JP2007086061A - 粒子検出センサ、粒子検出センサの作製方法、及び粒子検出センサの検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の花粉センサは、光学的な手法を用いて検出を行っているため、測定に時間がかかることが問題であった。また、光源や検出器などを用いる必要があり、装置が大型化することが問題であった。そこで、大気中に浮遊する粒子を容易に検出することのできる、小型なセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】検出対象物を接触により検出する微小構造体を有するセンサである。微小構造体は、検出対象物の大きさに合った検出孔を有し、その上方又は下方にブリッジ構造となる一対の電極が、互いにその一部が接触するように設置されている。微小構造体は、絶縁基板上の薄膜材料で形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＥＭＳ技術を用いた粒子を検出するセンサ、センサの作製方法、及びセンサの検出方法に関する。

ＭＥＭＳと呼ばれる微小機械システムの研究が盛んに進められている。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）は、微小電気機械システムの略称であり、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。マイクロマシンとは、半導体微細加工技術を用いて「立体構造を有し可動する微小構造体」を集積化した微細デバイスを指す。微小構造体はスイッチ、可変容量、またはアクチュエータ等の機能を有することができる。このようなマイクロマシンはシリコンウエハーから形成され、慣性力センサとして利用されている（特許文献１参照）。

現在使用されているセンサの一例として、花粉センサが挙げられる。花粉症患者は増加の一途を辿り、国民病の様相を呈しつつある。花粉の被曝を抑えることができれば、花粉症の発症を抑えることができると考えられている。花粉の被曝を抑えるためには、花粉飛散量を把握し、飛散量の多い場所を避けることが有効である。花粉飛散量を把握する方法として、大気中に飛散する花粉の飛散数量を計測して花粉情報を収集するシステムが提案されている（特許文献２参照）。

また花粉センサとしては、励起光を照射する光源と、励起光が照射された花粉から放出されるルミネッセンスを検出する検出部を備える構成が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００３−３２９７０４号公報 特開２００２−１５７５１１号公報 特開平７−８３８３０号公報

従来の花粉センサは、光学的な手法を用いて検出を行っているため、測定に時間がかかることが問題であった。また、光源や検出器などを用いる必要があり、装置が大型化することが問題であった。それに対し、花粉症などの身近な問題をはじめ、大気汚染などの公害問題に鑑み、簡便に大気中に浮遊する粒子を検出する手段が求められていた。

そこで本発明は、大気中に浮遊する粒子を容易に検出することのできるセンサを提供することを目的とする。また、本発明は、そのような粒子検出センサを安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の粒子検出センサは、検出対象物を一対の電極の接触及び非接触により検出する検出部を有することを特徴とする。検出部は、微小構造体を有する検出素子を有することが好ましい。さらに本発明の粒子検出センサは、絶縁基板上の薄膜材料で形成されることが好ましい。

検出素子は、検出対象物の大きさに合った検出孔となる開口部を有し、その上方又は下方に一対の電極が、互いにその一部が接触するように設置されている。そして検出対象物が検出孔に吸着されることによって一対の電極が互いに離れる、つまり非接触の状態となる。一対の電極が接触された状態と、離れた状態（非接触の状態）とを判断することにより、検出対象物の有無を検出することができる。反対に、一対の電極が最初互いに離れており、検出対象物が検出孔に吸着することにより一対の電極が接触する構成であっても、検出対象物の有無を検出することができる。なお、一対の電極はブリッジ構造であるのが好ましい。ブリッジ構造とは、例えば基板上に形成された構造体において、両端が基板に固定され、中央が基板と接していない構造、又は一部が基板に固定され、他の部分が基板と接していない構造を意味している。

本発明の粒子検出センサは、このような検出素子と、検出対象物の有無を判断することができる回路とを有する検出部を有する。なお、検出素子は、微小構造体を有することが好ましい。本発明において、検出対象物を検出する検出素子の一部を構成する微小構造体と、当該検出素子を制御する半導体素子とは同一絶縁基板上に作製することができる。さらに検出対象物の有無を判断する回路も、微小構造体と同一絶縁基板上に形成することができる。なお絶縁基板とは、絶縁性を表面に有する基板であり、導電性を有する基板材料を絶縁材料で覆った基板が含まれる。

本発明の粒子検出センサは、検出孔に検出対象物を吸着させるための吸引ユニットを有することを特徴とする。検出対象物を吸着させるためには減圧状態とすることが好ましい。減圧状態とすることによって、検出対象物の吸着率を高め、当該検出対象物捕獲の精度を高めることができる。

以下に、具体的な本発明の形態を示す。

本発明の一形態は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極を含み、一対の電極の接触及び非接触を判断して検出対象物を検出する検出部を有することを特徴とする粒子検出センサである。

本発明の別形態は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極を含む検出素子と、一対の電極の接触及び非接触を判断する回路と、を有することを特徴とする粒子検出センサである。

本発明の別形態は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極上に設けられた開口部を有する基体と、を含み、一対の電極の接触及び非接触を判断して検出対象物を検出する検出部を有する特徴とする粒子検出センサである。

本発明の別形態は、絶縁層と、絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極上に設けられた開口部を有する基体と、を含む検出素子と、一対の電極の接触及び非接触を判断する回路と、を有することを特徴とする粒子検出センサである。

本発明の粒子検出センサにおいて、開口部に接続され、開口部を減圧するための吸引ユニットを有することができる。

本発明の粒子検出センサは通信装置を有することができる。

本発明において、絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、開口部がマトリックス状に配置され、開口部毎にスイッチング素子が設けられたアクティブ型、開口部毎にはスイッチング素子が設けられていないパッシブ型をとることができる。

本発明において、接触可能に設けられた一対の電極は、ブリッジ構造を有することができる。なお、ブリッジ構造とは、例えば基板上に形成された構造体において、両端が固定され、中央が基板と接していない構造、又は一部が基板に固定され、他の部分が基板と接していない構造を意味している。

本発明の粒子検出センサの作製方法は、絶縁層を形成し、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に、開口部を形成することを特徴とする。

別の形態の作製方法は、第１の領域に半導体層を形成し、第１の領域及び第２の領域に絶縁層を形成し、第２の領域において、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に、開口部を形成することを特徴とする。

別の形態の作製方法は、絶縁層を形成し、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極上に犠牲層を形成し、犠牲層上に、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に開口部を形成し、犠牲層を除去することを特徴とする。

別の形態の作製方法は、絶縁層を形成し、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極上に犠牲層を形成し、犠牲層上に、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に開口部を形成し、犠牲層を除去すると、第１の電極と、第２の電極とが接触することを特徴とする。

別の形態の作製方法は、第１の領域に半導体層を形成し、第１の領域及び第２の領域に導電層を形成し、導電層を加工することにより、第１の領域にゲート電極を形成し、且つ第２の領域に第１の犠牲層を形成し、ゲート電極及び第１の犠牲層を覆うように絶縁層を形成し、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極上に第２の犠牲層を形成し、第２の犠牲層上に、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に開口部を形成し、第２の犠牲層を除去すると、第１の電極と、第２の電極とが接触し、第１の犠牲層を除去することを特徴とする。

別の形態の作製方法は、第１の領域に半導体層を形成し、第１の領域及び第２の領域に導電層を形成し、導電層を加工することにより、第１の領域にゲート電極を形成し、且つ第２の領域に第１の犠牲層を形成し、ゲート電極及び第１の犠牲層を覆うように絶縁層を形成し、絶縁層上に第１の電極を形成し、第１の電極上に第２の犠牲層を形成し、第２の犠牲層上に、第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、第１の電極と第２の電極が重なる領域における絶縁層に開口部を形成し、第２の犠牲層を除去すると、第１の電極と、第２の電極とが接触し、第１の犠牲層を除去することにより接続孔を形成することを特徴とする。

本発明において、犠牲層はドライエッチング法又はウエットエッチング法により除去することができる。また開口部はドライエッチング法又はウエットエッチング法により作製することができる。

本発明の粒子検出センサの検出方法は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部とを有する粒子検出センサの検出方法であって、一対の電極が接触した状態と、開口部に検出対象物が吸着され、一対の電極が離れる状態とによって検出対象物を数えることを特徴とする。

別の形態の検出方法は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部と、開口部に接続された吸引ユニットとを有する粒子検出センサの検出方法であって、一対の電極が接触した状態と、吸引ユニットによって減圧され、開口部に検出対象物が吸着され、一対の電極が離れる状態とによって検出対象物を数えることを特徴とする。

別の形態の検出方法は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部とを有する粒子検出センサの検出方法であって、一対の電極が離れた状態と、開口部に検出対象物が吸着され、一対の電極が接触した状態とによって検出対象物を数えることを特徴とする。

別の形態の検出方法は、開口部が設けられた基体と、開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極と、一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部と、開口部に接続された吸引ユニットとを有する粒子検出センサの検出方法であって、一対の電極が離れた状態と、吸引ユニットによって減圧され、開口部に検出対象物が吸着され、一対の電極が接触した状態とによって検出対象物を数えることを特徴とする。

本発明において、一対の電極が接触した状態の検出素子の抵抗値は、一対の電極が離れた状態の検出素子の抵抗値より低く、検出素子の抵抗値の相対的な変化により検出対象物を数えることを特徴とする。

本発明は、絶縁基板上の薄膜材料からなる微小構造体を用いた粒子検出センサを提供することができる。光学的な手法ではなく薄膜材料からなる微小構造体を用いた本発明は、測定時間が短く、コンパクト（小型）な粒子検出センサとなる。

本発明は、絶縁基板上の薄膜材料を用いて粒子検出センサを形成するため、安価な粒子検出センサを提供することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されない。本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解されるからである。したがって、本発明は以下に示す実施の形態および実施例の記載内容のみに限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて本発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。

（実施の形態１）
本実施の形態では、粒子検出センサの検出ユニットの構成について説明する。

図１（Ａ）には、検出ユニットの断面図を示す。検出ユニット１０は、容器１２内に検出部１１が配置され、検出部１１上方にフィルター１３が設けられている。検出部１１により、検出対象を検出することができる。このとき、検出部１１には検出孔が設けられ、当該検出孔に検出対象を吸着させることによって検出することが好ましい。また、フィルター１３により、検出対象より大きなものの混入を防ぐことができる。検出精度を高めるため、容器１２の上面には蓋１５が設けられており、使用直前に蓋１５を取り外す使用形態とするとよい。また、携帯時に異物が付いたり、センサ部分が破損しないためにも、蓋１５をとりつけておくとよい。容器１２や蓋１５により、検出部１１を保護することができる。このような容器１２への蓋１５の取り付け、つまり検出ユニット１０のパッケージングは、異物の混入を防ぐため、クリーンルームのような清浄環境下で行うとよい。蓋１５は、容器１２に設けられたフィルター１３を覆うものであればその形態に限定はなく、例えば、粘着力が比較的弱く剥離が容易なシールテープ若しくは金属フィルム、開閉可能に設けられた薄板などで形成すれば良い。

さらに容器１２の側面には接続部１６が設けられている。本発明の粒子検出センサは、接続部１６により、検出ユニット１０と接続された吸引ユニットを有することができる。吸引ユニットにより、センサ内を減圧状態とすることができ、精度高く検出孔に検出対象を吸着させることができる。なお検出孔に検出対象を吸着できればよいため、センサを回転させて、慣性力により吸着させたり、検出孔に向かって風圧をかけることによって吸着させてもよい。すなわち、吸引ユニットにより、検出孔に対して対象物が流入するような気流を発生することができればよい。

図１（Ｂ）に示すように、接続部１６には、容器１２に貫通する孔（接続孔）２１や電気的な接続をとる接続領域２２が設けられている。接続部１６にはＯリング等を配置して、検出ユニット１０と、吸引ユニット２０とを接続するとよい。吸引ユニット２０は、表示部２６や演算部２７を有することができる。表示部２６により、検出結果や操作方法等を表示することができる。演算部２７により、検出した結果の集計や検出条件の設定を行うことができる。

検出ユニット１０を吸引ユニット２０に接続し、一定時間、検出対象物を含む大気の吸引を行い、その間に検出対象物の数を数えることができる。吸引ユニット２０によって取り込まれた大気は、先にフィルター１３によってごみが取り除かれる。そのためフィルター１３の目の粗さは、検出対象物が通過できる程度とし、例えば１００μｍ〜１ｍｍとする。このとき１００μｍ〜１ｍｍの間で目の粗さの異なる複数のフィルターを積層して設けてもよい。

フィルター１３を通過した大気に含まれる検出対象物は、検出部１１で捕獲され、その個数を検出することができる。検出対象物の個数は、単位体積辺りに含まれる数を検出すると好ましいため、測定ごとに同じ時間だけ吸引ユニットを稼働させ、同程度の背圧を得るようにするとよい。このように検出対象物を含む大気を取り込む時間は、測定毎に一定であることが望ましく、タイマーを搭載するとよい。例えば、吸引ユニット２０の演算部２７にカウンタ回路を設けておき、一定の時間を計測できるようにする。

図１に示す検出ユニット１０は、吸引ユニット２０と独立しているため、検出ユニット１０を容易に取り替えることができる。すなわち、検出部１１は脱着可能であり、使用済みとなったものは、新しいものと交換することができる。また、使用済みのものについても、洗浄して再利用するようにしてもよい。

吸引ユニット２０には、家庭用の交流電源に繋いで動作させる他に、一次電池や二次電池を内蔵して動作させることができる。また、車両に搭載される６〜２４Ｖ程度の直流電源に接続して動作させることもできる。

このようにして検出部を有する検出ユニットと吸引ユニットとを具備した粒子検出センサを得ることができる。

なお本実施の形態では、検出ユニット１０と吸引ユニット２０とが独立している場合を示したが、検出ユニットに吸引機能を搭載させてもよく、さらに表示機能を搭載させてもよい。本発明は検出ユニットの検出部にＭＥＭＳ構造を用いたことを特徴としており、その他の構成は限定されないからである。

（実施の形態２）
本実施の形態では、無線通信を行う場合、粒子検出センサ、例えば吸引ユニット側に無線通信機能を搭載した形態について説明する。

図１１（Ａ）に示すように、無線により電力を得る場合は、吸引ユニット２０は、アンテナと共振容量を有する共振回路７０２、電源回路７０３、クロック発生回路７０４、復調回路７０５、制御回路７０６、変調回路７０９を有する。勿論、吸引ユニット２０は吸引手段７０８（例えば、ポンプ等）、吸引用電源７１３も有する。そして、吸引ユニット２０にはセンサ回路７０７が外付けされる。センサ回路７０７は、検出ユニット１０に設けられている。

共振回路７０２はアンテナ７１０より発せられる電波を受信し、アンテナ両端に交流信号を発生する。発生した交流信号は、アンテナ７１０から送信される命令等の情報を含み、センサ回路７０７の電力になるほか、さらに吸引ユニット２０の電力ともなりえる。電源回路７０３は共振回路７０２に発生した交流信号をダイオードで整流し、容量を用いて平滑化することで、電源電圧を生成し、各回路へ供給する。クロック発生回路７０４は共振回路７０２に発生した交流信号を基に、様々な周波数のクロック信号を生成する。復調回路７０５は共振回路７０２に発生した交流信号に含まれる情報を復調する。制御回路７０６は、復調した信号から命令を抽出し、およびセンサ回路７０７を制御することで、命令に従った一連の動作を実行する。また、復調した信号に誤りが無いかをチェックする回路を有してもよい。次に、センサ回路７０７へ書き込み命令を送り、レジスタなどに格納した情報をセンサ回路７０７の所定の記憶領域に格納する。勿論、レジスタを介さずに行ってもよい。制御回路７０６は、センサ回路７０７へ読み出し命令を送り、情報を読み出すことができる。そして制御回路７０６内の符号化回路によって符号化した信号を生成し、変調回路７０９へ出力する。変調回路７０９は符号化信号を基に搬送波を変調する機能を有する。

センサ回路７０７には、メモリが設けられているとよい。メモリによって、検出された検出対象物数を記録したり、測定位置情報を記録することができる。勿論、メモリは、吸引ユニット側に設けられていてもよい。メモリは、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マスクＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッシュメモリから選択された一種又は複数種から構成することができる。

共振回路７０２と無線通信が可能なアンテナ７１０は通信回線７１１を介して情報処理装置７１２と接続され、当該情報処理装置７１２の制御のもとに吸引ユニット２０との情報の送受信を行うことができる。このようなアンテナ７１０として、公衆電話機の基地局を適用することができる。なお、アンテナ７１０と情報処理装置７１２とは赤外線通信等の無線通信によって情報のやり取りを行ってもよい。このような情報処理装置７１２は、公衆電話機が備えることができる。

なお吸引手段７０８は、電源回路７０３からの電力で動作することができない場合、吸引用電源７１３からの電力によって動作する。吸引用電源７１３は、内部に備えた電池を使用することができる。

図１１（Ａ）に示すように、吸引ユニット２０にセンサ回路７０７を有する検出ユニットを接続する形態の場合、簡便に検出ユニット、少なくとも検出部を取り替えることができる。

図１１（Ｂ）に示すように、吸引ユニット２０がセンサ回路７０７を有する形態であってもよい。吸引ユニット２０とセンサ回路７０７とを一体に形成することにより、粒子検出センサの小型化を図ることができる。

吸引ユニット２０は上記構成に制限されず、中央処理演算装置（ＣＰＵ）、輻輳制御回路等を有することもある。また本実施の形態は吸引ユニット２０がアンテナ７１０から電力供給を受ける例を示したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば吸引ユニット２０は、アンテナ７１０とは無線で情報の送受信のみを行い、電力は内部の電池のみから得てもよい。

このようにして、検出対象物情報や電力供給を無線通信によって行うことができる。なお本実施の形態では、吸引ユニット２０に無線通信機能を搭載したが、検出ユニットに無線通信機能を搭載してもよい。

本実施の形態では、吸引ユニットが無線通信を行う形態を示したが、吸引ユニットは有線通信を行ってもよい。有線通信を行うことによって、多くの情報を短時間で送受信することができ、また電力を固定電源から得ることができる。

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、検出ユニットが有する検出部及びその動作について説明する。

図２に示すように、検出部７５０は検出素子が形成されたセルアレイ７５６及び駆動回路を有する。駆動回路は、カラムドライバ７５１、ロードライバ７５２、セレクタ７５３、読み出し回路７５４を有する。

カラムドライバ７５１は、任意のビット線を指定するアドレス信号を受けて、セレクタ７５３に信号を与える機能を有する。セレクタ７５３は、カラムドライバ７５１の信号を受けて指定のビット線を選択する機能を有する。ロードライバ７５２は、任意のワード線を指定するアドレス信号を受けて、指定のワード線を選択する機能を有する。上記動作によって、検出素子のうちアドレス信号に対応する一つの検出素子７５７が選択される。また読み出し回路７５４は選択された検出素子が有する情報を読み出して出力する。

セルアレイ７５６はビット線Ｂｍ（ｍ＝１からｘ）、ワード線Ｗｎ（ｎ＝１からｙ）、ビット線とワード線とそれぞれの交点に検出素子７５７を有する。またビット線Ｂｍはセレクタ７５３により制御され、ワード線Ｗｎはロードライバ７５２により制御される。なお、検出素子７５７はトランジスタが接続されたアクティブ型であっても、素子だけで構成されるパッシブ型であってもよい。

次に、検出素子７５７の構成を説明する。検出素子７５７は、ＭＥＭＳ構造を有するスイッチ素子（ＭＥＭＳスイッチと記す）を有する。ＭＥＭＳスイッチは、一部が接触するように設けられたブリッジ構造となる一対の電極を有し、検出対象物の吸着によって当該一対の電極間が離れることによって、検出対象物を検出することができる。なお、ブリッジ構造とは、例えば基板上に形成された構造体において、両端が固定され、中央が基板と接していない構造、又は一部が基板に固定され、他の部分が基板と接していない構造を意味している。ＭＥＭＳスイッチの構成や作製方法は、以下の実施の形態で説明する。

図２に示す検出素子７５７は、トランジスタとＭＥＭＳスイッチとを有するアクティブ型の素子である。トランジスタには、薄膜材料で形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴとも記す）やシリコンウエハーで形成されるＭＯＳトランジスタを適用することができる。但し、薄膜材料からなるＴＦＴで形成することによって、検出部を薄型、軽量化することができる。加えて、ＴＦＴはガラス基板等の絶縁基板上に形成することができるため、検出部を安く提供することができる。

トランジスタが有するゲート電極は、ワード線Ｗｙに接続され、トランジスタが有するソース電極又はドレイン電極の一方は、ビット線Ｂｘに接続され、他方はＭＥＭＳスイッチと接続される。ＭＥＭＳスイッチの下部電極は、トランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方と電気的に接続する。またＭＥＭＳスイッチの上部電極は、共通電極として、各検出素子で共有することができる。

次に、アクティブ型の検出素子７５７の情報の読み出しを行うときの動作について、図５を用いて説明する。なお本実施の形態では、初期状態のＭＥＭＳスイッチが離れておらず導通した状態で検出素子が格納する値を「０」、検出対象物の吸着等によってＭＥＭＳスイッチが離れ、非導通となった状態で検出素子が格納する値を「１」とする。

初期状態の検出素子の抵抗値は低くなり、変化後の検出素子の抵抗値は高くなる。このような抵抗値の変動を、読み出し回路７５４によって読み取る。抵抗値の変動を判定するため、読み出し回路７５４は、抵抗素子７９０とセンスアンプ７９１を有する。情報の読み出しは、ＭＥＭＳスイッチを構成する一対の電極の間に電圧を印加して、検出素子７５７が、初期状態であって抵抗値が相対的に低いか、変化後の状態であって抵抗値が相対的に高いかを判定する。すなわち、抵抗分割方式によって情報の読み出しを行うことができる。

例えば、ｍ列目ｎ行目のＭＥＭＳスイッチ７８３に検出対象物が捕獲されているか否かの情報の読み出しを行う場合について説明する。まずカラムドライバ７５１、ロードライバ７５２、セレクタ７５３により、ｍ列目のビット線Ｂｍと、ｎ行目のワード線Ｗｎが選択される。すると、ｍ列目ｎ行目に配置された検出素子７５７が有するトランジスタ７８１がオン状態になり、ＭＥＭＳスイッチ７８３と、抵抗素子７９０とが直列に接続された状態となる。抵抗素子７９０の一端の電位をＶｄｄとする。このような検出素子は、ＭＥＭＳスイッチ７８３の電流特性に応じて、図５に示したＰ点の電位が決まる。

検出素子が初期状態である場合のＰ点の電位をＶ１、検出素子が変化後の離れた状態である場合のＰ点の電位をＶ２とし、Ｖ２＞Ｖｒｅｆ＞Ｖ１となる参照電位Ｖｒｅｆを用いることで、検出素子に検出対象物が吸着されているか否かの情報を読み出すことができる。具体的には、検出素子が初期状態である場合、センスアンプ７９１の出力電位はＨｉｇｈ状態となり、検出素子が変化後の状態である場合、センスアンプ７９１の出力電位はＬｏｗ状態となる。

上記の方法によると、読み出し回路７５４は、ＭＥＭＳスイッチ７８３の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。しかしながら、ＭＥＭＳスイッチ７８３が有する情報を、電流値により読み取ってもよい。なお本発明の読み出し回路７５４は、上記構成に限定されず、検出素子が有する情報を読み出すことができればどのような構成を有していてもよい。

このような構成を有するＭＥＭＳスイッチ７８３は、「０」から「１」の状態へ変化する。また、「０」から「１」の状態への変化は不可逆的である。しかし、ＭＥＭＳスイッチの電極材料を、十分な弾性を有する材料で作製することにより、いったん離れた電極に負荷が無くなればまた接触する構造にすることも可能である。

本実施の形態のセルアレイにおいて、検出するための孔よりも、小さな粒子は、孔から抜け落ちる。そのため、対象外の小さな粒子が孔を通過するときは検出されない。

またセルアレイにおいて、検出孔の直径が異なる検出素子を同一基板上に形成すれば、トランジスタの座標から、どのような大きさの検出対象物が何個捕獲されたか数えることもできる。検出対象物である花粉の場合、その大きさは植物や生育条件によって異なるからである。

検出孔の形状は、円状に限定されるものではなく、矩形状や楕円状を有してもよい。

本発明の検出方法では、花粉に限らず、直径がそろった球形の粒子であれば検出することができる。

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて実施することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、検出ユニットに設けられたＭＥＭＳスイッチの概念について説明する。

ＭＥＭＳスイッチは、ブリッジ構造を有する電極３０１、３０２を用い、その一部が接触するように形成すればよい（図３参照）。電極３０１、３０２の間には、検出対象物が吸着することのできる検出孔３０６が設けられている。すなわち、検出孔３０６に流入する気流の経路上に電極３０１、３０２が設けられている。

そしてＭＥＭＳスイッチの検出孔に、検出対象物を吸着させる。例えば、ＭＥＭＳスイッチが設けられた雰囲気を減圧状態とすることによって、検出対象物を検出孔に吸着させる。このような検出対象物によって、ＭＥＭＳスイッチがオン状態（接触状態）又はオフ状態（非接触状態）をとることができる。オン状態とは、検出対象物が電極３０１、３０２に接することなく、電極３０１、３０２が物理的に接触しており、電気的に電極３０１、３０２が接続して電流が流れている状態を指し、オフ状態とは、検出対象物によって、電極３０１、３０２が物理的に離れており、電気的に電極３０１、３０２が接続しておらず電流が流れない状態を指す。検出孔に検出対象物が吸着することによって、電極３０１、３０２を離し、オフ状態となればよい。

図３にはＭＥＭＳスイッチの上面図を示し、図４には、ＭＥＭＳスイッチの断面図、及びオン状態のＭＥＭＳスイッチの断面図、オフ状態のＭＥＭＳスイッチの断面図について示す。電極３０１、３０２はそれぞれ検出孔、つまり開口部が設けられた基体３００に形成されている。基体３００の検出孔における端面は、テーパー状を有すると好ましい。検出対象物をすみやかに捕獲することができるからである。検出孔３０６の直径は、端面にテーパー状を有する場合、角度が小さい方の端部でなる第１の直径（ｔ４）と、角度が大きい方の端部でなり、第１の直径より長い第２の直径（ｔ５）となる。第１の直径（ｔ４）は、検出対象物の直径よりやや小さくなっているとよい。好ましくは第１の直径（ｔ４）は、検出対象物の直径の６０〜９０％程度とするとよい。このとき検出対象物の下方接点から直径の２０％〜３０％の位置の検出対象物の幅と同程度となるように決定すると、概ね６０％〜９０％の直径となることができる。検出孔が６０〜９０％程度の直径であれば、検出対象物の吸着により電極３０１、３０２を離すことが効率よくできる。

第２の直径（ｔ５）によって、検出孔における基体３００のテーパー角を決めることができる。テーパーの角部は、丸みを帯びさせるとよい。

電極３０１の長さ（ｔ１）と、電極３０２の長さ（ｔ２）と、これらが重なる長さ（ｔ３）とは、検出孔３０６の直径により決定することができる。重なる長さ（ｔ３）が長くなるにつれ、電極３０１と電極３０２の接触する面積が大きくなるため、抵抗値を下げることができる。電極３０１の長さ（ｔ１）と、電極３０２の長さ（ｔ２）はそれぞれ、検出孔３０６の直径の半分程度が好ましい。電極３０１、３０２が重なる領域を検出孔３０６の中心に配置することができるからである。

この状態で、ＭＥＭＳスイッチが配置されている雰囲気を、吸引ユニットにより減圧状態とすることができる。その結果、検出対象物の吸着精度を高めることができる。

図４（Ｂ）は、検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接する直前の断面図を示す。電極３０１、３０２は互いに接触しており、電流が流れる状態となり、低抵抗となる。これをオン状態という。

図４（Ｃ）は、検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接した断面図を示す。検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接したことにより、電極３０１、３０２が離れており、電流が流れない状態となり、高抵抗となる。これをオフ状態という。

ＭＥＭＳスイッチは減圧雰囲気中に配置されているため、検出対象物３０５は積極的に検出孔３０６に吸着することとなる。検出孔３０６の大きさ、つまり電極３０１、３０２間の距離を決めることにより、どの程度の検出対象物を検出するか決めることができる。異なる大きさを有する検出孔を、同一基板上に設けることにより、大きさの異なる検出対象物を検出することができる。

また花粉は一般的にプラスに帯電されているため、電極３０１、３０２にマイナスの電流が流れるようにするとよい。

本実施の形態で示したＭＥＭＳスイッチの構成は一例であり、検出対象物が検出孔に吸着する前は一対の電極が接触しており、吸着することによって、一対の電極が離れる形態をとることができれば、図４に示した構成に限定されるものではない。ＭＥＭＳスイッチの構成は、開口部及び基体の下方に、変形可能な導電体を少なくとも１つ有する構成でもよい。

ＭＥＭＳスイッチがオン状態からオフ状態となることにより検出対象物を検出する形態を示したが、ＭＥＭＳスイッチがオフ状態からオン状態となることにより検出対象物を検出してもよい。

例えば図１６（Ａ）に示すように、電極３０１、３０２は互いに接触しておらず、オフ状態となっているＭＥＭＳスイッチを用意する。検出孔３０６は、検出対象物を捉えることができる孔であり、同一サイズの検出対象物を検出する場合、図４と比較して、深さ方向に長く、直径を小さくなるように、基体３００を加工する。

図１６（Ｂ）は、検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接する直前の断面図を示す。電極３０１、３０２は互いに物理的に接しておらず、オフ状態、つまり電気的に電極３０１及び電極３０２が接続せず、電流が流れない状態である。

図１６（Ｃ）は、検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接した断面図を示す。検出対象物３０５が電極３０１、３０２に接したことにより、電極３０１、３０２が物理的に接し、オン状態、つまり電気的に電極３０１及び電極３０２が接続し、電流が流れる状態となる。オン状態はオフ状態と比較して抵抗が高いため、これを読み取り、検出対象物を数えることができる。

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて実施することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の粒子検出センサを花粉の検出に用いる使用形態について説明する。

図１２に示すように、基地局が管理する特定の場所に本発明の粒子検出センサが配置されている。例えば、基地局Ａが管理する場所Ａに、粒子検出センサＡを持った人がいたとする。同様に基地局Ｂ、Ｃが管理するそれぞれの場所Ｂ、Ｃに粒子検出センサＢ、Ｃを持った人がそれぞれいたとする。粒子検出センサＡからＣによって、場所ＡからＣの花粉量を計測することができる。

さらに、粒子検出センサＡからＣが有する通信機能によって、多くの場所の花粉情報を集積することができる。通信機能を持たせるには、粒子検出センサと携帯電話とを接続させる構造を具備させればよい。なお粒子検出センサ自体に、通信機能を搭載してもよい。通信機能を有する粒子検出センサによって、最寄りの基地局へ位置情報と花粉量の情報を送信することができる。基地局は、中央管理センターへその情報を送信し、多くの場所からの花粉情報を収集する。

中央管理センターでは、収集された情報を花粉量とし、その花粉数が周囲の地域と比べて多いか少ないかを判定して携帯電話にその結果を配信することができる。また、収集された花粉量は、表示装置等によって測定者を含めた多数人に情報提供することができる。例えば、収集された花粉量に基づき地域ごとの花粉の多寡を表す花粉地図を作成し、携帯電話に配信したり、表示装置に表示することもできる。

さらに、測定場所が屋内であるか屋外であるかといった情報や気候に関する情報を測定者に入力させると、より精度のよい情報が得られる。

本発明の検出ユニットは、基地局と無線で信号のやり取りをする場合、共振回路７０２で、アンテナ７１０より発せられる電波を受信すると、電源回路７０３で電源電位が生成される。また、復調回路７０５にて受信した電波から情報を復調する。情報の送信は、変調回路７０９によって行われる。このようにして検出ユニットは、基地局と無線通信で情報の送受信を行うことができる。

次に粒子検出センサ、基地局、中央管理センター、表示装置の構成について説明する。

図１３に示すように、粒子検出センサ３５０は検出部３５１を有する。検出部３５１には、上記実施の形態で示したＭＥＭＳスイッチや駆動回路が設けられている。そして粒子検出センサ３５０は、検出結果を表示するための表示部３５２や情報を入力するための入力部３５３を有する。入力部３５３には、位置情報を入力することができる。位置情報には、現在地や行き先がある。さらにＧＰＳのような位置情報を管理するシステムである位置情報管理装置３５４を備えてもよい。位置情報管理装置３５４により自動的に測定者の位置情報を得ることができ、測定者による位置情報の入力を省くこともできる。粒子検出センサ３５０は、得られた情報を保存するための記録装置３５５を有する。粒子検出センサ３５０は、検出結果に基づき検出数を計算する演算装置３５６を有する。演算装置３５６は、検出部３５１の駆動回路から得られる検出数の合計や検出場所との関連づけを行うことができる。そして、粒子検出センサ３５０に通信装置３５７を具備させることによって、基地局３６０と通信を行うことができる。通信には有線通信又は無線通信を適用することができる。有線通信の場合、公衆電話機等の電話端末と通信装置とを接続することによって行われる。このように有線通信は情報送信場所に制約がある。但し、有線通信は送信する情報量が、無線通信の場合よりも多くすることができ、短時間で送信できるといった利点を有する。

表示部３５２、入力部３５３、位置情報管理装置３５４、記録装置３５５、演算装置３５６又は通信装置３５７は、粒子検出センサ３５０に外付けしたり、吸引ユニットに搭載することができる。例えば、粒子検出センサ３５０に携帯電話を接続することによって、少なくとも表示部３５２、入力部３５３、位置情報管理装置３５４、演算装置３５６、通信装置３５７を粒子検出センサ３５０に具備させることができる。

基地局３６０は、粒子検出センサ３５０と情報のやり取りを行うため、第１通信装置３６１を有する。また基地局３６０は、中央管理センター３７０と情報のやり取りを行うため、第２通信装置３６２を有する。第１通信装置３６１と第２通信装置３６２とは兼ねることができるが、続々と新しい情報を粒子検出センサ３５０から入手し、逐次中央管理センター３７０へ送信するためには、それぞれ設けるとよい。第１通信装置３６１は無線通信を行うと好ましく、第２通信装置３６２は有線通信であってもよい。粒子検出センサ３５０と基地局は固定することが難しいが、基地局３６０と中央管理センター３７０とは固定することが多いからである。

中央管理センター３７０は、演算処理装置３７１、記録装置３７２、第１通信装置３７３、第２通信装置３７４を有する。演算処理装置３７１によって、集積された花粉情報等を解析したり、花粉地図を作成することができる。記録装置３７２は、集積された花粉情報、解析された花粉情報等を保存しておくことができる。第１通信装置３７３は、基地局３６０との通信を可能にし、第２通信装置３７４は表示装置３８０との通信を可能にする。表示装置３８０も固定されて設けられることが多いため、第２通信装置３７４は有線通信であってもよい。

表示装置３８０は、駆動回路部３８１、表示部３８２を有する。表示部３８２には、解析された花粉情報等を表示することができる。駆動回路部３８１は、中央管理センター３７０から第２通信装置３７４を介して得られた情報を映像情報に変換する機能、映像情報に基づき表示を制御する機能を有する。

このような粒子検出センサ３５０、基地局３６０、中央管理センター３７０、表示装置３８０によって、花粉情報を、測定者を含めた多数人に提供することができる。

図１４には、花粉情報を提供するまでを記したフローチャートを示す。図１４（Ａ）に示すように、ある位置において、粒子検出センサによって花粉の検出を行う（４０１）。そして、粒子検出センサに備えられた演算回路によって、検出結果を得る（４０２）。検出結果は、通信装置を介して基地局へ送信され、さらに中央管理センターへ送信される（４０３）。送信された検出結果に基づき、中央管理センターは解析及び集計を行うことができる（４０４）。ここで多くの花粉情報が集められ、位置と関連づけられた花粉情報を作成することができる。その結果を、花粉情報として提供する（４０５）。花粉情報としては、例えば地図上に花粉量を記した花粉地図があげられる。

図１４（Ｂ）には、別の形態を示す。まず、中央管理センターへ行き先を送信する（４１１）。すると、その場所の花粉情報を取得することができる（４１２）。すなわち、集積された花粉情報や作成された花粉地図に基づき、中央管理センターから行き先の花粉情報が提供される。

また図１４（Ｃ）に示すように、直接中央管理センターによって得られた花粉情報等が記録されているサーバへアクセスする（４２１）ことによって、花粉情報を得ることもできる（４２２）。

このようにＭＥＭＳスイッチを具備した粒子検出センサにより、各地から花粉情報を集めることができ、それを多数人に提供することができる。その結果、花粉情報の精度を高め、また現在地以外に行き先地の花粉情報を入手することができる。

本実施の形態では、基地局を介して中央管理センターへ検出結果を送信する場合を示したが、直接中央管理センターへ検出結果を送信してもよい。

本実施の形態では、人が携帯する粒子検出センサを用いて説明したが、特定の間隔で固定された粒子検出センサを用いても、同様に花粉情報を収集することができる。

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて実施することができる。

（実施の形態６）
本発明の粒子検出センサは、シリコンウエハーを用いた半導体素子作製のプロセスにより作製することができるが、このような作製プロセスは量産に向けて、コスト削減の課題がある。そこで本実施の形態では、シリコンウエハーと比較して低コストで作製することができる絶縁基板上の薄膜材料を用いて本発明の微小構造体を作製し、さらに半導体素子と一体形成する工程を説明する。なお本実施の形態では、半導体素子として薄膜トランジスタを適用する場合で説明する。

図６（Ａ）は上面図を、図６（Ｂ）にはＯ−Ｐにおける断面図を示す。まず、絶縁基板１０１を用意する。絶縁基板１０１とは、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板等である。さらに、金属等の導電性基板や、シリコン等の半導体性基板上に絶縁性を有する層を形成した基板を用いることも可能である。プラスチック基板に微小構造体を形成することにより、柔軟性が高く、薄型な粒子検出センサを形成することができる。またガラス基板を研磨等により薄くすることによって、薄型な粒子検出センサを形成することもできる。

絶縁基板１０１上にＣＶＤ法やスパッタリング法を用いて下地層１０２を形成する（図６（Ｂ）参照）。下地層１０２は酸化シリコン等のシリコン酸化物、窒化シリコンまたは酸化窒化シリコンなどのシリコン窒化物を、単層構造または積層構造として形成することができる。本実施の形態では下地層１０２として２層構造を用いる場合を説明する。下地層１０２の一層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ及びＨ２を反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン層を１０〜２００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）形成することができ、本実施の形態では膜厚５０ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。次いで下地層１０２の二層目としては、プラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ４及びＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン層を５０〜２００ｎｍ（好ましくは１００〜１５０ｎｍ）の厚さに形成することができ、本実施の形態では膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。

次に、半導体素子を構成する半導体層１０４を半導体素子領域１５２に形成し、微小構造体領域１５１には形成しない。半導体層は、シリコン材料、又はシリコンとゲルマニウムとを有する材料から形成することができる。半導体層の状態は、非晶質状態、多結晶状態、微結晶状態のいずれでもよい。そして半導体層１０４を任意の形状に加工する。本実施の形態では、矩形状となるように半導体層１０４を加工する（図６（Ａ）参照）。半導体層１０４の加工には、フォトリソグラフィによるレジストのパターニングと、ドライエッチングにより行うことができる。

次に、半導体層１０４上に、ゲート絶縁層１０５を形成する（図６（Ｂ）参照）。ゲート絶縁層１０５は、下地層１０２と同様な材料、構造、方法を用いて形成することができる。本実施の形態では、ゲート絶縁層１０５をプラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さの酸化窒化シリコン層（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を用いて形成する。

ゲート絶縁層１０５の材料として、無機材料以外に有機材料を用いることができる。例えばシリコンを有する有機材料を用い、スピンコーティング法や塗布法によって、ゲート絶縁層１０５を形成することができる。

またゲート絶縁層１０５の材料として、高誘電率を有する金属酸化物、例えばハフニウム（Ｈｆ）酸化物を用いることもできる。このような高誘電率材料によりゲート絶縁層１０５を構成することにより、低い電圧で半導体素子を駆動することができ、低消費電力の半導体装置を提供することができる。

ゲート絶縁層１０５は高密度プラズマ処理によって成膜することができる。高密度プラズマ処理とは、プラズマ密度が１×１０１１ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１１ｃｍ−３から９×１０１５ｃｍ−３以下であり、マイクロ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）といった高周波を用いたプラズマ処理である。このような条件でプラズマを発生させると、電子温度が０．２ｅＶから２ｅＶとなり、低電子温度のプラズマを生成することができる。このように低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いため、プラズマダメージが少なく、欠陥の少ない膜を形成することができる。

このようなプラズマ処理を可能とする成膜室に、半導体層１０４まで形成された絶縁基板、つまり被形成体を配置し、プラズマ発生用の電極、所謂アンテナと、被形成体との距離を２０ｍｍから８０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍから６０ｍｍとして高密度プラズマ処理を行う。このような高密度プラズマ処理は、低温プロセス（基板温度４００℃以下）の実現が可能となる。そのため、耐熱性の低いガラスやプラスチックを絶縁基板１０１として利用することができる。

成膜室の雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気とすることができる。窒素雰囲気とは、代表的には、窒素と希ガスとの混合雰囲気、又は窒素と水素と希ガスとの混合雰囲気である。希ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１つを用いることができる。また酸素雰囲気とは、代表的には、酸素と希ガスとの混合雰囲気、酸素と水素と希ガスとの混合雰囲気、又は一酸化二窒素と希ガスとの混合雰囲気である。希ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１つを用いることができる。

このように形成されたゲート絶縁層は、他の被膜に与えるダメージが少なく、緻密なものとなり、さらに当該絶縁層と接触する界面状態を改善することができる。例えば高密度プラズマ処理を用いてゲート絶縁層１０５を形成すると、半導体層１０４との界面状態を改善することができる。その結果、半導体素子の電気特性を向上させることができる。

ここでは、ゲート絶縁層１０５を高密度プラズマ処理により形成する場合を説明したが、下地層１０２や他の絶縁層を成膜する場合にも、高密度プラズマ処理を用いて作製することができる。また半導体層１０４に高密度プラズマ処理を施してもよい。高密度プラズマ処理によって、半導体層１０４表面の改善を行うことができる。その結果、半導体素子の電気特性を向上させることができる。なお、図６（Ａ）の上面図では、絶縁基板１０１、下地層１０２、ゲート絶縁層１０５を省略している。

次に図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁層１０５上にゲート電極１０７、および後に減圧用マイクロ流路を形成する犠牲層１０８となる導電層を形成する。導電層は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の金属や当該金属の窒化物を有する材料を用い、スパッタリング法やＣＶＤ法により形成することができる。導電層は、単層構造又は積層構造を用いることができる。導電層の形状の加工には、フォトリソグラフィによるレジストのパターニングと、ドライエッチングにより行うことができる。エッチングの例としては、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｒｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。このとき、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、絶縁基板１０１側の電極に印加される電力量、絶縁基板１０１側の電極温度等）を適宜調節する。なお、エッチング用ガスとしては、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４もしくはＣＣｌ４などを代表とする塩素系ガス、ＣＦ４、ＳＦ６もしくはＮＦ３などを代表とするフッ素系ガスまたはＯ２を適宜用いることができる。加工された導電層は、ゲート電極１０７や犠牲層１０８となる。

また、ゲート電極１０７を形成する場合、ゲート電極１０７の端部をテーパー状とするとよい。例えば、積層構造を有するゲート電極に対して、エッチング速度の差を利用して異方性のエッチングすることにより、テーパー状とすることができる。

このとき、犠牲層１０８の膜厚は、当該犠牲層１０８をエッチング除去後に減圧用マイクロ流路を構成することを考慮すると１μｍ以上３μｍ以下が望ましいが、ゲート電極は微細加工の観点から必ずしもそのような厚さを必要としない。そこで、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置した露光用マスクにより形成されたマスクを用いて、ゲート電極１０７となる部分のみ薄くすることができる。例えば、ゲート電極１０７の膜厚を犠牲層１０８の膜厚の半分程度の厚さにすることもできる。光強度低減機能を有する露光マスクを用いると、その領域の光の透過率を１０％から７０％の間に調整することができる。このような露光マスクを用いてレジストマスクを露光すると、異なる膜厚を有するレジストマスクを形成することができる。異なる膜厚を有するレジストマスクにより、導電層を加工すると、ゲート電極１０７の膜厚と、犠牲層１０８の膜厚とを異ならせることができる。

また、犠牲層１０８において、成膜や加工を繰り返すことで必要な厚さとし、ゲート電極１０７の膜厚と異ならせることもできる。成膜や加工を繰り返す場合、成膜による犠牲層の応力を緩和できる。

次に、半導体素子を構成する半導体層１０４に不純物元素を添加してＮ型不純物領域１１２、およびＰ型不純物領域１１１を形成する。不純物元素を添加する方法は、イオンドープ法またはイオン注入法で行うことができる。Ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用い、Ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）を用いることができる。Ｎ型不純物領域１１２、およびＰ型不純物領域１１１には、１×１０２０〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲で不純物元素が添加されることが望ましい。このような異なる極性を有する不純物領域は、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、不純物元素を添加することで選択的に形成することができる。

次に、ＣＶＤ法等によってシリコン酸化物やシリコン窒化物からなる絶縁層を形成し、当該絶縁層を垂直方向の異方性エッチングすることで、ゲート電極１０７の側面に接する絶縁層１１０（以下、サイドウォール１１０と記す）を形成する（図７（Ａ）参照）。サイドウォール１１０によって、ゲート長を短くするにつれて生じる短チャネル効果を防止することができる。

このとき犠牲層１０８の側面に接してサイドウォール１０９が形成される。犠牲層１０８の側面に接してサイドウォールを形成しない場合、犠牲層１０８をマスクで覆う。また犠牲層１０８を形成する領域にサイドウォール用の絶縁物を形成した状態で、マスクで覆うことにより、犠牲層１０８上の保護膜として適用することができる。

次に、Ｎ型不純物領域１１２を有する半導体層１０４に不純物元素を添加し、サイドウォール１１０下方に設けられたＮ型不純物領域１１２よりも高い不純物濃度を有する高濃度Ｎ型不純物領域１１５を形成する。同様に、サイドウォール１１０下方に設けられたＰ型不純物領域１１１よりも高い不純物濃度を有する高濃度Ｐ型不純物領域１１６を形成することができる。Ｐ型半導体素子は、Ｎ型半導体素子に比べて短チャネル効果が生じにくいため、Ｐ型不純物領域１１１を形成しない場合もある。

また、ゲート電極１０７の端面をテーパー状としている場合、サイドウォール１１０を形成する必要はない。この場合は、一度の不純物元素の添加でＮ型不純物領域１１２および高濃度Ｎ型不純物領域１１５を形成することができる。同様に、一度の不純物元素の添加でＰ型不純物領域１１１および高濃度Ｐ型不純物領域１１６を形成することができる。

不純物領域を形成した後、不純物元素を活性化するために加熱処理を行うとよい。加熱処理には、加熱炉の使用、赤外光の照射、またはレーザ光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁層１０５へのプラズマダメージやゲート絶縁層１０５と半導体層１０４との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜３００℃の雰囲気中において、表面または裏面からエキシマレーザを用いて不純物元素を活性化させると、効果的な活性化を行うことができる。またＹＡＧレーザの第２高調波を照射して活性化させてもよい。ＹＡＧレーザはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。

また、シリコン酸化物やシリコン窒化物からなる絶縁層を導電層や半導体層１０４を覆うように形成した後、加熱処理、赤外光の照射、またはレーザ光の照射を行ってもよい。シリコン酸化物やシリコン窒化物中の水素を加熱処理、赤外光の照射、またはレーザ光の照射によって、放出することができる。例えば、ＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン層を１００ｎｍの厚さに形成し、その後、クリーンオーブンを用いて、３００〜５５０℃で１〜１２時間加熱することにより、酸化窒化シリコン層中の水素が拡散し、半導体層中のダングリングボンドを終端することができる。

上記の工程により、Ｎ型半導体素子１１８と、Ｐ型半導体素子１１９とを形成することができる（図７（Ｂ）参照）。なお、図７（Ａ）の上面図では、絶縁基板１０１、下地層１０２、ゲート絶縁層１０５を省略している。

次に図８（Ｂ）に示すように、絶縁層１２５を形成する。絶縁層１２５は、絶縁性を有する無機材料や有機材料等により形成することができる。無機材料は、酸化シリコン、窒化シリコンを用いることができる。有機材料はポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。ポリシラザンは、シリコン（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される。

次に、絶縁層１２５およびゲート絶縁層１０５を順次エッチングし、第１のコンタクトホール１２８を形成する（図８（Ａ）参照）。第１のコンタクトホール１２８の形成には、ドライエッチング処理またはウエットエッチング処理を適用することができる。なお、図８（Ａ）の上面図では絶縁層１２５は省略しており、絶縁層１２５に形成されるコンタクトホール１２８部分を模式的に示している。

次に、絶縁層１２５上、および第１のコンタクトホール１２８に導電層１２９を形成し、任意の形状に加工することで、ソース電極、ドレイン電極、および電気回路を構成する配線を形成する（図８（Ｂ）参照）。導電層１２９は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いることができる。導電層１２９の加工には、例えばフォトリソグラフィ法によるレジストパターニングと、ドライエッチングの組み合わせを用いることができる。

また、上面から見て、導電層１２９が角を有するパターンの場合、丸みを帯びる形状に加工することが好ましい。そうすることによって、ゴミの発生を抑え歩留まりを向上させることができる。これは、ゲート電極１０７等の導電層を加工するときについても同様である。

次に、絶縁層１３０を形成する（図８（Ｂ）参照）。絶縁層１３０は、絶縁性を有する無機材料や有機材料等により形成することができる。絶縁層１３０の材料や作製方法は、絶縁層１２５と同様とする。従って、絶縁層１３０は、絶縁層１２５と同じ材料を用いることができるし、異なる材料を用いることもできる。

絶縁層１２５、１３０において、平坦性を高める場合、有機材料を用いて形成するとよい。また不純物等の侵入を防ぐためには、無機材料を用いて形成するとよい。そのため、絶縁層１２５を無機材料を用いて形成し、絶縁層１３０を有機材料を用いて形成すると、絶縁層１２５により不純物の侵入を防ぎ、絶縁層１３０により平坦性を高めることができ、好ましい。

絶縁層１２５、１３０の平坦性を高めるため、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的・機械的ポリッシング）法により、その表面を研磨してもよい。

絶縁層１２５と絶縁層１３０とを合わせた膜厚（ｄ）は、１０μｍ〜３０μｍであることが望ましい。追って絶縁層１２５、１３０に形成される検出孔に、検出対象物が吸着する機構を考えると、この程度の膜厚があれば、減圧するための空気経路（後に形成される検出孔及び減圧用マイクロ流路）を塞ぐことがなく、減圧時に吸引ユニットの負担が小さくなると考えられるからである。検出対象物が流路をふさいでしまうと、流路が狭くなってしまうため、吸引ユニットの負担が増大してしまう。そのため、検出孔が形成される絶縁層１２５、１３０の膜厚は、検出対象物の半径以上の長さである１０μｍ〜３０μｍの膜厚を有すると望ましい。なお、図８（Ａ）の上面図において、絶縁基板１０１、下地層１０２、ゲート絶縁層１０５、絶縁層１２５、導電層１２９、絶縁層１３０は省略している。

図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、絶縁層１３０上に導電層を形成し、導電層を加工して検出部となる第１の電極１３２を形成する。このような導電層には、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の金属や当該金属の窒化物を有する材料を用い、スパッタリング法やＣＶＤ法により形成することができる。導電層は、単層構造又は積層構造を用いることができる。導電層の加工には、フォトリソグラフィによるレジストのパターニングと、ドライエッチングにより行うことができる。このとき、加工された第１の電極１３２の形状は、追って絶縁層１２５、１３０に形成される検出孔の直径に沿うように、細長く設ける。第１の電極１３２の長さは、例えば検出孔の直径の半分となるように加工する。第１の電極１３２は、検出孔となる空間が下方に設けられた片持ち梁構造をとるため、強度が足りない場合は、補強材を設けてもよい。例えば、第１の電極１３２の下方にシリコン酸化物やシリコン窒化物を形成し、補強することができる。

次に、第１の電極１３２上に、犠牲層１３３を形成し、所定の形状となるように加工する。犠牲層１３３の加工には、フォトリソグラフィによるレジストのパターニングと、ドライエッチングにより行うことができる。犠牲層１３３は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の金属を有する材料により形成することができ、シリコン層、シリコン酸化物、又はシリコン窒化物等の材料によっても形成することができる。また犠牲層１３３は、上記金属と、シリコンとの化合物である金属化合物を用いて形成してもよい。さらに犠牲層１３３は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。積層構造の場合、上記材料から選ばれた材料を積層すればよい。犠牲層１３３は、第１の電極１３２とのエッチング選択比が取れる材料であればよいが、絶縁層１２５または絶縁層１３０と同一の材料であると加工しやすく好ましい。

また第１の電極１３２への加工と、犠牲層１３３の加工とを同一工程で行うこともできる。すると上面からみた第１の電極１３２と犠牲層１３３との形状は一致することが多い。図８（Ａ）の上面図では、第１の電極１３２と犠牲層１３３の形状が一致している場合を示している。

次に、犠牲層１３３上に導電層を形成し、導電層を所定の形状に加工し、第２の電極１３４を形成する。第２の電極１３４は、検出孔となる空間が下方に設けられた片持ち梁構造をとる。第２の電極１３４に加工される導電層は、第１の電極１３２に加工される導電層と同一材料、同一方法によって作製することができる。第２の電極１３４は、追って形成される検出孔の直径に沿うように、細長く設ける。第２の電極１３４の長さは、例えば検出孔の直径の半分となるように加工する。このとき、第１の電極１３２及び第２の電極１３４を合わせて、検出孔を横切るように設ければよく、第１の電極１３２及び第２の電極１３４の長さは必ずしも検出孔の直径の半分である必要はない。また、第１の電極１３２と同様に必要であれば第２の電極１３４に補強材をつけてもよい。

またゲート電極と同様に、第１の電極１３２、及び第２の電極１３４は、上面から見て、できる限り滑らかな形状にすることが望ましい。第１の電極１３２、及び第２の電極１３４を角部のない形状にすることによって、ごみの発生を抑え、破壊の原因となる亀裂が入りにくくなる。なお、図９（Ａ）の上面図において、絶縁基板１０１、下地層１０２、ゲート絶縁層１０５、絶縁層１２５、導電層１２９、絶縁層１３０は省略している。

次に図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、絶縁層１２５、及び絶縁層１３０を加工し、第１の電極１３２、第２の電極１３４の下に検出孔１３６を形成する。すなわち、第１の電極１３２、第２の電極１３４は、検出孔１３６、つまり検出孔を構成する開口部に流入する気流の経路上に設けられる。絶縁層１２５、及び絶縁層１３０の加工は、フォトリソグラフィで行い、ウエットエッチング法またはドライエッチング法により検出孔１３６を形成する。検出孔１３６の作製において、端面をテーパー状とするため、エッチングするためのマスク（代表的にはレジストマスク）にテーパーを設けるとよい。ドライエッチング法を用いる場合、端面にテーパー状を形成するため、バイアス電圧を高めに設定するとよい。またウエットエッチング法を用いる場合、半球状に開口部を形成することができるため、好適である。上面から見た検出孔１３６の形状は、丸状、矩形状をとることができ、検出する検出対象物の形状と合わせると好ましい。

また検出孔１３６の深さは犠牲層１０８まで達するものとし、検出する検出対象物がはまり込む深さとなるように、絶縁層１２５、及び絶縁層１３０の膜厚を決定するとよい。また検出対象物がしっかりとはまりこむため、検出孔１３６の側面はテーパー形状又は湾曲形状を有するとよい。

検出対象物として花粉を例にとると、その大きさは、植物の種類によって様々であるが、おおよそ３０〜５０μｍであり、球状となる。検出孔１３６は、少なくとも花粉の一部が孔に侵入することができればよい。よって、検出したい花粉の直径の６０〜８０％程度の直径を有する検出孔が望ましい。さらに一度吸着した花粉は、検出孔１３６から脱落しないことが要求される。脱落してしまうと、花粉の数を正確に数えることができないからである。そのため、検出孔１３６の直径は２０μｍ〜４０μｍとし、側面は湾曲形状とするとよい。

また第１の電極１３２、及び第２の電極１３４は、片持ち梁が２つ接触した構造、つまりブリッジ構造となっており、電極自身の弾性によって接触した状態を維持できる。そのため、導通した状態を維持している。または、第１の電極１３２、及び第２の電極１３４は、後の工程で犠牲層１０８や犠牲層１３３を除去して乾燥させる過程で、毛細管現象により、ファン・デル・ワールス力および弱い静電引力により接触して、導通した状態を維持することもできる。

このような第１の電極１３２、及び第２の電極１３４の下方に設けられた検出孔１３６に検出対象物が吸着することで、第１の電極１３２と第２の電極１３４とが離れる。

次に、犠牲層１０８や犠牲層１３３を除去する（図１０（Ｂ）参照）。犠牲層１０８や犠牲層１３３の除去には、ウエットエッチング法、またはドライエッチング法を適用することができる。エッチング剤は、検出孔１３６の上方から、又は適宜設けた導入孔から導入される。例えば、犠牲層１０８や犠牲層１３３にタングステン（Ｗ）を適用する場合、２８％のアンモニアと３１％の過酸化水素水と純水とを３：５：２で混合した溶液に６０分程度漬けることで除去することができる。このような混合液で犠牲層をエッチングする場合、絶縁層１２５、又は絶縁層１３０にポリイミドやレジスト等の有機材料を適用するときは、アンモニアに対する耐性が低い恐れがあるため、処理時間やエッチング後の形状に注意が必要である。

犠牲層１０８や犠牲層１３３にシリコン（Ｓｉ）を適用する場合、ＨＦと、ＨＮＯ３との混合液（好ましくはＣＨ３ＣＯＯＨも加えた混合液）、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＥＰＷ（エチレンジアミンピロカテコールと水との混合液）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ヒドラジンを用いてウエットエッチング法により除去することができ、ＸｅＦ２、ＳＦ６とＣ４Ｆ８との混合ガス、ＳＦ６を用いてドライエッチング法により除去することができる。このようなエッチング剤の多くは、酸化シリコン（ＳｉＯ２）との選択比を取ることができるため、絶縁層１２５には酸化シリコンを用いるとよい。またＫＯＨ、ＥＰＷ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ、ヒドラジンは、結晶の面方位により、エッチング速度の異方性があるため、犠牲層１０８と絶縁層１２５との結晶状態を異ならせておくとよい。

犠牲層１０８や犠牲層１３３に酸化シリコン（ＳｉＯ２）を適用する場合、ＨＦとＮＨ４Ｆとの混合液、ＮＨ４ＨＦ２、バッファードフッ酸を用いてウエットエッチング法により除去することができ、ＨＦとＮＨ４Ｆとの混合ガス、ＳＦ６及びＣ４Ｆ８とＨ２との混合ガスを用いてドライエッチング法により除去することができる。ＨＦとＮＨ４Ｆとの混合液は、シリコン（Ｓｉ）との選択比を取ることができる。

犠牲層１０８や犠牲層１３３を除去した後、乾燥させる。乾燥させる過程で、毛細管現象により、第１の電極１３２と第２の電極１３４はファン・デル・ワールス力および弱い静電引力により接触する。勿論、第１の電極１３２と第２の電極１３４とは、重力や電極自身の弾性力に依存しながら接触しうる。

犠牲層１０８を除去した空間は空気の流路となる減圧用マイクロ流路１３８を構成する。当該減圧用マイクロ流路１３８を構成する空間の一端に吸引ユニットを接続することで減圧用マイクロ流路１３８内を減圧することができ、さらに検出孔１３６内を減圧することができる。吸引ユニット等を接続することにより、検出孔１３６又は減圧用マイクロ流路１３８を構成する空間の上から下に空気の流れを生じさせると、検出部付近に到達した検出対象物は検出孔１３６に吸着する。減圧等により、検出対象物が検出孔１３６に押しつけられる。すると、下方側に設けられた第１の電極１３２が押され、第１の電極１３２と第２の電極１３４とが離れる。このように第１の電極１３２及び第２の電極１３４が接触している状態と、離れている状態を読み取ることにより、検出孔１３６に検出対象物が吸着されているか否かを検出することができる。代表的な検出対象物たる花粉は、その形状が球形であり、検出孔をしっかりと塞ぎ、第１の電極１３２と第２の電極１３４の離れた状態を読み取りやすい。そのため、検出孔の形状や大きさを決定することにより、特定の検出対象物のみを検出することができる。花粉の大きさは、多くの種類があるため、第１の大きさを有する花粉と第２の大きさを有する花粉とを同時に検出するためには、検出孔の大きさを異ならせればよい。

一方、球状以外の検出対象物であっても、検出孔１３６にその一部が侵入することにより、第１の電極１３２及び第２の電極１３４を離すことも可能である。

本実施の形態では、検出孔１３６を上方から開口したが、下方から貫通エッチングを行ってもよい。例えば、犠牲層１０８を露出させ、除去する。その後、絶縁層１２５、絶縁層１３０を除去してもよい。

このように検出孔１３６、第１の電極１３２、第２の電極１３４を有する微小構造体１３７を形成することができる。検出孔１３６は、図４に示す検出孔３０６に相当する。すなわち、検出孔とは対象物が吸着しうる孔を指し、吸着することで第１の電極と第２の電極間の電気抵抗に変化を生じさせることができれば、検出素子（図２に示す７５７）として機能させることができる。そのため、検出孔と、第１及び第２の電極との配置、つまり上下関係は図１０や図２に示す形態に限定されるものではない。なお、図１０（Ａ）に示す上面図において、絶縁基板１０１、下地層１０２、ゲート絶縁層１０５、絶縁層１２５、導電層１２９、絶縁層１３０は省略している。

また図１７に示すように、第１の電極１３２、第２の電極１３４の端部を覆うように、第２の検出孔１４１を有する絶縁層１４０を設けてもよい。絶縁層１４０は、絶縁層１２５と同様に作製することができる。このような構成は、対象物が吸着しうる第１の検出孔１３６と、当該第１の検出孔１３６に重なるように設けられた、対象物を導入するための第２の検出孔１４１を有する孔を検出孔１４３として機能させることができる。このように検出孔は複数設けてもよい。また検出孔を複数設ける場合、検出孔同士を重ねるように配置する必要はなく、対象物が導入するための検出孔と、吸着しうる検出孔とに、気流が生じるように配置すればよい。

本発明の微小構造体１３７は、絶縁基板上の薄膜材料から形成することができるためコストを削減することができる。特に、絶縁基板は矩形状を有するため、円状のシリコンウエハーから形成する場合と比較して、取り数を多くすることができる。

また上記した検出孔を有する素子と、吸引ユニットを構成する素子とを同一基板上に同時に形成してもよい。吸引ユニットを構成する素子を別途形成し、検出孔と電気的に接続する構成と比べ、同一基板上に同時に形成することにより量産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態７）
本発明においてシリコン層には、結晶状態を有するもの、非晶質状態を有するもの等を用いることができる。そこで本実施の形態では、半導体層１０４に結晶性シリコン層を用いる場合を説明する。

まず、図１５（Ａ）に示すように、半導体層の被形成面である下地層１０２上に、非晶質シリコン層１６１を形成する。非晶質シリコン層１６１は、ＳＨ４、Ａｒ等の原料ガスを用い、ＣＶＤ法により作製することができる。

そして非晶質シリコン層を加熱処理することによって結晶化された結晶性シリコン層を得る。加熱処理には、レーザ照射、加熱炉、若しくはランプから発する光の照射（以下、ランプアニールと記す）、又はこれらを組み合わせて用いることができる。

レーザ照射を用いる場合、連続発振型のレーザビーム（以下、ＣＷレーザビームと記す）やパルス発振型のレーザビーム（以下、パルスレーザビームと記す）を用いることができる。レーザビームとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザの基本波、及び当該レーザの第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。

なお基本波のＣＷレーザビームと高調波のＣＷレーザビームとを照射するようにしてもよいし、基本波のＣＷレーザビームと高調波のパルスレーザビームとを照射するようにしてもよい。このように複数のレーザビームを照射することにより、エネルギーを補うことができる。

パルスレーザビームであって、シリコン層がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザビームを照射できるような発振周波数のレーザビームを用いることもできる。このような周波数でレーザビームを発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。具体的なレーザビームの発振周波数は１０ＭＨｚ以上であって、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を使用する。

その他の加熱処理として加熱炉を用いる場合には、非晶質シリコン層を４００〜５５０℃で２〜２０時間かけて加熱する。このとき、徐々に高温となるように温度を４００〜５５０℃の範囲で多段階に設定するとよい。最初の４００℃程度の低温加熱工程により、非晶質シリコン層の水素等が出てくるため、結晶化の際の膜荒れを低減することができる。

さらに、結晶化を促進させる金属を用いて結晶化すると加熱温度を低下させることができる。例えばニッケル（Ｎｉ）を非晶質シリコン層上に形成した後加熱すると、加熱温度が低下する。このような金属としては、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｕ）等がある。

さらに加熱処理に加えて、上記のようなレーザを用いて照射を行って結晶性シリコン層を形成してもよい。

本実施の形態では、図１５（Ｂ）に示すように、非晶質シリコン層１６１上に、ニッケルを有する溶液１６２を塗布し、その後加熱炉を用いて結晶化を行う。加熱温度は、５００度〜５５０度とする。

そして、図１５（Ｃ）に示すように、金属を用いて結晶化されたシリコン層（多結晶シリコン層）１６３を得ることができる。

その後、図１５（Ｄ）に示すように、多結晶シリコン層を加工し、所定の形状を有する半導体層１０４とすることができる。フォトリソグラフィ法によりマスクを形成し、当該マスクを用いてエッチングすることにより、多結晶シリコン層を加工し、半導体層１０４とすることができる。

このように、金属を用いた結晶化により結晶粒界が連続している多結晶シリコンを作ることができる。結晶粒界が連続している多結晶シリコンは、金属を用いない結晶化によって得られる多結晶シリコンと異なり、結晶粒界で共有結合が途切れることが無い。そのため、移動度が高いことを特徴とする。

また金属にニッケルを用いる場合、シリコン層では、ニッケルの濃度によってニッケルシリサイドが形成される。結晶化のための金属を用いてシリサイド化させると、コンタクト抵抗を低くすることができる。

このようなシリサイドは、ニッケル以外にタングステン、チタン、モリブデン、タンタル、コバルト、白金によっても形成することができる。それぞれ、タングステンシリサイド層、チタンシリサイド層、モリブデンシリサイド層、タンタルシリサイド層、コバルトシリサイド層、白金シリサイド層となる。このうち、コバルトや白金は、結晶化の加熱温度を低下させるための金属として用いることができる。上記のように、金属を用いて結晶化を行う場合、金属を用いずに行う結晶化に比べて低温で結晶化することができる。そのため、絶縁基板に使用できる材料の幅が広がる。例えば、シリコン層を加熱のみで結晶化させる場合、１０００℃程度の温度で１時間程度の加熱を行う必要があり、熱に被弱なガラス基板を用いることができない。しかしながら、本実施の形態のように金属を用いて結晶化することによって、ゆがみ点の低いガラス基板等を用いることが可能になる。

以上、金属を用いて結晶化された多結晶シリコンを半導体層１０４に適用する場合を説明したが、当該多結晶シリコン層を犠牲層として適用してもよい。また多結晶シリコン層にＮｉ等の導電性材料を添加することによって、導電性を持たせることができる。そのため、第１の電極１３２や第２の電極１３４に金属を用いて結晶化された多結晶シリコンを適用してもよい。第１の電極１３２及び第２の電極１３４の下方には検出孔１３６が設けられ、第１の電極１３２及び第２の電極１３４は、その電極形状を維持するためのしなやかさが必要とされる。金属を用いて結晶化された多結晶シリコンは、結晶粒界が連続しているためしなやかさが高く、好ましい。

本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。

本発明の粒子検出センサの構成を説明する図。 本発明の検出ユニットの構成を説明する図。 本発明のスイッチの構成を説明する図。 本発明のスイッチの動作を説明する図。 本発明の検出ユニットの動作を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。 本発明の通信装置を説明する図。 本発明の検出ユニットの使用方法を説明する図。 本発明の検出ユニットの動作を説明する図。 本発明の検出ユニットの動作を説明するフローチャート。 本発明の多結晶シリコンの作製工程を説明する図。 本発明のスイッチの動作を説明する図。 本発明の検出ユニットの作製工程を説明する図。

符号の説明

１０ 検出ユニット
１１ 検出部
１２ 容器
１３ フィルター
１５ 蓋
１６ 接続部
２０ 吸引ユニット
２１ 孔（接続孔）
２２ 接続領域
２６ 表示部
２７ 演算部
１０１ 絶縁基板
１０２ 下地層
１０４ 半導体層
１０５ ゲート絶縁層
１０７ ゲート電極
１０８ 犠牲層
１０９ サイドウォール
１１０ サイドウォール
１１１ Ｐ型不純物領域
１１２ Ｎ型不純物領域
１１５ 高濃度Ｎ型不純物領域
１１６ 高濃度Ｐ型不純物領域
１１８ Ｎ型半導体素子
１１９ Ｐ型半導体素子
１２５ 絶縁層
１２８ コンタクトホール
１２９ 導電層
１３０ 絶縁層
１３２ 第１の電極
１３３ 犠牲層
１３４ 第２の電極
１３６ 検出孔
１３７ 微小構造体
１４０ 絶縁層
１４１ 第２の検出孔
１４３ 検出孔
１５１ 微小構造体領域
１５２ 半導体素子領域
１６１ 非晶質シリコン層
１６２ ニッケルを有する溶液
１６３ シリコン層（多結晶シリコン層）
３００ 基体
３０１ 電極
３０２ 電極
３０３ 検出孔
３０５ 検出対象物
３０６ 検出孔
３５０ 粒子検出センサ
３５１ 検出部
３５２ 表示部
３５３ 入力部
３５４ 位置情報管理装置
３５５ 記録装置
３５６ 演算装置
３５７ 通信装置
３６０ 基地局
３６１ 第１通信装置
３６２ 第２通信装置
３７０ 中央管理センター
３７１ 演算処理装置
３７２ 記録装置
３７３ 第１通信装置
３７４ 第２通信装置
３８０ 表示装置
３８１ 駆動回路部
３８２ 表示部
７０２ 共振回路
７０３ 電源回路
７０４ クロック発生回路
７０５ 復調回路
７０６ 制御回路
７０７ センサ回路
７０８ 吸引手段
７０９ 変調回路
７１０ アンテナ
７１１ 通信回線
７１２ 情報処理装置
７１３ 吸引用電源
７５０ 検出部
７５１ カラムドライバ
７５２ ロードライバ
７５３ セレクタ
７５４ 読み出し回路
７５６ セルアレイ
７５７ 検出素子
７８１ トランジスタ
７８３ ＭＥＭＳスイッチ
７９０ 抵抗素子
７９１ センスアンプ

Claims (21)

1. 開口部が設けられた基体と、
   前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極と、を含み、
   前記一対の電極の接触及び非接触を判断して検出対象物を検出する検出部を有することを特徴とする粒子検出センサ。
2. 開口部が設けられた基体と、
   前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極とを含む検出素子と、
   前記一対の電極の接触及び非接触を判断する回路と、
   を有することを特徴とする粒子検出センサ。
3. 絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、
   前記一対の電極上に設けられた開口部を有する基体と、を含み、
   前記一対の電極の接触及び非接触を判断して検出対象物を検出する検出部を有する特徴とする粒子検出センサ。
4. 絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、
   前記一対の電極上に設けられた開口部を有する基体と、を含む検出素子と、
   前記一対の電極の接触及び非接触を判断する回路と、
   を有することを特徴とする粒子検出センサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記開口部に接続され、前記開口部を減圧するための吸引ユニットを有することを特徴とする粒子検出センサ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
   通信装置を有することを特徴とする粒子検出センサ。
7. 請求項３乃至６のいずれか一において、
   前記絶縁層上に設けられた接触可能に設けられた一対の電極と、
   前記開口部がマトリックス状に配置されたことを特徴とする粒子検出センサ。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、
   前記接触可能に設けられた一対の電極はブリッジ構造を有することを特徴とする粒子検出センサ。
9. 絶縁層を形成し、
   前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
   前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
   前記第１の電極と前記第２の電極が重なる領域における前記絶縁層に、開口部を形成する
   ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
10. 第１の領域に半導体層を形成し、
    前記第１の領域及び第２の領域に絶縁層を形成し、
    前記第２の領域において、前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
    前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
    前記第１の電極と前記第２の電極が重なる領域における前記絶縁層に、開口部を形成する
    ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
11. 絶縁層を形成し、
    前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に犠牲層を形成し、
    前記犠牲層上に、前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
    前記第１の電極と前記第２の電極が重なる領域における前記絶縁層に開口部を形成し、
    前記犠牲層を除去する
    ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
12. 絶縁層を形成し、
    前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に犠牲層を形成し、
    前記犠牲層上に、前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
    前記第１の電極と前記第２の電極とが重なる領域における前記絶縁層に開口部を形成し、
    前記犠牲層を除去して、前記第１の電極と前記第２の電極を接触させる
    ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
13. 第１の領域に半導体層を形成し、
    前記第１の領域及び第２の領域に導電層を形成し、
    前記導電層を加工することにより、前記第１の領域にゲート電極を形成し、且つ前記第２の領域に第１の犠牲層を形成し、
    前記ゲート電極及び前記第１の犠牲層を覆うように絶縁層を形成し、
    前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に第２の犠牲層を形成し、
    前記第２の犠牲層上に、前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
    前記第１の電極と前記第２の電極が重なる領域における前記絶縁層に開口部を形成し、
    前記第２の犠牲層を除去して、前記第１の電極と前記第２の電極を接触させ、
    前記第１の犠牲層を除去する
    ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
14. 第１の領域に半導体層を形成し、
    前記第１の領域及び第２の領域に導電層を形成し、
    前記導電層を加工することにより、前記第１の領域にゲート電極を形成し、且つ前記第２の領域に第１の犠牲層を形成し、
    前記ゲート電極及び前記第１の犠牲層を覆うように絶縁層を形成し、
    前記絶縁層上に第１の電極を形成し、
    前記第１の電極上に第２の犠牲層を形成し、
    前記第２の犠牲層上に、前記第１の電極の一部に重なるように第２の電極を形成し、
    前記第１の電極と前記第２の電極が重なる領域における前記絶縁層に開口部を形成し、
    前記第２の犠牲層を除去して、前記第１の電極と前記第２の電極を接触させ、
    前記第１の犠牲層を除去して接続孔を形成する
    ことを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
15. 請求項１１乃至１４のいずれか一において、
    前記犠牲層、前記第１の犠牲層、又は前記第２の犠牲層はドライエッチング法又はウエットエッチング法により除去することを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
16. 請求項９乃至１５のいずれか一において、
    前記開口部は、ドライエッチング法又はウエットエッチング法により作製することを特徴とする粒子検出センサの作製方法。
17. 開口部が設けられた基体と、前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極とを含み、前記一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部を有する粒子検出センサの検出方法であって、
    前記一対の電極が接触した状態と、
    前記開口部に検出対象物が吸着され、前記一対の電極が離れる状態とによって前記検出対象物を数えることを特徴とする粒子検出センサの検出方法。
18. 開口部が設けられた基体と、前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極とを含み、前記一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部と、前記開口部に接続された吸引ユニットとを有する粒子検出センサの検出方法であって、
    前記一対の電極が接触した状態と、
    前記吸引ユニットによって減圧され、前記開口部に検出対象物が吸着され、前記一対の電極が離れる状態とによって前記検出対象物を数えることを特徴とする粒子検出センサの検出方法。
19. 開口部が設けられた基体と、前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極とを含み、前記一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部とを有する粒子検出センサの検出方法であって、
    前記一対の電極が離れた状態と、
    前記開口部に検出対象物が吸着され、前記一対の電極が接触した状態とによって前記検出対象物を数えることを特徴とする粒子検出センサの検出方法。
20. 開口部が設けられた基体と、前記開口部に流入する気流の経路に設けられ、接触可能に設けられた一対の電極とを含み、前記一対の電極の接触及び非接触を判断する検出部と、前記開口部に接続された吸引ユニットとを有する粒子検出センサの検出方法であって、
    前記一対の電極が離れた状態と、
    前記吸引ユニットによって減圧され、前記開口部に検出対象物が吸着され、前記一対の電極が接触した状態とによって前記検出対象物を数えることを特徴とする粒子検出センサの検出方法。
21. 請求項１７乃至２０のいずれか一において、
    前記検出部は、前記基体と前記一対の電極とを含む検出素子を有し、
    前記一対の電極が接触した状態の前記検出素子の抵抗値は、前記一対の電極が離れた状態の前記検出素子の抵抗値より低く、前記検出素子の抵抗値の相対的な変化により前記検出対象物を数えることを特徴とする粒子検出センサの検出方法。

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