(57)【要約】【課題】耐久性や信頼性の低下を招くことなく、電極の間隔及び電極の厚さを小さくすることができるイオンフィルタを提供する。【解決手段】  支持層２０３と、該支持層２０３の上に積層された絶縁層２０２と、該絶縁層２０２の上に積層され、積層方向に直交する面内において、互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置された２つの櫛歯電極（２１１、２１２）を含む電極層２０１とを有している。そして、２つの櫛歯電極の隙間の少なくとも一部に、絶縁層２０２及び支持層２０３の一部が取り除かれ、積層方向にイオンが通過することができる流路（イオンチャネル）を有し、２つの櫛歯電極における櫛歯は、一部が絶縁層２０２と接している。【選択図】図７
2018025534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と、
前記支持層の上に積層された絶縁層と、
前記絶縁層の上に積層され、積層方向に直交する面内において、互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置された２つの櫛歯電極を含む電極層とを有し、
前記２つの櫛歯電極の隙間の少なくとも一部に、前記絶縁層及び前記支持層の一部が取り除かれ、前記積層方向にイオンが通過することができる流路を有し、
前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯は、一部が前記絶縁層と接しているイオンフィルタ。
【請求項２】
前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯は、根元部と先端部とが前記絶縁層と接していることを特徴とする請求項１に記載のイオンフィルタ。
【請求項３】
前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯は、中央部が前記絶縁層と接していることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンフィルタ。
【請求項４】
前記２つの櫛歯電極の少なくとも一方は、前記電極層における周辺部から電気的に分離されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項５】
前記電極層における周辺部は、前記２つの櫛歯電極とは異なる第３の電極を含み、該第３の電極は、前記２つの櫛歯電極のいずれかと電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項６】
前記第３の電極はＧＮＤ（グラウンド）に接続され、前記２つの櫛歯電極のうち前記第３の電極に電気的に接続されていないほうの櫛歯電極に信号が入力されることを特徴とする請求項５に記載のイオンフィルタ。
【請求項７】
前記電極層における前記２つの櫛歯電極の周辺部は取り除かれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項８】
前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯は、根元部と先端部を除く複数箇所が前記絶縁層と接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項９】
前記２つの櫛歯電極の隙間のうち、両端の隙間には、前記流路が設けられていないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項１０】
前記電極層は、不純物が注入されたシリコンからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項１１】
前記電極層は、金属がコーティングされたシリコンからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のイオンフィルタ。
【請求項１２】
被測定分子をイオン化するイオン発生器と、
前記イオン発生器からのイオンを選別する請求項１〜１１のいずれか一項に記載のイオンフィルタと、
前記イオンフィルタで選別されたイオンを検出する検出器と、を備えるイオン検出装置
【請求項１３】
前記イオンフィルタは電池で駆動されることを特徴とする請求項１２に記載のイオン検出装置。
【請求項１４】
支持層と絶縁層と電極層とが積層された基板を用いてイオンフィルタを製造する方法であって、
前記電極層に、積層方向に直交する面内において、互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置された２つの櫛歯電極を形成する工程と、
前記２つの櫛歯電極の隙間の少なくとも一部において、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除き、前記積層方向にイオンが通過することができる流路を形成する工程と、を含み、
前記流路を形成する工程では、前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯の一部が前記絶縁層と接するように、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除くことを特徴とするイオンフィルタの製造方法。
【請求項１５】
前記流路を形成する工程では、前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯の根元部と先端部とが前記絶縁層と接するように、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除くことを特徴とする請求項１４に記載のイオンフィルタの製造方法。
【請求項１６】
前記流路を形成する工程では、前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯の中央部が前記絶縁層と接するように、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除くことを特徴とする請求項１４又は１５に記載のイオンフィルタの製造方法。
【請求項１７】
前記流路を形成する工程では、前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯の根元部と先端部を除く複数箇所が前記絶縁層と接するように、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除くことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のイオンフィルタの製造方法。
【請求項１８】
前記流路を形成する工程では、前記２つの櫛歯電極の隙間のうち、両端の隙間には前記流路が設けられないように、前記絶縁層及び前記支持層の一部を取り除くことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のイオンフィルタの製造方法。
【請求項１９】
前記基板は、ＳＯＩ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のイオンフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンフィルタ、イオン検出装置及びイオンフィルタの製造方法に係り、更に詳しくは、イオンを選別することができるイオンフィルタ、該イオンフィルタを備えるイオン検出装置、及びイオンを選別することができるイオンフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体や気化した化学物質を分析する方法の一つとして、電界非対称波形イオン移動度分光分析（Ｆｉｅｌｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ  ：以下では、「ＦＡＩＭＳ」ともいう）と呼ばれる方法がある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
この方法は、イオン化された気体分子や化学物質（以下では、これらを総称して「化学物質等」ともいう）を、イオンフィルタに通して移動度の差によって選別し、検出器で検出することにより、該化学物質等を特定するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ＦＡＩＭＳに用いられる分析装置（以下では、「イオン検出装置」ともいう）に対して、小型化及び低消費電力化が要求されるようになった。
【０００５】
イオン検出装置の小型化及び低消費電力化には、イオンフィルタにおける電極の間隔及び電極の厚さを小さくすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、従来のイオン検出装置に用いられているイオンフィルタでは、耐久性や信頼性の低下を招くことなく、電極の間隔及び電極の厚さを小さくするのは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、支持層と、前記支持層の上に積層された絶縁層と、前記絶縁層の上に積層され、積層方向に直交する面内において、互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置された２つの櫛歯電極を含む電極層とを有し、前記２つの櫛歯電極の隙間の少なくとも一部に、前記絶縁層及び前記支持層の一部が取り除かれ、前記積層方向にイオンが通過することができる流路を有し、前記２つの櫛歯電極における前記櫛歯は、一部が前記絶縁層と接しているイオンフィルタである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のイオンフィルタによれば、耐久性や信頼性の低下を招くことなく、電極の間隔及び電極の厚さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るイオン検出装置の概略構成図である。
【図２】イオンの移動度の電界強度依存性を説明するための図である。
【図３】イオンフィルタ部の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡を説明するための図（その１）である。
【図４】電極Ａと電極Ｂとの間に発生させる電界波形を説明するための図である。
【図５】イオンフィルタ部の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡を説明するための図（その２）である。
【図６】一実施形態に係るイオンフィルタ部の斜視図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれ比較例のイオンフィルタ部を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、それぞれ実施例１のイオンフィルタ部を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、それぞれ実施例２のイオンフィルタ部を説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、それぞれ実施例３のイオンフィルタ部を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、それぞれ実施例４のイオンフィルタ部を説明するための図である。
【図１２】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図１３】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図１４】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図１５】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図１６】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その５）である。
【図１７】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その６）である。
【図１８】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その７）である。
【図１９】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その８）である。
【図２０】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その９）である。
【図２１】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１０）である。
【図２２】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１１）である。
【図２３】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１２）である。
【図２４】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１３）である。
【図２５】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１４）である。
【図２６】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１５）である。
【図２７】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１６）である。
【図２８】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１７）である。
【図２９】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１８）である。
【図３０】イオンフィルタ部の製造方法を説明するための図（その１９）である。
【図３１】対向する２つの櫛歯電極間に形成されるコンデンサを説明するための図である。
【図３２】図３２（Ａ）は矩形信号を説明するための図であり、図３２（Ｂ）は矩形信号が鈍った信号を説明するための図である。
【図３３】図３３（Ａ）及び図３３（Ｂ）は、それぞれ櫛歯電極と支持層との間のキャパシタンスを説明するための図（その１）である。
【図３４】櫛歯電極と支持層と間のキャパシタンスを説明するための図（その２）である。
【図３５】図３５（Ａ）〜図３５（Ｃ）は、それぞれ具体例１を説明するための図である。
【図３６】実施例４における櫛歯電極が支持層とコンデンサを構成する部分を説明するための図である。
【図３７】具体例１における櫛歯電極が支持層とコンデンサを構成する部分を説明するための図である。
【図３８】具体例１における３つの電極を説明するための図である。
【図３９】図３９（Ａ）〜図３９（Ｃ）は、それぞれ具体例２を説明するための図である。
【図４０】具体例２における櫛歯電極が支持層とコンデンサを構成する部分を説明するための図である。
【図４１】図４１（Ａ）〜図４１（Ｃ）は、それぞれ具体例３を説明するための図である。
【図４２】具体例３における櫛歯電極が支持層とコンデンサを構成する部分を説明するための図である。
【図４３】図４３（Ａ）〜図４３（Ｃ）は、それぞれ具体例４を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るイオン検出装置１０の概略構成が示されている。
【００１１】
このイオン検出装置１０は、イオン発生部１００、イオンフィルタ部２００、検出部６００、及び制御部９００などを備えている。なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、被測定分子の進行方向を＋Ｚ方向とする。
【００１２】
イオン発生部１００は、被測定分子をイオン化する。イオンフィルタ部２００は、イオン発生部１００からのイオンを選別する。検出部６００は、イオンフィルタ部２００で選別されたイオンを検出する。制御部９００は、装置全体を制御する。
【００１３】
イオン検出装置１０の基本的な検出原理について説明する。
【００１４】
イオンフィルタ部２００は、対向して配置された２つの電極（電極Ａ、電極Ｂ）を有している。
【００１５】
イオンは、電界Ｅの環境下では次の（１）式で示される移動速度Ｖで移動する。ここで、Ｋは、該イオンの移動度である。
Ｖ＝Ｋ×Ｅ  ……（１）
【００１６】
ところで、イオンの移動度には電界強度依存性がある。そして、この電界強度依存性は、イオンの種類によって異なっている。図２には、一例として、種類が異なる３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）における移動度の電界強度依存性が示されている。なお、図２では、分かりやすくするため、各イオンの移動度が電界強度０で等しくなるように正規化されている。
【００１７】
３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動度は、電界強度が９ｋＶ／ｃｍ以下の低電界強度ではほぼ変化なしである。電界強度が約１０ｋＶ／ｃｍから増すにつれてイオンの種類固有の特性が移動度に現れる。イオンＡの移動度は、電界強度が増加するに従って大きく増加し、Ｅｍａｘで最大となる。イオンＢの移動度は、イオンＡよりも緩やかに増加する。イオンＣの移動度は、緩やかに減少する。このように三者三様の特性を示している。イオンフィルタ部２００は、低電界強度での移動度と高電界強度での移動度との違いを利用してイオンの選別を行う。
【００１８】
図３には、イオンフィルタ部２００の電極間における３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）の移動の軌跡が示されている。なお、ここでは、分かりやすくするため、便宜的に、電極Ａ及び電極Ｂを導電体でできた平行平板としている。
【００１９】
電極Ａと電極Ｂとの間に発生する電界の波形を非対称電界波形とすることによって、任意のイオン（図３では、イオンＢ）のみを検出部６００に到達させることができる。
【００２０】
図４には、電極Ａと電極Ｂとの間に発生させる電界波形の一例が示されている。この電界波形は、正の高電界（Ｅｍａｘ）と負の低電界（Ｅｍｉｎ）を交互に繰り返している。そして、高電界の期間（ｔ１）は低電界の期間（ｔ２）よりも短く、ｔ１とｔ２の比は１：３〜１：５である。このように電界波形は、上下に関して非対称である。この非対称電界波形は、時間平均電界が零であり、次の（２）式が成り立つように設定されている。
｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１＝｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２  ……（２）
【００２１】
すなわち、図４における領域Ａの面積と領域Ｂの面積が一致するように設定されている。
【００２２】
なお、以下では、次の（３）式に示されるように、｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１の値、及び｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２の値をβとする。
｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１＝｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２＝β  ……（３）
【００２３】
ところで、高電界の期間（ｔ１）に、イオンがＹ軸方向に関して移動する速度Ｖｕｐは、次の（４）式で示される。ここで、Ｋ（Ｅｍａｘ）は、高電界（Ｅｍａｘ）のときのイオンの移動度である。
Ｖｕｐ＝Ｋ（Ｅｍａｘ）×｜Ｅｍａｘ｜  ……（４）
【００２４】
例えば、｜Ｅｍａｘ｜が約１０ｋＶ／ｃｍ以上の場合、３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）では、イオン毎に移動度が異なる（図２参照）ので、３つのイオンの移動速度Ｖｕｐは三者三様に異なる。すなわち、図５に示されるように、高電界の期間（ｔ１）では、３つのイオンの移動軌跡の傾斜は互いに異なっている。
【００２５】
そして、高電界の期間（ｔ１）に、イオンがＹ軸方向に関して移動した距離である変位ｙｕｐ（図５参照）は、次の（５）式で示される。
ｙｕｐ＝Ｖｕｐ×ｔ１  ……（５）
【００２６】
一方、低電界の期間（ｔ２）に、イオンがＹ軸方向に関して移動する速度Ｖｄｏｗｎは、次の（６）式で示される。ここで、Ｋ（Ｅｍｉｎ）は、低電界（Ｅｍｉｎ）のときのイオンの移動度である。
Ｖｄｏｗｎ＝−Ｋ（Ｅｍｉｎ）×｜Ｅｍｉｎ｜  ……（６）
【００２７】
例えば、｜Ｅｍｉｎ｜が約５ｋＶ／ｃｍ以下の場合、３つのイオン（イオンＡ、イオンＢ、イオンＣ）では、移動度がほぼ同一である（図２参照）ので、３つのイオンの移動速度Ｖｄｏｗｎはほぼ同一である。すなわち、図５に示されるように、低電界の期間（ｔ２）では、３つのイオンの移動軌跡の傾斜はほぼ同じである。
【００２８】
そして、低電界の期間（ｔ２）に、イオンがＹ軸方向に関して移動した距離である変位ｙｄｏｗｎ（図５参照）は、次の（７）式で示される。
ｙｄｏｗｎ＝Ｖｄｏｗｎ×ｔ２  ……（７）
【００２９】
非対称電界波形の１周期（Ｔ）内では、イオンは、＋Ｚ方向に移動しつつ、期間ｔ１の間に＋Ｙ方向に移動し、期間ｔ２の間に−Ｙ方向に移動する。
【００３０】
そこで、図５に示されるように、ジグザグ運動を繰り返しながら電極Ａに向かうもの（イオンＡ）と、ジグザグ運動を繰り返しながら電極Ｂに向かうもの（イオンＣ）と、＋Ｙ方向の変位と−Ｙ方向の変位とが釣り合い、検出部に向かうもの（イオンＢ）とに分かれることとなる。
【００３１】
ところで、非対称電界波形における１周期（Ｔ）での、イオンのＹ軸方向に関する平均変位ΔｙＲＦは、次の（８）式で表される。
ΔｙＲＦ＝ｙｕｐ＋ｙｄｏｗｎ
＝Ｋ（Ｅｍａｘ）×｜Ｅｍａｘ｜×ｔ１−Ｋ（Ｅｍｉｎ）×｜Ｅｍｉｎ｜×ｔ２  ……（８）
【００３２】
そして、上記（８）式は、上記（３）式を用いて次の（９）式のように表すことができる。
ΔｙＲＦ＝β｛Ｋ（Ｅｍａｘ）−Ｋ（ｍｉｎ）｝  ……（９）
【００３３】
ここで、Ｋ（Ｅｍａｘ）−Ｋ（ｍｉｎ）をΔＫとおくと、上記（９）式は次の（１０）式のように表される。
ΔｙＲＦ＝βΔＫ  ……（１０）
【００３４】
βは電極Ａと電極Ｂとの間に印加される非対称電界で決まる定数である。そこで、非対称電界波形の１周期（Ｔ）あたりのイオンのＹ軸方向に関する変位は、低電界（Ｅｍｉｎ）での移動度と高電界（Ｅｍａｘ）での移動度の差分であるΔＫに依存する。
【００３５】
キャリアガスだけがイオンをＺ軸方向に移送させると仮定すると、イオンが電極Ａと電極Ｂとの間に滞在しているときの、該イオンのＹ軸方向に関する変位Ｙは、次の（１１）式となる。ここで、ｔｒｅｓは、イオンが電極Ａと電極Ｂとの間に滞在している平均時間（平均イオン滞在時間）である。
【数１】
2018025534.tif 000003
【００３６】
平均イオン滞在時間ｔｒｅｓは、次の（１２）式で表される。ここで、Ａはイオンフィルタ部の断面積、ＬはＺ軸方向に関する電極の長さ（電極深さ）（図５参照）、Ｑはキャリアガスの容積流量である。Ｖはイオンフィルタ部の容積（＝ＡＬ）である。
【数２】
2018025534.tif 000004
【００３７】
上記（１１）式は、上記（１２）式及び上記（３）を用いて、次の（１３）式のように表すことができる。ここで、Ｄは非対称電界波形のデューティであり、Ｄ＝ｔ１／Ｔである。
【数３】
2018025534.tif 000005
【００３８】
非対称電界波形における高電界Ｅｍａｘ、イオンフィルタ部の容積Ｖ、非対称電界波形のデューティＤ、及びキャリアガスの容積流量Ｑについて、すべてのイオン種に対して同一の値を用いると、上記（１３）式から、変位Ｙは、イオン種固有の低電界（Ｅｍｉｎ）での移動度と高電界（Ｅｍａｘ）での移動度との差分ΔＫに比例することがわかる。
【００３９】
なお、図５ではイオンＢのみが、変位Ｙが最小であり、検出部６００に到達することができるが、デューティＤを変化させることによってイオンＢとは異なるΔＫを有するイオンを検出部６００に到達させることができる。さらに、デューティＤを小刻みに変化させていくことで、ΔＫが異なる様々なイオンの有無や量を検出することができる。
【００４０】
また、イオン検出装置１０において、ΔＫが異なる様々なイオン種を検出する方法として、非対称電界波形に低強度のＤＣ電界を重畳する方法がある。この方法によると、期間ｔ１及び期間ｔ２でのＹ軸方向に関する変位量を変化させることができる。そこで、電極Ａ又は電極Ｂに接触せずに検出部６００に到達することができるイオン種を連続的に変えることができる。なお、非対称電界波形に重畳するＤＣ電界は補償電圧（ＣＶ：ｃｏｍｐｅｎｓａｓｉｏｎ  ｖｏｌｔａｇｅｓ）と呼ばれている。この方法では、補償電圧を掃引してΔＫが異なる様々なイオン種の有無や量を検出する。
【００４１】
ところで、検出部６００に到達する前に電極Ａ又は電極Ｂに接触したイオンは、中和されてイオンでなくなり検出されない。
【００４２】
なお、制御部９００は、従来のイオン検出装置における制御部とほぼ同様であるため、ここでは制御部９００の動作についての詳細な説明は省略する。
【００４３】
「詳細」
イオン検出装置１０は、電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ以上のときにイオン種によって移動度が異なることを利用してイオン検出を行なう。図２の例では、Ｅｍａｘとして、２０ｋＶ程度の電界強度を、イオンフィルタ部２００における電極間に発生させることでイオン種を分別することになる。例えば、イオンフィルタ部２００における電極間の距離を１ｍｍ（０．１ｃｍ）とすると、２０ｋＶ／ｃｍの電界を発生させるために電極間に印加される電圧Ｖｍａｘは、次の（１４）式に示されるように２ｋＶとなる。
Ｖｍａｘ＝２０ｋＶ／ｃｍ×０．１ｃｍ＝２ｋＶ  ……（１４）
【００４４】
イオン検出装置を設備として設置場所を固定して使用する場合は、ＡＣ電源が使用できるので電圧や消費電力に関して問題なかった。また、設置場所が確保できれば多少外形が大きくても問題になることはなかった。しかし、従来のイオン検出装置を電池駆動とし、可搬性のある小型装置として実現しようとすると、数Ｖ〜十数Ｖの電池電源から交流電圧Ｖｄとして数十Ｖ〜数百Ｖを発生させねばならず、昇圧回路や高耐圧部品の使用などが必要となり、機器の小型化と低消費電力化の障害となっていた。
【００４５】
低い電圧で同じ電界強度を実現するためには、イオンフィルタ部における電極の間隔を小さくすれば良い。例えば、電極の間隔を１μｍ（０．０００１ｃｍ）にすると、２Ｖの電圧で２０ｋＶ／ｃｍの電界強度を実現することができる。
【００４６】
ところで、特許文献１では、電極をＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）プロセスで試作したことが記載されている。一方、本実施形態では、半導体製造で使用されているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれるウエハを使用して電極を実現している。
【００４７】
電極の間隔と電極深さＬの比であるアスペクト比を一定に保ったまま電極の間隔を小さくすると、電極深さＬも小さくなるが構わない。例えば、電極の間隔が１００μｍ、電極深さＬが１０００μｍのアスペクト比１０の従来例に対して、電極の間隔を１μｍにし、アスペクト比１０を維持すると電極深さＬは１０μｍとなり、少ないエッチング量で済むこととなる。これは半導体製造で使われるディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術でシリコンをエッチングするのに十分可能な値である。
【００４８】
また、電極として櫛歯電極を用い、２つの櫛歯電極を互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置する場合、ある決まったチップ面積においてイオンが通過する流路であるイオンチャネルの面積を大きくしようとすると、櫛歯の幅を可能な限り小さい値、例えば１μｍにする必要がある。
【００４９】
従来のイオンフィルタ部では、例えば、櫛歯の長さを１０００μｍとすると、櫛歯一本のアスペクト比は１０００となり、応力や衝撃に対して非常に脆弱な形状となる。この場合、製造の際に必要なレジスト塗布、エッチングや搬送、洗浄といった工程では、櫛歯に力が加わり、櫛歯が変形したり、隣の櫛歯と接触したり、接触したまま櫛歯同士が付着するいわゆるスティッキング現象が起こったり、最悪の場合は破壊されるおそれがあった。
【００５０】
また、動作時には非対称電界波形を発生させるためのパルス信号が電極に印加される。その際に静電気力によって櫛歯が振動することも考えられる。本実施形態は、以上の不都合点を解決するものである。
【００５１】
図６には、本発明の一実施形態に係るイオンフィルタ部２００が示されている。イオンフィルタ部２００は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）と呼ばれるウエハ基板を用いて製造される。このウエハ基板は、シリコン（Ｓｉ）を主たる材料とし、ＬＳＩ（大規模集積回路）の製造にも用いられるものである。なお、図６では、パッド電極部分が省略されている。また、図６では、各櫛歯電極における櫛歯の数をそれぞれ３個としているが、これは煩雑さを避けるため及び説明をわかりやすくするためであり、３個に限定されるものではない。
【００５２】
イオンフィルタ部２００は、電極層２０１、ＢＯＸ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）層２０２、支持層２０３を有している。電極層２０１は、シリコン（Ｓｉ）にあらかじめ燐（Ｐ）やホウ素（Ｂ）などの不純物をドーピングして電気抵抗を低く（電気伝導率を高く）した層である。ＢＯＸ層２０２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）でできている絶縁膜であり、電気抵抗が非常に高い層である。支持層２０３は、シリコン（Ｓｉ）でできた層である。なお、支持層２０３は、電気抵抗の高い方が寄生キャパシタンスの影響が少なくなるので好ましい。
【００５３】
なお、ここでは、３つの層の積層方向をｃ軸方向とし、該ｃ軸方向に直交する方向をa軸方向とし、ｃ軸方向及びａ軸方向のいずれにも直交する方向をｂ軸方向とする。
【００５４】
電極層２０１には、ａｂ平面内において櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２とが分離して形成されている。なお、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２は、一部がＢＯＸ層２０２と接している。ＢＯＸ層２０２は絶縁膜であるので、櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２は電気的に分離されていることになり、両者に異なる電圧を印加しても電流は流れない。ＢＯＸ層２０２は支持層２０３に接しており、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２はその相対位置が固定されている。
【００５５】
なお、図６では隠れているが、櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２との隙間の一部に、その下のＢＯＸ層２０２と支持層２０３が取り除かれ、イオンがｃ軸方向に関して通過するための流路（イオンチャネル）が形成されている。
【００５６】
櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２は、一方の櫛歯電極をＧＮＤ（グラウンド）とし、他方の櫛歯電極に補償電圧（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ  ｖｏｌｔａｇｅｓ：ＣＶ）と呼ばれるＤＣ電圧と分散電圧（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｆｉｅｌｄｓ：ＤＦ）と呼ばれる電圧パルスとが重畳された非対称電界波形信号が印加される。
【００５７】
＜比較例＞
比較例のイオンフィルタ部が図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示されている。図７（Ａ）は、比較例のイオンフィルタ部の平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００５８】
比較例のイオンフィルタ部は、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２における櫛歯の先端部が自由に動ける状態にある。そのため、製造時の薬液の対流による応力、重力、物理的振動、あるいは非対称電界波形信号による静電力などによって、櫛歯が変形したり、振動したり、隣の櫛歯と接触したり、隣接する櫛歯同士が接触したまま付着するいわゆるスティッキング現象が起こったり、等の不都合が生じる。また、最悪の場合は、櫛歯電極が破壊されることもある。
【００５９】
＜実施例１＞
実施例１のイオンフィルタ部２００が図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示されている。図８（Ａ）は、実施例１のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００６０】
実施例１のイオンフィルタ部２００は、櫛歯の先端部の−ｃ側にＢＯＸ層２０２及び支持層２０３が残されていることに特徴を有している。この場合は、櫛歯の先端部が自由に動けないように固定される。そのため、上述した比較例における不都合を抑制することができる。なお、図８（Ａ）における破線で囲まれた部分で、ＢＯＸ層２０２と支持層２０３とが取り除かれている領域が、イオンが通過することができる流路（イオンチャネル）である。
【００６１】
＜実施例２＞
実施例２のイオンフィルタ部２００が図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示されている。図９（Ａ）は、実施例２のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図９（Ｃ）は、図９（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００６２】
実施例２のイオンフィルタ部２００は、櫛歯の先端部以外の任意の位置の−ｃ側にＢＯＸ層２０２及び支持層２０３がリブ状に残されていることに特徴を有している。以下では、便宜上、リブ状に残されているＢＯＸ層２０２と支持層２０３からなる部分を「リブ部」ともいう。
【００６３】
この場合は、櫛歯がリブ部に固定されることとなり、櫛歯がたわんだり、振動するのを抑制することができる。そこで、上述した実施例１のイオンフィルタ部２００と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
なお、図９（Ａ）及び図９（Ｃ）では、リブ部が、ｂ軸方向に関して中央部に位置しているが、これに限定されるものではなく、任意の位置で良い。また、リブ部は、１本に限定されるものではなく、複数のリブ部があっても良い。
【００６５】
ところで、櫛歯の中央部がリブ部によって固定されていると、固定されてないときに比べて櫛歯のたわみ量は小さくなる。
【００６６】
次の（１５）式は、両端固定梁の等分布荷重における中央部のたわみ量δｃを表す式である。
【数４】
2018025534.tif 000006
【００６７】
ここで、ｗは単位梁長さあたりの荷重であり、ｌは梁の長さであり、Ｅはヤング率であり、Ｉは断面２次モーメントである。
【００６８】
上記（１５）式からわかるように、たわみ量δｃは長さｌの４乗に比例して増加する。つまり、実施例２のように櫛歯の中央部がリブ部で固定されていると、例えば重力による等分布荷重によるたわみ量が１／１６に激減することになる。
【００６９】
また、例えば、櫛歯を長さ方向（ここでは、ｂ軸方向）に関して３等分する位置にリブ部を２本設けると、たわみ量は１／８１に減少する。
【００７０】
＜実施例３＞
実施例３のイオンフィルタ部２００が図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示されている。図１０（Ａ）は、実施例３のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００７１】
実施例３のイオンフィルタ部２００は、実施例１と実施例２を組み合わせたものであり、櫛歯の先端部に接するＢＯＸ層２０２と支持層２０３が残されており、かつ、櫛歯の先端部以外の任意の位置にリブ部を有している点に特徴を有している。
【００７２】
この場合は、櫛歯の先端部が自由に動けないように固定されるとともに、櫛歯がリブ部に固定されることとなり、櫛歯がたわんだり、振動するのを抑制することができる。そこで、上記実施例１及び実施例２のイオンフィルタ部２００と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
＜実施例４＞
実施例４のイオンフィルタ部２００が図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示されている。図１１（Ａ）は、実施例４のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００７４】
実施例４のイオンフィルタ部２００は、前述した実施例１のイオンフィルタ部２００に対して、櫛歯の長さ方向に直交する方向（ここでは、ａ軸方向）に関して、ＢＯＸ層２０２及び支持層２０３が取り除かれている領域の長さが小さい。この場合も、実施例１のイオンフィルタ部２００と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
なお、実施例４のイオンフィルタ部２００と実施例１のイオンフィルタ部２００との違いは、ａ軸方向に関して、両端に位置する櫛歯がＢＯＸ層２０２に接している点である。これにより、２つの櫛歯電極によって形成される複数の隙間のうちａ軸方向における両端の隙間はＢＯＸ層２０２と支持層２０３とで塞がれ、イオンチャネルとして機能していない。
【００７６】
ところで、ａ軸方向における両端の隙間が、製造時に他の隙間とエッチングの進行速度が異なり、両端の隙間の幅や両端に位置する櫛歯の幅などが他の隙間及び櫛歯と異なるようにできあがる場合には、実施例４のイオンフィルタ部２００が好ましい。
【００７７】
両端の隙間の幅や両端に位置する櫛歯の幅などが他の隙間及び櫛歯と異なると、イオンフィルタ部としての特性がばらつくおそれがあるからである。
【００７８】
また、電気的に考えると、ａ軸方向に関して最も端の電極は、櫛歯よりも幅広であり電気抵抗の値も異なる。そして、その違いによって高周波の非対称電界波形信号が印加された際に端から２番目の電極である櫛歯に左右両隣から作用される静電気力に差が生じ、物理的振動が生じるおそれがある場合も、実施例４のイオンフィルタ部２００が好ましい。
【００７９】
実施例４のイオンフィルタ部２００では、ａ軸方向における両端の隙間がイオンチャネルとして機能しないため、特性の安定性を向上させることができる。なお、イオンチャネルとして機能しない隙間の数を更に増やしても良い。
【００８０】
次に、イオンフィルタ部２００の製造方法について説明する。
【００８１】
図１２には、半導体製造に使用されるＳＯＩ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ基板の断面図が示されている。このウエハ基板は、電極層２０１、ＢＯＸ層２０２、支持層２０３で構成されている。なお、実際は、支持層２０３は機械的強度を要求されるためＢＯＸ層２０２及び電極層２０１より厚みが大きいが、便宜上、小さく図示している。
【００８２】
（１）電極層２０１の上に、ＮＳＧ（Ｎｉｔｒｉｄｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｇｌａｓｓ）膜２２１を蒸着する（図１３参照）。このＮＳＧ膜２２１は絶縁膜である。
（２）後工程で蒸着されるメタル層が電極層と電気的に接続されるように、フォトリソグラフィ工程によってＮＳＧ膜をエッチングしコンタクトホールを開ける（図１４参照）。
（３）アルミニウムや金あるいは銅などの金属層２２２を蒸着する。
（４）フォトリソグラフィ工程によって、コンタクトホールを覆う部分を残して、金属層２２２をエッチングで除去する（図１５参照）。残された金属層２２２は、電極層２０１に非対称電界波形信号を入力するための信号線が接続されるパッド電極となる。このパッド電極には、ワイヤボンディングがなされたり、バンプが取り付けられたりする。
（５）パッド電極の開口部周囲を保護するために窒化保護膜２２３を形成する（図１６参照）。
（６）フォトレジスト２２４を全面に塗布する。
（７）櫛歯電極構造をパターニングする（図１７参照）。櫛歯電極構造のパターン例が図１８に示されている。
【００８３】
ここでは、チップを個別化するエッチング部、チップを個別に切り離す部分（チップ同士の境界、半導体チップでのいわゆるダイシング領域）もエッチングされるようにパターニングされている。櫛歯電極は、櫛歯同士の間隔が狭く、櫛歯の幅が薄いとダイシングの際の振動や流体から加わる圧力等によって容易に破壊されてしまう。そのため、本実施形態ではダイヤモンドブレードを使って削り出し、チップ化する従来の方法は採らず、ウエハ基板の裏表両面からエッチングすることによってチップ化する方法を採っている。
【００８４】
（８）電極層２０１をＢＯＸ層２０２までエッチングし、櫛歯電極間の隙間を作る（図１９参照）。このとき、チップ境界部のチップを個別化するエッチング部も同時にエッチングで取り除く。
（９）粘着剤２２５を用いてサポートウエハ２２６を貼り付ける（図２０参照）。本実施形態では、ウエハ基板の裏表両面からエッチングすることによってチップを個別化するので、ばらばらにならないようにサポートウエハ２２６を貼り付ける。
（１０）支持層２０３にフォトレジスト２２７を塗布し、支持層２０３を取り除く部分をパターニングする（図２１参照）。
【００８５】
なお、図２１には、実施例１〜３の場合が示されている。また、櫛歯電極の反対側のフォトレジスト２２７について、−Ｚ側から見たときの図が図２２〜図２５に示されている。図２２は実施例１の場合であり、図２３は実施例２の場合であり、図２４は実施例３であり、図２５は実施例４の場合である。
【００８６】
（１１）支持層２０３をＢＯＸ層２０２までエッチングする（図２６参照）。
（１２）ＢＯＸ層２０２をエッチングしてイオンチャネル部を貫通させる（図２７参照）。このとき、同時にチップの境界部分も除去され、チップが個別化される。
（１３）支持層側のフォトレジスト２２７を除去する（図２８参照）。
（１４）サポートウエハ２２６を取り除く（図２９参照）。
（１５）電極層側のフォトレジスト２２４を除去する（図３０参照）。これによって、イオンフィルタ部２００となる。
【００８７】
ところで、イオンフィルタ部２００には、駆動回路（制御部９００の一部）を介して非対称電界波形信号（電圧信号）が印加される。そして、この駆動回路は出力インピーダンスを有している。また、非対称電界波形信号が印加されるとイオンフィルタ部２００には負荷容量であるキャパシタンスが生じる。なお、以下では、便宜上、イオンフィルタ部２００で生じるキャパシタンスを「イオンフィルタのキャパシタンス」ともいう。
【００８８】
そこで、イオンフィルタ部２００に印加される非対称電界波形信号の形状は、主に駆動回路の出力インピーダンスとイオンフィルタのキャパシタンスとによる時定数τで決定される。時定数τは、最終到達電圧の約６３％に達するまでの時間であり、次の（１６）式で表される。
τ（秒）＝出力インピーダンス（Ω）×イオンフィルタのキャパシタンス（F）  ……（１６）
【００８９】
そのため、図３２（Ａ）に示される矩形波形状の非対称電界波形信号を印加しようとしても、一例として図３２（Ｂ）に示されるように、立ち上がり時及び立ち下がり時が鈍った形状の非対称電界波形信号が印加される場合がある。
【００９０】
駆動回路の出力インピーダンスは、その大きさを完全に零にすることは困難であり、必ずある有限の値を有している。
【００９１】
ここで、イオンフィルタのキャパシタンスを、対向する櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２との間のイオンチャネルとなる部分で生じるキャパシタンスと、それ以外で生じるキャパシタンスとに分けて考える。
【００９２】
非対称電界波形信号が印加されると、対向する櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２との間のイオンチャネルとなる部分は、電気的にコンデンサとなる（図３１参照）。このコンデンサにおける誘電体は、分析対象のイオン化された気体である。なお、以下では、便宜上、このコンデンサのキャパシタンスを「イオンチャネルのキャパシタンス」ともいう。そして、イオンチャネルのキャパシタンスは、櫛歯の数や２つの櫛歯電極の間隔等によって決まるある値を持っている。例えば、２つの櫛歯電極の間隔を小さく（狭く）すると、イオンチャネルのキャパシタンスは増加する。
【００９３】
ところで、前述した図５において、ｙｕｐ及びｙｄｏｗｎは、電極Ａと電極Ｂの間隔Ｗに対して、ｙｕｐ＜＜Ｗ、ｙｄｏｗｎ＜＜Ｗの関係が必要である。仮に、ｙｕｐ、ｙｄｏｗｎが間隔Ｗと等しいかそれ以上になると、イオン検出部６００に到達すべきイオンも途中で電極Ａあるいは電極Ｂに接触し、イオン検出部６００に辿り付く前に電荷を放出してしまいイオンフィルタの機能をなさなくなる。
【００９４】
電極Ａと電極Ｂとの間に印加される非対称電界波形信号の低電圧化を図るには、間隔Ｗを短くする必要がある。この場合に、ｙｕｐ＜＜Ｗ、ｙｄｏｗｎ＜＜Ｗの関係を維持するには、非対称電界波形信号におけるパルスの周期Ｔを短くする必要がある。換言すると、非対称電界波形信号の周波数を高くする必要がある。
【００９５】
そして、非対称電界波形信号の周波数が高くなると、信号波形の鈍りに対するイオンチャネルのキャパシタンスの影響が大きくなる。極端になると、非対称電界波形信号における振幅が所望の電圧まで振幅されないおそれがある。図３２（Ｂ）で説明すると、電界がＥｍａｘに達する前に立ち下がってしまうおそれがある。
【００９６】
すなわち、イオン検出装置１０の低電圧化を図るためには、イオンフィルタ部２００における２つの櫛歯電極の間隔を短くすることが必要であるが、それは必然的に非対称電界波形信号の周波数を高くすること、及びイオンチャネルのキャパシタンスを増加させることになる。これらは、どちらもイオンフィルタ部２００に印加される非対称電界波形信号に対し、立ち上がり及び立ち下がりに鈍りが生じるように作用する。
【００９７】
次に、イオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスとして、櫛歯電極と支持層との間のキャパシタンスについて説明する。
【００９８】
図３３（Ａ）は、上記実施例４と同様なイオンフィルタ部２００の平面図であり、図３３（Ｂ）は、図３３（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。櫛歯電極２１１は、支持層２０３に対してキャパシタンスＣ１ができ上がっており、櫛歯電極２１２は、支持層２０３に対してキャパシタンスＣ２ができ上がっている。支持層２０３は、ある抵抗値Ｒ１を有してキャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２に接続されており、櫛歯電極２１１と櫛歯電極２１２との間にキャパシタンス成分を発生させている。
【００９９】
これが、前記イオンチャネルのキャパシタンスに加算され、イオンフィルタ部２００に印加される非対称電界波形信号における立ち上がり及び立ち下がりをさらに鈍らせる原因となる。イオンチャネルのキャパシタンスでは誘電体が気体であるので比誘電率はほぼ１であるが、キャパシタンスＣ１及びキャパシタンスＣ２では誘電体となるＢＯＸ層２０２がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であり、その比誘電率は約４である。しかも、ＢＯＸ層２０２は通常０．５μｍ以下という薄い膜であるため、イオンチャネル以外の部分で発生するキャパシタンスは大きいものとなってしまう。
【０１００】
ところで、２枚の電極間のキャパシタンスＣ（Ｆ）は次の（１７）式で表される。ここで、ε０は真空の誘電率、すなわち８．８５４２×１０−１２（ｍ−３ｋｇ−１ｓ４Ａ２）であり、εは比誘電率（空気：約１、ＳｉＯ２：約４）であり、Ｓは電極の面積（ｍ２）であり、ｄは電極間の距離（ｍ）である。
Ｃ＝ε０×ε×Ｓ／ｄ  ……（１７）
【０１０１】
イオンフィルタ部２００では、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２の一方はＧＮＤに接続され、他方に非対称電界波形信号が入力される。図３４には、櫛歯電極２１１がＧＮＤに接続されている例が示されている。
【０１０２】
また、支持層２０３が電気的にどこにも接続されず、いわゆるフローティング状態であれば、イオンによる電荷が蓄積し高電圧となるおそれがある。そのため、図３４に示されるように、支持層２０３は通常ＧＮＤに接続されている。
【０１０３】
図３４の例では、櫛歯電極２１２と支持層２０３との間にキャパシタンスＣ３が生じる。そして、櫛歯電極２１２と支持層２０３とが向かい合っている面の面積を小さくすることによって、キャパシタンスＣ３を小さくすることができる。すなわち、イオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを減らすことができる。なお、櫛歯電極２１１は支持層２０３と同じＧＮＤに接続されているので、櫛歯電極２１１と支持層２０３との間に生じるキャパシタンスは問題にはならない。
【０１０４】
そこで、イオンフィルタ部２００に印加される非対称電界波形信号の鈍りが大きくて無視できない場合には、イオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを減らすのが好ましい。以下、この具体例について説明する。
【０１０５】
＜具体例１＞
具体例１のイオンフィルタ部２００が図３５（Ａ）〜図３５（Ｃ）に示されている。図３５（Ａ）は、具体例１のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図３５（Ｂ）は、図３５（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図３５（Ｃ）は、図３５（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０１０６】
具体例１のイオンフィルタ部２００では、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２への配線を最小限残して電極層２０１をエッチングしている。すなわち、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２を電極層２０１の周辺部と電気的に分離し、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２の面積を最小限にしている。なお、図３５（Ａ）における符号３０１は、櫛歯電極２１１用の電極パッドであり、符号３０２は、櫛歯電極２１２用の電極パッドである。各電極パッドは、ワイヤボンディングやプローブピンを接触させるために設けられているが、この部分の面積も必要最小限の面積に留めるのが好ましい。
【０１０７】
図３６には、前述した実施例４において櫛歯電極２１２が支持層２０３とコンデンサを構成する部分が斜めのハッチングで示されている。また、図３７には、具体例１において櫛歯電極２１２が支持層２０３とコンデンサを構成する部分が斜めのハッチングで示されている。図３６と図３７を比較すると、斜めのハッチング部分の面積が、具体例１のほうが実施例４よりも小さい。同様に、櫛歯電極２１１が支持層２０３とコンデンサを構成する部分の面積も、具体例１のほうが実施例４よりも小さい。すなわち、具体例１のイオンフィルタ部２００は、前述した実施例４のイオンフィルタ部２００よりも、イオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを小さくすることができる。
【０１０８】
イオンフィルタ部２００では、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２の一方はＧＮＤに接続され、他方に非対称電界波形信号が入力される。図３８には、具体例１のイオンフィルタ部２００において、櫛歯電極２１１がＧＮＤに接続され、櫛歯電極２１２に非対称電界波形信号が入力される場合が示されている。なお、逆に櫛歯電極２１２がＧＮＤに接続され、櫛歯電極２１１に非対称電界波形信号が入力されても良い。
【０１０９】
具体例１のイオンフィルタ部２００では、電極層２０１は、その周辺部に、櫛歯電極２１１及び櫛歯電極２１２とは電気的に分離されているリング状の額縁のような部分（以下では、「電極２１３」ともいう）を有している。この電極２１３を仮にどこにも接続させずフローティング状態にしておくと、イオン検出時に電荷がチャージされ高電圧になってイオンフィルタの機能を損ねる可能性があるので、電極２１３はＧＮＤに接続する（図３８参照）。
【０１１０】
＜具体例２＞
具体例２のイオンフィルタ部２００が図３９（Ａ）〜図３９（Ｃ）に示されている。図３９（Ａ）は、具体例２のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図３９（Ｂ）は、図３９（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図３９（Ｃ）は、図３９（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０１１１】
具体例２のイオンフィルタ部２００では、図４０に示されるように、櫛歯電極２１２に非対称電界波形信号が入力され、櫛歯電極２１２はＧＮＤに接続されている。
【０１１２】
具体例２のイオンフィルタ部２００では、非対称電界波形信号が入力される櫛歯電極２１２の面積を小さくしている。そして、櫛歯電極２１１は、前記具体例１のイオンフィルタ部２００における電極２１３と一体化されている。
【０１１３】
また、図４０には、図３９（Ａ）において櫛歯電極２１２が支持層２０３とコンデンサを構成する部分が斜めのハッチングで示されている。斜めのハッチング部分の面積は、前記具体例１のイオンフィルタ部２００と同様に小さくなっている。一方、櫛歯電極２１１に関しては、特に支持層２０３との間に発生するキャパシタンスを小さくする工夫は行なわれてはいない。
【０１１４】
＜具体例３＞
具体例３のイオンフィルタ部２００が図４１（Ａ）〜図４１（Ｃ）に示されている。図４１（Ａ）は、具体例３のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図４１（Ｂ）は、図４１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図４１（Ｃ）は、図４１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０１１５】
具体例３のイオンフィルタ部２００では、図４２に示されるように、櫛歯電極２１１に非対称電界波形信号が入力され、櫛歯電極２１２はＧＮＤに接続されている。
【０１１６】
具体例３のイオンフィルタ部２００では、非対称電界波形信号が入力される櫛歯電極２１１の面積を小さくしている。そして、櫛歯電極２１２は、前記具体例１のイオンフィルタ部２００における電極２１３と一体化されている。
【０１１７】
また、図４２には、図４１（Ａ）において櫛歯電極２１１が支持層２０３とコンデンサを構成する部分が斜めのハッチングで示されている。斜めのハッチング部分の面積は、前記具体例１のイオンフィルタ部２００と同様に小さくなっている。一方、櫛歯電極２１２に関しては、特に支持層２０３との間に発生するキャパシタンスを小さくする工夫は行なわれてはいない。
【０１１８】
＜具体例４＞
具体例４のイオンフィルタ部２００が図４３（Ａ）〜図４３（Ｃ）に示されている。図４３（Ａ）は、具体例４のイオンフィルタ部２００の平面図であり、図４３（Ｂ）は、図４３（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図４３（Ｃ）は、図４３（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【０１１９】
具体例４のイオンフィルタ部２００は、前記具体例１のイオンフィルタ部２００における電極２１３を全て取り除いたものである。この場合は、電極の数を前記具体例１の場合よりも少なくすることができる。
【０１２０】
なお、上記各具体例は、実施例４のイオンフィルタ部２００に対してイオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを低下させているが、前述した実施例１〜３に対しても上記各具体例と同様な方法を用いることにより、イオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを低下させることが可能である。
【０１２１】
また、上記各具体例のイオンフィルタ部２００は、前述したイオンフィルタ部２００の製造方法の工程（７）において、それぞれに対応した櫛歯電極構造をパターニングすることにより、前述したイオンフィルタ部２００の製造方法と同様な手順で製造することができる。
【０１２２】
以上の説明から明らかなように、上記イオンフィルタ部２１１の製造方法において、本発明のイオンフィルタの製造方法が実施されている。
【０１２３】
以上説明したように、本実施形態に係るイオンフィルタ部２００は、支持層２０３と、該支持層２０３の上に積層された絶縁層２０２と、該絶縁層２０２の上に積層され、積層方向に直交する面内において、互いの櫛歯が交互に噛み合うように対向して配置された２つの櫛歯電極（櫛歯電極２１１、櫛歯電極２１２）を含む電極層２０１とを有している。
【０１２４】
そして、２つの櫛歯電極の隙間の少なくとも一部に、絶縁層２０２及び支持層２０３の一部が取り除かれ、積層方向にイオンが通過することができる流路（イオンチャネル）を有し、２つの櫛歯電極における櫛歯は、一部が絶縁層２０２と接している。
【０１２５】
実施例１では、櫛歯の根元部と先端部とが絶縁層２０２と接しており、実施例２では、櫛歯の中央部が絶縁層２０２と接している。また、実施例３では、櫛歯の根元部と先端部と中央部とが絶縁層２０２と接している。
【０１２６】
これらの実施例では、櫛歯の変形や振動が抑制されることとなり、耐久性や信頼性の低下を招くことなく、電極の間隔及び電極の厚さを小さくすることが可能となる。そこで、イオンフィルタ部２００は、電池で駆動させることができる。
【０１２７】
さらに、櫛歯の根元部と先端部を除く複数箇所が絶縁層２０２と接していても、実施例１〜３と同様な効果を得ることができる。
【０１２８】
また、実施例４では、２つの櫛歯電極によって形成される複数の隙間のうちａ軸方向における両端の隙間には、イオンの流路が設けられていない。この場合は、さらに、イオンフィルタ部としての特性の安定性を向上させることができる。
【０１２９】
また、電極層２０１は、不純物が注入されたシリコンからなっている。この場合は、櫛歯電極の電気抵抗を低くして非対称電界波形信号の周波数応答性を向上させることができる。
【０１３０】
さらに、具体例１では、２つの櫛歯電極は、電極層２０１における周辺部から電気的に分離されている。そして、電極層２０１における周辺部は、２つの櫛歯電極とは異なる電極２１３を含んでいる。具体例２及び具体例３では、２つの櫛歯電極のいずれかが具体例１における電極２１３と一体化されている。すなわち、２つの櫛歯電極のいずれかが周辺部に含まれる電極と電気的に接続されている。具体例４では、電極層２０１における２つの櫛歯電極の周辺部が取り除かれている。これら具体例のイオンフィルタ部２００では、いずれもイオンチャネル以外の部分で生じるキャパシタンスを低下させることができる。非対称電界波形信号の鈍りを小さくすることが可能となる。
【０１３１】
そこで、各具体例のイオンフィルタ部２００は、耐久性や信頼性の低下を招くことなく、電極の間隔及び電極の厚さを小さくすることができるとともに、非対称電界波形信号の鈍りを小さくすることができる。その結果、安定的に電池で駆動させることが可能となる。
【０１３２】
そして、本実施形態に係るイオン検出装置１０によると、イオンフィルタ部２００を備えているため、その結果として小型化及び低消費電力化を図ることができる。
【０１３３】
なお、上記実施形態において、電極層２０１が、金属がコーティングされたシリコンからなっていても良い。この場合は、櫛歯電極の表面が酸化してイオンフィルタ部の機能が損なわれることを防止したり、櫛歯電極の電気抵抗を低くして非対称電界波形信号の周波数応答性を向上させることができる。
【０１３４】
また、上記実施形態では、イオンフィルタ部２００がＳＯＩ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウエハ基板から製造される場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３５】
１０…イオン検出装置、１００…イオン発生部、２００…イオンフィルタ部（イオンフィルタ）、２０１…電極層、２０２…ＢＯＸ層（絶縁層）、２０３…支持層、２１１…櫛歯電極（２つの櫛歯電極の一方）、２１２…櫛歯電極（２つの櫛歯電極の他方）、２１３…電極（第３の電極）、２２１…ＮＳＧ膜、２２２…金属層、２２３…窒化保護膜、２２４…フォトレジスト、２２５…粘着剤、２２６…サポートウエハ、２２７…フォトレジスト、６００…検出部（検出器）、９００…制御部。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／００２８１９６号明細書
【特許文献２】特許第４０６３６７６号公報
【特許文献３】特許第５２２１９５４号公報
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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