CN112639449A

CN112639449A - 分析用衬底

Info

Publication number: CN112639449A
Application number: CN201980057800.8A
Authority: CN
Inventors: 篠塚启; 沈凌峰; 大纮太郎; 得能寿子; 本郷弘毅; 远藤江梨子
Original assignee: Oji Holdings Corp
Current assignee: Oji Holdings Corp
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-04-09
Also published as: EP3851836A1; WO2020054780A1; JP2020041942A; JP7247493B2; US20210325312A1

Abstract

本发明的分析用衬底具备：基材(10)，至少第一面(10a)包含介电体或半导体；及金属膜(20)，具有设置在基材(10)的第一面(10a)上的凸部(21)及凸部(22)；凸部(21)的顶部(21a)的高度是金属膜(20)的表面高度分布中与基材(10)的距离最大的峰的高度，凸部(22)的顶部(22a)的高度是金属膜(20)的表面高度分布中与基材(10)的距离第二大的峰的高度，凸部(21)及凸部(22)的除槽区域(H3)以外的部分的宽度的平均值为200nm以下，所述槽区域(H3)是与基材(10)的距离最小的峰的高度。

Description

分析用衬底

技术领域

本发明涉及一种分析用衬底。

本申请基于2018年9月12日在日本申请的日本专利特愿2018-170543号主张优先权，将其内容引用于本文。

背景技术

以往，拉曼光谱法存在拉曼散射光的强度非常弱的问题。为了改善该问题，正在研究利用表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering：SERS)。SERS是如下现象：在Au、Ag等金属表面，通过由表面等离激元共振所产生的电场增强，使所吸附的测定对象分子的拉曼散射光的强度显著增强。在拉曼光谱法以外的红外吸收光谱法及荧光光谱法中的光学分析法中，也正在研究利用由表面等离激元共振所产生的电场增强。

关于利用由表面等离激元共振所产生的电场增强的分析用衬底，例如提出了以下衬底。

(1)一种拉曼光谱分析用信号放大装置，具备：基材，以预先决定的特定晶格间隔呈晶格状配置多个凹陷或多个突起，具有产生表面等离激元共振的纳米周期构造；及金属皮膜，形成在所述纳米周期构造的表面(专利文献1)。

(2)一种电场增强元件，包含：金属层；介电体层，设置在所述金属层上；及多个金属粒子，设置在所述介电体层上；且多个所述金属粒子具有能够激发在所述金属层与所述介电体层的界面传播的传播型表面等离激元的周期排列，所述传播型表面等离激元与被所述金属粒子激发的局域型表面等离激元电磁性地相互作用，各表面等离激元的共振波长不同，在向所述电场增强元件照射白色光时的反射光的光谱中，第1吸收区域、第2吸收区域的半高宽满足特定关系，所述电场增强元件的激发光的波长处于所述第2吸收区域的范围内(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-232526号公报

专利文献2：日本专利特开2015-212626号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

然而，(1)～(2)的分析用衬底有时灵敏度不充分。

关于专利文献1的装置，由于利用了传输型表面等离激元，因此有纳米周期构造上的电场分布不均较少的优点，但由于电场增强仅依靠传输型表面等离激元，因此有增强效果较低的缺点。

另一方面，关于专利文献2的电场增强元件，将传输型表面等离激元与局域型表面等离激元组合，利用传输型表面等离激元来进行电场分布的均匀化，利用局域型表面等离激元来提高电场强度，由此其构成集合了传输型与局域型的优点，能够在一定程度上兼顾均匀性与强度。然而，在金属层与金属粒子之间存在介电体层，因此有作为样本的测定对象分子无法接近传输型表面等离激元的电场增强效果最高的金属膜表面的缺点。此外，也可以举出如下缺点：由于以激发传播型表面等离激元所需的配置来配置金属粒子，因此当要利用通过作为局域型表面等离激元效果较大的金属粒子间的间隙来实现的电场增强时，粒子间距离过大。

本发明的目的在于提供一种分析用衬底，能够以高灵敏度实施利用了由表面等离激元共振所实现的电场增强的光学分析。

[解决问题的技术手段]

本发明具有以下形态。

[1]一种分析用衬底，其特征在于，具备：基材，至少第一面包含介电体或半导体；及金属膜，设置在所述基材的第一面上；

所述金属膜是连续或断续地形成着多个凸部的凹凸构造，

设置着所述金属膜一侧的表面高度分布具有3个以上峰，

将所述3个以上峰中与所述基材的距离最大的峰称为第1高度峰，将与所述基材的距离第二大的峰称为第2高度峰，将与所述基材的距离最小的峰称为槽峰，

将所述多个凸部中顶部为所述第1高度峰的高度的凸部称为第1凸部，将顶部为所述第2高度峰的高度的凸部称为第2凸部，将具有所述槽峰的高度的区域称为槽区域时，

所述第1凸部是除所述槽区域以外的部分的宽度的平均值为200nm以下的岛状或山脉状凸部，且

所述槽区域存在于所述第1凸部的周缘部、所述第2凸部的周缘部或所述第1凸部与所述第2凸部之间。

[2]根据[1]所述的分析用衬底，其中所述第1高度峰的众数高度与所述第2高度峰的众数高度的差为5～60nm。

[3]根据[1]或[2]所述的分析用衬底，其中所述第2高度峰的众数高度与所述槽峰的众数高度的差为5～40nm。

[4]根据[1]至[3]中任一项所述的分析用衬底，其中所述第1高度峰的众数高度与所述槽峰的众数高度的差为10～100nm。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的分析用衬底，还具备分散配置在所述金属膜上的多个金属纳米粒子，且

所述金属纳米粒子的平均一次粒径为1～100nm。

[6]根据[1]至[5]中任一项所述的分析用衬底，其中所述基材的第一面具有大致周期性凹凸构造，

所述大致周期性凹凸构造的间距为160～1220nm，且

所述金属膜在25℃下的表面的薄膜电阻为3×10⁰～5.0×10⁴Ω/□。

[发明效果]

根据本发明，能够提供一种分析用衬底，能够以高灵敏度实施利用了由表面等离激元共振所实现的电场增强的光学分析，特别是利用了拉曼散射光的分析。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的一实施方式的分析用衬底的剖视图。

图2是用来对第1凸区域的宽度的平均值的求法进行说明的图。

图3是示意性地表示图1的分析用衬底的制造过程的步骤图。

图4是示意性地表示本发明的第2变化例的分析用衬底的剖视图。

图5是示意性地表示本发明的第3变化例的分析用衬底的剖视图。

图6是示意性地表示本发明的第3变化例的分析用衬底中的基材表面的俯视图。

图7是示意性地表示本发明的第3变化例的分析用衬底中的基材表面的立体图。

图8是比较例1的分析用衬底的前体的扫描式电子显微镜图像。

图9(a)是表示比较例1的分析用衬底的表面高度分布的图，(b)是其移动平均曲线。

图10是实施例1的分析用衬底的扫描式电子显微镜图像。

图11(a)是表示实施例1的分析用衬底的表面高度分布的图，(b)是其移动平均曲线。

图12是比较例2的分析用衬底的前体的扫描式电子显微镜图像。

图13(a)是表示比较例2的分析用衬底的前体的表面高度分布的图，(b)是其移动平均曲线。

图14是实施例2的分析用衬底的扫描式电子显微镜图像。

图15(a)是表示实施例2的分析用衬底的表面高度分布的图，(b)是其移动平均曲线。

图16是实施例3的分析用衬底的扫描式电子显微镜图像。

图17是表示反映实施例3的基材的凹凸构造的位置的图。

具体实施方式

本实施方式的分析用衬底具备基材10、及设置在基材10的第一面10a上的金属膜20。

(基材)

在基材10中，至少第一面10a包含介电体或半导体。

作为基材10，例如可以是包含介电体或半导体的基材，也可以是以第一面成为介电体或半导体的方式积层导电体层、介电体层、半导体层中的2层以上而成的多层基材。作为介电体或半导体，并无特别限定，可以是在分析用衬底等用途中公知的材质。

作为基材10，典型来说，使用仅由介电体或半导体构成的基材，例如可以列举：石英基材、碱玻璃及无碱玻璃等各种玻璃基材、蓝宝石基材、硅(Si)基材、包含碳化硅(SiC)等无机物质的基材、包含聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚烯烃树脂、聚酯树脂等有机物质的基材等。

基材10的厚度并无特别限定，例如可以为0.1～5.0mm。

(金属膜)

作为构成金属膜20的金属，只要能够产生由表面等离激元共振所实现的电场增强即可，例如可以列举金、银、铝、铜、铂，2种以上这些金属的合金或2种以上这些金属的组合等。

金属膜20是连续或断续地形成着多个凸部21及多个凸部22的凹凸构造。凸部21相当于本发明的第1凸部，凸部22相当于本发明的第2凸部。

另外，所谓连续地形成着多个凸部21及多个凸部22，指的是在凸部与凸部之间不存在金属膜20中断的部分的形态，所谓断续地形成着多个凸部21及多个凸部22，指的是在凸部与凸部之间存在金属膜20中断的部分的形态。

此外，凸部21的周缘部(边缘部分)、凸部22的周缘部(倾斜部分)或凸部21与凸部22之间设为槽区域H3。在连续地形成着多个凸部21及多个凸部22的情况下，凸部21的周缘部及凸部22的周缘部成为槽区域H3。

在断续地形成着多个凸部21及多个凸部22的情况下，除了凸部21的周缘部及凸部22的周缘部以外，凸部21与凸部22之间的金属膜20中断的部分也成为槽区域H3。

另外，在图1中，对于多个凸部21中的任一个凸部，作为凸部21的最高位置的顶部21a均为相同高度，但也可以存在一定程度的偏差。同样，对于多个凸部22中的任一个凸部，作为凸部22的最高位置的顶部22a均为相同高度，但也可以存在一定程度的偏差。

虽容许凸部21的顶部21a的高度及凸部22的顶部22a的高度各自存在偏差，但所有顶部21a均必须处于比所有顶部22a都高的位置，也就是说，处于与基材10的距离比所有顶部22a都大的位置。

如下述实施例中所获得的图11(b)、图15(b)所示，本实施方式的分析用衬底中，设置着金属膜20一侧的由原子力显微镜(AFM)所求出的表面高度分布(采样间隔：0.6nm)的移动平均曲线(n＝15)具有3个峰。

要想求出移动平均曲线，首先如图11(a)、图15(a)所示，以0.6nm为间隔在高度方向上进行分隔而求出频率的原始数据。接着，如图11(b)、图15(b)所示，制作对15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线。

对移动平均曲线中的峰的数量进行计数时，忽略移动平均曲线的凹凸中半高宽为2nm以下的峰。

在如图11(b)、图15(b)所示具有3个峰的情况下，与基材10的距离最大的峰(最高位置的峰)是本发明的第1高度峰即峰P1，与基材10的距离第二大的峰是本发明的第2高度峰即峰P2，与基材10的距离最小的峰(最低位置的峰)是本发明的槽峰即峰P3。

所谓众数高度T1、众数高度T2、众数高度T3，分别是在峰P1、峰P2、峰P3中取众数的高度。众数高度T1、众数高度T2、众数高度T3分别也可以存在于对峰数量进行计数时所忽略的半高宽为2nm以下的峰中。

高度水平L1是在众数高度T1、众数高度T2之间取表面高度分布中频率最低的值的高度。高度水平L2是在众数高度T2、众数高度T3之间取表面高度分布中频率最低的值的高度。高度水平L1及高度水平L2分别也可以存在于对峰数量进行计数时所忽略的半高宽为2nm以下的峰与峰之间。

高度水平L1成为峰P1与峰P2的边界，高度水平L2成为峰P2与峰P3的边界。

另外，正好是高度水平L1的高度包含在峰P1中，正好是高度水平L2的高度包含在峰P2中。

众数高度T1优选10～100nm，更优选10～50nm。众数高度T2优选5～42nm，更优选5～30nm。众数高度T3优选2～12nm，更优选2～10nm。

此外，高度水平L1优选7～40nm，更优选10～25nm。高度水平L2优选3～25nm，更优选3～15nm。

其中，要同时满足T1＞L1＞T2＞L2＞T3。

此外，众数高度T1与众数高度T2的差优选5～60nm，更优选7～25nm。众数高度T2与众数高度T3的差优选5～40nm，更优选5～15nm。众数高度T1与众数高度T3的差优选10～100nm，更优选10～98nm，进一步优选10～30nm。

在本发明中，将顶部为第1高度峰的高度的凸部称为第1凸部，因此相当于第1凸部的凸部21的顶部21a的高度具有峰P1所表示的高度分布，所述峰P1处于高度水平L1以上的较高的位置。

此外，在本发明中，将顶部为第2高度峰的高度的凸部称为第2凸部，因此相当于第2凸部的凸部22的顶部22a的高度处于高度水平L2以上的较高的位置，且存在于比高度水平L1小的峰P2所表示的高度分布的范围内。

此外，在本发明中，将具有槽峰的高度的区域称为槽区域，因此槽区域H3存在于比高度水平L2以下小的P3所表示的高度分布的范围内。

另外，由于高度方向的分辨力小到1nm以下，因此AFM的测定值不仅会反映出金属膜20的厚度，也会反映出基材10原本所具有的翘曲、变形、略微的凹凸等。也就是说，利用AFM所得到的高度分布也包含不同于理想平面的第一面10a的变动要素。

在利用AFM所得到的高度分布中，槽区域H3的高度分布是虽反映出实际高度分布但与实际高度分布不一致的表观上的高度分布。

因此，众数高度T3也并非槽区域H3实际的众数高度(深度)，而是利用AFM测定在表观上得到的数值。

与实际高度分布不一致的主要原因是，基于AFM探针进行测定时存在极限。

也就是说，槽区域H3的底部附近的宽度有时非常窄例如为个位数前半部分数字的nm等。因此，当使AFM探针的前端从上方降下时，探针会在逐渐变窄的槽构造的中途，在探针头端的宽度与槽的宽度相同的高度上卡住，无法继续朝下方下降，从而无法到达槽区域H3的最低点。

在这种情况下，利用AFM所检测出的高度处于比实际高度高的位置。

作为用来准确地得到槽区域H3的高度(深度)的方法，也考虑利用透射电子显微镜(TEM)进行测定。然而，利用TEM进行测定要在试样调整等方面耗费时间及成本，因此，在实际运用上难以利用TEM每次对能够进行统计性处理的测定点数进行测定。

此外，也存在氦离子显微镜等能够得到1nm以下的解析度的观察设备，但该装置尚未普及。

因此，在本发明中，决定以利用AFM的方法为基准来作为高度分布等的测长方法。

AFM探针的前端的宽度会影响AFM探针所能到达的最低(深)的槽区域H3的高度(深度)。在本发明中，决定使用前端直径小于2～5nm且从前端到200nm远的前端角度小于20°的规格的AFM探针(例如Nano World AG公司制造之Super Sharp Silicon Force ModulationMode SSS-FMR-10等)。

此外，使AFM的观察范围设为□500nm，扫描速率设为0.3～1.0Hz，采样速率设为256×256～512×512pixels。

如上所述，针对3处□500nm的观察范围求出表面高度分布，将该3处分布的平均作为本发明中的“设置着金属膜一侧的表面高度分布”。

峰P1的众数高度T1(第1高度峰的众数高度)与峰P2的众数高度T2(第2高度峰的众数高度)的差优选5～60nm，更优选7～25nm。

众数高度T1与众数高度T2的差反映出凸部21与凸部22的高度差的众数。当众数高度T1与众数高度T2的差处于所述范围内时，容易形成槽构造H3，在此方面优选。

峰P2的众数高度T2(第2高度峰的众数高度)与峰P3的众数高度T3(槽峰的众数高度)的差优选5～40nm，更优选5～15nm。

众数高度T2与众数高度T3的差是凸部22与利用AFM测定所得到的表观上的槽区域的高度的差，一定程度上反映出凸部22中的金属膜20的厚度。当众数高度T2与众数高度T3的差处于所述范围内时，容易明确地形成槽区域H3，因此优选。

峰P1的众数高度T1(第1高度峰的众数高度)与峰P3的众数高度T3(槽峰的众数高度)的差优选10～98nm，更优选10～30nm。

众数高度T1与众数高度T3的差是凸部21与利用AFM测定所得到的表观上的槽区域的高度的差，一定程度上反映出凸部21中的金属膜20的厚度。当众数高度T1与众数高度T3的差处于所述范围内时，容易明确地形成槽区域H3，因此优选。

相当于第1凸部的凸部21中，除其周缘部的槽区域H3以外的部分，即凸部21中的比高度水平L2高的部分(以下称为“第1凸区域H1”)是岛状或山脉状区域。

此外，相当于第2凸部的凸部22中，除其周缘部的槽区域H3以外的部分，即凸部22中的比高度水平L2高的部分(以下称为“第2凸区域H2”)是岛状或山脉状区域。

第1凸区域H1的宽度的平均值(以下有时简称为“平均宽度”)为200nm以下。

第1凸区域H1为岛状时的平均宽度优选180nm以下，更优选5～130nm，进一步优选10～80nm。

第1凸区域H1为山脉状时的平均宽度优选150nm以下，更优选5～100nm，进一步优选10～60nm。

通过平均宽度为200nm以下或优选的上限值以下，槽区域H3存在的频率变高，从而容易获得充分的局域型表面等离激元效果。

关于第1凸区域H1是山脉状还是岛状，如图2所示，画出与作为判断对象的区域外接的最小面积的椭圆(以下称为“外接椭圆”)R，使用该外接椭圆R的长径Rmax、短径Rmin以及与长轴L正交的线横切该区域的长度W1(图2的A、B、C等)来定义。关于第1凸区域H1像在所获取的AFM图像内无法设定外接椭圆那么大的情况，将在下文进行叙述。

也就是说，在能够设定外接椭圆时，以下情况下为山脉状，除此之外的情况为岛状。

·4＜Rmax/Rmin的情况；

·3＜Rmax/Rmin≦4，且W1为Rmin的40％以下的部分占长轴L的范围内的60％以上的情况；

·2＜Rmax/Rmin≦3，且W1为Rmin的30％以下的部分占长轴L的范围内的60％以上的情况；

·1＜Rmax/Rmin≦2，且W1为Rmin的20％以下的部分占长轴L的范围内的60％以上的情况。

在第1凸区域H1像在所获取的AFM图像内无法设定外接椭圆那么大的情况下，画出与作为判断对象的区域内切的最大面积的椭圆(以下称为“内切椭圆”)，将与长轴正交的线横切该区域的长度W2为内切椭圆的短径的20％以下的部分占长轴的范围内的60％以上的情况设为“山脉状”，将除此之外的情况设为岛状。

无论第1凸区域H1是岛状还是山脉状，为了求出平均宽度而选为测量对象的是，与在所获取的AFM图像中画出的2条对角线中的任一对角线相交的第1凸区域H1。从中，将距与所述对角线相交的部位依次由近到远的5点为止的第1凸区域H1作为对象。当所要测量的第1凸区域H1的数量在一个AFM图像中达不到5点时，也对在同一样品表面的其它部位所获取的AFM图像进行同样的操作，增加AFM图像直到合计点数成为5点为止。接着，对所选择的5个第1凸区域H1的宽度进行平均，作为本发明中的第1凸部的除槽区域以外的部分的宽度的平均值(平均宽度)。

至于岛状的第1凸区域H1的宽度，作为W1或W2的极大值及极小值的平均值而求出。在有多个极大值及极小值的情况下，对这些所有的极大值及极小值进行平均。

例如，在图2所示的岛状第1凸区域H1的情况下，求出作为W1的极大值的A与C及作为W1的极小值的B的平均值即(A+B+C)/3作为该第1凸区域H1的宽度。

山脉状的第1凸区域H1的宽度使用与中心曲线正交的线横切该区域的长度W3来定义。

此处，所谓中心曲线是画在第1凸区域H1内部的曲线，且是由任意点所构成的曲线，所述任意点具有如下特征：针对该曲线上的任意点处的曲线的切线，对它到通过该任意点且与该切线正交的直线的延长与第1凸区域H1的轮廓线相交的2点的距离进行测长，这两个距离分别相等。

关于山脉状的第1凸区域H1的宽度，首先，在该第1凸区域H1中找到W3最大的部分，以此为起点，沿着其两侧的中心曲线，每隔20nm对W3进行测长，也包括作为起点的最大的W3在内进行平均，将所求出的值作为该第1凸区域H1的宽度。当该第1凸区域H1的延伸距离较长时，也包括作为起点的最大的W3在内，对距所述最大的W3依次由近到远的25个为止的W3进行测长。

但是，在作为起点的最大的W3超过沿着其两侧的中心曲线分开20nm的位置的宽度的1.5倍的情况下，作为该起点的部分视作从主干部分分支出的分支部分，重新设定W3第二大的部分作为起点。

关于分支部分，将分支部分的中心曲线与主干部分的中心曲线交叉的点作为分支点。此外，分支部分的W3的测长部位设为距作为起点的最大的W3的位置的距离(从作为起点的最大的W3的位置到分支点的沿着主干部分的中心曲线的距离与从分支点朝向分支的前端方向沿着分支部分的中心曲线的距离的合计)为20nm的整数倍的部位。

在有分支部分的情况下，也包括作为起点的最大的W3在内，对距所述最大的W3依次由近到远的最大25个为止的W3进行测长的阶段中，对这些W3进行平均，将所得的值作为该第1凸区域H1的宽度。

第1凸区域H1的平均宽度可以基于SEM(scanning electron microscope，扫描式电子显微镜)图像代替AFM图像，近似地求出。例如，获取10万倍的SEM图像(910nm×1210nm)，在所获取的SEM图像中画出2条对角线，将在任一对角线相交的第1凸区域H1中任意选择的5点作为测量对象，以与基于AFM图像的情况同样的方式能够求出该第1凸区域H1的平均宽度。

区分山脉状还是岛状的方法、各情况下的平均宽度的求法与基于AFM图像的情况相同。

但是，根据SEM图像无法检测出由高度水平L2的位置界定的第1凸区域H1的轮廓线的位置。因此，在基于SEM图像的情况下，为方便起见，将在该第1凸区域H1的周围所观察到的槽区域H3的中心近似地视为第1凸区域H1的轮廓线。

槽区域H3的宽度非常窄，因此以此方式近似地求出的基于SEM图像的平均宽度与基于AFM图像的平均宽度大致相等。

槽区域H3优选包含宽度为25～0.1nm的部分，更优选包含宽度为15～0.1nm的部分，进一步优选包含宽度为7～0.1nm以下的部分。

槽区域H3的宽度越窄，越容易获得充分的局域型表面等离激元效果。

另外，为了准确地求出槽区域H3的宽度，利用透射电子显微镜(TEM)进行测定。

槽区域H3也可以包含不存在金属膜20而露出了基材10的非成膜区域。

在包含非成膜区域的情况下，金属膜20隔着非成膜区域彼此对向。只要非成膜区域的宽度极小，例如为数纳米～数十纳米程度，便能够在隔着非成膜区域对向的金属膜20间，通过由局域型表面等离激元所实现的电场重合，产生增强电场。特别是在非成膜区域的宽度为个位数纳米的情况下，能够获得极高的电场增强效果。

非成膜区域的宽度优选0.1～15nm，更优选0.1～10nm，进一步优选0.1～2nm。如果处于所述范围内，那么由局域型表面等离激元共振所产生的电场增强效果更加优异。

当槽区域H3的宽度较窄时，金属膜20表面在25℃下的薄膜电阻呈降低的趋势。因此，金属膜20表面在25℃下的薄膜电阻较低为宜，优选3～200Ω/□，更优选10～150Ω/□。

(作用效果)

本实施方式的分析用衬底具有在金属膜20的多个凸部的周缘部及它们的间隙所形成的槽区域，因此在相邻的凸部间分别产生由入射光所实现的局域型表面等离激元共振，能够获得由电场重合所产生的非线性光学电场增强效果，通过将它用于光谱测定时使来自测定对象分子的信号增强，能够提高测定灵敏度。

(分析用衬底的制造方法)

作为图1的分析用衬底的制造方法，例如可以例举如图3所示依次进行以下(i)～(iv)的制造方法。

(i)第1成膜步骤

在基材10(图3(a))的第一面10a上积层金属，成膜平坦的金属膜25a的步骤(图3(b))。

(ii)第1加热步骤

将金属膜25a制成通过加热凝聚成的多个金属膜25b，从而获得分析用衬底前体的步骤(图3(c))。

(iii)第2成膜步骤

将金属膜26a以均等厚度积层在凝聚成的金属膜25b、及基材10的第一面10a因金属膜25a的凝聚而露出的部分之上的整体上的步骤(图3(d))。

(iv)第2加热步骤

将金属膜26a制成通过加热凝聚成的多个金属膜26b，从而获得分析用衬底的步骤(图3(e))。

如图3(e)所示，金属膜25b上积层着金属膜26b的部分成为凸部21，基材10上直接积层着金属膜26b的部分成为凸部22。

第1成膜步骤中在第一面10a上积层金属的方法并无特别限定，例如可以例举蒸镀法等干式法、电解镀覆及无电解镀覆等湿式法等。作为干式法，例如可以例举各种真空溅镀法、真空蒸镀法等物理蒸镀法(PVD)、各种化学蒸镀法(CVD)等。

其中，要想容易控制厚度，不易引起杂质附着，使金属膜对基材的附着强度较高，优选真空溅镀法、真空蒸镀法等物理蒸镀法(PVD)。也就是说，金属膜25a优选利用溅镀法成膜的膜。

在第1成膜步骤中成膜的金属膜25a的厚度优选2～60nm，更优选3～30nm，进一步优选4～15nm。

如果金属膜25a的厚度为优选的下限值以上，那么第1段的退火步骤中所形成的岛状构造或网状构造的间隔不会过于扩大，因此优选。

如果金属膜25a的厚度为优选的上限值以下，那么第1段的退火步骤中金属膜25a在因去湿而分断之后凝聚，从而形成岛状构造或网状构造，因此优选。

在第1加热步骤中，通过加热使金属膜25a凝聚，从而获得分析用衬底前体。

包含金、银、铝、铜、铂等的金属一般来说具有熔融状态下的表面自由凝聚能高低的特征。因此，通过利用加热使它们的薄膜达到熔点以上，容易发生由去湿现象所引起的液膜分断、及接在该液膜分断之后由表面自由能所引起的比表面积的最小化(凝聚)。

去湿现象在熔融状态下的金属的表面自由能与作为基材的物质的表面自由能的差较大的情况下容易产生。在本发明的情况下，基材10的表面自由能与熔融金属的表面自由能相比足够低，因此只要加热温度达到金属的熔点以上就会引起去湿现象。

在本发明的情况下，金属的熔点因熔点下降现象而比块状金属低。也就是说，金属粒子具有其粒径变得越小那么熔点变得越低的性质，金属薄膜具有其厚度变得越小那么熔点变得越低的性质。当金属粒子的粒径或金属薄膜的膜厚变为数十nm时，熔点下降现象变得显著。特别是在金属薄膜利用真空溅镀法或真空蒸镀法制成的情况下，所得的金属薄膜是金属原子或非常小的金属粒子的集合体，其密度比块状状态的金属低，因此熔点下降呈显著化。例如，块状金的熔点为1064℃，而利用真空溅镀法所得的膜厚为10nm以下的金的薄膜的熔点降低到150～200℃左右。

第1加热步骤的加热温度因金属种类不同而有所不同，在使用金作为金属膜25a的情况下，优选100～600℃，更优选200～400℃。此外，在使用银作为金属膜25a的情况下，优选80～600℃，更优选200～400℃。

第1加热步骤的加热时间因金属种类及加热温度不同而有所不同，例如在使用金作为金属膜25a，并以300℃进行加热的情况下，优选1～60分钟，更优选3～20分钟。在使用银作为金属膜25a，并以280℃进行加热的情况下，优选1～50分钟，更优选3～18分钟。

加热温度越高，此外，加热时间越长，那么去湿及凝聚的程度就越高，从而多个金属膜25b就容易变成独立的岛状凸部。另一方面，加热温度越低，加热时间越短，那么去湿及凝聚就越难以进行，从而多个金属膜25b就容易变成山脉状凸部。

通过凝聚，在金属膜25b与金属膜25b之间产生基材10的第一面10a露出的部分。

关于第1加热步骤的加热方法，烘箱(包括马弗炉、电炉、炉等)、加热板、红外线加热装置、燃气器等利用直接加热进行的加热等较为有效，但也可以是其它加热方法。

第1加热步骤在氩气、氮气等惰性气体环境中进行。其原因在于，特别是银等金属种类中，如果在大气中进行第1加热步骤，那么会因大气中的氧产生金属氧化，从而表面等离激元共振的效率会下降。

在第2成膜步骤中，将金属膜26a以均等厚度积层在凝聚成的金属膜25b、及基材10的第一面10a因金属膜25a的凝聚而露出的部分之上的整体上。

金属膜26a的材质也可以与金属膜25b不同。

在第2成膜步骤中，积层金属的方法并无特别限定，可以采用与第1成膜步骤同样的方法。此外，优选的积层方法也与第1成膜步骤相同。

在第2成膜步骤中成膜的金属膜26a的厚度优选2～60nm，更优选3～30nm，进一步优选4～15nm。

如果金属膜26a的厚度为优选的下限值以上，那么包含金属膜26b的凸部22会在第2加热步骤后以充分的高度形成，因此优选。

如果金属膜26a的厚度为优选的上限值以下，那么在第2加热步骤时金属膜25b容易因去湿而分断，从而形成槽构造H3，因此优选。

在第2加热步骤中，通过加热金属膜26a，进行由去湿引起的金属膜的分断及接在该金属膜的分断之后的由表面自由能所引起的凝聚，从而获得具有图3(e)所示的金属凹凸构造体的分析用衬底。第2加热步骤中的加热的条件设为金属膜26a通过加热能够进行所述形态变化的条件，优选如下程度的条件：不会使已凝聚的金属膜25b发生位置偏移，或者不会使凝聚进一步进行。

实际上，必须将金属膜26a加热到熔点以上，因此无法完全消除对已经形成的金属膜25b所造成的影响，但优选将金属膜25b的位置或形态的变化控制在最小限度。作为对此的具体对策，特别优选使加热温度低于第1加热步骤的加热温度。

第2加热步骤的加热温度因金属种类不同而有所不同，在使用金作为金属膜25、26a情况下，优选50～400℃，更优选90～250℃。此外，在使用银作为金属膜25a、26a的情况下，优选40～400℃，更优选70～250℃。

第2加热步骤的加热时间因金属种类及加热温度不同而有所不同，例如在使用金作为金属膜25a、26a，并以150℃进行加热的情况下，优选2～60分钟，更优选3～20分钟。在使用银作为金属膜25a、26a，并以140℃进行加热的情况下，优选2～60分钟，更优选3～18分钟。

关于第2加热步骤的加热方法，烘箱(包括马弗炉、电炉、炉等)、加热板、红外线加热装置、燃气器等利用直接加热进行的加热等较为有效，但也可以是其它加热方法。

第2加热步骤在氩气、氮气等惰性气体环境中进行。其原因在于，特别是银等金属种类中，如果在大气中进行第2加热步骤，那么会因大气中的氧产生金属氧化，从而表面等离激元共振的效率会下降。

(第1变化例)

在所述实施方式中，示出了设置着金属膜一侧的表面高度分布具有3个峰的示例，但峰的数量只要为3个以上即可。此外，要想能够稳定地进行制造，峰的数量优选5个以下，更优选3个或4个，特别优选3个。

作为使峰的数量成为4个以上的方法，例如可以例举在所述(i)第1成膜步骤、(ii)第1加热步骤、(iii)第2成膜步骤、(iv)第2加热步骤之后进一步设置(v)第3成膜步骤、(vi)第3加热步骤。(v)第3成膜步骤及(vi)第3加热步骤可以是与(iii)第2成膜步骤及(iv)第2加热步骤同等的步骤。

(第2变化例)

在所述实施方式及第1变化例中，也可以如图4所示，在金属膜20上进一步分散配置金属纳米粒子5。

作为分散配置金属纳米粒子的方法，可以适宜地使用喷涂法、旋转涂布法、浸渍涂布法、滴注法等，但并不限定于此，只要是实施本发明的主旨的方法即可。

如果在金属膜上进一步分散配置金属纳米粒子，那么在金属膜与金属纳米粒子之间、相邻的金属纳米粒子之间，分别也会产生由激发光所实现的局域型表面等离激元共振，能够获得由电场重合所产生的非线性光学电场增强效果，因此优选。

作为构成金属纳米粒子的金属，只要是能够产生由表面等离激元共振所实现的电场增强的金属即可，例如可以例举金、银、铝、铜、铂、2种以上这些金属的合金等。

金属纳米粒子的形状并无特别限定，例如可以例举球状、针状(棒状)、薄片状、多面体状、环状、中空状(中心部存在空洞或介电体)、树状结晶、其它不定形状等。

也可以多个金属纳米粒子的至少一部分凝聚而形成二次粒子。

金属纳米粒子的平均一次粒径优选1～100nm，更优选3～50nm，进一步优选5～30nm。如果金属纳米粒子的平均一次粒径处于所述范围内，那么金属中的自由电子与激发光容易发生共振，从而由局域型表面等离激元共振所产生的电场增强效果优异。

金属纳米粒子的平均一次粒径通过如下方法进行测定，即，利用扫描式电子显微镜(SEM)直接对金属纳米粒子的一次粒径进行测长，并获得其平均值。在此情况下，为了了解平均的状态，取得n＝20以上的平均值。

在所述方法中，为方便起见，也可以使用透射电子显微镜(TEM)或原子力显微镜(AFM)来代替SEM。在此情况下也获得同样的结果。

为方便起见，金属纳米粒子的平均一次粒径也可以通过利用动态光散射法的粒度分布计进行测定。在此情况下，当存在二次粒子(一次粒子凝聚成的集合体)时，粒度分布曲线中会产生多个峰，因此最小的粒径的峰成为目标粒径。该方法也获得与所述使用SEM的测定方法同样的结果。

使用SEM等显微镜式方法的测定方法可以在此后对作为产品的分析用衬底的表面进行分析的情况下使用，而利用动态光散射法的测定方法可以在制造分析用衬底时使用。

在金属膜上分离配置的相邻的2个金属纳米粒子间的最短距离优选0.1～20nm，更优选0.1～10nm，进一步优选2～0.1nm。如果所述最短距离处于所述范围内，那么会在各金属纳米粒子之间产生由局域型表面等离激元共振所实现的电场增强，从而能够对各金属纳米粒子之间所吸附的测定对象分子进行高灵敏度光谱分析。特别是在拉曼光谱分析法中，来自测定对象分子的信号(拉曼散射光)微弱，因此通过所述电场增强，即使是浓度稀薄的样品也能够进行分析。此外，即使金属纳米粒子相对于金属膜接地，在其接点附近也会产生金属膜与金属纳米粒子的微小间隙，因此在此处也会产生由局域型表面等离激元共振所实现的电场增强，从而能够进行高灵敏度光谱分析。

所述相邻的2个金属纳米粒子间的最短距离通过如下方法进行测定，即，使用扫描式电子显微镜(SEM)获取包含相邻的2个金属纳米粒子的分析用衬底表面的样品的显微镜图像，对图像中相邻的2个金属纳米粒子的间隙进行实测。该方法需要10万～20万倍的倍率，优选50万～100万倍程度的倍率。相邻的2个金属纳米粒子间的最短距离局部有所不同，并不均匀，因此进行n＝20以上的测定，获取距离的分布。

为了将金属纳米粒子分散配置在金属膜上，只要在进行所述(i)第1成膜步骤、(ii)第1加热步骤、(iii)第2成膜步骤、(iv)第2加热步骤之后，或者进一步进行(v)第3成膜步骤、(vi)第3加热步骤之后，在成为凹凸构造的金属膜上涂布分散着金属纳米粒子的金属纳米粒子分散液并加以干燥即可。

作为金属纳米粒子分散液的分散介质，只要能够使金属纳米粒子5分散即可，例如可以例举水、乙醇、其它有机溶剂等。

相对于金属纳米粒子分散液的总质量，金属纳米粒子分散液中的金属纳米粒子5的含量例如可以为0.01～10.0质量％，进而可以为0.1～1.0质量％。

金属纳米粒子分散液也可以视需要在不损害发明效果的范围内，进一步包含作为分散稳定剂的柠檬酸及各种无机盐等，也可以通过使用末端具有硫醇(-SH)基的有机化合物作为表面活性剂来使分散变得稳定。

作为金属纳米粒子分散液的涂布方法，并无特别限定，例如可以从喷雾法、滴注法、浸渍涂布法、旋转涂布法、喷墨印刷法等公知的涂布方法中适当进行选定。要想能够通过金属纳米粒子散布来高密度且均匀地配置分析用衬底表面中的金属纳米粒子，优选喷雾法或喷墨印刷法。

(第3变化例)

在所述实施方式及第1、第2变化例中，也可以使用第一面10a具有大致周期性凹凸构造的基材10A来代替基材10。图5是在第2变化例中使用基材10A来代替基材10的情况下的一例。在图5的情况下，在基材10A的第一面10a上形成金属膜20，进而在该金属膜20上分散配置着金属纳米粒子5。

在所述实施方式及第1变化例中使用基材10A来代替基材10的情况下，变成从图5中去除了金属纳米粒子5的形态。

当使用基材10A时，第一面10a的大致周期性凹凸构造反映在金属膜20的表面上。结果，金属膜20的表面成为在追随第一面10a的大致周期性凹凸构造的凹凸构造上重叠第1凸部、第2凸部等而成的凹凸构造。

此处所谓“追随”，表示金属膜20表面的大致周期性凹凸构造中的凸部或凹部的位置与基材10A的第一面10a的大致周期性凹凸构造中的凸部或凹部的位置大致一致。

另外，在基材10A的第一面10a具有大致周期性凹凸构造的情况下，“设置着金属膜一侧的表面高度分布”为排除了由所述大致周期性凹凸构造所导致的高度的变动的高度分布。

在金属膜20的表面成为重叠大致周期性凹凸构造而成的凹凸构造，且金属膜20为具有导电性的薄膜电阻较低的半连续膜的情况下，通过在具有大致周期性凹凸构造的基材10A的第一面10a上形成具有凸部21及凸部22的金属膜20，能够通过传播型表面等离激元共振与所述局域型表面等离激元一起产生电场增强。通过将由局域型表面等离激元所产生的电场与由传播型表面等离激元所产生的电场重合，能够获得更强力的电场增强效果。

要想使金属膜20成为具有导电性的薄膜电阻较低的半连续膜，优选第1凸部为山脉状凸部。

所谓金属表面的传播型表面等离激元，是由入射到金属表面的光(例如在拉曼光谱法中使用的激光等激发光)产生的自由电子的压缩波伴随着表面电磁场连续地产生并在表面传播的等离激元。在金属表面平坦的情况下，存在于金属表面的表面等离激元的分散曲线与光的分散直线不交叉，因此不会诱导传播型表面等离激元共振，但如果金属表面有大致周期性凹凸构造，那么因该大致周期性凹凸构造而衍射的光(衍射光)的分散直线会与表面等离激元的分散曲线交叉，从而诱导传播型表面等离激元共振。

要想在金属膜20上诱发传播型表面等离激元，金属膜20表面在25℃下的薄膜电阻较低为宜，优选3×10⁰～5×10⁴Ω/□，更优选3×10⁰～5×10³Ω/□，进一步优选3×10⁰～5×10²Ω/□，特别优选3×10⁰～3×10²Ω/□。金属膜20的薄膜电阻处于该范围内就表示，即使存在非成膜区域，金属膜20也是未被完全分割的半连续膜。此外，所谓金属膜20的薄膜电阻处于该范围内，指的是即使存在非成膜区域，其宽度也处于0.1～15nm的范围内，限定来说处于0.1～10nm的范围内，进一步限定来说处于0.1～5nm的范围内。

在金属膜20是非连续的膜(例如由呈岛状地分散配置的多个金属膜构成的膜)的情况下，表面的薄膜电阻不会变成5000Ω/□以下。即使存在非成膜区域，通过金属膜20整体上是半连续膜，也能够在金属膜20上诱发所述传播型表面等离激元，从而容易获得由表面电场重合所产生的非线性光学效果。

另外，金属膜20的薄膜电阻(Ω/□)是25℃下的值。具体来说，在25℃的条件下，在金属膜20的任意大小的正方形区域内，电流从一端流向所对向的一端时的电阻值(Ω)是薄膜电阻。

此处所谓“周期性凹凸构造”是多个凸部或凹部周期性地一维或二维地排列而成的构造。所谓一维地排列，表示多个凸部或凹部的排列方向为1个方向。所谓二维地排列，表示多个凸部或凹部排列方向为同一面内的至少2个方向。

此外，所谓“大致周期性凹凸构造”，表示周期性凹凸构造及周期性凹凸构造略有变形的构造。

作为多个凸部或凹部周期性地一维地排列而成的构造(一维晶格构造)，例如可以例举平行地配置多个槽(凹部)或凸条(凸部)而成的构造(线与间隙构造)。与槽或凸条的延伸方向正交的剖面的形状例如可以为三角形、矩形、梯形等多边形状、U字状、以它们为基础的派生形状等。

作为多个凸部或凹部周期性地二维地排列而成的构造(二维晶格构造)，可以例举排列方向为2个方向且其交叉角度为90°的正方晶格构造、排列方向为3个方向且其交叉角度为60°的三角晶格(也称为六方晶格)构造等。构成二维晶格构造的凸部的形状例如可以为圆柱形状、圆锥形状、圆锥台形状、正弦波形状、半球体形状、大致半球体形状、椭圆体形状、或者以它们为基础的派生形状等。构成二维晶格构造的凹部的形状例如可以为将上述所例举的凸部形状反转所得的形状。

如果排列方向较多，那么获得衍射光的条件较多，能够高效率诱导传播型表面等离激元共振，因此，作为周期性凹凸构造，优选正方晶格构造、三角晶格构造等二维晶格构造，更优选三角晶格构造。

如图6、图7所示，本变化例的基材10A的第一面10a上的周期性凹凸构造的一例是如下构造：多个圆锥台形状的凸部3c呈三角晶格状地排列，凸部3c与凸部3c之间为作为大致平坦的面的平坦面3b。

凸部3c的高度优选15～150nm，更优选30～80nm。如果凸部3c的高度为所述范围的下限值以上，那么反映出该凹凸构造的金属膜20的表面的周期性凹凸构造作为衍射晶格充分发挥功能，从而能够诱导传播型表面等离激元共振。如果凸部的高度为所述范围的上限值以下，那么传播型表面等离激元容易传播，因此较为适宜。

在凸部3c为其它形状的情况下，优选高度也大致相同。在基材10A的第一面10a为包含多个凹部的大致周期性凹凸构造的情况下，该凹部的优选深度与凸部3c的优选高度大致相同。准确来说，凸部3c的高度的最佳值由与表面等离激元所产生的电磁场相互作用的凸部3c的体积分率及介电常数决定。

利用AFM(原子力显微镜)等，对以与相邻的3个凸部距离相等的中心点为起点到3个凸部的圆锥台的顶面的平均值为止的垂直方向的距离进行测长而求出凸部3c的高度。测长使用相互分开100μm以上的5处的大致周期性凹凸构造表面。关于这5处测定区域，获取5μm×5μm的AFM图像，针对各AFM图像，对随机抽选的9处的所述3个中心深度进行测长。AFM探针有时会因扫描方向的不同而在图像中产生各向异性，因此如图6所示，沿3个方向即D_M1～D_M3制作轮廓图像，在各方向上的3处，合计9处的测长点进行测长。将在该9处的测长点获得的测定值的平均值作为1个测定区域的测定值，并同样地求出5个测定区域的测定值，进而求出该5个测定区域的测定值的平均，将其作为凸部3c的高度。

D_M1～D_M3分别是在第一面10a中与凸部3c的3个排列方向E_M1～E_M3的各方向大致正交的方向(实际的晶格排列或多或少存在变形，因此未必正交)。

其它形状的凸部的高度或凹部的深度也通过同样的测定方法进行测定。

利用AFM(原子力显微镜)等，对相邻的2个圆锥台突起的各中心点的水平方向的距离进行测长而求出凸部3c的间距。测长使用相互分开100μm以上的5处的大致周期性凹凸构造表面。关于这5处测定区域，获取5μm×5μm的AFM图像，针对各AFM图像，对随机抽选的9处的所述2点间距离进行测长。AFM探针有时会因扫描方向的不同而在图像中产生各向异性，因此如图6所示，沿3个方向即E_M1～E_M3制作轮廓图像，在各方向上的3处，合计9处的测长点进行测长。将在该9处的测长点获得的测定值的平均值作为1处测定区域的测定值，进而求出5处测定区域的测定值的平均，将其作为凸部3c的间距。

其它形状的凸部的间距或凹部的间距也通过同样的测定方法进行测定。

凸部3c的排列方向上的凸部3c的间距Λ是对应于入射光(激发光)的波长λ_i而设计的。将入射光的波数设为k_i(k_i＝2π/λ_i)，将k_i中的金属的相对介电常数的实数部设为ε₁，将包含测定对象分子的样本的相对介电常数的实数部设为ε₂时，表面等离激元的波数k_spp由下式1以简便方式获得。

k_spp＝k_i((ε₁×ε₂)/(ε₁+ε₂))^0.5(式1)

表面等离激元的波长λ_spp是k_spp的倒数，凸部3c是三角晶格排列，因此凸部3c的间距Λ通过下式2求出。

Λ＝(2/√3)×λ_spp(式2)。

式1及式2是通常的式子。

根据所述计算法，例如在入射光的波长λ_i＝785nm，形成在第一面10a上的金属膜20包含金(Au)，样本是包含测定对象分子的水溶液(ε₂≒1.33)时，

k_spp＝11.8μm^-1，Λ＝655nm。

同样地，例如在入射光的波长λ_i＝633nm，形成在第一面10a上的金属膜20包含金(Au)，样本为有机物干燥体(ε₂≒2.25)时，

k_spp＝16.6μm^-1，Λ＝438nm。

当使用激光作为入射光时，其波长分布极窄，因此实质上将凸部3c制作得尽可能与所述间距Λ接近即可。

此外，在2维晶格排列为正方晶格的情况下，或者在1维晶格排列(线与间隙)的情况下，使用下式3来代替式2即可。

Λ＝λ_spp(式3)

用作入射光的激光光源有对应于785、633、532、515、488、470nm等各种波长的激光光源。一般来说，作为构成金属膜20的金属种类，对于波长比大致500nm左右大的光源优选使用金(Au)，对波长比大致500nm左右小的光源优选使用银(Ag)。至于500nm左右的波长，可以使用金、银这两种。此外，金、银以外的金属种类也能够获得传播型表面等离激元，因此在使用金、银以外的金属种类的情况下，只要使用所使用的金属的相对介电常数适宜地利用式1～3进行计算即可。

大致周期性凹凸构造的间距优选160～1220nm，更优选200～800nm，进一步优选250～600nm。

在凸部3c为其它形状的情况下，优选间距也是同样的。在基材10A表面的周期性凹凸构造包含多个凹部的情况下，凹部的排列方向上的凹部的优选间距与凸部3c的优选间距相同。

要想使金属膜作为能够诱发传播型表面等离激元的半连续膜发挥功能，金属膜表面的薄膜电阻优选3×10⁰～5×10⁴Ω/□，更优选3×10⁰～5×10³Ω/□，进一步优选3×10⁰～5×10²Ω/□，特别优选3×10⁰～3×10²Ω/□。如果金属膜的表面的薄膜电阻处于该范围内，那么即使存在非成膜区域，金属膜也可以称为未完全分割的连续膜。

金属膜的表面的薄膜电阻(Ω/□)是25℃下的值。具体来说，在25℃的条件下，在金属膜的表面的任意大小的正方形区域内，电流从一端流向所对向的一端时的电阻值(Ω)是薄膜电阻。详细内容如下述实施例所示。

要想在基材的大致周期性凹凸构造上重叠所述金属膜且使金属膜成为薄膜电阻较低的半连续膜，只要使用第一面10a具有大致周期性凹凸构造的基材10A作为基材，并且与第一面10a平坦的情况同样地进行所述(i)第1成膜步骤、(ii)第1加热步骤、(iii)第2成膜步骤、(iv)第2加热步骤，或者进一步进行(v)第3成膜步骤、(vi)第3加热步骤即可。

此外，在将第3变化例进一步适用于第2变化例的情况下，只要对基材10A进行所述(i)第1成膜步骤、(ii)第1加热步骤、(iii)第2成膜步骤、(iv)第2加热步骤之后，或者进一步进行(v)第3成膜步骤、(vi)第3加热步骤之后，与第2变化例同样在成为凹凸构造的金属膜上涂布分散着金属纳米粒子的金属纳米粒子分散液并使加以干燥即可。

但是，无论在哪种情况下，均需要使第1凸部为山脉状，使金属膜20作为能够诱发传播型表面等离激元的半连续膜发挥功能。

为此，需要使第1加热步骤的加热温度不会变得过高，并且使第1加热步骤的加热时间不会变得过长。

实施例

以下，使用实施例对本发明进一步详细地进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

(表面高度分布)

以如下方式求出设置着金属膜一侧的表面高度分布。

首先，剥离分析用衬底的任意位置的金属膜，使基材面露出。接着，获得局部包含露出了基材的部分的□500nm的AFM图像。

作为AFM图像，使用Bruker AXS公司制造的MultiMode8-HR(探针：SCANASYST-AIR)，采用轻敲模式，将扫描速度设为1Hz进行测定。测定点数设为256×256点，高度的分隔设为512阶。

对X方向及Y方向这两个方向，进行利用二次多项式的修正，排除基材面的倾斜、弓状翘曲。具体来说，使用AFM数据的解析软件Nanoscope Analysis(Bruker AXS制造)的Plane Fit功能，进行修正的方向设为“XY”，修正所使用的多项式设为2nd。

改变□500nm的AFM图像的获取位置，获得n＝3的分布曲线，将其平均值作为数据。

(SEM照片)

使用日本电子股份有限公司制造的JSM-7800F，以倍率10万倍获取1.18μm×0.88μm的区域的扫描式电子显微镜(SEM)图像。另外，图8、9、11、113是所获取的图像的一部分。

(成膜步骤中成膜的金属膜的厚度)

关于在第1成膜步骤中成膜的金属膜的厚度，在第1成膜步骤后，用锐利的刀尖对在基材上成膜的金属膜划出非常细小的痕迹(划痕)，利用探针接触式轮廓仪(微细形状测定机ET4000A，小坂研究所)对包含该痕迹的区域进行测定，在500nm×500nm的范围内测定10处的痕迹的底面(基材露出的部位)与金属膜的表面的高低差，由其平均值而求出。

关于在第2成膜步骤中成膜的金属膜的厚度推定出，如果在与第1成膜步骤相同的条件下进行制膜，其与在第1成膜步骤后实测所得的金属膜的厚度相同。

(金属膜表面的薄膜电阻)

使用一般的导通试验所使用的电阻率计(Loresta AX MCP-T370)，在25℃下进行薄膜电阻测定。构成金属构造体的金属膜非常薄，因此电阻率计的探针使用薄膜测定用PSP选用探针(MCP-TP06P)针间1.5mm，通过n＝5以上的平均值而获取测定值(Ω/□)。

(使用4,4'-联吡啶水溶液的拉曼散射强度的测定)

向分析用衬底的表面(设置着金属膜的面)滴加浓度100μM的4,4'-联吡啶水溶液5μL，使用拉曼光谱光度计(Almega XR，Thermo Fisher Scientific公司)分别进行拉曼光谱的测定。将激发波长为780nm、输出为10mW的激光作为光源，以检测峰1607cm^-1的强度(Intensity)对各测定值进行比较。

关于拉曼条件，将激光输出设为100％，将孔设为直径100μm的针孔，将曝光次数设为64次。

(使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定)

向分析用衬底的表面(设置着金属膜的面)滴加浓度100μM的4,4'-联吡啶溶液5μL，使用拉曼光谱光度计(Almega XR，Thermo Fisher Scientific公司)分别进行拉曼光谱的测定。将激发波长为780nm、输出为10mW的激光作为光源，以检测峰1607cm^-1的强度(Intensity)对各测定值进行比较。

(比较例1)

按照图3的(a)～(c)的顺序，以表1中所记载的条件，获得相当于下述实施例1的分析用衬底的前体的比较例1的分析用衬底。

也就是说，使用溅镀装置(离子溅镀装置E-1030，日立高新技术公司)，在作为基材10的干净平坦的石英基材1的□300mm的范围内，以压力6～8Pa、电流值15mA、成膜速度11.6nm/min耗时30分钟成膜Au薄膜，形成厚度7nm的平坦的金属膜(第1成膜步骤)。其后，在大气压下、氩气环境中，以300℃进行14分钟的加热处理，从而获得比较例1的分析用衬底(第1加热步骤)。

将所获得的比较例1的分析用衬底的SEM图像的一部分示于图8。此外，将表面高度分布示于图9。在图9中，图9(a)是以0.6nm为间隔在高度方向上进行分隔而求出的频率的原始数据，图9(b)是对15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线。

将根据SEM图像(图8)近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从图9(b)中读取到的众数高度T1、T2、高度水平L1示于表2。另外，不存在众数高度T3。

此外，将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(实施例1)

按照图3的(a)～(c)的顺序，与比较例1同样地获得前体。接着，按照图3的(d)～(e)的顺序，获得实施例1的分析用衬底。

也就是说，针对前体，在与第1成膜步骤相同的条件下，在凝聚成的金属膜及通过凝聚露出基材的第一面10a的部分之上的整体上，以均等厚度成膜Au薄膜(第2成膜步骤)。其后，在大气压下、氩气环境中，以150℃进行5分钟的加热处理，从而获得实施例1的分析用衬底(第2加热步骤)。

将所获得的分析用衬底的SEM图像的一部分示于图10，将表面高度分布示于图11。在图11中，图11(a)是以0.6nm为间隔在高度方向上进行分隔而求出的频率的原始数据，图11(b)是对15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线。

将根据SEM图像(图10)近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从图11(b)中读取到的众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2示于表2。此外，将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(比较例2)

如表1所示变更第1加热步骤的时间，除此以外，与比较例1同样地获得相当于下述实施例2的分析用衬底的前体的比较例2的分析用衬底。

将所获得的比较例2的分析用衬底的SEM图像的一部分示于图12。此外，将表面高度分布示于图13。在图13中，图13(a)是以0.6nm为间隔在高度方向上进行分隔而求出的频率的原始数据，图13(b)是对15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线。

将根据SEM图像(图12)近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从图13(b)中读取到的众数高度T1、T2、高度水平L1示于表2。另外，不存在众数高度T3。

(实施例2)

与比较例2同样地获得前体，除此以外，与实施例1同样地获得实施例2的分析用衬底。

将所获得的分析用衬底的SEM图像示于图14，将表面高度分布示于图15。在图15的各图中，(a)是以0.6nm为间隔在高度方向上进行分隔而求出的频率的原始数据，(b)是对15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线。

此外，将根据图14的SEM图像近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从图15(b)中读取到的众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2示于表2。此外，将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(实施例3)

通过如下所述的LB(Langmuir-Blodgett，朗缪尔-布洛杰特)法将粒径630nm的胶体二氧化硅粒子单层涂布在石英基材上。首先，将作为疏水化剂的N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷添加到二氧化硅粒子浆料中，在反应温度40℃下进行疏水化。此后，使用乙醇：氯仿＝30：70的混合溶剂，对经疏水化的二氧化硅粒子进行油层萃取。接着，向21℃、pH7.2的下层水的水面滴加所述疏水化粒子浆料，在水面上形成粒子单层膜。进而，一边阻障压缩粒子单层膜，一边将预先浸渍在水中的干净平坦的石英基材以5mm/min缓慢上拉，从而使水面的粒子单层膜转移到石英基材上。此后，使用干式蚀刻装置(东京电子公司制造的ME510I)在1.2Pa、2000/1800W、CI2＝80sccm、100sec的条件下进行干式蚀刻。

结果，获得与图6、图7所示相同的石英基材2，该石英基材2具有多个圆锥台形状的凸部3c呈三角晶格状地排列而成的构造周期(间距)为630nm、构造高度(从3个粒子的中心点到构造顶部的垂直距离)为60nm的大致周期性凹凸构造。

使用石英基材2来代替石英基材1作为基材10，除此以外，与实施例1同样地获得实施例3的分析用衬底。

将所获得的分析用衬底的SEM图像示于图16。图17是在图16中添加辅助线F以便使反映出石英基材2的大致周期性凹凸构造的位置明确的图。

此外，将根据图16近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从对表面高度分布的15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线中读取到的众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2示于表2。此外，将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(实施例4)

通过反复进行3次在实施例2的分析用衬底的金属膜表面上喷雾涂布Au纳米粒子分散液(粒径20nm)并加以干燥的步骤，以46个/□1μm的散布密度分散配置Au纳米粒子，从而获得实施例4的分析用衬底。

如表2所示，第1凸区域的平均宽度、众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2与实施例2的分析用衬底相同。

将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(实施例5)

通过反复进行3次在实施例3的分析用衬底的金属膜表面上喷雾涂布Au纳米粒子分散液(粒径20nm)并加以干燥的步骤，以43个/□1μm的散布密度分散配置Au纳米粒子，从而获得实施例5的分析用衬底。

如表2所示，第1凸区域的平均宽度、众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2与实施例3的分析用衬底相同。

(实施例6)

不进行第2加热步骤，除此以外，与实施例1同样地获得实施例6的分析用衬底。

将根据所获得的分析用衬底的SEM图像近似地求出的第1凸区域的平均宽度以及能够从对表面高度分布的15个原始数据进行移动平均所得的移动平均曲线中读取到的众数高度T1、T2、T3、高度水平L1、L2示于表2。此外，将所获得的分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻及使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果示于表2。

(比较例3)

与实施例1的第1制膜步骤同样地，在作为基材10的平坦的石英基材1上成膜厚度7nm的平坦的金属膜(Au)，从而获得比较例1的分析用衬底。

(比较例4)

使用具有大致周期性凹凸构造的石英基材2来代替石英基材1作为基材10，除此以外，与比较例3同样地获得比较例2的分析用衬底。

(比较例5)

通过反复进行3次在比较例3的分析用衬底的金属膜表面上喷雾涂布Au纳米粒子分散液(粒径20nm)并加以干燥的步骤，以45个/□1μm的散布密度分散配置Au纳米粒子，从而获得比较例3的分析用衬底。

(比较例6)

将平坦的石英基材1以原本的状态作为比较例6的分析用衬底。

如表2所示，该分析用衬底的金属膜表面在25℃下的薄膜电阻无限大，且如表2所示，使用4,4'-联吡啶溶液的拉曼散射强度的测定结果为检测极限以下。

[表1]

[表2]

如图8、图12所示，在相当于实施例的前体的比较例1、比较例2中，观察到第1加热步骤中凝聚成的金属膜25b及基材10所露出的第一面10a。此外，第1加热步骤中进行14分钟加热所得的比较例1(实施例1的前体)中的金属膜25b为山脉状凸部，第1加热步骤中进行18分钟加热所得的比较例2(实施例2的前体)中的金属膜25b为岛状凸部。

此外，在实施例的前体的阶段，如图9、图13所示，表面高度分布中的峰为2个。较低的峰反映出基材面的高度，较高的峰反映出金属膜25b表面的高度。

此外，如图10、图14、图16所示，在实施例的分析用衬底中，观察到第1凸区域H1、第2凸区域H2及存在于这些区域之间的槽区域H3。

此外，第1加热步骤中进行14分钟加热所得的实施例1的分析用衬底中的第1凸区域H1为山脉状区域(图10)，第1加热步骤中进行18分钟加热所得的实施例2的分析用衬底中的第1凸区域H1为岛状区域(图14)。

此外，在使用具有大致周期性凹凸构造的石英基材2的实施例3中，如图17所示，反映出石英基材2的大致周期性凹凸构造。也就是说，辅助线F交叉的部分3cp的周边成为反映出凸部3c的高度较高的部分，由辅助线F包围的三角形的中心部分成为反映出凸部3c与凸部3c之间的平坦面3b的高度较低的部分。

如图11、图15及表2所示，对于实施例的分析用衬底，表面高度分布中的峰均为3个，均观察到峰P1中的众数高度T1、峰P2中的众数高度T2、峰P3中的众数高度T3及作为这些峰的边界的高度水平L1、高度水平L2。

峰P1反映出比图1中的第1凸区域H1的高度水平L1高的部分的高度，峰P2反映出比图1中的第1凸区域H1的高度水平L1低的部分及第2凸区域H2的高度，峰P3反映出图1中的槽区域H3的高度。

此外，如表2所示，在前体阶段(比较例1、比较例2)，无法检测出拉曼散射，或者即使能够检测出也仅能以较低强度检测出拉曼散射，但在满足本发明条件的实施例的分析用衬底中，能够充分检测出拉曼散射。

此外，通过在金属膜20上进一步分散配置金属纳米粒子或使用具有大致周期性凹凸构造的基材，能够获得更高强度。由分散配置金属纳米粒子或使用具有大致周期性凹凸构造的基材所产生的强度提高效果与金属膜平坦的情况(比较例4、比较例5)相比极大。

符号的说明

10:基材

21,22:凸部

21a,22a:顶部

P1,P2,P3:峰

L1,L2:高度水平

H1:第1凸区域

H2:第2凸区域

H3:槽区域。

Claims

1.一种分析用衬底，其特征在于，具备：基材，至少第一面包含介电体或半导体；及

金属膜，设置在所述基材的第一面上；

所述金属膜是连续或断续地形成着多个凸部的凹凸构造，

设置着所述金属膜一侧的表面高度分布具有3个以上峰，

2.根据权利要求1所述的分析用衬底，其中所述第1高度峰的众数高度与所述第2高度峰的众数高度的差为5～60nm。

3.根据权利要求1或2所述的分析用衬底，其中所述第2高度峰的众数高度与所述槽峰的众数高度的差为5～40nm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分析用衬底，其中所述第1高度峰的众数高度与所述槽峰的众数高度的差为10～100nm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分析用衬底，还具备分散配置在所述金属膜上的多个金属纳米粒子，且

所述金属纳米粒子的平均一次粒径为1～100nm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分析用衬底，其中所述基材的第一面具有大致周期性凹凸构造，

所述大致周期性凹凸构造的间距为160～1220nm，且所述金属膜在25℃下的表面的薄膜电阻为3×10⁰～5×10⁴Ω/□。