JP2014037975A - 表面増強ラマン散乱ユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】 表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる表面増強ラマン散乱ユニットを提供する。
【解決手段】 SERSユニット1においては、成形層5の微細構造部8上に導電体層6が形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部10が構成されている。特に、成形層5の厚さが、微細構造エリアA5の中央部分5aにおいて相対的に厚く、外縁部分5bにおいて相対的に薄い。このため、例えばナノインプリント法によって成形層5を形成すべく、モールドMを成形層5から離型するときに、外縁部分5bにおいて成形層5がモールドMの離型に倣いやすいうえに、中央部分5aにおいて形状が維持されやすい。したがって、中央部分5aの凸部81に損傷が生じることが抑制されるので、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる。
【選択図】図3
【解決手段】 SERSユニット1においては、成形層5の微細構造部8上に導電体層6が形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部10が構成されている。特に、成形層5の厚さが、微細構造エリアA5の中央部分5aにおいて相対的に厚く、外縁部分5bにおいて相対的に薄い。このため、例えばナノインプリント法によって成形層5を形成すべく、モールドMを成形層5から離型するときに、外縁部分5bにおいて成形層5がモールドMの離型に倣いやすいうえに、中央部分5aにおいて形状が維持されやすい。したがって、中央部分5aの凸部81に損傷が生じることが抑制されるので、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、表面増強ラマン散乱ユニットに関する。
従来の表面増強ラマン散乱ユニットとして、表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scattering)を生じさせる微小金属構造体を備えるものが知られている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。このような表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、ラマン分光分析の対象となる試料が微小金属構造体に接触させられ、その状態で当該試料に励起光が照射されると、表面増強ラマン散乱が生じ、例えば108倍程度にまで増強されたラマン散乱光が放出される。
上述した微小金属構造体の一例としては、例えば、シリコン基板上に順に積層されたフッ素含有シリカガラス膜及びシリカガラス膜をエッチングすることにより複数の微小突起部を形成した後に、スパッタ法により金属膜を成膜して製造されたもの(例えば特許文献2参照)が知られている。
"Q-SERSTM G1 Substrate"、[online]、株式会社オプトサイエンス、[平成24年7月19日検索]、インターネット<URL:http://www.optoscience.com/maker/nanova/pdf/Q-SERS_G1.pdf>
ところで、上述した特許文献2においては、微小金属構造体を製造する際に、その元となる微小突起部をエッチングによって形成しているが、例えばナノインプリント法を利用して微小突起部を形成してもよい。その場合には、例えば、ナノインプリントのためのレプリカモールドを微小突起部のための樹脂層から離型する際に、表面増強ラマン散乱に寄与する微小突起部に損傷を与えてしまい、結果として表面増強ラマン散乱の特性が不安定になるおそれがある。
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる表面増強ラマン散乱ユニットを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットは、主面を有する基板と、基板の主面に沿って延在するように主面上に形成された支持部、及び、支持部上に形成された微細構造部を有する成形層と、微細構造部上に形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部を構成する導電体層と、を備え、基板の主面に交差する方向についての成形層の厚さは、成形層における微細構造部が形成された微細構造エリアの中央部分よりも微細構造エリアの外縁部分において相対的に薄くなっている、ことを特徴とする。
この表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、成形層が微細構造部を有しており、その微細構造部上に導電体層が形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部が構成されている。特に、この表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、成形層の厚さが、微細構造部が形成された微細構造エリアの中央部分において相対的に厚く、外縁部分において相対的に薄く構成されている。このため、例えばナノインプリント法によって成形層を形成すべく、モールドを成形層から離型するときに、微細構造エリアの外縁部分において微細構造部がレプリカモールドの離型に倣いやすいうえに、微細構造エリアの中央部分において微細構造部の形状が維持されやすい。したがって、微細構造部に損傷が生じることが抑制されるので、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる。
本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、微細構造部は、支持部上に形成された複数の凸部を含み、凸部の形成密度は、微細構造エリアの外縁部分よりも微細構造エリアの中央部分において相対的に小さくなっているものとすることができる。この場合、例えばナノインプリント法によって、その厚さが微細構造エリアの中央部分よりも外縁部分において相対的に薄くなるように、容易且つ確実に成形層を形成することが可能となる。
なお、ここでの凸部の形成密度とは、例えば、基準となる所定の領域内に形成された凸部の体積の総和によって規定されるものである。したがって、ここでの形成密度は、所定の領域内に形成された凸部の体積の総和が大きいときに大きくなり、所定の領域内に形成された凸部の体積の総和が小さいときに小さくなる。例えば、形成密度の比較の対象となる凸部の形状が均一であれば、形成密度の大小は、所定の領域内に形成された凸部の個数の大小に対応する。
本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、基板の主面に交差する方向についての成形層の厚さは、支持部の厚さの勾配によって、微細構造エリアの中央部分よりも微細構造エリアの外縁部分において相対的に薄くなっているものとすることができる。この場合にも、その厚さが微細構造エリアの中央部分よりも外縁部分において相対的に薄くなるように、容易且つ確実に成形層を形成することが可能となる。
本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、微細構造部は、基板の主面の全体にわたって形成されているものとすることができる。この場合には、基板の主面の全体において表面増強ラマン散乱を生じさせることが可能となる。
本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットは、基板の主面に沿って少なくとも支持部を囲むように基板の主面上に形成された枠部をさらに備えることができる。この場合には、枠部によって微細構造部を保護して信頼性を向上させることができる。
本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットにおいては、基板の主面からの枠部の高さは、基板の主面からの微細構造部の高さよりも低いものとすることができる。この場合には、相対的に薄い(低い)枠部を、チップ化の際のカットラインを設定する領域として利用することができる。
本発明によれば、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる表面増強ラマン散乱ユニットを提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る表面増強ラマン散乱ユニットの平面図であり、図2は、図1のII−II線に沿っての断面図である。図1,2に示されるように、本実施形態に係るSERSユニット(表面増強ラマン散乱ユニット)1は、ハンドリング基板2と、ハンドリング基板2上に取り付けられたSERS素子(表面増強ラマン散乱素子)3とを備えている。ハンドリング基板2は、矩形板状のスライドガラス、樹脂基板、又はセラミック基板等である。SERS素子3は、ハンドリング基板2の長手方向における一方の端部に片寄った状態で、ハンドリング基板2の表面2aに配置されている。
SERS素子3は、ハンドリング基板2上に取り付けられた基板4と、基板4の表面(主面)4a上に形成された成形層5と、成形層5上に形成された導電体層6とを備えている。基板4は、シリコン又はガラス等によって矩形板状に形成されており、数百μm×数百μm〜数十mm×数十mm程度の外形、及び100μm〜2mm程度の厚さを有している。基板4の裏面4bは、ダイレクトボンディング、半田等の金属を用いた接合、共晶接合、レーザ光の照射等による溶融接合、陽極接合、又は、樹脂を用いた接合によって、ハンドリング基板2の表面2aに固定されている。
図3は、図2の領域ARの模式的な拡大断面図である。図3においては、導電体層6が省略されている。図3に示されるように、成形層5は、基板4の表面4a上に形成された支持部7と、支持部7上に形成された微細構造部8とを有している。支持部7は、基板4の表面4aの全体にわたって延在するように形成されている。支持部7の厚さT7は、支持部7の中央部分7aから外縁部分7bに向かうにつれて徐々に薄くなるような勾配を有している。換言すれば、支持部7の厚さT7は、中央部分7aよりも外縁部分7bにおいて相対的に薄くなっている。支持部7の厚さT7は、例えば、中央部分7aにおいて200nm程度であり、外縁部分7bにおいて100nm程度である。
微細構造部8は、基板4の表面4aの全体にわたって支持部7上に形成されている。微細構造部8は、支持部7と一体に形成されている。成形層5は、微細構造部8が形成された微細構造エリアA5を含む。ここでは、微細構造部8が基板4の表面4aの全体にわたって形成されているので、微細構造エリアA5も、基板4の表面4aの全体にわたって延在するエリアとなる。また、支持部7も基板4の表面4aの全体にわたって形成されているので、微細構造エリアA5の中央部分5a及び外縁部分5bは、それぞれ、支持部7の中央部分7a及び外縁部分7bと一致している。
微細構造部8は、支持部7上に形成された複数の凸部81を含む。凸部81は、支持部7から突設されており支持部7と一体に形成されている。凸部81は、支持部7上(すなわち基板4の表面4a上)に二次元アレイ状に配列されている。互いに隣り合う凸部81の間には支持部7の表面7sが露出している。凸部81は、例えば円柱状を呈している。なお、凸部81の配置は、マトリクス配置や三角配置、或いはハニカム配置等とすることができる。また、凸部81の形状は、円柱状に限らず、楕円柱状や四角柱状や他の多角形柱状といった任意の柱形状、或いは、任意の錐形状としてもよい。
凸部81の形成密度は、微細構造エリアA5の外縁部分5bよりも微細構造エリアA5の中央部分5aにおいて相対的に小さくなっている。つまり、微細構造部8は、微細構造エリアA5の中央部分5aを含む領域であって、凸部81の形成密度が相対的に小さい低密度領域8aと、微細構造エリアA5の外縁部分5bを含むように低密度領域8aを包囲する領域であって、凸部81の形成密度が相対的に大きい高密度領域8bとを有している。
ここで、凸部81の形成密度とは、例えば、基準となる所定の領域R内に形成された凸部81の体積の総和によって規定されるものである。したがって、ここでの形成密度は、所定の領域R内に形成された凸部81の体積の総和が大きいときに大きくなり、所定の領域R内に形成された凸部の体積の総和が小さいときに小さくなる。ここでは、形成密度の比較の対象となる凸部81の形状が均一であるので、形成密度の大小は、所定の領域R内に形成された凸部81の個数に対応している。
凸部81は、例えば、120nm程度の柱径で形成されている。低密度領域8aにおける凸部81のピッチは、例えば450nm程度である。一方、高密度領域8bにおける凸部81のピッチは、低密度領域8aのピッチよりも狭く、例えば250nm程度である。凸部81の高さH81は、高密度領域8a及び低密度領域8bにおいて略一定であり(形状が均一である)、例えば180nm程度である。つまり、微細構造部8の厚さT8は、微細構造エリアA5の全体にわたって略一定である。
微細構造部8の厚さT8が一定であり、支持部7の厚さT7が勾配を有していることから、成形層5の全体の厚さT5は、支持部7の厚さT7に応じた勾配を有している。より具体的には、成形層5の厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配によって、微細構造エリアA5の中央部分5aよりも微細構造エリアA5の外縁部分5bにおいて相対的に薄くなっている。換言すれば、成形層5の厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配に応じて、微細構造エリアA5の中央部分5aから外縁部分5bに向かうにつれて徐々に薄くなるような勾配を有している。
以上のような成形層5は、例えば、基板4の表面4a上に配置された樹脂(アクリル系、フッ素系、エポキシ系、シリコーン系、ウレタン系、PET、ポリカーボネート、無機有機ハイブリッド材料等)や低融点ガラスをナノインプリント法によって成形することによって、一体的に形成される。
導電体層6は、微細構造部8上に形成されている。導電体層6は、凸部81の表面に加えて、凸部81の間に露出した支持部7の表面7sにも達している。したがって、導電体層6は、成形層5の微細構造部8に対応するような微細構造を有している。導電体層6は、例えば数nm〜数μm程度の厚さを有している。
このような導電体層6は、例えば、上述したようにナノインプリント法によって成形された成形層5に金属(Au、Ag、Al、Cu又はPt等)等の導電体を蒸着することで形成される。SERS素子3においては、微細構造部8、及び、支持部7の表面7a上に形成された導電体層6によって、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部10が構成されている。
引き続いて、SERSユニット1の使用方法について説明する。まず、SERSユニット1を用意する。続いて、ピペット等を用いて、溶液の試料(或いは、水又はエタノール等の溶液に紛体の試料を分散させたもの(以下同様))を滴下し、光学機能部10上に試料を配置する。なお、試料は、支持部7の表面7s及び微細構造部8の凸部81の表面上に形成された導電体層6の上に配置される。なお、溶液の試料を滴下するに際し、予め、試料セルを形成するためにシリコーン等からなるスペーサをハンドリング基板2の上に配置してもよい。
続いて、必要に応じて、レンズ効果を低減させるために、光学機能部10上にカバーガラスを載置し(スペーサを用いる場合にはスペーサ上に載置することができる)、溶液の試料と密着させる。続いて、SERSユニット1をラマン分光分析装置にセットし、光学機能部10上に配置された試料に、カバーガラスを介して励起光を照射する。これにより、光学機能部10と試料との界面で表面増強ラマン散乱が生じ、試料由来のラマン散乱光が例えば108程度まで増強されて放出される。よって、ラマン分光分析装置では、高感度・高精度なラマン分光分析が可能となる。
なお、光学機能部10上への試料の配置の方法には、上述した方法の他に、次のような方法がある。例えば、ハンドリング基板2を把持して、溶液である試料に対してSERS素子3を浸漬させて引き上げ、ブローして試料を乾燥させてもよい。また、溶液である試料を光学機能部10上に微量滴下し、試料を自然乾燥させてもよい。さらに、紛体である試料をそのまま光学機能部10上に分散させてもよい。
引き続いて、図4を参照してSERSユニット1の製造方法の一例について説明する。この製造方法では、まず、図4の(a)に示されるように、モールドMを用意する。モールドMは、上述した成形層5の微細構造部8と逆のパターンを有している。より具体的には、モールドMは、相対的に大きい柱径の凸部M81を形成した中央部分の高密度領域M8aと、相対的に小さい柱径の凸部M82を形成した外縁部分の低密度領域M8bとを有している。
モールドMにおいては、互いに隣り合う凸部M81,M82によって規定される凹部M83が、成形層5における凸部81に対応する。成形層5の凸部81の柱径D81が一定であるので、モールドMにおける凹部M83の幅も一定である。したがって、相対的に大きな凸部M81が形成されたモールドMの高密度領域M8aにおいては、凹部M83同士の間隔が広くなり凹部M83の体積の総和が相対的に小さくなる。これに対して、相対的に小さい凸部M82が形成されたモールドMの低密度領域M8bにおいては、凹部M83同士の間隔が狭くなり凹部M83の体積の総和が相対的に大きくなる。
なお、モールドMは、ナノインプリント用のマスターモールドであってもよいし、そのマスターモールドを用いて形成されたレプリカモールドであってもよい。また、モールドMは、例えば、PET、ポリカーボネート、PMMA、ポリイミド、シリコーン等からなるフィルムモールドであってもよいし、フィルムモールドに限らず、石英モールドやニッケルモールド、シリコンモールド等であってもよい。
続いて、基板4を含むウエハ40を用意し、その表面40a上にナノインプリント樹脂50を配置する。ナノインプリント樹脂50としては、例えば、UV硬化性樹脂(アクリル系、フッ素系、エポキシ系、シリコーン系、ウレタン系、PET、ポリカーボネート、無機有機ハイブリッド材料等)や低融点ガラスを用いることができる。
続いて、図4の(b)に示されるように、ウエハ40上のナノインプリント樹脂50にモールドMを押し当てて加圧する。これにより、モールドMの各凹部M83にナノインプリント樹脂50が充填される(完全に充填されない場合もある)。このとき、モールドMの高密度領域M8aにおいては、凹部M83の体積の総和が相対的に小さいので、少ない樹脂量でその凹部M83を充填することができる。これに対して、モールドMの低密度領域M8bにおいては、凹部M83の体積の総和が相対的に大きいので、その凹部M83を充填するために必要な樹脂量が相対的に多くなる。
そのような状況の下で、モールドMのパターンをナノインプリント樹脂50に転写して成形層5を形成すると、上述したようにモールドMをナノインプリント樹脂50に押圧した際に、高密度領域M8aの凹部M83の充填には相対的に少ない樹脂量ですみ、低密度領域M8bの凹部M83の充填には相対的に多くの樹脂量を要することに起因して、それぞれの領域M8a,M8bに対応するように支持部7の形成に利用される樹脂量に勾配が生じ、結果として、支持部7の厚さに上述したような勾配が設けられる。その後、例えばUV照射等によってナノインプリント樹脂50を硬化し、図4の(c)に示されるように、モールドMを成形層5から離型する。
このように、微細構造部8に低密度領域8aと高密度領域8bとを設定すれば、高密度領域8bの凸部81を形成するために必要な樹脂量(モールドMの低密度領域M8aの凹部M83を充填するための樹脂量)が、低密度領域8aの凸部81を形成するために必要な樹脂量(モールドMの高密度領域M8bの凹部M83を充填するための樹脂量)よりも多いことに起因して、容易且つ確実に、厚さに勾配を有する成形層5(支持部7)を形成することが可能となる。
ここで、図4の(a)〜(c)に示されるナノインプリント工程は、ウエハサイズのモールドMを用いることにより、複数の成形層5をウエハレベルで一括して形成するように実施してもよいし、ウエハよりも小さいサイズのモールドMを繰り返し用いることにより、複数の成形層5を順々に形成してもよい(ステップ&リピート)。
その後、金属(Au、Ag、Al、Cu又はPt等)等の導電体を成形層5(微細構造部8)上に蒸着して導電体層6を形成し、光学機能部10を構成する。これにより、SERS素子3が構成される。そして、SERS素子3ごとにウエハ40をダイシングし、切り出されたSERS素子3をハンドリング基板2に固定してSERSユニット1を得る。
以上説明したように、本実施形態に係るSERSユニット1においては、成形層5が微細構造部8を有しており、その微細構造部8上に導電体層6が形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部10が構成されている。特に、このSERSユニット1においては、成形層5の厚さが、微細構造部8が形成された微細構造エリアA5の中央部分5aにおいて相対的に厚く、外縁部分5bにおいて相対的に薄く構成されている。
このため、例えばナノインプリント法によって成形層5を形成すべく、モールドMを成形層5から離型するときに、微細構造エリアA5の外縁部分5bにおいて微細構造部8がレプリカモールドの離型に倣いやすいうえに、微細構造エリアA5の中央部分5aにおいて微細構造部8の形状が維持されやすい。したがって、微細構造部8(凸部81)に損傷が生じることが抑制されるので、表面増強ラマン散乱の特性を安定させることができる。
また、本実施形態に係るSERSユニット1においては、成形層5の厚さT5が、微細構造エリアA5の外縁部分5b(ここでは成形層5の外縁部分)において相対的に薄くなっているので、その外縁部分5bを、チップ化の際のカットラインを設定する領域として利用することができるうえに、チップ化のためのダイシングの際に剥がれにくくなる。
また、本実施形態に係るSERSユニット1においては、微細構造部8が複数の凸部81を含み、凸部81の形成密度が、微細構造エリアA5の外縁部分5bよりも中央部分5aにおいて相対的に小さくなっている。このような成形層5は、例えば上述したようなモールドMを用いたナノインプリント法によって、その厚さT5が微細構造エリアA5の中央部分5aよりも外縁部分5bにおいて相対的に薄くなるように、容易且つ確実に形成することが可能である。これは、支持部7の厚さT7に上述したような勾配を設ける場合も同様である。
さらに、本実施形態に係るSERSユニット1においては、成形層5が、基板4の表面4aに沿って延在する支持部7を有しており、微細構造部8(凸部81)がその支持部7と一体に構成されている。このため、微細構造部8の剥離(凸部81の倒れや抜け)が抑制されるので、信頼性が向上する。
以上の実施形態は、本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットの一実施形態を説明したものである。したがって、本発明は、上述したSERSユニット1に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲においてSERSユニット1を任意に変更したものとすることができる。
例えば、SERSユニット1は、上述した成形層5に代えて、図5に示されるような成形層5Aを備えることができる。成形層5Aにおいては、支持部7及び微細構造部8は、基板4の表面4aの中央部分に形成されている。したがって、成形層5Aの微細構造エリアA5は、基板4の表面4aの全体ではなく中央部分のみとなる。
この場合にも、微細構造部8の厚さT8が一定であり、支持部7の厚さT7が勾配を有していることから、成形層5Aの全体の厚さT5は、支持部7の厚さT7に応じた勾配を有している。より具体的には、成形層5Aの厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配によって、微細構造エリアA5の中央部分5aよりも微細構造エリアA5の外縁部分5bにおいて相対的に薄くなっている。換言すれば、成形層5Aの厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配に応じて、微細構造エリアA5の中央部分5aから外縁部分5bに向かうにつれて徐々に薄くなるような勾配を有している。
さらに、成形層5Aは、基板4の表面4a上に形成された枠部9を有している。枠部9は、支持部7から連続しており支持部7と一体に形成されている。枠部9は、基板4の表面4aの外周部分に配置されており、基板4の表面4aに沿って微細構造部8の支持部7側の一部及び支持部7を囲うように環状に形成されている。基板4の表面4aからの枠部9の高さH9は、基板4の表面4aからの微細構造部8の高さ(支持部7の厚さT7と微細構造部8の厚さT8とを合わせたもの)よりも低い。
このように、基板4の外周部分に枠部9を設ければ、微細構造部8が保護されるので、信頼性が向上する。また、枠部9を、実装用のアライメントマークを設置するためのスペースとして使用したり、チップを識別するためのマーキングを施すためのスペースとして使用したり、チップ化の際のカットラインを設定する領域として利用したりすることができる。また、SERS素子3にチッピングが生じても枠部9で留まり、微細構造部8を含む有効エリアの損傷を回避することができる。
なお、成形層5Aにおいては、凸部81の形成密度が微細構造エリアA5内において一定であるが、枠部9を相対的に大きな単一の凸部とみなすことができるので、その枠部9が高密度領域8bとして機能する(すなわち、微細構造エリアA5全体が低密度領域5aとして機能する)。このため、成形層5を形成した場合と同様に、成形層5AのためのモールドMを用意してナノインプリント樹脂50に押し当てて加圧すると、枠部9を形成するために多くの樹脂が必要となる。その結果、支持部7を形成するための樹脂の一部が枠部9の形成に利用されるので、支持部7に勾配を設けることができる。
また、成形層5Aにおいては、図6に示されるように、枠部9の高さH9を、微細構造部8の高さ(支持部7の厚さT7と微細構造部8の厚さT8とを合わせたもの)よりも高くし、枠部9が支持部7及び微細構造部8を囲うようにしてもよい。その場合には、枠部9と支持部7とによって凹部Cが形成され、その凹部Cの底面(支持部7の表面7s)に微細構造部8が形成されることとなる。したがって、微細構造部8が確実に保護される。また、枠部9を高く設定することにより、基板4と成形層5との熱膨張差による歪みを緩和することができるため温度サイクル等による成形層5の剥離等を防止できる。
また、その凹部Cに溶液の試料を留めることができるので、微細構造部8への(微細構造部8上の導電体層6への)試料の付着率を向上させることができる。また、枠部9にカバーガラスを載せてラマン分光分析を行うことができるので、溶液の揮発を防止すると共に、微細構造部8を保護(不純物の混入を阻止)しつつ当該分析を行うことができる。また、配置したカバーガラスと微細構造部8との距離を、異なる素子間で一定に保つことができ、安定した計測が実現できる(距離変動による測定ばらつきを抑制できる)。また、フラットなカバーガラスを配置することにより、溶液の試料のレンズ効果を抑制することができるので、適切な計測が可能となる。
ここで、SERSユニット1は、成形層5に代えて、図7に示されるような成形層5Bを備えることができる。成形層5Bは、微細構造部8に代えて微細構造部8Bを有している。微細構造部8Bは、基板4の表面4aの全体わたって形成されているので、微細構造エリアA5も、基板4の表面4aの全体にわたって延在するエリアとなる。微細構造部8Bは、支持部7から突設された複数の凸部81,82を有している。
凸部81は、凸部82に比べて小さな柱径を有し、微細構造エリアA5の中央部分5aに形成されている。凸部82は、微細構造エリアA5の外縁部分5bに形成されている。互いに隣り合う凸部81間のスペースは、互いに隣り合う凸部82間のスペースよりも大きい。したがって、凸部81の形成密度は、凸部82の形成密度よりも小さい。換言すれば、微細構造部8Bも、微細構造部8と同様に、微細構造エリアA5の中央部分5aを含む領域であって、凸部81の形成密度が相対的に小さい低密度領域8aと、微細構造エリアA5の外縁部分5bを含むように低密度領域8aを包囲する領域であって、凸部82の形成密度が相対的に大きい高密度領域8bとを有している。
また、成形層5Bにおいても、微細構造部8Bの厚さT8が一定であり、支持部7の厚さT7が勾配を有していることから、成形層5Bの全体の厚さT5は、支持部7の厚さT7に応じた勾配を有している。より具体的には、成形層5Bの厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配によって、微細構造エリアA5の中央部分5aよりも微細構造エリアA5の外縁部分5bにおいて相対的に薄くなっている。換言すれば、成形層5Aの厚さT5は、支持部7の厚さT7の勾配に応じて、微細構造エリアA5の中央部分5aから外縁部分5bに向かうにつれて徐々に薄くなるような勾配を有している。
このように、微細構造部8Bの低密度領域8aと高密度領域8bとで凸部の形状(柱径)を変更してもよい。この場合にも、成形層5BのためのモールドMを用意してナノインプリント樹脂50に押し当てて加圧すると、凸部82を形成するために必要な樹脂量が、凸部81を形成するための樹脂量よりも大きいことに起因して、支持部7に勾配を設けることができる。
ここで、上記実施形態においては、成形層5を、凸部81の形成密度が互いに異なる低密度領域8a及び高密度領域8bを有する微細構造部8を含むものとし、ナノインプリント法によって成形層5を形成する際に、その凸部81の形成密度の大小に起因して(必要な樹脂量の大小に起因して)成形層5の厚さT5(支持部7の厚さT7)に勾配を設けるようにしたが、成形層5の厚さT5に勾配を設ける方法はこれに限定されない。
すなわち、図8に示されるように、凸部81の形成密度が一様である微細構造部8Cを含む成形層5Cであっても、図9に示されるように、その形成に用いるモールドMの支持部M7の厚さTM7に予め対応する勾配を設けておけば、同様のナノインプリント法によって、成形層5Cの厚さT5に対して(すなわち支持部7の厚さT7に対して)微細構造エリアA5の中央部分5aから外縁部分5bに向かって徐々に薄くなるような勾配を設けることができる。
さらに言えば、SERSユニット1における成形層は、微細構造部8が形成された微細構造エリアA5の中央部分5aよりも外縁部分5bにおいて相対的に薄ければよく、中央部分5aから外縁部分5bに向けて段階的(例えば2段階や3段階等)に薄くなる態様でもよいし、ナノインプリント法で形成されるものでなくてもよい。
また、成形層5においては、微細構造部8における凸部81の形成密度を、高密度と低密度の2段階としたが、凸部81の形成密度は、微細構造エリアA5の外縁部分5bよりも中央部分5aにおいて相対的に小さければよく、3段階以上の形成密度差を設けてもよい。
また、導電体層6は、成形層5(微細構造部8)上に直接的に形成されたものに限定されず、成形層5(微細構造部8)に対する金属の密着性を向上させるためのバッファ金属(Ti、Cr等)層等、何らかの層を介して、成形層5(微細構造部8)上に間接的に形成されたものであってもよい。
さらに、上述したSERSユニット1の各構成の材料及び形状は、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を適用することができる。
図10に示される光学機能部は、所定のピッチ(中心線間距離360nm)で周期的に配列された複数のピラー(直径120nm、高さ180nm)を有するナノインプリント樹脂製の微細構造部に、導電体層として、膜厚が50nmとなるようにAuを蒸着したものである。
1…SERSユニット(表面増強ラマン散乱ユニット)、4…基板、4a…表面(主面)、5…成形層、5a…中央部分、5b…外縁部分、6…導電体層、7…支持部、8…微細構造部、9…枠部、10…光学機能部、81…凸部、A5…微細構造エリア。
Claims (6)
- 主面を有する基板と、
前記基板の前記主面に沿って延在するように前記主面上に形成された支持部、及び、前記支持部上に形成された微細構造部を有する成形層と、
前記微細構造部上に形成され、表面増強ラマン散乱を生じさせる光学機能部を構成する導電体層と、を備え、
前記基板の前記主面に交差する方向についての前記成形層の厚さは、前記成形層における前記微細構造部が形成された微細構造エリアの中央部分よりも前記微細構造エリアの外縁部分において相対的に薄くなっている、
ことを特徴とする表面増強ラマン散乱ユニット。 - 前記微細構造部は、前記支持部上に形成された複数の凸部を含み、
前記凸部の形成密度は、前記微細構造エリアの前記外縁部分よりも前記微細構造エリアの前記中央部分において相対的に小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の表面増強ラマン散乱ユニット。 - 前記基板の前記主面に交差する方向についての前記成形層の厚さは、前記支持部の厚さの勾配によって、前記微細構造エリアの前記中央部分よりも前記微細構造エリアの前記外縁部分において相対的に薄くなっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
- 前記微細構造部は、前記基板の前記主面の全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
- 前記基板の前記主面に沿って少なくとも前記支持部を囲むように前記基板の前記主面上に形成された枠部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
- 前記基板の前記主面からの前記枠部の高さは、前記基板の主面からの前記微細構造部の高さよりも低いことを特徴とする請求項5に記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
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