JP2019129015A - Ion filter, ion detection device, and manufacturing method of ion filter - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an ion filter, an ion detection device, and a method of manufacturing an ion filter, and more specifically, an ion filter capable of sorting ions, an ion detection device including the ion filter, and sorts ions. The present invention relates to a method of manufacturing an ion filter.
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)。 There is a method called field asymmetric ion mobility spectrometry (hereinafter, also referred to as "FAIMS") as one of methods for analyzing gas or vaporized chemical substance (for example, Patent Document 1) ~ 3).
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、電極間に電圧が印加される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。 In this method, ionized gas molecules or chemical substances (hereinafter collectively referred to as "chemical substance etc.") are passed through an ion filter in which a voltage is applied between the electrodes, and they are sorted according to the difference in mobility The chemical substance or the like is identified by detection with a detector.
特許文献1〜3に開示されたFAIMSに用いられる従来の分析装置(以下では、「イオン検出装置」ともいう)が有するイオンフィルタでは、電極間に印加された電圧の波形鈍りを抑制することに関して改善の余地があった。 In an ion filter included in a conventional analyzer (hereinafter, also referred to as “ion detector”) used in FAIMS disclosed in Patent Documents 1 to 3, regarding the suppression of waveform dullness of a voltage applied between electrodes. There was room for improvement.
本発明は、支持層と、前記支持層上に積層された絶縁層と、前記絶縁層上に積層され、積層方向に直交する面内で互いの複数の櫛歯が噛み合うように対向して配置された第1及び第2の櫛形電極を含む電極層と、を備え、隣り合う前記第1の櫛形電極の前記櫛歯と前記第2の櫛形電極の前記櫛歯との間の隙間の少なくとも一部に対応する前記絶縁層及び前記支持層の領域が存在せず、前記積層方向にイオンが通過することができる通路が形成され、前記電極層の少なくとも一部に対応する前記支持層の領域が存在しないことを特徴とするイオンフィルタである。 The present invention provides a support layer, an insulating layer stacked on the support layer, and a plurality of comb teeth that are stacked on the insulating layer and are engaged with each other in a plane perpendicular to the stacking direction. At least one of the gaps between the comb teeth of the adjacent first comb electrode and the comb teeth of the second comb electrode, and an electrode layer including the first and second comb electrodes, There is no region of the insulating layer and the support layer corresponding to the portion, and a passage through which ions can pass in the stacking direction is formed, and the region of the support layer corresponding to at least a part of the electrode layer is It is an ion filter characterized by not existing.
本発明によれば、電極間に印加された電圧の波形鈍りを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the waveform blunting of the voltage applied between electrodes can be suppressed.
「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。
"Overview"
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an
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。
The
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。
The
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。
The basic detection principle of the
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。
The
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)
Ions move at a moving velocity V represented by the following equation (1) in the environment of the electric field E. Here, K is the mobility of the ions.
V = K × E (1)
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。 By the way, ion mobility has electric field strength dependency. And this electric field strength dependence changes with kinds of ion. FIG. 2 shows, as an example, the electric field strength dependence of the mobility of three different types of ions (ion A, ion B, and ion C). In FIG. 2, for ease of understanding, the mobility of each ion is normalized so that the electric field strength is equal to zero.
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。
The mobility of the three ions (ion A, ion B, and ion C) is almost unchanged at a low electric field strength of 9 kV / cm or less. As the electric field strength increases from about 10 kV / cm, characteristics specific to the type of ion appear in the mobility. The mobility of the ion A greatly increases as the electric field strength increases, and becomes maximum at Emax. The mobility of ions B increases more slowly than ions A. The mobility of ions C gradually decreases. In this way, the characteristics of the tripartite are shown. The
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。
A locus of movement of three ions (ions A, ions B, and ions C) between the electrodes of the
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。
By making the waveform of the electric field generated between the electrode A and the electrode B into an asymmetric electric field waveform, only an arbitrary ion (the ion B in FIG. 3) can reach the
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)
FIG. 4 shows an example of an electric field waveform generated between the electrode A and the electrode B. In this electric field waveform, a positive high electric field (Emax) and a negative low electric field (Emin) are alternately repeated. The high electric field period (t1) is shorter than the low electric field period (t2), and the ratio of t1 to t2 is 1: 3 to 1: 5. Thus, the electric field waveform is asymmetric with respect to the upper and lower sides. This asymmetric electric field waveform is set such that the time-average electric field is zero and the following equation (2) is satisfied.
| Emax | × t1 = | Emin | × t2 (2)
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。 That is, the area of the region A in FIG. 4 and the area of the region B are set to coincide with each other.
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)
In the following, as shown in the following equation (3), the value of | Emax | × t1 and the value of | Emin | × t2 are β.
| Emax | × t1 = | Emin | × t2 = β (3)
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)
By the way, the velocity Vup at which ions move in the Y-axis direction during the high electric field period (t1) is expressed by the following equation (4). Here, K (Emax) is the mobility of ions at high electric field (Emax).
Vup = K (Emax) × | Emax | (4)
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。 For example, when | Emax | is about 10 kV / cm or more, the mobility of three ions (ion A, ion B, ion C) differs for each ion (see FIG. 2). Are different in three ways. That is, as shown in FIG. 5, the inclinations of the movement trajectories of the three ions are different from each other in the period (t1) of the high electric field.
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)
The displacement yup (see FIG. 5), which is the distance that the ions have moved in the Y-axis direction during the high electric field period (t1), is expressed by the following equation (5).
yup = Vup × t1 (5)
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)
On the other hand, the velocity Vdown at which ions move in the Y-axis direction during the low electric field period (t2) is expressed by the following equation (6). Here, K (Emin) is the mobility of ions at a low electric field (Emin).
Vdown = −K (Emin) × | Emin | (6)
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。 For example, when | Emin | is about 5 kV / cm or less, the mobility of three ions (ion A, ion B, and ion C) is almost the same (see FIG. 2), so the movement speed Vdown of the three ions Are almost identical. That is, as shown in FIG. 5, in the low electric field period (t2), the inclinations of the movement trajectories of the three ions are substantially the same.
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)
The displacement ydown (see FIG. 5), which is the distance that the ions have moved in the Y-axis direction during the low electric field period (t2), is expressed by the following equation (7).
ydown = Vdown × t2 (7)
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。 In one cycle (T) of the asymmetric electric field waveform, the ions move in the + Y direction, move in the + Y direction during the period t1, and move in the -Y direction during the period t2.
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。 Therefore, as shown in FIG. 5, the one moving toward the electrode A while repeating the zigzag movement (ion A), the one moving toward the electrode B while repeating the zigzag movement (ion C), the displacement in the + Y direction, and the -Y direction Is balanced with the displacement (ion B) toward the detection unit.
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)
By the way, the average displacement ΔyRF in the Y-axis direction of ions in one cycle (T) in the asymmetric electric field waveform is expressed by the following equation (8).
ΔyRF = yup + ydown
= K (Emax) * | Emax | * t1-K (Emin) * | Emin | * t2 (8)
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)
And said (8) Formula can be represented like the following (9) Formula using said (3) Formula.
ΔyRF = β {K (Emax) −K (min)} (9)
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)
Here, when K (Emax) −K (min) is set to ΔK, the above equation (9) is expressed as the following equation (10).
ΔyRF = βΔK (10)
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。 β is a constant determined by the asymmetric electric field applied between the electrode A and the electrode B. Therefore, the displacement of the ions per cycle (T) of the asymmetric electric field waveform in the Y-axis direction depends on ΔK which is the difference between the mobility in the low electric field (Emin) and the mobility in the high electric field (Emax).
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。
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。
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。
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。 When the same value is used for all ion species for the high electric field Emax in the asymmetric electric field waveform, the volume V of the ion filter section, the duty D of the asymmetric electric field waveform, and the volume flow rate Q of the carrier gas, the above equation (13) From the above, it can be seen that the displacement Y is proportional to the difference ΔK between the mobility in the low electric field (Emin) specific to the ion species and the mobility in the high electric field (Emax).
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。
In FIG. 5, only the ion B has the smallest displacement Y and can reach the
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。
In addition, as a method for detecting various ion species having different ΔK in the
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。
By the way, the ions that have contacted the electrode A or the electrode B before reaching the
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。
In addition, since the
「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)
"Details"
The
Vmax = 20 kV / cm × 0.1 cm = 2 kV (14)
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。 In the case of using the ion detection device as a facility and fixing the installation location, there is no problem in terms of voltage and power consumption since an AC power supply can be used. In addition, if the installation location can be secured, there is no problem even if the outer shape is somewhat large. However, if the conventional ion detection device is driven by a battery and is to be realized as a small portable device, several tens to several hundreds of volts as an AC voltage Vd must be generated from a battery power source of several tens to several tens of volts. Therefore, it is necessary to use a booster circuit and high-voltage components, which has been an obstacle to downsizing the device and reducing power consumption.
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。 In order to achieve the same electric field strength at a low voltage, the distance between the electrodes in the ion filter portion may be reduced. For example, when the distance between the electrodes is 1 μm (0.0001 cm), an electric field strength of 20 kV / cm can be realized at a voltage of 2 V.
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。 By the way, Patent Document 1 describes that an electrode was prototyped by a LIGA (Lithographie Galvanoforming Abforming) process. On the other hand, in this embodiment, an electrode is realized using a wafer called SOI (Silicon On Insulator) used in semiconductor manufacturing.
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。
If the distance between the electrodes is reduced while the aspect ratio, which is the ratio between the distance between the electrodes and the electrode depth L, is kept constant, the electrode depth L may be reduced. For example, when the electrode spacing is 1 μm and the
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。 In addition, in the case of using a comb electrode as the electrode and arranging two comb electrodes opposite to each other so that the comb teeth alternately mesh with each other, the ion channel which is a flow path through which ions pass in a certain fixed chip area In order to increase the area, the width of the comb teeth needs to be as small as possible, for example, 1 μm.
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。 In the conventional ion filter portion, for example, when the length of the comb teeth is 1000 μm, the aspect ratio of one comb tooth is 1000, and the shape is very vulnerable to stress or impact. In this case, in the processes such as resist coating, etching, conveyance, and cleaning necessary for manufacturing, force is applied to the comb teeth, the comb teeth are deformed, contact with adjacent comb teeth, or comb teeth remain in contact with each other. There is a risk of so-called sticking phenomenon in which the sticking occurs, or in the worst case, destruction.
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。 In operation, a pulse signal for generating an asymmetric electric field waveform is applied to the electrodes. At that time, the comb teeth may vibrate due to electrostatic force. The present embodiment solves the above disadvantages.
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。
FIG. 6 shows an
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。
The
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。 Here, the stacking direction of the three layers is the c-axis direction, the direction orthogonal to the c-axis direction is the a-axis direction, and the direction orthogonal to both the c-axis direction and the a-axis direction is the b-axis direction Do.
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。
In the
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。
Although hidden in FIG. 6, the
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。
The comb-
すなわち、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。
That is, an asymmetric electric field waveform signal (voltage signal) is applied to the
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(15)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) ……(15)
Therefore, the shape of the asymmetric electric field waveform signal applied to the
τ (seconds) = output impedance (Ω) × ion filter capacitance (F) (15)
そのため、図7(A)に示されるような立ち上がり及び立ち下がりが鋭い理想的な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7(B)に示されるように、立ち上がり及び立ち下がり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。 Therefore, even if it is attempted to apply an ideal rectangular waveform asymmetric electric field waveform signal having sharp rising and falling as shown in FIG. 7A, the rising and falling are shown as an example in FIG. 7B. In some cases, an asymmetric electric field waveform signal with a blunt falling shape may be applied.
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。 It is difficult to make the magnitude of the output impedance of the drive circuit completely zero, and it always has a certain finite value.
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。
Here, it is considered that the capacitance of the ion filter is divided into a capacitance generated in a portion to be an ion channel between the opposing
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8参照)。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。
このため、時定数τを完全に零にすることは困難であり、図7(B)に示されるような立ち上がり及び立ち下がりの鈍りが大なり小なり生じてしまう。
When the asymmetric electric field waveform signal is applied, a portion that becomes an ion channel between the comb-shaped
For this reason, it is difficult to make the time constant τ completely zero, and the rise and fall of dullness as shown in FIG.
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、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、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。
Incidentally, in FIG. 5 described above, yup and ydown need to have a relationship of yup << W and ydown << W with respect to the interval W between the electrode A and the electrode B. If yup and ydown are equal to or longer than the interval W, ions to reach the
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。 In order to lower the voltage of the asymmetric electric field waveform signal applied between the electrode A and the electrode B, it is necessary to shorten the distance W. In this case, in order to maintain the relationship of yup << W and ydown << W, it is necessary to shorten the pulse period T in the asymmetric electric field waveform signal. In other words, it is necessary to increase the frequency of the asymmetric electric field waveform signal.
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7(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。 Then, as the frequency of the asymmetric electric field waveform signal increases, the influence of the ion channel capacitance on the blunting of the signal waveform increases. If it is extreme, the amplitude of the asymmetric electric field waveform signal may not be amplified to a desired voltage. As described with reference to FIG. 7B, there is a possibility that the electric field may fall before reaching Emax.
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の鈍りを増大させるように作用する。
That is, in order to reduce the voltage of the
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。 Next, the capacitance between the comb electrode and the support layer will be described as the capacitance generated in a portion other than the ion channel.
図9(A)は、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。
FIG. 9 (A) is a plan view of the
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。
This is added to the capacitance of the ion channel and causes a further rise and fall in the asymmetric electric field waveform signal applied to the
ところで、2枚の電極間のキャパシタンスC(F)は次の(16)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 ……(16)
The capacitance C (F) between two electrodes is expressed by the following equation (16). Here, ε 0 is a dielectric constant of vacuum, that is, 8.8542 × 10 −12 (m −3 kg −1 s 4 A 2 ), and ε is a relative dielectric constant (air: about 1, SiO 2 : about 4). ), S is the area (m 2 ) of the electrodes, and d is the distance (m) between the electrodes.
C = ε 0 × ε × S / d (16)
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10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。
In the
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10に示されるように、支持層203は通常GNDに接続されている。
Further, if the
図10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。
In the example of FIG. 10, a capacitance C <b> 3 is generated between the
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、イオンチャネルとなる部分で生じるキャパシタンスや、イオンチャンネル以外の部分で生じるキャパシタンスが低減された構成を有するイオンフィルタ部200の実施例について説明する。
Therefore, when the bluntness of the asymmetric electric field waveform signal applied to the
<実施例1>
実施例1のイオンフィルタ部200が図11(A)〜図12(C)に示されている。図11(A)は、実施例1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。図12(A)は、図11(A)におけるC−C断面図であり、図12(B)は、図11(A)におけるD−D断面図であり、図12(C)は、図11(A)におけるE−E断面図である。
Example 1
The
実施例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11(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。
In the
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13には、実施例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。
In the
実施例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13参照)。
In the
図11(A)において、破線で囲まれた領域Pは、イオンチャネルとなる部分に対応するBOX層202及び支持層203(隣り合う櫛歯310と櫛歯320の隙間に対応するBOX層202及び支持層203)と、各櫛歯電極の3つの櫛歯それぞれの中間部(先端部及び基端部の双方を除く部分)に対応するBOX層202及び支持層203と、が取り除かれている領域である。
すなわち、実施例1のイオンフィルタ部200では、イオンが通過することができる通路であるイオンチャネルが領域Pに形成されており、かつ該領域Pにキャパシタンスが生じない。
なお、上記各櫛歯電極の3つの櫛歯それぞれの中間部に対応するBOX層202及び支持層203の少なくとも一部を残存させても良い。この場合、領域Pにキャパシタンスが生じるが、各櫛歯電極の3つの櫛歯それぞれの中間部を支持層203で支持することができ、後述する櫛歯の撓みや振動を抑制することができる。
In FIG. 11A, a region P surrounded by a broken line is a
That is, in the
In addition, you may leave at least one part of the
ここで、各櫛歯電極は、複数の櫛歯及び該複数の櫛歯を連結する連結部を含む櫛形の電極である。
そこで、以下では、各櫛歯電極を「櫛形電極」とも呼ぶ。すなわち、以下では、櫛歯電極211を「櫛形電極211」とも呼び、櫛歯電極212を「櫛形電極212」とも呼ぶ。
Here, each comb-tooth electrode is a comb-shaped electrode including a plurality of comb teeth and a connecting portion for connecting the plurality of comb teeth.
Therefore, hereinafter, each comb electrode is also referred to as a “comb electrode”. That is, hereinafter, the comb-
図11(A)に示されるように、櫛形電極211は、複数(ここでは3つ)の櫛歯310と該複数の櫛歯310を連結する連結部303(図11(A)の−b側の幅広縦縞部分)とを含む。上記電極パッド301(図11(A)の−b側の幅狭縦縞部分)は、連結部303の−b側に隣接し、該連結部303と電気的に接続されている(導通している)。
As shown in FIG. 11A, the comb-shaped
櫛形電極212は、複数(ここでは3つ)の櫛歯320と該複数の櫛歯320を連結する連結部304(図11(A)の+b側の幅広縦縞部分)とを含む。上記電極パッド302(図11(A)の+b側の幅狭縦縞部分)は、連結部304の+b側に隣接し、該連結部304と電気的に接続されている(導通している)
The comb-shaped
なお、各櫛形電極の櫛歯の数や形状や大きさは、適宜変更可能である。
また、各櫛形電極の連結部の形状や大きさは、適宜変更可能である。
また、2つの連結部303、304の少なくとも一方が電極パッドの機能を兼ねる構成を採用しても良い。この場合には、2つの電極パッド301、302のうち少なくとも一方を設けなくても良い。
The number, shape, and size of the comb teeth of each comb electrode can be changed as appropriate.
Further, the shape and size of the connecting portion of each comb electrode can be changed as appropriate.
A configuration in which at least one of the two connecting
実施例1のイオンフィルタ部200では、図14(A)〜図14(D)に示されるように、連結部303及び3つの櫛歯310の基端部(図11(A)の−b側の大格子部分)の−b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC4が生じ、3つの櫛歯320の先端部(図11(A)の−b側の小格子部分)及び3つの櫛歯310の基端部の+b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC5が生じ、3つの櫛歯310の先端部(図11(A)の+b側の小格子部分)及び3つの櫛歯320の基端部(図11(A)の+b側の大格子部分)の−b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC6が生じ、連結部304及び3つの櫛歯320の基端部の+b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC7が生じている。
In the
また、実施例1のイオンフィルタ部200では、図14(B)に示されるように、電極パッド301と支持層203との間にキャパシタンスC8が生じ、櫛形電極211における電極パッド301と連結部303の間の領域(図11(A)の−b側の横縞部分)と、支持層203との間にキャパシタンスC9が生じ、櫛形電極212における電極パッド302と連結部304との間の領域(図11(A)の+b側の横縞部分)と、支持層203との間にキャパシタンスC10が生じ、電極パッド302と支持層203との間にキャパシタンスC11が生じている。
In the
また、実施例1のイオンフィルタ部200では、図14(C)に示されるように、最も−a側の櫛歯320の一部(該櫛歯320の先端部及び基端部の双方を除く部分の−a側の部位(図11(A)の−a側の斜格子部分)と支持層203との間にキャパシタンスC12が生じている。
Further, in the
また、実施例1のイオンフィルタ部200では、図14(D)に示されるように、最も+a側の櫛歯310の一部(該櫛歯310の先端部及び基端部の双方を除く部分の+a側の部位(図11(A)の+a側の斜格子部分)と支持層203との間にキャパシタンスC13が生じている。
Further, in the
すなわち、キャパシタンスC4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13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である。 That is, the capacitances C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, and C13 are all capacitances generated in portions other than the ion channel.
<実施例2>
実施例2のイオンフィルタ部200が図15(A)〜図15(C)、図16(A)〜図16(C)に示されている。図15(A)は、実施例1のイオンフィルタ部200の平面図であり、図15(B)は、図15(A)におけるA−A断面図であり、図15(C)は、図15(A)におけるB−B断面図であり、図16(A)は、図15(A)におけるC−C断面図であり、図16(B)は、図15(A)におけるD−D断面図であり、図16(C)は、図15(A)におけるE−E断面図である。
Example 2
An
図15(A)において、破線で囲まれた領域Pは、イオンチャネルとなる部分に対応するBOX層202及び支持層203(隣り合う櫛歯310と櫛歯320の隙間に対応するBOX層202及び支持層203)と、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部(先端部及び基端部の双方を除く部分)に対応するBOX層202及び支持層203と、が取り除かれている領域である。
すなわち、実施例2のイオンフィルタ部200では、イオンが通過することができる通路であるイオンチャネルが領域Pに形成されており、かつ該領域Pにキャパシタンスが生じない。
なお、上記各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部に対応するBOX層202及び支持層203の少なくとも一部を残存させても良い。この場合、領域Pにキャパシタンスが生じるが、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部を支持層203で支持することができ、後述する櫛歯の撓みや振動を抑制することができる。
In FIG. 15A, a region P surrounded by a broken line includes a
That is, in the
Note that at least a part of the
また、図15(A)において、破線で囲まれた領域Q1、Q2、Q3、Q4は、いずれもイオンチャンネル以外の部分に対応する支持層203のみが取り除かれている領域である。
In FIG. 15A, regions Q1, Q2, Q3, and Q4 surrounded by a broken line are regions where only the
詳述すると、領域Q1は、電極パッド301に対応する支持層203(電極パッド301の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q1に上記キャパシタンスC8が生じない(図14(B)、図16(A)参照)。
More specifically, the region Q1 is a region where the
領域Q2は、電極パッド302に対応する支持層203(電極パッド302の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q2に上記キャパシタンスC11が生じない(図14(B)、図16(A)参照)。
The area Q2 is an area where the support layer 203 (the
領域Q3は、連結部303及び3つの櫛歯310の基端部の−b側の部位に対応する支持層203(連結部303及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q3に上記キャパシタンスC4が生じない(図14(B)、図14(D)、図16(A)、図16(C)参照)。
In the region Q3, the support layer 203 (the
領域Q4は、連結部304及び3つの櫛歯320の基端部の+b側の部位に対応する支持層203(連結部304及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q4に上記キャパシタンスC7が生じない(図14(A)〜図14(C)、図15(C)、図16(A)、16(B)参照)。
The region Q4 is a region where the support layer 203 (the
実施例2のイオンフィルタ部200では、図15(C)〜図16(C)に示されるように、3つの櫛歯320の先端部及び3つの櫛歯310の基端部の+b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC5が生じ、櫛形電極211の3つの櫛歯310の先端部及び3つの櫛歯320の基端部の−b側の部位、と支持層203との間にキャパシタンスC6が生じている。
In the
また、実施例2のイオンフィルタ部200では、図16(A)に示されるように、櫛形電極211における電極パッド301と連結部303の間の領域と、支持層203との間にキャパシタンスC9が生じ、櫛形電極212における電極パッド302と連結部304との間の領域と、支持層203との間にキャパシタンスC10が生じている。
Further, in the
また、実施例2のイオンフィルタ部200では、図16(B)に示されるように、最も−a側の櫛歯320の一部(該櫛歯320の先端部及び基端部の双方を除く部分の−a側の部位、図15(A)参照)と支持層203との間にキャパシタンスC12が生じている。
Further, in the
また、実施例2のイオンフィルタ部200では、図16(C)に示されるように、最も+a側の櫛歯310の一部(該櫛歯310の先端部及び基端部の双方を除く部分の+a側の部位、図15(A)参照)と支持層203との間にキャパシタンスC13が生じている。
Further, in the
すなわち、実施例2のイオンフィルタ部200で生じるキャパシタンスC5、C6、C9、C10、C12、C13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である。
That is, capacitances C5, C6, C9, C10, C12, and C13 generated in the
以上の説明から分かるように、実施例2のイオンフィルタ部200は、2つの櫛形電極211、212と支持層203との間のキャパシタンスが、実施例1のイオンフィルタ部200に対して、キャパシタンスC4、C7、C8、C11だけ低減されている。
As can be seen from the above description, in the
ところで、イオンフィルタ部200において、櫛形電極211及び櫛形電極212における櫛歯の先端部が自由に動ける状態にあると、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、櫛形電極が破壊されることもある。
By the way, in the
実施例2のイオンフィルタ部200では、櫛歯の先端部の−c側にBOX層202及び支持層203のキャパシタンスC5、C6が生じる部分がリブ状に残されている(図15(C)や図16(A)参照)。この場合は、櫛歯の先端部がリブ部に固定され自由に動けなくなるため、櫛歯がたわんだり、振動するのを抑制することができ、上述した不都合を抑制することができる。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。
In the
また、実施例2のイオンフィルタ部200では、キャパシタンスC9、C10が生じる部分もリブ状に残されている(図16(A)参照)。このように各櫛形電極の連結部と電極パッドとの間の部分の−c側にBOX層202及び支持層203を残すと、電極パッド及び連結部がたわんだり、振動するのを抑制できる。
Moreover, in the
<実施例3>
実施例3のイオンフィルタ部200が図17(A)〜図17(C)、図18(A)〜図18(C)に示されている。図17(A)は、実施例1のイオンフィルタ部200の平面図であり、図17(B)は、図17(A)におけるA−A断面図であり、図17(C)は、図17(A)におけるB−B断面図であり、図18(A)は、図17(A)におけるC−C断面図であり、図18(B)は、図17(A)におけるD−D断面図であり、図18(C)は、図17(A)におけるE−E断面図である。
Example 3
The
図17(A)において、破線で囲まれた領域Pは、イオンチャネルとなる部分に対応するBOX層202及び支持層203(隣り合う櫛歯310と櫛歯320の隙間に対応するBOX層202及び支持層203)と、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部(先端部及び基端部の双方を除く部分)に対応するBOX層202及び支持層203と、が取り除かれている領域である。
すなわち、実施例3のイオンフィルタ部200では、イオンが通過することができる通路であるイオンチャネルが領域Pに形成されており、かつ該領域Pにキャパシタンスが生じない。
なお、上記各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部に対応するBOX層202及び支持層203の少なくとも一部を残存させても良い。この場合、領域Pにキャパシタンスが生じるが、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部を支持層203で支持することができ、後述する櫛歯の撓みや振動を抑制することができる。
In FIG. 17A, a region P surrounded by a broken line includes a
That is, in the
Note that at least a part of the
また、図17(A)において、破線で囲まれた領域Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6は、いずれもイオンチャンネル以外の部分に対応する支持層203のみが取り除かれている領域である。
Further, in FIG. 17A, regions Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, and Q6 enclosed by broken lines are regions from which only the
詳述すると、領域Q1は、電極パッド301に対応する支持層203(電極パッド301の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q1に上記キャパシタンスC8が生じない(図14(B)、図18(A)参照)。
More specifically, the region Q1 is a region where the
領域Q2は、電極パッド302に対応する支持層203(電極パッド302の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q2に上記キャパシタンスC11が生じない(図14(B)、図18(A)参照)。
The area Q2 is an area where the support layer 203 (the
領域Q3は、連結部303及び3つの櫛歯310の基端部の−b側の部位に対応する支持層203(連結部303及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q3に上記キャパシタンスC4が生じない(図14(B)、図14(D)、図18(A)、図18(C)参照)。
In the region Q3, the support layer 203 (the
領域Q4は、連結部304及び3つの櫛歯320の基端部の+b側の部位に対応する支持層203(連結部304及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q4に上記キャパシタンスC7が生じない(図14(A)〜図14(C)、図17(C)、図18(A)、18(B)参照)。
The region Q4 is a region where the support layer 203 (the
領域Q5は、最も−a側の櫛歯320の一部(該櫛歯320の先端部及び基端部の双方を除く部分の−a側の部位、図17(A)参照)に対応する支持層203(該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q5に上記キャパシタンスC12が生じない(図14(C)、図16(B)、図18(B)参照)。
Region Q5 is a support corresponding to a part of the
領域Q6は、最も+a側の櫛歯310の一部(該櫛歯310の先端部及び基端部の双方を除く部分の+a側の部位、図17(A)参照)に対応する支持層203(該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q6に上記キャパシタンスC13が生じない(図14(D)、図16(C)、図18(C)参照)。
A region Q6 corresponds to a part of the
実施例3のイオンフィルタ部200では、図17(C)〜図18(C)に示されるように、3つの櫛歯320の先端部及び3つの櫛歯310の基端部の+b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC5が生じ、3つの櫛歯310の先端部及び3つの櫛歯320の基端部の−b側の部位と、支持層203との間にキャパシタンスC6が生じている。
In the
また、実施例3のイオンフィルタ部200では、図18(A)に示されるように、櫛形電極211における電極パッド301と連結部303の間の領域と、支持層203との間にキャパシタンスC9が生じ、櫛形電極212における電極パッド302と連結部304との間の領域と、支持層203との間にキャパシタンスC10が生じている。
Further, in the
すなわち、実施例3のイオンフィルタ部200で生じるキャパシタンスC5、C6、C9、C10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である。
That is, the capacitances C5, C6, C9, and C10 generated in the
以上の説明から分かるように、実施例3のイオンフィルタ部200は、2つの櫛形電極211、212と支持層203との間のキャパシタンスが、実施例2のイオンフィルタ部200に対して、キャパシタンスC12、C13だけ低減されている。
As can be seen from the above description, in the
実施例3のイオンフィルタ部200では、櫛歯の先端部の−c側にBOX層202及び支持層203のキャパシタンスC5、C6が生じる部分がリブ状に残されており(図17(C)や図18(A)参照)、キャパシタンスC9、C10がそれぞれ生じる部分もリブ状に残されている(図18(A)参照)。この場合も、上記実施例2と同様の効果が得られる。
In the
<実施例4>
実施例4のイオンフィルタ部200が図19(A)〜図19(C)、図20(A)〜図20(C)に示されている。図19(A)は、実施例1のイオンフィルタ部200の平面図であり、図19(B)は、図19(A)におけるA−A断面図であり、図19(C)は、図19(A)におけるB−B断面図であり、図20(A)は、図19(A)におけるC−C断面図であり、図20(B)は、図19(A)におけるD−D断面図であり、図20(C)は、図19(A)におけるE−E断面図である。
Example 4
The
図19(A)において、破線で囲まれた領域Pは、イオンチャネルとなる部分に対応するBOX層202及び支持層203(隣り合う櫛歯310と櫛歯320の隙間に対応するBOX層202及び支持層203)と、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部(先端部及び基端部の双方を除く部分)に対応するBOX層202及び支持層203と、が取り除かれている領域である。
すなわち、実施例4のイオンフィルタ部200では、イオンが通過することができる通路であるイオンチャネルが領域Pに形成されており、かつ該領域Pにキャパシタンスが生じない。
なお、上記各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部に対応するBOX層202及び支持層203の少なくとも一部を残存させても良い。この場合、領域Pにキャパシタンスが生じるが、各櫛形電極の3つの櫛歯それぞれの中間部を支持層203で支持することができ、後述する櫛歯の撓みや振動を抑制することができる。
In FIG. 19A, a region P surrounded by a broken line includes a
That is, in the
Note that at least a part of the
また、図19(A)において、破線で囲まれた領域Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10は、いずれもイオンチャンネル以外の部分に対応する支持層203のみが取り除かれている領域である。 Further, in FIG. 19A, regions Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, and Q10 surrounded by broken lines are all support layers 203 corresponding to portions other than the ion channel. Is the area that has been removed.
詳述すると、領域Q1は、電極パッド301に対応する支持層203(電極パッド301の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q1に上記キャパシタンスC8が生じない(図14(B)、図20(A)参照)。
More specifically, the region Q1 is a region where the
領域Q2は、電極パッド302に対応する支持層203(電極パッド302の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q2に上記キャパシタンスC11が生じない(図14(B)、図20(A)参照)。
The area Q2 is an area where the support layer 203 (the
領域Q3は、連結部303及び3つの櫛歯310の基端部の−b側の部位に対応する支持層203(連結部303及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q3に上記キャパシタンスC4が生じない(図14(B)、図14(D)、図20(A)、図20(C)参照)。
In the region Q3, the support layer 203 (the
領域Q4は、連結部304及び3つの櫛歯320の基端部の+b側の部位に対応する支持層203(連結部304及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q4に上記キャパシタンスC7が生じない(図14(A)〜図14(C)、図19(C)、図20(A)、20(B)参照)。
The region Q4 is a region where the support layer 203 (the
領域Q5は、最も−a側の櫛歯320の一部(該櫛歯320の先端部及び基端部の双方を除く部分の−a側の部位)に対応する支持層203(該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q5に上記キャパシタンスC12が生じない(図14(C)、図16(B)、図20(B)参照)。
The region Q5 is a portion of the support layer 203 (the portion on the -a side) which corresponds to a part of the
領域Q6は、最も+a側の櫛歯310の一部(該櫛歯310の先端部及び基端部の双方を除く部分の+a側の部位)に対応する支持層203(該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q6に上記キャパシタンスC13が生じない(図14(D)、図16(C)、図20(C)参照)。
The region Q6 is the support layer 203 (the −c side of the part) corresponding to a part of the
領域Q7は、櫛形電極211における連結部303と電極パッド301の間の領域に対応する支持層203(該領域の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q7に上記キャパシタンスC9が生じない(図14(B)、図16(A)、図18(A)、図20(A)参照)。
The region Q7 is a region where the support layer 203 (the
領域Q8は、櫛形電極212における連結部304と電極パッド302の間の領域に対応する支持層203(該領域の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q8に上記キャパシタンスC10が生じない(図14(B)、図16(A)、図18(A)、図20(A)参照)。
The area Q8 is an area from which the support layer 203 (the
領域Q9は、3つの櫛歯320の先端部及び3つの櫛歯310の基端部の+b側の部位に対応する支持層203(該先端部及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q9に上記キャパシタンスC5が生じない(図17(C)〜図18(C)、図19(C)〜図20(C)参照)。
In the region Q9, the support layer 203 (the
領域Q10は、3つの櫛歯310の先端部及び3つの櫛歯320の基端部の−b側の部位に対応する支持層203(該先端部及び該部位の−c側の支持層203)が取り除かれている領域である。すなわち、領域Q10に上記キャパシタンスC6が生じない(図17(C)〜図18(C)、図19(C)〜図20(C)参照)。
Region Q10 is the support layer 203 (the tip portion and the
以上の説明から分かるように、実施例4のイオンフィルタ部200は、2つの櫛形電極211、212と支持層203との間のキャパシタンスが、実施例3のイオンフィルタ部200に対して、キャパシタンスC5、C6、C9、C10だけ低減されている。
すなわち、実施例4のイオンフィルタ部200では、2つの櫛形電極211、212及び2つの電極パッド301、303に対応する支持層203が全て取り除かれているため、2つの櫛形電極211、212及び2つの電極パッド301、303と、支持層203との間のキャパシタンスを略零にできる。
As can be seen from the above description, in the
That is, in the
ただし、実施例4では、実施例2、3のようなリブ部がないので、上述した不都合をある程度抑制するために、領域Q9(C5に対応)、Q10(C6に対応)、Q7(C9に対応)、Q8(C10に対応)の少なくとも1つにおいてリブ部を残しても良い。 However, in the fourth embodiment, since there are no rib portions as in the second and third embodiments, the regions Q9 (corresponding to C5), Q10 (corresponding to C6), Q7 (C9) are used to suppress the above-mentioned inconvenience to some extent. Correspondence), a rib may be left in at least one of Q8 (C10).
以上説明した実施例1〜実施例4のイオンフィルタ部200では、各領域Qn(nは1〜10のいずれか)において支持層203のみが取り除かれているが、少なくとも1つの領域Qnにおいて支持層203とBOX層202の両方を取り除いても良い。
In the
次に、イオンフィルタ部200の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
図21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。
FIG. 21 shows a cross-sectional view of a silicon-on-insulator (SOI) wafer substrate used in semiconductor manufacturing. The wafer substrate is composed of an
(1)電極層201の上に、NSG(Nitride silicon glass)膜221を蒸着する(図22参照)。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2つのコンタクトホールを開ける(図23参照)。
(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、各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24参照)。残された2つの金属層222の一方は電極層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り、他方はGNDに接続されるパッド電極となる。これらのパッド電極には、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25参照)。
(6)フォトレジスト224を全面に塗布する。
(7)櫛形電極構造をパターニングする(図26参照)。櫛形電極構造のパターン例が図27に示されている。
(1) An NSG (Nitride silicon glass)
(2) The NSG film is etched by the photolithography process to open two contact holes (see FIG. 23) so that the metal layer deposited in the later step is electrically connected to the electrode layer.
(3) A
(4) The
(5) A nitride
(6) A
(7) Pattern the comb electrode structure (see FIG. 26). An example pattern of a comb electrode structure is shown in FIG.
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。櫛形電極は、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。 Here, the etching portion for singulating the chips and the portion for individually cutting the chips (the boundary between the chips, a so-called dicing area in the semiconductor chip) are also patterned so as to be etched. In the case of the comb electrode, the distance between the comb teeth is narrow, and if the width of the comb teeth is thin, the comb electrode is easily broken due to vibration in dicing and pressure applied from fluid. For this reason, in this embodiment, a conventional method of chipping and chipping using a diamond blade is not employed, but a method of chipping by etching from both the front and back surfaces of the wafer substrate is employed.
(8)電極層201をBOX層202までエッチングし、櫛形電極間の隙間を作る(図28参照)。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29参照)。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30参照)。
(8) The
(9) The
(10)
なお、図30には、上記実施例2の場合が示されている。 FIG. 30 shows the case of the second embodiment.
(11)支持層203をBOX層202までエッチングする(図31参照)。
(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32参照)。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33参照)。
(14)サポートウエハ226を取り除く(図34参照)。
(15)電極層側のフォトレジスト224を除去する(図35参照)。これによって、イオンフィルタ部200となる。
なお、図35には、上記実施例2のイオンフィルタ部200が示されている。
(11) The
(12) The
(13) The
(14) Remove the support wafer 226 (see FIG. 34).
(15) The
In addition, the
また、上記実施例1、3、4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(10)において、それぞれに対応した支持層203を取り除く部分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。
Moreover, the
以上の説明から明らかなように、上記イオンフィルタ部200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。
As apparent from the above description, in the method of manufacturing the
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(実施例2〜4のイオンフィルタ部200)は、支持層203と、該支持層203上に積層されたBOX層202(絶縁層)と、BOX層202上に積層され、積層方向に直交する面内で互いの複数の櫛歯が噛み合うように対向して配置された2つの櫛形電極211、212(第1及び第2の櫛形電極)を含む電極層201と、を備え隣り合う櫛形電極211の櫛歯310と櫛形電極212の櫛歯320との間の隙間に対応するBOX層202及び支持層203の領域が存在せず(無く)、上記積層方向にイオンが通過することができる通路が形成され、電極層201の少なくとも一部に対応する支持層203の領域が存在しない(無い)ことを特徴とするイオンフィルタである。
As described above, the
この場合、電極層201に対応する支持層203の少なくとも一部が存在しないので、電極層201と支持層203との間に生じるキャパシタンスを低減できる。
In this case, since at least part of the
この結果、櫛形電極211、212間(電極間)に印加された電圧の波形鈍りを抑制することができる。
As a result, the waveform blunting of the voltage applied between the
なお、上記積層方向にイオンが通過することができる通路は、要は、BOX層202及び支持層203の、隣り合う櫛歯310と櫛歯320との間の隙間の少なくとも一部に対応する領域が除去されて形成されれば良い。
It is to be noted that the passage through which ions can pass in the stacking direction is essential in a region corresponding to at least a part of the gap between the
なお、本実施形態では、イオンフィルタ部200を作製する際、支持層203とBOX層202と電極層201とを積層した後に、支持層203及びBOX層202の上記隙間に対応する領域(以下では「隙間対応領域」とも呼ぶ))、並びに電極層201の少なくとも一部に対応する支持層203の領域(電極層201と共にコンデンサを構成する領域(以下では「コンデンサ領域」とも呼ぶ))を除去しているが、これに限られない。
In the present embodiment, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域及びコンデンサ領域が存在しない支持層203と、隙間対応領域が存在しないBOX層202と、電極層201とを積層しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域及びコンデンサ領域が存在しない支持層203と、隙間対応領域が存在するBOX層202と、電極層201とを積層した後、BOX層202の隙間対応領域を除去しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域及びコンデンサ領域が存在する支持層203と、隙間対応領域が存在しないBOX層202と、電極層201とを積層した後、支持層203の隙間対応領域及びコンデンサ領域を除去しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域が存在せず、かつコンデンサ領域が存在する支持層203と、隙間対応領域が存在しないBOX層202と、電極層201とを積層した後、支持層203のコンデンサ領域を除去しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域が存在せず、かつコンデンサ領域が存在する支持層203と、隙間対応領域が存在するBOX層202と、電極層201とを積層した後、支持層203のコンデンサ領域及びBOX層202の隙間対応領域を除去しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域が存在し、かつコンデンサ領域が存在しない支持層203と、隙間対応領域が存在するBOX層202と、電極層201とを積層した後、支持層203の隙間対応領域及びBOX層202の隙間対応領域を除去しても良い。
For example, when the
例えば、イオンフィルタ部200を作製する際、隙間対応領域が存在し、かつコンデンサ領域が存在しない支持層203と、隙間対応領域が存在しないBOX層202と、電極層201とを積層した後、支持層203の隙間対応領域を除去しても良い。
For example, when the
また、例えば電極層201が電極層213のような櫛形電極や電極パッドを取り囲む層を有しない場合、電極層201の全領域に対応する支持層203が存在しなくても良い。
Further, for example, when the
また、電極層201の上記少なくとも一部は、櫛形電極211の複数の櫛歯310の少なくとも一部(少なくとも1つの櫛歯310の少なくとも一部)と、櫛形電極212の複数の櫛歯320の少なくとも一部(少なくとも1つの櫛歯320の少なくとも一部)と、櫛形電極211の複数の櫛歯に導通する部分(連結部303や電極パッド301)と、櫛形電極212の複数の櫛歯に導通する部分(連結部304や電極パッド302)と、の少なくとも1つを含むことが好ましい。これらは、電極層201のうち対応する支持層203との間でキャパシタンスを生じさせる部分であるため、これらの少なくとも1つに対応する支持層203が存在しないことが好ましいからである。
The at least part of the
また、実施例2〜4のイオンフィルタ部200では、櫛形電極211、212は、それぞれ複数の櫛歯を連結する連結部303、304を有し、支持層203の、2つの櫛形電極211、212の連結部303、304に対応する領域が存在しない。なお、これに限らず、要は、支持層203の、2つの櫛形電極211、212の連結部303、304の少なくとも一方に対応する領域の少なくとも一部が存在しないことが好ましい。
Moreover, in the
また、実施例2〜4のイオンフィルタ部200では、電極層201は、櫛形電極211に導通し、配線が接続される電極パッド301(第1の電極パッド)及び櫛形電極212に導通し、配線が接続される電極パッド302(第2の電極パッド)を含み、支持層203の、2つの電極パッド301、302に対応する領域が存在しない。なお、これに限らず、要は、電極層201は、電極パッド301及び電極パッド302の少なくとも一方を含み、支持層203の、2つの電極パッド301、303の少なくとも一方に対応する領域の少なくとも一部が存在しないことが好ましい。
In the
また、実施例2、3のイオンフィルタ部200では、支持層203の、櫛形電極211、212の複数の櫛歯の先端部に対応する領域が残存している。なお、これに限らず、要は、支持層203の、櫛形電極211、212の少なくとも一方の複数の櫛歯の先端部に対応する領域が存在していても良い。
Moreover, in the
この場合、実施例2、3のイオンフィルタ部200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。
In this case, in the
また、BOX層202の、支持層203が存在しない領域に対応する領域(例えば領域Q1〜Q10の少なくとも1つ)の少なくとも一部が存在しなくても良い。
Further, at least a part of a region (for example, at least one of the regions Q1 to Q10) corresponding to a region where the
また、支持層203とBOX層202と電極層201とが、SOI(SOI:Silicon On Insulator)基板を用いて作製されている。
In addition, the
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。
The
また、被測定分子をイオン化するイオン発生部100(イオン発生器)と、イオン発生部100からのイオンを選別するイオンフィルタ部200(イオンフィルタ)と、該イオンフィルタ部200で選別されたイオンを検出する検出部600(検出器)と、を備えるイオン検出装置10によれば、小型化及び低消費電力化を図ることができる。
Further, an ion generator 100 (ion generator) that ionizes the molecule to be measured, an ion filter unit 200 (ion filter) that selects ions from the
また、本実施形態に係るイオンフィルタ部200の製造方法は、支持層203とBOX層202(絶縁層)と電極層201とが積層された基板を用いたイオンフィルタの製造する方法であって、電極層201に、積層方向に直交する面内で互いの複数の櫛歯が噛み合うように対向して配置された2つの櫛形電極211、212(第1及び第2の櫛形電極)を形成する工程と、隣り合う櫛形電極211の櫛歯と櫛形電極212の櫛歯との間の隙間の少なくとも一部に対応するBOX層202及び支持層203の領域を除去して、積層方向にイオンが通過することができる通路を形成する工程と、電極層201の少なくとも一部に対応する支持層203の領域を除去する工程と、を含むイオンフィルタの製造方法である。
A method for manufacturing the
この場合、電極層201に対応する支持層203の少なくとも一部が除去されるので、電極層201と支持層203との間に生じるキャパシタンスを低減できる。
In this case, since at least a part of the
この結果、櫛形電極211、212間(電極間)に印加された電圧の波形鈍りを抑制することができる。
As a result, the waveform blunting of the voltage applied between the
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、櫛形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、櫛形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。
In the above embodiment, the
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。
In the above embodiment, although the case where the
10…イオン検出装置、100…イオン発生部(イオン発生器)、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…櫛形電極(第1の櫛形電極)、212…櫛形電極(第2の櫛形電極)、213…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、301、302…電極パッド、303、304…連結部、310、320…櫛歯、600…検出部(検出器)、900…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記支持層上に積層された絶縁層と、
前記絶縁層上に積層され、積層方向に直交する面内で互いの複数の櫛歯が噛み合うように対向して配置された第1及び第2の櫛形電極を含む電極層と、を備え、
隣り合う前記第1の櫛形電極の前記櫛歯と前記第2の櫛形電極の前記櫛歯との間の隙間の少なくとも一部に対応する前記絶縁層及び前記支持層の領域が存在せず、前記積層方向にイオンが通過することができる通路が形成され、
前記電極層の少なくとも一部に対応する前記支持層の領域が存在しないことを特徴とするイオンフィルタ。 A support layer;
An insulating layer laminated on the support layer;
And an electrode layer including first and second comb-shaped electrodes stacked on the insulating layer and arranged to face each other such that a plurality of comb teeth mesh with each other in a plane perpendicular to the stacking direction.
There is no region of the insulating layer and the support layer corresponding to at least a part of the gap between the comb teeth of the first comb electrode and the comb teeth of the second comb electrode adjacent to each other. A path through which ions can pass in the stacking direction is formed,
An ion filter characterized in that there is no region of the support layer corresponding to at least a part of the electrode layer.
前記支持層の、前記第1及び第2の櫛形電極の少なくとも一方の前記連結部に対応する領域の少なくとも一部が存在しない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。 Each of the first and second comb-shaped electrodes has a connecting portion that connects the plurality of comb teeth,
3. The ion filter according to claim 1, wherein at least a part of a region of the support layer corresponding to the connecting portion of at least one of the first and second comb electrodes does not exist.
前記支持層の、前記第1及び第2の電極パッドの前記少なくとも一方に対応する領域の少なくとも一部が存在しない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。 The electrode layer is electrically connected to the first comb electrode, and is electrically connected to a first electrode pad to which a wire is connected and the second comb electrode, and at least one of a second electrode pad to which a wire is connected Including
The ion filter according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of a region of the support layer corresponding to the at least one of the first and second electrode pads does not exist.
前記イオン発生器からのイオンを選別する請求項1〜6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。 An ion generator for ionizing a molecule to be measured;
The ion filter according to any one of claims 1 to 6, wherein the ions from the ion generator are sorted out;
A detector for detecting ions selected by the ion filter.
前記電極層に、積層方向に直交する面内で互いの複数の櫛歯が噛み合うように対向して配置された第1及び第2の櫛形電極を形成する工程と、
隣り合う前記第1の櫛形電極の前記櫛歯と前記第2の櫛形電極の前記櫛歯との間の隙間の少なくとも一部に対応する前記絶縁層及び前記支持層の領域を除去して、前記積層方向にイオンが通過することができる通路を形成する工程と、
前記電極層の少なくとも一部に対応する前記支持層の領域を除去する工程と、を含むイオンフィルタの製造方法。 An ion filter manufacturing method using a substrate in which a support layer, an insulating layer, and an electrode layer are laminated,
Forming, on the electrode layer, first and second comb-shaped electrodes which are disposed to face each other such that a plurality of comb teeth mesh with each other in a plane orthogonal to the stacking direction;
The regions of the insulating layer and the support layer corresponding to at least a part of the gap between the comb teeth of the first comb electrode and the comb teeth of the second comb electrode adjacent to each other are removed, Forming a path through which ions can pass in the stacking direction;
Removing a region of the support layer corresponding to at least a part of the electrode layer.
The method of manufacturing an ion filter according to claim 9, wherein the substrate is an SOI (SOI: Silicon On Insulator) substrate.
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