JPH08313484A - キャピラリー電気泳動方法およびキャピラリー電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来困難であった固形試料表面の付着物を容
易にかつ高精度に分離さらには分析することを可能にす
ると共に、固形試料表面の位置的な評価を可能にしたキ
ャピラリー電気泳動方法およびキャピラリー電気泳動装
置を提供する。 【構成】 固形試料７の表面に微量の液体を滴下する液
体滴下部２と、固形試料７表面の付着物が溶解して試料
溶液とされた液滴１５と一方の端部３ａを接触させるキ
ャピラリー３と、試料側電極５とがサンプルヘッド１に
保持されている。サンプルヘッド１は固形試料７の所定
位置に移動可能とされている。キャピラリー３の他方の
端部３ｂ側には、キャピラリー３内に試料溶液を注入す
る手段として、キャピラリー移動機構１０が設けられて
いる。高電圧供給部４によって、試料溶液とキャピラリ
ー３の端部３ｂが挿入された緩衝液１２との間に所定の
電圧を印加し、キャピラリー３内に注入された試料溶液
を電気泳動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固形試料への適用を図
ったキャピラリー電気泳動方法およびキャピラリー電気
泳動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＮＡや蛋白質の分子量を調査する手法
として用いられてきたゲル電気泳動と、ＤＮＡや蛋白質
の分離・定量のために用いられてきたＨＰＬＣの両者を
融合させたキャピラリー電気泳動法は、近年、高分離機
能を有し、かつ極微量の試料溶液を短時間で分析するこ
とが可能であること等から、生化学分野等で注目されて
いる技術である。このような経緯から、キャピラリー電
気泳動法の対象試料は溶液状のものがほとんどで、固形
試料でも粉末状で溶液化するのが容易なものがほとんど
であった。

【０００３】一方、半導体工業ではメモリー容量の拡大
に伴って、ＬＳＩ、ＵＬＳＩの製造工程等では極微量の
不純物が問題となっており、さらに半導体ウェハの極小
表面の位置的な汚染評価等が不可欠になってきている。

【０００４】このような状況に対して、従来の半導体ウ
ェハ等の固形試料の表面付着物を分析する際には、クリ
ーンルーム等の汚染の少ない環境で、純水洗浄等によっ
て試料溶液を作製したり、あるいは融解により試料全体
を分解して試料を作製する等の前処理を行う必要があっ
た。そして、これら測定試料をＩＣＰ質量分析（陽イオ
ン）、イオンクロマトグラフィー（陰イオン）、そして
キャピラリー電気泳動法（陽イオン、陰イオン、有機
酸）で分析することが一般的であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の分析法では、固形試料の表面付着物を分
析する際、表面洗浄といった前処理では目的成分（不純
物）が希釈されたり、位置的な分析が困難であり、また
融解法では破壊分析のために、分析用に試料を確保する
必要があった。また、前処理から分析まで測定装置によ
って限定されると共に、長時間の作業となることから試
料の汚染が発生する可能性が高く、このため前処理を実
施する作業者によってばらつきが生じ、分析値への信頼
性が低くなってしまうという難点があった。

【０００６】さらに、感度の面でも多量（例えば10〜 2
50ml）の試料溶液に定容されるため、微量分析を行う際
に測定感度に問題が生じていた。そして、位置的分析は
測定方法の手順面からも、また感度の面からも不可能で
あった。

【０００７】一方、キャピラリー電気泳動法は高分離機
能を有することから、他の分析装置の前処理装置として
の使用も可能と考えられるが、前述したように対象試料
がほとんど溶液に限定されていたため、上記したような
固形試料表面の付着物の分離等には適用不可能であっ
た。

【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、表面洗浄や融解等の従来の前処理を
行うことなく、従来困難であった固形試料表面の付着物
を容易にかつ高精度に分離さらには分析することを可能
にすると共に、固形試料表面の位置的な評価を可能にし
たキャピラリー電気泳動方法およびキャピラリー電気泳
動装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のキャピラリー電
気泳動方法は、固形試料の表面に微量の液体を滴下し、
この滴下した液体中に前記固形試料表面の付着物を溶解
させて試料溶液とし、この試料溶液にキャピラリーの一
方の端部を接触させて前記試料溶液を前記キャピラリー
に注入した後、前記試料溶液を電気泳動させることを特
徴としている。また、本発明のキャピラリー電気泳動装
置は、固形試料の表面に微量の液体を滴下する液体滴下
部と、前記固形試料の表面に滴下され、前記固形試料表
面の付着物が溶解して試料溶液とされた液体と一方の端
部が接触するように構成されたキャピラリーと、前記キ
ャピラリー内に前記試料溶液を注入する手段と、前記試
料溶液と前記キャピラリーの他方の端部が挿入された緩
衝液との間に電圧を印加し、前記キャピラリー内の前記
試料溶液を電気泳動させる電圧供給部とを具備すること
を特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明のキャピラリー電気泳動方法において
は、固形試料の表面に微量の液体を滴下し、この滴下し
た液体中に固形試料表面の付着物を溶解させて試料溶液
としているため、固形試料を破壊することなく、試料溶
液を容易にかつばらつきの発生を抑えて作製することが
できる。そして、このような試料溶液をキャピラリーに
注入した後に試料溶液を電気泳動させることによって、
固形試料表面の陰イオン、陽イオン、有機酸等の付着物
を容易にかつ短時間で高精度に分離することができる。
また、試料溶液の作製原料となる液体の滴下量および滴
下位置を限定することによって、固形試料の位置的な評
価を実施することが可能となる。

【００１１】また、本発明のキャピラリー電気泳動装置
においては、固形試料の表面に微量の液体を滴下する液
体滴下部を有しており、この滴下された液体に固形試料
表面の付着物を溶解させて試料溶液とすることができる
ため、固形試料を破壊することなく、試料溶液を容易に
かつばらつきの発生を抑えて作製することができる。さ
らに、例えば重力法、減圧法、電気泳動法等によりキャ
ピラリー内に上記試料溶液を注入する手段を有してお
り、キャピラリー内に試料溶液を容易に注入することが
できるため、短時間で試料溶液に対して電気泳動を実施
することができる。従って、固形試料表面の陰イオン、
陽イオン、有機酸等の付着物を容易にかつ短時間で高精
度に分離することが可能となる。さらに、液体滴下部も
しくは固形試料の位置制御を実施することによって、固
形試料の位置的な評価を実施することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１３】図１は、本発明の方法並びに装置をキャピ
ラリー電気泳動分析装置に適用した一実施例の要部構成
を模式的に示す図である。同図において、１は試料溶液
作製用の液体を自動滴下する液体滴下部２を有するサン
プルヘッドである。液体滴下部２から滴下される液体に
は、分析対象物を溶解しやすい液体が適宜使用され、例
えば純水、アルカリ性溶液、酸性溶液、有機溶剤等が例
示される。

【００１４】液体滴下部２から滴下する液体の量は、分
析対象物や分析対象面積によっても異なるが、分離精度
ひいては測定感度の向上を図るために、 1ml以下とする
ことが好ましい。特に 100μl 以下とすることが分離精
度や測定感度、さらには位置的評価の点から望ましい。
この液体滴下量は、図示を省略した制御部により自動的
に制御されるように構成されている。

【００１５】サンプルヘッド１は液体滴下部２の他に、
キャピラリー３の一方の端部（試料側端部）３ａと、高
電圧供給部４の例えばプラス側に接続された試料側電極
５を保持している。サンプルヘッド１の下方には試料台
６が設置されており、この試料台６上の所定の位置に固
形試料７が載置される。上記サンプルヘッド１は、図示
を省略したＸ−Ｙ−Ｚ方向に自在に移動可能なスキャナ
のアーム８に保持されており、サンプルヘッド１は固形
試料７表面の任意の位置に走査可能とされている。サン
プルヘッド１の走査は、図示を省略した制御部により自
動制御される。キャピラリー３の他方の端部（検出器側
端部）３ｂ側には、検出器９が配置されていると共に、
重力法によるキャピラリー３内への試料溶液注入手段と
して、キャピラリー３の他方の端部（検出器側端部）３
ｂを水平位置とその下方の注入位置との間で昇降させる
キャピラリー移動機構１０が設けられている。なお、重
力法による試料溶液注入手段としては、試料台６をサン
プルヘッド１と共に水平位置とその上方の注入位置との
間で昇降させる移動機構を用いることもできる。すなわ
ち、重力法による試料溶液注入手段は、キャピラリー３
の試料側端部３ａと検出器側端部３ｂとの相対的な高さ
位置を移動させ得る機構であればよい。

【００１６】また、キャピラリー３の検出器側端部３ｂ
の水平位置近傍には、高電圧供給部４の例えばマイナス
側に接続された検出器側電極１１が配置されている。キ
ャピラリー３の検出器側端部３ｂと検出器側電極１１の
下方には、緩衝液１２が収容されたバッファ槽１３が配
置されている。このバッファ槽１３は、図示を省略した
移動機構上に配置されており、電気泳動時にキャピラリ
ー３の検出器側端部３ｂと検出器側電極１１が緩衝液１
２中に挿入されるように構成されている。

【００１７】次に、上記キャピラリー電気泳動分析装置
の動作について説明する。

【００１８】まず、キャピラリー３の試料側端部３ａと
検出器側端部３ｂとが水平高さに位置している初期状態
（水平位置：図１に示す）のキャピラリー電気泳動分析
装置において、試料台６上の所定の位置に、固形試料７
例えばシリコンウェハをセットする。この固形試料７の
セット後に、キャピラリー電気泳動分析装置は自動制御
状態となる。すなわち、サンプルヘッド１が固形試料７
表面の所定の設定位置にアクセスし、液体滴下部２から
所定量の試料溶液作製用の微量液体１４が滴下される。
滴下する液体および滴下量は前述した通りである。

【００１９】次いで、図２に示すように、上記微量液体
の滴下後、あるいはその直前にキャピラリー３の試料側
端部３ａの先端が液滴１５と接触するように、スキャナ
によりサンプルヘッド１の位置が調整される。固形試料
７表面に滴下された液滴１５には、固形試料７表面の付
着物（測定対象物）が溶解し、液滴１５は試料溶液とさ
れる。そして、この試料溶液とされた液滴１５に、キャ
ピラリー３の試料側端部３ａの先端が接触した状態で、
キャピラリー３の検出器側端部３ｂがキャピラリー移動
機構１０により水平位置ｈ₁ から注入位置ｈ₂ まで降下
する。

【００２０】上記キャピラリー３の検出器側端部３ｂの
降下によって、キャピラリー３の試料側端部３ａと検出
器側端部３ｂとの間には高低差（図中、Ｘで示す）が生
じる。そして、この高低差Ｘに基く重力によって、試料
溶液とされた液滴１５がキャピラリー３内に注入され
る。この重力法によるキャピラリー３内への試料溶液の
注入は、前述したようにキャピラリー３の検出器側端部
３ｂを固形試料７と共に上昇させることによっても実施
できる。

【００２１】キャピラリー３の検出器側端部３ｂを注入
位置ｈ₂ まで降下させた状態で、一定時間例えば 5〜60
秒程度経過させた後、キャピラリー３の検出器側端部３
ｂは水平位置まで戻る。この後、緩衝液１２が収容され
たバッファ槽１３が上昇し、キャピラリー３の検出器側
端部３ｂと検出器側電極１１は緩衝液１２中に挿入され
る。さらに、キャピラリー３の試料側端部３ａと試料側
電極５も、図示を省略した他のバッファ槽に挿入され
る。この状態で、試料溶液とされた液滴１５と接触して
いる試料側電極５と、緩衝液１２中に挿入された検出器
側電極１１との間に、高電圧供給部４から所定の電圧が
印加されて、キャピラリー３内に注入された試料溶液の
電気泳動が開始される。

【００２２】試料溶液の電気泳動は、通常のキャピラリ
ー電気泳動と同様に、印加された電圧に応じて生じる電
気浸透流により行われ、この電気泳動によって試料溶液
に含まれる分析対象物質、例えば陰イオン、陽イオン、
有機酸が分離される。電気泳動により分離された分析対
象物質は検出器９で検出され、固形試料７表面に付着し
ている物質が定性的もしくは定量的に測定される。

【００２３】上述した手順によって、固形試料７表面に
おける特定の微小領域の分析、例えば表面汚染状況が測
定、評価される。そして、 1か所の分析が終了した後、
サンプルヘッド１の位置を移動させ、同様に固形試料７
表面の他の微小領域の分析を順に行うことによって、固
形試料７表面の任意の位置の分析、さらには位置的分析
を実施することができる。

【００２４】上記実施例のキャピラリー電気泳動分析装
置においては、固形試料７の表面に微量の液体を滴下す
る液体滴下部２を有しており、この滴下された液体に固
形試料７表面の付着物を溶解させて試料溶液とすること
ができるため、表面洗浄や融解等の従来の前処理を行う
ことなく、かつ固形試料７を破壊することなく、固形試
料７表面の微小領域に応じた試料溶液を容易にかつばら
つきの発生を抑えて作製することができる。さらに、液
体滴下部２を保持するサンプルヘッド１を制御すること
によって、固形試料７表面の位置に応じた試料溶液を容
易に作製することができる。

【００２５】そして、キャピラリー３内への試料溶液注
入手段としてのキャピラリー移動機構１０によって、上
記したような試料溶液をキャピラリー３内に容易に注入
することができる。従って、試料溶液の電気泳動を確実
にかつ短時間で実施することができる。このように、従
来困難であった固形試料７表面の付着物を、前処理から
測定まで固形試料７を破壊することなく、自動かつ短時
間でばらつきの発生を抑えて高精度に分離さらには分析
することができる。さらには、固形試料７表面の位置的
な分析・評価、すなわち表面解析を実施することができ
る。

【００２６】次に、上記実施例のキャピラリー電気泳動
分析装置を用いた具体的な分析例について述べる。な
お、固形試料７としては、液滴１５に対する接触角度が
小さく、液の拡散が小さいシリコンウェハを使用した。
本発明の方法並びに装置は、このような固形試料に対し
て特に有効である。

【００２７】まず、事前に固形試料７としてシリコンウ
ェハをＳＥＭで表面観察し、欠陥不純物のあるシリコン
ウェハと欠陥不純物のないシリコンウェハを選択した。
この2つのシリコンウェハについて汚染状況の評価を、
前述した手順に従って実施した。具体的には、固形試料
７表面に滴下する液体としては 500μl の純水を用い、
この純水を滴下した後にキャピラリー３の検出器側端部
３ｂを 100mm降下させた。この状態を30秒維持してキャ
ピラリー３内に試料溶液を注入し、緩衝溶液中で印加電
圧をかけて電気泳動を行った。その結果、ＳＥＭで欠陥
不純物の観察された試料は、キャピラリー電気泳動でも
陰イオンの不純物がＳＥＭで欠陥不純物が観測されなか
った試料と比較して多量に含まれていることが判明し
た。また、陰イオンに限らず、陽（金属）イオンや有機
酸等を含めた各種表面不純物の多点自動分析が可能であ
った。

【００２８】なお、上述した実施例においては、試料溶
液をキャピラリー３に注入する手段として重力法に基く
キャピラリー移動機構１０を用いたが、本発明はこれに
限定されるものではなく、減圧法や電気泳動法等を適用
することもできる。すなわち、減圧法を適用する場合に
は、例えばキャピラリー３の検出器側端部３ｂの先端に
減圧吸引装置の脱着可能に接続すればよく、また電気泳
動法を適用する場合には、キャピラリー３の試料側端部
３ａの先端を試料溶液に接触させた状態で、試料側電極
５と緩衝液１２中に挿入された検出器側電極１１との間
に、高電圧供給部４から所定の電圧を印加すればよい。

【００２９】次に、図３を参照して、本発明の方法並び
に装置をＩＣＰ質量分析装置の前処理装置として利用し
た分析装置について説明する。

【００３０】図３に示す分析装置は、キャピラリー３の
検出器側端部３ｂがＩＣＰ質量分析装置１６に接続され
たリサイクリックネブライザ１７に接線されている。こ
れら以外は、検出器９を除く前述した実施例のキャピラ
リー電気泳動装置を前処理装置として有している。そし
て、固形試料７表面の付着物、例えばシリコンウェハ表
面にステンレスや配線材料等から混入したFe、Cu、Ni等
の汚染物質は、前述した実施例と同様な手順でキャピラ
リー電気泳動装置で分離（前処理）され、リサイクリッ
クネブライザ１７によりＩＣＰ質量分析装置１６に送ら
れる。

【００３１】上記実施例の分析装置によれば、Fe、Cu、
Ni等の分析対象物質はキャピラリー電気泳動により共存
物質の影響を受けることなく、純水中の金属分析と同様
に、高感度に定量することができた。つまり、Fe、Cu、
Niを 3ng/l(=ppt)レベルで定量することができ、定性お
よび定量的に非常に良好な結果を得ることができた。こ
のように、本発明のキャピラリー電気泳動装置は、分析
装置としてだけでなく、ＩＣＰ質量分析装置のような高
感度分析装置に対する固形試料の前処理装置としても有
用である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来困難であった固形試料表面の極小位置における付着物
の分離さらには分析に、キャピラリー電気泳動法を容易
に適用することが可能となる。これによって、固形試料
表面の付着物を容易にかつ高精度に分離さらには分析す
ることが可能となると共に、固形試料表面の位置的な評
価をも実施することが可能となる。従って、半導体基板
のような固形試料の品質管理等に対して有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるキャピラリー電気泳
動分析装置の要部構成を模式的に示す図である。

【図２】 図１に示すキャピラリー電気泳動分析装置の
試料溶液注入動作を説明するための図である。

【図３】 本発明のキャピラリー電気泳動装置をＩＣＰ
質量分析装置の前処理装置として利用した分析装置の要
部構成を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１……サンプルヘッド ２……液体滴下部 ３……キャピラリー ３ａ…試料側端部 ３ｂ…検出器側端部 ４……高電圧供給部 ７……固形試料 １０…キャピラリー移動機構 １２…緩衝液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固形試料の表面に微量の液体を滴下し
   て、この滴下した液体中に前記固形試料表面の付着物を
   溶解させて試料溶液とし、この試料溶液にキャピラリー
   の一方の端部を接触させて、前記試料溶液を前記キャピ
   ラリーに注入した後、前記試料溶液を電気泳動させるこ
   とを特徴とするキャピラリー電気泳動方法。
2. 【請求項２】 固形試料の表面に微量の液体を滴下する
   液体滴下部と、 前記固形試料の表面に滴下され、前記固形試料表面の付
   着物が溶解して試料溶液とされた液体と一方の端部が接
   触するように構成されたキャピラリーと、 前記キャピラリー内に前記試料溶液を注入する手段と、 前記試料溶液と前記キャピラリーの他方の端部が挿入さ
   れた緩衝液との間に電圧を印加し、前記キャピラリー内
   の前記試料溶液を電気泳動させる電圧供給部とを具備す
   ることを特徴とするキャピラリー電気泳動装置。