(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の表面光電圧法（surface photo voltage: SPV）を用いた光アドレス電位応答センサ（LAPS: Light addressable potentiometric sensor）及び化学イメージセンサに於いて、半導体基板を用いて上記板状基板を回転させて同心円状に交流光ビームを照射すると共に、回転する同心円の直径方向の任意の位置に交流光ビームを移動させることにより上記基板上のセンサ全面の化学種の二次元像を得ることが出来るようなセンサ構成で、多角形板状または円板状の半導体基板を用いて同一平面上に化学種の感応部と参照電極と対極を設けて、さらにこれらを電解質材料で被うことで構成され、上記板状のセンサ基板を回転させると同時に、回転軸と一体に組み込みんだ電気配線により上記板状センサ基板からのセンサ信号の取り出し及び参照電極と対極の各々を、回転機構の一部に設けられた外部電気回路に通じる接続部分に接触させることにより外部電気回路とを接続させることを特徴とする化学イメージセンサ。
【請求項２】
上記の板状半導体基板を回転させるのに、板状のケースに上記の板状半導体基板を一体に収納したことを特徴とする請求項１の化学イメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野の説明】
本発明は化学イメージセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術の説明】
半導体の表面又は裏面よりその禁制帯幅よりエネルギーのおおきな交流光を照射し、このとき生じる光電流を測定してセンサに応用する方法は表面光電圧（ＳＰＶ）法と呼ばれている。図４にその構成図を示す。この計測方法は、ガスやイオンや生物活性などの生物化学検査や半導体製造プロセスにおける結晶欠陥測定など物理・化学センサとしての応用が考えられている。さらにこのセンサは微小領域のセンサ信号が検出できるとともに、交流光をスキャニングすることにより発生するセンサ信号を順次収集して化学種の二次元分布像を得ることができる。
【０００３】
単結晶シリコン基板又は透明なサファイア基板上の薄膜シリコン層から成るSOS基板の裏面を交流光で照射することでケミカルイメージセンサが実現するのに、従来は図５に示すようにセンサを装着したステージをX-Yに移動することによりセンサ基板の裏面全体に、順次、交流光を照射していたが、システム全体が大きくなり、結果として高価な装置になっていた。また、このX-Yステージの移動による光ビーム照射では、ステージがある程度の大きさと重量を持つので開始時と停止時付近で慣性によりスムーズなステージ移動が困難で位置情報の誤差を生じ、そのために高精度の計測には不向きであった。
【０００４】
また、ステージ移動の他に図６に示すように二枚のミラーを組み合わせて裏面をX-Yに光ビーム走査する方法も用いられている。しかし、この方法も機械的な方法なのでミラーを滑らかに動かすには複雑な操作が必要で、また高速に動作させるには限界があった。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
本発明は上記の欠点を解決し、ケミカルイメージセンサの信号処理の高速化と装置の小型化を実現し安価なセンサ計測装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、半導体の表面光電圧法（surface photo voltage: SPV）を用いた光アドレス電位応答センサ（LAPS: Light addressable potentiometric sensor）及び化学イメージセンサに於いて、半導体基板を用いて上記板状基板を回転させて同心円状に交流光ビームを照射すると共に、回転する同心円の直径方向の任意の位置に交流光ビームを移動させることにより上記基板上のセンサ全面の化学種の二次元像を得ることが出来るようなセンサ構成で、多角形板状または円板状の半導体基板を用いて同一平面上に化学種の感応部と参照電極と対極を設けて、さらにこれらを電解質材料で被うことで構成されることを特徴とする。
【０００７】
【実施の態様】
本発明は、半導体基板の表面上に絶縁層を有する構造で、上記半導体の表面または裏面より交流光を照射することにより半導体表面の局所状態を検知できる表面光電圧法を用いた化学イメージセンサに於いて、センサ基板は多角形板状または円板状の半導体基板を用いて、この基板の全面を交流光で走査するのに、センサが装着されているX-Yステージを移動させて行う方法ではなく上記基板を回転させることにより実現するのが本発明の趣旨である。
【０００８】
図１に示すように、本発明の化学イメージセンサの構成法は、ディスク状の半導体基板上に化学種のセンサ部と参照電極と対極を設けたセンサ基板の中心部を回転軸のスピンドルにハブで圧着させて上記基板を回転させて交流光を同心円状に照射すると共に、交流光を上記ディスク状基板の直径方向にその位置を移動させることにより、センサ基板の全面における信号を順次読み出し化学種の二次元像得ることができるものである。本発明のディスク状センサ基板の直径方向へ移動を正確に行うために、レーザー光源、ビームスプリッター、対物レンズなどから成る交流光の照射機能はCDROMと同様な機構つまり位置決め機構に固定させたアーム上に取り付けられている。交流光は光源からの交流光ビーム径を対物レンズで小さく絞って基板上の半導体層に焦点を合われことにより高い空間分解能を達成できる。
【０００９】
図２は上記の板状半導体基板を回転させるのに、板状のケースに上記の板状半導体基板を一体に収納した場合である。プラスッチックで成型したケースに板状センサを収納することにより、電解質材料を本センサの感応部に様々な形状に被着することができる。また、測定はセンシング部と対極部と参照電極部がゲルなどの電解質で被われた膜上に測定サンプル溶液を滴下して行う。ゲル状材料を電解質に用いた場合はゲル状電解質膜上に測定サンプル溶液を滴下することで化学種がゲルに浸透しセンサ応答膜上で局在的にセンサ信号の面内分布に変化をもたらすことにより化学イメージセンサを実現できる。
【００１０】
図３は板状センサ基板からのセンサ信号の取り出し及び参照電極と対極の外部の電気回路との接続法の例を示している。上記回転軸のスピンドルと上部のハブにディスク状基板が圧着されることによりモーターの回転によりセンサ基板が回転子、上記のスピンドルに圧着された回転センサ板はハブにより圧着または解除することにより着脱可能な構成となる。
【００１１】
上記回転軸のスピンドルと上部のハブにディスク状基板が圧着される場合、上記板状のセンサ基板を回転させると同時に上記板状センサ基板からのセンサ信号電極及び参照電極と対極の電気配線をスピンドル部かハブかの回転機構に一体に組み込む。センサ信号の取り出し及び参照電極と対極の各々はセンサ基板の上面に配置され上方からハブで押さえられている構成なので、外部電気回路とを接続させるには本例のようにハブの一部に電気配線と接続部を設けて接触子で接触させるのが好都合である。
【００１２】
【効果の説明】
従来のセンサを装着したX-Yステージの移動による光ビーム照射では、スムーズなステージ移動が困難であったが、本発明によれば、センサ基板を一定速度で回転させると同時に光源を回転軸方向に前後移動させることで規則的な速度でセンサ全体をスムーズに照射することが出来る。また、光ビームの光源の移動は高速を必要とせず、直線的な低速移動で構わないので光ビームを移動させながらもそのビームの焦点を正確に絞ることができるようになるので高精度計測には大変有用である。さらに本発明によれば、センサの計測速度を向上させるには、センサ基板の回転数に上げることにより簡単に実現できるのでその効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のケミカルイメージセンサの基本構成
【図２】本発明のセンサ基板を板状ケースに一体に収納した例
【図３】本発明のセンサ信号及び参照電極と対極の外部の電気回路との接続法の例
【図４】表面光電圧を用いたケミカルイメージセンサの原理図
【図５】従来のX-Yステージ移動による交流光の照射法
【図６】従来のミラーの組み合わせによる交流光の照射法
【符号の説明】
１：半導体基板
２：絶縁膜
３：感応膜
４：電解質
５：交流光ビーム
６：ケース
７：参照電極
８：対極
【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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