクロホン６０と第２のコンデンサマイクロホン７０とを備えている。

第１のコンデンサマイクロホン６０は、第１のダイヤフラム６１とプレート６２と支持部６３と有しており、第１のダイヤフラム６１とプレート６２とが支持部に支持されている。第２のコンデンサマイクロホン７０は、第２のダイヤフラム７１とプレート６２と支持部６３と有しており、第２のダイヤフラム７１とプレート６２とが支持部に支持されている。すなわち、第１のコンデンサマイクロホン６０と第２のコンデンサマイクロホン７０とで、プレート６２および支持部６３は共有である。

プレート６２は音波を通過させる複数の穴６２ａを備えており、第１のダイヤフラム６１は、プレート６２の上方に配置されている。また、第２のダイヤフラム７１はプレート６２の下方に配置されている。従って、第１のダイヤフラム６１が音波によって振動したとき、第１のダイヤフラム６１の下方に発生する音波は穴６２ａを通過して第２のダイヤフラム７１に到達し、第２のダイヤフラム７１が振動する。

ここで、ある音波に対して第１のダイヤフラム６１がプレート６２に近づいたとき、第２のダイヤフラム７１はプレート６２から遠ざかる。すなわち、本実施形態において第１のダイヤフラム６１と第２のダイヤフラム７１との振動は逆位相になる。

本実施形態においても、第１のダイヤフラム６１とプレート６２には互いに対向するように電極が形成され、第２のダイヤフラム７１とプレート６２には互いに対向するように電極が形成されている。従って、両電極はコンデンサとして機能し、第１のダイヤフラム６１および第２のダイヤフラム７１の振動によってコンデンサの容量が変化する。

平衡出力マイクロホン５０においては、上述のような逆位相の振動を利用してコンデンサの出力信号を平衡出力とするように回路を構成してある。具体的には、プレート６２には配線８０ａが接続され、この配線８０ａは抵抗８１ａおよびアンプ８２ａに接続されている。抵抗８１ａは配線８０ａの反対側でバイアス電圧Ｖｂを供給する電圧配線に接続されている。また、第１のダイヤフラム６１には、グラウンド配線が接続されている。

一方、第２のダイヤフラム７１には配線８０ｂが接続され、この配線８０ｂは抵抗８１ｂおよびアンプ８２ｂに接続されている。抵抗８１ｂは配線８０ｂの反対側でグラウンド配線に接続されている。本実施形態においても、抵抗８１ａ，８１ｂの抵抗値は大きく（例えば、ＧΩオーダーの抵抗）、第１のダイヤフラム６１および第２のダイヤフラム７１の振動に伴う電荷の移動を抑えるようになっている。また、アンプ８２ａ，８２ｂは同様の回路であり、インピーダンス変換を行って配線８０ａ，８０ｂのそれぞれにおける電圧変化を出力する。

従って、音波によって第１のダイヤフラム６１と第２のダイヤフラム７１とが逆位相で振動すると、第１のダイヤフラム６１とプレート６２との間の静電容量の変化に応じた電気信号がアンプ８２ａから出力され、第２のダイヤフラム７１とプレート６２との間の静電容量の変化に応じた電気信号であって、アンプ８２ａの出力信号と逆相の信号がアンプ８２ｂから出力される。この結果、コンデンサマイクロホンの出力信号を平衡型の信号として利用することが可能になる。

なお、本実施形態において、平衡出力マイクロホン５０の支持部６３は、実装対象（パッケージや実装基板等）のグラウンド配線上に絶縁材（ダイボンド材等）を介して接続されている。また、第１のダイヤフラム６１は上述のようにグラウンド配線に接続されている。従って、平衡出力マイクロホン５０の表面に露出している第１のダイヤフラム６１はグラウンド配線に接続され、第２のダイヤフラム７１やプレート６２はコンデンサマイクロホンを構成するチップの内部に存在している。

このため、平衡出力マイクロホン５０には電磁シールドが施されていることとなり、外来ノイズの混入を防止することができ、上述のように平衡型の出力を行う構成との組み合わせにより、極めて外来ノイズの影響を受けにくいコンデンサマイクロホンを提供することができる。また、図５においては、プレート６２を第１のダイヤフラム６１と第２のダイヤフラム７１とで共有する構成を説明したが、むろん、第１のダイヤフラム６１と第２のダイヤフラム７１とのそれぞれに対応したプレートを第１のダイヤフラム６１の内側に形成しても良い。

（４）第２実施形態の製造方法：
本実施形態において、平衡出力マイクロホン５０を構成する各部は微細加工技術によって形成され、以下、図６〜図１０を参照して、平衡出力マイクロホン５０を製造する工程をより具体的な構成について説明する。

図６〜図１０は、平衡出力マイクロホン５０の製造方法例を示す模式図である。図６〜図９において、その右側には平衡出力マイクロホン５０を構成する構成要素の上面図を示し、左側には当該上面図のＳ−Ｓ断面図を示している。なお、これらの図の上面図においては、ダイヤフラムやプレートが上面に露出している場合に実線、膜の下に存在している場合に破線で示しており、他の膜については省略して示している。

本実施形態においては、まず、膜を形成するための基部となる基板６３０上に絶縁膜６３１を形成し、絶縁膜６３１上に導電膜を形成する。そして、当該導電膜を、図６Ｂに示すようにパターニングすることによりダイヤフラム７１０（上記第２のダイヤフラム７１に相当）と電極取り出し部７１１とを形成する。

次に図６Ｃに示すように、絶縁膜６３１およびダイヤフラム７１０の上に絶縁膜６３２を形成し、さらに、絶縁膜６３２の上に導電膜６２０を形成する。本実施形態においては、個別に形成した膜を張り合わせることによって平衡出力マイクロホン５０を形成する製造方法を採用しており、緩衝膜を介して貼り合わせを行う。このため、絶縁膜をパターニングし、図７Ａ，図７Ｂに示すように、緩衝膜６２１を形成する。

そして、導電膜６２０を、図７Ｄに示すようにパターニングすることによりプレート６２２（上記プレート６２に相当）と電極取り出し部６２３と電極取り出し部６２４とを形成する。なお、電極取り出し部６２４は後述する貼り合わせを行った後にダイヤフラム６１０に対する導通を確保するための電極取り出し部である。このとき、プレート６２２には、音波を通過させる穴６２０ａを形成しておく。図７，図８においては、簡単のために穴７２０ａの数を実際より少なく記述しているが、むろん、この穴７２０ａの数は適宜調整可能である。

次に、絶縁膜６３２をパターニングして、図８Ａ，図８Ｂに示すように電極取り出し部７１１，６２４，６２３上にアルミ等で電極７１１ａ，６２３ａ，６２４ａ，６２４ｂを形成する。そして、図８Ｃに示すように、基板６３０と絶縁膜６３１，６３２とをエッチングすることによってダイヤフラム７１０とプレート６２２とを備える第２のコンデンサマイクロホンを構成する。

一方、本実施形態において、第１のコンデンサマイクロホンの一部を構成する構造体を、第２のコンデンサマイクロホンと別に形成しておく。ここで、第２のコンデンサマイクロホンと共通のプロセスで形成可能な部材ついては共通のプロセスで作成することが好ましく、例えば、図９に示すように、基板６３０上に第１のコンデンサマイクロホンにおける構造を作成し、共通のウエハ上に第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを作成しても良い。

すなわち、図９Ａに示すように基板６３０上に絶縁膜６３１を形成し、絶縁膜６３１上に導電膜を形成する。そして、当該導電膜を、図９Ｂに示すようにパターニングすることによりダイヤフラム６１０（上記第１のダイヤフラム６１に相当）と電極取り出し部６１１とを形成する。このダイヤフラム６１０は、ダイヤフラム７１０と類似の特性にするために、前記ダイヤフラム７１０を形成する際の導電膜と同時に堆積させた導電膜から形成される。むろん、このとき、マスクの形状を調整して、ダイヤフラム７１０の大きさおよび形状（円形の形状）を共通の形状とすることにより、ダイヤフラム６１０，７１０の特性を極めて類似した特性にすることができる。

次に、上述の緩衝膜６２１に合わせて貼り合わせを行うため、絶縁膜をパターニングし、図９Ｃ，図９Ｄに示すように、緩衝膜６２５を形成し、さらに、基板６３０と絶縁膜６３１とをエッチングすることによってダイヤフラム６１０を備える構造体（第１のコンデンサマイクロホンの一部）を形成する。

以上のように、図８Ｃ，８Ｄに示す構造体と図９Ｃ，９Ｄに示す構造体とを形成したら、基板６３０を切断して２つの構造体に分け、両者を張り合わせることによって図１０に示すように平衡出力マイクロホン５０を構成する。すなわち、緩衝膜６２１と緩衝膜６２５とを合わせ、電極６２４ａと電極取り出し部６１１とを合わせながら両者を張り合わせる。なお、この貼り合わせのために位置決め用の金属膜を形成しても良い。例えば、図８Ｄに示す絶縁膜６３２の上面において、その外周の特定の位置に金属膜を形成し、図９Ｄに示す絶縁膜６３１の上面において、前記絶縁膜６３２上の金属膜に対応した位置に金属膜を形成しておく。この構成によれば、２つの構造体を張り合わせる際に張り合わせ面と平行な方向からカメラ等で撮影することによって金属膜を認識することが可能である。そこで、当該金属膜同士が合うように位置決めして半田等によって接続することで正確に貼り合わせを行うことが可能になる。

実装に際しては、図１０に示すように平衡出力マイクロホン５０をポッティング剤８０１にて封止する。また、電極７１１ａと電極６３２ａと図示しない電極６２４ｂとに対してワイヤ８００を接続し、電極７１１ａには上記図５に示す配線８０ｂ、電極６３２ａには上記図５に示す配線８０ａ、図示しない電極６２４ｂにはグラウンド配線が接続されるように回路を構成する。さらに、平衡出力マイクロホン５０は、実装対象に形成されたグラウンド配線Ｇ上に絶縁材を介して接続する。

以上の構成によれば、平衡出力マイクロホン５０自体が導電性のあるグラウンド配線に実装され、さらに、平衡出力マイクロホン５０の表面に露出するダイヤフラム６１０がグラウンド配線に接続されているので、平衡出力マイクロホン５０には電磁シールドが施されていることになる。従って、平衡出力マイクロホン５０に対するノイズの混入を抑えることができる。

なお、上述のプロセスとしても種々の順序を採用可能であり、その材料やプロセスに関しても特に限定されない。例えば、基板６３０は単結晶シリコン基板等の半導体基板、各絶縁膜は二酸化シリコン等の絶縁材料、各導電膜はポリシリコン等の導電性材料で構成可能あり、各膜はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等による堆積によって形成可能である。また、パターニングにおいても種々の手法を採用可能である。

さらに、各膜においては、所望のエッチングを行うことができるように、予め材料や厚さを適宜選択可能である。さらに、上記平衡出力マイクロホン５０においては、気圧変化のような時間に対する変化の小さい圧力変動は検出せず、検出対象の周波数域の音波に対しては音響抵抗が大きくなるように、図１０に示す音響通路Ｃを形成しているが、むろん他の構成によって音響通路を確保しても良い。

なお、本実施形態においては、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを形成し、その間でプレート６２２を共有しているので、第１のコンデンサマイクロホンが形成された基板６３０と同一の基板に対して第２のコンデンサマイクロホンが形成されていると言える。また、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとを形成し、その間でプレート６２２を共有することにより、両者の距離が極めて近くなる。従って、両者に混入するノイズが同様のノイズになり、極めて効果の高い平衡出力マイクロホン５０を提供することができる。また、上述の緩衝膜６２１、６２５は、張り合わせ対象となる２つの膜（本実施形態ではプレート６２２とダイヤフラム６１０）のスペーサとして機能すればよく、２つの膜のいずれかに形成されていても良いし、その位置や数も上述の例に限定されない。

（５）第２の実施形態の変形例：
上記第２の実施形態においては、ダイヤフラム６１０，７１０でプレート６２２を共有していたが、むろん、それぞれのダイヤフラムに対応したプレートを構成してもよい。この構成によれば、ほぼ同じ２つの構造体を形成することによって平衡出力マイクロホンを構成することが可能になり、その作成工程が極めて単純になる。

例えば、上述の第２の実施形態におけるダイヤフラム７１０とプレート６２２とを含む図８Ｃに示すような構造体を２カ所で同時に形成する。図１１は、これらの２つの構造体を張り合わせた後の実装状態を示す断面図である。図１１においては、２つのコンデンサマイクロホンにおいて、図６〜図８に示す構成と同様の構成を同じ符号で示している。この構成においては、図６〜図８に示す工程と同様の工程を２カ所で行い、図８Ｃ，８Ｄと同様の構造体を２つ形成し、張り合わせる。なお、電極取り出し部の位置、形状や緩衝膜の大きさは適宜調整可能である。

以上のような張り合わせの後、各電極に対してワイヤ８００を接続し、平衡出力マイクロホンをポッティング剤８０１にて封止して、図５に示す回路と同様の回路を構成する。なお、図１１にて向かい合う２つのプレート６２２は共通の配線となるように電極取り出し部および電極を構成し、図５に示す配線８０ａに接続する。以上の構成においても、電磁シールドによってノイズの混入が少ない平衡出力マイクロホンを提供することができる。

また、上記２つの構造体は、共通の基板６３０上にほぼ同様のプロセスで形成可能であり、ダイヤフラム６１０，７１０を同時に堆積した膜によって構成することができる。また、マスクの形状によってダイヤフラム６１０，７１０の大きさおよび形状を正確に制御することができる。従って、ダイヤフラム６１０，７１０の特性を極めて類似した特性にすることができる。

（６）他の実施形態：
本発明においては、第１のコンデンサマイクロホンと第２のコンデンサマイクロホンとによって逆位相の電気信号を出力することができればよく、上述の実施形態以外にも種々の構成を採用可能である。例えば、上述の実施形態においては、平衡出力マイクロホンが第１のコンデンサマイクロホンを一つ備え、第２のコンデンサマイクロホンを一つ備える構成を説明したが、むろん、平衡出力マイクロホンにおいては、逆位相の電気信号を出力する少なくとも２つのコンデンサマイクロホンを備えていればよい。

従って、平衡出力マイクロホンが第１のコンデンサマイクロホンを二つ備え、第２のコンデンサマイクロホンを二つ備えてもよいし、それ以上の個数のマイクロホンを備えていても良い。また、逆位相の信号出力によってノイズをキャンセルできるように構成する限り、コンデンサマイクロホンの合計が奇数個であってもよい。

さらに、上述の音波は広義の音波であり、可聴域周波数の音に限定されず、可聴域周波数以上の音（狭義の超音波）、可聴域周波数以下の音（狭義の超低周波音）であってもよい。すなわち、本発明にかかる平衡出力マイクロホンは、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換できる限りにおいて所望の周波数帯域の振動を検出する素子として利用可能である。さらに、上述の実施形態において、各膜や基板の大きさ、形状は上述の物に限定されず、例えば、ダイヤフラムやプレート等を矩形にて構成するなど、種々の変形を行うことが可能である。

平衡出力マイクロホンの第１実施形態を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの第２実施形態を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの製造工程を示す模式図である。 平衡出力マイクロホンの変形例を示す模式図である。

符号の説明

１０…平衡出力マイクロホン、２０…第１のコンデンサマイクロホン、２１…第１のダイヤフラム、２２…第１のプレート、２２ａ…穴、２３…支持部、３０…第２のコンデンサマイクロホン、３１…第２のダイヤフラム、３２…プレート、３２ａ…穴、３３…支持部、４０ａ，４０ｂ…配線、４１ａ，４１ｂ…抵抗、４２ａ，４２ｂ…アンプ

Claims (7)

1. 振動電極を備えるとともに可聴域周波数の音波によって振動する第１のダイヤフラムと、静止電極を備えるとともに前記第１のダイヤフラムに対して相対的に固定された第１のプレートとを備え、前記第１のダイヤフラムの振動に応じた第１の電気信号を出力する微細加工技術によって形成された第１のコンデンサマイクロホンと、
   振動電極を備えるとともに前記可聴域周波数の音波によって前記第１のダイヤフラムと逆位相で振動する第２のダイヤフラムと、静止電極を備えるとともに前記第２のダイヤフラムに対して相対的に固定された第２のプレートとを備え、前記第２のダイヤフラムの振動に応じた電気信号であって前記第１の電気信号と逆位相の第２の電気信号を出力する前記第１のコンデンサマイクロホンとの距離が数ｍｍ以下の位置に微細加工技術によって形成された第２のコンデンサマイクロホンとを備え、
   前記第１の電気信号と前記第２の電気信号との一方が反転されて加算される、
   平衡出力マイクロホン。
2. 前記第１のコンデンサマイクロホンと前記第２のコンデンサマイクロホンとは、同一の基板に形成されている、
   請求項１に記載の平衡出力マイクロホン。
3. 前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとは、同時に堆積した膜によって形成される、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の平衡出力マイクロホン。
4. 前記第１のコンデンサマイクロホンと前記第２のコンデンサマイクロホンとの距離は、抑制対象のノイズが同相で前記第１のコンデンサマイクロホンと前記第２のコンデンサマイクロホンとに入力する距離である、
   請求項４に記載の平衡出力マイクロホン。
5. 可聴域周波数の音波による第１のダイヤフラムの振動に応じた第１の電気信号を出力する微細加工技術によって形成された第１のコンデンサマイクロホンと、
   前記可聴域周波数の音波によって前記第１のダイヤフラムと逆位相で振動する第２のダイヤフラムの振動に応じた電気信号であって前記第１の電気信号と逆位相の第２の電気信号を出力する前記第１のコンデンサマイクロホンとの距離が数ｍｍ以下の位置に微細加工技術によって形成された第２のコンデンサマイクロホンとを備え、
   前記第１のコンデンサマイクロホンと前記第２のコンデンサマイクロホンとは、静止電極が形成されているとともに前記可聴域周波数の音波を通過させる穴が形成されたプレートを備え、
   前記プレートは、振動電極を備えた前記第１のダイヤフラムと振動電極を備えた前記第２のダイヤフラムとの間に形成されており、
   前記第１の電気信号と前記第２の電気信号との一方が反転されて加算される、
   平衡出力マイクロホン。
6. 前記第１のダイヤフラムは前記平衡出力マイクロホンを構成するチップの表面に露出し、前記第２のダイヤフラムと前記プレートとは前記チップの内部において前記第１のダイヤフラムの内側に配置されており、
   前記第１のダイヤフラムはグラウンド配線に対して接続されている、
   請求項５に記載の平衡出力マイクロホン。
7. 前記第１のダイヤフラムを形成し、
   前記第２のダイヤフラムを形成し、
   前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとの少なくとも一方の上方に前記プレートを形成し、
   前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムと前記プレートとの少なくとも一つの上方にスペーサを形成し、
   前記第１のダイヤフラムを含む構造体と前記第２のダイヤフラムを含む構造体とを、前記スペーサを介して張り合わせる、
   ことを含む請求項５または請求項６のいずれかに記載の平衡出力マイクロホンの製造方法。

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