JP2003279532A - 化学濃度センサおよび化学濃度センサの製造方法 - Google Patents
化学濃度センサおよび化学濃度センサの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単一の測定系でセンサを交換することな
く多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる化学濃度セ
ンサおよび化学濃度センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 一枚の半導体基板２の裏面側に形成され
た二次元化学濃度イメージセンサＳL と、この二次元化
学濃度イメージセンサＳL の感応部２ａを底面とするよ
うに、同じ基板２の表面側から形成された複数の凹入部
３…と、各凹入部３…の内側面に臨ませるようにそれぞ
れ配置された比較電極４と、凹入部３…の底面に堆積さ
せた感応膜２０とを有し、各凹入部３…に収容される測
定対象試料の化学濃度を個別に測定可能とした。
く多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる化学濃度セ
ンサおよび化学濃度センサの製造方法を提供する。 【解決手段】 一枚の半導体基板２の裏面側に形成され
た二次元化学濃度イメージセンサＳL と、この二次元化
学濃度イメージセンサＳL の感応部２ａを底面とするよ
うに、同じ基板２の表面側から形成された複数の凹入部
３…と、各凹入部３…の内側面に臨ませるようにそれぞ
れ配置された比較電極４と、凹入部３…の底面に堆積さ
せた感応膜２０とを有し、各凹入部３…に収容される測
定対象試料の化学濃度を個別に測定可能とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロプレートの各
凹入部に収容される液体（溶液など）の化学濃度の測定
を行なう化学濃度センサに関するものであり、より詳細
には測定の効率化を目的とする化学濃度センサに関す
る。
凹入部に収容される液体（溶液など）の化学濃度の測定
を行なう化学濃度センサに関するものであり、より詳細
には測定の効率化を目的とする化学濃度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、マイクロプレートの各凹入部
に収容される試験溶液の化学濃度（例えば溶液のｐＨ）
を測定する場合は、各凹入部に順番に小型センサを挿入
して行われている。
に収容される試験溶液の化学濃度（例えば溶液のｐＨ）
を測定する場合は、各凹入部に順番に小型センサを挿入
して行われている。
【０００３】図１０は従来の試験溶液のｐＨを測定する
化学濃度センサと、その使用方法を説明する図である。
図１０において、５０は試験溶液が収容される凹入部５
０ａを形成したマイクロプレート、５１は各凹入部５０
ａ…内に挿入可能に小さく形成されたセンサ部５１ａを
有する従来の化学濃度センサ（本例の場合はｐＨセン
サ）である。つまり、使用者はｐＨセンサ５１を各凹入
部５０ａ…内に挿入して、その凹入部５０ａ内の溶液の
化学濃度を測定していた。
化学濃度センサと、その使用方法を説明する図である。
図１０において、５０は試験溶液が収容される凹入部５
０ａを形成したマイクロプレート、５１は各凹入部５０
ａ…内に挿入可能に小さく形成されたセンサ部５１ａを
有する従来の化学濃度センサ（本例の場合はｐＨセン
サ）である。つまり、使用者はｐＨセンサ５１を各凹入
部５０ａ…内に挿入して、その凹入部５０ａ内の溶液の
化学濃度を測定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロプレート５０を用いて、ｐＨセンサ５１を用い
る場合には、物理的な寸法の限界や煩雑な操作が生じる
ことを避けられなかった。すなわち、従来のｐＨセンサ
５１でマイクロプレート５０のような個別的な測定が必
要なものは測定のたびに凹入部５０ａに対してセンサ部
５１ａを挿脱したり、測定後のセンサ部５１ａを毎回洗
浄もしくは交換する必要があった。
マイクロプレート５０を用いて、ｐＨセンサ５１を用い
る場合には、物理的な寸法の限界や煩雑な操作が生じる
ことを避けられなかった。すなわち、従来のｐＨセンサ
５１でマイクロプレート５０のような個別的な測定が必
要なものは測定のたびに凹入部５０ａに対してセンサ部
５１ａを挿脱したり、測定後のセンサ部５１ａを毎回洗
浄もしくは交換する必要があった。
【０００５】また、マイクロプレート５０の凹入部５０
ａに対してセンサ部５１ａを挿入可能とするためには、
このセンサ部５１ａの大きさを小さくする必要がある
が、小型のセンサを作るためには物理的限界（ガラス電
極の大きさ）などがあった。これによって、凹入部５０
ａの寸法の小型化にも限界が生じていた。
ａに対してセンサ部５１ａを挿入可能とするためには、
このセンサ部５１ａの大きさを小さくする必要がある
が、小型のセンサを作るためには物理的限界（ガラス電
極の大きさ）などがあった。これによって、凹入部５０
ａの寸法の小型化にも限界が生じていた。
【０００６】一方、ＬＡＰＳ(Light-Addressable Poten
tiometric Sensor) 型ｐＨセンサやＣｈｅｍｉｃａｌ−
ＣＣＤなどの、二次元の化学濃度の分布を測定する、平
面状のイメージセンサ（本明細書では、二次元化学濃度
イメージセンサと表現する）を用いることにより、文字
通り１枚のセンサで多点での測定が可能であるが、複数
の液体試料の場合、試料を二次元化学濃度イメージセン
サ上に置くと、これが混合するという問題があった。
tiometric Sensor) 型ｐＨセンサやＣｈｅｍｉｃａｌ−
ＣＣＤなどの、二次元の化学濃度の分布を測定する、平
面状のイメージセンサ（本明細書では、二次元化学濃度
イメージセンサと表現する）を用いることにより、文字
通り１枚のセンサで多点での測定が可能であるが、複数
の液体試料の場合、試料を二次元化学濃度イメージセン
サ上に置くと、これが混合するという問題があった。
【０００７】すなわち、複数の測定対象試料を混合させ
ることなく、各試料の化学濃度を測定する場合には、前
記マイクロプレート５０のように、個々の試料を別々に
収容する凹入部５０ａが必要となるので、上述のような
二次元化学濃度イメージセンサを用いて、個別的な測定
が必要な試料の多点を行なうことはできなかった。
ることなく、各試料の化学濃度を測定する場合には、前
記マイクロプレート５０のように、個々の試料を別々に
収容する凹入部５０ａが必要となるので、上述のような
二次元化学濃度イメージセンサを用いて、個別的な測定
が必要な試料の多点を行なうことはできなかった。
【０００８】本発明は、上述のことを考慮に入れてなさ
れたものであって、単一の測定系でセンサを交換するこ
となく多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる化学濃
度センサおよび化学濃度センサの製造方法を提供するこ
とを目的としている。
れたものであって、単一の測定系でセンサを交換するこ
となく多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる化学濃
度センサおよび化学濃度センサの製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
第１発明の化学濃度センサは、一枚の半導体基板の裏面
側に形成された二次元化学濃度イメージセンサと、この
二次元化学濃度イメージセンサの感応部を底面とするよ
うに、同じ基板の表面側から形成された複数の凹入部
と、各凹入部の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置さ
れた比較電極と、凹入部の底面に堆積させた感応膜とを
有し、各凹入部に収容される測定対象試料の化学濃度を
個別に測定可能としたことを特徴としている。（請求項
１）
第１発明の化学濃度センサは、一枚の半導体基板の裏面
側に形成された二次元化学濃度イメージセンサと、この
二次元化学濃度イメージセンサの感応部を底面とするよ
うに、同じ基板の表面側から形成された複数の凹入部
と、各凹入部の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置さ
れた比較電極と、凹入部の底面に堆積させた感応膜とを
有し、各凹入部に収容される測定対象試料の化学濃度を
個別に測定可能としたことを特徴としている。（請求項
１）
【００１０】第２発明の化学濃度センサは、絶縁層によ
って分離された表面と裏面を有する一枚の半導体基板の
裏面側に形成された二次元化学濃度イメージセンサと、
この二次元化学濃度イメージセンサの感応部を底面とす
るように、同じ基板の表面側から形成された複数の凹入
部と、各凹入部の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置
された比較電極と、凹入部の底面に堆積させた感応膜と
を有し、各凹入部に収容される測定対象試料の化学濃度
を個別に測定可能としたことを特徴としている。（請求
項２）
って分離された表面と裏面を有する一枚の半導体基板の
裏面側に形成された二次元化学濃度イメージセンサと、
この二次元化学濃度イメージセンサの感応部を底面とす
るように、同じ基板の表面側から形成された複数の凹入
部と、各凹入部の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置
された比較電極と、凹入部の底面に堆積させた感応膜と
を有し、各凹入部に収容される測定対象試料の化学濃度
を個別に測定可能としたことを特徴としている。（請求
項２）
【００１１】したがって、各凹入部に収容した試料に対
して電極を挿入することなく、試料の化学濃度を測定す
ることができるので、試料を外部から汚染する心配がな
い。また、各凹入部に収容された液体試料は互いに混じ
り合うことがなく、かつ、各凹入部に収容された複数の
試料の化学濃度を一つの平面上に形成された単一の測定
系で個別に測定することができる。そして、単一の測定
系で複数の試料を測定可能であるから、１つの凹入部当
たりのコストパフォーマンスを安くすることができ、使
い捨て可能な化学濃度センサを形成することも可能であ
る。
して電極を挿入することなく、試料の化学濃度を測定す
ることができるので、試料を外部から汚染する心配がな
い。また、各凹入部に収容された液体試料は互いに混じ
り合うことがなく、かつ、各凹入部に収容された複数の
試料の化学濃度を一つの平面上に形成された単一の測定
系で個別に測定することができる。そして、単一の測定
系で複数の試料を測定可能であるから、１つの凹入部当
たりのコストパフォーマンスを安くすることができ、使
い捨て可能な化学濃度センサを形成することも可能であ
る。
【００１２】前記半導体基板は一般的なシリコン基板で
あっても、その他の半導体からなる基板であってもよい
が、何れにしても既存の半導体加工技術（半導体製造プ
ロセス）によって比較的自由かつ精度よく造形すること
ができる。また、ＳＯＩ(Silicon-on-insulator)基板の
ように絶縁層によって分離された半導体基板を用いるこ
とにより、凹入部の形成を容易でき、均一な厚みの二次
元化学濃度イメージセンサを容易に作成することができ
る。
あっても、その他の半導体からなる基板であってもよい
が、何れにしても既存の半導体加工技術（半導体製造プ
ロセス）によって比較的自由かつ精度よく造形すること
ができる。また、ＳＯＩ(Silicon-on-insulator)基板の
ように絶縁層によって分離された半導体基板を用いるこ
とにより、凹入部の形成を容易でき、均一な厚みの二次
元化学濃度イメージセンサを容易に作成することができ
る。
【００１３】また、従来のように各試料に対する測定の
度にセンサチップを変えたり洗浄する必要がなく、二次
元化学濃度イメージセンサを用いて単一の測定系で複数
の凹入部に収容された各試料の化学濃度を順次測定でき
るので、信号処理回路が簡単であると共に迅速な測定を
行なうことができる。
度にセンサチップを変えたり洗浄する必要がなく、二次
元化学濃度イメージセンサを用いて単一の測定系で複数
の凹入部に収容された各試料の化学濃度を順次測定でき
るので、信号処理回路が簡単であると共に迅速な測定を
行なうことができる。
【００１４】さらに、各凹入部の形状は既存の半導体加
工技術を用いて極めて正確に小型化することが可能であ
ることから、μＴＡＳなどの微小量の測定対象試料を個
別に測定できる化学濃度センサを低コストにて製造する
ことができる。
工技術を用いて極めて正確に小型化することが可能であ
ることから、μＴＡＳなどの微小量の測定対象試料を個
別に測定できる化学濃度センサを低コストにて製造する
ことができる。
【００１５】前記二次元化学濃度イメージセンサが、そ
の裏面側から各凹入部に対応する位置に個別に光を照射
可能とする光源と、各比較電極にそれぞれ対応して各凹
入部の内側面に臨ませるように配置された対極と、前記
光を照射した位置の凹入部に対応する比較電極および／
または対極を選択してポテンショスタットと接続するこ
とで、前記基板に形成された複数の凹入部の中から測定
対象となっている一つの凹入部を選択し、この凹入部内
の感応部に生じる光電流値を化学濃度の測定値として個
々に測定可能とするマルチプレクサとを有する場合（す
なわち二次元化学濃度イメージセンサがＬＡＰＳ型のセ
ンサである場合）には（請求項３）、ＬＡＰＳ法を用い
て多数の試料を測定できる。
の裏面側から各凹入部に対応する位置に個別に光を照射
可能とする光源と、各比較電極にそれぞれ対応して各凹
入部の内側面に臨ませるように配置された対極と、前記
光を照射した位置の凹入部に対応する比較電極および／
または対極を選択してポテンショスタットと接続するこ
とで、前記基板に形成された複数の凹入部の中から測定
対象となっている一つの凹入部を選択し、この凹入部内
の感応部に生じる光電流値を化学濃度の測定値として個
々に測定可能とするマルチプレクサとを有する場合（す
なわち二次元化学濃度イメージセンサがＬＡＰＳ型のセ
ンサである場合）には（請求項３）、ＬＡＰＳ法を用い
て多数の試料を測定できる。
【００１６】前記光源が、前記基板に当接する当接面に
面すると共に、前記各凹入部の底面に対応する位置にそ
れぞれ埋設させた複数の発光素子と、測定対象となって
いる一つの発光素子に選択的に電力を供給する電力供給
部とを有する場合には（請求項４）、光源の構成を簡素
にすることが可能であるとともに、測定対象となってい
る凹入部を容易に特定することができる。
面すると共に、前記各凹入部の底面に対応する位置にそ
れぞれ埋設させた複数の発光素子と、測定対象となって
いる一つの発光素子に選択的に電力を供給する電力供給
部とを有する場合には（請求項４）、光源の構成を簡素
にすることが可能であるとともに、測定対象となってい
る凹入部を容易に特定することができる。
【００１７】前記二次元化学濃度イメージセンサが半導
体基板上に形成させた複数のＩＳＦＥＴを有し、各ＩＳ
ＦＥＴがそれぞれ凹入部の底面に対応する部分に形成さ
れてなり、測定対象となっている凹入部に対応するＩＳ
ＦＥＴによって、この凹入部内の測定対象試料の化学濃
度を個々に測定可能とした場合には（請求項５）、凹入
部の形成に用いた半導体製造プロセスを用いて複数のＩ
ＳＦＥＴを低コストで正確な位置に形成することがで
き、歩留りのよい化学濃度センサを形成することができ
る。とりわけ、ＩＳＦＥＴは信号処理のための電気回路
が簡単であり、かつ、測定に必要となる時間が短く、多
数の試料のそれぞれの化学濃度を迅速に測定することが
できる。
体基板上に形成させた複数のＩＳＦＥＴを有し、各ＩＳ
ＦＥＴがそれぞれ凹入部の底面に対応する部分に形成さ
れてなり、測定対象となっている凹入部に対応するＩＳ
ＦＥＴによって、この凹入部内の測定対象試料の化学濃
度を個々に測定可能とした場合には（請求項５）、凹入
部の形成に用いた半導体製造プロセスを用いて複数のＩ
ＳＦＥＴを低コストで正確な位置に形成することがで
き、歩留りのよい化学濃度センサを形成することができ
る。とりわけ、ＩＳＦＥＴは信号処理のための電気回路
が簡単であり、かつ、測定に必要となる時間が短く、多
数の試料のそれぞれの化学濃度を迅速に測定することが
できる。
【００１８】複数のＩＳＦＥＴの中から測定対象となっ
ているＩＳＦＥＴを選択するマルチプレクサと、このマ
ルチプレクサによって選択されたＩＳＦＥＴのドレイン
とソースとの間に一定の電流を流すように比較電極の電
位を制御し、この比較電極の電位を化学濃度の測定値と
して出力可能とする演算増幅器とを有する場合には（請
求項６）、一つの演算増幅器を用いて複数の試料の化学
濃度を測定することができる。
ているＩＳＦＥＴを選択するマルチプレクサと、このマ
ルチプレクサによって選択されたＩＳＦＥＴのドレイン
とソースとの間に一定の電流を流すように比較電極の電
位を制御し、この比較電極の電位を化学濃度の測定値と
して出力可能とする演算増幅器とを有する場合には（請
求項６）、一つの演算増幅器を用いて複数の試料の化学
濃度を測定することができる。
【００１９】各ＩＳＦＥＴのドレインとソースとの間に
一定の電流を流すように対応する比較電極の電位を制御
する複数の演算増幅器を有する場合には（請求項７）、
各比較電極の電位を用いて極めて容易に各凹入部内の試
料の化学濃度の測定値を得ることができる。なお、この
演算増幅器はＩＳＦＥＴと同じ基板上に半導体製造プロ
セスを用いて形成することが可能であるから、その製造
コストを引き下げるとおができる。しかしながら、本発
明は演算増幅器をＩＳＦＥＴと同じ基板に形成すること
に限定するものではない。
一定の電流を流すように対応する比較電極の電位を制御
する複数の演算増幅器を有する場合には（請求項７）、
各比較電極の電位を用いて極めて容易に各凹入部内の試
料の化学濃度の測定値を得ることができる。なお、この
演算増幅器はＩＳＦＥＴと同じ基板上に半導体製造プロ
セスを用いて形成することが可能であるから、その製造
コストを引き下げるとおができる。しかしながら、本発
明は演算増幅器をＩＳＦＥＴと同じ基板に形成すること
に限定するものではない。
【００２０】前記二次元化学濃度イメージセンサが半導
体基板上の複数の感応部における化学濃度をそれぞれ信
号電荷に変換して検出する複数のＣＣＤを有し、各ＣＣ
Ｄによって変換された信号電荷量から、この感応膜に対
応する凹入部内の測定対象試料の化学濃度を個々に測定
可能とした場合には（請求項８）、各凹入部における測
定対象試料の化学濃度を容易に測定できる。なお、ＣＣ
Ｄは二次元化学濃度イメージセンサと同じ半導体基板上
に形成されるものであるから、その製造コストを引き下
げて、歩留りを向上できる。また、信号電荷に変換され
た化学濃度の測定値は転送用ＣＣＤによって容易に転送
できるから個々のＣＣＤによる測定値を容易に順次検出
できる。
体基板上の複数の感応部における化学濃度をそれぞれ信
号電荷に変換して検出する複数のＣＣＤを有し、各ＣＣ
Ｄによって変換された信号電荷量から、この感応膜に対
応する凹入部内の測定対象試料の化学濃度を個々に測定
可能とした場合には（請求項８）、各凹入部における測
定対象試料の化学濃度を容易に測定できる。なお、ＣＣ
Ｄは二次元化学濃度イメージセンサと同じ半導体基板上
に形成されるものであるから、その製造コストを引き下
げて、歩留りを向上できる。また、信号電荷に変換され
た化学濃度の測定値は転送用ＣＣＤによって容易に転送
できるから個々のＣＣＤによる測定値を容易に順次検出
できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の化学濃度センサ
１Ｌの第１実施例を示す図であり、図２はこの化学濃度
センサ１Ｌの要部を拡大して示す図である。
１Ｌの第１実施例を示す図であり、図２はこの化学濃度
センサ１Ｌの要部を拡大して示す図である。
【００２２】図１において、ＳL は一例としてＬＡＰＳ
法を用いた二次元化学濃度イメージセンサ（以下、二次
元センサＳL という）であり、一枚の半導体基板２によ
って形成されている。２ａは半導体基板２の一部であっ
て二次元センサＳL の裏面側に形成された感応部、３は
二次元センサＳL の表面側から例えばエッチングなどに
よって形成されて感応部２ａの上にこれを底面とするよ
うに二次元方向に複数形成された凹入部、４…は各凹入
部３…の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置された比
較電極、５はこの比較電極４…に対するように各凹入部
３…の内側面にそれぞれ設けられた対極である。すなわ
ち、本例における二次元センサＳL は前記各部材２〜５
を有している。
法を用いた二次元化学濃度イメージセンサ（以下、二次
元センサＳL という）であり、一枚の半導体基板２によ
って形成されている。２ａは半導体基板２の一部であっ
て二次元センサＳL の裏面側に形成された感応部、３は
二次元センサＳL の表面側から例えばエッチングなどに
よって形成されて感応部２ａの上にこれを底面とするよ
うに二次元方向に複数形成された凹入部、４…は各凹入
部３…の内側面に臨ませるようにそれぞれ配置された比
較電極、５はこの比較電極４…に対するように各凹入部
３…の内側面にそれぞれ設けられた対極である。すなわ
ち、本例における二次元センサＳL は前記各部材２〜５
を有している。
【００２３】Ｔは前記二次元センサＳL を載置すること
により、二次元センサＳL に対して裏面側から光を照射
して、各凹入部３…内の試料の化学濃度をそれぞれ測定
可能とするテーブル、Ｃは二次元センサＳL を取り外し
可能に接続するための接続コネクタ、ＰはテーブルＴに
対する二次元センサＳL の位置を定めるための位置決め
部である。
により、二次元センサＳL に対して裏面側から光を照射
して、各凹入部３…内の試料の化学濃度をそれぞれ測定
可能とするテーブル、Ｃは二次元センサＳL を取り外し
可能に接続するための接続コネクタ、ＰはテーブルＴに
対する二次元センサＳL の位置を定めるための位置決め
部である。
【００２４】６は前記二次元センサＳL の裏面側から光
を照射する光源の一例として前記凹入部３に対応する位
置に配置された複数のチップ型の発光ダイオード（以
下、ＬＥＤという）、７は各ＬＥＤ６…に選択的に交流
の電力を供給する電力供給部、８は各凹入部３に収容さ
れる測定対象試料の化学濃度を個別に測定可能とするよ
うに比較電極４を切換え可能に選択するアナログマルチ
プレクサ（アナログ信号を切り換えるマルチプレク
サ）、９はこのアナログマルチプレクサ８に接続された
誤差増幅器である。なお、８ａ〜８ｎは入力バッファア
ンプである。
を照射する光源の一例として前記凹入部３に対応する位
置に配置された複数のチップ型の発光ダイオード（以
下、ＬＥＤという）、７は各ＬＥＤ６…に選択的に交流
の電力を供給する電力供給部、８は各凹入部３に収容さ
れる測定対象試料の化学濃度を個別に測定可能とするよ
うに比較電極４を切換え可能に選択するアナログマルチ
プレクサ（アナログ信号を切り換えるマルチプレク
サ）、９はこのアナログマルチプレクサ８に接続された
誤差増幅器である。なお、８ａ〜８ｎは入力バッファア
ンプである。
【００２５】１０はこの化学濃度センサ１Ｌの演算処理
装置、１１はＤＡ変換器、１２はオーミックコンタク
ト、１３はプリアンプ、１４は信号処理回路、１５はＡ
Ｄ変換器、１６は測定結果を表示する表示部である。ま
た、電力供給部７およびマルチプレクサ８には測定対象
となっている凹入部３を切り換えるためのアドレス信号
Ａが入力されて、点滅発光させるＬＥＤ６を切り換える
と共に、このＬＥＤ６に対応する測定対象の凹入部５内
に適当な作用電流を流すように各部７〜１２を制御可能
に構成している。１７は外部ＩＴ機器接続コネクタであ
り、演算処理装置１０によって求められた測定値はこの
コネクタ１７を介して外部のＩＴ機器へと送信されても
よい。
装置、１１はＤＡ変換器、１２はオーミックコンタク
ト、１３はプリアンプ、１４は信号処理回路、１５はＡ
Ｄ変換器、１６は測定結果を表示する表示部である。ま
た、電力供給部７およびマルチプレクサ８には測定対象
となっている凹入部３を切り換えるためのアドレス信号
Ａが入力されて、点滅発光させるＬＥＤ６を切り換える
と共に、このＬＥＤ６に対応する測定対象の凹入部５内
に適当な作用電流を流すように各部７〜１２を制御可能
に構成している。１７は外部ＩＴ機器接続コネクタであ
り、演算処理装置１０によって求められた測定値はこの
コネクタ１７を介して外部のＩＴ機器へと送信されても
よい。
【００２６】すなわち、比較電極４の入力電圧バッファ
アンプ８ａの後にアナログマルチプレクサ８が設けられ
ているので、そのアドレスＡと電力供給部の制御アドレ
スＡを同じとし、ＬＥＤアレイ６Ａ内でＬＥＤ６が交流
点灯している凹入部３に付けられた比較電極４からの信
号が増幅演算回路９に導かれることにより、設定のバイ
アス電圧と比較して誤差を補正された電圧が対極５にか
かる。つまり、前記構成要素８〜１１は測定対象となっ
ている凹入部３内の比較電極４と半導体基板２の電位差
が所定の値となるように対極５を介して供給する電流を
調節可能とするポテンショスタットとして機能してい
る。
アンプ８ａの後にアナログマルチプレクサ８が設けられ
ているので、そのアドレスＡと電力供給部の制御アドレ
スＡを同じとし、ＬＥＤアレイ６Ａ内でＬＥＤ６が交流
点灯している凹入部３に付けられた比較電極４からの信
号が増幅演算回路９に導かれることにより、設定のバイ
アス電圧と比較して誤差を補正された電圧が対極５にか
かる。つまり、前記構成要素８〜１１は測定対象となっ
ている凹入部３内の比較電極４と半導体基板２の電位差
が所定の値となるように対極５を介して供給する電流を
調節可能とするポテンショスタットとして機能してい
る。
【００２７】また、本例の化学濃度センサ１Ｌでは、二
次元センサＳL がＬＡＰＳ方式のセンサであるから、１
回に１つの凹入部を測定するものであり、対極５は全て
の凹入部３…において共通とすることが可能である。
次元センサＳL がＬＡＰＳ方式のセンサであるから、１
回に１つの凹入部を測定するものであり、対極５は全て
の凹入部３…において共通とすることが可能である。
【００２８】前記二次元センサＳL のより詳細な構成
は、図２に示すように、例えばシリコンからなる一枚の
半導体基板２の裏面側を二次元センサＳL として用い、
半導体基板２の一部を感応部２ａとするものである。ま
た、凹入部３はこの二次元センサＳL の感応部２ａを底
面とするように、同じ半導体基板２の表面側から形成さ
れている。また、前記比較電極４および対極５はそれぞ
れ各凹入部３の内側面にこれに臨ませるように配置され
ている。
は、図２に示すように、例えばシリコンからなる一枚の
半導体基板２の裏面側を二次元センサＳL として用い、
半導体基板２の一部を感応部２ａとするものである。ま
た、凹入部３はこの二次元センサＳL の感応部２ａを底
面とするように、同じ半導体基板２の表面側から形成さ
れている。また、前記比較電極４および対極５はそれぞ
れ各凹入部３の内側面にこれに臨ませるように配置され
ている。
【００２９】図２（Ａ）は前記テーブルＴに二次元セン
サＳL を載置した状態を示すものであり、テーブルＴに
対する二次元センサＳL の位置を定める位置決め部Ｐは
適宜の構成であるが、ここでは一例として嵌入孔Ｐ
1 と、突起Ｐ2 とからなる例を示す。すなわち、図２
（Ｂ）に示すように、突起Ｐ2 を嵌入孔Ｐ1 に嵌合させ
るようにテーブルＴを載置することにより、テーブルＴ
に対する二次元センサＳL の位置を精度よく定めること
ができる。なお位置決め部Ｐの形成は前記半導体基板２
の形成段階で同時に行うことにより、その位置精度を高
めることができる。
サＳL を載置した状態を示すものであり、テーブルＴに
対する二次元センサＳL の位置を定める位置決め部Ｐは
適宜の構成であるが、ここでは一例として嵌入孔Ｐ
1 と、突起Ｐ2 とからなる例を示す。すなわち、図２
（Ｂ）に示すように、突起Ｐ2 を嵌入孔Ｐ1 に嵌合させ
るようにテーブルＴを載置することにより、テーブルＴ
に対する二次元センサＳL の位置を精度よく定めること
ができる。なお位置決め部Ｐの形成は前記半導体基板２
の形成段階で同時に行うことにより、その位置精度を高
めることができる。
【００３０】図２（Ｂ）に示すように、本例の光源は前
記テーブルＴの半導体基板２に当接する当接面Ｔａに面
すると共に、前記各凹入部３…の底面に対応する位置に
それぞれ埋設させた複数のＬＥＤ６を有する。このＬＥ
Ｄ６がテーブルＴを構成する半導体ウエハ面内に平面的
に作り込まれる構成は、ＬＥＤ６を二次元センサＳLの
裏面側に密着させることができるので望ましい。
記テーブルＴの半導体基板２に当接する当接面Ｔａに面
すると共に、前記各凹入部３…の底面に対応する位置に
それぞれ埋設させた複数のＬＥＤ６を有する。このＬＥ
Ｄ６がテーブルＴを構成する半導体ウエハ面内に平面的
に作り込まれる構成は、ＬＥＤ６を二次元センサＳLの
裏面側に密着させることができるので望ましい。
【００３１】つまり、光源を構成するＬＥＤ６のうち、
一つのＬＥＤ６から生じた光が矢印Ａに示すように指向
性のないものであっても、ＬＥＤ６が二次元センサＳL
の裏面側に密着するので、これに対応する凹入部３の下
面に位置する感応部２ａまで光照射によって発生した電
荷は十分に到達することができる。また、隣合った凹入
部３…には距離があるために発生した電荷は拡散途中で
再結合するので、光を照射した凹入部３以外への光の干
渉影響を無視することができる。なお、ＬＥＤ６から生
じる光の波長は発生した電荷が拡散の途中で再結合しや
すくするため短い波長の光であることが望ましい。
一つのＬＥＤ６から生じた光が矢印Ａに示すように指向
性のないものであっても、ＬＥＤ６が二次元センサＳL
の裏面側に密着するので、これに対応する凹入部３の下
面に位置する感応部２ａまで光照射によって発生した電
荷は十分に到達することができる。また、隣合った凹入
部３…には距離があるために発生した電荷は拡散途中で
再結合するので、光を照射した凹入部３以外への光の干
渉影響を無視することができる。なお、ＬＥＤ６から生
じる光の波長は発生した電荷が拡散の途中で再結合しや
すくするため短い波長の光であることが望ましい。
【００３２】すなわち、前記電力供給部７によって電力
を供給するＬＥＤ６を選択することにより、目的とする
凹入部３の内部の電気化学的ポテンシャルに対応した光
電流のみを取り出すことができる。したがって、各感応
部２ａの特性を、あらかじめ標準液で校正しておけば、
特定の凹入部３内の試料における測定したい化学物質濃
度を正確かつ迅速に測定することができる。
を供給するＬＥＤ６を選択することにより、目的とする
凹入部３の内部の電気化学的ポテンシャルに対応した光
電流のみを取り出すことができる。したがって、各感応
部２ａの特性を、あらかじめ標準液で校正しておけば、
特定の凹入部３内の試料における測定したい化学物質濃
度を正確かつ迅速に測定することができる。
【００３３】また、本例の前記オーミックコンタクト１
２は半導体基板２とプリアンプ１３との接続を行なうも
のであり、接続コネクタＣの着脱機構によって二次元セ
ンサＳL を取換え自在としている。同様に各比較電極４
および対極５も接続コネクタＣの着脱機構によってプリ
アンプ８および増幅演算回路９に対して電気的に着脱自
在としている。つまり、二次元方向に並べられた複数の
ＬＥＤ６…からなるＬＥＤアレイ６Ａに対して二次元セ
ンサＳL を取換え自在に設置できることで二次元センサ
ＳL を使い捨て可能としている。
２は半導体基板２とプリアンプ１３との接続を行なうも
のであり、接続コネクタＣの着脱機構によって二次元セ
ンサＳL を取換え自在としている。同様に各比較電極４
および対極５も接続コネクタＣの着脱機構によってプリ
アンプ８および増幅演算回路９に対して電気的に着脱自
在としている。つまり、二次元方向に並べられた複数の
ＬＥＤ６…からなるＬＥＤアレイ６Ａに対して二次元セ
ンサＳL を取換え自在に設置できることで二次元センサ
ＳL を使い捨て可能としている。
【００３４】一方、各ＬＥＤ６…は半導体基板からなる
テーブルＴ上に二次元方向に並べられることにより、前
記ＬＥＤアレイ６Ａを形成する。また、前記接続コネク
タＣは前記テーブルＴの当接面Ｔａに対して二次元セン
サＳL を当接した状態で接触する接点を持つ構成とする
ことにより、接続コネクタＣの着脱を特に意識すること
なく行なうことが可能となる。
テーブルＴ上に二次元方向に並べられることにより、前
記ＬＥＤアレイ６Ａを形成する。また、前記接続コネク
タＣは前記テーブルＴの当接面Ｔａに対して二次元セン
サＳL を当接した状態で接触する接点を持つ構成とする
ことにより、接続コネクタＣの着脱を特に意識すること
なく行なうことが可能となる。
【００３５】しかしながら、本発明は上述した詳細な構
成に限定するものではない。例えば、二次元センサＳL
を接続コネクタＣなどによって取換え自在にすることに
限定する必要はない。あるいは、接続コネクタＣによっ
て取換えられる二次元センサＳL 側の部分に図１に詳述
した各バッファ８ａ，９，１３、マルチプレクサ８、信
号処理回路１４などを適宜設けることも可能である。
成に限定するものではない。例えば、二次元センサＳL
を接続コネクタＣなどによって取換え自在にすることに
限定する必要はない。あるいは、接続コネクタＣによっ
て取換えられる二次元センサＳL 側の部分に図１に詳述
した各バッファ８ａ，９，１３、マルチプレクサ８、信
号処理回路１４などを適宜設けることも可能である。
【００３６】さらに、上述の例は光源の例として、複数
のチップ型のＬＥＤ６からなるＬＥＤアレイ６Ａを形成
して、このＬＥＤアレイ６Ａに対して二次元センサＳL
を取換え可能に構成する例を示しているが、本発明は光
源の種類を限定するものではない。つまり、異なったピ
ッチの光源やレーザ光源などの単一の光源を、適当な光
学系を用いて凹入部３…のピッチに合致するように照射
するような構成とすることも可能である。何れにして
も、光源を使い捨てでないような装置構成にすることに
より、コストパフォーマンスを向上させるようにしてい
る。
のチップ型のＬＥＤ６からなるＬＥＤアレイ６Ａを形成
して、このＬＥＤアレイ６Ａに対して二次元センサＳL
を取換え可能に構成する例を示しているが、本発明は光
源の種類を限定するものではない。つまり、異なったピ
ッチの光源やレーザ光源などの単一の光源を、適当な光
学系を用いて凹入部３…のピッチに合致するように照射
するような構成とすることも可能である。何れにして
も、光源を使い捨てでないような装置構成にすることに
より、コストパフォーマンスを向上させるようにしてい
る。
【００３７】しかしながら、ＬＥＤアレイ６Ａを形成す
るような場合には、二次元センサＳ L を構成する半導体
基板２の裏面側に一体的にＬＥＤアレイ６Ａを形成し
て、光源に対する凹入部３…の位置を確実に合わせるよ
うにしてもよいことはいうまでもない。
るような場合には、二次元センサＳ L を構成する半導体
基板２の裏面側に一体的にＬＥＤアレイ６Ａを形成し
て、光源に対する凹入部３…の位置を確実に合わせるよ
うにしてもよいことはいうまでもない。
【００３８】図３は、図１，２に示す二次元センサＳL
の製造方法を示す図であって、図３（Ａ）は製造の第１
段階を示す図である。すなわち、図３（Ａ）に示すよう
に、半導体基板２としてシリコンウエハの表面側にレジ
スト１８を塗布する。
の製造方法を示す図であって、図３（Ａ）は製造の第１
段階を示す図である。すなわち、図３（Ａ）に示すよう
に、半導体基板２としてシリコンウエハの表面側にレジ
スト１８を塗布する。
【００３９】図３（Ｂ）は製造の第２段階を示す図であ
る。つまり、レジスト１８に対して予め用意されたマイ
クロプレート３のパターンを露光して、不要なレジスト
１８を除去する。
る。つまり、レジスト１８に対して予め用意されたマイ
クロプレート３のパターンを露光して、不要なレジスト
１８を除去する。
【００４０】図３（Ｃ）は製造の第３段階を示す図であ
る。すなわち、必要な深さになるまでエッチングするこ
とにより複数の凹入部３…を形成することができ、これ
によって半導体基板２の裏面側に形成される感応部２ａ
の厚さが定められる。ここで、エッチングの時間は凹入
部３…の深さおよび感応部２ａの厚さを定めるのもので
あるから、半導体基板２の厚さと、エッチングの速度
と、形成したい凹入部３…の深さと感応部２ａの厚さと
を適宜に選択して定めることが可能である。
る。すなわち、必要な深さになるまでエッチングするこ
とにより複数の凹入部３…を形成することができ、これ
によって半導体基板２の裏面側に形成される感応部２ａ
の厚さが定められる。ここで、エッチングの時間は凹入
部３…の深さおよび感応部２ａの厚さを定めるのもので
あるから、半導体基板２の厚さと、エッチングの速度
と、形成したい凹入部３…の深さと感応部２ａの厚さと
を適宜に選択して定めることが可能である。
【００４１】図３（Ｄ）は製造の第４段階を示す図であ
って、前記凹入部３…の形成後に凹入部３…の表面側に
酸化膜１９を形成する手順を示している。
って、前記凹入部３…の形成後に凹入部３…の表面側に
酸化膜１９を形成する手順を示している。
【００４２】図３（Ｅ）は製造の第５段階を示す図であ
って、酸化膜１９の上から感応膜２０を堆積する手順を
示している。なお、ここで堆積される感応膜２０は試料
の測定対象成分に応じて適宜選択可能であることはいう
までもない。すなわち、感応膜２０は、測定対象試料に
合わせて例えば窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、５酸化タンタル
膜（Ｔａ2 Ｏ3 ）、アルミナ膜（Ａｌ2 Ｏ3 ）を使用し
たものが一般的であるが、これらに測定したい化学物質
に反応する感応膜を修飾することで、種々の特定の化学
物質の濃度測定に対応する任意の感応膜を形成できる。
また、各凹入部３に複数種類の感応膜２０をそれぞれ修
飾することにより一度に複数の化学濃度を測定可能とす
ることもできる。
って、酸化膜１９の上から感応膜２０を堆積する手順を
示している。なお、ここで堆積される感応膜２０は試料
の測定対象成分に応じて適宜選択可能であることはいう
までもない。すなわち、感応膜２０は、測定対象試料に
合わせて例えば窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、５酸化タンタル
膜（Ｔａ2 Ｏ3 ）、アルミナ膜（Ａｌ2 Ｏ3 ）を使用し
たものが一般的であるが、これらに測定したい化学物質
に反応する感応膜を修飾することで、種々の特定の化学
物質の濃度測定に対応する任意の感応膜を形成できる。
また、各凹入部３に複数種類の感応膜２０をそれぞれ修
飾することにより一度に複数の化学濃度を測定可能とす
ることもできる。
【００４３】また、本例では、感応膜２０を凹入部３…
の全体に堆積させているが、本発明はこれに限られるも
のではない。すなわち、各凹入部３…の底面に位置する
部分だけに感応膜２０を堆積させてもよい。
の全体に堆積させているが、本発明はこれに限られるも
のではない。すなわち、各凹入部３…の底面に位置する
部分だけに感応膜２０を堆積させてもよい。
【００４４】図３（Ｆ）は製造の第６段階を示す図であ
って、前記感応膜２０の上にさらに酸化膜２１を形成す
る手順を示しており、図３（Ｇ）はこの酸化膜２１を形
成した部分に比較電極４および対極５を形成する手順を
示している。
って、前記感応膜２０の上にさらに酸化膜２１を形成す
る手順を示しており、図３（Ｇ）はこの酸化膜２１を形
成した部分に比較電極４および対極５を形成する手順を
示している。
【００４５】前記比較電極４は例えば光造形法を用いる
ことにより精度の高い造形を比較的安価で行なうことが
できる。とりわけ、比較電極４として基本的な構成を小
型化したものを高精度に形成することにより、測定精度
を高めることができる。しかしながら、比較電極４とし
て銀−塩化銀を用いた、簡略化された電極を形成するこ
とも可能である。
ことにより精度の高い造形を比較的安価で行なうことが
できる。とりわけ、比較電極４として基本的な構成を小
型化したものを高精度に形成することにより、測定精度
を高めることができる。しかしながら、比較電極４とし
て銀−塩化銀を用いた、簡略化された電極を形成するこ
とも可能である。
【００４６】図３（Ｈ）は製造の第７段階を示す図であ
って、半導体基板２の裏面側にオーミックコンタクト１
２を形成する手順を示す図である。すなわち、半導体基
板２の裏面側のコンタミを除去して、そのシリコン表面
を清浄にした後に、オーミックコンタクト１２を形成す
る。
って、半導体基板２の裏面側にオーミックコンタクト１
２を形成する手順を示す図である。すなわち、半導体基
板２の裏面側のコンタミを除去して、そのシリコン表面
を清浄にした後に、オーミックコンタクト１２を形成す
る。
【００４７】なお、前記手順によって形成された二次元
センサＳL の側面はポリイミド膜を電着塗装して絶縁性
や耐湿性、耐薬品性を向上させることも可能である。
センサＳL の側面はポリイミド膜を電着塗装して絶縁性
や耐湿性、耐薬品性を向上させることも可能である。
【００４８】図４は前記半導体基板として酸化膜からな
る絶縁層２ｂによって２層に分離されたＳＯＩ基板２’
を用いた二次元センサＳL ' の製造方法を示す図であ
る。図４（Ａ）〜（Ｈ）において図３（Ａ）〜（Ｈ）と
同じ符号が付された部材は同一または同等の部材である
から、その詳細な説明を省略する。
る絶縁層２ｂによって２層に分離されたＳＯＩ基板２’
を用いた二次元センサＳL ' の製造方法を示す図であ
る。図４（Ａ）〜（Ｈ）において図３（Ａ）〜（Ｈ）と
同じ符号が付された部材は同一または同等の部材である
から、その詳細な説明を省略する。
【００４９】本例におけるＳＯＩ基板２’は、酸化膜２
ｂによって２層に分離されているので、図４（Ｃ）に示
す製造の第３段階において、凹入部３…をエッチングに
よって形成するときに、エッチングを酸化膜２ｂで自動
停止させることができる。すなわち、半導体基板２の裏
面側に形成される感応部２ａの厚さを極めて容易に均一
なものとすることができる。
ｂによって２層に分離されているので、図４（Ｃ）に示
す製造の第３段階において、凹入部３…をエッチングに
よって形成するときに、エッチングを酸化膜２ｂで自動
停止させることができる。すなわち、半導体基板２の裏
面側に形成される感応部２ａの厚さを極めて容易に均一
なものとすることができる。
【００５０】次に、図５〜７は本発明の別の化学濃度セ
ンサ１Ｉの構成および製造方法を示す図である。図５〜
７において、図１〜４に示した例と同じまたは同等の部
分に同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省
略している。
ンサ１Ｉの構成および製造方法を示す図である。図５〜
７において、図１〜４に示した例と同じまたは同等の部
分に同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省
略している。
【００５１】図５はＩＳＦＥＴを用いた化学濃度センサ
１Ｉの回路構成を示す図であって、図６はこの化学濃度
センサ１Ｉを構成する二次元センサＳI の製造方法を説
明する図である。図５において、２２は一つの半導体基
板の平面上で、前記凹入部３…に合わせて二次元的（本
例の場合、一例として縦横が４×４）に並べて形成され
た感応部の一例であるＩＳＦＥＴ（このＩＳＦＥＴ２１
は複数集まってＩＳＦＥＴアレイ２２Ａを形成してい
る）、２３Ａ，２３Ｂは複数のＩＳＦＥＴ２２の中から
一つを選択するためのマルチプレクサ（アナログスイッ
チ）、２４は定電圧Ｖｄを供給する定電圧源、２５は定
電流Ｉｓを供給する定電流源、２６は演算増幅器、２７
は演算増幅器２６に所定の設定電圧Ｖｓを供給する電圧
源、２８はコンデンサである。
１Ｉの回路構成を示す図であって、図６はこの化学濃度
センサ１Ｉを構成する二次元センサＳI の製造方法を説
明する図である。図５において、２２は一つの半導体基
板の平面上で、前記凹入部３…に合わせて二次元的（本
例の場合、一例として縦横が４×４）に並べて形成され
た感応部の一例であるＩＳＦＥＴ（このＩＳＦＥＴ２１
は複数集まってＩＳＦＥＴアレイ２２Ａを形成してい
る）、２３Ａ，２３Ｂは複数のＩＳＦＥＴ２２の中から
一つを選択するためのマルチプレクサ（アナログスイッ
チ）、２４は定電圧Ｖｄを供給する定電圧源、２５は定
電流Ｉｓを供給する定電流源、２６は演算増幅器、２７
は演算増幅器２６に所定の設定電圧Ｖｓを供給する電圧
源、２８はコンデンサである。
【００５２】すなわち、本例における二次元センサＳI
は前記各部材２２〜２８によって構成されている。
は前記各部材２２〜２８によって構成されている。
【００５３】前記ＩＳＦＥＴ２２はそれぞれドレイン
Ｄ、ソースＳに加えて、測定対象試料Ｓに接する比較電
極４を有するものであり、前記定電圧源２４はマルチプ
レクサ２３Ａを通してＩＳＦＥＴアレイ２２Ａのうち横
方向の並びが共通になるＩＳＦＥＴ２２の各ドレイン部
Ｄに接続する。また、定電流源２５はマルチプレクサ２
３Ｂを通してＩＳＦＥＴアレイ２２Ａのうち縦方向の並
びが共通になるＩＳＦＥＴ２２の各ソースＳに接続す
る。
Ｄ、ソースＳに加えて、測定対象試料Ｓに接する比較電
極４を有するものであり、前記定電圧源２４はマルチプ
レクサ２３Ａを通してＩＳＦＥＴアレイ２２Ａのうち横
方向の並びが共通になるＩＳＦＥＴ２２の各ドレイン部
Ｄに接続する。また、定電流源２５はマルチプレクサ２
３Ｂを通してＩＳＦＥＴアレイ２２Ａのうち縦方向の並
びが共通になるＩＳＦＥＴ２２の各ソースＳに接続す
る。
【００５４】したがって、演算処理装置１０よりそれぞ
れのマルチプレクサ２３Ａ，２３Ｂへ信号Ａ1 ，Ａ2 を
送り、測定したい凹入部３…に対応するＩＳＦＥＴ２１
を選択することができる。これにより選択されたＩＳＦ
ＥＴ２１のドレインＤ、ソースＳおよび比較電極４を結
ぶ測定回路系ができ、演算増幅器２６によりＩＳＦＥＴ
に定電流Ｉｓを流すように比較電極４の電位が設定され
る。
れのマルチプレクサ２３Ａ，２３Ｂへ信号Ａ1 ，Ａ2 を
送り、測定したい凹入部３…に対応するＩＳＦＥＴ２１
を選択することができる。これにより選択されたＩＳＦ
ＥＴ２１のドレインＤ、ソースＳおよび比較電極４を結
ぶ測定回路系ができ、演算増幅器２６によりＩＳＦＥＴ
に定電流Ｉｓを流すように比較電極４の電位が設定され
る。
【００５５】そして、比較電極４に供給される電位の設
定値をＡＤＣ１５にてデジタル信号化して演算処理装置
１０へ取り込んで検出値を得ることが可能となる。ま
た、演算処理装置１０はあらかじめ一定の化学濃度での
比較電極４の電位を測定しておき、これを校正値とし
て、測定対象試料Ｓの場合の検出値と比較し、測定対象
試料Ｓの濃度が測定値として計算されて、表示部１６に
表示される。
定値をＡＤＣ１５にてデジタル信号化して演算処理装置
１０へ取り込んで検出値を得ることが可能となる。ま
た、演算処理装置１０はあらかじめ一定の化学濃度での
比較電極４の電位を測定しておき、これを校正値とし
て、測定対象試料Ｓの場合の検出値と比較し、測定対象
試料Ｓの濃度が測定値として計算されて、表示部１６に
表示される。
【００５６】本例の場合、演算処理装置１０には外部Ｉ
Ｔ機器接続コネクタ１８を有している。したがって、前
記測定値はこのコネクタ１８を介して外部のＩＴ機器へ
と送信されてもよい。
Ｔ機器接続コネクタ１８を有している。したがって、前
記測定値はこのコネクタ１８を介して外部のＩＴ機器へ
と送信されてもよい。
【００５７】また、上述の例においては測定対象試料Ｓ
を収容する凹入部３に対応する一つのＩＳＦＥＴ２２が
マルチプレクサ２３Ａ，２３Ｂによって切り換えられる
ことにより、一つのＩＳＦＥＴ２２が選択されて測定が
行われるので、比較電極４への配線は各ＩＳＦＥＴ２２
…に対して同じでよい。
を収容する凹入部３に対応する一つのＩＳＦＥＴ２２が
マルチプレクサ２３Ａ，２３Ｂによって切り換えられる
ことにより、一つのＩＳＦＥＴ２２が選択されて測定が
行われるので、比較電極４への配線は各ＩＳＦＥＴ２２
…に対して同じでよい。
【００５８】しかしながら、各ＩＳＦＥＴ２２…に対し
てそれぞれ演算増幅器２６を有する測定回路系を一対一
に設けてもよい。この場合、複数ポイントのＩＳＦＥＴ
２２…において、同時に複数の測定対象試料Ｓの化学濃
度を測定することが可能となり、より迅速な測定を行う
ことができる。また、演算増幅器２６のような電子回路
をＩＳＦＥＴ２２を形成するシリコン基板上に形成する
ことにより、生産コストを削減することも可能である。
てそれぞれ演算増幅器２６を有する測定回路系を一対一
に設けてもよい。この場合、複数ポイントのＩＳＦＥＴ
２２…において、同時に複数の測定対象試料Ｓの化学濃
度を測定することが可能となり、より迅速な測定を行う
ことができる。また、演算増幅器２６のような電子回路
をＩＳＦＥＴ２２を形成するシリコン基板上に形成する
ことにより、生産コストを削減することも可能である。
【００５９】さらには、マルチプレクサ２３Ａ，２３Ｂ
などで選択するＩＳＦＥＴ２２…をいくつかのブロック
に分けて、複数のブロックにおいてそれぞれ一つ選択し
た複数のＩＳＦＥＴを同時に測定できるようにして、全
凹入部３…（マイクロプレート一枚）あたりの測定時間
を短縮化するようにしてもよい。このとき比較電極４へ
の配線は各ブロックに１本となるように配線する。
などで選択するＩＳＦＥＴ２２…をいくつかのブロック
に分けて、複数のブロックにおいてそれぞれ一つ選択し
た複数のＩＳＦＥＴを同時に測定できるようにして、全
凹入部３…（マイクロプレート一枚）あたりの測定時間
を短縮化するようにしてもよい。このとき比較電極４へ
の配線は各ブロックに１本となるように配線する。
【００６０】逆に、本例ではＩＳＦＥＴ２２にマルチプ
レクサ２３Ａ，２３Ｂおよび演算増幅器２６を含めたも
のを一つのユニットとして二次元センサＳI を構成し、
この二次元センサＳI をコネクタＣによって演算処理装
置１０に対して着脱自在に接続しているが、この二次元
センサＳI からマルチプレクサ２２，２３あるいは演算
増幅器２６を分離してもよい。この場合、二次元センサ
ＳI の構成がより簡素になり、その製造コストを可及的
に削減し、二次元センサＳI を使い捨てにした場合のコ
ストを削減することができる。
レクサ２３Ａ，２３Ｂおよび演算増幅器２６を含めたも
のを一つのユニットとして二次元センサＳI を構成し、
この二次元センサＳI をコネクタＣによって演算処理装
置１０に対して着脱自在に接続しているが、この二次元
センサＳI からマルチプレクサ２２，２３あるいは演算
増幅器２６を分離してもよい。この場合、二次元センサ
ＳI の構成がより簡素になり、その製造コストを可及的
に削減し、二次元センサＳI を使い捨てにした場合のコ
ストを削減することができる。
【００６１】図６は本例の化学濃度センサ１Ｉにおける
二次元センサＳI の製造方法を示す図である。図６
（Ａ）は二次元センサＳI の製造方法の第１段階を示す
図であって、半導体基板の一例としてのシリコン基板２
上に通常の製作プロセスを用いてＩＳＦＥＴアレイ２２
Ａを製作する工程を示している。
二次元センサＳI の製造方法を示す図である。図６
（Ａ）は二次元センサＳI の製造方法の第１段階を示す
図であって、半導体基板の一例としてのシリコン基板２
上に通常の製作プロセスを用いてＩＳＦＥＴアレイ２２
Ａを製作する工程を示している。
【００６２】なお、本例の場合は、同時にＩＳＦＥＴア
レイ２２Ａの配線およびマルチプレクサ２３Ａ，２３Ａ
と演算増幅回路２６、さらには異なったＩＳＦＥＴ２２
のドレン−ソース間での漏れ電流がないように各ＩＳＦ
ＥＴ２２間に設けられるバリア層（障壁層）２９を同上
の製作プロセス中にて形成する。次いで、半導体基板２
９を所定の寸法にダイシングする。
レイ２２Ａの配線およびマルチプレクサ２３Ａ，２３Ａ
と演算増幅回路２６、さらには異なったＩＳＦＥＴ２２
のドレン−ソース間での漏れ電流がないように各ＩＳＦ
ＥＴ２２間に設けられるバリア層（障壁層）２９を同上
の製作プロセス中にて形成する。次いで、半導体基板２
９を所定の寸法にダイシングする。
【００６３】図６（Ｂ）は二次元センサＳI の製造方法
の第２段階を示す図であって、前記ＩＳＦＥＴアレイ２
２Ａを形成した後に、シリコン基板２を裏返して、レジ
スト膜１８を塗布し、マイクロプレートのパターンに露
光して不要なレジスト１８を洗い流した後に、エッチン
グによって凹入部３…を形成（基板２の表面側から形
成）する工程を示している。ここで、レジスト膜１８の
露光は凹入部３…の底面がＩＳＦＥＴ２２のゲート部
（感応部）と一致するように位置合わせを行ない、必要
な深さ（ドレインＤ，ソースＳの部分）になるまでエッ
チングする。
の第２段階を示す図であって、前記ＩＳＦＥＴアレイ２
２Ａを形成した後に、シリコン基板２を裏返して、レジ
スト膜１８を塗布し、マイクロプレートのパターンに露
光して不要なレジスト１８を洗い流した後に、エッチン
グによって凹入部３…を形成（基板２の表面側から形
成）する工程を示している。ここで、レジスト膜１８の
露光は凹入部３…の底面がＩＳＦＥＴ２２のゲート部
（感応部）と一致するように位置合わせを行ない、必要
な深さ（ドレインＤ，ソースＳの部分）になるまでエッ
チングする。
【００６４】図６（Ｃ）は二次元センサＳI の製造の第
３段階を示す図である。ここで、形成された凹入部３…
および裏面に酸化膜１９を形成する工程を示している。
ここで酸化膜１９は凹入部３…を形成した表面側のみな
らずＩＳＦＥＴを形成した裏面側にも形成することが望
ましい。
３段階を示す図である。ここで、形成された凹入部３…
および裏面に酸化膜１９を形成する工程を示している。
ここで酸化膜１９は凹入部３…を形成した表面側のみな
らずＩＳＦＥＴを形成した裏面側にも形成することが望
ましい。
【００６５】図６（Ｄ）は二次元センサＳI の製造の第
４段階を示す図であって、前記感応部２ａに対応する凹
入部３…の底面に感応膜２０を堆積する工程を示してい
る。
４段階を示す図であって、前記感応部２ａに対応する凹
入部３…の底面に感応膜２０を堆積する工程を示してい
る。
【００６６】図６（Ｅ）は前記二次元センサＳI の製造
の第５段階を示す図であって、比較電極４および同配線
を形成する工程を示している。上記一連の製造工程は何
れも既存の半導体製造プロセスによって実施できるもの
であるから、極めて容易かつ高精度に形成することがで
きる。また、小型化を容易に達成することができるの
で、μＴＡＳなどの微小量測定を可能とすることができ
る。
の第５段階を示す図であって、比較電極４および同配線
を形成する工程を示している。上記一連の製造工程は何
れも既存の半導体製造プロセスによって実施できるもの
であるから、極めて容易かつ高精度に形成することがで
きる。また、小型化を容易に達成することができるの
で、μＴＡＳなどの微小量測定を可能とすることができ
る。
【００６７】図７は図５，６に示す二次元センサＳI の
応用例を示すものであり、図７（Ａ）〜（Ｅ）は前記Ｉ
ＳＦＥＴ２２を半導体基板として酸化膜からなる絶縁層
２ｂによって２層に分離されたＳＯＩ基板２’を用いて
形成する別の二次元センサＳ I ' の製造方法を示すもの
である。図７において図１〜６と同じまたは同等である
部分は同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を
省略する。
応用例を示すものであり、図７（Ａ）〜（Ｅ）は前記Ｉ
ＳＦＥＴ２２を半導体基板として酸化膜からなる絶縁層
２ｂによって２層に分離されたＳＯＩ基板２’を用いて
形成する別の二次元センサＳ I ' の製造方法を示すもの
である。図７において図１〜６と同じまたは同等である
部分は同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を
省略する。
【００６８】図７（Ａ）に示すように、本例ではＳＯＩ
基板２’を用いているので、障壁２９は酸化膜２ｂまで
形成すれば十分である。また、図７（Ｂ）に示す凹入部
３…の形成段階では、酸化膜２ｂによってエッチングが
自動停止するので、ＩＳＦＥＴ２２の厚さを極めて容易
に一定に保つことができ、二次元センサＳI ' の歩留り
を良くすることができる。
基板２’を用いているので、障壁２９は酸化膜２ｂまで
形成すれば十分である。また、図７（Ｂ）に示す凹入部
３…の形成段階では、酸化膜２ｂによってエッチングが
自動停止するので、ＩＳＦＥＴ２２の厚さを極めて容易
に一定に保つことができ、二次元センサＳI ' の歩留り
を良くすることができる。
【００６９】次に、図８，９は本発明の別の化学濃度セ
ンサ１Ｃの構成および製造方法および測定概念を示す図
である。図８，９において、図１〜７に示した例と同じ
または同等の部分に同一の符号を付すことにより、その
詳細な説明を省略する。
ンサ１Ｃの構成および製造方法および測定概念を示す図
である。図８，９において、図１〜７に示した例と同じ
または同等の部分に同一の符号を付すことにより、その
詳細な説明を省略する。
【００７０】本例の化学濃度センサ１Ｃは二次元化学濃
度イメージセンサ（以下、二次元センサＳC という）の
感応部２ａの一例として各感応膜３０ａにおける化学濃
度をそれぞれ信号電荷に変換して検出する複数のＣＣＤ
３０（以下、各ＣＣＤ３０を単位素子３０といい、複数
の単位素子３０を合わせて化学ＣＣＤアレイ３０Ａとい
う）を用いた例を示している。
度イメージセンサ（以下、二次元センサＳC という）の
感応部２ａの一例として各感応膜３０ａにおける化学濃
度をそれぞれ信号電荷に変換して検出する複数のＣＣＤ
３０（以下、各ＣＣＤ３０を単位素子３０といい、複数
の単位素子３０を合わせて化学ＣＣＤアレイ３０Ａとい
う）を用いた例を示している。
【００７１】なお、本例に示す化学ＣＣＤアレイ３０Ａ
の詳細な構成や、動作は例えば特開平１０−３３２４２
３号公報に記載されている「物理現象または化学現象の
測定方法および装置」に詳述されているものであり、以
下の説明からは省略する。
の詳細な構成や、動作は例えば特開平１０−３３２４２
３号公報に記載されている「物理現象または化学現象の
測定方法および装置」に詳述されているものであり、以
下の説明からは省略する。
【００７２】図８（Ａ）は、前記二次元センサＳC を製
造する第１段階を示す図であり、ＳＯＩ基板２’上に単
位素子３０を形成する工程を示している。ただし、後述
の感応膜３０ａを形成する感応部２ａに対応する部分は
図９（Ａ）の状態では裏面側（後に裏返すので後にこれ
が表面側になる）に形成する。同時に、化学ＣＣＤアレ
イ３０Ａへの配線、変換された信号電荷を矢印Ａの方向
に順次転送するための転送用ＣＣＤ３１（以下、電荷転
送部３１という）、および図外のマルチプレクサと演算
増幅回路等を同上の製作プロセス中にて作り込む工程を
示している。
造する第１段階を示す図であり、ＳＯＩ基板２’上に単
位素子３０を形成する工程を示している。ただし、後述
の感応膜３０ａを形成する感応部２ａに対応する部分は
図９（Ａ）の状態では裏面側（後に裏返すので後にこれ
が表面側になる）に形成する。同時に、化学ＣＣＤアレ
イ３０Ａへの配線、変換された信号電荷を矢印Ａの方向
に順次転送するための転送用ＣＣＤ３１（以下、電荷転
送部３１という）、および図外のマルチプレクサと演算
増幅回路等を同上の製作プロセス中にて作り込む工程を
示している。
【００７３】なお、本例は半導体基板の一例としてＳＯ
Ｉ基板２’を用いて化学ＣＣＤアレイ３０Ａを形成する
例を示しているが、本発明はこれに限られるものではな
い。すなわち、例えば図３，６に示すようなシリコン基
板２を用いることも可能である。
Ｉ基板２’を用いて化学ＣＣＤアレイ３０Ａを形成する
例を示しているが、本発明はこれに限られるものではな
い。すなわち、例えば図３，６に示すようなシリコン基
板２を用いることも可能である。
【００７４】図８（Ｂ）は、前記二次元センサＳC を製
造する第２段階を示す図であり、前記ＳＯＩ基板２’を
裏返した後に、レジスト膜１３を形成して、前記感応部
２ａを底面とするように凹入部３…をエッチングによっ
て形成する工程を示している。
造する第２段階を示す図であり、前記ＳＯＩ基板２’を
裏返した後に、レジスト膜１３を形成して、前記感応部
２ａを底面とするように凹入部３…をエッチングによっ
て形成する工程を示している。
【００７５】図８（Ｃ）は、前記二次元センサＳC を製
造する第３段階を示す図である。すなわち、凹入部３…
を形成したＳＯＩ基板２’の表裏両面に酸化膜１９を形
成する工程を示している。
造する第３段階を示す図である。すなわち、凹入部３…
を形成したＳＯＩ基板２’の表裏両面に酸化膜１９を形
成する工程を示している。
【００７６】図８（Ｄ）は、前記二次元センサＳC を製
造する第４段階を示す図である。すなわち、酸化膜１９
を形成した上から感応膜２０を堆積する工程を示してい
る。本例では、感応膜２０を凹入部３…の内側面の全面
に設ける例を示しているが、本発明はこの点に限定する
ものではない。すなわち、感応膜２０は感応部２ａに対
応する凹入部３…の底面だけに形成してもよい。
造する第４段階を示す図である。すなわち、酸化膜１９
を形成した上から感応膜２０を堆積する工程を示してい
る。本例では、感応膜２０を凹入部３…の内側面の全面
に設ける例を示しているが、本発明はこの点に限定する
ものではない。すなわち、感応膜２０は感応部２ａに対
応する凹入部３…の底面だけに形成してもよい。
【００７７】図８（Ｅ）は、前記二次元センサＳC を製
造する第５段階を示す図である。つまり、前記比較電極
４を各凹入部３…に臨ませるように形成する。
造する第５段階を示す図である。つまり、前記比較電極
４を各凹入部３…に臨ませるように形成する。
【００７８】図９は前記製造工程によって形成された化
学ＣＣＤアレイ３０Ａの測定概念図を示す図である。図
９に示す化学ＣＣＤアレイ３０Ａは縦横が１０×５のも
のを例示する。そして、比較電極４には一定のバイアス
電圧がかかる。
学ＣＣＤアレイ３０Ａの測定概念図を示す図である。図
９に示す化学ＣＣＤアレイ３０Ａは縦横が１０×５のも
のを例示する。そして、比較電極４には一定のバイアス
電圧がかかる。
【００７９】測定の第１段階において、各単位素子３０
によって各凹入部３…に収容された測定対象試料の化学
濃度を各感応膜３０ａにおいて感知してそれぞれ信号電
荷に変換する。そして、この化学濃度に比例した信号電
荷が、矢印Ｂに示すように転送用ＣＣＤ３１によって順
次転送され、出力トランジスタ３２を介して出力され
る。そして、図外のＡＤ変換器１５（図１，５参照）に
てデジタル信号化して演算処理装置１０へとりこむ。
によって各凹入部３…に収容された測定対象試料の化学
濃度を各感応膜３０ａにおいて感知してそれぞれ信号電
荷に変換する。そして、この化学濃度に比例した信号電
荷が、矢印Ｂに示すように転送用ＣＣＤ３１によって順
次転送され、出力トランジスタ３２を介して出力され
る。そして、図外のＡＤ変換器１５（図１，５参照）に
てデジタル信号化して演算処理装置１０へとりこむ。
【００８０】また、本測定の前にあらかじめ一定の化学
濃度の標準試料を用いて測定しておき、これを校正値と
して上記値と比較して、測定対象試料Ｓの濃度が測定値
として計算され、表示もしくはＩＴ関連器へと送信され
る。
濃度の標準試料を用いて測定しておき、これを校正値と
して上記値と比較して、測定対象試料Ｓの濃度が測定値
として計算され、表示もしくはＩＴ関連器へと送信され
る。
【００８１】一方、比較電極４への配線は測定が同時に
行われるので、各凹入部３…に対して共通となる配線を
行なうことができる。
行われるので、各凹入部３…に対して共通となる配線を
行なうことができる。
【００８２】本例のように、二次元センサＳC として化
学ＣＣＤアレイ３０Ａを用いた場合は、二次元方向に複
数ある各凹入部３…に収容される測定対象試料Ｓ…の化
学濃度を同時に測定し、その測定値を個々に検出するこ
とができるので、迅速な測定を行うことができる。とり
わけＣＣＤ構造を用いることで半導体基板２’に比較的
安価にて多数のＣＣＤ３０、３１を形成できるので、製
造コストを容易に引き下げることが可能である。
学ＣＣＤアレイ３０Ａを用いた場合は、二次元方向に複
数ある各凹入部３…に収容される測定対象試料Ｓ…の化
学濃度を同時に測定し、その測定値を個々に検出するこ
とができるので、迅速な測定を行うことができる。とり
わけＣＣＤ構造を用いることで半導体基板２’に比較的
安価にて多数のＣＣＤ３０、３１を形成できるので、製
造コストを容易に引き下げることが可能である。
【００８３】上述の各例においては、二次元化学濃度イ
メージセンサＳL ，ＳI ，ＳC を既存の半導体製造プロ
セスを用いて一つの半導体基板２，２’内に形成するこ
とにより、製造コストの削減を図りながらその形状をよ
り精確に形成することや、凹入部３…の大きさを飛躍的
に小さくすることも可能としている。しかしながら、本
発明は半導体製造プロセスを用いた加工に限定するもの
ではない。
メージセンサＳL ，ＳI ，ＳC を既存の半導体製造プロ
セスを用いて一つの半導体基板２，２’内に形成するこ
とにより、製造コストの削減を図りながらその形状をよ
り精確に形成することや、凹入部３…の大きさを飛躍的
に小さくすることも可能としている。しかしながら、本
発明は半導体製造プロセスを用いた加工に限定するもの
ではない。
【００８４】さらに、測定対象試料は液体試料に限られ
るものではなく、ゲルであってもよいことはいうまでも
ない。
るものではなく、ゲルであってもよいことはいうまでも
ない。
【００８５】そして、上述した例のように、ＩＳＦＥＴ
アレイ２２Ａや化学ＣＣＤアレイ３０Ａなどのアレイセ
ンサを使用する場合は、比較電極４の代わりになるＦＥ
Ｔ構造（一般的にＲＥＦＥＴと呼ばれている）を、ＩＳ
ＦＥＴ２２またはＣＣＤ３０と同じ半導体基板２，２’
上に隣接して形成してもよい。この場合、化学濃度セン
サ１Ｉ，１Ｃの製造にかかるコストを引き下げることが
できる。
アレイ２２Ａや化学ＣＣＤアレイ３０Ａなどのアレイセ
ンサを使用する場合は、比較電極４の代わりになるＦＥ
Ｔ構造（一般的にＲＥＦＥＴと呼ばれている）を、ＩＳ
ＦＥＴ２２またはＣＣＤ３０と同じ半導体基板２，２’
上に隣接して形成してもよい。この場合、化学濃度セン
サ１Ｉ，１Ｃの製造にかかるコストを引き下げることが
できる。
【００８６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化学濃度
センサによれば、一枚の半導体基板に形成された二次元
化学濃度イメージセンサを用いてセンサを交換すること
なく多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる。
センサによれば、一枚の半導体基板に形成された二次元
化学濃度イメージセンサを用いてセンサを交換すること
なく多数の試料を迅速かつ定量的に測定できる。
【００８７】また、化学濃度センサの大きさを可及的に
小さくすることができ、従来のように凹入部に収容した
試料に対して測定電極を挿入する必要がなく、マイクロ
プレートを構成する各凹入部に測定対象試料を収容する
だけで、各測定対象試料の化学濃度を測定することがで
きるので、極く微小量の測定対象試料の化学濃度を個別
に測定することができると共に、試料を外部から汚染す
る心配がない。
小さくすることができ、従来のように凹入部に収容した
試料に対して測定電極を挿入する必要がなく、マイクロ
プレートを構成する各凹入部に測定対象試料を収容する
だけで、各測定対象試料の化学濃度を測定することがで
きるので、極く微小量の測定対象試料の化学濃度を個別
に測定することができると共に、試料を外部から汚染す
る心配がない。
【００８８】加えて、単一の測定系で複数の試料を測定
可能であるから、１つの凹入部当たりのコストパフォー
マンスを安くすることができ、使い捨て可能な化学濃度
センサを形成することも可能となる。さらに、各凹入部
の感応膜の種類を変えることにより、同時に多種の化学
濃度を測定することができる。
可能であるから、１つの凹入部当たりのコストパフォー
マンスを安くすることができ、使い捨て可能な化学濃度
センサを形成することも可能となる。さらに、各凹入部
の感応膜の種類を変えることにより、同時に多種の化学
濃度を測定することができる。
【図１】本発明の化学濃度センサの一例としてＬＡＰＳ
型の二次元センサを用いた場合の全体構成を示す図であ
る。
型の二次元センサを用いた場合の全体構成を示す図であ
る。
【図２】前記化学濃度センサの二次元センサの構成を示
す要部拡大図である。
す要部拡大図である。
【図３】前記化学濃度センサの二次元センサの製造方法
の一例を説明する図である。
の一例を説明する図である。
【図４】前記化学濃度センサの二次元センサの別の製造
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図５】本発明の化学濃度センサの別の例としてＩＳＦ
ＥＴによる二次元センサを用いた場合の全体構成を示す
図である。
ＥＴによる二次元センサを用いた場合の全体構成を示す
図である。
【図６】図５に示す化学濃度センサの二次元センサの製
造方法の一例を説明する図である。
造方法の一例を説明する図である。
【図７】前記化学濃度センサに用いる別の二次元センサ
の製造方法の一例を説明する図である。
の製造方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明の化学濃度センサの別の例としてＣＣＤ
による二次元センサを用いた場合の製造方法および要部
構成を示す図である。
による二次元センサを用いた場合の製造方法および要部
構成を示す図である。
【図９】図８に示す二次元センサの平面的な構成を示す
図である。
図である。
【図１０】従来のマイクロプレートを用いた化学濃度の
測定方法を説明する図である。
測定方法を説明する図である。
１Ｌ，１Ｉ，１Ｃ…化学濃度センサ、ＳL ，ＳI ，ＳC
…二次元化学濃度イメージセンサ、２…半導体基板、
２’…ＳＯＩ基板、２ａ…感応部、２ｂ…絶縁層、３…
凹入部、４…比較電極、５…対極、６…発光素子（ＬＥ
Ｄ）、７…電力供給部、８，２３Ａ，２３Ｂ…マルチプ
レクサ、２０…感応膜、２２…ＩＳＦＥＴ、２６…演算
増幅器、３０…ＣＣＤ、Ｄ…ドレイン、Ｓ…ソース。
…二次元化学濃度イメージセンサ、２…半導体基板、
２’…ＳＯＩ基板、２ａ…感応部、２ｂ…絶縁層、３…
凹入部、４…比較電極、５…対極、６…発光素子（ＬＥ
Ｄ）、７…電力供給部、８，２３Ａ，２３Ｂ…マルチプ
レクサ、２０…感応膜、２２…ＩＳＦＥＴ、２６…演算
増幅器、３０…ＣＣＤ、Ｄ…ドレイン、Ｓ…ソース。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 27/30 ３０１Ｘ
Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ
Ｇ０１Ｎ 27/46 Ａ
(72)発明者 中西 剛
京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地
株式会社堀場製作所内
(72)発明者 田▲辺▼ 裕貴
京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地
株式会社堀場製作所内
Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB07 AB10 BA05 BA10
BA14 EA20 FA06
Claims (10)
- 【請求項１】 一枚の半導体基板の裏面側に形成された
二次元化学濃度イメージセンサと、この二次元化学濃度
イメージセンサの感応部を底面とするように、同じ基板
の表面側から形成された複数の凹入部と、各凹入部の内
側面に臨ませるようにそれぞれ配置された比較電極と、
凹入部の底面に堆積させた感応膜とを有し、各凹入部に
収容される測定対象試料の化学濃度を個別に測定可能と
したことを特徴とする化学濃度センサ。 - 【請求項２】 絶縁層によって分離された表面と裏面を
有する一枚の半導体基板の裏面側に形成された二次元化
学濃度イメージセンサと、この二次元化学濃度イメージ
センサの感応部を底面とするように、同じ基板の表面側
から形成された複数の凹入部と、各凹入部の内側面に臨
ませるようにそれぞれ配置された比較電極と、凹入部の
底面に堆積させた感応膜とを有し、各凹入部に収容され
る測定対象試料の化学濃度を個別に測定可能としたこと
を特徴とする化学濃度センサ。 - 【請求項３】 前記二次元化学濃度イメージセンサが、
その裏面側から各凹入部に対応する位置に個別に光を照
射可能とする光源と、各比較電極にそれぞれ対応して各
凹入部の内側面に臨ませるように配置された対極と、前
記光を照射した位置の凹入部に対応する比較電極および
／または対極を選択してポテンショスタットと接続する
ことで、前記基板に形成された複数の凹入部の中から測
定対象となっている一つの凹入部を選択し、この凹入部
内の感応部に生じる光電流値を化学濃度の測定値として
個々に測定可能とするマルチプレクサとを有する請求項
１または２に記載の化学濃度センサ。 - 【請求項４】 前記光源が、前記基板に当接する当接面
に面すると共に、前記各凹入部の底面に対応する位置に
それぞれ埋設させた複数の発光素子と、測定対象となっ
ている一つの発光素子に選択的に電力を供給する電力供
給部とを有する請求項２に記載の化学濃度センサ。 - 【請求項５】 前記二次元化学濃度イメージセンサが半
導体基板上に形成させた複数のＩＳＦＥＴを有し、各Ｉ
ＳＦＥＴがそれぞれ凹入部の底面に対応する部分に形成
されてなり、測定対象となっている凹入部に対応するＩ
ＳＦＥＴによって、この凹入部内の測定対象試料の化学
濃度を個々に測定可能とした請求項１または２に記載の
化学濃度センサ。 - 【請求項６】 複数のＩＳＦＥＴの中から測定対象とな
っているＩＳＦＥＴを選択するマルチプレクサと、この
マルチプレクサによって選択されたＩＳＦＥＴのドレイ
ンとソースとの間に一定の電流を流すように比較電極の
電位を制御し、この比較電極の電位を化学濃度の測定値
として出力可能とする演算増幅器とを有する請求項５に
記載の化学濃度センサ。 - 【請求項７】 各ＩＳＦＥＴのドレインとソースとの間
に一定の電流を流すように対応する比較電極の電位を制
御する複数の演算増幅器を有する請求項５に記載の化学
濃度センサ。 - 【請求項８】 前記二次元化学濃度イメージセンサが半
導体基板上の複数の感応部における化学濃度をそれぞれ
信号電荷に変換して検出する複数のＣＣＤを有し、各Ｃ
ＣＤによって変換された信号電荷量から、この感応膜に
対応する凹入部内の測定対象試料の化学濃度を個々に測
定可能とした請求項１または２に記載の化学濃度セン
サ。 - 【請求項９】 一枚の半導体基板の裏面側を二次元化学
濃度イメージセンサのセンサ面とし、このセンサ面を底
面とするように、同じ基板の表面側から複数の凹入部を
形成した後に、この凹入部に前記二次元化学濃度イメー
ジセンサの感応膜を堆積させることで凹入部の底面に感
応部を形成し、各凹入部の内側面に臨ませるようにそれ
ぞれ比較電極を配置することを特徴とする化学濃度セン
サの製造方法。 - 【請求項１０】 一枚の絶縁層によって分離された半導
体基板の裏面側を二次元化学濃度イメージセンサのセン
サ面とし、このセンサ面を底面とするように、同じ基板
の表面側から複数の凹入部を形成した後に、この凹入部
に前記二次元化学濃度イメージセンサの感応膜を堆積さ
せることで凹入部の底面に感応部を形成し、各凹入部の
内側面に臨ませるようにそれぞれ比較電極を配置するこ
とを特徴とする化学濃度センサの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002081348A JP2003279532A (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | 化学濃度センサおよび化学濃度センサの製造方法 |
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|---|---|
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