JP2011038979A - イオンセンサ、イオン分析装置、及びイオン分析方法 - Google Patents

イオンセンサ、イオン分析装置、及びイオン分析方法 Download PDF

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Abstract

【課題】イオナイザと除電対象との間の空間におけるイオン分布を測定するために用いられるイオンセンサユニット、イオン分析装置、及びイオン分析方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
センサ３の第１の周波数の時間変化を測定し、センサ３にバイアス電圧を印加することにより、センサ３を包囲するように配置された対向電極４に備えられた開口９を通過するイオンをセンサ３に吸着させるとともに、センサ３の第２の周波数の時間変化を測定し、第１の発振周波数の時間変化と第２の発振周波数の時間変化との差から、センサ３へのイオンの吸着を検出する。これにより、イオナイザから除電対象に至る空間でのイオン分布を簡便に測定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イオンセンサ、イオン分析装置、及びイオン分析方法に関する。
近年の半導体装置を始めとする精密電子デバイスを製造する際に、精密電子デバイスや製造装置に発生する静電気がデバイス性能や製造歩留りに影響を与えることがある。このため、精密電子デバイスの製造現場では、静電気を取り除くためにイオナイザが広く用いられている。
イオナイザは針状の電極を備えており、電極に例えば数ｋＶの高電圧が印加されると、電極の先端ではコロナ放電が起こり、電極の先端で空気イオンが発生する。発生した空気イオンは、例えば送風ファンによって帯電した除電対象に吹き付けられ、除電対象の電荷が中和される。このようにして、除電対象の静電気を取り除くことができる。
特開昭６０−２２１７７６号公報 特開平５−３６４９０号公報 特開２００７−１４７４９５号公報 特開２００９−９８０８４号公報 特開２００９−１５０７４７号公報
しかし、イオナイザからのイオンが除電対象に十分に到達できない場合は、静電気を効果的に取り除くことが困難となる。
本発明は、イオナイザと除電対象との間の空間におけるイオン分布を測定するために用いられるイオンセンサユニット、イオン分析装置、及びイオン分析方法を提供することを目的とする。
発明の一観点によれば、センサと、センサを包囲するように配置され、開口を備えた対向電極とを有するイオンセンサユニットが提供される。
発明の別の一観点によれば、センサと、センサを包囲するように配置され、開口を備えた対向電極と、センサに接続されたバイアス発生回路とを有し、センサは、水晶と、水晶の表面に備えられた一対の電極とを備え、一対の電極のいずれか一方がバイアス発生回路に接続しているイオン分析装置が提供される。
発明の別の一観点によれば、センサの第１の周波数の時間変化を測定する工程と、センサにバイアス電圧を印加することにより、センサを包囲するように配置された対向電極に備えられた開口を通過するイオンをセンサに吸着させるとともに、センサの第２の周波数の時間変化を測定する工程と、第１の発振周波数の時間変化と第２の発振周波数の時間変化との差から、センサへのイオンの吸着を検出する工程とを有するイオン分析方法が提供される。
上述の観点によれば、イオナイザから除電対象に至る空間でのイオン分布を簡便に測定することができる。
図１は、実施例１におけるイオン分析装置の構成図である。 図２は、実施例１における対向電極の例を示す平面図である。 図３は、実施例１におけるイオン分析装置を用いた分析方法の一例の説明図である。 図４は、実施例１におけるイオン分析装置を用いた分析方法の変形例の説明図である。 図５は、実施例２におけるイオン分析装置の構成図である。 図６は、実施例２におけるイオン分析装置を用いた分析方法の一例を示す説明図である。 図７は、実施例２におけるイオン分析装置の変形例を示す構成図である。 図８は、実施例２におけるイオン分析装置の別の変形例を示す構成図である。 図９は、実施例２におけるイオン分析装置の別の変形例を示す構成図（その２）である。 図１０は、実施例３におけるイオン分析装置の構成図である。 図１１は、実施例３におけるイオン分析装置の、センサユニットの配置例を示す構成図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
実施例１について、図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、実施例１におけるイオン分析装置の構成図である。図１に示すように、イオン分析装置は、センサユニット１と、制御ユニット２とを有している。
以下、イオン分析装置の各部について、より詳細に説明する。
センサユニット１は、センサ３と、対向電極４と、発振回路５とを有している。
センサ３は、例えば水晶６の表面に一対の電極７，８を設けた水晶振動子を備えており、電極７，８には、電極７，８に電圧を印加するための発振回路５が接続されている。
上述のセンサ３は、水晶マイクロバランスセンサ、またはＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサと呼ばれている。ＱＣＭセンサは、水晶振動子の発振周波数が水晶振動子の重量によって変化する現象を利用するものであり、水晶振動子の表面に雰囲気中の物質が吸着した場合に、水晶振動子の発振周波数の変化によって物質の存在を検出するものである。
例えば、発振周波数の変化ΔＦ〔Ｈｚ〕は、Ｆ0 〔ＭＨｚ〕を吸着がない時の基本周波数、Ｎ〔Ｈｚ・ｃｍ〕を使用する水晶の周波数定数、Ａ〔ｃｍ2 〕を電極の面積、ρ〔ｇ・ｃｍ-3〕を使用する水晶の密度、Δｍ〔ｇ〕を吸着した物質の質量とすると、
ΔＦ＝−Ｆ0 2 ・Δｍ／（Ｎ・ρ・Ａ）
で表すことができる。すなわち、吸着した物質の質量Δｍによって発振周波数がΔＦだけ変化するため、このΔＦを測定することによって、物質の吸着量を測定することができる。
Ｆ0 が２５ＭＨｚの水晶振動子を用いる場合、ΔＦの１Ｈｚは、約１ｎｇ・ｃｍ-2の吸着量に相当する。ＱＣＭセンサを用いることにより、１ｃｍ2あたりサブナノグラムの吸着を検出することができる。
対向電極４は、センサ３を包囲するように配置されており、複数の開口９を有している。対向電極４の材料としては、導電性および酸化耐性を有する材料が好ましく、例えばステンレスやＮｉなどの金属を用いることができる。センサ３と対向電極４との間隙の間隔は、例えば３〜１０ｍｍ程度である。
センサ３を包囲するように対向電極４を配置すると、センサ３と対向電極４との間に発生する電界を対向電極４で遮蔽することができる。このため、電界が対向電極４の外側に漏れ出してイオンの分布が変化するのを防ぐことができる。
また、開口９を有する対向電極４を用いると、後述するように、対向電極４の外側のイオンが、開口９を通過してセンサ３に吸着できるようになる。イオンの通過性を上げるためにはメッシュの開口率はより高い方が好ましいが、開口率が大きくなるにつれて遮蔽効果が弱まるため、電界が漏洩しやすくなる。このため、対向電極４としてはメッシュ状の形状が好ましく、例えば、開口率は９０％程度、メッシュの目の粗さは６０ｍｅｓｈ程度が好ましい。
図２は、対向電極４の例を示す平面図である。対向電極４としては、例えば、図２（ａ）に示すように、複数の開口９が設けられた材料を用いることができる。また、図２（ｂ）に示すように、布状に織られた網状（またはリボン状）の材料を、開口９を有する対向電極４として用いることもできる。対向電極４の厚さは、例えば厚さ４００μｍ程度である。
このように、メッシュ状の対向電極４を用いることにより、所望の開口率の対向電極４を容易に製造することができ、対向電極４の薄型化を図ることもできる。
図１に戻り、発振回路５は、センサ３の一対の電極７，８に接続されており、発振回路５から電極７，８に電圧を印加することができる。電圧の大きさの絶対値は、例えば５Ｖ程度である。
制御ユニット２は、正バイアス発生回路１０と、負バイアス発生回路１１と、切替回路１２と、周波数計測回路１３と、記憶制御部１４とを有している。
正バイアス発生回路１０および負バイアス発生回路１１は、共通の切替回路１２を介してセンサ３の電極７に接続されており、電極７に正または負のバイアスを印加することができる。このとき印加する正バイアスまたは負バイアスの絶対値は、例えば１００Ｖ程度である。発振回路５は周波数計測回路１３に接続されており、周波数計測回路１３で発振回路５における周波数の変化（減少）ΔＦを測定する。
さらに、周波数計測回路１３は記憶制御部１４に接続されており、周波数計測回路１３で測定した周波数の変化ΔＦの値を記憶制御部１４に記憶することができる。
記憶制御部１４では、切替回路１２を駆動させることにより、センサ３の電極７と、正バイアス発生回路１０または負バイアス発生回路１１との接続を切り替えるための制御も行っている。記憶制御部１４としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。
図３は、実施例１におけるイオン分析装置を用いた分析方法を示す説明図である。
まず、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ１を送信する。切替回路１２で制御信号Ａ１を受信した後、経過時間がＡからＢの間、例えば１０分間、センサ３に電圧を印加しない状態で発振周波数の変化（減少）ΔＦを測定する。
大気中に存在する物質は拡散によって移動するため、センサ３に電圧を印加しなくてもセンサ３に到達して吸着する。この吸着により、センサ３の質量がΔｍ増加し、発振周波数はΔＦだけ減少する。したがって、図３における勾配は、単位時間当たりの吸着量を反映した値となる。
続いて、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ２を送信する。切替回路１２で制御信号Ａ２を受信した後、経過時間がＢからＣの間、例えば１０分間、センサ３に正バイアスを印加した状態で周波数の変化（減少）ΔＦ’を測定する。センサ３に正バイアスが印加されると、センサ３は正に帯電するため、負イオンがセンサ３に吸着する。
対向電極４は開口９を有しているため、対向電極４の外側の負イオンは、開口９を通過して対向電極４の内側にあるセンサ３に到達することができる。ここで、イオンの対向電極４への吸着を防止する観点から、対向電極４は接地されていることが好ましい。
正バイアスの印加によってセンサ３に吸着した物質には、電荷を持つ物質と電荷を持たない物質とが含まれている。そこで、正バイアスを印加した時のΔＦ’から、電圧を印加しない時のΔＦを差し引くことによって、電荷を持たない物質の影響を排除することができる。すなわち、電圧を印加しない時のΔＦと正バイアスを印加した時のΔＦ’との差分の勾配は、負イオンの濃度を反映した値となる。
続いて、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ３を送信する。切替回路１２で制御信号Ａ３を受信した後、経過時間がＣからＤの間、例えば１０分間、センサ３に負バイアスを印加した状態で周波数の変化（減少）ΔＦを測定する。センサ３に負バイアスが印加されると、センサ３は負に帯電するため、正イオンがセンサ３に吸着する。
この時、対向電極４の外側の正イオンも、開口９を通過して対向電極４の内側にあるセンサ３に到達することができる。
負バイアスの印加によってセンサ３に吸着した物質には、電荷を持つ物質と電荷を持たない物質とが含まれている。そこで、負バイアスを印加した時のΔＦ”から、電圧を印加しない時のΔＦを差し引くことによって、電荷を持たない物質の影響を排除することができる。すなわち、電圧を印加しない時のΔＦと負バイアスを印加した時のΔＦ”との差分の勾配は、正イオンの濃度を反映した値となる。
また、上述の方法により測定した、正バイアスを印加した時のΔＦ’と、負バイアスを印加した時のΔＦ”とを比較することによって、測定した空間におけるイオンの正負バランスを把握することができ、イオナイザによる除電対象の除電効果を把握することができる。なお、上述の手順を繰り返し行うことにより、イオン濃度の時間変化を常時測定（モニタリング）することもできる。
図４は、実施例１におけるイオン分析装置を用いた分析方法の変形例の説明図である。
まず、実施例１の図３に示すように、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ１を送信し、経過時間がＡからＢの間、例えば１０分間、センサ３に電圧を印加しない状態で発振周波数の変化（減少）ΔＦを測定する。
続いて、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ３を送信する。切替回路１２で制御信号Ａ３を受信した後、経過時間がＢからＣの間、例えば１０分間、センサ３に負バイアスを印加して周波数の変化（減少）ΔＦ”を測定する。センサ３に負バイアスが印加されると、センサ３は負に帯電するため、正イオンがセンサ３に吸着する。負バイアスを印加した時のΔＦ”から、電圧を印加しない時のΔＦを差し引いた差分の勾配は、測定対象である正イオンの濃度を反映した値となる。
続いて、記憶制御部１４から切替回路１２に制御信号Ａ２を送信する。切替回路１２で制御信号Ａ２を受信した後、経過時間がＣからＤの間、例えば１０分間、センサ３に正バイアスを印加して周波数の変化（減少）ΔＦ’を測定する。センサ３に正バイアスが印加されると、センサ３は正に帯電するため、負イオンがセンサ３に吸着する。正バイアスを印加した時のΔＦ’から、電圧を印加しない時のΔＦを差し引いた差分の勾配は、測定対象である負イオンの濃度を反映した値となる。
また、上述の分析方法によっても、正バイアスを印加した時のΔＦ’と、負バイアスを印加した時のΔＦ”とを比較することによって、測定した空間におけるイオンの正負バランスを把握することができ、イオナイザによる除電対象の除電効果を把握することができる。
実施例２について、図５乃至図９を参照して説明する。
図５は、実施例２におけるイオン分析装置の構成図である。
イオン分析装置は、センサユニット２１と、制御ユニット２２とを有している。
以下、イオン分析装置の各部について、より詳細に説明する。
センサユニット２１は、第１のセンサ２３と、第２のセンサ２４と、対向電極２５と、第１の発振回路２６と、第２の発振回路２７とを有している。
第１のセンサ２３および第２のセンサ２４は、開口２８を有する共通の対向電極２５によって包囲されている。第１のセンサ２３と第２のセンサ２４との間隙の間隔は、例えば６〜２０ｍｍ程度である。第１のセンサ２３の電極２９、３０には第１の発振回路２６が接続されており、第２のセンサ２４の電極３１，３２には第２の発振回路２７が接続されている。
制御ユニット２２は、正バイアス発生回路３３と、負バイアス発生回路３４と、切替回路３５と、周波数計測回路３６と、記憶制御部３７とを有している。
正バイアス発生回路３３は、第１のセンサ２３の電極２９に接続されており、電極２９に負のバイアスを印加することができる。また、負バイアス発生回路３４は、第２のセンサ２４の電極３１に接続されており、電極３４に正のバイアスを印加することができる。
第１の発振回路２６および第２の発振回路２７は、共通の切替回路３５を介して周波数計測回路３６に接続されている。
周波数計測回路３６は記憶制御部３７に接続されており、周波数計測回路３６で測定した、第１の発振回路２６および第２の発振回路２７における周波数の変化ΔＦ１，ΔＦ２の値を記憶制御部３７で記憶することができる。記憶制御部３７では、さらに、正バイアス発生回路３３または負バイアス発生回路３４を駆動させることにより、第１のセンサ２３または第２のセンサ２４に正または負のバイアス電圧を印加するための制御も行っている。
また、記憶制御部３７では、切替回路３５を駆動させることにより、周波数計測回路３６と、周波数変化を測定する対象である第１の発振回路２６または第２の発振回路２７との接続を切り替えるための制御も行っている。記憶制御部３７としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。
図６は、実施例２におけるイオン分析装置を用いた分析方法の一例を示す説明図である。
まず、記憶制御部３７から切替回路３５、正バイアス発生回路３３、および負バイアス発生回路３４に制御信号Ｂ１を送信する。切替回路３５、正バイアス発生回路３３、および負バイアス発生回路３４で制御信号Ｂ１を受信した後、経過時間がＡからＢの間、例えば１０分間、第１のセンサ２３及び第２のセンサ２４に電圧を印加しない状態で、それぞれの発振周波数の変化（減少）ΔＦ１，ΔＦ２を測定する。ここでは、切替回路３５によって、周波数計測回路３６と接続する第１の発振回路２６または第２の発振回路２７を、一定の時間、例えば１秒おきに切り替え、第１の発振回路２６および第２の発振回路２７の発振周波数を交互に測定する。測定によって得られたＡからＢの間の勾配ΔＦ１，ΔＦ２は、それぞれ第１のセンサ２３および第２のセンサ２４の、電圧を印加しない場合の単位時間当たりの吸着量を反映した値となる。
このように、第１の発振回路２６および第２の発振回路２７の発振周波数を交互に測定することにより、第１のセンサ２３及び第２のセンサ２４における周波数変化を同時に測定することができる。
続いて、記憶制御部３７から切替回路１２に制御信号Ｂ２を送信する。切替回路１２で制御信号Ｂ２を受信した後、経過時間がＢからＣの間、例えば１０分間、第１のセンサ２３に正バイアス、第２のセンサ２４に負バイアスをそれぞれ印加して周波数の変化（減少）ΔＦ１’，ΔＦ２’を測定する。このとき印加する正バイアスおよび負バイアスの絶対値は、ともに例えば１００Ｖ程度である。ここでも、切替回路３５によって、周波数計測回路３６と接続する第１の発振回路２６または第２の発振回路２７を、例えば１秒おきに切り替え、第１の発振回路２６および第２の発振回路２７の発振周波数を交互に測定する。
第１のセンサ２３に正バイアスが印加されると、第１のセンサ２３は正に帯電するため、負イオンが第１のセンサ２３に吸着する。一方、第２のセンサ２４に負バイアスが印加されると、第２のセンサ２４は負に帯電するため、正イオンが第２のセンサ２４に吸着する。
正バイアスの印加によって第１のセンサ２３、負バイアスの印加によって第２のセンサ２４にそれぞれ吸着した物質には、電荷を持つ物質と電荷を持たない物質とが含まれている。そこで、電圧を印加しない時の発振周波数の変化と、バイアスを印加した時の発振周波数の変化とを比較することによって、電荷を持たない物質の影響を避けることができる。
したがって、電圧を印加しない時のΔＦ１と正バイアスを印加した時のΔＦ１’との差分の勾配は、負イオンの濃度を反映した値となる。また、電圧を印加しない時のΔＦ２と負バイアスを印加した時のΔＦ２’との差分の勾配は、正イオンの濃度を反映した値となる。
上述のように、第１の発振回路２６および第２の発振回路２７の発振周波数を交互に測定することにより、負イオンの濃度及び正イオンの濃度を同時に測定することができる。
また、ΔＦ１とΔＦ１’との差分の勾配と、ΔＦ２とΔＦ２’との差分の勾配とを比較することによって、測定した空間におけるイオンの正負バランスを把握することができ、イオナイザによる除電対象の除電効果を占うことができる。なお、上述の手順を繰り返し行うことにより、イオン濃度の時間変化を常時測定（モニタリング）することもできる。
図７は、実施例２におけるイオン分析装置の変形例を示す構成図である。
図７に示すように、第１のセンサ２３ａ及び第２のセンサ２４ａとの間に対向電極２５bが設けられており、第１のセンサ２３ａ及び第２のセンサ２４ａが対向電極２５ａおよび２５ｂによって個別に包囲されている。
このように、第１のセンサ２３ａおよび第２のセンサ２４ａを対向電極２５ａおよび対向電極２５ｂによって個別に包囲することにより、正イオンと負イオンとの化学反応に伴う吸着量の減少を抑えることができる。また、第１のセンサ２３ａと第２のセンサ２４ａとの間に発生する電界によって、イオンの吸着が阻害されるのを防止することもできる。
図８は、実施例２におけるイオン分析装置の別の変形例を示す構成図である。
図８に示すように、第１のセンサ２３ｂを包囲するように配置した第１の対向電極３８を有するセンサユニット２１ａと、第２のセンサ２４ｂを包囲するように配置した第２の対向電極３９とを有するセンサユニット２１ｂとを接合することもできる。
上述の構成によれば、製造工程および試験工程を経て良品と判定された２個のセンサユニット２１ａ，２１ｂ同士を接合させて、イオン分析装置のセンサユニット２１が製造されるため、センサユニット２１の製造歩留まりの向上を図ることができる。
図９は、実施例２におけるイオン分析装置の別の変形例を示す構成図である。
図９に示すように、第１のセンサ２３ｃ及び第２のセンサ２４ｃとの間に設けられている対向電極２５ｃとして、対向電極２５ａよりも小さい開口率を有する平板が用いられている。
上述の構成によれば、対向電極２５ｃは第１のセンサ２３ｃと第２のセンサ２４ｃとの間のイオンの相互移動が起こりにくいため、第１のセンサ２３ｃ及び第２のセンサ２４ｃの周囲におけるイオンの分布の変化を抑制する効果をさらに高めることができる。
実施例３について、図１０乃至図１１を参照して説明する。
図１０は、実施例３におけるイオン分析装置の構成図である。
イオン分析装置は、複数のセンサユニット４１ａ〜４１ｎを含むセンサユニット群４１と、制御ユニット４２とを有している。
以下、イオン分析装置の各部について、より詳細に説明する。
センサユニット群４１の各センサユニットは、水晶振動子を備えたセンサと、センサを包囲するように配置した、開口を備えた対向電極と、発振回路と（いずれも図示しない）を有している。各センサユニットとしては、例えば実施例１におけるセンサユニット１、または実施例２におけるセンサユニット２１を用いることができる。
制御ユニット４２は、正バイアス発生回路４３と、負バイアス発生回路４４と、切替回路４５と、周波数計測回路４６と、記憶制御部４７とを有している。
各センサユニットは共通の切替回路４５に接続されており、切替回路４５には正バイアス発生回路４３および負バイアス発生回路４４が独立して接続されている。切替回路４５は、周波数計測回路４６にも接続されており、周波数計測回路４６は記憶制御部４７に接続されている。記憶制御部４７では、周波数計測回路４６で測定した、各センサユニットの発振回路における周波数の変化の値を記憶することができる。
記憶制御部４７では、さらに、制御信号Ｃ１を切替回路４５に送信することにより正バイアス発生回路４３または負バイアス発生回路４４を駆動させ、センサユニット群４１に正または負のバイアスを印加するための制御や、切替回路４５によって周波数計測回路４６と各センサユニットとの接続を切り替えるための制御も行っている。記憶制御部４７としては、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いることができる。
上述の構成により、複数のセンサユニットを用いたイオン濃度の多点測定を行うことができ、イオナイザから除電対象に至る空間におけるイオン分布を高精度で把握することができる。また、各センサユニットを共通の切替回路４５に接続することにより、１つの制御ユニットを用いて多点測定を行うことができるため、イオン分析装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
次に、実施例３におけるイオン分析装置を用いた分析方法を、図１０を参照して説明する。
まず、記憶制御部４７から切替回路４５に制御信号Ｃ１を送信する。切替回路４５で制御信号Ｃ１を受信した後、切替回路４５と接続するセンサユニットを順次切り替えながら、その都度、センサユニットに電圧を印加しない状態で、各センサユニットの発振周波数の変化（減少）ΔＦａ〜ΔＦｎ（以下、ΔＦとする）を周波数計測回路４６で測定する。
続いて、記憶制御部４７から切替回路４５に制御信号Ｃ２を送信する。切替回路４５で制御信号Ｃ２を受信した後、切替回路４５と接続するセンサユニットを１個ずつ切り替えながら、その都度、センサユニットに正バイアスを印加した状態で、各センサユニットにおける発振周波数の変化（減少）ΔＦａ’ 〜ΔＦｎ’ （以下、ΔＦ’とする）を周波数計測回路４６で順次測定する。
センサユニットに正バイアスが印加されると、センサユニットは正に帯電するため、負イオンがセンサユニットに吸着する。正バイアスを印加した時のΔＦ’から、電圧を印加しない時のΔＦを差し引いた差分の勾配は、負イオンの濃度を反映した値となる。すなわち、各測定点における負イオンの濃度分布の傾向を把握することができる。
続いて、記憶制御部４７から切替回路４５に制御信号Ｃ３を送信する。切替回路４５で制御信号Ｃ３を受信した後、切替回路４５と接続するセンサユニットを１個ずつ切り替えながら、その都度、センサユニットに負バイアスを印加した状態で、各センサユニットにおける周波数の変化（減少）ΔＦａ” 〜ΔＦｎ” （以下、ΔＦ”とする）を周波数計測回路４６で順次測定する。
センサユニットに負バイアスが印加されると、センサユニットは負に帯電するため、正イオンがセンサユニットに吸着する。例えば、負バイアスを印加した時のΔＦａ”から、電圧を印加しない時のΔＦａを差し引いた差分の勾配は、任意の測定点における正イオンの濃度を反映した値となる。すなわち、上述の方法によって各測定点における差分の勾配を得ることによって、各測定点における正イオンの濃度分布の傾向を把握することができる。
また、上述の方法により測定したΔＦ’とΔＦ”とを比較することによって、各測定点におけるイオン濃度の正負バランスを把握することができ、イオナイザによる除電対象の除電効果を把握することができる。なお、上述の手順を繰り返し行うことにより、イオン濃度の時間変化を常時測定（モニタリング）することもできる。
図１１は、実施例３におけるイオン分析装置の、センサユニットの配置例を示す構成図である。
図１１に示すように、センサユニット群４１の複数のセンサユニット４１ａ〜４１ｎが、イオナイザ４９から除電対象５０に至る空間にマトリックス状に配置されており、隣接するセンサユニット同士は、配線４８によって相互に接続されている。センサユニットを三次元的に配置する場合は、例えば上方から吊り下げる方法を用いることができる。
制御ユニット４２では、例えばマトリックス座標の指定を行う等の方法により、接続する対象のセンサユニットを一定の時間、例えば１秒おきに順次切り替え、その都度、各センサユニットの発振回路における発振周波数を測定していく。この方法により、各センサユニットにおけるイオン濃度を計測することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は特定の実施例に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、イオナイザが設置されていない空間における正負のイオン分布を調べる場合にも、本発明のイオン分析装置を用いることができる。
１ センサユニット
２ 制御ユニット
３ センサ
４ 対向電極
５ 発振回路
６ 水晶
７ 電極
８ 電極
９ 開口
１０ 正バイアス発生回路
１１ 負バイアス発生回路
１２ 切替回路
１３ 周波数計測回路
１４ 記憶制御部
２１ センサユニット
２２ 制御ユニット
２３ 第１のセンサ
２４ 第２のセンサ
２５，２５ａ〜２５ｃ 対向電極
２６ 第１の発振回路
２７ 第２の発振回路
２８ 開口
２９，３０ 電極
３１，３２ 電極
３３ 正バイアス発生回路
３４ 負バイアス発生回路
３５ 切替回路
３６ 周波数計測回路
３７ 記憶制御部
３８ 第１の対向電極
３９ 第２の対向電極
４１ センサユニット群
４２ 制御ユニット
４３ 正バイアス発生回路
４４ 負バイアス発生回路
４５ 切替回路
４６ 周波数計測回路
４７ 記憶制御部
４８ 配線
４９ イオナイザ
５０ 除電対象

Claims (6)

  1. センサと、
    前記センサを包囲するように配置され、開口を備えた対向電極と
    を有することを特徴とするイオンセンサユニット。
  2. 前記センサは、水晶と、前記水晶の表面に備えられた一対の電極とを有することを特徴とする請求項１記載のイオンセンサユニット。
  3. センサと、
    前記センサを包囲するように配置され、開口を備えた対向電極と、
    前記センサに接続されたバイアス発生回路とを有し、
    前記センサは、水晶と、前記水晶の表面に備えられた一対の電極とを備え、
    前記一対の電極のいずれか一方が前記バイアス発生回路に接続していることを特徴とするイオン分析装置。
  4. 前記バイアス発生回路は、正バイアス発生回路と、負バイアス発生回路とを含むことを特徴とする請求項３記載のイオン分析装置。
  5. センサの第１の周波数の時間変化を測定する工程と、
    前記センサにバイアス電圧を印加することにより、前記センサを包囲するように配置された対向電極に備えられた開口を通過するイオンを前記センサに吸着させるとともに、前記センサの第２の周波数の時間変化を測定する工程と、
    前記第１の発振周波数の時間変化と前記第２の発振周波数の時間変化との差から、前記センサへのイオンの吸着を検出する工程と
    を有することを特徴とするイオン分析方法。
  6. 前記対向電極は、接地されていることを特徴とする請求項５記載のイオン分析方法。


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