JP2020193855A - Base material for measurement, manufacturing method thereof, emission spectrophotometer and emission spectrophotometric analysis method - Google Patents

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Abstract

To provide a base material for measurement, an emission spectrophotometer and an emission spectrophotometric analysis method, capable of highly sensitively detecting emission beam intensity of a chemical element contained in a measuring object when irradiated with a laser beam, even with a little fluid volume of the measuring object.SOLUTION: In a base material 100 for measurement, a silicon layer of a base material 30, having the silicon layer formed at least on a top layer thereof, includes a porous surface including non-through holes 10 in which an aspect ratio obtained by dividing a depth by an opening width is 3.5 or more. Furthermore, the base material 100 for measurement is a base material for measurement for measuring emission beam intensity of a chemical element contained in a measuring object 40 when a laser beam is emitted to the measuring object 40 arranged so as to cover the non-through holes 10 at least partially.SELECTED DRAWING: Figure 4C

Description

本発明は、測定用基材及びその製造方法、並びに発光分光分析装置及び発光分光分析方法に関するものである。 The present invention relates to a base material for measurement and a method for producing the same, and an emission spectroscopic analyzer and an emission spectroscopic analysis method.

従来から、固体基板を利用した液中プラズマの生成に関する研究結果等が開示されている(非特許文献1、非特許文献2)。また、電解析出により固体基板上に溶存種を金属薄膜として析出してから、該析出物にレーザー光を照射することにより元素分析を行う化学分析法が開示されている(非特許文献3)。また、固体基板上に微少液滴を吐出させる装置を導入して、該液滴に対してレーザー光を照射する手法が開示されている(非特許文献4)。なお、これらの化学分析手法は、一般的に、レーザー誘起ブレークダウン分光(Laser Induced Breakdown Spectroscopy(「LIBS」)と呼ばれる。 Conventionally, research results and the like regarding the generation of submerged plasma using a solid substrate have been disclosed (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). Further, there is disclosed a chemical analysis method in which a dissolved species is precipitated as a metal thin film on a solid substrate by electrolytic precipitation, and then elemental analysis is performed by irradiating the precipitate with a laser beam (Non-Patent Document 3). .. Further, a method of introducing a device for ejecting fine droplets onto a solid substrate and irradiating the droplets with laser light is disclosed (Non-Patent Document 4). In addition, these chemical analysis methods are generally called Laser Induced Breakdown Spectroscopy (“LIBS”).

松本 歩 他、「Two-dimensionalspace-resolved emission spectroscopy of laser ablation plasma in water」、Journal of Applied Physics、AmericanInstitute of Physics、2013年、第113巻、第5号、p.0533022/1-7Ayumu Matsumoto et al., "Two-dimensional space-resolved emission spectroscopy of laser ablation plasma in water", Journal of Applied Physics, American Institute of Physics, 2013, Vol. 113, No. 5, p. 0533022 / 1-7 松本 歩 他、「Transfer of the SpeciesDissolved in a Liquid into Laser Ablation Plasma: An Approach Using EmissionSpectroscopy」、The Journal of Physical Chemistry、American Chemical Society、2015年、第119巻、第47号、p.26506-26511Ayumu Matsumoto et al., "Transfer of the Species Dissolved in a Liquid into Laser Ablation Plasma: An Approach Using Emission Spectroscopy", The Journal of Physical Chemistry, American Chemical Society, 2015, Vol. 119, No. 47, p. 26506-26511 松本 歩 他、「On-Site QuantitativeElemental Analysis of Metal Ions in Aqueous Solutions by UnderwaterLaser-Induced Breakdown Spectroscopy Combined with Electrodeposition underControlled Potential」、Analytical Chemistry、American Chemical Society、2015年、第87巻、第3号、p.1655-1661Ayumu Matsumoto et al., "On-Site Quantitative Elemental Analysis of Metal Ions in Aqueous Solutions by UnderwaterLaser-Induced Breakdown Spectroscopy Combined with Electrodeposition underControlled Potential", Analytical Chemistry, American Chemical Society, 2015, Vol. 87, No. 3, p. 1655-1661 池沢 聡 他、「微小液滴吐出装置組込みによるレーザー誘起ブレークダウン分光計測のための 光学系の開発」、平成19年度 電気関係学会九州支部連合大会予稿集、2007年、02−1A−05、P.5Satoshi Ikezawa et al., "Development of Optical System for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy by Incorporating Micro Droplet Discharge Device", 2007 Proceedings of the Kyushu Branch Joint Conference of the Institute of Electrical and Related Engineers, 2007, 02-1A-05, P. .. 5

本発明者らは、固体基板上の液滴を蒸発させることによって得られた残留物に対してレーザー光を照射することにより元素分析を行う化学分析手法について鋭意研究を重ねた。該手法においては、測定のために用いる液量が非常に少なくても、元素分析を行うことができるという点で優れている。しかしながら、本発明者らが研究を進めていく中で、従来方法に基づいて該手法を採用すると十分な信号強度が得られないために、的確な元素分析を行うことが困難であることが確認された。 The present inventors have conducted extensive research on a chemical analysis method for performing elemental analysis by irradiating a residue obtained by evaporating droplets on a solid substrate with a laser beam. The method is excellent in that elemental analysis can be performed even if the amount of liquid used for measurement is very small. However, as the present inventors proceeded with their research, it was confirmed that it is difficult to perform accurate elemental analysis because sufficient signal strength cannot be obtained if the method is adopted based on the conventional method. Was done.

加えて、レーザー光を照射することにより元素分析を行う上述の化学分析手法において、被測定対象の照射位置による発光スペクトルの変動が生じやすいため、定量分析としての測定精度の低下を招きやすい、という課題も生じる。従って、測定のために用いる液量が少ない場合に、測定自身を可能にするだけではなく、その測定精度を高める工夫も実現することが強く求められる。 In addition, in the above-mentioned chemical analysis method in which elemental analysis is performed by irradiating laser light, the emission spectrum tends to fluctuate depending on the irradiation position of the object to be measured, which tends to cause a decrease in measurement accuracy as a quantitative analysis. Challenges also arise. Therefore, when the amount of liquid used for measurement is small, it is strongly required to realize not only the measurement itself but also a device for improving the measurement accuracy.

本発明は、上述の技術課題の少なくとも一部を解決することにより、レーザー光が照射されたときに少ない液量の該被測定対象が有する元素の発光線強度を高感度に検出し得る、測定用基材、発光分光分析装置、及び発光分光分析方法の提供に大きく貢献し得る。 By solving at least a part of the above-mentioned technical problems, the present invention can detect with high sensitivity the emission line intensity of an element having a small amount of liquid to be measured when irradiated with laser light. It can greatly contribute to the provision of a base material, an emission spectroscopic analyzer, and an emission spectroscopic analysis method.

本発明者らは、測定対象となる物質の量がたとえ微少量であっても、高い感度によって、確度高く元素分析し得る測定方法又は測定システムを実現することは、例えば、測定対象となる物質の量が限られているといった事情がある場合に大いに役立つと考え、検出感度の向上に向けて鋭意研究を進めた。 The present inventors can realize, for example, a substance to be measured by realizing a measurement method or a measurement system capable of performing elemental analysis with high sensitivity and accuracy even if the amount of the substance to be measured is very small. We thought that it would be very useful in situations where the amount of the substance is limited, and proceeded with diligent research to improve the detection sensitivity.

本発明者らは、測定のためのレーザー機器に代表される各種機器、レーザー光の照射条件又は分光条件を変更することによって感度を高めるのではなく、測定対象を載置するための基材(代表的には、試料台)側の構造に着目した。試行錯誤を重ねた結果、本発明者らは、被測定対象と接する該基材の表面をある特定の多孔質状に加工することによって、従来と比較して十分に有意差のある高感度の、又は従来と比較して格段に高感度の測定結果が得られることを知得した。また、測定のために用いる液量が少ない場合であっても、該基材の表面に対して工夫を施すことにより、高い測定精度を実現し得ることを本発明者らは知得した。本発明は、上述の各知見に基づいて創出された。 The present inventors do not increase the sensitivity by changing various devices typified by a laser device for measurement, laser light irradiation conditions or spectral conditions, but instead place a base material on which a measurement target is placed ( Typically, we focused on the structure on the sample table) side. As a result of repeated trial and error, the present inventors have made the surface of the base material in contact with the object to be measured into a specific porous state, so that the sensitivity is sufficiently different from that of the conventional one. Or, it was found that the measurement result with much higher sensitivity than the conventional one can be obtained. Further, the present inventors have found that even when the amount of liquid used for measurement is small, high measurement accuracy can be realized by devising the surface of the base material. The present invention was created based on the above-mentioned findings.

本発明の1つの測定用基材は、少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の該シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する。また、この測定用基材は、前述の非貫通孔の少なくとも一部を覆うように配置された被測定対象に対してレーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定するための測定用基材である。 One measuring base material of the present invention is a non-material having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width of the base material having a silicon layer formed on at least the uppermost layer. It has a porous surface that includes through holes. Further, in this measurement base material, when a laser beam is applied to a measurement target arranged so as to cover at least a part of the above-mentioned non-through hole, the emission line intensity of the element possessed by the measurement target is obtained. It is a base material for measurement for measuring.

この測定用基材は、上述のアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面又は表面層が形成されたシリコン層を、少なくとも該基材の最上層に備える。そのため、前述の非貫通孔の少なくとも一部を覆うように配置された被測定対象に対してレーザー光が照射されたときに、該被測定対象が有する元素の発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる。 The measuring base material includes at least the uppermost layer of the base material having a porous surface or a silicon layer on which a surface layer including non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more is formed. Therefore, when the object to be measured, which is arranged so as to cover at least a part of the non-through hole described above, is irradiated with laser light, the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured is determined to be porous. It is possible to detect with higher sensitivity than when the surface is not formed.

また、本発明の1つの発光分光分析装置は、少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の該シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する、前述の非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象が配置された測定用基材と、該被測定対象に対してレーザー光を照射するためのレーザー光照射部と、該レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する測定部と、を備える。 Further, in one emission spectroscopic analyzer of the present invention, the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width of the silicon layer of the base material on which the silicon layer is formed at least on the uppermost layer is 3.5 or more. A measurement base material having a porous surface including the non-penetrating holes of the above, in which the object to be measured is arranged so as to cover at least a part of the above-mentioned non-penetrating holes, and the object to be measured is irradiated with a laser beam. It is provided with a laser beam irradiating unit for measuring the emission line intensity and a measuring unit for measuring the emission line intensity of the element to be measured when the laser beam is irradiated.

この発光分光分析装置は、上述のアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する、前述の非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象が配置された測定用基材と、該被測定対象に対してレーザー光を照射するためのレーザーとを備える。そのため、該レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する該発光分光分析装置の測定部は、該発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる)。 This emission spectroscopic analyzer has a porous surface including the non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more, and the measurement target is arranged so as to cover at least a part of the non-through holes. A base material for use and a laser for irradiating the object to be measured with a laser beam are provided. Therefore, the measuring unit of the emission spectroscopic analyzer that measures the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured when irradiated with the laser light has the emission line intensity, and the porous surface is formed. It is possible to detect with higher sensitivity than when there is no).

また、本発明の1つの発光分光分析方法は、以下の(1−1)〜(1−3)の工程を含む。
(1−1)少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の該シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する該基材の、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象を配置する配置工程
(1−2)前述の被測定対象に対してレーザー光を照射する、レーザー光照射工程
(1−3)前述の被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する測定工程
In addition, one emission spectroscopic analysis method of the present invention includes the following steps (1-1) to (1-3).
(1-1) The silicon layer of the base material on which the silicon layer is formed at least on the uppermost layer is porous including non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. Arrangement step of arranging the object to be measured so as to cover at least a part of the non-through hole of the base material having the surface of (1-2) Laser light irradiation for irradiating the above-mentioned object to be measured with laser light. Step (1-3) A measurement step for measuring the emission line intensity of the element of the object to be measured described above.

この発光分光分析方法は、上述のアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む、多孔性の表面又は表面層を有するシリコン層が形成された測定用基材の、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象を配置する配置工程と、前述の被測定対象に対してレーザー光を照射する、レーザー光照射工程とを含む。そのため、該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する、この発光分光分析方法の測定工程においては、該発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる。 In this emission spectroscopic analysis method, at least one of the non-penetrating holes of the measurement base material having a porous surface or a silicon layer having a surface layer including the non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more described above is formed. It includes an arrangement step of arranging the object to be measured so as to cover the portion, and a laser light irradiation step of irradiating the object to be measured with laser light. Therefore, in the measurement step of this emission spectroscopic analysis method for measuring the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured, the emission line intensity is higher than that in the case where the porous surface is not formed. It is possible to detect with sensitivity.

ところで、本願においては、図2Bに示すように、仮に非貫通孔10が直線状に形成されていない場合であっても、非貫通孔10の「深さ」は、基材30の最表面からの直線的な距離Dを意味する。従って、図2Bに示す「道のりS」は、本願の「深さ」ではない。また、本願における非貫通孔10の「開口幅」Wは、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて観察した断面において確認される非貫通孔の任意の開口幅である。 By the way, in the present application, as shown in FIG. 2B, even if the non-through hole 10 is not formed linearly, the "depth" of the non-through hole 10 is from the outermost surface of the base material 30. Means the linear distance D of. Therefore, the "distance S" shown in FIG. 2B is not the "depth" of the present application. Further, the "opening width" W of the non-through hole 10 in the present application is an arbitrary opening width of the non-through hole confirmed in the cross section observed using a scanning electron microscope (SEM).

本発明の1つの測定用基材によれば、特定の非貫通孔を含む多孔性の表面を備えることから、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように配置された被測定対象に対してレーザー光が照射されたときに、該被測定対象が有する元素の発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる。 According to one measuring substrate of the present invention, since it has a porous surface including a specific non-through hole, a laser is applied to an object to be measured arranged so as to cover at least a part of the non-through hole. When irradiated with light, the emission line intensity of the element to be measured can be detected with higher sensitivity than in the case where the porous surface is not formed.

また、本発明の1つの発光分光分析装置によれば、特定の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する、被測定対象を配置するための測定用基材の、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように配置された被測定対象に対して照射するためのレーザーを備える。そのため、該レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する該発光分光分析装置の測定部は、該発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる。 Further, according to one emission spectroscopic analyzer of the present invention, at least a part of the non-penetrating hole of the measuring base material for arranging the object to be measured, which has a porous surface including a specific non-through hole. A laser for irradiating the object to be measured, which is arranged so as to cover the object, is provided. Therefore, the measuring unit of the emission spectroscopic analyzer that measures the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured when irradiated with the laser light has the emission line intensity, and the porous surface is formed. It is possible to detect with higher sensitivity than when there is no such case.

また、本発明の1つの発光分光分析方法によれば、特定の非貫通孔を含む、多孔性の表面又は表面層を有するシリコン層が形成された測定用基材の、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象を配置する配置工程が行われる。そのため、該レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する該発光分光分析装置の測定部は、該発光線強度を、多孔性の該表面が形成されていない場合と比較して高感度に検出することが可能となる。 Further, according to one emission spectroscopic analysis method of the present invention, at least one of the non-penetrating holes of the measurement base material on which a silicon layer having a porous surface or a surface layer including a specific non-through hole is formed. An arrangement step is performed in which the object to be measured is arranged so as to cover the portion. Therefore, the measuring unit of the emission spectroscopic analyzer that measures the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured when irradiated with the laser light has the emission line intensity, and the porous surface is formed. It is possible to detect with higher sensitivity than when there is no such case.

第1の実施形態における、非貫通孔が形成された基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material which formed the non-through hole in 1st Embodiment. 図1のP領域の拡大図である。It is an enlarged view of the P area of FIG. 非貫通孔の開口幅と深さを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the opening width and depth of a non-through hole. 第1の実施形態における、基材の表面上に、金(Au)が粒子状又はアイランド状に分散配置された状態を示す、基材表面のSEM(走査電子顕微鏡)写真である。FIG. 5 is an SEM (scanning electron microscope) photograph of the surface of a base material showing a state in which gold (Au) is dispersed and arranged in the form of particles or islands on the surface of the base material in the first embodiment. 第1の実施形態における、非貫通孔が形成された基材の断面SEM(走査電子顕微鏡)写真である。FIG. 5 is a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) photograph of a base material having non-through holes formed in the first embodiment. 第1の実施形態における測定用基材の製造工程における一過程の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of one process in the manufacturing process of the measuring base material in 1st Embodiment. 第1の実施形態における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in 1st Embodiment. 第1の実施形態における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in 1st Embodiment. 第1の実施形態の発光分光分析装置の構成を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the structure of the light emission spectroscopic analyzer of 1st Embodiment. 第1の実施形態の発光分光分析方法による測定結果の一例である。This is an example of the measurement result by the emission spectroscopic analysis method of the first embodiment. 第1の実施形態の発光分光分析方法による発光線強度と、第1の実施形態の非貫通孔形成工程における基材の浸漬時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the emission line intensity by the emission spectroscopic analysis method of 1st Embodiment, and the immersion time of a base material in the non-penetrating hole formation step of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例(1)の発光分光分析方法による測定結果の一例である。This is an example of the measurement result by the emission spectroscopic analysis method of the modified example (1) of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例(2)の発光分光分析方法による測定結果の一例である。This is an example of the measurement result by the emission spectroscopic analysis method of the modified example (2) of the first embodiment. 第2の実施形態における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in 2nd Embodiment. 第3の実施形態における、非貫通孔が形成された基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material which formed the non-through hole in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における、非貫通孔の底部の粒子の有無による、測定結果の違いを示すグラフの一例である。This is an example of a graph showing the difference in measurement results depending on the presence or absence of particles at the bottom of the non-through hole in the third embodiment. 第3の実施形態の変形例における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in the modification of 3rd Embodiment. 第4の実施形態における測定用基材の断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the base material for measurement in 4th Embodiment.

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, common reference numerals are given to common parts throughout the drawings unless otherwise specified. Further, in the figure, each of the elements of each embodiment is not necessarily shown while maintaining a scale ratio of each other. In addition, some reference numerals may be omitted in order to make each drawing easier to see.

<第1の実施形態>
本実施形態の測定用基材の一例である測定用基材100及びその製造方法について説明する。
<First Embodiment>
The measurement base material 100, which is an example of the measurement base material of the present embodiment, and the manufacturing method thereof will be described.

図1は、本実施形態における、非貫通孔10が形成された基材30の断面を示す模式図である。また、図2Aは、図1のP領域の拡大図である。また、図2Bは、非貫通孔10の開口幅と深さを説明するための模式図である。また、図3Aは、本実施形態における、基材30の表面上に、金(Au)が粒子状又はアイランド状に分散配置された状態を示す、基材30の表面のSEM(走査電子顕微鏡)写真である。加えて、図3Bは、本実施形態における、非貫通孔10が形成された基材30の断面SEM(走査電子顕微鏡)写真である。また、図4Aは、本実施形態における測定用基材100の製造工程における一過程の断面を示す模式図である。また、図4B及び図4Cのそれぞれは、本実施形態における測定用基材100の断面を示す模式図である。さらに、図5は、本実施形態の発光分光分析装置900の構成を説明する構成図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a base material 30 on which a non-through hole 10 is formed in the present embodiment. Further, FIG. 2A is an enlarged view of the P region of FIG. Further, FIG. 2B is a schematic view for explaining the opening width and depth of the non-through hole 10. Further, FIG. 3A shows an SEM (scanning electron microscope) on the surface of the base material 30 showing a state in which gold (Au) is dispersed and arranged in the form of particles or islands on the surface of the base material 30 in the present embodiment. It is a photograph. In addition, FIG. 3B is a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) photograph of the base material 30 on which the non-through hole 10 is formed in the present embodiment. Further, FIG. 4A is a schematic view showing a cross section of one process in the manufacturing process of the measurement base material 100 in the present embodiment. Further, each of FIGS. 4B and 4C is a schematic view showing a cross section of the measurement base material 100 in the present embodiment. Further, FIG. 5 is a configuration diagram illustrating the configuration of the emission spectroscopic analyzer 900 of the present embodiment.

本実施形態においては、図1に示すように、不揃いの非貫通孔10を含む多孔性の表面を有するシリコン層を備える基材(本実施形態においては、シリコン基板)30が、被測定対象のいわば測定台としての役割を担う。ここで、本実施形態においては、非貫通孔10の一部又は全部の最も深い位置又はその近傍に、金(Au)の粒子又は塊が存在する。また、本実施形態においては、図3Bに示すように、開口幅が約10nm〜約20nmであって深さが約70nm以上である非貫通孔10を含む多孔性の表面が形成されている。換言すれば、該深さを該開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔10を含む多孔性の表面が形成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a base material (in this embodiment, a silicon substrate) 30 having a silicon layer having a porous surface including irregular non-through holes 10 is the object to be measured. So to speak, it plays a role as a measuring table. Here, in the present embodiment, gold (Au) particles or lumps are present at or near the deepest position of a part or all of the non-through hole 10. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, a porous surface including a non-through hole 10 having an opening width of about 10 nm to about 20 nm and a depth of about 70 nm or more is formed. In other words, a porous surface including the non-through holes 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width is formed.

さらに詳しく見ると、図2Aに示すように、非貫通孔10内の表面を含む基材30の少なくとも一部の表面上(換言すれば、シリコン層の少なくとも一部上)に、酸化シリコン層(主として、二酸化シリコン層)80が形成されている。本実施形態の酸化シリコン層80の厚みは、場所によってバラツキがあるが、代表的な酸化シリコン層80の厚みは、1nm程度である。 More specifically, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide layer (in other words, on at least a part of the silicon layer) is placed on the surface of at least a part of the base material 30 including the surface in the non-through hole 10. Mainly, the silicon dioxide layer) 80 is formed. The thickness of the silicon oxide layer 80 of the present embodiment varies depending on the location, but the thickness of a typical silicon oxide layer 80 is about 1 nm.

また、本実施形態においては、図4Aに示すように、図1に示す基材30上に、代表的な一例としての液状の被測定対象40を滴下することによって被測定対象40が配置される。その後、本実施形態においては、約100℃に設定された公知のホットプレート上に載置することによって被測定対象40の一部を蒸発させることにより、図4B又は図4Cに示すように、非貫通孔10の少なくとも一部が、又は非貫通孔10の多くが被測定対象40によって完全に埋められていない状態の測定用基材100が製造される。なお、図4B又は図4Cに示すように、一例としての被測定対象40が基材30の表面(端面)の上側にまで存在する領域と、被測定対象40が非貫通孔10の内部にのみ存在する領域とが混在し得る。また、図4Bと図4Cの違いは、被測定対象40の一部を蒸発させたときの蒸発の状況の違いによるものである。図4Cに示す被測定対象40の方がより乾燥が進んでいる状況を概念的に示している。ところで、後述する第2の実施形態以降における測定用基材の図形は、説明の便宜上、代表的に図4Bに示す測定用基材を採用して説明するが、いずれの実施形態においても、図4Cに示された状態の測定用基材が形成され得る Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the object to be measured 40 is arranged by dropping the liquid object to be measured 40 as a typical example onto the base material 30 shown in FIG. .. Then, in the present embodiment, as shown in FIG. 4B or FIG. 4C, by placing a part of the object to be measured 40 by placing it on a known hot plate set at about 100 ° C. A measurement base material 100 is manufactured in a state where at least a part of the through holes 10 or most of the non-through holes 10 are not completely filled by the object to be measured 40. As shown in FIG. 4B or FIG. 4C, only the region where the object to be measured 40 as an example exists above the surface (end face) of the base material 30 and the object to be measured 40 are inside the non-through hole 10. Areas that exist can coexist. Further, the difference between FIG. 4B and FIG. 4C is due to the difference in the evaporation situation when a part of the object to be measured 40 is evaporated. The situation in which the object to be measured 40 shown in FIG. 4C is more dry is conceptually shown. By the way, the figures of the measurement base material in the second and subsequent embodiments, which will be described later, will be described by using the measurement base material shown in FIG. 4B as a representative for convenience of explanation. A measurement substrate in the state shown in 4C can be formed.

また、本実施形態においては、被測定対象40の配置の一例として、滴下による配置を説明しているが、本実施形態の配置はそのような手段に限定されない。例えば、被測定対象40が、原子炉内部の汚染水のように、直接人間が採取することが困難な物質である場合、ロボットを用いて原子炉内部まで運ばれた非貫通孔10を有する基材30を、汚染水に浸漬させた後に、引き揚げることによって、非貫通孔10内又は基材30の表面上に被測定対象40が配置されることも採用し得る一態様である。 Further, in the present embodiment, the arrangement by dropping is described as an example of the arrangement of the object to be measured 40, but the arrangement of the present embodiment is not limited to such means. For example, when the object to be measured 40 is a substance that is difficult for humans to directly collect, such as contaminated water inside the reactor, a group having a non-through hole 10 carried to the inside of the reactor by a robot. It is also possible to adopt that the object to be measured 40 is arranged in the non-through hole 10 or on the surface of the base material 30 by immersing the material 30 in contaminated water and then pulling it up.

また、図4Bに示すように、本実施形態の測定用基材100においては、被測定対象40が基材30に接している領域においては、各々の非貫通孔10の少なくとも一部を覆うように被測定対象40が配置されるため、必ずしも、被測定対象40が非貫通孔10の全てに接触することを要しない。加えて、例えば、滴下によって被測定対象40が基材30上に配置される場合に、被測定対象40が基材30に接触する領域の広さは、被測定対象40の種類、環境条件(温度又は湿度)、及び/又は基材30の表面状態等によって適宜選定され得る。また、本実施形態においては、公知のホットプレートを用いて被測定対象40の一部を蒸発及び乾燥が行われたが、本実施形態による被測定対象40の蒸発及び乾燥方法は、ホットプレートによる加熱に限定されない。例えば、蒸発及び乾燥前の被測定対象40が配置された基材30を、高温雰囲気に暴露することによって被測定対象40の蒸発及び乾燥方法が行われることも、採用し得る一態様である。 Further, as shown in FIG. 4B, in the measurement base material 100 of the present embodiment, in the region where the measurement target 40 is in contact with the base material 30, at least a part of each non-through hole 10 is covered. Since the object to be measured 40 is arranged in, the object to be measured 40 does not necessarily have to come into contact with all of the non-through holes 10. In addition, for example, when the object to be measured 40 is arranged on the base material 30 by dropping, the size of the region where the object to be measured 40 contacts the base material 30 is determined by the type of the object to be measured 40 and the environmental conditions ( Temperature or humidity) and / or the surface condition of the base material 30 can be appropriately selected. Further, in the present embodiment, a part of the object to be measured 40 is evaporated and dried using a known hot plate, but the method for evaporating and drying the object to be measured 40 according to the present embodiment is based on the hot plate. Not limited to heating. For example, it is also possible to adopt a method of evaporating and drying the object to be measured 40 by exposing the base material 30 on which the object to be measured 40 is arranged before evaporation and drying to a high temperature atmosphere.

次に、本実施形態の測定用基材100の製造方法について説明する。 Next, a method for producing the measurement base material 100 of the present embodiment will be described.

本実施形態の測定用基材100は、以下の(S1)〜(S4)の工程を含む製造方法によって製造され得る。
(S1)少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材30の該シリコン層の表面上に、粒子状又はアイランド状の、金(Au)、銀(Ag)、及び白金(Pt)の群から選択される少なくとも一種を分散配置する分散配置工程
(S2)該シリコン層の表面をフッ化物イオン含有溶液に浸漬させることにより、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上を含む非貫通孔10を前述の表面から形成することによって多孔性の該表面を形成する非貫通孔形成工程
(S3)非貫通孔10の内部の表面を含む該シリコン層の表面を酸化することにより、酸化シリコン層80を形成する酸化膜形成工程
(S4)非貫通孔10の少なくとも一部を覆うように被測定対象40を配置する配置工程
The measurement base material 100 of the present embodiment can be manufactured by a manufacturing method including the following steps (S1) to (S4).
(S1) A group of gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt) in the form of particles or islands on the surface of the silicon layer of the base material 30 having a silicon layer formed at least on the uppermost layer. Dispersion arrangement step of dispersing and arranging at least one selected from (S2) By immersing the surface of the silicon layer in a fluoride ion-containing solution, the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width is 3.5. Non-through hole forming step of forming the porous surface by forming the non-through hole 10 including the above from the above-mentioned surface (S3) Oxidizing the surface of the silicon layer including the inner surface of the non-through hole 10. Oxide film forming step of forming the silicon oxide layer 80 (S4) An arrangement step of arranging the object to be measured 40 so as to cover at least a part of the non-through hole 10.

以下に、粒子状又はアイランド状の金(Au)が採用された場合の、上記の各工程の一例について詳しく説明する。 Hereinafter, an example of each of the above steps when particulate or island-shaped gold (Au) is adopted will be described in detail.

(分散配置工程)
まず、本実施形態の分散配置工程の具体的な例について説明する。該分散配置工程の一例においては、少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材30(この例においては、単結晶n型シリコン(100)基板)が、予め5℃に調整された、モル濃度が0.15mol(モル)/L(リットル)(又は、0.15mol(モル)/dm(以下、便宜上、「mol/dm」として表す)フッ化水素酸を含む、モル濃度が0.5mmol(ミリモル)/dmのテトラクロロ金(III)酸水溶液の中に約10秒間〜約300秒間浸漬される。その結果、粒径が数nm乃至数十nmの粒子状の金(Au)又はアイランド状の金(Au)(以下、総称して「粒子20」ともいう)が、基材30の表面上に析出していることが確認された。なお、その浸漬中、基材30の一部を覆う公知のフルオロカーボン系樹脂製保持具によって保持されることも採用し得る。
(Distributed placement process)
First, a specific example of the distributed arrangement process of the present embodiment will be described. In one example of the dispersion arrangement step, the base material 30 (in this example, a single crystal n-type silicon (100) substrate) having a silicon layer formed on at least the uppermost layer is prepared in advance at 5 ° C. Molar concentration is 0, including hydrofluoric acid having a concentration of 0.15 mol (mol) / L (liter) (or 0.15 mol (mol) / dm 3 (hereinafter, referred to as "mol / dm 3 " for convenience)). Immerse in a .5 mmol (mmol) / dm 3 tetrachlorogold (III) acid aqueous solution for about 10 seconds to about 300 seconds. As a result, particulate gold (Au) having a particle size of several nm to several tens of nm. ) Or island-shaped gold (Au) (hereinafter, also collectively referred to as “particles 20”) was confirmed to be deposited on the surface of the base material 30, and the base material 30 was immersed in the base material 30. It can also be adopted that it is held by a known fluorocarbon resin holder that covers a part of the above.

図3A(a)は、10秒間の浸漬によって確認された、基材30上に粒子20が分散配置された状態を示す、基材30の表面のSEM(走査電子顕微鏡)写真である。また、図3A(b)は、300秒間の浸漬によって確認された、基材30上に粒子20が分散配置された状態を示す、基材30の表面のSEM(走査電子顕微鏡)写真である。なお、基材30の表面上に、金(Au)の代わりに、粒子状又はアイランド状の銀(Ag)又は白金(Pt)が配置される場合は、平面視における銀(Ag)又は白金(Pt)の粒径は、数nm乃至数百nmである。 FIG. 3A (a) is an SEM (scanning electron microscope) photograph of the surface of the base material 30 showing a state in which the particles 20 are dispersed and arranged on the base material 30, which was confirmed by immersion for 10 seconds. Further, FIG. 3A (b) is an SEM (scanning electron microscope) photograph of the surface of the base material 30 showing a state in which the particles 20 are dispersed and arranged on the base material 30, which was confirmed by immersion for 300 seconds. When particulate or island-shaped silver (Ag) or platinum (Pt) is arranged on the surface of the base material 30 instead of gold (Au), silver (Ag) or platinum (Pt) in a plan view is used. The particle size of Pt) is several nm to several hundred nm.

(非貫通孔形成工程)
次に、本実施形態の非貫通孔形成工程の具体的な例について説明する。該非貫通孔形成工程の一例においては、前述の金(Au)の粒子(又はアイランド)20を担持した基材30が、暗室内で、予め25℃に調整された、モル濃度が0.08mol/dmの過酸化水素を含む、6.6mol/dmのフッ化水素酸水溶液の中に約30秒間浸漬される。その結果、図3Bの示すように、基材30の表面から形成された多数の微細孔である非貫通孔10が確認された。また、それらの非貫通孔10の底部には粒子20が存在していることが分かった。なお、図3Bに示す断面SEM写真から、非貫通孔10の孔径の一例が10nm乃至20nmであることが確認される。加えて、非貫通孔10の孔径が基材30の表面上に分散配置された金(Au)の粒子(又はアイランド)20の粒径と良く符合していることが分かる。従って、本実施形態の非貫通孔形成工程により、多孔性のシリコン層の表面を有する基材30が形成される。
(Non-through hole forming process)
Next, a specific example of the non-through hole forming step of the present embodiment will be described. In an example of the non-through hole forming step, the base material 30 carrying the above-mentioned gold (Au) particles (or islands) 20 is prepared in advance at 25 ° C. in a dark room, and the molar concentration is 0.08 mol / mol /. Immerse in a 6.6 mol / dm 3 hydrofluoric acid aqueous solution containing dm 3 hydrogen peroxide for about 30 seconds. As a result, as shown in FIG. 3B, non-through holes 10 which are a large number of micropores formed from the surface of the base material 30 were confirmed. It was also found that the particles 20 were present at the bottom of the non-through holes 10. From the cross-sectional SEM photograph shown in FIG. 3B, it is confirmed that an example of the hole diameter of the non-through hole 10 is 10 nm to 20 nm. In addition, it can be seen that the pore diameter of the non-through hole 10 matches well with the particle size of the gold (Au) particles (or islands) 20 dispersed and arranged on the surface of the base material 30. Therefore, the base material 30 having the surface of the porous silicon layer is formed by the non-through hole forming step of the present embodiment.

ここで、非貫通孔10の深さは、非貫通孔形成工程における浸漬時間が長いほど、深くなることが確認されている。本実施形態における効果が発揮される非貫通孔の深さは、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔10を含む多孔性の表面が形成される限り、特に限定されない。なお、後述する、被測定対象40が有する元素の発光線強度を高感度に検出するという本実施形態の効果が特に奏され得る非貫通孔10の深さは、50nm以上1μm以下である。また、被測定対象40が有する元素の発光線強度を高感度に検出するという本実施形態の効果が特に奏され得る非貫通孔10の開口幅は、1nm以上1μm以下である。また、本実施形態の非貫通孔形成工程においては、酸化剤として過酸化水素が採用されているが、過酸化水素の代わりに、溶存酸素が本実施形態の変形例として採用され得る。 Here, it has been confirmed that the depth of the non-through hole 10 becomes deeper as the immersion time in the non-through hole forming step becomes longer. As for the depth of the non-through hole in which the effect in the present embodiment is exhibited, a porous surface including the non-through hole 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width is formed. As long as it is not particularly limited. The depth of the non-through hole 10 in which the effect of the present embodiment of detecting the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured 40, which will be described later, can be particularly exhibited is 50 nm or more and 1 μm or less. Further, the opening width of the non-through hole 10 in which the effect of the present embodiment of detecting the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured 40 with high sensitivity can be particularly exhibited is 1 nm or more and 1 μm or less. Further, in the non-penetrating hole forming step of the present embodiment, hydrogen peroxide is adopted as the oxidizing agent, but dissolved oxygen can be adopted as a modified example of the present embodiment instead of hydrogen peroxide.

(酸化膜形成工程)
続いて、本実施形態の酸化膜形成工程の具体的な例について説明する。該酸化膜形成工程の一例においては、非貫通孔10を含む多孔性のシリコン層の表面を有する基材30を、70℃に保持された60質量%の硝酸中に、例えば約30分間浸漬することにより、非貫通孔10内の表面を含む基材30の表面上に、酸化膜(主として、シリコン酸化膜)80が形成される。
(Oxide film forming process)
Subsequently, a specific example of the oxide film forming step of the present embodiment will be described. In an example of the oxide film forming step, the base material 30 having the surface of a porous silicon layer including the non-through holes 10 is immersed in 60% by mass of nitric acid maintained at 70 ° C. for, for example, about 30 minutes. As a result, an oxide film (mainly a silicon oxide film) 80 is formed on the surface of the base material 30 including the surface in the non-through hole 10.

(配置工程)
次に、本実施形態の被測定対象40の配置工程の具体的な例について説明する。該配置工程の一例においては、被測定対象40の例である、1mmol/dmの塩化ストロンチウム水溶液を滴下することによって、非貫通孔10が形成された基材30上に該水溶液を配置する。本実施形態の配置工程が行われることにより、測定用基材100が製造される。なお、後述するレーザー照射による元素分析をより容易にする観点から、本実施形態においては、配置工程が行われた後に、例えば、100℃に設定された公知のホットプレート上に載置することによって蒸発乾固させることは、好適な一態様である。なお、基材30の外周を樹脂製の保護具で保持するとともに、該保護具の開口を利用して、滴下による被測定対象40の水溶液の広がり(平面視における被測定対象40が占める面積)を制御することは、他の好適な一態様である。また、本実施形態においては、滴下される被測定対象40の量が、例えば、5μL(マイクロリットル)以下という少ない量であっても、後述する本実施形態の効果が奏され得ることは特筆に値する。加えて、本実施形態においては、親水性である酸化シリコン層80が基材30の表面上に形成されているため、被測定対象40が水溶液であった場合は、基材30上(より正確には、酸化シリコン層80上)に被測定対象40が占める領域の面積を拡大し易くなる。その結果、酸化シリコン層80が無い場合と比較して、後述する発光分光分析方法の実施をより容易にするとともに、より精度の高い元素分析を実現し得る。
(Placement process)
Next, a specific example of the arrangement process of the object to be measured 40 of the present embodiment will be described. In one example of the arrangement step, the aqueous solution is arranged on the base material 30 on which the non-through holes 10 are formed by dropping a 1 mmol / dm 3 strontium chloride aqueous solution, which is an example of the object to be measured 40. By performing the arranging step of this embodiment, the measuring base material 100 is manufactured. From the viewpoint of facilitating elemental analysis by laser irradiation, which will be described later, in the present embodiment, after the placement step is performed, for example, by placing the element on a known hot plate set at 100 ° C. Evaporation to dryness is a preferred embodiment. The outer circumference of the base material 30 is held by a resin protective tool, and the opening of the protective tool is used to spread the aqueous solution of the object to be measured 40 by dropping (the area occupied by the object to be measured 40 in a plan view). Controlling is another preferred embodiment. Further, in the present embodiment, it is particularly noteworthy that the effect of the present embodiment described later can be exhibited even if the amount of the object to be measured 40 to be dropped is as small as 5 μL (microliter) or less. Deserves. In addition, in the present embodiment, since the hydrophilic silicon oxide layer 80 is formed on the surface of the base material 30, when the object to be measured 40 is an aqueous solution, it is on the base material 30 (more accurately). In addition, the area occupied by the object to be measured 40 on the silicon oxide layer 80) can be easily expanded. As a result, as compared with the case where the silicon oxide layer 80 is absent, it is possible to facilitate the implementation of the emission spectroscopic analysis method described later and realize more accurate elemental analysis.

次に、本実施形態の発光分光分析装置900と発光分光分析方法について説明する。 Next, the luminescence spectroscopic analyzer 900 and the luminescence spectroscopic analysis method of the present embodiment will be described.

本実施形態においては、発光分光分析装置900を用いて、被測定対象40に対してレーザー光が照射されたときに被測定対象40が有する元素の発光線強度が測定される。 In the present embodiment, the emission spectroscopic analyzer 900 is used to measure the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured 40 when the object to be measured 40 is irradiated with laser light.

本実施形態の発光分光分析装置900は、図5に示すように、レーザー光照射部(Continuum社製、型式:MiniliteII)90と、ミラー91と、X−Y−Zステージ92とCMOSカメラ93(Edmond Optics社製、型式:EO−3212C)と、ダイクロイックミラー94aと、結像レンズ94bと、対物レンズ94cと、光ファイバーバンドル)96と、アクロマティックレンズ97と、検出器98bとしての市販のICCDカメラ(PrincetonInstruments社製、型式:PI−MAX:1K)を装着した分光器98aと、制御部99と、測定用基材100と、を備える。なお、本実施形態においては、前記レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する分光器98aと検出器98bとが測定部としての役割を担っている。 As shown in FIG. 5, the emission spectroscopic analyzer 900 of the present embodiment includes a laser light irradiation unit (manufactured by Continuum, model: MiniliteII) 90, a mirror 91, an XYZ stage 92, and a CMOS camera 93 (manufactured by Continuum, model: MiniliteII). Edmond Optics, model: EO-3212C), dichroic mirror 94a, imaging lens 94b, objective lens 94c, optical fiber bundle) 96, achromatic lens 97, and commercially available ICCD camera as a detector 98b. A spectroscope 98a equipped with (manufactured by Princeton Instruments, model: PI-MAX: 1K), a control unit 99, and a measurement base material 100 are provided. In the present embodiment, the spectroscope 98a and the detector 98b that measure the emission line intensity of the element to be measured when the laser beam is irradiated play a role as a measuring unit.

ここで、本実施形態においては、制御部99が、レーザー光照射部90、CMOSカメラ93、ダイクロイックミラー94a、結像レンズ94b、対物レンズ94c、検出器98b、及びX−Y−Zステージ92を制御する。また、CMOSカメラ93は、測定用基材100の表面を観察するために用いられるため、例えば、レーザー光照射部90から照射されるレーザー光の位置を、CMOSカメラ93を用いて観察しながら、被測定対象40が有する元素の発光線強度を測定することが可能となる。また、結像レンズ94bは、対物レンズ94cを用いて観察された像を、CMOSカメラ93に結像するために用いられる。また、本実施形態においては、対物レンズ94cは、レーザー光の照射に貢献するとともに、測定用基材100が有する被測定対象の表面を観察する役割を担う。なお、本実施形態においては、ダイクロイックミラー94aは、レーザー光の赤外領域の波長を反射し、可視光領域の波長を透過するように設定されている。 Here, in the present embodiment, the control unit 99 displays the laser light irradiation unit 90, the CMOS camera 93, the dichroic mirror 94a, the imaging lens 94b, the objective lens 94c, the detector 98b, and the XYZ stage 92. Control. Further, since the CMOS camera 93 is used for observing the surface of the measurement base material 100, for example, while observing the position of the laser beam emitted from the laser beam irradiation unit 90 using the CMOS camera 93, the CMOS camera 93 is used. It is possible to measure the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured 40. Further, the imaging lens 94b is used to form an image observed by using the objective lens 94c on the CMOS camera 93. Further, in the present embodiment, the objective lens 94c contributes to the irradiation of the laser beam and also plays a role of observing the surface of the object to be measured included in the measurement base material 100. In the present embodiment, the dichroic mirror 94a is set to reflect the wavelength in the infrared region of the laser light and transmit the wavelength in the visible light region.

本実施形態の発光分光分析方法は、以下の(T1)〜(T3)の工程を含む。
(T1)少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材30の該シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔10を含む多孔性の表面を有する基材30の、非貫通孔10の少なくとも一部を覆うように被測定対象40を配置する配置工程
(T2)被測定対象40に対してレーザー光を照射する、レーザー光照射工程
(T3)被測定対象40が有する元素の発光線強度を測定する測定工程
The emission spectroscopic analysis method of the present embodiment includes the following steps (T1) to (T3).
(T1) The silicon layer of the base material 30 having a silicon layer formed at least on the uppermost layer is porous including non-through holes 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. Arrangement step of arranging the object to be measured 40 so as to cover at least a part of the non-through hole 10 of the base material 30 having the surface of (T2) A laser light irradiation step of irradiating the object to be measured 40 with a laser beam. (T3) A measuring step for measuring the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured 40.

より具体的には、本実施形態の発光分光分析方法における配置工程は、上述の測定用基材100の製造工程における配置工程と同じである。 More specifically, the arrangement step in the emission spectroscopic analysis method of the present embodiment is the same as the arrangement step in the above-mentioned manufacturing process of the measurement base material 100.

また、本実施形態のレーザー光照射工程においては、一例として、レーザー光照射部90が、波長1064nm、パルス幅6ns、エネルギー5mJ/pulseに設定されたレーザー光を照射することができる。なお、焦点距離が40mmである対物レンズ94cを用いて、基材30上の被測定対象40に対して、レーザー光が集光照射される。 Further, in the laser light irradiation step of the present embodiment, as an example, the laser light irradiation unit 90 can irradiate the laser light set to a wavelength of 1064 nm, a pulse width of 6 ns, and an energy of 5 mJ / pulse. Using the objective lens 94c having a focal length of 40 mm, the laser beam is focused and irradiated to the object to be measured 40 on the base material 30.

また、本実施形態の測定工程においては、ダイクロイックミラー94aを用いて被測定対象40が有する元素の発光(プラズマの発光)が、アクロマティックレンズ97を通して光ファイバーバンドル96の入口に集光された後、光ファイバーバンドル96を経由して、分光器98aのスリットに入射され、分光器98a内の回折格子によって波長ごとに分散された光が検出器98bに結像される。その結果、レーザーの照射により、被測定対象40が有する元素の発光スペクトルを測定することができる。 Further, in the measurement step of the present embodiment, after the light emission of the element (light emission of plasma) possessed by the object to be measured 40 is focused on the inlet of the optical fiber bundle 96 through the achromatic lens 97 by using the spectroscopic mirror 94a, Light incident on the slit of the spectroscope 98a via the optical fiber bundle 96 and dispersed for each wavelength by the diffraction grating in the spectroscope 98a is imaged on the detector 98b. As a result, the emission spectrum of the element possessed by the object to be measured 40 can be measured by irradiating the laser.

また、本実施形態においては、光ファイバーバンドル96を通して、検出器98bを装着した分光器98aのスリットに該発光を入射させた。また、X−Y−Zステージ92ステージ92を利用して、パルス照射ごとに被測定対象40の検出箇所(換言すれば、レーザー照射位置)を平面方向(X−Y方向)に変更した。加えて、レーザーの照射から1μs後に、検出器98bを動作させ、ゲート幅を1μsとして、該発光の発光スペクトルが測定される Further, in the present embodiment, the light emission is incident on the slit of the spectroscope 98a equipped with the detector 98b through the optical fiber bundle 96. Further, using the XYZ stage 92 stage 92, the detection location (in other words, the laser irradiation position) of the object to be measured 40 was changed to the plane direction (XY direction) for each pulse irradiation. In addition, 1 μs after the laser irradiation, the detector 98b is operated, the gate width is 1 μs, and the emission spectrum of the emission is measured.

次に、本実施形態の発光分光分析装置900と発光分光分析方法による検出結果の一例について説明する。 Next, an example of the detection result by the luminescence spectroscopic analyzer 900 and the luminescence spectroscopic analysis method of the present embodiment will be described.

図6は、本実施形態の分散配置工程において金(Au)を用いたときの、該発光分光分析方法による測定結果の一例である。 FIG. 6 is an example of the measurement result by the emission spectroscopic analysis method when gold (Au) is used in the dispersion arrangement step of the present embodiment.

図6においては、本実施形態の測定用基材100を用いたときの、被測定対象40が有するストロンチウム(Sr)原子の発光線(460.7nm)の強度を測定した結果が、図6中の「Y1(破線)」により示されている。なお、図6に示す結果は、分散配置工程における浸漬時間が30秒であり、非貫通孔形成工程における浸漬時間が120秒であるのときの結果である。また、比較例として、非貫通孔を含む多孔性の表面が形成されていない(換言すれば、該表面が実質的に平滑な)点を除いて他の条件が本実施形態の測定用基材100と同じ場合の測定結果が、図6中のXにより示されている。 In FIG. 6, the result of measuring the intensity of the emission line (460.7 nm) of the strontium (Sr) atom possessed by the object to be measured 40 when the measurement base material 100 of the present embodiment is used is shown in FIG. It is indicated by "Y1 (broken line)" of. The results shown in FIG. 6 are the results when the immersion time in the dispersion arrangement step is 30 seconds and the immersion time in the non-through hole forming step is 120 seconds. Further, as a comparative example, other conditions are the measurement base material of the present embodiment except that a porous surface including non-through holes is not formed (in other words, the surface is substantially smooth). The measurement result in the same case as 100 is shown by X in FIG.

図6において明らかなように、本実施形態の測定用基材100を用いたときのストロンチウム(Sr)原子の発光線強度が、比較例の該強度よりも、格段に強くなることが確認された。より具体的には、比較例の該強度よりも、本実施形態の測定用基材100を用いたときの該強度は、約50倍以上であることが分かった。なお、参考的に本願発明者らが調査したところ、本実施形態の非貫通孔形成工程のみが行われなかった場合の発光線強度は、図6のXの値よりも強くはなったが、Y1に比べると半分以下の強度に留まることが確認された。 As is clear from FIG. 6, it was confirmed that the emission line intensity of the strontium (Sr) atom when the measurement base material 100 of the present embodiment was used was significantly stronger than the intensity of the comparative example. .. More specifically, it was found that the strength when the measurement base material 100 of the present embodiment was used was about 50 times or more higher than the strength of the comparative example. As a reference, as a result of investigation by the inventors of the present application, the emission line intensity when only the non-through hole forming step of the present embodiment was not performed was stronger than the value of X in FIG. It was confirmed that the strength was less than half that of Y1.

また、図7は、本実施形態の発光分光分析方法による発光線強度と、本実施形態の非貫通孔形成工程における基材30の浸漬時間との関係を示すグラフである。 Further, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the emission line intensity by the emission spectroscopic analysis method of the present embodiment and the immersion time of the base material 30 in the non-through hole forming step of the present embodiment.

図7に示すように、大変興味深いことに、本実施形態の測定用基材100を用いたときのストロンチウム(Sr)原子の発光線強度は、該浸漬時間が60秒〜300秒の間において最も強くなる傾向が確認された。この結果は、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔10が形成されたときに、被測定対象40から検出される発光線強度が強くなることを示していると考えられる。なお、参考的に本願発明者らが調査したところ、本実施形態の非貫通孔形成工程のみが行われなかった場合のレーザーの照射位置による発光線強度のバラつきが、本実施形態の測定用基材100を用いることによって抑制されることが確認された。これは、測定用基材100が、非貫通孔10を含む多孔性の表面を有することにより、被測定対象40が存在している該表面の領域の全体に亘って、非貫通孔10が形成されていない測定用基材と比べて偏りの少ない発光線強度が得られることを示している。 As shown in FIG. 7, very interestingly, the emission line intensity of the strontium (Sr) atom when the measuring base material 100 of the present embodiment is used is the highest when the immersion time is between 60 seconds and 300 seconds. A tendency to become stronger was confirmed. The result is that when the non-through hole 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width is formed, the emission line intensity detected from the object to be measured 40 becomes stronger. Probably showing. As a reference, as a result of investigation by the inventors of the present application, the variation in the emission line intensity depending on the laser irradiation position when only the non-through hole forming step of the present embodiment is not performed is the measurement base of the present embodiment. It was confirmed that it was suppressed by using the material 100. This is because the measurement base material 100 has a porous surface including the non-through holes 10, so that the non-through holes 10 are formed over the entire region of the surface where the object to be measured 40 is present. It is shown that the emission line intensity with less bias can be obtained as compared with the non-measurement base material.

上述のとおり、被測定対象40と接する基材30の表面を本実施形態において示す非貫通孔10を含む多孔質状にすることによって、従来と比較して格段に高感度の測定結果が得られることが分かった。また、測定のために用いる被測定対象40の量が少ない場合であっても、基材30の表面が酸化膜を備えることにより、高い測定精度を確度高く実現し得ることが明らかとなった。加えて、本実施形態の測定用基材100を採用すれば、基材30を浸漬するだけの、いわゆる無電解プロセスを用いた非貫通孔10を実現し得る。そのため、本実施形態の測定用基材100の採用は、測定用基材100の製造コストを比較的低廉に抑えるとともに、測定用基材100の大面積化を容易にし得る。 As described above, by making the surface of the base material 30 in contact with the object to be measured 40 porous including the non-through holes 10 shown in the present embodiment, a measurement result having much higher sensitivity than before can be obtained. It turned out. Further, it has been clarified that even when the amount of the object to be measured 40 used for measurement is small, high measurement accuracy can be realized with high accuracy by providing an oxide film on the surface of the base material 30. In addition, if the measurement base material 100 of the present embodiment is adopted, it is possible to realize a non-through hole 10 using a so-called electroless process in which the base material 30 is simply immersed. Therefore, the adoption of the measurement base material 100 of the present embodiment can suppress the manufacturing cost of the measurement base material 100 relatively low and facilitate the increase in the area of the measurement base material 100.

<第1の実施形態の変形例(1)>
本変形例(1)は、以下の(a1)〜(a3)を除いて第1の実施形態と同じであるため、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
(a1)粒子20として、金(Au)の代わりに白金(Pt)が採用されたこと
(a2)分散配置工程において、モル濃度が0.5mmol(ミリモル)/dmのテトラクロロ金(III)酸に代わりに、モル濃度が1mmol(ミリモル)/dmのテトラクロロ白金(II)酸カリウムが採用されたこと
(a3)分散配置工程において、フッ化水素酸を含むテトラクロロ白金(II)酸カリウム水溶液の温度が40℃に調整されたこと
<Modified example (1) of the first embodiment>
Since the present modification (1) is the same as the first embodiment except for the following (a1) to (a3), the description overlapping with the first embodiment may be omitted.
(A1) Platinum (Pt) was adopted instead of gold (Au) as the particles 20. (A2) Tetrachlorogold (III) having a molar concentration of 0.5 mmol (mmol) / dm 3 in the dispersion arrangement step. Instead of the acid, potassium tetrachloroplatinum (II) acid having a molar concentration of 1 mmol (mmol) / dm 3 was adopted. (A3) Tetrachloroplatinum (II) acid containing hydrofluoric acid in the dispersion arrangement step. The temperature of the aqueous potassium solution was adjusted to 40 ° C.

図8Aにおいては、本変形例(1)の測定用基材100を用いたときの、被測定対象40が有するストロンチウム(Sr)原子の発光線強度を測定した結果が、図8A中の「Y2(破線)」により示されている。なお、図8Aに示す結果は、分散配置工程における浸漬時間が90秒であり、非貫通孔形成工程における浸漬時間が10秒のときの結果である。また、比較例として、図6中のXと同じ結果が示されている。 In FIG. 8A, the result of measuring the emission line intensity of the strontium (Sr) atom possessed by the object to be measured 40 when the measurement base material 100 of the present modification (1) is used is “Y2” in FIG. 8A. (Dashed line) ”. The result shown in FIG. 8A is a result when the immersion time in the dispersion arrangement step is 90 seconds and the immersion time in the non-through hole forming step is 10 seconds. Further, as a comparative example, the same result as X in FIG. 6 is shown.

図8Aにおいて明らかなように、本実施形態の測定用基材100を用いたときのストロンチウム(Sr)原子の発光線強度が、比較例の該強度よりも十分な有意差を有して強くなることが確認された。より具体的には、比較例の該強度よりも、本変形例(1)の測定用基材100を用いたときの該強度は、約35倍以上であることが分かった。 As is clear from FIG. 8A, the emission line intensity of the strontium (Sr) atom when the measurement base material 100 of the present embodiment is used becomes stronger with a sufficiently significant difference from the intensity of the comparative example. It was confirmed that. More specifically, it was found that the strength when the measurement base material 100 of the present modified example (1) was used was about 35 times or more higher than the strength of the comparative example.

上述のとおり、被測定対象40と接する基材30の表面を本実施形態において示す非貫通孔10を含む多孔質状にすることによって、従来と比較して十分に有意差のある高感度の測定結果が得られることが分かった。 As described above, by making the surface of the base material 30 in contact with the object to be measured 40 porous including the non-through holes 10 shown in the present embodiment, high-sensitivity measurement having a sufficiently significant difference as compared with the conventional case. It turns out that the results are obtained.

<第1の実施形態の変形例(2)>
本変形例(1)は、以下の(b1)〜(b3)を除いて第1の実施形態と同じであるため、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
(b1)粒子20として、金(Au)の代わりに銀(Ag)が採用されたこと
(b2)(b1)に伴い、分散配置工程において、モル濃度が0.5mmol(ミリモル)/dmのテトラクロロ金(III)酸に代わりに、モル濃度が1mmol(ミリモル)/dm(硝酸銀が採用されたこと
(b3)酸化膜形成工程が行われていないこと
<Modified example (2) of the first embodiment>
Since the present modification (1) is the same as the first embodiment except for the following (b1) to (b3), the description overlapping with the first embodiment may be omitted.
(B1) With the adoption of silver (Ag) instead of gold (Au) as the particles 20, (b2) and (b1), the molar concentration was 0.5 mmol (mmol) / dm 3 in the dispersion arrangement step. Molar concentration of 1 mmol (mmol) / dm 3 (silver nitrate was adopted instead of tetrachlorogold (III) acid (b3) No oxide film formation step was performed.

図8Bは、本変形例(2)の発光分光分析方法による測定結果の一例である。なお、本変形例(2)においては、酸化膜形成工程が行われていないため、被測定対象40が占める領域の面積が、第1の実施形態の測定用基材100の場合よりも小さくなった。従って、図8Bにおいては、得られたスペクトルの強度に、第1の実施形態の被測定対象40に対する本変形例(2)の面積の比を乗じることによって、第1の実施形態の被測定対象40の面積と本変形例(2)の被測定対象40の面積とが同じになるように補正されている。 FIG. 8B is an example of the measurement result by the emission spectroscopic analysis method of the present modification (2). In the present modification (2), since the oxide film forming step is not performed, the area of the region occupied by the object to be measured 40 is smaller than that of the measurement base material 100 of the first embodiment. It was. Therefore, in FIG. 8B, the measured object of the first embodiment is measured by multiplying the intensity of the obtained spectrum by the ratio of the area of the modified example (2) to the measured object 40 of the first embodiment. The area of 40 is corrected so that the area of the object to be measured 40 in this modification (2) is the same.

図8Bにおいては、本変形例(2)の測定用基材100を用いたときの、被測定対象40が有するストロンチウム(Sr)原子の発光線強度を測定した結果が、図8B中の「Y3(破線)」により示されている。なお、図8Bに示す結果は、分散配置工程における浸漬時間が15秒であり、非貫通孔形成工程における浸漬時間が60秒のときの結果である。また、比較例として、図6中のXと同じ結果が示されている。 In FIG. 8B, the result of measuring the emission line intensity of the strontium (Sr) atom possessed by the object to be measured 40 when the measurement base material 100 of the present modification (2) is used is “Y3” in FIG. 8B. (Dashed line) ”. The result shown in FIG. 8B is a result when the immersion time in the dispersion arrangement step is 15 seconds and the immersion time in the non-through hole forming step is 60 seconds. Further, as a comparative example, the same result as X in FIG. 6 is shown.

図8Bにおいて明らかなように、本実施形態の測定用基材100を用いたときのストロンチウム(Sr)原子の発光線強度が、比較例の該強度よりも十分な有意差を有して強くなることが確認された。より具体的には、比較例の該強度よりも、本変形例(1)の測定用基材100を用いたときの該強度は、約20倍以上であることが分かった。 As is clear from FIG. 8B, the emission line intensity of the strontium (Sr) atom when the measurement base material 100 of the present embodiment is used becomes stronger with a sufficiently significant difference from the intensity of the comparative example. It was confirmed that. More specifically, it was found that the strength when the measurement base material 100 of the present modified example (1) was used was about 20 times or more higher than the strength of the comparative example.

上述のとおり、被測定対象40と接する基材30の表面を本実施形態において示す非貫通孔10を含む多孔質状に形成することによって、従来と比較して十分に有意差のある高感度の測定結果が得られることが分かった。 As described above, by forming the surface of the base material 30 in contact with the object to be measured 40 in a porous shape including the non-through holes 10 shown in the present embodiment, the high sensitivity with a sufficiently significant difference as compared with the conventional case. It was found that the measurement results were obtained.

<第2の実施形態>
本実施形態の測定用基材の一例である測定用基材200及びその製造方法について説明する。本実施形態の測定用基材200は、被測定対象40と基材30とが接している領域において非貫通孔10の全てが被測定対象40によって完全に、又は略完全に埋められている点を除いて、第1の実施形態の測定用基材100と同じである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Second embodiment>
The measuring base material 200, which is an example of the measuring base material of the present embodiment, and the manufacturing method thereof will be described. In the measurement base material 200 of the present embodiment, all the non-through holes 10 are completely or substantially completely filled by the measurement target 40 in the region where the measurement target 40 and the base material 30 are in contact with each other. Is the same as the measurement base material 100 of the first embodiment, except for the above. Therefore, the description overlapping with the first embodiment may be omitted.

図9は、本実施形態における測定用基材200の断面を示す模式図である。図9に示すように、本実施形態の測定用基材200は、非貫通孔10を含む多孔性のシリコン層の表面を有する基材30の表面上に一部に、被測定対象40が配置されている。また、本実施形態は、被測定対象40と基材30とが接している領域においては、基材30上に配置された被測定対象40によって非貫通孔10の全てが被測定対象40によって完全に、又は略完全に埋められている。なお、それらの非貫通孔10の底部には粒子20が存在している。 FIG. 9 is a schematic view showing a cross section of the measurement base material 200 in the present embodiment. As shown in FIG. 9, in the measurement base material 200 of the present embodiment, the measurement target 40 is partially arranged on the surface of the base material 30 having the surface of the porous silicon layer including the non-through holes 10. Has been done. Further, in the present embodiment, in the region where the object to be measured 40 and the base material 30 are in contact with each other, all the non-through holes 10 are completely formed by the object to be measured 40 by the object to be measured 40 arranged on the base material 30. Or almost completely filled. The particles 20 are present at the bottom of the non-through holes 10.

ここで、第1の実施形態における配置工程が本実施形態においても行われる前に、第1の実施形態の酸化膜形成工程と同様の酸化膜形成工程が行われることは好適な一態様である。該酸化膜形成工程によって、本実施形態の基材30の表面上に、第1の実施形態の酸化シリコン層80に相当する図示しない酸化膜が形成されると、確度高く非貫通孔10内に被測定対象40を入り易くすることができる。 Here, it is a preferable aspect that the same oxide film forming step as the oxide film forming step of the first embodiment is performed before the arrangement step in the first embodiment is also performed in the present embodiment. .. When an oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed on the surface of the base material 30 of the present embodiment by the oxide film forming step, the oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed in the non-through hole 10 with high accuracy. The object to be measured 40 can be easily entered.

本実施形態の測定用基材200が採用された場合であっても、第1の実施形態の測定用基材100と同様の効果が奏され得る。 Even when the measurement base material 200 of the present embodiment is adopted, the same effect as that of the measurement base material 100 of the first embodiment can be obtained.

<第3の実施形態>
本実施形態の測定用基材の一例である測定用基材300及びその製造方法について説明する。本実施形態の測定用基材300は、非貫通孔10の底部に粒子20が、全く、又はほとんど存在していない点を除いて、第1の実施形態の測定用基材100と同じである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Third embodiment>
The measurement base material 300, which is an example of the measurement base material of the present embodiment, and the manufacturing method thereof will be described. The measurement base material 300 of the present embodiment is the same as the measurement base material 100 of the first embodiment except that the particles 20 are completely or almost absent at the bottom of the non-through hole 10. .. Therefore, the description overlapping with the first embodiment may be omitted.

図10は、本実施形態における、非貫通孔が10形成された基材30の断面を示す模式図である。また、図11は、本実施形態における測定用基材300の断面を示す模式図である。 FIG. 10 is a schematic view showing a cross section of the base material 30 in which 10 non-through holes are formed in the present embodiment. Further, FIG. 11 is a schematic view showing a cross section of the measurement base material 300 in the present embodiment.

図10に示すように、本実施形態においては、基材30が有する非貫通孔10の底部に粒子20が、全く、又はほとんど存在していない。本実施形態においては、例えば、粒子20を構成する元素が金(Au)又は白金(Pt)である場合は、非貫通孔形成工程の直後に、基材30を王水(又は、熱王水)中に浸漬することにより、粒子20を溶解させることによって除去することが可能となる(粒子除去工程)。なお、粒子20を構成する元素が銀(Ag)である場合は、非貫通孔形成工程の直後に、基材30を濃硝酸中に浸漬することにより、粒子20の溶解させることによって除去することが可能となる(粒子除去工程)。 As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the particles 20 are completely or hardly present at the bottom of the non-through hole 10 of the base material 30. In the present embodiment, for example, when the element constituting the particles 20 is gold (Au) or platinum (Pt), the base material 30 is subjected to aqua regia (or hot aqua regia) immediately after the non-through hole forming step. ) By immersing the particles in (), the particles 20 can be removed by dissolving them (particle removal step). When the element constituting the particles 20 is silver (Ag), it is removed by dissolving the particles 20 by immersing the base material 30 in concentrated nitric acid immediately after the non-through hole forming step. Is possible (particle removal step).

上述の粒子除去工程が行われた後、第1の実施形態の配置工程が行われる前に、第1の実施形態の酸化膜形成工程と同様の酸化膜形成工程が行われることは好適な一態様である。該酸化膜形成工程によって、本実施形態の基材30の表面上に、第1の実施形態の酸化シリコン層80に相当する図示しない酸化膜が形成されると、確度高く非貫通孔10内に被測定対象40を入り易くすることができる。 It is preferable that the same oxide film forming step as the oxide film forming step of the first embodiment is carried out after the above-mentioned particle removing step is carried out and before the placement step of the first embodiment is carried out. It is an aspect. When an oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed on the surface of the base material 30 of the present embodiment by the oxide film forming step, the oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed in the non-through hole 10 with high accuracy. The object to be measured 40 can be easily entered.

なお、現時点においてメカニズムは明らかではないが、本実施形態の測定用基材300が採用された場合は、第1の実施形態の測定用基材100による効果よりも、被測定対象40が有する元素の発光線強度に対する検出感度がやや低下することが本発明者によって確認された。 Although the mechanism is not clear at this time, when the measurement base material 300 of the present embodiment is adopted, the element possessed by the measurement target 40 is more than the effect of the measurement base material 100 of the first embodiment. It was confirmed by the present inventor that the detection sensitivity with respect to the emission line intensity of

図12は、本実施形態における、非貫通孔10の底部の粒子20の有無による、測定結果の違いを示すグラフの一例である。なお、図12に示す結果は、第1の実施形態の分散配置工程のテトラクロロ金(III)酸水溶液への浸漬時間が60秒である。換言すれば、第1の実施形態の測定用基材100と第3の実施形態の測定用基材300との違いである。なお、粒子除去工程の有無以外の条件は同じである。図12に示すように、粒子除去工程が行われたときの被測定対象40が有する元素の発光線強度(図12の「Y4」)が、第1の実施形態の測定用基材100の被測定対象40による発光線強度(図12の「Y1」)の約半分程度にまで低下していることが確認された。 FIG. 12 is an example of a graph showing the difference in measurement results depending on the presence or absence of particles 20 at the bottom of the non-through hole 10 in the present embodiment. The result shown in FIG. 12 shows that the immersion time in the tetrachloroauric acid (III) acid aqueous solution in the dispersion arrangement step of the first embodiment is 60 seconds. In other words, it is a difference between the measurement base material 100 of the first embodiment and the measurement base material 300 of the third embodiment. The conditions are the same except for the presence or absence of the particle removing step. As shown in FIG. 12, the emission line intensity of the element (“Y4” in FIG. 12) of the element to be measured when the particle removal step is performed is the subject of the measurement base material 100 of the first embodiment. It was confirmed that the intensity of the emission line by the measurement target 40 (“Y1” in FIG. 12) was reduced to about half.

従って、第1の実施形態及びその変形例、並びに第2の実施形態のように、粒子20が非貫通孔10の底部に配置されることは、被測定対象40が有する元素の発光線強度を、より高感度に検出し得る観点から好適な一態様であることが分かった。 Therefore, as in the first embodiment and its modifications, and the second embodiment, the arrangement of the particles 20 at the bottom of the non-through hole 10 reduces the emission intensity of the element possessed by the object to be measured 40. , It was found to be a preferable aspect from the viewpoint of being able to detect with higher sensitivity.

<第3の実施形態の変形例>
本変形例の測定用基材の一例である測定用基材400及びその製造方法について説明する。本実施形態の測定用基材400は、被測定対象40と基材30とが接している領域において非貫通孔10の全てが被測定対象40によって完全に、又は略完全に埋められている点を除いて、第3の実施形態の測定用基材300と同じである。従って、第1の実施形態又は第3の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Modified example of the third embodiment>
The measurement base material 400, which is an example of the measurement base material of this modification, and the manufacturing method thereof will be described. In the measurement base material 400 of the present embodiment, in the region where the measurement target 40 and the base material 30 are in contact with each other, all of the non-through holes 10 are completely or substantially completely filled by the measurement target 40. Except for the above, it is the same as the measurement base material 300 of the third embodiment. Therefore, the description overlapping with the first embodiment or the third embodiment may be omitted.

図13は、本変形例における測定用基材400の断面を示す模式図である。図13に示すように、本実施形態の測定用基材400は、非貫通孔10を含む多孔性のシリコン層の表面を有する基材30の表面上に一部に、被測定対象40が配置されている。また、本実施形態は、被測定対象40と基材30とが接している領域においては、基材30上に配置された被測定対象40によって非貫通孔10の全てが被測定対象40によって完全に、又は略完全に埋められている。なお、それらの非貫通孔10の底部には粒子20が全く、又は殆ど存在しない。 FIG. 13 is a schematic view showing a cross section of the measurement base material 400 in this modified example. As shown in FIG. 13, in the measurement base material 400 of the present embodiment, the measurement target 40 is partially arranged on the surface of the base material 30 having the surface of the porous silicon layer including the non-through holes 10. Has been done. Further, in the present embodiment, in the region where the object to be measured 40 and the base material 30 are in contact with each other, all the non-through holes 10 are completely formed by the object to be measured 40 by the object to be measured 40 arranged on the base material 30. Or almost completely filled. There are no or almost no particles 20 at the bottom of the non-through holes 10.

ここで、第1の実施形態における配置工程が本実施形態においても行われる前に、第1の実施形態の酸化膜形成工程と同様の酸化膜形成工程が行われることは好適な一態様である。該酸化膜形成工程によって、本実施形態の基材30の表面上に、第1の実施形態の酸化シリコン層80に相当する図示しない酸化膜が形成されると、確度高く非貫通孔10内に被測定対象40を入り易くすることができる。 Here, it is a preferable aspect that the same oxide film forming step as the oxide film forming step of the first embodiment is performed before the arrangement step in the first embodiment is also performed in the present embodiment. .. When an oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed on the surface of the base material 30 of the present embodiment by the oxide film forming step, the oxide film (not shown) corresponding to the silicon oxide layer 80 of the first embodiment is formed in the non-through hole 10 with high accuracy. The object to be measured 40 can be easily entered.

本実施形態の測定用基材400が採用された場合であっても、第1の実施形態の測定用基材100又は第3の実施形態の測定用基材300と同様の効果が奏され得る。 Even when the measurement base material 400 of the present embodiment is adopted, the same effect as that of the measurement base material 100 of the first embodiment or the measurement base material 300 of the third embodiment can be obtained. ..

<第4の実施形態>
本実施形態の測定用基材の一例である測定用基材500及びその製造方法について説明する。本実施形態の測定用基材500の基材は、該基材の一部としてのシリコン層(基材30)と公知の接着又は接合方法によってシリコン層(基材30)と一体化されるガラス基板50とによって構成される二層構造を備えている。測定用基材500が該二層構造を備えている点を除いて、第1の実施形態の測定用基材100と同じである。従って、第1の実施形態と重複する説明は省略され得る。
<Fourth Embodiment>
The measurement base material 500, which is an example of the measurement base material of the present embodiment, and the manufacturing method thereof will be described. The base material of the measurement base material 500 of the present embodiment is glass that is integrated with the silicon layer (base material 30) as a part of the base material and the silicon layer (base material 30) by a known bonding or bonding method. It has a two-layer structure composed of a substrate 50 and the like. It is the same as the measurement base material 100 of the first embodiment except that the measurement base material 500 has the two-layer structure. Therefore, the description overlapping with the first embodiment may be omitted.

図14は、本実施形態における測定用基材500の断面を示す模式図である。図14に示すように、本実施形態においては、第1の実施形態の測定用基材100と同様に、非貫通孔10の少なくとも一部が被測定対象40によって完全に埋められていない状態の測定用基材500が製造される。 FIG. 14 is a schematic view showing a cross section of the measurement base material 500 in the present embodiment. As shown in FIG. 14, in the present embodiment, as in the measurement base material 100 of the first embodiment, at least a part of the non-through hole 10 is not completely filled by the measurement target 40. The measurement base material 500 is manufactured.

本実施形態の測定用基材500が採用された場合であっても、第1の実施形態の測定用基材100と同様の効果が奏され得る。 Even when the measurement base material 500 of the present embodiment is adopted, the same effect as that of the measurement base material 100 of the first embodiment can be obtained.

<その他の実施形態>
ところで、第4の実施形態においては、測定用基材500の基材が、シリコン層(基材30)とガラス基板50とによって構成される二層構造を備えているが、本実施形態の基材は、そのような構成に限定されない。例えば、シリコン層(基材30)と公知の接着又は接合方法によって一体化され得るガラス基板とは異なる種類の基板が採用された場合であっても、本実施形態の効果の少なくとも一部の効果が奏され得る。
<Other Embodiments>
By the way, in the fourth embodiment, the base material of the measurement base material 500 has a two-layer structure composed of a silicon layer (base material 30) and a glass substrate 50, but the base material of the present embodiment The material is not limited to such a configuration. For example, even when a substrate of a type different from the glass substrate that can be integrated with the silicon layer (base material 30) by a known bonding or bonding method is adopted, at least a part of the effects of the present embodiment is effective. Can be played.

また、上述の各実施形態又は変形例においては、非貫通孔10の深さをその開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上である非貫通孔10が採用されている。図7に示すエッチング時間と発光線強度との関係などを踏まえた本発明者による知見によれば、被測定対象が有する元素の発光線強度を確度高く高感度に検出し得る観点から言えば、好適な該アスペクト比は、5以上であり、より好適には、10以上であり、さらに好適には、15以上である。 Further, in each of the above-described embodiments or modifications, the non-through hole 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth of the non-through hole 10 by its opening width is adopted. According to the findings by the present inventor based on the relationship between the etching time and the emission line intensity shown in FIG. 7, from the viewpoint of being able to detect the emission line intensity of the element to be measured with high accuracy and high sensitivity, A suitable aspect ratio is 5 or more, more preferably 10 or more, and even more preferably 15 or more.

以上、述べたとおり、各実施形態又は変形例の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。 As described above, the modifications existing within the scope of the present invention including the other combinations of the respective embodiments or modifications are also included in the claims.

本発明は、仮に被測定対象が微量であっても、該被測定対象の元素の発光線強度を高感度に検出し得るため、半導体洗浄液又はめっき液の不純物量の管理、廃液の検査、あるいは原子炉内外の汚染水又は不明液体の成分調査など、各種産業において広く活用され得る。 In the present invention, even if the object to be measured is a very small amount, the emission line intensity of the element to be measured can be detected with high sensitivity. Therefore, the control of the amount of impurities in the semiconductor cleaning liquid or the plating solution, the inspection of waste liquid, or the inspection of waste liquid, or It can be widely used in various industries such as component survey of contaminated water or unknown liquid inside and outside the reactor.

10 非貫通孔
20 粒子
30 基材
40 被測定対象
50 ガラス基板
80 酸化シリコン層
90 レーザー光照射部
91 ミラー
92 ステージ
93 CMOSカメラ
94a ダイクロイックミラー
94b 結像レンズ
94c 対物レンズ
96 光ファイバーバンドル
97 アクロマティックレンズ
98a 分光器
98b 検出器
99 制御部
100,200,300,400,500 測定用基材
900 発光分光分析装置
10 Non-through hole 20 Particle 30 Base material 40 Object to be measured 50 Glass substrate 80 Silicon oxide layer 90 Laser light irradiation part 91 Mirror 92 Stage 93 CMOS camera 94a Dycroic mirror 94b Imaging lens 94c Objective lens 96 Optical fiber bundle 97 Achromatic lens 98a Spectrometer 98b Detector 99 Control unit 100, 200, 300, 400, 500 Measurement base material 900 Emission spectroscopic analyzer

Claims (5)

少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の前記シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する、
前記非貫通孔の少なくとも一部を覆うように配置された被測定対象に対してレーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定するための、
測定用基材。
The silicon layer of the base material having a silicon layer formed at least on the uppermost layer has a porous surface including non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width.
For measuring the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured when the object to be measured is irradiated with a laser beam so as to cover at least a part of the non-through hole.
Base material for measurement.
前記シリコン層の少なくとも一部上に、酸化シリコン層を備える、
請求項1に記載の測定用基材。
A silicon oxide layer is provided on at least a part of the silicon layer.
The measurement base material according to claim 1.
前記非貫通孔の底部の少なくとも一部に、金(Au)、銀(Ag)、及び白金(Pt)の群から選択される少なくとも一種が配置されている、
請求項1又は請求項2に記載の測定用基材。
At least a part selected from the group of gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt) is arranged at least a part of the bottom of the non-through hole.
The measurement base material according to claim 1 or 2.
少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の前記シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する、前記非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象が配置された測定用基材と、
前記被測定対象に対してレーザー光を照射するためのレーザー光照射部と、
前記レーザー光が照射されたときに該被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する測定部と、を備える、
発光分光分析装置。
The silicon layer of the base material having a silicon layer formed at least on the uppermost layer has a porous surface including non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. A measurement base material on which the object to be measured is arranged so as to cover at least a part of the non-through hole,
A laser beam irradiation unit for irradiating the object to be measured with a laser beam,
A measuring unit for measuring the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured when irradiated with the laser beam is provided.
Emission spectroscopic analyzer.
少なくとも最上層にシリコン層が形成されている基材の前記シリコン層が、深さを開口幅で除して得られるアスペクト比が3.5以上の非貫通孔を含む多孔性の表面を有する該基材の、該非貫通孔の少なくとも一部を覆うように被測定対象を配置する配置工程と、
前記被測定対象に対してレーザー光を照射する、レーザー光照射工程と、
前記被測定対象が有する元素の発光線強度を測定する測定工程と、を含む、
発光分光分析方法。
The silicon layer of the base material having a silicon layer formed at least on the uppermost layer has a porous surface including non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. An arrangement step of arranging the object to be measured so as to cover at least a part of the non-through hole of the base material, and
A laser light irradiation step of irradiating the object to be measured with a laser beam,
Including a measurement step of measuring the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured.
Emission spectroscopic analysis method.
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