CN101105473B - 质谱分析用基板及质谱分析用基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高效地进行离子化的质谱用分析基板。所述质谱分析用基板由基体、在该基体上形成的多孔膜、在该多孔膜上形成的无机材料膜构成，其特征为，该无机材料膜具有相对于该基体垂直形成的多个凹部，该凹部的直径在1nm以上低于1μm。

Description

质谱分析用基板及质谱分析用基板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于质谱分析的质谱分析用基板，更详细而言，涉及一种用于基于激光解吸电离法的质谱分析的质谱分析用基板。

背景技术

迄今为止，质谱分析一直用作鉴定物质特别是有机物质的一种方法。其基本原理在于，在短时间内给与试样较大能量使其离子化，用检测装置分析该离子的质量。作为检测器，可以使用四重极质谱分析装置、飞行时间型质谱分析装置等。特别是后者即飞行时间型检测器目前正逐渐成为主流。作为引起离子化的能量源，可以使用居里点热裂解器(Curie point pyrolyzer)或激光。质谱分析能够良好地用于低分子量物质的分析，但测定对象物质的分子量增大时，具有引起原物质片断化而分解成质量较小的离子的倾向。因此，公开了一种方法，用于将此质谱分析法应用于生物分子之类分子量较大的材料的检测。此方法称为基质辅助激光解吸电离质谱法(MALDI-MS；MatrixAssisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry)。该方法通过将检测对象和称为基质的材料的混合物作为试样，对其进行激光照射，即使为分子量较大的物质也能在防止片断化的同时使其离子化。通过该MALDI-MS的分析方法，质谱分析作为生物材料的评价、鉴定方法越发受到人们的重视。

另外，也公开了使用多孔基板代替基质材料进行质谱分析的方法。此方法称为表面辅助激光解吸电离质谱法(SALDI-MS；SurfaceAssisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry)。此方法不检测来自基质的低分子量峰，因此有利于代谢物之类较低分子量的生物材料的质谱分析。美国专利第6288390号或美国专利第6399177号公开了在质谱分析中使用具有半导体多孔表面的基板的技术。特别需要指出的是，关于使用将硅阳极化制得的多孔硅的SALDI-MS的技术被称为硅表面解析离子化质谱(Desorption Ionization on Silicon(DIOS))，公开于例如Jing Wei等著，Nature，1999年，399卷，p.243-246。

MALDI-MS虽然能够在防止分析对象片断化的同时使其离子化，但存在下述问题，即由于将试样和基质材料混合进行测定，所以可观测到多个来自基质材料的质谱峰。

另一方面，由于在DIOS中几乎不生成来自基质的低分子量MS峰，另外能够防止被检测物质的片断化，因此能够得到良好的光谱。

但是，在热传导率高的硅基板上直接形成多孔硅时(美国专利第6399177号说明书)，通过激光照射而被硅吸收的能量能够很容易地转移到硅基板上。其结果，也存在载带被检测物的多孔部的局部温度上升效率降低的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种提高温度上升效率的质谱分析用基板。

发明内容

本发明的质谱分析用基板包括基体、在该基体上形成的多孔膜、在该多孔膜上形成的无机材料膜构成，其特征为，该无机材料膜具有相对于该基体垂直形成的多个凹部，该凹部的直径在1nm以上不足1μm。

本发明的质谱分析用基板的制造方法的特征在于，具有在基体上形成多孔膜的工序，在该多孔膜上形成无机材料膜的工序，在该无机材料膜的表面相对于该基体垂直地形成多个直径在1nm以上不足1μm的凹部的工序。

根据本发明，提供一种通过具有多孔膜，能够提高温度上升的效率，从而顺利进行解吸过程的质谱分析用基板。

本发明的进一步特征可以参照附图由下面的具体实施方式进行说明。

附图说明

[图1A及1B]为在表面形成有微细凹部的本发明的质谱分析用基板的模式图。

[图2A及2B]为在表面形成有微细凸部的本发明的质谱分析用基板的模式图。

[图3A～3E]为表示本发明质谱分析用基板的制造过程之一例的模式图。

[图4A～4G]为表示本发明质谱分析用基板的制造过程的另一例的模式图。

具体实施方式

以下，说明本发明的优选实施方案。

图1A及1B表示本发明的质谱分析用基板的代表结构的模式图。

本发明的质谱分析用基板具有基体11、在此基体11上形成的多孔物质的多孔膜12、在此多孔膜12上形成的无机材料膜13。基体11的材质只要为能够经受后述的多孔膜制造工序及无机材料膜制造工序的物质即可，没有特殊的限制，可以使用一般材质的物质。例如可以举出玻璃、陶瓷、金属等。

然后，对在基体11上形成的多孔物质的多孔膜12进行说明。作为此多孔物质，优选使用含有硅成分的物质或氧化物之类无机物，但并不限定于上述物质，作为氧化物可以使用二氧化硅、二氧化钛、氧化锡、二氧化硅等。多孔物质由于具有空孔，所以热传导率低，将热封闭在无机材料膜中的效率升高。由此，被无机材料膜载持的试样能够高效地离子化。并且，对多孔膜12还要求能够在其上面连续且平坦性良好地形成后述无机材料膜。

作为多孔膜，特别优选使用介孔材料的薄膜，该介孔材料薄膜从以表面活性剂的集合体作为模板形成的有机-无机复合体中除去有机成分(表面活性剂)而制得。介孔材料可以通过溶胶-凝胶法之类简便的操作，作为良好的连续膜形成于基体上，从成本或操作的容易性方面考虑，上述多孔物质的材质优选使用含有硅的物质，特别优选使用二氧化硅。多篇文献中已公开了介孔二氧化硅薄膜的制造方法，例如：Advanced Functional Materials14卷，p.311或Current Opinion inColloid&Interface Science4卷、p.420等。

介孔二氧化硅薄膜可以通过上述的以溶胶-凝胶法为基础的浸渍涂布、旋涂、喷雾涂布等方法、及以基体上的不均匀核生成-核成长为基础的方法等多种方法进行制造。在本发明中，只要能够形成表面平坦、裂纹生成少的连续膜即可，对制造方法没有特殊的限定。在上述介孔材料中，表面活性剂分子的集合体成为模板形成微孔，由于此分子集合体的大小均匀，所以能够形成实质上具有均匀微孔径的多孔物质。作为用于从微孔内除去表面活性剂进行多孔化的方法，已知有多种，例如可以举出烧成、紫外线照射、通过臭氧氧化除去、通过溶剂萃取、通过超临界流体萃取等。在本发明中可以使用上述任意一种方法。

本发明的质谱分析用基板中，多孔膜12在X射线衍射分析中优选对应于1nm以上的结构周期的角度区域内有1个以上的衍射峰。介孔二氧化硅的微孔结构可以使用任意结构。例如，可以使用具有由管状微孔构成的二维六角形结构的物质、具有由球状微孔构成的立方体结构或三维六角形结构的物质等。

接下来，对本发明的质谱分析用基板中形成于上述多孔膜12上的无机材料膜13进行说明。作为此无机材料膜的形成方法，优选使用各种真空蒸镀法，但并不限定于此。作为真空蒸镀法，可以使用电阻加热蒸镀、电子束蒸镀、阴极溅镀、电弧蒸镀法、化学气相蒸镀法(CVD)等。作为无机材料膜13中使用的无机材料的材质，没有特殊的限制，但特别优选使用半导体等及金属。作为此半导体，可以举出硅、锗、氧化物半导体等，但本发明特别优选使用硅。硅可以优选用于非晶质硅膜、多晶硅膜等任意一种，根据目的，可以从等离子体CVD、低压CVD法等中选择最佳方法。此时，可以选择成膜方法，使所用的基体11和在基体上形成的多孔物质的多孔膜不受此无机材料膜的形成过程的不良影响。例如，在成膜非结晶型硅膜时，例如可以使用高频等离子体CVD法。另外，形成低温聚硅膜时，例如可以使用等离子体CVD法。本发明中，对无机材料膜中使用的硅的形态、结构、成膜方法等没有特殊的限定，可以根据目的采用最适当的方法使最适当的材料成膜。对于硅膜的厚度没有限制，但过厚时，如后所述，降低无机材料膜下面的多孔膜的热阻断效应。另外，与其相反，硅膜膜厚过薄时，存在不能高效地吸收激光的能量，不能防止被检测物在通过激光照射而发生离子化的过程中分解等问题。所以，优选根据材质最适化厚度。

另一方面，使用金属作为无机材料膜13中使用的无机材料时，能够使用较一般的金属。例如可以举出铁、镍、铬、铜、银、金、铂、钯等。但是，使用在空气中较易氧化的材料作为质谱分析用基板时，考虑到氧化物的形成，有时根据需要必须进行此氧化层的除去等处理。金属通过电阻加热蒸镀、电子束蒸镀、阴极溅镀、电弧蒸镀法等方法形成在多孔膜12上。根据需要，在进行目标金属的成膜之前，可以蒸镀钛之类能够提高金属与基底层之间的密合性的材料。

然后，实施下述工序，在如上所述形成于多孔膜12上的无机材料膜13上，相对于基体垂直地形成多个直径在1nm以上低于1μm的凹部或凸部。此处，图1A及1B表示形成有凹部14的质谱分析用基板的模式图，图2A及2B表示形成有凸部24的质谱分析用基板的模式图。本发明人等对形成于基体上的凹凸结构进行潜心研究，结果确认，凹部或凸部的直径在1nm以上低于1μm时可得到敏感度良好、能够抑制片断化过程的质谱图。

在无机材料膜中形成凹部、凸部时，由于其直径在1nm以上低于1μm，所以难以适用广泛应用的光刻法。因此，本发明的质谱分析用基板的凹部或凸部，优选通过利用材料自组装的方法进行制造。但是，任何能够形成相同结构的方法都可用于本发明的质谱分析用基板的制作。作为利用材料自组装的方法，特别优选将嵌段聚合物的微相分离结构的图案转印到无机材料膜上的方法，例如特开2001-151834号公报中已经公开了该技术。下面，说明将嵌段聚合物的结构转印到基体上的方法。

所谓嵌段聚合物，是指性质不同的多个高分子片段通过共价键键合形成的高分子化合物。已知使用活性聚合等精密聚合技术时，能够合成分子量分布非常狭小的嵌段聚合物，上述嵌段聚合物可以引起纳米级成分的微相分离。已知该微相分离结构能够获得高度规则的结构，该结构由分子中含有的多个片段的分子量比和多个片段间的相溶性的程度决定。例如有第二成分在第一成分的基体中球状分散的结构、第二成分在第一成分的基体中圆筒状分散的结构、第一成分和第二成分层状分离的结构等。第一成分和第二成分的分子量比的大小相反时，形成第一成分分散在第二成分的基体中的结构。虽然列举的上述结构可见于由2个成分构成的二嵌段聚合物中，但3成分以上的嵌段聚合物形成更加复杂且非常多样的结构体。

嵌段聚合物的相分离结构的形成可以通过非常简单的方法获得，例如，通过在基体上浇铸溶于溶剂的嵌段聚合物，边使溶剂干燥，边采用加热之类简单的工序，引发微相分离。

如上所述在基体上形成的嵌段聚合物的微相分离结构，可以利用成分间的化学性质的差别，选择性地除去特定成分，通过此工序，能够在基体上形成例如多孔的膜(即多孔膜12)。也能够选择性地除去基体成分，在基体上形成圆筒状或球状的结构体。由此能够形成与膜表面垂直的孔穴或圆筒状结构体。

通过使用如上所述地形成于无机材料膜上的除去特定成分的嵌段聚合物膜，能够将微相分离结构的图案转印到无机材料膜上。最简单的情况为，使用残留在无机材料膜上的聚合物成分作为掩模，蚀刻无机材料膜的方法。此时，必须根据构成质谱分析用基板的材料的材质、蚀刻方法、及所用嵌段聚合物的组成，使方法最适化。问题在于残留在无机材料膜上的聚合物成分和基底无机材料膜的蚀刻率的比值。不能增大此比值时，由于在浅蚀刻无机材料膜的阶段，无机材料膜上的聚合物也被蚀刻除去，所以有时不能形成较深的凹凸结构。在上述情况下，不将嵌段聚合物的一个成分直接用作掩模，可以将嵌段聚合物的结构替换成其他材料，该材料与蚀刻对象即无机材料膜的材料的蚀刻率的差别较大。之后，可以采用将如上所述替换的其他材料作为掩模蚀刻无机材料膜的过程。

通过附图，详细地说明以上2种方法。

首先说明第1种方法，即选择性地除去嵌段聚合物的相分离结构的特定成分，将残留的成分作为掩模，蚀刻无机材料膜。图3A至3E表示此操作的流程。

如图3A所示，首先，在基体11上的多孔膜12上形成无机材料膜13，在其上面浇铸嵌段聚合物膜34。

然后，如图3B所示，加热图3A所示结构体，使嵌段聚合物膜中的溶剂干燥，形成嵌段聚合物的微相分离结构。由此，微相分离成由引起微相分离的嵌段聚合物的一个成分构成的畴31(以下，简称畴31)、和由引起微相分离的嵌段聚合物的另一成分构成的基体32(以下，简称基体32)。

然后，如图3C所示，在一定条件下通过干蚀刻等处理，选择性除去畴31。

之后，如图3D所示，使用残留在无机材料膜13上的基体32作为掩模，在不同条件下通过干蚀刻等，蚀刻基体11上的无机材料膜13。

最后，如图3E所示，除去用作掩模的基体32。

在上述工艺中，例如，通过颠倒所用嵌段聚合物的分子量的比，可以在质谱分析用基板上形成凹部也可以形成凸部。

然后，参照图4A至4G，说明将嵌段聚合物的结构替换成与蚀刻对象(无机材料膜)材料的蚀刻率的差别较大的其他材料，将此其他材料作为掩模蚀刻无机材料膜的过程。

图4A至4C的工序与上述图3A至图3C所示的上述第1种方法相同，因此，省略说明。

如图4D所示，除去畴31后，聚合物的图案形成在无机材料膜上，在此状态下，通过蒸镀等形成与作为基底的无机材料膜13蚀刻对比度大的掩模材料41。

然后，如图4E所示，除去无机材料膜上的基体32和基体32上形成的掩模材料41。

然后，如图4F所示，使用掩模材料41作为掩模，在不同条件下通过干蚀刻等蚀刻无机材料膜13。

最后，如图4G所示，除去无机材料膜上的掩模材料41。

本发明的质谱分析用基板可以使用上述2种工艺中的任意一种进行制造。此工序并非必需，也可以在表面残留蒸镀物质的状态下使用。

进一步详细说明上述2种制造过程。

本发明的质谱分析用基板的制造中使用的嵌段聚合物，可以使用一般组成的聚合物。例如，可以举出以下物质，但并不限定于此。

聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)

聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸苯酯(PS-b-PPhMA)

聚苯乙烯-聚异戊二烯(PS-b-PI)

聚苯乙烯-聚丁二烯(PS-b-PB)

只要是构成嵌段聚合物的多个成分在后述的蚀刻过程中显示充分的蚀刻对比度的组合，即可特别优选用于图3A至3E所示的第1种方法。

此嵌段聚合物的分子量的比没有限制。例如，为二嵌段聚合物时，优选使用20/80、30/70、80/20、70/30等比例，也可以为上述值的中间值。嵌段聚合物的微相分离结构根据上述组成比而变化，优选使用分散有球状畴的结构、分散有圆筒状畴的结构。但是，具有相分离结构为层状结构的组成的嵌段聚合物由于一般形成与基体平行的层状结构，此时，几乎不可能选择性地除去一个成分，所以难以适用于本发明。可以根据目的基板表面形状适当地选择多个成分中的哪一个成分作为基体，哪一个成分作为分散畴，。

作为除去嵌段聚合物的相分离结构中特定的成分的方法，可以使用多种方法。例如使用结构中含有氧的聚合物作为嵌段聚合物的一个成分时，可以举出采用将氧作为蚀刻气体的干蚀刻法选择性地除去含有氧的成分的方法。在本发明中，作为选择性除去成分的方法，只要为能够良好地除去目标成分的方法即可，没有特殊的限制，可以根据除去的成分选择最佳方法。

然后，对使用除去了特定成分后的嵌段聚合物膜，蚀刻基底无机材料膜的工序进行说明。如上所述，该工序具有2种方式。

首先，对如图3A至3E所示的方法进行说明，该方法直接使用除去残存在无机材料膜上的特定成分后的基体作为掩模，蚀刻无机材料膜。

将嵌段聚合物的微相分离成分的图案转印到无机材料膜上，一般可以使用蚀刻方法。本发明的质谱分析用基板的制造，可以使用干蚀刻及湿蚀刻中的任一种方法，干蚀刻方法多能实现良好的转印。但是，用于本发明的质谱分析用基板的制造的方法，只要是能够得到所要求的形状的方法即可，没有限定。例如，无机材料膜为硅时，在使用SF₆/CHF₃混合气体的干蚀刻中，使用基体32作为掩模，能够良好地蚀刻硅等无机材料膜。干蚀刻中由于蚀刻时的方向控制性良好，所以能够形成与基体垂直的凹部。如果从最终形成的结构体来看，这也可以被看作形成了与基体垂直的凸部。

接下来，说明图4A至图4G所示的方法，即将嵌段聚合物的结构替换成与蚀刻对象(无机材料膜)材料的蚀刻率的差别较大的其他材料，将此其他材料作为掩模，蚀刻无机材料膜。除去特定成分后的嵌段聚合物(即，基体32)残留在无机材料膜上，在此状态下蒸镀例如金属(即，掩模材料41)。作为蒸镀物质，并不限定于金属，只要为能够经受后述工艺、干蚀刻后能够良好地从无机材料膜中除去的物质即可。例如可以举出铬。

此掩模材料41的蒸镀工序之后，除去嵌段聚合物(基体32)和在其上形成的蒸镀物质(掩模材料41)。此除去工序可以如下进行，例如将残留在无机材料膜上的嵌段聚合物的成分用溶剂溶解，除去。通过此工序，能够残留蒸镀物(图4E的掩模材料41)，该蒸镀物蒸镀在无机材料膜上无嵌段聚合物的部分。通过此工序，能够转印、形成蒸镀物图案，该蒸镀物图案与形成于无机材料膜上的具有嵌段聚合物的相分离结构的基体32形状相同。

然后，使用此图案，在基底无机材料膜上形成凹部或凸部。此工序可以与上述的第一方法相同地通过蚀刻方法进行。此蚀刻工序可以使用干蚀刻及湿蚀刻中的任意一种方法，干蚀刻方法多能实现良好的转印。但是，用于制造本发明的质谱分析用基板的方法，只要是能够得到所要求的形状的方法，就没有限定。例如，无机材料膜为硅时，通过使用SF₆/CHF₃混合气体的干蚀刻，能够选择性地蚀刻在未形成蒸镀物质图案(掩模材料41)区域的硅，形成凹部。此方法与直接使用嵌段聚合物的一个成分(基体32)作为掩模蚀刻无机材料膜的方法相比较为繁杂，但能够形成较深的凹凸部。这是因为作为转印嵌段聚合物的相分离结构的蒸镀物质选择了与基底无机材料膜的蚀刻率的比值较大的材料(掩模材料41)。

最后，实施除去用作蚀刻的掩模的蒸镀物质的工序。此工序并不是用于制造本发明质谱分析用基板的必须工序。所以，对测定试样及质谱分析无不良影响的情况下，也可以在表面残留此蒸镀物质。采用表面辅助激光解吸电离质谱法进行质谱分析时，高表面导电度能够测定得到良好的光谱，特别是在上述情况下，通过使用金属作为蒸镀物质，将其残留在表面直接使用，有时能够制造更加优选的质谱分析用基板。此时，在凹部上或凸部上，可以具有与构成无机材料膜的材料不同的导电性材料。对于蒸镀物质的除去，可以采用一般的方法。特别是通过使用湿蚀刻法，能够较简单地除去蒸镀物质。用于蚀刻的物质，可以根据蒸镀物质适当地选择。例如，蒸镀物质为铬时，能够使用硝酸铈铵溶液除去。但是，用于上述湿蚀刻的材料残留在质谱分析用基板上时，有时质谱分析光谱中可能出现由于污染生成的峰。所以，湿蚀刻后的质谱分析用基板可以根据需要用超纯水等洗净。

根据以上说明的工序，能够制造本发明的质谱分析用基板。

本发明的质谱分析用基板能够用于使用市售MALDI-MS装置的质谱分析。本发明的质谱分析用基板用作装载作为测定对象的试样的试样台，进行质谱分析。此时，例如，有必要进行加工试样台表面等附加工序，使试样台的表面和基板表面的高度一致，可以根据需要追加加工工序。

如以上说明所示，根据本发明，即使不采用使用氢氟酸的电化学方法，也能够在基板上形成纳米级的微细凹凸。另外，本发明的质谱分析用基板能够在硅等无机材料膜上形成热传导率非常小的多孔材料。因此，能够防止无机材料膜吸收激光所得的能量移至基板内部，降低能量利用率，从而防止敏感度降低。

由于本发明可以不使用硅晶片，所以能够在较大的基板表面大量地形成结构体，能够廉价地制造质谱分析用基板。

实施例

以下，使用实施例，更加详细地说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例的内容。

(实施例1)

本实施例中，在玻璃基体上形成介孔二氧化硅薄膜后，形成多晶硅膜，使用聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)的嵌段聚合物薄膜的微相分离结构。本实施例是在此多晶硅表面形成微细的凹部，用作SALDI-MS用基板的例子。

将50mm×50mm、厚度为1mm的石英玻璃制基体用丙酮、异丙醇及纯水洗净，进行UV-臭氧处理，清洁表面。

在13.8g乙醇中加入0.1M稀盐酸1.80g，配制混合液，向此混合液中加入20.8g四乙氧基硅烷，剧烈搅拌，配制成均匀的溶液，之后，在70℃下加热1小时，制作溶胶。

将0.95g嵌段聚合物表面活性剂PluronicP123(BASF社)溶解于1.97g乙醇中，将其加入到20g上述溶胶中后，再加入0.01M稀盐酸3.95g，制成均匀的前体溶液。

通过浸渍涂布法，在上述石英玻璃制的基体上涂布此均匀的前体溶液，在室温下干燥。

将此膜在空气中450℃下烧成5小时，除去表面活性剂。可确认除去表面活性剂后的膜透明且无裂纹产生。通过X射线衍射分析，对烧成后的此膜进行评价，结果能够观察到在与d＝5.8nm相当的角度有明确的衍射峰。根据高分辨扫描型电子显微镜(FE-SEM)及透射型电子显微镜(TEM)的结果等，可知此膜的结构是管状细孔蜂窝式填装形成的二维六角形结构。但是，经过详细地分析可知，由于厚度方向的结构周期选择得较小，所以不完全符合六角形结构。

然后，使多晶硅成膜在此介孔二氧化硅薄膜上。多晶硅的成膜在以下条件下，采用使用低温等离子体的化学真空蒸镀(CVD)进行。

流速：100sccm(SiH₄)

      9000sccm(H₂)

压力：2000Pa

功率：200W

频率：105MHz

温度：300℃

由此，在介孔二氧化硅膜上制作膜厚200nm的多晶硅膜。制作得到的多晶硅膜的表面显示镜面反射，用FE-SEM确认表面的平滑性。

然后，在此多晶硅膜上薄薄地涂布嵌段聚合物。将聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)的二嵌段聚合物(分子量比＝PS163.5k：PMMA67.2k)溶解于以下的溶剂中，配制2质量％的溶液。

丙二醇单甲醚乙酸乙酯(PGMEA：propylene glycol mono-methylethyl acetate)

在1000rpm转数下将上述溶液旋涂在上述多晶硅膜上。为了使旋涂所得的膜形成微相分离结构，在真空中于180℃下退火1小时。使用原子力显微镜(AFM)的相位模式对退火后的膜表面进行观察，结果能够观察到PMMA的畴分散在PS的基体中的结构。观察到的结构为，畴的平均大小为58.7nm，畴的平均间距为79.9nm。

然后，从形成了此微相分离结构的嵌段聚合物膜中，选择性地除去一个成分。此工序可以采用使用氧气作为蚀刻气体的干蚀刻法进行。在本实施例中，根据嵌段聚合物膜的膜厚、和预先测定的PS与PMMA的蚀刻率，设定干蚀刻的机械功率为50W，偏压功率为10W，蚀刻时间为60秒，进行干蚀刻。用原子力显微镜(AFM)观察进行干蚀刻后的嵌段聚合物膜，结果确认已选择性地除去PMMA畴。

接下来，使用此具有多个纳米尺寸的孔的聚合物膜作为掩模，在多晶硅膜的表面形成微细的凹凸。此工序通过使用SF₆/CHF₃作为蚀刻气体的干蚀刻法实现。此时，考虑到残存的PS的膜厚，将蚀刻条件设定为如下的最适条件，可良好地进行蚀刻。

SF₆/CHF₃的混合比：1/5

机械功率：        50W

偏压功率：        10W

蚀刻时间：        120秒

此膜通过AFM及电子显微镜观察，能够确认在基板上形成深为80nm的凹部。此结构与图1A及1B的模式结构相当。此凹部的大小及间隔与上述的微相分离结构实质上一致。凹部的壁面相对于基体面几乎垂直，一般认为反映出干蚀刻方法的蚀刻方向控制性的优势。

最后，除去微量残存在多晶硅膜上的PS。PS可以使用乙酸乙酯充分地除去。

使形成了凹凸的基板在氮气中120℃下干燥，制作质谱分析用基板。使用三乙酰基-b-环糊精作为试样，使用三氟醋酸银作为离子化辅助剂。将离子化辅助剂和0.1mM试样THF溶液滴到基板上，风干后进行测定。需要说明的是，三乙酰基-b-环糊精的分子大小约为2nm，分子量为2017.75。

将377nm的N₂激光作为激发光源，使用飞行时间型检测器进行测定。结果使用本实施例中制作的基板能够以较高的S/N比清楚地检测到附加Ag⁺的三乙酰基-b-环糊精的质谱峰。另外，未观测到与低分子量的质谱相当的峰，可确认能够抑制片断化。

(实施例2)

本实施例是与形成凹部的实施例1相反的例子，即，使用嵌段聚合物的微相分离结构，形成微细的凸部，用作质谱分析用基板。

使用与实施例1相同的顺序、相同的材料，在石英玻璃制基体上形成介孔二氧化硅膜和多晶硅层。在此多晶硅层上，按照与实施例1相同的顺序使分子量比＝PS78.0k：PMMA169.6k的PS-b-PMMA二嵌段聚合物成膜，按照相同的顺序使其显示微相分离结构。膜厚为80nm，与实施例1相同。

使用原子力显微镜(AFM)的相位模式对膜表面进行观测，结果能够观察到PS的畴分散在PMMA的基体中的结构。观测到的结构为，畴平均大小为47.1nm，畴平均间距为67.9nm。

对此嵌段聚合物膜实施氧气干蚀刻，除去基体。干蚀刻的条件与实施例1相同。通过此工序，除去基体PMMA，PS的畴成点状地形成在多晶硅膜上。

在与实施例1相同的条件下对此结构进行干蚀刻，使用SF₆/CHF₃作为蚀刻气体，蚀刻除去无PS的部分的硅层。通过此工序，此硅层被蚀刻约80nm，结果在基板上形成80nm的凸部。此结构为图2A及2B表示的结构。

此凸部的大小、间距与上述微相分离结构的畴实质上一致。凸部的壁面相对于基体表面几乎垂直，一般认为反映出干蚀刻方法的蚀刻方向控制性的优势。

最后，按照与实施例1相同的顺序，除去微量地残留在多晶硅膜上的PS。

使用如上所述制作的、形成多个微细的凸部的质谱分析用基板，尝试进行与实施例1相同的质谱分析测定。

其结果，与实施例1相同以高S/N比检测到试样峰，从而证实了试样的高敏感度检测。另外，可以确认在低分子量区域几乎没有由片断化产生的峰。

(实施例3)

在本实施例中，使用与实施例1相同的嵌段聚合物，通过使用氧气作为蚀刻气体的干蚀刻，选择性地除去PMMA，在除去PMMA的部分蒸镀金属，再除去PS。之后，使用此金属作为掩模，蚀刻多晶硅膜。如上所述得到的本发明的质谱分析用基板具有与实施例2的结构体相比纵横尺寸比较高的凸部，并对质谱分析用基板的表面加以修饰。

使用与实施例1相同的基体材料，相同的嵌段聚合物，按照相同的顺序，在于介孔二氧化硅薄膜上形成的多晶硅膜上，形成PS膜，该PS膜形成了与实施例1中形成的孔相同的点状微孔。

在此膜上，通过电子束蒸镀，蒸镀100nm铬。将此蒸镀了铬的结构体浸渍到乙酸乙酯中，加热到40℃，溶解除去PS基体，同时除去在PS上形成的铬，此工序后，通过AFM观察上述所得膜的表面，结果确认在多晶硅膜上形成了如实施例2中观察到的微细的铬的点。

之后，在与实施例1相同的条件下，实施干蚀刻，蚀刻多晶硅膜。蚀刻时间为240秒，比实施例1及2长。

蚀刻多晶硅膜后，在硝酸铈铵和高氯酸的水溶液中浸渍15秒，通过蚀刻除去铬，用超纯水充分地洗净后，在氮气中于120℃下加热，使其干燥。

用AFM观察此基板，结果能够确认形成如图2A及2B所示的微细的凸部，其高度约为140nm。

然后，将此结构体放入密闭容器中，在正丙基三乙氧基硅烷的蒸气中暴露1小时。通过此工序，得到来自正丙基三乙氧基硅烷的有机基团与硅表面键合的结构体。由于将硅的表面置于空气中而被氧化，导致其质谱的敏感度降低，因此，通过实施此处理，能够防止敏感度降低。

使用此结构体作为质谱分析用基板，在与实施例1及2相同的条件下，进行质谱的测定。结果与实施例1及2相同能够以高敏感度检测试样，除了被认为是由硅烷偶联剂的微小片断所致的峰之外，在低分子量区域未观察到峰，表明能够抑制片断化。在测定得到的图谱中，尽管为相同的试样浓度，但与实施例1及2相比，S/N比稍高，能够以更高的敏感度测定试样。

将此基板在合成空气中保存2个月后，进行相同的测定，所得图谱的信噪比等并不比刚刚制造后的基板差。

(实施例4)

本实施例使用金代替硅作为无机材料膜，使用嵌段聚合物的相分离结构作为掩模，在金的膜上形成微细的凹凸结构，用于质谱分析用基板。

在实施例1～3使用的石英玻璃制基体上，形成与实施例1～3制造的介孔硅薄膜相同的介孔硅薄膜，通过电子束蒸镀在其上蒸镀200nm金。蒸镀后的金表面显示镜面反射，用FE-SEM进行观察，结果表明表面为平坦形状。

在金膜上涂布与实施例2中所用嵌段聚合物相同的嵌段聚合物，按照相同的顺序，使其形成微相分离结构，在与实施例1～3相同的条件下，使用氧气作为蚀刻气体进行干蚀刻，选择性除去PMMA基体。在于上述金的蒸镀膜上残留多个PS点的状态下，在PS点上，与实施例3相同地蒸镀100nm铬。之后，与实施例3相同地使用乙酸乙酯溶解PS，除去PS和在其上形成的铬。通过此工序，在金的蒸镀膜上，形成铬薄膜，在该铬薄膜上形成多个微细孔。用AFM观察此膜，结果确认聚合物的微相分离结构几乎完全转印到铬膜上。

然后，使用此具有多个微细孔的铬膜作为掩模，通过干蚀刻，蚀刻金。此干蚀刻使用CF₄作为蚀刻气体，在功率150W下，进行5分钟。CF₄所致的金的蚀刻率是铬的蚀刻率的3倍以上，所以，使用铬作为掩模能够良好地蚀刻金。

此工序之后，在与实施例3所用相同的腐蚀剂及蚀刻条件下，通过蚀刻除去铬。用AFM观察蚀刻后的金的表面，结果观察到在金的蒸镀膜的表面形成多个微细的凹部，可以确认嵌段聚合物的相分离结构能够良好地转印到金的蒸镀膜上。微细的凹部的深度约为150nm。

在氮气氛围中于120℃下使此基板干燥后，进行与实施例1～3相同的质谱分析。结果确认与实施例1～3相同，能够高敏感度地检测试样，另外，可确认在低分子量区域几乎没有由片断化产生的峰。本实施例表明在表面形成有凹凸的金属薄膜也可以较好地用作SALDI-MS的测定用基板。

Claims (9)

1.一种质谱分析用基板，所述质谱分析用基板由基体、在该基体上形成的多孔膜、在该多孔膜上形成的无机材料膜构成，其特征为，所述无机材料膜由硅、锗、氧化物半导体、或金属构成，所述无机材料膜具有相对于所述基体垂直形成的多个凹部，所述凹部的直径在1nm以上低于1μm，

所述金属为铁、镍、铬、铜、银、金、铂、钯。

2.如权利要求1所述的质谱分析用基板，其中，所述多孔膜含有硅成分。

3.如权利要求1所述的质谱分析用基板，其中，所述多孔膜含有二氧化硅。

4.如权利要求1所述的质谱分析用基板，其中，所述多孔膜在所述多孔膜的X射线衍射分析中在与1nm以上的结构周期相对应的角度区域内具有1个以上的衍射峰。

5.一种质谱分析用基板，所述质谱分析用基板由基体、在该基体上形成的多孔膜、在该多孔膜上形成的无机材料膜构成，其特征为，所述无机材料膜由硅、锗、氧化物半导体、或金属构成，所述无机材料膜具有相对于所述基体垂直形成的多个凸部，所述凸部的直径在1nm以上低于1μm，

所述金属为铁、镍、铬、铜、银、金、铂、钯。

6.一种质谱分析用基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下述工序，

在基体上形成多孔膜的工序；

在所述多孔膜上形成无机材料膜的工序；

在所述无机材料膜的表面相对于该基体垂直地形成多个直径在1nm以上低于1μm的凹部的工序；

所述无机材料膜由硅、锗、氧化物半导体、或金属构成，

所述金属为铁、镍、铬、铜、银、金、铂、钯。

7.如权利要求6所述的质谱分析用基板的制造方法，其中，所述形成凹部的工序包括以下工序，

在所述无机材料膜的表面形成嵌段聚合物薄膜的工序；

使所述嵌段聚合物形成微相分离结构的工序；

从具有所述微相分离结构的嵌段聚合物中选择性地除去特定成分的工序；

将所述除去工序中残存在无机材料膜上的嵌段聚合物的成分作为掩模，蚀刻所述无机材料膜的工序。

8.一种质谱分析用基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括下述工序，

在基体上形成多孔膜的工序；

在所述多孔膜上形成无机材料膜的工序；

在所述无机材料膜的表面相对于该基体垂直地形成多个直径在1nm以上低于1μm的凸部的工序；

所述无机材料膜由硅、锗、氧化物半导体、或金属构成，

所述金属为铁、镍、铬、铜、银、金、铂、钯。

9.如权利要求8所述的质谱分析用基板的制造方法，其中，所述形成凸部的工序包括以下工序，

在所述无机材料膜的表面形成嵌段聚合物薄膜的工序；

使所述嵌段聚合物形成微相分离结构的工序；

从具有所述微相分离结构的嵌段聚合物中选择性地除去特定成分的工序；

将所述除去工序中残存在无机材料膜上的嵌段聚合物的成分作为掩模，蚀刻所述无机材料膜的工序。

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