JP2010181352A - Raman spectroscopic device - Google Patents
Raman spectroscopic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010181352A JP2010181352A JP2009026845A JP2009026845A JP2010181352A JP 2010181352 A JP2010181352 A JP 2010181352A JP 2009026845 A JP2009026845 A JP 2009026845A JP 2009026845 A JP2009026845 A JP 2009026845A JP 2010181352 A JP2010181352 A JP 2010181352A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- analyte
- raman
- chamber
- metal film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、半導体や磁性媒体などクリーンルームで製造されるデバイスの製造環境から発生する1μm程度の微小な物質の解析に用いられるラマンスペクトルを取得する顕微ラマン分光器において、そのラマン信号強度を数桁大きくすることによって、より微小、微量な物質のラマンスペクトルの取得を実現するラマン分光装置に関する。 This invention is a microscopic Raman spectrometer that acquires a Raman spectrum used for analyzing a minute substance of about 1 μm generated from a manufacturing environment of a device manufactured in a clean room such as a semiconductor or a magnetic medium. The present invention relates to a Raman spectroscopic device that realizes acquisition of a Raman spectrum of a finer and trace amount of material by increasing the size.
ラマン散乱は、近赤外から紫外域の一定周波数((1)のレーザ光を物質に照射したときに発生する(1(Ωの散乱光(入射光の振動数に対して物質の固有振動数Ωだけ異なる振動数の散乱光)を検出するものである。ここでΩは分子や格子の固有振動数である。ラマン散乱の散乱断面積は10-35〜10-30cm2程度と非常に小さいため、ラマン散乱光はワット換算で1×10-14W〜1×10-9W程度と非常に微弱な光である。 Raman scattering occurs when a material is irradiated with laser light of a constant frequency (( 1 ) from the near infrared to the ultraviolet region ( 1 (Ω scattered light (the natural frequency of the material relative to the frequency of the incident light Scattered light having a different frequency by Ω), where Ω is the natural frequency of the molecule or lattice, and the scattering cross section of Raman scattering is about 10 −35 to 10 −30 cm 2. Since it is small, the Raman scattered light is very weak light of about 1 × 10 −14 W to 1 × 10 −9 W in terms of watts.
しかし、レーザ光源およびCCD(Charge Coupled Device)など半導体センサの改良により微弱な光(1秒間に数10個程度の光子)のスペクトルを短時間で検出できるようになったため、微小な物質の同定法として利用されるようになってきている。
同じように分子や格子の固有振動数を検出する赤外分光法と比較すると、赤外分光法は赤外線(波長は10μm程度)を試料に照射しその吸収または反射を検出する手法であるため、1μm以下の微小異物に効率的にビームを照射して信号を取り出すにはラマン分光よりも不利である。
However, the improvement of semiconductor sensors such as laser light source and CCD (Charge Coupled Device) makes it possible to detect the spectrum of faint light (several tens of photons per second) in a short time. It has come to be used as.
Similarly, compared with infrared spectroscopy that detects the natural frequency of molecules and lattices, infrared spectroscopy is a technique that irradiates a sample with infrared rays (wavelength is about 10 μm) and detects its absorption or reflection. It is more disadvantageous than Raman spectroscopy to extract a signal by efficiently irradiating a minute foreign object of 1 μm or less with a beam.
一方、ラマン分光法では可視光域(波長700nm〜400nm)の光を試料にフォーカスできるため、より小さな物質に対して空間的に分離してスペクトルを取得できる。
しかし、前述したように基本的には非常に微弱な光であることから、1μm以下の粒子の物質同定は困難と考えられている(なぜならば、散乱強度が物質の体積の減少にともなって減少していくためである)。
On the other hand, in Raman spectroscopy, light in the visible light region (wavelength 700 nm to 400 nm) can be focused on the sample, so that a spectrum can be acquired by spatially separating a smaller substance.
However, as described above, since it is basically very weak light, it is considered difficult to identify the substance of particles of 1 μm or less (because the scattering intensity decreases as the volume of the substance decreases). To do it).
微弱なラマン強度を増強する手法としてSERS(Surface Enhanced Raman Scattering)という現象の利用が考えられている。SERSという現象は、その発生機構についてはまだ解明されていないが、以下のような状況下で発現することが知られている。
Cu、Pt、Agなどの金属表面におもに有機分子が吸着した場合、ラマン散乱強度が自由分子の散乱断面積から予想されるよりも数桁高くなる。この現象を利用して微小な異物のラマン散乱強度を取得する場合、基板上に物質が付着している必要があるが、例えば適当な金属基板に付着していない微小異物の強度を増強したい場合などは、一度適当な金属基板上に異動しなければならないなど、対象となる微小な異物を汚染または破壊してしまう危険性がある。
The use of a phenomenon called SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) has been considered as a technique for enhancing weak Raman intensity. Although the phenomenon of SERS has not yet been elucidated about the generation mechanism, it is known that it appears in the following situations.
When organic molecules are mainly adsorbed on a metal surface such as Cu, Pt, or Ag, the Raman scattering intensity is several orders of magnitude higher than expected from the scattering cross section of free molecules. When acquiring the Raman scattering intensity of a minute foreign object using this phenomenon, it is necessary to have a substance attached on the substrate, but for example, if you want to increase the strength of a minute foreign object not attached to an appropriate metal substrate There is a risk of contaminating or destroying a minute foreign object, such as having to be moved once onto an appropriate metal substrate.
このため、対象となる異物を金属基板上に移動させるのではなく、例えば形状がナノオーダの針状の金属プローブを異物に押し当てた状態で、その金属と異物の界面にレーザ光を照射するなどの方法が考えられている(非特許文献1など)。
また、特許文献1には、プラズモンによるラマン散乱増強を利用したラマン分光分析を行なう分子センシング装置において、センサーの高感度化、安定化、および小型化を実現するためのラマン散乱増強用チップについて記載されている。
For this reason, instead of moving the target foreign matter onto the metal substrate, for example, a laser beam is applied to the interface between the metal and the foreign matter while a needle-shaped metal probe having a nano-order shape is pressed against the foreign matter. The method of this is considered (nonpatent literature 1 etc.).
Patent Document 1 describes a chip for enhancing Raman scattering for realizing high sensitivity, stabilization, and miniaturization of a sensor in a molecular sensing device that performs Raman spectroscopic analysis using Raman scattering enhancement by plasmons. Has been.
上述の金属針を微小異物に押し当てることによってSERSという現象を発現させることによってラマン散乱強度を増強する方法は、異物と金属針との機械的な接触をともなうため、同種の異物分子であったとしても接触面積や接触圧などを一定にすること、または一定である確認をとることが困難である。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、安定してラマン散乱強度を増強し、より微小、微量な物質のラマンスペクトルを取得できるラマン分光装置を提供することにある。
The above-described method for enhancing the Raman scattering intensity by causing the phenomenon of SERS by pressing the metal needle against the minute foreign material involves the mechanical contact between the foreign material and the metal needle, and is therefore the same kind of foreign material molecule. However, it is difficult to make the contact area and the contact pressure constant or to confirm that they are constant.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a Raman spectroscopic device that can stably enhance the Raman scattering intensity and acquire a Raman spectrum of a finer and trace amount of substance.
前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項1記載の発明であって、金属膜を透過して分析物にレーザ光を照射しSERS(Surface Enhanced Raman Scattering)現象で増強したラマン散乱光のスペクトルを観察する試料観察室と、分析物に前記金属膜を被覆する前処理室と、前記前処理室と前記試料観察室とを連結する連結部と、前記試料基板を前記前処理室から前記試料観察室に搬送する搬送手段と、を備えるラマン分光装置とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of claim 1, wherein the Raman is enhanced by a SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) phenomenon by irradiating the analyte with laser light through the metal film. A sample observation chamber for observing the spectrum of scattered light; a pretreatment chamber for coating the metal film on an analyte; a connecting portion for connecting the pretreatment chamber and the sample observation chamber; and the pretreatment of the sample substrate. A Raman spectroscopic device comprising a transporting means for transporting from the chamber to the sample observation chamber.
また、特許請求の範囲の請求項2記載の発明であって、請求項1記載の発明において、前記試料観察室が、レーザ光源と、増強されたラマン散乱光をスペクトルに分光する分光器と、前記金属膜を被覆した前記分析物のある試料基板を載せる第1試料台と、該第1試料台を支持する第1支持台と、前記レーザ光源から出射される前記レーザ光を前記金属膜で被覆された前記分析物の方向へ導き、前記分析物からのラマン散乱光を前記分光器の方向に導くビームスプレッターと、前記分析物に照射される前記レーザ光を前記金属膜で被覆された前記分析物に焦点を合わせ該分析物からの増強されたラマン散乱光を前記ビームスプレッターに導く対物レンズと、前記ビームスプレッターを通過する前記ラマン散乱光を絞るレンズと、該レンズで絞られたラマン散乱光を通過させて前記分光器に入射させるピンホールを有するスリットと、前記第1試料台と前記第1支持台を収納し前記対物レンズの端部が気密固着される第1チャンバーと、該第1チャンバー内の空気を排気する第1排気口と、を具備するとする。 Further, in the invention according to claim 2 of the claim, in the invention according to claim 1, the sample observation chamber includes a laser light source, a spectroscope for spectrally analyzing the enhanced Raman scattered light, A first sample stage on which a sample substrate having the analyte coated with the metal film is placed; a first support stage that supports the first sample stage; and the laser light emitted from the laser light source is formed by the metal film. A beam spreader for guiding the coated analyte in the direction of the analyte, and Raman scattering light from the analyte in the direction of the spectrometer, and the laser light applied to the analyte coated with the metal film. An objective lens that focuses the analyte and guides the enhanced Raman scattered light from the analyte to the beam spreader, a lens that throttles the Raman scattered light that passes through the beam spreader, A slit having a pinhole for allowing the Raman scattered light to pass through and entering the spectroscope, a first chamber in which the first sample stage and the first support stage are housed and the end of the objective lens is hermetically fixed And a first exhaust port for exhausting the air in the first chamber.
また、特許請求の範囲の請求項3記載の発明であって、請求項1または2記載の発明において、前記前処理室が、ターゲット電極と、該ターゲット電極と対向して配置され前記分析物のある前記試料基板を載せる第2試料台と、該第2試料台を支持する第2支持台と、前記ダーゲット電極と前記第2試料台との間に直流電圧を印加して前記第2試料台に載せた前記分析物がある前記試料基板にスパッタで前記金属膜を被覆する電源と、前記ターゲート電極と前記第2試料台と前記第2支持台を収納した第2チャンバーと、該第2チャンバー内の空気を排気する第2排気口と、を具備する構成とする。 Further, in the invention according to claim 3 of the claims, in the invention according to claim 1 or 2, the pretreatment chamber is disposed to face the target electrode and the target electrode. A second sample stage on which the sample substrate is placed; a second support stage that supports the second sample stage; and a DC voltage applied between the target electrode and the second sample stage to apply the second sample stage. A power source that coats the metal film by sputtering on the sample substrate on which the analyte is placed, a second chamber that houses the targate electrode, the second sample stage, and the second support stage, and the second chamber And a second exhaust port for exhausting the air inside.
また、特許請求の範囲の請求項4記載の発明であって、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発明において、前記連結部が、前記前処理室と前記試料観察室を分離する分離ゲート、または、該分離ゲートと前記搬送手段とを具備する構成とする。
また、特許請求の範囲の請求項5記載の発明であって、請求項1または4に記載の発明であって、前記搬送手段が、前記金属膜が被覆した前記分析物のある前記試料基板を前記前処理室の前記第2試料台から持ち上げ、前記試料観察室の前記第1試料台に移動し、前記試料基板を前記第1試料台に設置する機能を有する保持機構および移動機構を具備する構成とする。
Moreover, it is invention of Claim 4 of Claims, Comprising: In invention of any one of Claims 1-4, The said connection part isolate | separates the said pre-processing chamber and the said sample observation chamber. The separation gate or the separation gate and the transfer means are provided.
Moreover, it is invention of Claim 5 which is the invention of Claim 1, Comprising: It is invention of Claim 1 or 4, Comprising: The said conveyance means is the said sample substrate with the said analyte coat | covered with the said metal film. A holding mechanism and a moving mechanism having functions of lifting from the second sample stage in the pretreatment chamber and moving to the first sample stage in the sample observation chamber and placing the sample substrate on the first sample stage are provided. The configuration.
また、特許請求の範囲の請求項6記載の発明であって、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発明において、前記金属膜の厚さが、10nm〜200nmであるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項7記載の発明であって、請求項1〜3、5、6のいずれか一項に記載の発明において、前記金属膜の材質が、少なくともCu、Ag、Au、PdおよびRuのいずれかであるとよい。
Moreover, it is invention of Claim 6 of Claim, Comprising: In the invention as described in any one of Claims 1-4, it is good in the thickness of the said metal film being 10 nm-200 nm.
Further, in the invention according to
また、特許請求の範囲の請求項8記載の発明であって、請求項1または2に記載の発明において、前記分析物に分極を誘起するラマン散乱の励起光としての前記レーザ光を出射する前記レーザ光源が、近赤外から紫外までの連続光源またはパルス光源を用いるとよい。
また、特許請求の範囲の請求項9記載の発明であって、請求項8記載の発明において、前記分析物に分極を誘起するラマン散乱の励起光としての前記レーザ光を出射する前記レーザ光源が、2種以上の周波数からなる近赤外から紫外までの連続光源またはパルス光源を用いるとよい。
Further, in the invention according to claim 8, the laser beam is emitted as excitation light of Raman scattering that induces polarization in the analyte in the invention according to claim 1 or 2. The laser light source may be a continuous light source or a pulsed light source from near infrared to ultraviolet.
The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein the laser light source that emits the laser light as excitation light of Raman scattering that induces polarization in the analyte is provided. A continuous light source or a pulsed light source from near infrared to ultraviolet having two or more frequencies may be used.
また、特許請求の範囲の請求項10記載の発明であって、請求項9記載の発明において、前記の2種類の光源において,第1の光源は近赤外から紫外までの範囲にあるいずれかの一定周波数であり、第2の光源は第1の光の周波数を含み第1の周波数のまわりに広がる連続スペクトルをもつ光源であるとよい。 Further, in the invention according to claim 10 of the claims, in the invention according to claim 9, in the two kinds of light sources, the first light source is any one in the range from near infrared to ultraviolet. The second light source may be a light source having a continuous spectrum that includes the frequency of the first light and extends around the first frequency.
この発明によれば、分析物のある試料基板を金属膜で被覆し、レーザ光を照射することで、ラマン散乱光を安定して増強できて、より微小、微量な物質のラマンスペクトルを取得できるラマン分光装置を提供することができる。 According to the present invention, a sample substrate with an analyte is covered with a metal film and irradiated with laser light, so that the Raman scattered light can be stably enhanced and a Raman spectrum of a finer and trace amount of substance can be acquired. A Raman spectroscopic device can be provided.
実施の形態を以下の実施例で説明する。 Embodiments will be described in the following examples.
図1は、この発明の一実施例のラマン分光装置の要部構成図である。この発明のラマン分光装置100は、顕微ラマン分光分析を行なう試料観察室26と分析物22に金属膜23を被覆する前処理室27および試料観察室26と前処理室27を連結する連結部10から構成されている。図1では試料観察室26と前処理室27は点線で示し、それらの具体的な外枠は示していない。また、図1では、レーザ光源および分光器は省略されている。
FIG. 1 is a block diagram of the main part of a Raman spectroscopic device according to an embodiment of the present invention. The Raman spectroscopic device 100 according to the present invention includes a sample observation chamber 26 for performing micro-Raman spectroscopic analysis, a pretreatment chamber 27 for covering the
試料観察室26は、レーザ光源と、レーザ光源からレーザ光2を対象物質(金属膜23で被覆され分析物22)へ照射する光学系(対物レンズ4)と、金属膜23で被覆された分析物22からのラマン散乱光3を集光する光学系(レンズ5)、分析物22がある試料基板17を設置する観察ステージ24(第1試料台)、この観察ステージ24を支持する支持台18(第1支持台)、レンズ5を通過したラマン散乱光3を通すピンホール20を有するスルット25と、ラマン散乱光3をスペクトルに分離する分光器(検出器を含む)と、観察ステージ24と支持台18とを収納するチャンバー7(第1チャンバー)およびチャンバ7内の空気を排気する真空排気口8(第1排気口)から構成される。尚、真空排気口8は図示しない真空ポンプに接続する。また、試料基板17とは、分析物22を載せる基板または分析の対象となる試料をいう。また、図中の符号において、1は入射レーザ光とラマン散乱光が導かれる光路である。
The sample observation chamber 26 includes a laser light source, an optical system (objective lens 4) that irradiates the target substance (analyte 22 coated with the metal film 23) with the laser light 2 from the laser light source, and an analysis coated with the
前処理室27は、ターゲット電極12と、該ターゲット電極12と対向して配置され分析物22がある試料基板17を載せる成膜ステージ14(第2試料台)と、この成膜ステージ14を支持する支持台19(第2支持台)と、ダーゲット電極12と成膜ステージ14との間に直流電圧を印加して分析物22がある試料基板17にスパッタで金属膜23を被覆する電源21と、ターゲート電極12と成膜ステージ14と支持台19を収納したチャンバー9と、チャンバー9内の空気を排気する真空排気口13(第2排気口)とおよびチャンバー9内に不活性ガスを導入するガス導入口15から構成される。真空排気口13は図示しない真空ポンプに接続し、ガス導入口15は不活性ガス(または反応性ガス)を送る図示しないパイプに接続する。尚、ターゲット電極12とはターゲット材で形成された電極またはターゲット材とターゲット材を載せた電極を合わせたものをいう。また、チャンバー9内が真空状態であれば、必ずしも不活性ガスや反応性ガスをチャンバー9内に導入しなくてもよい。
The pretreatment chamber 27 supports the target electrode 12, the film formation stage 14 (second sample stage) on which the
図2は、分析物22に金属膜23を被覆する様子を示す図であり、同図(a)は金属膜22を被覆する前の図、同図(b)は金属膜22を被覆した後の図である。金属膜23はスパッタにより分析物22に被覆される。このとき、試料基板17にも金属膜23が被覆される。
連結部10は、試料観察室26と前処理室27を分離する図示しない分離ゲートのみ設置されている場合と、金属膜23で被覆された分析物22がある試料基板17を前処理室27から試料観察室26へ搬送する搬送手段を合わせて設置されている場合がある。
2A and 2B are diagrams showing a state in which the
The connection unit 10 includes a case where only a separation gate (not shown) that separates the sample observation chamber 26 and the pretreatment chamber 27 is installed, and a case where the
この分離ゲートの働きは、これを閉じることで、試料観察室26と前処理室27のそれぞれの雰囲気を独立に制御できるようにすることである。
図3は、連結部10に分離ゲートのみを設ける場合の搬送手段の構成図である。この搬送手段は、チャック(保持機構)とこのチャックが固定している伸縮棒(移動機構)で構成される。試料基板17を真空吸着などで脱着するチャックを、例えば、試料観察室26内のチャンバー7に設け、開いてる連結部10の分離ゲートを通してチャックが固定している伸縮棒を成膜ステージ14まで伸ばし、成膜ステージ14に載っている試料基板17をチャックで吸着して持ち上げる。つぎに、伸縮棒を縮めて試料基板17を観察ステージ24上に移動させ、チャックから試料基板17を離して観察ステージ24に載せる。
The function of this separation gate is to make it possible to independently control the atmosphere of each of the sample observation chamber 26 and the pretreatment chamber 27 by closing it.
FIG. 3 is a configuration diagram of the transport means when only the separation gate is provided in the connecting portion 10. This conveying means is composed of a chuck (holding mechanism) and an extendable rod (moving mechanism) fixed to the chuck. A chuck for detaching the
連結部10に分離ゲートと搬送手段を設ける場合について説明する。図示しないが搬送手段は試料基板17を搬送する搬送台(移動機構)と、成膜ステージ14から試料基板17を持ち上げ搬送台に移すチャック(保持機構)と、搬送台から観察ステージ24に試料基板17を移して設置するチャック(保持機構)とで構成される。搬送台とチャックの支持部は連結部10から試料観察室26と前処理室27に延びている。分離ゲートは試料基板17が搬送するときにのみ開けられ、それ以外は搬送台を挟み込むようにして閉まっており、試料観察室26と前処理室27のそれぞれの雰囲気は閉まった分離ゲートでそれぞれ独立に制御される。
A case where a separation gate and a conveying means are provided in the connecting portion 10 will be described. Although not shown, the transfer means includes a transfer stand (moving mechanism) for transferring the
ラマン分光装置100についてさらに詳細に説明する。平行なレーザ光2(ここでレーザ光の波長は1.5μm付近の近赤外光から0.35μm付近の紫外光の範囲)がビームスプリッター6で対物レンズ4に導かれる。レーザ光2は対物レンズ4で試料基板23にある分析物22に光路1を通って集光される。
集光されたレーザ光2によって発生させられたラマン散乱光3は、光路1を通って対物レンズ4によって平行光にされレンズ5に導かれる。レンズ5に導かれたラマン散乱光3はピンホール20を通過するように集光される。このピンホール20によって、分析物22以外からの妨害光(迷光)が除去される。
The Raman spectroscopic device 100 will be described in further detail. A parallel laser beam 2 (where the wavelength of the laser beam ranges from near infrared light near 1.5 μm to ultraviolet light near 0.35 μm) is guided to the objective lens 4 by the beam splitter 6. The laser beam 2 is condensed by the objective lens 4 onto the
The Raman scattered light 3 generated by the condensed laser light 2 is converted into parallel light by the objective lens 4 through the optical path 1 and guided to the lens 5. The Raman scattered light 3 guided to the lens 5 is condensed so as to pass through the pinhole 20. The pinhole 20 removes interference light (stray light) from other than the
ピンホール22を通過したラマン散乱光3は図示しない分光器とのFマッチング(焦点を合わせること)をとるようにレンズ系によって調整されたのち分光器で分光されラマンスペクトルとして取り出される。
この分光器では、回折格子に導かれ光の波長に応じて分散された光が半導体CCD上に結像されスペクトルとして取り出される。
The Raman scattered light 3 that has passed through the
In this spectrometer, the light guided to the diffraction grating and dispersed according to the wavelength of the light is imaged on the semiconductor CCD and taken out as a spectrum.
分析物22を金属膜23で被覆することで、ラマン散乱光3はSERS現象で増強されて分光器に入射する。
レーザ光2は、分析物22に分極を誘起するラマン散乱の励起光であり、このレーザ光源には、近赤外から紫外までの連続光源またはパルス光源を用いる。
また、これらの光源には、2種以上の周波数からなる近赤外から紫外までの連続光源またはパルス光源を用いるとよい。
By covering the
The laser light 2 is Raman scattering excitation light that induces polarization in the
Moreover, it is good to use the continuous light source or pulse light source from near infrared to ultraviolet which consists of 2 or more types of frequency as these light sources.
また、この2種類の光源のうち第1の光源は近赤外から紫外までの範囲にあるいずれかの一定周波数(例えば、5.8×1014Hz、 λ=514.5nm)であり、第2の光源は第1の光の周波数を含み第1の周波数のまわりに広がる(例えば、第1の周波数を(1とすると第2の光源の周波数は(2=(1±1×1014Hz 程度の広がり)連続スペクトルをもつ光源であるとよい。 Of these two types of light sources, the first light source has any constant frequency in the range from near infrared to ultraviolet (for example, 5.8 × 10 14 Hz, λ = 514.5 nm), The light source of 2 includes the frequency of the first light and spreads around the first frequency (for example, if the first frequency is ( 1 , the frequency of the second light source is ( 2 = ( 1 ± 1 × 10 14 Hz It is preferable that the light source has a continuous spectrum.
このように2種以上の周波数からなる光源を用いると単光源を用いる場合に比べて、以下のようなメリットがある。
ラマン散乱で、物質に第1のレーザ光(1(例えば、5。8×1014Hz、 λ=514。5nm)を照射し、物質を構成する結晶格子の振動または分子振動を励起するとき、物質からはラマン散乱光(1−Ω(ここで、Ωは格子振動または分子振動の周波数で1×1013Hz程度)が発生する。このとき、物質に周波数が(1−Ωの第2のレーザ光を照射すると、物質からは、(1+ΩのCARS(Coherent Anti−stokes Raman Scattering)と呼ばれるラマン散乱に比較して10倍から1000倍程度の強い散乱光が放出される。したがって、上述のように第1の周波数を(1として、周波数 (2=(1±1×1014Hz程度の広がりを持つ第2の光源をフィルターを用いて、(2の中の(1よりも短波長側の成分をカットし、(1よりも長波長側の連続光を物質に照射することによって、(1よりも短波長側に強度の強いラマン散乱(Anti−Stokes散乱)スペクトルを得ることが可能となる。応用物理 第75巻、第6号 pp682−688(2006)には、上記CARS現象を第1のレーザ光源(一定周波数)と第2のレーザ光源(連続光)を照射する方法の記載がある。
As described above, when a light source having two or more frequencies is used, there are the following merits as compared with the case of using a single light source.
When the material is irradiated with a first laser beam ( 1 (for example, 5.8 × 10 14 Hz, λ = 514.5 nm)) by Raman scattering to excite vibrations of crystal lattices or molecular vibrations constituting the material, Raman scattered light from the material (1 - [omega] (where, Omega about 1 × 10 13 Hz at a frequency of lattice vibrations or molecular vibration) occurs. in this case, the frequency to the substance (the 1 - [omega] second When irradiated with laser light, the substance emits intense scattered light of about 10 to 1000 times compared to Raman scattering called ( 1 + Ω CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering). a first frequency as (1 so, the second light source having a frequency (2 = (of the order of 1 ± 1 × 10 14 Hz spread through a filter, the shorter wavelength side than the (1 in (2 The ingredients of And, (by irradiating continuous light of wavelengths longer than 1 to the substance, it is possible to obtain a strong Raman scattering (Anti-Stokes scattering) spectrum intensity in the short wavelength side of (1. Applied Physics Volume 75, No. 6 pp 682-688 (2006) describes a method of irradiating the CARS phenomenon with a first laser light source (constant frequency) and a second laser light source (continuous light).
本発明においては、分析物22が置いてある試料基板17は、観察試料室26の観察ステージ24上に設置する前に、前処理室27の成膜ステージ14上で金属膜23がスパッタで成膜される。
図1では分析物22が試料基板17上に置かれてあるが、分析物22は必ずしも試料基板17上に置かれるような微小物質である必要はなく、試料基板17程度の大きさのものでもかまわない。この場合は分析物22を試料基板17上に置く必要はなく、試料基板17の代わりに分析物22を成膜ステージ14や観察ステージ24に設置すればよい。
In the present invention, before the
In FIG. 1, the
前処理室27のチャンバー9はスパッタリングが可能な成膜室になっている。図1では、成膜ステージ14が陽極、成膜材料で構成されたターゲット電極12(勿論、ターゲット材を設置したターゲット台であってもよい)が陰極になっている。成膜においてはガス導入口15からマスフローコントロールで流量制御された不活性ガスであるアルゴンガスがチャンバー9内に導入され、直流電界によってプラズマが発生される。尚、不活性ガスの代わりに反応性ガスも場合もある。 The chamber 9 of the pretreatment chamber 27 is a film forming chamber capable of sputtering. In FIG. 1, the film forming stage 14 is an anode, and a target electrode 12 composed of a film forming material (of course, a target table on which a target material is installed) is a cathode. In film formation, argon gas, which is an inert gas whose flow rate is controlled by mass flow control, is introduced from the gas inlet 15 into the chamber 9, and plasma is generated by a DC electric field. A reactive gas may be used instead of the inert gas.
ターゲット材であるターゲット電極12の材質としてはCu、Ag、Au、Pd、Ruなどの金属が挙げられる。成膜される金属膜23の膜厚は、10nm〜200nmの範囲であり、得られるSERSの強度が最大となるように調整される。膜厚が10nm未満では、ラマン散乱光3の増強が微弱になり、200nmを超えるとレーザ光2が金属膜23を透過する程度が少なくなりやはりラマン散乱光3の増強が弱まり分析が困難になる。
Examples of the material of the target electrode 12 that is a target material include metals such as Cu, Ag, Au, Pd, and Ru. The film thickness of the
このように、分析物22がある試料基板17を金属膜23で被覆し、レーザ光2を照射することで、ラマン散乱光3を安定して増強することができて、より微小、微量な分析物22のラマンスペクトルを取得できる。
Thus, by covering the
1 入射レーザ光とラマン散乱光が導かれる光路(試料観察室)
2 平行に入射するレーザ光(試料観察室)
4 端物レンズ(試料観察室)
5 レンズ(試料観察室)
6 ビームスプレッター(試料観察室)
7 チャンバー(試料観察室)
8 真空排気口(試料観察室)
9 チャンバー(前処理室)
10 連結部
12 ターゲット電極(前処理室)
13 真空排気口(前処理室)
14 成膜ステージ(前処理室)
15 ガス導入口(前処理室)
16 支持台(ターゲット電極用)
17 試料基板
18 支持台(観察ステージ用)
19 支持台(成膜ステージ用)
20 ピンホール
21 電源
22 分析物
23 金属膜
24 観察ステージ
25 スリット
26 試料観察室
27 前処理室
100 ラマン分光装置
1 Optical path for guiding incident laser light and Raman scattered light (sample observation room)
2 Parallel incident laser light (sample observation room)
4. End lens (sample observation room)
5 Lens (sample observation room)
6 Beam splitter (sample observation room)
7 Chamber (sample observation room)
8 Vacuum exhaust (sample observation room)
9 Chamber (Pretreatment room)
10 connecting part 12 target electrode (pretreatment chamber)
13 Vacuum exhaust port (pretreatment chamber)
14 Deposition stage (pretreatment chamber)
15 Gas inlet (Pretreatment room)
16 Support base (for target electrode)
17 Sample substrate 18 Support base (for observation stage)
19 Support stand (for film formation stage)
20 Pinhole 21
Claims (10)
In the above two types of light sources, the first light source has any constant frequency in the range from near infrared to ultraviolet, and the second light source includes the frequency of the first light and around the first frequency. The Raman spectroscopic apparatus according to claim 9, wherein the light source has a continuous spectrum extending in a wide range.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026845A JP2010181352A (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Raman spectroscopic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009026845A JP2010181352A (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Raman spectroscopic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010181352A true JP2010181352A (en) | 2010-08-19 |
Family
ID=42762996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009026845A Pending JP2010181352A (en) | 2009-02-09 | 2009-02-09 | Raman spectroscopic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010181352A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014525564A (en) * | 2011-08-18 | 2014-09-29 | ニューポート・コーポレイション | System and method for characterizing material shrinkage using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy |
JP2015017976A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-29 | エフ イー アイ カンパニFei Company | Charged particle microscope with raman spectroscopy capability |
CN108195820A (en) * | 2018-01-26 | 2018-06-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | High-temperature fusant solidifies real-time Raman analysis device without container |
KR101910184B1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-10-19 | 한국생산기술연구원 | A raman spectroscopy device combined with a evaporation chamber and a method for evaporation and raman spectroscopy using the same |
EP3401670A1 (en) | 2017-05-10 | 2018-11-14 | ETH Zurich | Method, uses of and device for surface enhanced raman spectroscopy |
CN109520993A (en) * | 2018-11-12 | 2019-03-26 | 华南理工大学 | Foodstuff surface residue micro-fluidic detection device and method based on Raman spectrum |
RU2763861C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Substrate for surface reinforced ranscattering spectroscopy |
-
2009
- 2009-02-09 JP JP2009026845A patent/JP2010181352A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014525564A (en) * | 2011-08-18 | 2014-09-29 | ニューポート・コーポレイション | System and method for characterizing material shrinkage using coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy |
JP2015017976A (en) * | 2013-07-08 | 2015-01-29 | エフ イー アイ カンパニFei Company | Charged particle microscope with raman spectroscopy capability |
EP3401670A1 (en) | 2017-05-10 | 2018-11-14 | ETH Zurich | Method, uses of and device for surface enhanced raman spectroscopy |
WO2018206389A1 (en) | 2017-05-10 | 2018-11-15 | Eth Zurich | Method, uses of and device for surface enhanced raman spectroscopy |
US11125694B2 (en) | 2017-05-10 | 2021-09-21 | Eth Zurich | Method, uses thereof and device for analyzing an analyte using surface enhanced Raman spectroscopy |
KR101910184B1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-10-19 | 한국생산기술연구원 | A raman spectroscopy device combined with a evaporation chamber and a method for evaporation and raman spectroscopy using the same |
CN108195820A (en) * | 2018-01-26 | 2018-06-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | High-temperature fusant solidifies real-time Raman analysis device without container |
CN109520993A (en) * | 2018-11-12 | 2019-03-26 | 华南理工大学 | Foodstuff surface residue micro-fluidic detection device and method based on Raman spectrum |
CN109520993B (en) * | 2018-11-12 | 2020-06-19 | 华南理工大学 | Micro-fluidic detection device and method for food surface residues based on Raman spectrum |
RU2763861C1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-01-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Substrate for surface reinforced ranscattering spectroscopy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010181352A (en) | Raman spectroscopic device | |
Panneerselvam et al. | Surface-enhanced Raman spectroscopy: bottlenecks and future directions | |
US8159664B2 (en) | Apparatus for depth-selective Raman spectroscopy | |
US8358407B2 (en) | Enhancing signals in Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) | |
JP3741602B2 (en) | Micro Raman spectroscopy system | |
CN110753838B (en) | Method, use and apparatus for surface enhanced Raman spectroscopy | |
JP6916886B2 (en) | Activation of Wafer Particle Defects for Spectroscopic Composition Analysis | |
US8319963B2 (en) | Compact sensor system | |
JP6116529B2 (en) | Charged particle microscope with Raman spectroscopy | |
JP6018645B2 (en) | measuring device | |
Chang et al. | Bifunctional Nano Lycurgus Cup Array Plasmonic Sensor for Colorimetric Sensing and Surface‐Enhanced Raman Spectroscopy | |
WO2006076040A2 (en) | Systems and method for fabricating substrate surfaces for sers and apparatuses utilizing same | |
US5116121A (en) | Examination of physical properties of thin films | |
US9304086B2 (en) | Raman spectrometry method and Raman spectrometry apparatus | |
Kerman et al. | Raman fingerprinting of single dielectric nanoparticles in plasmonic nanopores | |
US20120200851A1 (en) | Raman spectroscopy light amplifying structure | |
Harvey et al. | An integrated AFM-Raman instrument for studying heterogeneous catalytic systems: a first showcase | |
Ferreira et al. | Tailored SERS substrates obtained with cathodic arc plasma ion implantation of gold nanoparticles into a polymer matrix | |
US20130196449A1 (en) | Electrically driven devices for surface enhanced raman spectroscopy | |
JP2007147607A (en) | Method of measuring stress or strain of sample | |
US20120281212A1 (en) | Self-collecting sers substrate | |
WO2013080505A1 (en) | Sensing device and sensing method using same | |
JP2009222483A (en) | Inspection chip producing method and specimen detecting method | |
Camelio et al. | Linear chains of Ag nanoparticles embedded in dielectric films for SERS applications in analytical chemistry | |
WO2012160774A1 (en) | Raman scattering measurement device, optical fibre for raman scattering measurement device and manufacturing method for same |