JP7280110B2 - MEASUREMENT SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, EMISSION SPECTRAL ANALYSIS DEVICE AND EMISSION SPECTROSCOPY ANALYSIS METHOD - Google Patents

MEASUREMENT SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, EMISSION SPECTRAL ANALYSIS DEVICE AND EMISSION SPECTROSCOPY ANALYSIS METHOD Download PDF

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特許法第30条第2項適用 (発行者)公立大学法人兵庫県立大学、(刊行物名)「兵庫県立大学産学連携研究シーズ集 2018」、(掲載ページ)「ものづくり」第1頁、(発行日)2018年9月26日 (掲載年月日)2018年10月26日、(掲載アドレス) https://www.u-hyogo.ac.jp/research/seeds/seeds/2018/pdf/s18-1101-matsumoto.pdf (発行者)澤本 光男(発行所 公益社団法人 日本化学会)、(刊行物名)「日本化学会第99春季年会(2019) 講演予稿集DVD」、(講演番号)1 S6-06、(発行日)2019年3月1日 (発行者)澤本 光男(発行所 公益社団法人 日本化学会)、(刊行物名)「日本化学会第99春季年会(2019) 講演予稿集USB」、(講演番号)1 S6-06、(発行日)2019年3月1日 (集会名)日本化学会第99春季年会(2019)、(開催場所)甲南大学 岡本キャンパス、(開催日)平成31年3月16日 (掲載年月日)2019年3月1日、(掲載アドレス) https://nenkai.csj.jp/Proceeding/?year=2019 (掲載年月日)2019年5月23日、(掲載アドレス) http://hyogosta.jp/wp-content/uploads/2019/05/fe0db8f6971bbdf6651c4b12aef2406b-1.pdf (発行所)(一社)表面技術協会・関西支部事務局、(刊行物名)「第20回関西表面技術フォーラム要旨集」、(掲載ページ)第3頁、(発行日)2018年11月21日 (集会名)第20回関西表面技術フォーラム、(開催場所)甲南大学ポートアイランドキャンパス、(開催日)平成30年11月21日 (発行所)電気鍍金研究会、(刊行物名)「めっき技術」、(巻数)2019 Vol.32、(号数)No.2、(掲載ページ)第56頁、(発行日)2019年3月13日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (Publisher) University of Hyogo Public University Corporation, (Publication Name) "University of Hyogo Industry-Academia Collaborative Research Seeds Collection 2018" (Pages) "Manufacturing" Page 1, (Published Date) September 26, 2018 (Posted date) October 26, 2018, (Posted address) https://www. u-hyogo. ac. jp/research/seeds/seeds/2018/pdf/s18-1101-matsumoto. pdf (Published by) Mitsuo Sawamoto (Published by The Chemical Society of Japan), (Publication name) "The 99th Chemical Society of Japan (2019) Lecture Proceedings DVD", (Lecture number) 1 S6-06, (Publication date) March 1, 2019 (Published by) Mitsuo Sawamoto (published by The Chemical Society of Japan), (Publication name) "The 99th Chemical Society of Japan Annual Meeting (2019) Lecture Proceedings USB", (Lecture number) 1 S6-06, (Published date) March 1, 2019 (Meeting name) The 99th Chemical Society of Japan Annual Meeting (2019), (Venue) Konan University, Okamoto Campus, (Date) Heisei 31 March 16, 2019 (Posted date) March 1, 2019, (Posted address) https://nenkai. csj. jp/Proceeding/? year=2019 (Posted date) May 23, 2019, (Posted address) http://hyogosta. jp/wp-content/uploads/2019/05/fe0db8f6971bbdf6651c4b12aef2406b-1. pdf (Published by) The Surface Finishing Society of Japan, Kansai Branch Secretariat, (Publication Name) "The 20th Kansai Surface Technology Forum Abstracts", (Published page) Page 3, (Published date) November 2018 (Meeting name) 20th Kansai Surface Technology Forum, (Venue) Konan University Port Island Campus, (Date) November 21, 2018 (Publisher) Electroplating Research Group, (Publication name) "Plating Technology", (number of turns) 2019 Vol. 32, (number) No. 2, (Published page) Page 56, (Published date) March 13, 2019

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。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a substrate for measurement, a method for producing the same, 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。 2. Description of the Related Art Conventionally, research results and the like regarding the generation of in-liquid plasma using a solid substrate have been disclosed (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2). Further, a chemical analysis method is disclosed in which elemental analysis is performed by depositing a dissolved species as a metal thin film on a solid substrate by electrolytic deposition and then irradiating the deposit with a laser beam (Non-Patent Document 3). . Further, a technique is disclosed in which a device for ejecting minute droplets onto a solid substrate is introduced and the droplets are irradiated with laser light (Non-Patent Document 4). These chemical analysis techniques are commonly referred to as 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-dimensionalspace-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 SpeciesDissolved in a Liquid into Laser Ablation Plasma: An Approach Using EmissionSpectroscopy", 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 an optical system for laser-induced breakdown spectroscopy by incorporating a micro-droplet ejection device", Proc. . 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 extensively researched a chemical analysis method for elemental analysis by irradiating a laser beam on a residue obtained by evaporating droplets on a solid substrate. This technique is excellent in that elemental analysis can be performed even if the amount of liquid used for measurement is very small. However, as the inventors of the present invention proceeded with their research, it was confirmed that it was difficult to perform accurate elemental analysis because sufficient signal strength could not be obtained by adopting this method 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 that performs elemental analysis by irradiating laser light, the emission spectrum tends to vary depending on the irradiation position of the object to be measured, so it is easy to cause a decrease in measurement accuracy as quantitative analysis. Challenges also arise. Therefore, when the amount of liquid used for measurement is small, there is a strong demand not only for making the measurement itself possible, but also 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。 The present invention solves at least a part of the above-described technical problems, and is capable of detecting, with high sensitivity, the emission line intensity of an element possessed by a small liquid volume of the object to be measured when irradiated with a laser beam. It can greatly contribute to the provision of a substrate for use, an emission spectroscopic analysis device, 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 have found that even if the amount of the substance to be measured is very small, it is possible to realize a measurement method or measurement system that can perform elemental analysis with high sensitivity and high accuracy, for example, the substance to be measured We thought that it would be very useful when there was a limited amount of , and we devoted ourselves to 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 represented by laser devices for measurement, laser light irradiation conditions or spectroscopic conditions, but a substrate for placing the measurement object ( Typically, attention was paid to the structure of the sample stage) side. As a result of repeated trial and error, the present inventors have found that by processing the surface of the base material in contact with the object to be measured into a specific porous shape, high sensitivity with a sufficiently significant difference compared with the conventional one can be obtained. , or that it is possible to obtain measurement results with significantly higher sensitivity than conventional methods. Further, the present inventors have learned that even when the amount of liquid used for measurement is small, high measurement accuracy can be achieved by devising the surface of the substrate. The present invention was created based on each of the above 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 substrate for measurement of the present invention is a substrate in which a silicon layer is formed at least as the uppermost layer, and the silicon layer has an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. It has a porous surface containing through holes. In addition, when the object to be measured arranged so as to cover at least a part of the non-through hole is irradiated with a laser beam, the substrate for measurement has an emission line intensity of an element possessed by the object to be measured. It is a measurement substrate 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。 This substrate for measurement includes, at least as the uppermost layer of the substrate, a silicon layer on which a porous surface or surface layer containing non-through pores having an aspect ratio of 3.5 or more is formed. Therefore, when an object to be measured arranged so as to cover at least a part of the non-through holes is irradiated with a laser beam, the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured is Detection can be performed with higher sensitivity than when no surface is 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 optical emission spectrometer of the present invention, the silicon layer of the base material having a silicon layer formed at least as the uppermost layer has an aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width of 3.5 or more. a substrate for measurement having a porous surface including non-through holes of the above-mentioned non-through holes, and an object to be measured is arranged so as to cover at least a part of the non-through holes; and a measurement unit for measuring the emission line intensity of the element contained in the object 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 spectrometer has a porous surface including a non-through hole having an aspect ratio of 3.5 or more, and a measurement target is arranged so as to cover at least a part of the non-through hole. and a laser for irradiating the object to be measured with laser light. Therefore, the measurement unit of the emission spectroscopic analyzer, which measures the emission line intensity of the element of the object to be measured when irradiated with the laser beam, measures the emission line intensity of the element having the porous surface. It is possible to detect with high sensitivity compared to the case without it).

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
Further, one emission spectroscopic analysis method of the present invention includes the following steps (1-1) to (1-3).
(1-1) A base material having a silicon layer formed on at least the uppermost layer, the silicon layer having 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 part of the non-through hole of the base material having a surface of (1-2) irradiating laser light to the object to be measured Step (1-3) Measurement step of measuring the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured

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。 This emission spectroscopic analysis method includes at least one of the non-through holes of a measurement substrate having a porous surface or a silicon layer having a surface layer, the non-through holes having an aspect ratio of 3.5 or more. and a laser beam irradiation step of irradiating the aforementioned object to be measured with a laser beam. Therefore, in the measurement step of this emission spectroscopic analysis method for measuring the emission line intensity of the element of the object to be measured, the emission line intensity is higher than when the porous surface is not formed. Sensitive detection becomes possible.

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. means the linear distance D of Therefore, the "path 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 a 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 measurement substrate of the present invention, since it has a porous surface containing specific non-through holes, a laser beam is applied to the object to be measured so as to cover at least part of the non-through holes When irradiated with light, it becomes possible to detect the emission line intensity of the element of the object to be measured with higher sensitivity than when 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 spectrometer of the present invention, a measurement substrate for arranging an object to be measured, which has a porous surface containing specific non-through holes, at least part of the non-through holes A laser for irradiating an object to be measured arranged so as to cover the is provided. Therefore, the measurement unit of the emission spectroscopic analyzer, which measures the emission line intensity of the element of the object to be measured when irradiated with the laser beam, measures the emission line intensity of the element having the porous surface. It is possible to detect with high sensitivity compared to the case without it.

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-through holes of a measurement substrate having a silicon layer having a porous surface or surface layer containing specific non-through holes is formed. An arrangement step of arranging the object to be measured so as to cover the portion is performed. Therefore, the measurement unit of the emission spectroscopic analyzer, which measures the emission line intensity of the element of the object to be measured when irradiated with the laser beam, measures the emission line intensity of the element having the porous surface. It is possible to detect with high sensitivity compared to the case without it.

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。FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section of a base material having non-through holes formed therein in the first embodiment. 図1のP領域の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the P region of FIG. 1; 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。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining 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。1 is a SEM (scanning electron microscope) photograph of a base material surface showing a state in which gold (Au) is dispersed 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。4 is a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) photograph of a base material having non-through holes formed thereon 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。FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of one process in the manufacturing process of the measurement base material in the first 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。1 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement base material in the first embodiment; FIG. 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。1 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement base material in the first embodiment; FIG. 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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram explaining the structure of the 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。It 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。5 is a graph showing the relationship between the emission line intensity obtained by the emission spectroscopic analysis method of the first embodiment and the immersion time of the base material in the non-through hole forming step of the first 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。It 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。It 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。FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement substrate in a second 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。FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a base material in which non-through holes are formed in the third 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement substrate in a third 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。FIG. 11 is an example of a graph showing the difference in measurement results depending on the presence or absence of particles at the bottom of non-through holes in the third embodiment. FIG. 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。FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement substrate in a modified example of the third 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。FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross section of a measurement substrate in a fourth 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 based on the accompanying drawings. In this description, common reference numerals are given to common parts throughout the drawings unless otherwise specified. Also, in the figures, each of the elements of each embodiment are not necessarily shown to scale with each other. Also, some reference numerals may be omitted 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>
A measurement substrate 100, which is an example of the measurement substrate of the present embodiment, and a method for manufacturing the same 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 diagram showing a cross section of a base material 30 in which non-through holes 10 are formed in this embodiment. 2A is an enlarged view of the P region in FIG. 1. FIG. FIG. 2B is a schematic diagram for explaining the opening width and depth of the non-through hole 10. As shown in FIG. Further, FIG. 3A is a SEM (scanning electron microscope) of the surface of the substrate 30 showing a state in which gold (Au) is dispersed in the form of particles or islands on the surface of the substrate 30 in this embodiment. It is a photograph. In addition, FIG. 3B is a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) photograph of the base material 30 in which the non-through holes 10 are formed in this embodiment. FIG. 4A is a schematic diagram showing a cross section of one process in the manufacturing process of the measurement substrate 100 in this embodiment. Moreover, each of FIG. 4B and FIG. 4C is a schematic diagram showing a cross section of the measurement substrate 100 in this embodiment. Further, FIG. 5 is a configuration diagram for explaining the configuration of the emission spectroscopic analysis device 900 of this 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 this embodiment, as shown in FIG. 1, a substrate (in this embodiment, a silicon substrate) 30 provided with a silicon layer having a porous surface containing irregular non-through holes 10 is the object to be measured. So to speak, it plays a role as a measuring platform. Here, in the present embodiment, gold (Au) particles or lumps are present at or near the deepest positions of some or all of the non-through holes 10 . In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 3B, a porous surface is formed that includes non-through holes 10 having an opening width of about 10 nm to about 20 nm and a depth of about 70 nm or more. In other words, a porous surface including 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 ( A silicon dioxide layer 80 is mainly formed. Although the thickness of the silicon oxide layer 80 of this embodiment varies depending on the location, the typical thickness of the 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 placed on the substrate 30 shown in FIG. 1 by dropping a liquid object to be measured 40 as a representative example. . After that, in the present embodiment, by evaporating part of the object 40 to be measured by placing it on a known hot plate set at about 100° C., as shown in FIG. 4B or 4C, A measurement substrate 100 is manufactured in which at least part of the through holes 10 or most of the non-through holes 10 are not completely filled with the object 40 to be measured. In addition, as shown in FIG. 4B or FIG. 4C, as an example, there is a region in which the object to be measured 40 exists up to the upper side of the surface (end surface) of the base material 30, and an area where the object to be measured 40 exists only inside the non-through hole 10. existing regions can be mixed. Moreover, the difference between FIG. 4B and FIG. 4C is due to the difference in the state of evaporation when part of the object 40 to be measured is evaporated. FIG. 4C conceptually shows a state in which the object 40 to be measured shown in FIG. 4C is more dry. By the way, the figure of the measurement substrate in the second and subsequent embodiments described later will be described by adopting the measurement substrate shown in FIG. 4B as a representative for convenience of explanation. A measuring 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。 Also, in the present embodiment, placement by dropping is described as an example of placement of the object 40 to be measured, but the placement of the present embodiment is not limited to such means. For example, if the object to be measured 40 is a substance such as contaminated water inside a nuclear reactor that is difficult for a human to collect directly, the substrate having the non-through hole 10 is transported to the inside of the nuclear reactor using a robot. It is also one aspect that can be adopted 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 withdrawing the material 30 .

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。 In addition, as shown in FIG. 4B, in the measurement base material 100 of the present embodiment, in the region where the object to be measured 40 is in contact with the base material 30, the non-through holes 10 are covered at least partially. Since the object to be measured 40 is placed in the 10, it is not necessary for the object to be measured 40 to be in contact with all of the non-through holes 10 . In addition, for example, when the object to be measured 40 is placed on the base material 30 by dropping, the size of the area where the object to be measured 40 contacts the base material 30 depends on the type of the object to be measured 40, the environmental conditions ( temperature or humidity), and/or the surface condition of the substrate 30, and the like. Further, in the present embodiment, a part of the object 40 to be measured is evaporated and dried using a known hot plate, but the method of evaporating and drying the object 40 to be measured according to the present embodiment uses a hot plate. Not limited to heating. For example, it is one aspect that can be adopted that the method of evaporating and drying the object 40 to be measured is performed by exposing the substrate 30 on which the object 40 to be measured before evaporation and drying is placed 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 manufacturing the measurement substrate 100 of this 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 substrate 100 of this embodiment can be manufactured by a manufacturing method including the following steps (S1) to (S4).
(S1) Groups 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 at least the top silicon layer formed thereon. (S2) The surface of the silicon layer is immersed in a fluoride ion-containing solution so that the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width is 3.5. A non-through hole forming step of forming a porous surface by forming non-through holes 10 including the above from the surface (S3) oxidizing the surface of the silicon layer including the surface inside the non-through holes 10 (S4) an arranging step of arranging the object 40 to be measured 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。 An example of each of the above steps when particulate or island gold (Au) is employed will be described in detail below.

(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。
(Distribution arrangement process)
First, a specific example of the distributed arrangement process of this embodiment will be described. In one example of the dispersing step, the base material 30 (in this example, a single crystal n-type silicon (100) substrate) having a silicon layer formed at least on the uppermost layer is preliminarily adjusted to 5° C. Containing hydrofluoric acid with a concentration of 0.15 mol (mol)/L (liter) (or 0.15 mol (mol)/dm 3 (hereinafter, expressed as “mol/dm 3 ” for convenience), with a molar concentration of 0 .5 mmol (millimol)/dm 3 of tetrachloroauric (III) acid aqueous solution for about 10 seconds to about 300 seconds.As a result, particulate gold (Au ) or island-shaped gold (Au) (hereinafter collectively referred to as “particles 20”) were deposited on the surface of the substrate 30. During the immersion, the substrate 30 It can also be held by a known fluorocarbon-based resin holder covering part of the .

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 a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of the surface of substrate 30, showing the state in which particles 20 are dispersed on substrate 30, confirmed by immersion for 10 seconds. FIG. 3A(b) is an SEM (Scanning Electron Microscope) photograph of the surface of the base material 30, showing the state in which the particles 20 are dispersed on the base material 30, confirmed by immersion for 300 seconds. Note that when particulate or island-like silver (Ag) or platinum (Pt) is arranged on the surface of the base material 30 instead of gold (Au), silver (Ag) or platinum ( Pt) has a particle size of several nanometers to several hundreds of nanometers.

(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 step)
Next, a specific example of the non-through hole forming step of this embodiment will be described. In an example of the non-through hole forming step, the base material 30 supporting the gold (Au) particles (or islands) 20 described above was adjusted in advance to 25° C. in a dark room, and the molar concentration was 0.08 mol/ It is immersed in a 6.6 mol/dm 3 hydrofluoric acid aqueous solution containing dm 3 of hydrogen peroxide for about 30 seconds. As a result, as shown in FIG. 3B, a large number of non-through holes 10 formed from the surface of the substrate 30 were confirmed. It was also found that particles 20 were present at the bottoms of those 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 hole diameter of the non-through holes 10 well matches the particle diameter of the gold (Au) particles (or islands) 20 distributed on the surface of the substrate 30 . Therefore, the base material 30 having a surface of a 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 is longer. The depth of the non-through holes at which the effect of the present embodiment is exhibited is obtained by dividing the depth by the opening width. As long as it is not particularly limited. In addition, the depth of the non-through hole 10 that can particularly exhibit the effect of the present embodiment of highly sensitively detecting the emission line intensity of the element of the object 40 to be measured is 50 nm or more and 1 μm or less. In addition, the opening width of the non-through hole 10 that can particularly exhibit the effect of the present embodiment of detecting the emission line intensity of the element of the object 40 to be measured with high sensitivity is 1 nm or more and 1 μm or less. Also, in the non-through hole forming step of the present embodiment, hydrogen peroxide is employed as an oxidizing agent, but dissolved oxygen may be employed as a modification 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 step)
Next, a specific example of the oxide film forming process of this embodiment will be described. In one example of the oxide film forming process, the substrate 30 having a surface of a porous silicon layer containing non-through holes 10 is immersed in 60 mass % nitric acid maintained at 70° C. for about 30 minutes, for example. 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 inside 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 process of arranging the object to be measured 40 according to this embodiment will be described. In one example of the placement step, a 1 mmol/dm 3 aqueous solution of strontium chloride, which is an example of the object 40 to be measured, is dropped to place the aqueous solution on the substrate 30 having the non-through holes 10 formed therein. The substrate for measurement 100 is manufactured by performing the placement step of the present embodiment. In addition, 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 on a known hot plate set at 100 ° C. Evaporating to dryness is a preferred embodiment. The outer periphery of the base material 30 is held by a resin protector, and the opening of the protector is used to spread the aqueous solution of the object 40 to be measured by dripping (the area occupied by the object 40 to be measured in plan view). is another preferred aspect. In addition, in the present embodiment, even if the amount of the object to be measured 40 to be dropped is as small as, for example, 5 μL (microliter) or less, it should be noted that the effects of the present embodiment, which will be described later, can be achieved. Deserved. In addition, in this 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 can be applied to the base material 30 (more accurately In this case, the area of the region occupied by the object to be measured 40 on the silicon oxide layer 80 can be easily expanded. As a result, compared to the case where the silicon oxide layer 80 is not provided, it is possible to more easily carry out the emission spectroscopic analysis method described later and to achieve elemental analysis with higher accuracy.

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 emission spectroscopic analysis apparatus 900 and the emission spectroscopic analysis method of this 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 this embodiment, the emission spectroscopic analyzer 900 is used to measure the emission line intensity of the element of the object 40 to be measured when the object 40 to be measured 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, an emission spectroscopic analysis apparatus 900 of the present embodiment includes a laser light irradiation unit (manufactured by Continuum, model: Minilite II) 90, a mirror 91, an XYZ stage 92 and a CMOS camera 93 ( Edmond Optics, model: EO-3212C), a dichroic mirror 94a, an imaging lens 94b, an objective lens 94c, an optical fiber bundle) 96, an achromatic lens 97, and a commercially available ICCD camera as a detector 98b. (manufactured by Princeton Instruments, model: PI-MAX: 1K), a control unit 99, and a measurement substrate 100 are provided. In this embodiment, the spectroscope 98a and the detector 98b, which measure the emission line intensity of the element of the object to be measured when irradiated with the laser beam, serve as a measurement 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 this embodiment, the control unit 99 controls 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. In addition, since the CMOS camera 93 is used to observe the surface of the measurement substrate 100, for example, while observing the position of the laser light emitted from the laser light irradiation unit 90 using the CMOS camera 93, It becomes possible to measure the emission line intensity of the element of the object 40 to be measured. Also, the imaging lens 94b is used to form an image on the CMOS camera 93, which is observed using the objective lens 94c. In addition, in the present embodiment, the objective lens 94c plays a role of observing the surface of the object to be measured of the measurement substrate 100 while contributing to the irradiation of the laser beam. In this embodiment, the dichroic mirror 94a is set so as to reflect the wavelength of the laser light in the infrared region 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 this embodiment includes the following steps (T1) to (T3).
(T1) A substrate 30 having a silicon layer formed on at least the uppermost layer, the silicon layer containing non-through holes 10 having an aspect ratio of 3.5 or more obtained by dividing the depth by the opening width. (T2) A laser beam irradiation step of irradiating the object 40 to be measured with a laser beam. (T3) A measurement step of measuring the emission line intensity of an element possessed by the object 40 to be measured

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 placement step in the emission spectroscopic analysis method of the present embodiment is the same as the placement step in the manufacturing process of the measurement substrate 100 described above.

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 laser light having a wavelength of 1064 nm, a pulse width of 6 ns, and an energy of 5 mJ/pulse. The object 40 to be measured on the substrate 30 is focused and irradiated with laser light using an objective lens 94c having a focal length of 40 mm.

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 process of the present embodiment, the luminescence (plasma luminescence) of the element of the object 40 to be measured is condensed at the entrance of the optical fiber bundle 96 through the achromatic lens 97 using the dichroic mirror 94a. The light is incident on the slit of the spectroscope 98a via the optical fiber bundle 96, and the light 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 of the object 40 to be measured 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 this embodiment, the emitted light is made incident on the slit of the spectroscope 98a equipped with the detector 98b through the optical fiber bundle 96. FIG. In addition, using the XYZ stage 92 stage 92, the detection position (in other words, the laser irradiation position) of the object to be measured 40 was changed in the plane direction (XY direction) for each pulse irradiation. In addition, 1 μs after laser irradiation, the detector 98b is operated, the gate width is set to 1 μs, and the emission spectrum of the emitted light 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 detection results by the emission spectroscopic analysis apparatus 900 and the emission spectroscopic analysis method of this 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 shows an example of measurement results by the emission spectroscopic analysis method when gold (Au) is used in the dispersing step of this 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) atoms of the object 40 to be measured when using the measurement substrate 100 of the present embodiment is shown in FIG. is indicated by "Y1 (broken line)". The results shown in FIG. 6 are obtained when the immersion time in the dispersing step is 30 seconds and the immersion time in the non-through hole forming step is 120 seconds. In addition, as a comparative example, the measurement substrate of the present embodiment was prepared with the exception that a porous surface containing non-through holes was not formed (in other words, the surface was substantially smooth). The measurement results for the same case as 100 are indicated 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 strontium (Sr) atoms when using the measurement substrate 100 of the present embodiment is significantly stronger than the intensity of the comparative example. . More specifically, it was found that the strength when using the measurement substrate 100 of the present embodiment was about 50 times or more the strength of the comparative example. For reference, when the inventors of the present application investigated, the emission line intensity was higher than the value of X in FIG. It was confirmed that the strength remained at 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。 Moreover, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the emission line intensity obtained by the emission spectroscopic analysis method of the present embodiment and the immersion time of the substrate 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 strontium (Sr) atoms when using the measurement substrate 100 of the present embodiment is the highest when the immersion time is between 60 seconds and 300 seconds. A stronger trend was observed. This result shows that when the non-through hole 10 having an aspect ratio of 3.5 or more, which is obtained by dividing the depth by the opening width, is formed, the emission line intensity detected from the object 40 to be measured is increased. It is considered to indicate For reference, when the inventors of the present invention investigated, the variation in emission line intensity depending on the irradiation position of the laser when only the non-through hole forming step of the present embodiment was not performed was the basis for measurement of the present embodiment. It was confirmed that the use of the material 100 suppressed this. This is because the measurement substrate 100 has a porous surface including the non-through holes 10, so that the non-through holes 10 are formed over the entire area of the surface where the object 40 to be measured exists. This indicates that emission line intensity with less bias can be obtained as compared with the substrate for measurement that is not treated.

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 40 to be measured porous including the non-through holes 10 shown in this embodiment, it is possible to obtain measurement results with significantly higher sensitivity than in the past. I found out. Moreover, 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 achieved with high accuracy by providing the surface of the substrate 30 with an oxide film. In addition, by adopting the measurement substrate 100 of the present embodiment, the non-through hole 10 can be realized using a so-called electroless process in which the substrate 30 is simply immersed. Therefore, the adoption of the measurement substrate 100 of the present embodiment can keep the manufacturing cost of the measurement substrate 100 relatively low and facilitate the increase in area of the measurement substrate 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
<Modification (1) of the first embodiment>
Since this modified example (1) is the same as the first embodiment except for the following (a1) to (a3), description overlapping with the first embodiment can be omitted.
(a1) platinum (Pt) was adopted as the particles 20 instead of gold ( Au ); Potassium tetrachloroplatinate(II) with a molar concentration of 1 mmol (millimol)/dm 3 was employed instead of the acid. The temperature of the potassium aqueous 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) atoms of the object 40 to be measured when using the measurement substrate 100 of Modification (1) is "Y2 (broken line)”. The results shown in FIG. 8A are obtained when the immersion time in the dispersing step is 90 seconds and the immersion time in the non-through hole forming step is 10 seconds. Also, 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 in FIG. 8A, the emission line intensity of strontium (Sr) atoms when using the measurement substrate 100 of the present embodiment is stronger than the intensity of the comparative example with a sufficiently significant difference. was confirmed. More specifically, it was found that the strength when using the measurement substrate 100 of Modification Example (1) was about 35 times or more 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 substrate 30 in contact with the object 40 to be measured porous including the non-through holes 10 shown in this embodiment, high-sensitivity measurement with a sufficiently significant difference compared to the conventional It has been found that 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
<Modification (2) of the first embodiment>
Since this modification (1) is the same as the first embodiment except for the following (b1) to (b3), description overlapping with the first embodiment can be omitted.
(b1) As the particles 20, silver ( Ag) is adopted instead of gold (Au). Silver nitrate with a molar concentration of 1 mmol (millimol)/dm 3 was used instead of tetrachlorogold (III) acid. (b3) No oxide film forming 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 this modified example (2). In addition, since the oxide film forming step is not performed in this modified example (2), the area of the region occupied by the object to be measured 40 is smaller than in the case of the measurement substrate 100 of the first embodiment. rice field. Therefore, in FIG. 8B, 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 measured object of the first embodiment 40 and the area of the object to be measured 40 in this modified example (2) are corrected to be 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) atoms of the object 40 to be measured when using the measurement substrate 100 of Modification (2) is "Y3 (broken line)”. The results shown in FIG. 8B are obtained when the immersion time in the dispersing process is 15 seconds and the immersion time in the non-through hole forming process is 60 seconds. Also, 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 strontium (Sr) atoms when using the measurement substrate 100 of the present embodiment is stronger than the intensity of the comparative example with a sufficiently significant difference. was confirmed. More specifically, it was found that the strength when using the measurement substrate 100 of Modification Example (1) was about 20 times or more that 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 state including the non-through holes 10 shown in the present embodiment, high sensitivity with a sufficiently significant difference compared to the conventional It was found that 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>
A measurement substrate 200, which is an example of the measurement substrate of the present embodiment, and a method for manufacturing the same will be described. In the measurement substrate 200 of the present embodiment, the non-through holes 10 are completely or substantially completely filled with the object 40 to be measured in the region where the object 40 to be measured and the substrate 30 are in contact. Except for , it is the same as the measurement substrate 100 of the first embodiment. Therefore, the description overlapping with the first embodiment can 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 diagram showing a cross section of the measurement substrate 200 in this embodiment. As shown in FIG. 9, the measurement substrate 200 of the present embodiment includes a substrate 30 having a surface of a porous silicon layer including non-through holes 10, and an object 40 to be measured is partially arranged on the surface of the substrate 30. It is In addition, in the present embodiment, in the region where the object 40 to be measured and the base material 30 are in contact, the object 40 to be measured placed on the base material 30 completely covers the non-through hole 10 by the object 40 to be measured. or almost completely filled. Particles 20 are present at the bottoms of these 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 preferred aspect that an oxide film forming step similar to the oxide film forming step of the first embodiment is performed before the disposing step of the first embodiment is performed also in this embodiment. . By the oxide film forming step, 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. It is possible to make it easier for the object 40 to be measured to enter.

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 substrate 200 of the present embodiment is adopted, the same effects as those of the measurement substrate 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>
A measurement substrate 300, which is an example of the measurement substrate of the present embodiment, and a method for manufacturing the same will be described. The measurement substrate 300 of this embodiment is the same as the measurement substrate 100 of the first embodiment, except that no or almost no particles 20 are present at the bottom of the non-through holes 10. . Therefore, the description overlapping with the first embodiment can 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 diagram showing a cross section of a base material 30 in which non-through holes 10 are formed in this embodiment. Moreover, FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross section of the measurement substrate 300 in this 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 this embodiment, no or almost no particles 20 are present at the bottom of the non-through holes 10 of the substrate 30 . In the present embodiment, for example, when the element constituting the particles 20 is gold (Au) or platinum (Pt), the substrate 30 is treated with aqua regia (or hot aqua regia) immediately after the step of forming the non-through holes. ), the particles 20 can be dissolved and removed (particle removal step). When the element constituting the particles 20 is silver (Ag), the particles 20 are dissolved by immersing the base material 30 in concentrated nitric acid immediately after the step of forming the non-through holes, thereby removing the silver (Ag). becomes 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 an oxide film forming step similar to the oxide film forming step of the first embodiment is performed after the above-described particle removing step is performed and before the placement step of the first embodiment is performed. It is a mode. By the oxide film forming step, 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. It is possible to make it easier for the object 40 to be measured to enter.

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 substrate 300 of the present embodiment is adopted, the effect of the measurement substrate 100 of the first embodiment is less than the effect of the element of the object 40 to be measured. The present inventors have confirmed that the detection sensitivity for the intensity of the emission line is slightly lowered.

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 non-through holes 10 in this embodiment. Note that the results shown in FIG. 12 are obtained when the immersion time in the tetrachloroauric (III) acid aqueous solution in the dispersing step of the first embodiment is 60 seconds. In other words, it is the difference between the measurement substrate 100 of the first embodiment and the measurement substrate 300 of the third embodiment. The conditions are the same except for the presence or absence of the particle removal step. As shown in FIG. 12, the emission line intensity (“Y4” in FIG. 12) of the element of the object to be measured 40 when the particle removal step is performed is the same as that of the measurement substrate 100 of the first embodiment. It was confirmed that the intensity of the light emitted by the measurement object 40 (“Y1” in FIG. 12) decreased 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, placing the particles 20 at the bottom of the non-through hole 10 as in the first embodiment, its modification, and the second embodiment reduces the emission line intensity of the element possessed by the object 40 to be measured. , was found to be a preferred embodiment 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>
A measurement substrate 400, which is an example of the measurement substrate of this modified example, and a manufacturing method thereof will be described. In the measurement substrate 400 of the present embodiment, the non-through holes 10 are completely or substantially completely filled with the object 40 to be measured in the region where the object 40 to be measured and the substrate 30 are in contact. Except for , it is the same as the measurement substrate 300 of the third embodiment. Therefore, the description overlapping with the first embodiment or the third embodiment can 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 diagram showing a cross section of the measurement substrate 400 in this modified example. As shown in FIG. 13, the measurement substrate 400 of the present embodiment includes a substrate 30 having a surface of a porous silicon layer including non-through holes 10, and an object 40 to be measured is partially arranged on the surface of the substrate 30. It is In addition, in the present embodiment, in the region where the object 40 to be measured and the base material 30 are in contact, the object 40 to be measured placed on the base material 30 completely covers the non-through hole 10 by the object 40 to be measured. or almost completely filled. It should be noted that no or almost no particles 20 are present at the bottoms of these 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 preferred aspect that an oxide film forming step similar to the oxide film forming step of the first embodiment is performed before the disposing step of the first embodiment is performed also in this embodiment. . By the oxide film forming step, 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. It is possible to make it easier for the object 40 to be measured to enter.

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 substrate 400 of the present embodiment is adopted, the same effects as those of the measurement substrate 100 of the first embodiment or the measurement substrate 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>
A measurement substrate 500, which is an example of the measurement substrate of the present embodiment, and a manufacturing method thereof will be described. The base material of the measurement base material 500 of the present embodiment is glass integrated with the silicon layer (base material 30) by a known bonding or bonding method with the silicon layer (base material 30) as a part of the base material. It has a two-layer structure constituted by the substrate 50 . It is the same as the measurement substrate 100 of the first embodiment except that the measurement substrate 500 has the two-layer structure. Therefore, the description overlapping with the first embodiment can 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 diagram showing a cross section of the measurement substrate 500 in this embodiment. As shown in FIG. 14, in the present embodiment, at least part of the non-through hole 10 is not completely filled with the object 40 to be measured, as in the measurement substrate 100 of the first embodiment. A measurement substrate 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 substrate 500 of the present embodiment is adopted, the same effects as those of the measurement substrate 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 substrate of the measurement substrate 500 has a two-layer structure composed of the silicon layer (substrate 30) and the glass substrate 50. The material is not limited to such configurations. For example, even if a substrate different from the glass substrate that can be integrated with the silicon layer (base material 30) by a known bonding or bonding method is employed, at least some of the effects of the present embodiment 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 and modified examples, the non-through hole 10 having an aspect ratio of 3.5 or more, which is obtained by dividing the depth of the non-through hole 10 by its opening width, is employed. According to the knowledge of the present inventor based on the relationship between the etching time and the emission line intensity shown in FIG. The aspect ratio is preferably 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, modifications that are within the scope of the present invention, including other combinations of 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。 The present invention can detect the intensity of the emission line of the element of the object to be measured with high sensitivity even if the amount of the object to be measured is very small. It can be widely used in various industries such as investigating the components of contaminated water inside and outside the nuclear reactor or unknown liquid.

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
REFERENCE SIGNS LIST 10 non-through hole 20 particle 30 base material 40 object to be measured 50 glass substrate 80 silicon oxide layer 90 laser beam irradiation unit 91 mirror 92 stage 93 CMOS camera 94a dichroic mirror 94b imaging lens 94c objective lens 96 optical fiber bundle 97 achromatic lens 98a Spectroscope 98b Detector 99 Controller 100, 200, 300, 400, 500 Base material for measurement 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、1nm以上1μm以下の開口幅の非貫通孔であって、深さを前記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, on which at least the silicon layer is formed as the uppermost layer, is a non-through hole with an opening width of 1 nm or more and 1 μm or less, and the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width is 3. .having a porous surface containing 5 or more of said blind pores;
For measuring the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured when the object to be measured arranged to cover at least a part of the non-through hole is irradiated with a laser beam,
Substrate 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。
comprising a silicon oxide layer on at least a portion of the silicon layer;
The substrate for measurement 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 one selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt) is disposed on at least a portion of the bottom of the non-through hole.
The substrate for measurement 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、1nm以上1μm以下の開口幅の非貫通孔であって、深さを前記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, on which at least the silicon layer is formed as the uppermost layer, is a non-through hole with an opening width of 1 nm or more and 1 μm or less, and the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width is 3. a measurement substrate having a porous surface containing 5 or more of the non- through holes, on which the object to be measured is arranged so as to cover at least a part of the non-through holes;
a laser beam irradiation unit for irradiating the object to be measured with a laser beam;
a measurement unit that measures the emission line intensity of an element possessed by the object to be measured when the laser beam is irradiated;
Emission spectrometer.
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、1nm以上1μm以下の開口幅の非貫通孔であって、深さを前記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, on which at least the silicon layer is formed as the uppermost layer, is a non-through hole with an opening width of 1 nm or more and 1 μm or less, and the aspect ratio obtained by dividing the depth by the opening width is 3. arranging an object to be measured so as to cover at least a portion of the non-through holes of the substrate having a porous surface containing 5 or more of the non- through holes;
a laser light irradiation step of irradiating the object to be measured with a laser light;
a measuring step of measuring the emission line intensity of the element possessed by the object to be measured;
Emission spectroscopy method.
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