(57)【要約】      （修正有）【課題】ミュート現象を起こしにくく、また振動電極板（ダイアフラム）が基板にスティックしにくい音響トランスデューサを提供する。【解決手段】シリコン基板３２には上下に貫通するチャンバ３５が開口されている。シリコン基板３２の上面にはダイアフラム３３が配設され、ダイアフラム３３はチャンバ３５の上面の開口３８を覆っている。ダイアフラム３３の上方にはドーム状をした保護膜が固定され、保護膜の下面にはダイアフラム３３と対向するようにして固定電極板が設けられる。ダイアフラム３３の外縁部は、空隙（ベントホール３７）を介してシリコン基板３２の表面と対向する。ダイアフラム３３の外縁部の下面には複数の突起４２が突出しており、突起４２のうち少なくとも一部の複数の突起４２は、前記開口３８の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並ばないように配列されている。【選択図】図１４
2014060476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に開口を有する基板と、
前記基板の表面に配設されて前記開口を覆う振動電極板と、
前記振動電極板と対向する固定電極板と、
を備えた静電容量型の音響トランスデューサにおいて、
前記振動電極板の外縁部は空隙を介して前記基板の表面と対向し、
前記外縁部の下面に複数の突起が突出していて、前記外縁部の下面に前記突起からなる１又は２以上の配列が形成され、
前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないことを特徴とする音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記開口の端縁から測った各突起までの距離が一定でないことを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記開口の端縁から最も近くに位置する前記突起と前記開口の端縁から最も遠くに位置する前記突起との間に１又は２以上の前記突起が存在していることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
同一の配列において隣合う２つの前記突起は、少なくとも一方の前記突起が、他方の前記突起から見て前記振動電極板に設けられたすべての突起のうちで最短距離に位置する突起であることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記振動電極板の下面のうち前記開口に対向する領域にも突起が突出していることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
前記突起からなる複数の前記配列を有し、
前記開口の端縁に最も近い配列を構成する前記突起は、前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでおらず、
前記開口の端縁に最も近い配列以外の配列を構成する前記突起は、前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項７】
前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列は、一部の前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでおらず、かつ、残りの前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項８】
前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記突起がジグザグに蛇行して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項９】
前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記突起が、前記開口の端縁に対して傾いた方向に延びた直線に沿って並んでいることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１０】
前記基板の前記開口が矩形状又は多角形状であって、
前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁である前記矩形状又は多角形状の辺と平行な直線に沿って並んでいないことを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１１】
前記基板の前記開口が円形状であって、
前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁である前記円形状の円周と平行な円弧に沿って並んでいないことを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１２】
前記開口の端縁と前記振動電極板の端縁との距離が、前記開口の端縁に沿って一定であることを特徴とする、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項１３】
表面に開口を有する基板と、
前記基板の表面に配設されて前記開口を覆う振動電極板と、
前記振動電極板と対向する固定電極板と、
を備えた静電容量型の音響トランスデューサにおいて、
前記振動電極板の外縁部は空隙を介して前記基板の表面と対向し、
前記基板の表面の、前記振動電極膜の外縁部と対向する領域に複数の突起が突出していて、前記基板の表面に前記突起からなる１又は２以上の配列が形成され、
前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないことを特徴とする音響トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響トランスデューサに関する。具体的には、本発明は、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される音響センサ（マイクロフォン）やスピーカーなどの小型の音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な静電容量型の音響センサ１１を示す概略断面図である。音響センサ１１は、間隙を隔てて対向したダイアフラム１５（振動電極板）と固定電極板１９をシリコン基板１２の上面に配設したものである。シリコン基板１２には上下に貫通したチャンバ１３（空洞）が設けられており、シリコン基板１２の上面におけるチャンバ１３の開口１４はダイアフラム１５によって覆われている。ダイアフラム１５の外縁部は、狭い空隙を挟んでシリコン基板１２の上面と対向している。この空隙は、ダイアフラム１５の上面側と下面側とを連通させるためのベントホール１６となっている。シリコン基板１２の上面に設けられた絶縁性の保護膜１８は、ダイアフラム１５の全体を覆っている。保護膜１８の下面には、ダイアフラム１５と対向させるようにして固定電極板１９が設けられている。そして、ダイアフラム１５が音響振動によって振動すると、ダイアフラム１５と固定電極板１９との間の静電容量値が変化し、音響振動が電気信号に変換される。
【０００３】
図１のような静電容量型の音響センサ１１では、ダイアフラム１５が固定電極板１９にスティックして離れなくなるのを防止するため、保護膜１８に設けたストッパ２０を固定電極板１９から突出させている。ストッパ２０を設けてあれば、ダイアフラム１５が大きく変位したときにはまずストッパ２０に当たり、ダイアフラム１５が固定電極板１９に接触してスティックするのを防止できるからである。
【０００４】
さらに、近年においては、ダイアフラム１５が大きく変位したとき、ダイアフラム１５がシリコン基板１２に押し付けられてミュート（Mute）現象を起こしたり、シリコン基板１２の上面にスティックして離れなくなる現象も問題とされるようになってきた。そのため、ダイアフラム１５の外縁部の下面にも突起１７を設けたものが報告されている。この突起１７も上記ストッパ２０と同様な作用効果を目的としたものである。ダイアフラムの下面に、このような突起を設けた音響センサとしては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。
【０００５】
なお、スティックとは、ダイアフラムが固定電極板や基板上面などにくっついて離れなくなる現象であって、ダイアフラムが大きく変位して固定電極板や基板に衝突することによって生じるほか、音響センサの製造工程においてダイアフラムと固定電極板または基板上面との間に浸入した水分の表面張力によって生じる場合もある。
【０００６】
図２は、上記音響センサ１１から保護膜１８及び固定電極板１９を除いた状態の概略平面図であって、ダイアフラム１５の下面に設けられた突起１７の配置を表している（突起はダイアフラムの下面に設けられているので、平面図では突起は見えない筈であるが、便宜上突起を実線で表している。以下同様）。また、図３（Ａ）は図２のＫ１部を拡大した平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＫ２−Ｋ２線断面図（断面図では、切断面の向こうに見える構造も表している。以下同様）である。ダイアフラム１５は、四隅から対角方向へ向けて梁部２１を延出されており、各梁部２１はシリコン基板１２の上面に設けたアンカー（図示せず）の上に固定されている。梁部２１を除けばダイアフラム１５は開口１４とほぼ相似な形状を有しており、ダイアフラム１５の下面のうちシリコン基板１２の上面（開口１４の周囲の領域）と重なりあった領域（以下、この領域をダイアフラム１５の外縁部という。）は、ほぼ均一な幅を有している。
【０００７】
ダイアフラム１５の外縁部の下面には、ほぼ均一に突起１７が分布している。図３（Ａ）に示すように、各突起１７は、開口１４の端縁１４Ａと平行に複数列に並んでいる。すなわち、各突起１７は、ダイアフラム１５の外縁部の各辺において、開口１４の端縁１４Ａ（外周）と平行な直線ａに沿って適宜間隔で配列されている。図示例では、突起１７は３列に並んでいる。
【０００８】
上記突起１７の働きは、ダイアフラム１５が大きく変形したときにシリコン基板１２の上面に当接することでダイアフラム１５がシリコン基板１２の上面に触れてスティックすることを防止するものである。しかし、突起１７の配置密度（数密度）が大きくなると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）では、突起１７を４列に増やしている。）、突起１７とシリコン基板１２との接触面の合計面積が増大する。そのため、ダイアフラム１５が上方へ弾性復帰する力よりも突起１７とシリコン基板１２の接着力の方が大きくなり、突起１７自体がシリコン基板１２にスティックするという不具合を生じる。
【０００９】
このように突起１７の配置密度（あるいは本数）が制約されるので、開口１４の端縁１４Ａから最も近くの突起１７までの距離Ｌedgeも長くなりやすい。この距離Ｌedgeが長い場合には、ミュート現象が起きる恐れがある。ミュート現象とは、音響センサ１１が音を拾わなくなる（すなわち、音響振動を検知しなくなる）ものである。たとえば、パッケージ２３内に音響センサ１１と処理回路２４を納めた図６のようなマイクロフォンモジュール２２において、音導入孔２６からマイクロフォンモジュール２２内に強く息を吹きかけた場合を考える。音導入孔２６に吹きかけられた息は、音響センサ１１のチャンバ１３（フロントチャンバ）を通ってパッケージ内空間２５（バックチャンバ）へ流れるので、強く息を吹きかけられた直後にはパッケージ内空間２５の圧力が瞬間的に上昇する。図６におけるドット柄の部分は、圧力の高い領域を示す。一方、音響センサ１１のチャンバ１３内は速やかに大気圧に戻る。そのため、図５に示すように、パッケージ内空間２５の圧力によってダイアフラム１５が基板側へ強く押し付けられ、チャンバ１３の開口１４がダイアフラム１５で塞がれてしまい、パッケージ内空間２５が大気圧に戻るまでは音を拾わなくなる。このようにしてミュート現象が起きる。
【００１０】
開口１４の付近では、ダイアフラム１５は端の突起１７で支持された片持ち梁であるとみなすと、片持ち梁の変位（開口１４の端縁１４Ａにおけるダイアフラム１５の変位）はＬedge３に比例する。よって、上記のようなミュート現象を起こしにくくするためには、開口１４の端縁１４Ａから最も近くの突起１７までの距離Ｌedgeをできるだけ短くする必要がある。距離Ｌedgeを短くするためには、図７（Ａ）に示すように、突起１７の全体を開口１４の端縁側へそのまま平行移動させればよい。しかし、この方法では、ダイアフラム１５の端縁１５Ａから最も近くの突起１７までの距離Ｌouterが長くなるので、図７（Ｂ）に示すようにダイアフラム１５の端縁１５Ａの近傍がシリコン基板１２にスティックしやすくなる。
【００１１】
また、ミュート現象やダイアフラム１５の端縁１５Ａ近傍のスティックを防止するためには、図８（Ａ）に示すように、開口１４の端縁１４Ａに近い列の突起１７を開口１４の端縁側へ平行移動させるとともに、ダイアフラム１５の端縁１５Ａに近い列の突起１７をダイアフラム１５の端縁側へ平行移動させることが考えられる。しかし、この場合には、突起１７の列間の間隔Ｌintが広くなるので、図８（Ｂ）に示すように、突起１７の列間に位置する部分が撓んでシリコン基板１２の上面にスティックするリスクが高まる。
【００１２】
なお、突起１７の列間の間隔をそのままにして、ダイアフラム１５の外縁部の幅Ｗ（ベントホール１６の長さ）を短くすることも考えられる。ダイアフラム１５の外縁部の幅Ｗを短くすれば、距離ＬedgeとＬouterの双方を短くすることができる。しかし、この場合にはダイアフラム１５の幅Ｗ（ベントホール１６の長さ）が短くなるので、ベントホール１６における音響抵抗が小さくなり、低音域における感度が低下し、音響センサの周波特性が低下する。
【００１３】
また、ミュート現象を防ぐ別な方法としては、図９（Ａ）に示すように、突起１７の高さを高くすることも考えられる。ダイアフラム１５が開口１４を塞ぐためには、少なくとも突起１７の高さに相当する変形が必要となるので、突起１７の高さが高くなればミュート現象は起きにくくなる。しかし、突起１７の高さを高くすると、突起１７の下面とシリコン基板１２の上面との距離ｄが短くなるので、突起１７がシリコン基板１２にスティックしやすくなる。
【００１４】
さらに、図９（Ｂ）に示すように、突起１７の高さを高くし、かつ、突起１７の下面とシリコン基板１２の上面との距離も大きくした場合には、ダイアフラム１５の下面とシリコン基板１２の上面との距離（ベントホール１６の高さ）Ｈが大きくなる。そのため、ベントホール１６における音響抵抗が小さくなり、低音域における感度が低下し、音響センサの周波特性が低下するという不具合が生じる。
【００１５】
また、突起１７は、ダイアフラム１５の外縁部に一様に配置される。突起１７の配置が不均一で密度にムラがあると、前記のような基板へのスティックが起こりやすくなるからである。一方、ノイズ設計の観点からは、ダイアフラム１５の外縁部の幅Ｗは一定であることが望ましい。したがって、ダイアフラム１５と開口１４はほぼ相似形状であることが要求される。たとえば、開口１４が円形である場合には、図１０（Ａ）のようにダイアフラム１５も円形であることが望ましい。
【００１６】
図１０（Ａ）は、チャンバの開口１４が円形となったシリコン基板１２の上に、円形のダイアフラム１５を設けた従来例の音響センサを示す。また、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＫ３部を拡大した平面図である。このような従来例では、開口１４の端縁１４Ａ及びダイアフラム１５の端縁１５Ａに平行な円弧ｂ（同心円）に沿って突起１７が設けられている。突起１７の配置密度をダイアフラム１５の外縁部全体にわたって均一にするために、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）のように開口１４の端縁１４Ａと平行な（同心円状の）円弧ｂに沿って突起１７を設けるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第２００２／０１５６３６号（ＷＯ２００２／０１５６３６Ａ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的とするところは、ミュート現象を起こしにくく、また振動電極板（ダイアフラム）が基板にスティックしにくい音響トランスデューサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る第１の音響トランスデューサは、表面に開口を有する基板と、前記基板の表面に配設されて前記開口を覆う振動電極板と、前記振動電極板と対向する固定電極板とを備えた静電容量型の音響トランスデューサにおいて、前記振動電極板の外縁部は空隙を介して前記基板の表面と対向し、前記外縁部の下面に複数の突起が突出していて、前記外縁部の下面に前記突起からなる１又は２以上の配列が形成され、前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないことを特徴とする。ここで、突起からなる配列とは、最短の距離に位置する突起どうしを線分で順次結んでいったとき、最短距離の線分で連続的に結ばれた１群の突起をいう。また、配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないとは、振動電極板の表面に垂直な方向から見て、開口の端縁から開口の端縁に直交する方向に測った各突起までの距離が、いずれかの突起が他の突起と異なっていることをいう。これに対し、配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいるとは、振動電極板の表面に垂直な方向から見て、開口の端縁に直交する方向に測った開口の端縁から各突起までの距離が、いずれの突起についても同じ距離であることをいう。
【００２０】
本発明に係る第１の音響トランスデューサにあっては、１又は２以上の配列のうち少なくとも一部の配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない。すなわち、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記開口の端縁から測った各突起までの距離が一定でない。よって、突起の数や密度を増加させることなく開口の端縁から最も近くに位置する突起までの距離や振動電極板の端縁から最も近くに位置する突起までの距離を短くすることが可能になる。よって、ミュート現象の発生を抑制でき、また振動電極板の端縁のスティックを防止することができる。さらに、このような構造によれば、音響トランスデューサの音響抵抗を低下させることもない。
【００２１】
また、上記のように突起からなる配列とは、最短の距離に位置する突起どうしを線分で順次結んでいったとき、最短距離の線分で連続的に結ばれた１群の突起をいう。したがって、同一の配列において隣合う２つの前記突起は、少なくとも一方の前記突起が、他方の前記突起から見て前記振動電極板に設けられたすべての突起のうちで最短距離に位置する突起となる。
【００２２】
本発明に係る第１の音響トランスデューサのある実施態様は、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記開口の端縁から最も近くに位置する前記突起と前記開口の端縁から最も遠くに位置する前記突起との間に１又は２以上の前記突起が存在していることを特徴とする。かかる実施態様によれば、突起が２列に分離したようになるのを防止でき、突起間の間隔が大きくなるのを防ぐことができる。その結果、突起間で振動電極板が基板にスティックしにくくなる。
【００２３】
本発明に係る第１の音響トランスデューサの別な実施態様は、前記振動電極板の下面のうち前記開口に対向する領域にも突起が突出していることを特徴とする。かかる実施態様によれば、基板に開口をあけるプロセスのばらつきによってミュート現象が発生しやすくなるのを防止することができる。
【００２４】
本発明に係る第１の音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、前記突起からなる複数の前記配列を有し、前記開口の端縁に最も近い配列を構成する前記突起は、前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでおらず、前記開口の端縁に最も近い配列以外の配列を構成する前記突起は、前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいることを特徴とする。かかる実施態様によれば、開口の端縁から開口の端縁に最も近い突起までの距離を短くできるので、ミュート現象が起こりにくくなる。なお、この実施態様は、複数の配列やすべての配列を開口の端縁と非平行にすることを排除するものではない。
【００２５】
本発明に係る第１の音響トランスデューサのさらに別な実施態様は、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列は、一部の前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでおらず、かつ、残りの前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいることを特徴とする。かかる実施態様のように配列の一部だけが開口の端縁と非平行になっていてもよい。
【００２６】
また、前記開口の端縁と前記振動電極板の端縁との距離は、前記開口の端縁に沿って一定であることが望ましい。この場合には、振動電極板の外縁部の幅は均一となり、ダイアフラムが基板にスティックしにくくなる。
【００２７】
突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない配列としては、たとえば突起がジグザグに蛇行して配置されているものがある。また、開口の端縁に対して傾いた方向に延びた直線に沿って突起が並んでいる場合もある。
【００２８】
また、基板の開口が矩形状又は多角形状である場合には、前記配列のうち少なくとも一部の配列において、前記突起が前記開口の端縁である前記矩形状又は多角形状の辺と平行な直線に沿って並んでいない場合がある。同様に、基板の開口が円形状である場合には、前記配列のうち少なくとも一部の配列において、前記突起が前記開口の端縁である前記円形状の円周と平行な円弧に沿って並んでいない場合がある。
【００２９】
本発明に係る第２の音響トランスデューサは、表面に開口を有する基板と、前記基板の表面に配設されて前記開口を覆う振動電極板と、前記振動電極板と対向する固定電極板とを備えた静電容量型の音響トランスデューサにおいて、前記振動電極板の外縁部は空隙を介して前記基板の表面と対向し、前記基板の表面の、前記振動電極膜の外縁部と対向する領域に複数の突起が突出していて、前記基板の表面に前記突起からなる１又は２以上の配列が形成され、前記配列のうち少なくとも一部の配列においては、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないことを特徴とする。第２の音響トランスデューサにおいても、突起からなる配列とは、最短の距離に位置する突起どうしを線分で順次結んでいったとき、最短距離の線分で連続的に結ばれた１群の突起をいう。また、配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいないとは、振動電極板の表面に垂直な方向から見て、開口の端縁から開口の端縁に直交する方向に測った各突起までの距離が、いずれかの突起が他の突起と異なっていることをいう。これに対し、配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいるとは、振動電極板の表面に垂直な方向から見て、開口の端縁に直交する方向に測った開口の端縁から各突起までの距離が、いずれの突起についても同じ距離であることをいう。
【００３０】
本発明に係る第２の音響トランスデューサにあっては、１又は２以上の配列のうち少なくとも一部の配列を構成する突起が開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない。すなわち、前記突起が前記開口の端縁と平行な直線又は曲線に沿って並んでいない前記配列においては、前記開口の端縁から測った各突起までの距離が一定でない。よって、突起の数や密度を増加させることなく開口の端縁から最も近くに位置する突起までの距離や振動電極板の端縁から最も近くに位置する突起までの距離を短くすることが可能になる。よって、ミュート現象の発生を抑制でき、また振動電極板の端縁のスティックを防止することができる。さらに、このような構造によれば、音響トランスデューサの音響抵抗を低下させることもない。
【００３１】
また、上記のように突起からなる配列とは、最短の距離に位置する突起どうしを線分で順次結んでいったとき、最短距離の線分で連続的に結ばれた１群の突起をいう。したがって、同一の配列において隣合う２つの前記突起は、少なくとも一方の前記突起が、他方の前記突起から見て前記基板の表面に設けられたすべての突起のうちで最短距離に位置する突起となる。
【００３２】
本発明に係る第１の音響トランスデューサと本発明に係る第２の音響トランスデューサとの違いは、振動電極板の外縁部と基板の表面とが対向した領域において、突起を振動電極板の外縁部下面に設けるか、基板の表面に設けるかの違いに過ぎない。したがって、本願の第２の音響トランスデューサにおいても、本願の第１の音響トランスデューサと同様な実施態様が可能である。
【００３３】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、従来の一般的な音響センサの概略断面図である。
【図２】図２は、図１の音響センサから保護膜及び固定電極板を除いた状態の概略平面図である。
【図３】図３（Ａ）は、図２のＫ１部を拡大した平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＫ２−Ｋ２線に沿った断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、突起の配置密度を高くした状態を示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、開口の端縁と突起との距離が比較的大きい状態を示す平面図である。図４（Ｂ）は、ダイアフラムが開口の端縁に押し当てられている様子を示す断面図である。
【図６】図６は、図４（Ｂ）のような状況が発生する理由を説明するための図である。
【図７】図７（Ａ）は、開口の端縁と突起との距離を短くした様子を示す平面図である。図７（Ｂ）は、ダイアフラムの端縁近傍がシリコン基板の上面にスティックした様子を示す断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、突起が並んでいる列どうしの間隔を広くした様子を示す平面図である。図８（Ｂ）は、突起間でダイアフラムがシリコン基板の上面にスティックした様子を示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、突起の高さを高くした状態を示す断面図である。図９（Ｂ）は、突起の高さを高くし、かつ、突起の下面とシリコン基板の上面との距離も大きくした状態を示す断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、円形の開口の上に設けられた円形のダイアフラムを示す平面図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＫ３部を拡大した平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態１による音響センサの平面図である。
【図１２】図１２は、図１１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の音響センサにおいて、シリコン基板の上面に配置されたダイアフラムを示す平面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、図１３のＹ部を拡大した平面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態１による音響センサの作用効果を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態１の変形例における、突起の配置を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態１の別な変形例における、突起の配置を示す図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、本発明の実施形態２の音響センサにおける、突起の配置を示す平面図及び断面図である。
【図１９】図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、本発明の実施形態３の音響センサにおける、突起の配置を示す平面図及び断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態３の変形例における、突起の配置を示す平面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施形態４の音響センサにおいて、シリコン基板の上面に配置されたダイアフラムを示す平面図である。
【図２２】図２２は、図２１の音響センサにおける、ダイアフラムの外縁部の一辺を拡大して示す平面図である。
【図２３】図２３（Ａ）は、本発明の実施形態５の音響センサにおいて、シリコン基板の上面に配置されたダイアフラムを示す平面図である。図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）のＶ部を拡大した平面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態６の音響センサにおいて、シリコン基板の上面に配置されたダイアフラムを示す平面図である。
【図２５】図２５（Ａ）は、図２４のＵ部を拡大した平面図である。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。以下においては、音響センサを例にとって説明するが、本発明は音響センサに限るものでなく、ＭＥＭＳ技術を利用して製造されるスピーカなどにも適用することができる。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３６】
（実施形態１）
図１１及び図１２を参照して本発明の実施形態１による音響センサ３１の構造を説明する。図１１は本発明の実施形態１の音響センサ３１を示す平面図である。図１２は、図１１のＸ−Ｘ線断面図である。図１３は、シリコン基板３２の上面に形成されたダイアフラム３３の形状を表した平面図であって、ダイアフラム３３の下面に設けられた突起４２の配置を表している。
【００３７】
この音響センサ３１は、ＭＥＭＳ技術を利用して作製された静電容量型センサである。音響センサ３１においては、図１２に示すように、シリコン基板３２（基板）の上面に振動電極板すなわちダイアフラム３３が形成されており、微小なエアギャップ（間隙）を介してダイアフラム３３の上方にバックプレート３４が設けられている。
【００３８】
単結晶シリコンからなるシリコン基板３２には、上面から下面に貫通したチャンバ３５（空洞）が形成されている。このチャンバ３５は、音響センサ３１の使用形態によって、バックチャンバとなり、あるいはフロントチャンバとなるものである。チャンバ３５は壁面が垂直面となっていてもよく、テーパー状に傾斜していてもよい。チャンバ３５は、上下で開口しており、上の開口３８はシリコン基板３２の上面で矩形に開口している。
【００３９】
ダイアフラム３３は、導電性を有するポリシリコン薄膜によって形成されている。ダイアフラム３３は、チャンバ３５の開口３８とほぼ相似な形状を有しており、図１３に示すように略矩形状に形成されている。ダイアフラム３３のコーナーからはそれぞれ対角方向へ向けて水平に梁部３６が延出している。ダイアフラム３３は、チャンバ３５の開口３８を覆うようにしてシリコン基板３２の上面に配置され、梁部３６の下面がアンカー（図示せず）により支持されている。よって、ダイアフラム３３は、シリコン基板３２の上面からわずかに浮かせた状態でシリコン基板３２の上面に配置されている。
【００４０】
ダイアフラム３３の外縁部は、シリコン基板上面の、開口３８を囲む領域と重なり合っている。本明細書においては、ダイアフラム３３のうち、シリコン基板上面（開口３８を囲む領域）と対向している領域を、ダイアフラム３３の外縁部と呼ぶ。図１３に示すように、ダイアフラム３３の外縁部の幅Ｗは各辺で均一となっており、かつ、各辺における外縁部の幅は等しくなっている。
【００４１】
ダイアフラム３３の外縁部下面とシリコン基板３２の上面との間には、音響振動又は空気を通過させるための高さ方向で狭い空隙、すなわちベントホール３７が形成されている。ベントホール３７は、梁部３６と梁部３６の間において、ダイアフラム３３の外縁部の下面に沿って形成されている。ダイアフラム３３の外縁部の下のベントホール３７は、幅方向（開口３８の端縁３８Ａと直交する方向）に短く、長さ方向（開口３８の端縁３８Ａと平行な方向）に長くなっている。
【００４２】
図１２に示すように、ダイアフラム３３の外縁部の下面には、ダイアフラム３３のスティック等を防止するために複数の突起４２が突設されている。突起４２は、突起４２自体がシリコン基板３２の上面にスティックしない程度の密度で、かつ、ほぼ均等な密度で分布している。
【００４３】
バックプレート３４は、ＳｉＮからなる保護膜３９の下面にポリシリコンからなる固定電極板４０を設けたものである。図１１及び図１２に示すように、保護膜３９は、略矩形ドーム状に形成されている。保護膜３９の下には空洞部分を有しており、その空洞部分でダイアフラム３３を覆っている。固定電極板４０は、ダイアフラム３３と対向するように設けられている。
【００４４】
バックプレート３４の下面（すなわち、固定電極板４０の下面）とダイアフラム３３の上面との間には微小なエアギャップ（間隙）が形成されている。固定電極板４０とダイアフラム３３は互いに対向しており、音響振動を検知して電気信号に変換するためのキャパシタを構成している。
【００４５】
バックプレート３４のほぼ全体には、上面から下面に貫通するようにして、音響振動を通過させるためのアコースティックホール４１（音響孔）が多数穿孔されている。図１１に示すように、アコースティックホール４１は規則的に配列されている。図示例では、アコースティックホール４１は、互いに１２０°の角度を成す３方向に沿って三角形状に配列されているが、矩形状や同心円状などに配置されていてもよい。
【００４６】
図１２に示すように、バックプレート３４の下面には、円柱状をした微小なストッパ４３が突出している。ストッパ４３は、ダイアフラム３３がバックプレート３４にスティック（固着）するのを防ぐために設けられており、保護膜３９の下面から一体に突出しており、固定電極板４０を通過してバックプレート３４の下面に突出している。ストッパ４３は保護膜３９と同じくＳｉＮからなるので、絶縁性を有する。
【００４７】
また、図１１に示すように、音響センサ３１の上面には、ダイアフラム３３と電気的に導通した電極パッド４４と、固定電極板４０と電気的に導通した電極パッド４５が設けられている。
【００４８】
かかる音響センサ３１においては、音響振動がアコースティックホール４１を通過してバックプレート３４とダイアフラム３３との間のエアギャップに入ると、薄膜であるダイアフラム３３が音響振動によって振動する。ダイアフラム３３が振動してダイアフラム３３と固定電極板４０との間のギャップ距離が変化すると、ダイアフラム３３と固定電極板４０との間の静電容量が変化する。この結果、この音響センサ３１においては、ダイアフラム３３が感知している音響振動（音圧の変化）がダイアフラム３３と固定電極板４０の間の静電容量の変化となり、電気的な信号として出力される。
【００４９】
つぎに、ダイアフラム３３の外縁部下面に設けた突起４２の配置について説明する。図１４（Ａ）は、図１３のＹ部を拡大して示す平面図である。また、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。ダイアフラム３３の外縁部の幅Ｗは均一となっており、ダイアフラム３３の外縁部の下面には、ほぼ均一に突起４２が分布している。図１４（Ａ）に示すように、突起４２は、複数本の配列を構成している。ここで、突起４２の配列とは、ある突起４２から見て最短距離にある突起４２を仮想的に線分で結び、さらに最短距離にある突起４２を順次線分で結んでいったものである。いいかえると、配置上の連続性が強い突起４２の集まりであって、図示例では、ダイアフラム３３の各辺において３本の配列を構成している。
【００５０】
実施形態１では、図１４（Ａ）に示すように、いずれの配列でも、各突起４２はジクザグ線ｃの上に並んでいる。これは、図３（Ａ）に示したような突起の配列を元にし、直線ａ上の各配列において、１つ置きの突起４２の位置を、開口３８の端縁３８Ａに近づく方向と開口３８の端縁３８Ａから遠くなる方向へ交互にずらせたものである。図３（Ａ）の配列では、すべての突起が開口１４の端縁１４Ａと平行な直線ａの上に乗っている。これに対し、実施形態１の配列では、配列は平均的には開口３８の端縁３８Ａと平行となっているが、個々の突起４２は開口３８の端縁３８Ａと平行な直線の上には並んでいない。
【００５１】
個々の突起４２が開口３８の端縁３８Ａと平行な直線の上には並んでいないとは、言い換えると、開口３８の端縁３８Ａから各突起４２までの距離を測ったとき、少なくとも一つの突起４２は、他の突起４２と開口３８の端縁３８Ａから測った距離が異なっているということである。これに対し、個々の突起が開口の端縁と平行な直線（又は曲線）の上に並んでいるとは、開口の端縁から各突起までの距離を測ったとき、すべての突起について開口の端縁からの距離が同一であるということである。また、図１４（Ａ）に示す突起４２のジグザグの配列では、開口３８の端縁３８Ａから最も近くに位置する突起４２と、開口３８の端縁３８Ａから最も遠くに位置する突起４２との間にも突起４２が存在している。
【００５２】
実施形態１のような配列によれば、図１５のように開口３８の端縁３８Ａと平行な方向から見て、開口３８の端縁３８Ａと開口３８の端縁３８Ａから最も近い突起４２との距離Ｌedgeを短くすることができる。よって、ダイアフラム３３にチャンバ３５側へ向けて圧力が加わった場合でも、ダイアフラム３３が開口３８の端縁３８Ａに押し当てられにくく、ミュート現象が起こりにくくなる。言い換えれば、ミュート現象が起きるまでの限界圧力が高くなる。
【００５３】
同様に、ダイアフラム３３の端縁３３Ａとダイアフラム３３の端縁３３Ａから最も近い突起４２との距離Ｌouterも短くなるので、ダイアフラム３３の端縁３３Ａ近傍がシリコン基板３２の上面にスティックしにくくなる。
【００５４】
一方、突起４２の配列を変化させたことよって突起４２の配列密度に変化はないので、配列間でダイアフラム３３がシリコン基板３２の上面にスティックし易くなることもなく、突起４２自体がシリコン基板３２の上面にスティックし易くなることもない。また、ダイアフラム３３の外縁部の幅Ｗを狭くしたり、突起４２の高さを高くしたりする必要もないので、音響センサ３１の音響抵抗が小さくなることもない。
【００５５】
よって、本発明の実施形態１の音響センサ３１によれば、音響センサ３１の特性を低下させることなく、ミュート現象を防止することができ、ダイアフラム３３のスティック耐性を低下させることがない。さらに、実施形態１によれば、突起の作製位置を変更するだけでよく、ミュート現象を防止するために音響センサ１１の製造プロセスを変更する必要はない。
【００５６】
（実施形態１の変形例）
上記実施形態１の音響センサでは、各配列の突起をジグザグに配列させていたが、一部の配列の突起だけをジグザグに配列させてもよい。
【００５７】
図１６は、本発明の実施形態１の変形例を示す。図１６はダイアフラム３３の外縁部の一部を拡大して示している。この変形例では、開口３８の端縁３８Ａに最も近い配列の突起４２だけをジグザグに配列させている。具体的には、図３（Ａ）に示したような突起の配列を元にし、開口３８の端縁３８Ａに最も近い突起４２の配列において、２つ置きに突起４２の位置を開口３８の端縁３８Ａ側へずらせている。
【００５８】
このような変形例によれば、開口３８の端縁３８Ａに最も近い突起４２と開口３８の端縁３８Ａとの距離Ｌedgeが、元の図３（Ａ）の配列の場合よりも短くなるので、ミュート現象が起こりにくくなる。また、それによってダイアフラム３３の端縁３３Ａから突起４２までの距離（Ｌouter）が大きくなることもないので、スティックが発生し易くなることもない。
【００５９】
図１７は、本発明の実施形態１の別な変形例である。このようにジグザグになった突起４２の配列が、一列だけであってもよい。
【００６０】
（実施形態２）
図１８（Ａ）は、本発明の実施形態２の音響センサにおける、突起の配置を示す平面図である。また、図１８（Ｂ）は、その断面図である。実施形態２では、ダイアフラム３３の端縁３３Ａから遠い側の端から数えて２列以上の突起４２を、ジグザグに配列している。かつ、ダイアフラム３３の端縁３３Ａから最も遠くに位置する突起４２の配列は、開口３８の端縁３８Ａを超えて開口３８の上方に位置している。従って、ダイアフラム３３の上面に垂直な方向から見て、開口３８の端縁３８Ａはダイアフラム３３から最も遠くに位置する突起４２の配列と２番目に位置する突起４２の配列との間に位置している。
【００６１】
このような構造によれば、ミュート現象の発生をより確実に防ぐことができる。シリコン基板３２のチャンバ３５はエッチングによって開口されるので、エッチング等の工程ばらつきによって開口３８の端縁３８Ａの位置がずれる可能性がある。このとき突起４２がダイアフラム３３の外縁部にのみ設けられていると、開口３８の端縁３８Ａが内側へずれた場合、開口３８の端縁３８Ａのずれの大きさに応じて開口３８の端縁３８Ａから突起４２までの距離Ｌedgeが大きくなり、間隔Ｌintよりも大きくなる恐れがある。しかし、図１８のように開口３８の端縁３８Ａが突起４２の列間を通過するように設計してあれば、開口３８の端縁３８Ａが端縁３８Ａの内側の突起４２の配列と外側の突起４２の配列のうちいずれの配列を超えて内側又は外側へばらついたとしても、開口３８の端縁３８Ａから突起４２までの距離Ｌedgeは、開口３８の端縁３８Ａのばらつきの限度内では突起４２の配列間の間隔Ｌintよりも大きくなることはない。しかも、突起４２をジグザグに配置してあれば、配列間の間隔Ｌintが短くなる。よって、開口３８の端縁３８Ａと突起４２との距離Ｌedgeが常に短くなることが保証され、ミュート現象の発生を抑制することができる。また、すなわち、シリコン基板にチャンバを開口する際のプロセスばらつきを吸収することができる。なお、図１８（Ｂ）においては、開口３８の端縁３８Ａのばらつく限度をΔで表している。
【００６２】
（実施形態３）
図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、本発明の実施形態３の音響センサにおける、突起の配置を示す平面図及び断面図である。実施形態３においては、各突起４２は開口３８の端縁３８Ａに対して斜めに傾いた直線ｅ（開口の端縁と非平行の直線）の上に配列している。
【００６３】
実施形態３のような突起４２の配列によれば、開口３８の端縁３８Ａに最も近い突起４２と開口３８の端縁３８Ａとの距離Ｌedgeをより短くすることできるので、ミュート現象をより確実に防止することができる。
【００６４】
（実施形態３の変形例）
図２０は、本発明の実施形態３の変形例における、突起の配置を示す平面図である。この変形例では、開口３８の端縁３８Ａと平行な直線ａの上に突起４２を並べた配列と、開口３８の端縁３８Ａに対して斜めに傾いた直線ｅの上に突起４２を並べた配列とが混在している。  
【００６５】
（実施形態４）
実施形態４は、１つの配列の中で異なる配列パターンが混在している場合である。このような例を図２１、図２２に示す。図２１は、本発明の実施形態４の音響センサにおいて、シリコン基板３２の上面に配置されたダイアフラム３３を示す平面図である。図２２は、図２１の音響センサにおける、ダイアフラム３３の外縁部の一辺を拡大して示す平面図である。この実施形態４では、最短距離で結ばれた複数の突起４２の一部は、配列の一部である直線ａの上に並び、その他の突起４２は、配列の一部であるジグザグ線ｃの上に並んでいる。特に、図２１、図２２では、ダイアフラム３３の外縁部の各辺において、中央部では突起４２をジグザグに配列し、その両端では突起４２を直線状に配列している。ダイアフラム３３は、各辺の中央部でもっとも開口３８の端縁３８Ａに当たりやすいので、中央部でのみ突起４２をジグザグに配列するだけでもミュート防止の効果がある。
【００６６】
（実施形態５）
図２３（Ａ）は、本発明の実施形態５の音響センサにおいて、シリコン基板３２の上面に配置されたダイアフラム３３を示す平面図である。図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）のＶ部を拡大した平面図である。実施形態５では、シリコン基板３２の上面の開口３８が円形で、その上方に設けられたダイアフラム３３も円形となっている。この実施形態では、最短距離にある突起４２どうしを結んで配列を構成された各突起４２は、ジグザグに折れ曲がった環状のジグザグ線ｆの上に配置されている。図２３（Ｂ）には、開口３８の開口の端縁３８Ａに平行な円弧ｂ、すなわち全周にわたって開口３８の端縁３８Ａから一定の距離にある円弧ｂ（円）を示している。一つ置きの突起４２は、開口３８の端縁３８Ａに平行な円弧ｂの位置を基準にして中心側と外側とにジグザグにずれており、開口３８の開口端から測った各突起４２までの距離は一定でなく、円周方向に沿って変動している。
【００６７】
（実施形態６）
図２４は、本発明の実施形態６の音響センサにおいて、シリコン基板３２の上面に配置されたダイアフラム３３を示す平面図である。図２５（Ａ）は、図２４のＵ部を拡大した平面図である。図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）の断面図である。実施形態６では、ダイアフラム３３の外縁部下面に対向させるようにして、シリコン基板３２の上面に複数の突起４６を設けている。この突起４６も、ダイアフラム３３の下面に設けられた突起４２と同様、少なくとも一部の配列は開口３８の端縁３８Ａと平行に並んでいない。図２４及び図２５（Ａ）では、突起４６を最短距離で結ぶ線分は、図１４（Ａ）と同じようにジクザグ線ｃとなっているが、突起４２のその他の配列と同じようになっていてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
３１      音響センサ
３２      シリコン基板
３３      ダイアフラム
３３Ａ      ダイアフラムの端縁
３５      チャンバ
３７      ベントホール
３８      開口
３８Ａ      開口の端縁
４２      突起
Ｌedge      開口の端縁から最近接の突起までの距離
Ｌint      隣り合った突起の配列の最短間隔
Ｌouter      ダイアフラムの端縁から最近接の突起までの距離
Ｗ      ダイアフラムの外縁部の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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