WO2020054780A1 - 分析用基板 - Google Patents

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WO2020054780A1
WO2020054780A1 PCT/JP2019/035765 JP2019035765W WO2020054780A1 WO 2020054780 A1 WO2020054780 A1 WO 2020054780A1 JP 2019035765 W JP2019035765 W JP 2019035765W WO 2020054780 A1 WO2020054780 A1 WO 2020054780A1
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height
peak
metal film
metal
substrate
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PCT/JP2019/035765
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French (fr)
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啓 篠塚
凌峰 沈
紘太郎 大
寿子 得能
弘毅 本郷
江梨子 遠藤
Original Assignee
王子ホールディングス株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Definitions

  • the present invention relates to a substrate for analysis.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2018-170543, filed Sep. 12, 2018, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Raman spectroscopy has been problematic in that the intensity of Raman scattered light is very weak.
  • SERS surface-enhanced Raman scattering
  • SERS is a phenomenon in which the intensity of Raman scattered light of an adsorbed molecule to be measured is significantly enhanced by an electric field enhancement by surface plasmon resonance on a metal surface such as Au and Ag.
  • the use of electric field enhancement by surface plasmon resonance has also been studied in optical analysis methods other than Raman spectroscopy, such as infrared absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy.
  • the following substrate has been proposed as an analysis substrate utilizing electric field enhancement by surface plasmon resonance.
  • a plurality of depressions or a plurality of protrusions are arranged in a lattice at a predetermined specific lattice interval, and a substrate having a nano-periodic structure that generates surface plasmon resonance, and a substrate formed on the surface of the nano-periodic structure
  • Signal amplifying device for Raman spectroscopy comprising: (2)
  • An electric field enhancing element including a metal layer, a dielectric layer provided on the metal layer, and a plurality of metal particles provided on the dielectric layer, wherein the plurality of metal particles are: It has a periodic arrangement capable of exciting a propagation surface plasmon that propagates at an interface between the metal layer and the dielectric layer, and the propagation surface plasmon and the localized surface plasmon excited by the metal particles are electromagnetically
  • the surface plasmons have different resonance wavelengths, and the half-widths of the first absorption region and the
  • the device of Patent Document 1 has the advantage that the dispersion of the electric field on the nano-periodic structure is small because the propagation surface plasmon is used, but the electric field enhancement is based only on the propagation surface plasmon, so the enhancement effect is obtained. Has the disadvantage of being low.
  • the electric field enhancement element of Patent Document 2 the propagation type surface plasmon and the localization type surface plasmon are combined, the electric field distribution is made uniform by the propagation type surface plasmon, and the enhancement of the electric field intensity is increased by the localization type surface plasmon.
  • An object of the present invention is to provide an analysis substrate that can perform optical analysis using electric field enhancement by surface plasmon resonance with high sensitivity.
  • At least a first surface includes a base material made of a dielectric or a semiconductor, and a metal film provided on the first surface of the base material,
  • the metal film has an uneven structure in which a plurality of protrusions are formed continuously or intermittently,
  • the surface height distribution on the side where the metal film is provided has three or more peaks, Of the three or more peaks, the peak with the largest distance from the base material is the first height peak, the peak with the next largest distance is the second height peak, and the peak with the smallest distance from the base material is the Called the groove peak,
  • a protrusion whose top is the height of the first height peak is a first protrusion
  • a protrusion whose top is the height of the second height peak is a second protrusion.
  • the first convex portion is an island-shaped or mountain-shaped convex portion having an average width of a portion excluding the groove region of 200 nm or less
  • the first surface of the base material has a substantially periodic uneven structure,
  • the pitch of the substantially periodic concavo-convex structure is 160 to 1220 nm,
  • the analysis substrate according to any one of [1] to [5], wherein the sheet resistance of the surface of the metal film at 25 ° C. is 3.0 ⁇ 10 0 to 5.0 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ .
  • an analysis substrate that can perform optical analysis using electric field enhancement by surface plasmon resonance, particularly analysis using Raman scattered light with high sensitivity.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an analysis substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining how to calculate an average value of the width of the first convex region.
  • FIG. 2 is a process chart schematically showing a manufacturing process of the analysis substrate of FIG. 1. It is sectional drawing which shows typically the board
  • FIG. 6 is a scanning electron microscope image of a precursor of an analysis substrate of Comparative Example 1.
  • A) is a figure which shows the surface height distribution of the board
  • (b) is the moving average curve.
  • 3 is a scanning electron microscope image of the analysis substrate of Example 1.
  • A) is a figure which shows the surface height distribution of the board
  • (b) is the moving average curve.
  • 9 is a scanning electron microscope image of a precursor of an analysis substrate of Comparative Example 2.
  • A) is a figure which shows the surface height distribution of the precursor of the board
  • 9 is a scanning electron microscope image of the analysis substrate of Example 2.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a position where a concave-convex structure of a base material of Example 3 is reflected.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing a substrate for analysis according to one embodiment of the present invention.
  • the analysis substrate of the present embodiment includes a base material 10 and a metal film 20 provided on the first surface 10a of the base material 10.
  • the first surface 10a is made of a dielectric or a semiconductor.
  • a base material made of a dielectric or a semiconductor may be used, and two or more layers of a conductor layer, a dielectric layer, and a semiconductor layer are formed such that the first surface is a dielectric or a semiconductor. It may be a laminated multilayer substrate.
  • the dielectric or semiconductor is not particularly limited, and may be a known material for uses such as an analysis substrate.
  • a substrate composed of only a dielectric or a semiconductor is used, for example, a quartz substrate, various glass substrates such as alkali glass and alkali-free glass, a sapphire substrate, and silicon (Si).
  • substrates composed of inorganic substances such as silicon carbide (SiC)
  • substrates composed of organic substances such as polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyolefin resin, polyester resin, and the like.
  • the thickness of the substrate 10 is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 to 5.0 mm.
  • the metal constituting the metal film 20 may be any metal that can generate an electric field enhancement by surface plasmon resonance.
  • gold, silver, aluminum, copper, platinum, alloys of two or more of these, or two of these Combinations of the above can be given.
  • the metal film 20 has an uneven structure in which a plurality of protrusions 21 and a plurality of protrusions 22 are formed continuously or intermittently.
  • the protrusion 21 corresponds to the first protrusion of the present invention
  • the protrusion 22 corresponds to the second protrusion of the present invention.
  • the phrase “the plurality of protrusions 21 and the plurality of protrusions 22 are formed continuously” means that there is no portion where the metal film 20 is interrupted between the protrusions.
  • the fact that the plurality of protrusions 21 and the plurality of protrusions 22 are formed intermittently means a mode in which a portion where the metal film 20 is interrupted exists between the protrusions.
  • a groove region H3 is formed between the peripheral portion (foot portion) of the convex portion 21, the peripheral portion (foot portion) of the convex portion 22, or the space between the convex portion 21 and the convex portion 22.
  • the plurality of protrusions 21 and the plurality of protrusions 22 are formed continuously, the periphery of the protrusion 21 and the periphery of the protrusion 22 become the groove region H3.
  • the plurality of protrusions 21 and the plurality of protrusions 22 are formed intermittently, in addition to the periphery of the protrusions 21 and the periphery of the protrusions 22, the metal between the protrusions 21 and the protrusions 22 is formed.
  • the portion where the film 20 is interrupted also becomes the groove region H3.
  • the top 21 a which is the highest position of the protrusion 21, has the same height for all of the plurality of protrusions 21, but may have some variation.
  • the top 22a which is the highest position of the protruding portion 22, has the same height for all of the plurality of protruding portions 22, but there may be some variation.
  • the height of the top 21a of the projection 21 and the height of the top 22a of the projection 22 may be allowed to vary, but all the tops 21a are necessarily higher than all the tops 22a, that is, , At a position where the distance from the substrate 10 is large.
  • FIGS. 11A and 15A raw data of the frequency is obtained by dividing the height direction at intervals of 0.6 nm.
  • FIGS. 11B and 15B a moving average curve is created by moving average of 15 pieces of raw data. The number of peaks in the moving average curve is counted by ignoring peaks having a half width of 2 nm or less among the unevenness of the moving average curve.
  • the peak having the largest distance from the base material 10 is the first height peak in the present invention.
  • the peak P1 the peak with the next largest distance is the peak P2, which is the second height peak in the present invention, and the peak with the smallest distance from the substrate 10 (the peak at the lowest position) is the peak, which is the groove peak in the present invention.
  • the most frequent height T1, the most frequent height T2, and the most frequent height T3 are the heights at which the most frequent value is obtained at the peak P1, the peak P2, and the peak P3, respectively.
  • the most frequent height T1, the most frequent height T2, and the most frequent height T3 may each be present at a peak whose half-value width ignored when counting the number of peaks is 2 nm or less.
  • the height level L1 is a height at which the frequency in the surface height distribution takes the lowest value between the most frequent height T1 and the most frequent height T2.
  • the height level L2 is a height at which the frequency in the surface height distribution takes the lowest value between the most frequent height T2 and the most frequent height T3.
  • the height level L1 and the height level L2 may be present between the peaks each having a half value width of 2 nm or less, which is ignored when counting the number of peaks.
  • the height level L1 is a boundary between the peaks P1 and P2, and the height level L2 is a boundary between the peaks P2 and P3. Note that the height at the height level L1 is included in the peak P1, and the height at the height level L2 is included in the peak P2.
  • the mode height T1 is preferably from 10 to 100 nm, more preferably from 10 to 50 nm.
  • the mode height T2 is preferably from 5 to 42 nm, more preferably from 5 to 30 nm.
  • the most frequent height T3 is preferably 2 to 12 nm, more preferably 2 to 10 nm.
  • the height level L1 is preferably 7 to 40 nm, more preferably 10 to 25 nm.
  • the height level L2 is preferably 3 to 25 nm, more preferably 3 to 15 nm.
  • T1>L1>T2>L2> T3 is satisfied.
  • the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T2 is preferably 5 to 60 nm, more preferably 7 to 25 nm.
  • the difference between the mode height T2 and the mode height T3 is preferably 5 to 40 nm, more preferably 5 to 15 nm.
  • the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T3 is preferably 10 to 100 nm, more preferably 10 to 98 nm, and even more preferably 10 to 30 nm.
  • the height of the top 21a of the protrusion 21 corresponding to the first protrusion is not less than the height level L1.
  • the convex portion whose top is the height of the second height peak is referred to as a second convex portion
  • the height of the top 22a of the convex portion 22 corresponding to the second convex portion is the height level. It is located at a high position equal to or higher than L2 and exists within the range of the height distribution represented by the peak P2 smaller than the height level L1.
  • the region having the height of the groove peak is referred to as a groove region
  • the groove region H3 exists within the range of the height distribution represented by P3 smaller than the height level L2 or less.
  • the measured value of the AFM reflects not only the thickness of the metal film 20 but also the warpage, distortion, slight irregularities, etc. originally possessed by the substrate 10 because the resolution in the height direction is as small as 1 nm or less. Becomes That is, the height distribution by the AFM also includes a variable element of the first surface 10a different from the ideal plane.
  • the height distribution of the groove region H3 reflects the actual height distribution but is an apparent height distribution that does not coincide. Therefore, the mode height T3 is not an actual mode height (depth) of the groove region H3 but a value apparently obtained by AFM measurement.
  • a factor that does not coincide with the actual height distribution is a measurement limit based on the AFM probe. That is, the width near the bottom of the groove region H3 may be very narrow, for example, the first half of one digit nm. Therefore, when the tip of the AFM probe is lowered from above, the tip of the probe is caught at the same height as the width of the groove in the middle of the gradually narrowing groove structure. Cannot reach the lowest point of the groove region H3. In such a case, the height detected by the AFM is a position higher than the actual height.
  • TEM transmission electron microscope
  • measurement by TEM requires time and cost for sample preparation and the like, and it is practically difficult to measure the number of measurement points that enable statistical processing every time by TEM.
  • observation means such as a helium ion microscope capable of obtaining a resolution of 1 nm or less, but such an apparatus is not yet general. Therefore, in the present invention, the method based on the AFM is used as a standard for length measuring means such as a height distribution.
  • the height (depth) of the lowest (deep) groove region H3 that the AFM probe can reach depends on the width of the tip of the AFM probe.
  • an AFM probe of a standard having a tip diameter smaller than 2 to 5 nm and a tip angle from the tip to 200 nm less than 20 ° for example, manufactured by Nano World AG, Super Sharp Silicon Force Modulation Mode SSS-FMR-). 10).
  • the observation range by AFM was 500 nm, the scan rate was 0.3 to 1.0 Hz, and the sampling rate was 256 ⁇ 256 to 512 ⁇ 512 pixels.
  • the surface height distribution is obtained for three observation ranges of 500 nm, and the average of the three distributions is referred to as “surface height distribution on the side where the metal film is provided” in the present invention.
  • the difference between the most frequent height T1 of the peak P1 (the most frequent height of the first height peak) and the most frequent height T2 of the peak P2 (the most frequent height of the second height peak) is 5 to 60 nm. And more preferably 7 to 25 nm.
  • the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T2 reflects the most frequent value of the difference between the heights of the convex portions 21 and 22. It is preferable that the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T2 is within the above range, since the formation of the groove structure H3 is easy.
  • the difference between the most frequent height T2 of the peak P2 (the most frequent height of the second height peak) and the most frequent height T3 of the peak P3 (the most frequent height of the groove peak) is 5 to 40 nm. , And more preferably 5 to 15 nm.
  • the difference between the most frequent height T2 and the most frequent height T3 is the difference between the height of the protrusion 22 and the apparent height of the groove region measured by AFM, and reflects the thickness of the metal film 20 in the protrusion 22 to some extent. . It is preferable that the difference between the most frequent height T2 and the most frequent height T3 be in the above range, since the groove region H3 is easily formed clearly.
  • the difference between the most frequent height T1 of the peak P1 (the most frequent height of the first height peak) and the most frequent height T3 of the peak P3 (the most frequent height of the groove peak) is 10 to 98 nm. , And more preferably 10 to 30 nm.
  • the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T3 is the difference between the height of the convex portion 21 and the apparent height of the groove region measured by AFM, and reflects the thickness of the metal film 20 in the convex portion 21 to some extent. I have. It is preferable that the difference between the most frequent height T1 and the most frequent height T3 is within the above range, since the groove region H3 is easily formed clearly.
  • first convex region H1 a portion excluding the groove region H3 of the peripheral portion, that is, a portion higher than the height level L2 of the convex portion 21
  • second convex region H2 a portion higher than the height level L2 of the convex portion 22
  • the average value of the width of the first convex region H1 (hereinafter sometimes simply referred to as “average width”) is 200 nm or less.
  • the average width is preferably 180 nm or less, more preferably 5 to 130 nm, and further preferably 10 to 80 nm.
  • the average width in the case of a mountain range is preferably 150 nm or less, more preferably 5 to 100 nm, and even more preferably 10 to 60 nm.
  • the average width is equal to or less than 200 nm or equal to or less than the preferable upper limit, the frequency of the groove region H3 increases, and a sufficient localized surface plasmon effect is easily obtained.
  • first convex region H1 is mountain-shaped or island-shaped is represented by drawing an ellipse R having a minimum area circumscribing the region to be determined (hereinafter, referred to as “circumscribed ellipse”) as shown in FIG. It is defined using the major axis Rmax and minor axis Rmin of the circumscribed ellipse R, and the length W1 (A, B, C, etc. in FIG. 2) of a line orthogonal to the major axis L crossing the region.
  • W1 A case of a large first convex region H1 in which a circumscribed ellipse cannot be set in the acquired AFM image will be described later.
  • an ellipse having the largest area inscribed in the region to be determined (hereinafter referred to as “inscribed ellipse”) is drawn, and the major axis is drawn.
  • the length W2 where the orthogonal line crosses the region is less than 20% of the minor axis of the inscribed ellipse is 60% or more of the range of the major axis, it is determined to be "mountain-like". It is assumed to be island-shaped.
  • the measurement target for obtaining the average width is that two diagonal lines are drawn on the acquired AFM image, and the first diagonal line where one of the diagonal lines intersects The convex region H1 is set. Of these, the first convex regions H1 up to five points from the closest to the diagonal line intersection are targeted. If the number of the first convex regions H1 to be measured does not reach five points in one AFM image, the same operation is performed on the AFM image acquired at another place on the same sample surface, and the total number of points becomes five points. The AFM image is increased until it becomes. Then, the widths of the five selected first convex regions H1 are averaged to obtain an average value (average width) of the widths of the first convex portions excluding the groove regions in the present invention.
  • the width of the island-shaped first convex region H1 is obtained as an average value of the maximum value and the minimum value of W1 or W2.
  • all the maximum values and minimum values are averaged.
  • (A + B + C) / 3 which is the average value of A and C, which are the maximum values of W1
  • B which is the minimum value of W1
  • It is obtained as the width of the region H1.
  • the width of the mountain-shaped first convex region H1 is defined using a length W3 of a line perpendicular to the central curve crossing the region.
  • the center curve is a curve drawn inside the first convex region H1, and a straight line passing through the arbitrary point and orthogonal to the tangent to the curve at an arbitrary point on the curve. It is a curve formed by measuring the distance to two points where the extension intersects with the contour of the first convex region H1, and including arbitrary points that make them equal.
  • the width of the mountain-shaped first convex region H1 is determined by finding a portion where W3 is the largest in the first convex region H1, and starting with that as a starting point, along the central curve on both sides thereof, W3 is set at every 20 nm. The length is measured and an average value including the maximum W3 as the starting point is obtained as the width of the first convex region H1. If the extension distance of the first convex region H1 is long, up to 25 W3s are measured in order from the closest W3, including the largest W3 as a starting point.
  • the starting point is a branch portion branched from the main trunk portion. Then, a portion where W3 becomes the maximum is newly set as a starting point.
  • a point where the center curve of the branch portion and the center curve of the main trunk portion intersect is a branch point.
  • the measurement point of W3 in the branch portion is determined by the distance from the position of the maximum W3 as the starting point (the distance along the central curve of the main part from the position of the maximum W3 as the starting point to the branch point, and the branch point).
  • Total distance along the center curve of the branch portion from the center of the branch toward the tip end of the branch is an integer multiple of 20 nm. Even when there is a branch portion, at the stage where lengths of up to 25 W3s are measured in order from the closest W3, including the largest W3 as a starting point, those W3s are averaged to obtain the first convex region.
  • the width is H1.
  • the average width of the first convex region H1 can be approximately determined based on the SEM image instead of the AFM image. For example, a 100,000-fold SEM image (910 nm ⁇ 1210 nm) is acquired, two diagonal lines are drawn on the acquired SEM image, and five points at which the first convex region H1 where one of the diagonal lines intersects are arbitrarily selected are measured. Can be obtained in the same manner as in the case based on the AFM image. The method of distinguishing between a mountain-like shape and an island-like shape, and the method of obtaining the average width in each case are the same as those based on the AFM image.
  • the position of the contour of the first convex region H1 defined by the position of the height level L2 cannot be detected. Therefore, when based on the SEM image, the center of the groove region H3 observed around the first convex region H1 is approximated as the contour of the first convex region H1 for convenience. Since the width of the groove region H3 is very narrow, the average width based on the SEM image obtained in this way is approximately equal to the average width based on the AFM image.
  • the groove region H3 preferably includes a portion having a width of 25 to 0.1 nm, more preferably includes a portion having a width of 15 to 0.1 nm, and further preferably includes a portion having a width of 7 to 0.1 nm. As the width of the groove region H3 is smaller, it becomes easier to obtain a sufficient localized surface plasmon effect. In order to accurately determine the width of the groove region H3, the width is measured by a transmission electron microscope (TEM).
  • TEM transmission electron microscope
  • the groove region H3 may include a non-film formation region where the metal film 20 does not exist and the base material 10 is exposed.
  • a non-film formation region is included, the metal films 20 face each other via the non-film formation region.
  • the electric field is superposed by localized surface plasmon between the metal films 20 facing each other via the non-film formation region. This can generate an enhanced electric field.
  • the width of the non-film formation region is one digit nanometer, an extremely high electric field enhancing effect can be obtained.
  • the width of the non-film formation region is preferably from 0.1 to 15 nm, more preferably from 0.1 to 10 nm, even more preferably from 0.1 to 2 nm. Within the above range, the electric field enhancing effect by localized surface plasmon resonance is more excellent.
  • the sheet resistance of the surface of the metal film 20 at 25 ° C. is preferably low, preferably 3 to 200 ⁇ / ⁇ , more preferably 10 to 150 ⁇ / ⁇ .
  • the analysis substrate of the present embodiment has the peripheral regions of the plurality of protrusions of the metal film 20 and the groove regions formed in the gaps between them, the localized surface plasmon resonance caused by the incident light between the adjacent protrusions. Is generated, and a non-linear optical electric field enhancement effect by superposition of electric fields can be obtained.When this is used for spectroscopic measurement, it is possible to improve the measurement sensitivity by enhancing the signal derived from the molecule to be measured. is there.
  • Second film-forming step A step of laminating the metal film 26a with a uniform thickness on the entire surface of the portion where the first surface 10a of the base material 10 is exposed due to the aggregation of the aggregated metal film 25b and the metal film 25a.
  • FIG. 3 (d) Second Heating Step
  • the metal film 26a is obtained as a plurality of metal films 26b aggregated by heating to obtain an analysis substrate (FIG. 3E). As shown in FIG. 3E, a portion where the metal film 26b is laminated on the metal film 25b becomes the convex portion 21, and a portion where the metal film 26b is directly laminated on the base material 10 becomes the convex portion 22.
  • the method of laminating the metal on the first surface 10a in the first film forming step is not particularly limited, and examples thereof include a dry method such as a vapor deposition method and a wet method such as electrolytic plating and electroless plating.
  • the dry method include various physical vapor deposition methods (PVD) such as various vacuum sputtering methods and vacuum vapor deposition methods, various chemical vapor deposition methods (CVD), and the like.
  • PVD physical vapor deposition method
  • CVD chemical vapor deposition methods
  • a physical vapor deposition method such as a vacuum sputtering method and a vacuum vapor deposition method is preferable because the thickness is easily controlled, the adhesion of impurities is less likely to occur, and the adhesion strength of the metal film to the substrate is high. That is, the metal film 25a is preferably a film formed by a sputtering method.
  • the thickness of the metal film 25a formed in the first film forming step is preferably from 2 to 60 nm, more preferably from 3 to 30 nm, further preferably from 4 to 15 nm. It is preferable that the thickness of the metal film 25a be equal to or more than the preferable lower limit value, because the interval between the island-like structures or the network-like structures formed in the first-stage annealing step does not become too wide. It is preferable that the thickness of the metal film 25a is equal to or less than the preferable upper limit value because the metal film 25a is separated by dewetting in the first annealing step and then aggregates to form an island structure or a network structure.
  • the metal film 25a is aggregated by heating to obtain an analysis substrate precursor.
  • metals including gold, silver, aluminum, copper, platinum, and the like are characterized by high and low surface free cohesive energy in a molten state. Therefore, by heating these thin films to a temperature higher than the melting point, the liquid film is likely to be divided by the dewetting phenomenon, and then the specific surface area is minimized (agglomerated) by the surface free energy.
  • the dewetting phenomenon is likely to occur when the difference between the surface free energy of the metal in the molten state and the surface free energy of the substance serving as the base material is large.
  • a dewetting phenomenon occurs when the heating temperature has reached the melting point of the metal or higher.
  • the melting point of the metal is lower than that of the bulk metal due to the melting point drop phenomenon. That is, as the particle diameter of the metal particles decreases, and as the thickness of the metal thin film decreases, the melting point decreases. When the particle size of the metal particles and the thickness of the metal thin film become several tens nm, the phenomenon of melting point drop becomes remarkable.
  • the resulting metal thin film is an aggregate of metal atoms or very small metal particles, and the density is lower than that of the bulk state, so the melting point is lowered. Becomes noticeable. For example, while the melting point of bulk gold is 1064 ° C., the melting point of a gold thin film having a film thickness of 10 nm or less by vacuum sputtering decreases to about 150 to 200 ° C.
  • the heating temperature in the first heating step varies depending on the type of metal, but when gold is used as the metal film 25a, it is preferably 100 to 600 ° C, more preferably 200 to 400 ° C. When silver is used as the metal film 25a, the temperature is preferably from 80 to 600 ° C, more preferably from 200 to 400 ° C.
  • the heating time of the first heating step varies depending on the type of metal and the heating temperature. For example, when gold is used as the metal film 25a and heating is performed at 300 ° C., the heating time is preferably 1 to 60 minutes, more preferably 3 to 20 minutes. . When using silver as the metal film 25a and heating at 280 ° C., the heating time is preferably 1 to 50 minutes, more preferably 3 to 18 minutes.
  • the heating temperature is lower and the heating time is shorter, dewetting and aggregation are less likely to proceed, and the plurality of metal films 25b are likely to be mountain-shaped convex portions. Due to the aggregation, a portion where the first surface 10a of the base material 10 is exposed is generated between the metal films 25b.
  • heating by an open flame such as an oven (including a muffle furnace, an electric furnace, a furnace, etc.), a hot plate, an infrared heating device, a gas burner and the like are effective, but other heating means are used. No problem.
  • the first heating step is performed in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen. This is because, particularly in the case of a metal species such as silver, when the first heating step is performed in the air, the metal is oxidized by oxygen in the air, and the efficiency of surface plasmon resonance is reduced.
  • the metal film 26a having a uniform thickness is stacked on the entire surface of the portion where the first surface 10a of the base material 10 is exposed due to the aggregation of the metal film 25b and the metal film 25a.
  • the material of the metal film 26a may be different from that of the metal film 25b.
  • the method of laminating the metal is not particularly limited, and the same method as in the first film forming step can be adopted.
  • the preferred lamination method is the same as in the first film forming step.
  • the thickness of the metal film 26a formed in the second film forming step is preferably 2 to 60 nm, more preferably 3 to 30 nm, and further preferably 4 to 15 nm. If the thickness of the metal film 26a is equal to or more than the preferable lower limit value, the convex portion 22 formed of the metal film 26b is formed with a sufficient height after the second heating step, which is preferable. When the thickness of the metal film 26a is equal to or less than the preferable upper limit, the metal film 25b is easily separated by dewetting in the second heating step, so that the groove structure H3 is easily formed.
  • the metal film 26a is heated so that the metal film is separated by dewetting and subsequently coagulated by surface free energy, and the analysis substrate having the metal uneven structure shown in FIG. Get.
  • the heating condition in the second heating step is such that the shape of the metal film 26a can be changed by heating, but the condition is such that the already agglomerated metal film 25b does not shift in position or further progress of agglomeration. Is preferred.
  • the metal film 26a must be heated to a temperature equal to or higher than the melting point, the influence on the already formed metal film 25b cannot be completely eliminated, but the change in the position and form of the metal film 25b is minimal. It is preferable to limit it to. As a specific measure for that, it is particularly preferable to make the heating temperature lower than the heating temperature in the first heating step.
  • the heating temperature in the second heating step depends on the type of metal, but when gold is used for the metal films 25 and 26a, it is preferably 50 to 400 ° C, more preferably 90 to 250 ° C. When silver is used for the metal films 25a and 26a, the temperature is preferably 40 to 400 ° C, more preferably 70 to 250 ° C.
  • the heating time in the second heating step varies depending on the type of metal and the heating temperature. For example, when gold is used as the metal films 25a and 26a and heating is performed at 150 ° C., the heating time is preferably 2 to 60 minutes, and 3 to 20 minutes. More preferred. When silver is used as the metal films 25a and 26a and heated at 140 ° C., the heating time is preferably 2 to 60 minutes, more preferably 3 to 18 minutes.
  • an oven including a muffle furnace, an electric furnace, a furnace and the like
  • a hot plate including a hot plate, an infrared heater, a gas burner and the like by a direct fire
  • other heating means are used.
  • the second heating step is performed in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen. This is because, particularly in the case of a metal species such as silver, if the second heating step is performed in the air, the metal is oxidized by oxygen in the air, and the efficiency of surface plasmon resonance is reduced.
  • Examples of the method for setting the number of peaks to four or more include, for example, the above (i) the first film forming step, (ii) the first heating step, (iii) the second film forming step, and (iv) the second heating step. , A (v) third film-forming step and (vi) a third heating step are further provided. (V) The third film forming step and (vi) the third heating step may be steps equivalent to (iii) the second film forming step and (iv) the second heating step.
  • the metal nanoparticles 5 may be further dispersed on the metal film 20.
  • a spray coating method, a spin coating method, a dip coating method, a drop casting method, and the like are preferably used, but are not limited as long as they carry out the gist of the present invention.
  • metal nanoparticles are further dispersed on the metal film, localized surface plasmon resonance due to excitation light is generated between the metal film and the metal nanoparticles and between adjacent metal nanoparticles. This is preferable because a non-linear optical electric field enhancement effect by superposition of electric fields can be obtained.
  • the metal constituting the metal nanoparticles may be any metal that can generate an electric field enhancement by surface plasmon resonance, and examples thereof include gold, silver, aluminum, copper, platinum, and alloys of two or more of these.
  • the shape of the metal nanoparticles is not particularly limited, and is, for example, spherical, needle-like (rod-like), flake-like, polyhedral-like, ring-like, hollow-like (the center has a hollow or dielectric material), dendritic crystals, and others. An irregular shape and the like can be mentioned. At least a part of the plurality of metal nanoparticles may be aggregated to form secondary particles.
  • the average primary particle diameter of the metal nanoparticles is preferably 1 to 100 nm, more preferably 3 to 50 nm, and still more preferably 5 to 30 nm.
  • the average primary particle diameter of the metal nanoparticles is within the above range, resonance between free electrons in the metal and the excitation light becomes easy, and the electric field enhancing effect by localized surface plasmon resonance is excellent.
  • SEM scanning electron microscope
  • the shortest distance between two adjacent metal nanoparticles that are spaced apart from each other on the metal film is preferably 0.1 to 20 nm, more preferably 0.1 to 10 nm, and still more preferably 2 to 0.1 nm. If the shortest distance is within the above range, electric field enhancement occurs due to localized surface plasmon resonance between each metal nanoparticle, and high-sensitivity spectral analysis of molecules to be measured adsorbed between each metal nanoparticle is possible. Becomes In particular, in Raman spectroscopy, since the signal (Raman scattered light) from the molecule to be measured is weak, the above-mentioned electric field enhancement enables analysis of a sample having a low concentration.
  • SEM scanning electron microscope
  • the metal nanoparticles dispersed on the metal film having the uneven structure are dispersed.
  • the solution may be applied and dried.
  • the dispersion medium of the metal nanoparticle dispersion liquid may be any medium that can disperse the metal nanoparticles 5, and examples thereof include water, ethanol, and other organic solvents.
  • the content of the metal nanoparticles 5 in the metal nanoparticle dispersion may be, for example, 0.01 to 10.0% by mass, and more preferably 0.1 to 1% by mass, based on the total mass of the metal nanoparticle dispersion. 0.0% by mass.
  • the metal nanoparticle dispersion may further contain, as necessary, citric acid or various inorganic salts as a dispersion stabilizer within a range not impairing the effects of the present invention, and a thiol (-SH) group at the terminal.
  • the dispersion may be stabilized by using an organic compound having the same as a surfactant.
  • the method for applying the metal nanoparticle dispersion is not particularly limited, and may be appropriately selected from known application methods such as a spray method, a drop casting method, a dip coating method, a spin coating method, and an ink jet printing method.
  • the spray method or the ink jet printing method is preferable in that the metal nanoparticles on the surface of the analysis substrate can be arranged with high density and uniformity by dispersing the metal nanoparticles.
  • the base 10 may be replaced by a base 10A whose first surface 10a has a substantially periodic uneven structure.
  • FIG. 5 shows an example of the second modification in which a base material 10A is used instead of the base material 10.
  • the metal film 20 is formed on the first surface 10a of the base material 10A, and the metal nanoparticles 5 are further dispersed thereon.
  • the embodiment is the one in which the metal nanoparticles 5 are removed from FIG.
  • the substantially periodic uneven structure of the first surface 10a is reflected on the surface of the metal film 20.
  • the surface of the metal film 20 has an uneven structure in which the first convex portion, the second convex portion, and the like are superimposed on the uneven structure that follows the substantially periodic uneven structure of the first surface 10a.
  • the “follow-up” means that the position of the convex portion or the concave portion in the substantially periodic concave-convex structure on the surface of the metal film 20 is substantially the same as the position of the convex portion or the concave portion in the substantially periodic concave-convex structure on the first surface 10a of the base material 10A. Indicates a match.
  • the “surface height distribution on the side on which the metal film is provided” excludes the height variation due to the substantially periodic uneven structure. Height distribution.
  • the protrusions 21 and 22 are formed.
  • the metal film 20 By forming the metal film 20 on the first surface 10a of the base material 10A having the substantially periodic uneven structure, it is possible to generate electric field enhancement by propagation surface plasmon resonance in addition to the localized surface plasmon. it can. By superposing the electric field due to the localized surface plasmon and the electric field due to the propagating surface plasmon, a stronger electric field enhancing effect can be obtained.
  • the first convex portion is preferably a mountain-shaped convex portion.
  • Propagation type surface plasmons on a metal surface are generated by continuous generation of compressional waves of free electrons generated by light incident on the metal surface (for example, excitation light such as a laser used in Raman spectroscopy) with a surface electromagnetic field and propagated on the surface. It is something to do. If the metal surface is flat, the dispersion curve of the surface plasmon existing on the metal surface does not intersect with the dispersion line of light, so propagation type surface plasmon resonance is not induced, but if the metal surface has a substantially periodic uneven structure. The dispersion line of the light (diffracted light) diffracted by the substantially periodic concavo-convex structure crosses the dispersion curve of the surface plasmon, and the propagation type surface plasmon resonance is induced.
  • excitation light such as a laser used in Raman spectroscopy
  • the sheet resistance of the surface of the metal film 20 at 25 ° C. is preferably low, preferably 3 ⁇ 10 0 to 5 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ , and 3 ⁇ 10 0 5 ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ , more preferably 3 ⁇ 10 0 to 5 ⁇ 10 2 ⁇ / ⁇ , particularly preferably 3 ⁇ 10 0 to 3 ⁇ 10 2 ⁇ / ⁇ .
  • the fact that the sheet resistance of the metal film 20 is within this range indicates that the metal film 20 is a semi-continuous film that is not completely divided even if a non-film formation region exists.
  • the fact that the sheet resistance of the metal film 20 is within this range means that the width of the non-film formation region is in the range of 0.1 to 15 nm, more specifically 0.1 to 10 nm, even if the non-film formation region exists. And more specifically within the range of 0.1 to 5 nm.
  • the sheet resistance on the surface does not become 5000 ⁇ / ⁇ or less. Even if a non-film formation region exists, the above-described propagation type surface plasmon can be induced on the metal film 20 because the metal film 20 is a semi-continuous film as a whole. It becomes easier to obtain a nonlinear optical effect.
  • the sheet resistance ( ⁇ / ⁇ ) of the metal film 20 is a value at 25 ° C. Specifically, the sheet resistance is the electric resistance ( ⁇ ) when a current flows from one end to the opposite end in a square area of an arbitrary size of the metal film 20 under the condition of 25 ° C.
  • the “periodic uneven structure” is a structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the one-dimensional arrangement means that the arrangement direction of the plurality of convex portions or concave portions is one direction.
  • the two-dimensional arrangement means that the arrangement direction of the plurality of projections or depressions is at least two directions in the same plane.
  • the “substantially periodic uneven structure” indicates a periodic uneven structure and a structure in which the periodic uneven structure is slightly broken.
  • a structure in which a plurality of protrusions or recesses are periodically arranged one-dimensionally, for example, a structure in which a plurality of grooves (recesses) or protrusions (protrusions) are arranged in parallel (line and line) Space structure).
  • the shape of the cross section orthogonal to the extending direction of the groove or the ridge may be, for example, a polygonal shape such as a triangle, a rectangle, or a trapezoid, a U-shape, or a derivative shape based on these.
  • a structure in which a plurality of convex portions or concave portions are periodically arranged two-dimensionally, a square lattice structure in which the arrangement direction is two directions and the intersection angle is 90 °, and an arrangement direction is three directions And a triangular lattice (also called hexagonal lattice) structure whose intersection angle is 60 °.
  • the shape of the convex portion forming the two-dimensional lattice structure is, for example, a cylindrical shape, a conical shape, a truncated conical shape, a sine wave shape, a hemispherical shape, a substantially hemispherical shape, an elliptical shape, or a derivative shape based on them.
  • the shape of the concave portion forming the two-dimensional lattice structure may be, for example, a shape obtained by inverting the shape of the convex portion described above.
  • the larger the array direction the more conditions under which diffracted light can be obtained, and it can induce propagation type surface plasmon resonance with high efficiency.
  • a two-dimensional lattice structure such as a square lattice structure or a triangular lattice structure is used.
  • a triangular lattice structure is more preferred.
  • an example of the periodic uneven structure on the first surface 10 a of the base material 10 ⁇ / b> A includes a plurality of truncated cone-shaped protrusions 3 c arranged in a triangular lattice shape.
  • the structure between the convex portion 3c and the convex portion 3c is a flat surface 3b which is a substantially flat surface.
  • the height of the projection 3c is preferably from 15 to 150 nm, more preferably from 30 to 80 nm.
  • the height of the projection 3c is equal to or greater than the lower limit of the above range, the periodic uneven structure on the surface of the metal film 20 reflecting the uneven structure sufficiently functions as a diffraction grating to induce propagation type surface plasmon resonance. can do. It is preferable that the height of the convex portion be equal to or less than the upper limit value of the above range because the propagation type surface plasmon easily propagates.
  • the preferred height is substantially the same when the convex portion 3c has another shape.
  • a preferable depth of the concave portion is substantially the same as a preferable height of the convex portion 3c.
  • the optimum value of the height of the convex portion 3c is determined by the volume fraction and the dielectric constant of the convex portion 3c interacting with the electromagnetic field due to the surface plasmon.
  • the height of the convex portion 3c is determined by an AFM (atomic force microscope), which is a vertical distance from the center point equidistant from three adjacent convex portions to the average value of the top surfaces of the truncated cones of the three convex portions. ) Etc. to determine the length.
  • AFM atomic force microscope
  • Etc. to determine the length.
  • five substantially periodic uneven structure surfaces separated from each other by 100 ⁇ m or more are used.
  • An AFM image of 5 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m is acquired for these five measurement areas, and the depth of the three center points of the nine points randomly extracted for each AFM image is measured. Since the AFM probe may have anisotropy in the image depending on the scanning direction, the length measurement forms profile images in three directions D M1 to D M3 as shown in FIG.
  • D M1 to D M3 are directions that are substantially orthogonal to the three arrangement directions E M1 to E M3 of the projections 3c on the first surface 10a, respectively (the actual lattice arrangement has some distortion; Is not necessarily).
  • the height of the convex portion and the depth of the concave portion of other shapes are measured by the same measuring method.
  • the pitch of the projections 3c is obtained by measuring the horizontal distance between the center points of two adjacent truncated cone projections by using an AFM (atomic force microscope) or the like.
  • AFM atomic force microscope
  • For the length measurement five substantially periodic uneven structure surfaces separated from each other by 100 ⁇ m or more are used.
  • An AFM image of 5 ⁇ m ⁇ 5 ⁇ m is acquired for these five measurement areas, and the distance between the two points is measured at nine points randomly extracted for each AFM image. Since the AFM probe may have anisotropy in the image depending on the scanning direction, the length measurement forms profile images in three directions E M1 to E M3 as shown in FIG. Location, a total of 9 measurement points.
  • the average value of the measurement values obtained at the nine measurement points is used as the measurement value of one measurement area, and the average of the measurement values of five measurement areas is obtained, and the average value is used as the pitch of the projections 3c.
  • the pitch of the convex portions and the pitch of the concave portions of other shapes are measured by the same measuring method.
  • Pitch ⁇ of the convex portion 3c in the arrangement direction of the convex portion 3c is designed to correspond to the wavelength lambda i of the incident light (excitation light).
  • the wavelength ⁇ spp of the surface plasmon is the reciprocal of k spp , and the projections 3c are arranged in a triangular lattice.
  • ⁇ (2 / ⁇ 3) ⁇ ⁇ spp (Equation 2) Is determined by Equations 1 and 2 are general.
  • the wavelength ⁇ i of the incident light is 785 nm
  • the metal film 20 formed on the first surface 10a is made of gold (Au)
  • the sample is an aqueous solution ( ⁇ 2 ⁇ 1.33)
  • the metal film 20 formed on the first surface 10a is made of gold (Au)
  • the specimen is a dried organic substance ( ⁇ 2 ⁇ 2.25).
  • the wavelength distribution is extremely narrow, so that the convex portion 3c may be formed substantially as close as possible to the pitch ⁇ .
  • the two-dimensional grid array is a square grid or a one-dimensional grid array (line and space)
  • the following equation 3 may be used instead of the equation 2.
  • ⁇ ⁇ spp (Equation 3)
  • Au gold
  • Ag silver
  • a metal species constituting the metal film 20 it is preferable to use gold (Au) for a light source having a wavelength larger than about 500 nm, and to use silver (Ag) for a light source having a wavelength smaller than about 500 nm. preferable.
  • gold and silver can be used.
  • formulas 1 to 3 are appropriately used using the relative dielectric constant of the metal used. You just have to calculate.
  • the pitch of the substantially periodic concavo-convex structure is preferably 160 to 1220 nm, more preferably 200 to 800 nm, and further preferably 250 to 600 nm.
  • the preferred pitch is the same when the projection 3c has another shape.
  • the preferable pitch of the concave portions in the arrangement direction of the concave portions is the same as the preferable pitch of the convex portions 3c.
  • the sheet resistance on the surface of the metal film is preferably 3 ⁇ 10 0 to 5 ⁇ 10 4 ⁇ / ⁇ , and 3 ⁇ 10 0 to 5 ⁇ 5.
  • ⁇ 10 3 ⁇ / ⁇ is more preferable
  • 3 ⁇ 10 0 to 5 ⁇ 10 2 ⁇ / ⁇ is more preferable
  • 3 ⁇ 10 0 to 3 ⁇ 10 2 ⁇ / ⁇ is particularly preferable.
  • the sheet resistance ( ⁇ / ⁇ ) of the surface of the metal film is a value at 25 ° C.
  • the sheet resistance is the electric resistance ( ⁇ ) when a current flows from one end to the opposite end in a square area of an arbitrary size on the surface of the metal film at 25 ° C.
  • the details are as shown in Examples described later.
  • the first surface 10a has a substantially periodic uneven structure as a base material in order for the metal film to be superimposed on the substantially periodic uneven structure of the base material, and to make the metal film a semi-continuous film having a low sheet resistance. While using the base material 10A, (i) the first film forming step, (ii) the first heating step, (iii) the second film forming step, (iv) the second heating step, or (v) The third film forming step and (vi) the third heating step may be performed in the same manner as in the case where the first surface 10a is flat.
  • the third modified example is further applied to the second modified example, the above-mentioned (i) the first film forming step, (ii) the first heating step, and (iii) After performing the second film forming step, (iv) the second heating step, or further performing (v) the third film forming step, and (vi) the third heating step, the same as the second modified example. Then, a metal nanoparticle dispersion liquid in which metal nanoparticles are dispersed may be applied to a metal film having an uneven structure and dried.
  • the metal film 20 functions as a semi-continuous film capable of inducing a propagation type surface plasmon.
  • the surface height distribution on the side on which the metal film was provided was determined as follows. First, the metal film at an arbitrary position on the analysis substrate was peeled off to expose the substrate surface. Then, an AFM image of ⁇ 500 nm including a part where the substrate was exposed was obtained. The AFM image was measured using a MultiMode 8-HR (probe: SCANASYST-AIR) manufactured by Bruker AXS in a tapping mode with a scan speed of 1 Hz. The number of measurement points was 256 ⁇ 256, and the height was divided into 512 steps. Correction by a second-order polynomial was performed in both the X direction and the Y direction to remove the inclination of the substrate surface and bow-like warpage.
  • a MultiMode 8-HR probe: SCANASYST-AIR
  • the plane fitting function of the AFM data analysis software Nanoscope Analysis (manufactured by Bruker AX) was used, the direction in which the correction was performed was "XY", and the polynomial used for the correction was 2nd.
  • the distribution curve of n 3 was obtained by changing the acquisition place of the AFM image of ⁇ 500 nm, and the average value was used as data.
  • FIGS. 8, 9, 11, and 113 show a part of the acquired image.
  • the thickness of the metal film formed in the first film-forming step is such that the metal film formed on the substrate after the first film-forming step has a very small scratch (a scratch) with a sharp knife tip. ), And the area including the scratch is measured with a stylus-type profilometer (ET4000A, Kosaka Laboratories), and the bottom of the scratch (where the substrate is exposed) and the surface of the metal film are measured. Was measured at 10 points in a range of 500 nm ⁇ 500 nm, and the average value was obtained.
  • the thickness of the metal film formed in the second film forming step is the same as the thickness of the metal film actually measured after the first film forming step, provided that the film is formed under the same conditions as in the first film forming step. Estimated.
  • Comparative Example 1 According to the procedures of (a) to (c) of FIG. 3, under the conditions shown in Table 1, an analytical substrate of Comparative Example 1, which is a precursor of the analytical substrate of Example 1 described below, was obtained. That is, using a sputtering apparatus (ion sputtering apparatus E-1030, Hitachi High-Technologies Corporation), as the substrate 10, a Au thin film was applied to a clean and flat quartz substrate 1 within a range of 300 mm square at a pressure of 6 to 8 Pa and a current value of 15 mA. A flat metal film having a thickness of 7 nm was formed at a film formation rate of 11.6 nm / min for 30 minutes (first film forming step). Thereafter, heat treatment was performed at 300 ° C. for 14 minutes in an argon gas atmosphere at atmospheric pressure to obtain an analysis substrate of Comparative Example 1 (first heating step).
  • a sputtering apparatus ion sputtering apparatus E-1030, Hitachi High-Technologies Corporation
  • FIG. 9 shows the surface height distribution.
  • FIG. 9A shows raw data of a frequency obtained by dividing the height direction at intervals of 0.6 nm
  • FIG. 9B shows a moving average curve obtained by moving average of 15 raw data. It is.
  • Table 2 shows the average width of the first convex region approximately obtained from the SEM image (FIG. 8), and the mode heights T1, T2 and the height level L1 that can be read from FIG. 9B. Note that the most frequent height T3 did not exist.
  • Table 2 shows the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the result of measurement of Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 1 According to the procedures of (a) to (c) of FIG. 3, a precursor was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Next, the analysis substrate of Example 1 was obtained in accordance with the procedures of (d) to (e) of FIG. That is, under the same conditions as in the first film-forming step, an Au thin film having a uniform thickness is formed on the entire surface of the aggregated metal film and the portion where the first surface 10a of the base material is exposed due to the aggregation. A film was formed (second film forming step). Thereafter, a heat treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes in an argon gas atmosphere under the atmospheric pressure to obtain the analysis substrate of Example 1 (second heating step).
  • FIG. 11A shows raw data having a frequency obtained by dividing the height direction at intervals of 0.6 nm
  • FIG. 11B shows a moving average curve obtained by moving average of 15 raw data. It is.
  • Table 2 shows the average width of the first convex region approximately determined, and the most frequent heights T1, T2, T3 and the height levels L1, L2 read from FIG. 11B. Show. Table 2 shows the results of measurement of the sheet resistance of the obtained metal film surface of the analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Comparative Example 2 An analysis substrate of Comparative Example 2, which is a precursor of an analysis substrate of Example 2 described below, was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the time of the first heating step was changed as shown in Table 1.
  • FIG. 13 shows the surface height distribution.
  • FIG. 13A shows raw data of a frequency obtained by dividing the height direction at intervals of 0.6 nm
  • FIG. 13B shows a moving average curve obtained by moving average of 15 raw data. It is.
  • Table 2 shows the average width of the first convex region approximately obtained from the SEM image (FIG. 12), and the mode heights T1, T2 and height level L1 that can be read from FIG. 13B. Note that the most frequent height T3 did not exist.
  • Table 2 shows the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the result of measurement of Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 2 An analysis substrate of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that a precursor was obtained in the same manner as in Comparative Example 2.
  • FIG. 14 shows an SEM image of the obtained analysis substrate
  • FIG. 15 shows a surface height distribution.
  • (a) is raw data of a frequency obtained by dividing the height direction at intervals of 0.6 nm
  • (b) is a moving average curve obtained by moving average of 15 raw data.
  • Table 2 shows the average width of the first convex region, which was approximately obtained from the SEM image of FIG. 14, and the most frequent heights T1, T2, T3 and the height levels L1, L2 read from FIG. Shown in Table 2 shows the results of measurement of the sheet resistance of the obtained metal film surface of the analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 3 Colloidal silica particles having a particle size of 630 nm were coated on a quartz substrate in a single layer by the LB method described below.
  • N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane as a hydrophobizing agent was added to the silica particle slurry, and hydrophobization was performed at a reaction temperature of 40 ° C.
  • the hydrophobized particle slurry was dropped on the water surface of lower water at 21 ° C. and pH 7.2 to form a particle monolayer film on the water surface.
  • FIG. 16 shows an SEM image of the obtained analysis substrate.
  • FIG. 17 is a diagram obtained by adding an auxiliary line F to FIG. 16 so that the position where the substantially periodic uneven structure of the quartz base material 2 is reflected can be seen.
  • Table 2 shows the height levels L1 and L2.
  • Table 2 shows the results of measurement of the sheet resistance of the obtained metal film surface of the analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 4 The step of spray-coating and drying the Au nanoparticle dispersion liquid (particle diameter: 20 nm) on the surface of the metal film of the analysis substrate of Example 2 and drying it is repeated three times, so that the dispersion density of 46 Au nanoparticles / ⁇ 1 ⁇ m is increased.
  • the analysis substrate of Example 4 As shown in Table 2, the average width, the mode heights T1, T2, and T3 and the height levels L1 and L2 of the first convex region are the same as those of the analysis substrate of Example 2.
  • Table 2 shows the measurement results of the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 5 The step of spray-coating and drying the Au nanoparticle dispersion liquid (particle diameter: 20 nm) on the surface of the metal film of the analysis substrate of Example 3 and drying is repeated three times, so that the dispersion density of 43 Au nanoparticles / ⁇ 1 ⁇ m is increased. And the substrate for analysis of Example 5 was obtained. As shown in Table 2, the average width, the most frequent heights T1, T2, T3, and the height levels L1, L2 of the first convex region are the same as those of the analysis substrate of the third embodiment. Table 2 shows the measurement results of the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution.
  • Example 6 An analysis substrate of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the second heating step was not performed. From the obtained SEM image of the analysis substrate, the average width of the first convex region approximately determined, and the most frequent height T1 that can be read from a moving average curve obtained by moving and averaging 15 raw data of the surface height distribution. , T2, T3, and height levels L1, L2 are shown in Table 2. Table 2 shows the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the result of measurement of Raman scattering intensity using a 4,4′-bipyridyl solution.
  • Comparative Example 3 A flat metal film (Au) having a thickness of 7 nm was formed on a flat quartz substrate 1 as the substrate 10 in the same manner as in the first film forming step of Example 1, and the analysis substrate of Comparative Example 1 was used. Obtained.
  • Table 2 shows the measurement results of the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution.
  • Comparative Example 4 A substrate for analysis of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 3 except that a quartz substrate 2 having a substantially periodic uneven structure was used as the substrate 10 instead of the quartz substrate 1.
  • Table 2 shows the measurement results of the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution.
  • Comparative Example 5 The step of spray-coating and drying the Au nanoparticle dispersion liquid (particle size: 20 nm) on the metal film surface of the analysis substrate of Comparative Example 3 and drying it is repeated three times, so that the dispersion density of the Au nanoparticles is 45 particles / ⁇ 1 ⁇ m.
  • Table 2 shows the measurement results of the sheet resistance of the metal film surface of the obtained analysis substrate at 25 ° C. and the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution.
  • Comparative Example 6 The flat quartz substrate 1 was used as it was as an analysis substrate of Comparative Example 6.
  • the sheet resistance at 25 ° C. of the surface of the metal film of the analytical substrate was infinite as shown in Table 2, and the measurement result of the Raman scattering intensity using the 4,4′-bipyridyl solution was as shown in Table 2. It was below the detection limit.
  • Comparative Examples 1 and 2 which are the precursors of the examples
  • the metal film 25b aggregated in the first heating step and the exposed first surface 10a of the base material 10 were observed.
  • the metal film 25b in Comparative Example 1 (the precursor of Example 1) heated for 14 minutes in the first heating step was a mountain-shaped convex portion, but Comparative Example 2 (18 minutes) heated in the first heating step for 18 minutes.
  • the metal film 25b in the precursor of Example 2) was an island-shaped protrusion.
  • there were two peaks in the surface height distribution at the stage of the precursor of the example, as shown in FIGS. 9 and 13, there were two peaks in the surface height distribution. The lower peak reflects the substrate surface, and the higher peak reflects the height of the surface of the metal film 25b.
  • the first convex region H1, the second convex region H2, and the groove region H3 existing between these regions are observed.
  • the first convex region H1 in the analysis substrate of Example 1 heated in the first heating step for 14 minutes was a mountain-like region (FIG. 10)
  • the first convex region H1 in the analysis substrate was an island-shaped region (FIG. 14).
  • the substantially periodic uneven structure of the quartz substrate 2 was reflected as shown in FIG. That is, the periphery of the portion 3cp where the auxiliary line F intersects is a high portion reflecting the convex portion 3c, and the center portion of the triangle surrounded by the auxiliary line F is located between the convex portion 3c and the convex portion 3c. It was a low portion reflecting the flat surface 3b.
  • all of the analysis substrates of the examples had three peaks in the surface height distribution, the most frequent height T1 at the peak P1, and the peak at the peak P2.
  • the most frequent height T2, the most frequent height T3 at the peak P3, and the height level L1 and the height level L2 which are boundaries between these peaks were observed.
  • the peak P1 is the height of the portion higher than the height level L1 of the first convex region H1 in FIG. 1
  • the peak P2 is the portion lower than the height level L1 of the first convex region H1 and the second convex region in FIG.
  • the height of H2 and the peak P3 reflect the height of the groove region H3 in FIG. 1, respectively.

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Abstract

少なくとも第一面（１０ａ）が誘電体または半導体からなる基材（１０）と、基材（１０）の第一面（１０ａ）上に設けられた凸部（２１）と凸部（２２）を有する金属膜（２０）とを備え、凸部（２１）の頂部（２１ａ）の高さは、金属膜（２０）の表面高さ分布における基材（１０）からの距離が最も大きいピークの高さであり、凸部（２２）の頂部（２２ａ）の高さは、金属膜（２０）の表面高さ分布における基材（１０）からの距離が次に大きいピークの高さであり、凸部（２１）と凸部（２２）は、基材（１０）からの距離が最も小さいピークの高さである溝領域（Ｈ３）を除く部分の幅の平均値が２００ｎｍ以下である、分析用基板。

Description

分析用基板
　本発明は分析用基板に関する。
　本願は、２０１８年９月１２日に、日本に出願された特願２０１８－１７０５４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、ラマン分光法は、ラマン散乱光の強度が非常に弱いことが問題とされていた。その改善のために表面増強ラマン散乱（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　Ｒａｍａｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＥＲＳ）を利用することが検討されている。ＳＥＲＳは、Ａｕ、Ａｇ等の金属表面において、表面プラズモン共鳴による電場増強で、吸着した測定対象分子のラマン散乱光の強度が著しく増強される現象である。ラマン分光法以外の赤外吸収分光法や蛍光分光法における光学的分析法においても表面プラズモン共鳴による電場増強を利用することが検討されている。
　表面プラズモン共鳴による電場増強を利用する分析用基板として、例えば以下のものが提案されている。
　（１）複数のくぼみ又は複数の突起が予め定められた特定の格子間隔で格子状に配置されて、表面プラズモン共鳴を生ずるナノ周期構造を有する基材と、前記ナノ周期構造の表面に形成された金属皮膜とを備えるラマン分光分析用信号増幅装置（特許文献１）。
　（２）金属層と、前記金属層上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に設けられた複数の金属粒子とを含む電場増強素子であって、複数の前記金属粒子は、前記金属層と前記誘電体層との界面を伝播する伝播型表面プラズモンを励起可能な周期配列を有し、前記伝播型表面プラズモンと、前記金属粒子に励起される局在型表面プラズモンとは電磁的に相互作用し、各表面プラズモンの共鳴波長は異なり、前記電場増強素子に白色光を照射したときの反射光のスペクトルにおいて第１吸収領域、第２吸収領域の半値幅が特定の関係を満たし、前記電場増強素子の励起光の波長が前記第２吸収領域の範囲に含まれる電場増強素子（特許文献２）。
特開２０１５－２３２５２６号公報 特開２０１５－２１２６２６号公報
　しかし、（１）～（２）の分析用基板は、感度が充分ではない場合がある。
　特許文献１の装置については、伝搬型表面プラズモンを利用しているので、ナノ周期構造上の電場分布のばらつきが少ないという長所はあるが、電場増強が伝搬型表面プラズモンのみに拠るため、増強効果が低いという短所がある。
　一方、特許文献２の電場増強素子については、伝搬型表面プラズモンと局在型表面プラズモンを組み合わせ、電場分布の均一化を伝搬型表面プラズモンで行い、電場強度を高めることを局在型表面プラズモンで行うことで、伝搬型と局在型の長所を掛け合わせる構成であり、均一性と強度の両立がある程度可能となっている。しかし、金属層と金属粒子の間に誘電体層が存在することから、検体の測定対象分子は伝搬型表面プラズモンの電場増強効果の最も高い金属膜表面に接近することができないという短所がある。また、伝播型表面プラズモンを励起するために必要な配置で金属粒子が配置されるため、局在型表面プラズモンとして効果の大きな金属粒子間の間隙を利用した電場増強を利用するには粒子間距離が大きすぎるのも短所として挙げられる。
　本発明は、表面プラズモン共鳴による電場増強を利用した光学的分析を高感度に実施できる分析用基板を提供することを目的とする。
　本発明は、以下の態様を有する。
　［１］少なくとも第一面が誘電体または半導体からなる基材と、前記基材の第一面上に設けられた金属膜とを備え、
　前記金属膜は、複数の凸部が連続的または断続的に形成された凹凸構造とされており、
　前記金属膜が設けられた側の表面高さ分布が、３つ以上のピークを有し、
　前記３つ以上のピークの内、前記基材からの距離が最も大きいピークを第１高さピーク、次に距離が大きいピークを第２高さピーク、前記基材からの距離が最も小さいピークを溝ピークと称し、
　前記複数の凸部の内、頂部が前記第１高さピークの高さである凸部を第１凸部、頂部が前記第２高さピークの高さである凸部を第２凸部と称し、前記溝ピークの高さを有する領域を溝領域と称した際、
　前記第１凸部は、前記溝領域を除く部分の幅の平均値が２００ｎｍ以下の島状または山脈状の凸部であり、
　前記溝領域は、前記第１凸部の周縁部、前記第２凸部の周縁部、または前記第１凸部と前記第２凸部の間に存在することを特徴とする分析用基板。
　［２］前記第１高さピークの最頻高さと、前記第２高さピークの最頻高さとの差が５～６０ｎｍである［１］の分析用基板。
　［３］前記第２高さピークの最頻高さと、前記溝ピークの最頻高さとの差が５～４０ｎｍである［１］または［２］の分析用基板。
　［４］前記第１高さピークの最頻高さと、前記溝ピークの最頻高さとの差が１０～１００ｎｍである［１］から［３］のいずれかの分析用基板。
　［５］前記金属膜上に分散配置された複数の金属ナノ粒子をさらに備え、
　前記金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、１～１００ｎｍである、［１］から［４］のいずれかの分析用基板。
　［６］前記基材の第一面が略周期的凹凸構造を有し、
　前記略周期的凹凸構造のピッチは１６０～１２２０ｎｍであり、
　前記金属膜の２５℃における表面のシート抵抗が３.０×１００～５.０×１０４Ω／□である、［１］から［５］のいずれかの分析用基板。
　本発明によれば、表面プラズモン共鳴による電場増強を利用した光学的分析、特にラマン散乱光を利用した分析を高感度に実施できる分析用基板を提供できる。
本発明の一実施形態の分析用基板を模式的に示す断面図である。 第１凸領域の幅の平均値の求め方を説明するための図である。 図１の分析用基板の製造過程を模式的に示す工程図である。 本発明の第２の変形例の分析用基板を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の変形例の分析用基板を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の変形例の分析用基板における基材表面を模式的に示す上面図である。 本発明の第３の変形例の分析用基板における基材表面を模式的に示す斜視図である。 比較例１の分析用基板の前駆体の走査型電子顕微鏡像である。 （ａ）は、比較例１の分析用基板の表面高さ分布を示す図であり、（ｂ）は、その移動平均曲線である。 実施例１の分析用基板の走査型電子顕微鏡像である。 （ａ）は、実施例１の分析用基板の表面高さ分布を示す図であり、（ｂ）は、その移動平均曲線である。 比較例２の分析用基板の前駆体の走査型電子顕微鏡像である。 （ａ）は、比較例２の分析用基板の前駆体の表面高さ分布を示す図であり、（ｂ）は、その移動平均曲線である。 実施例２の分析用基板の走査型電子顕微鏡像である。 （ａ）は、実施例２の分析用基板の表面高さ分布を示す図であり、（ｂ）は、その移動平均曲線である。 実施例３の分析用基板の走査型電子顕微鏡像である。 実施例３の基材の凹凸構造が反映された位置を示す図である。
　図１は、本発明の一実施形態に係る分析用基板を模式的に示す断面図である。
　本実施形態の分析用基板は、基材１０、基材１０の第一面１０ａ上に設けられた金属膜２０とを備える。
（基材）
　基材１０は、少なくとも第一面１０ａが誘電体または半導体からなる。
　基材１０としては、例えば、誘電体または半導体からなる基材であってもよく、第一面が誘電体または半導体となるように導電体層、誘電体層、半導体層のうち２層以上が積層された多層基材であってもよい。誘電体または半導体としては特に限定されず、分析用基板等の用途において公知の材質であってよい。
　基材１０としては、典型的には、誘電体または半導体のみからなる基材が用いられ、例えば石英基材、アルカリガラスや無アルカリガラス等の各種ガラス基材、サファイア基材、シリコン（Ｓｉ）基材、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の無機物質からなる基材、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂等の有機物質からなる基材等が挙げられる。
　基材１０の厚さは、特に限定されず、例えば０．１～５．０ｍｍであってよい。
（金属膜）
　金属膜２０を構成する金属としては、表面プラズモン共鳴による電場増強を発生させ得るものであればよく、例えば金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの２種以上の合金、またはこれらの２種以上の組み合わせ等が挙げられる。
　金属膜２０は、複数の凸部２１と複数の凸部２２とが連続的または断続的に形成された凹凸構造とされている。凸部２１は本発明の第１凸部に、凸部２２は本発明の第２凸部に各々該当する。
　なお、複数の凸部２１と複数の凸部２２とが連続的に形成されているとは、凸部と凸部の間に、金属膜２０が途切れている部分が存在しない態様を意味し、複数の凸部２１と複数の凸部２２とが断続的に形成されているとは、凸部と凸部の間に、金属膜２０が途切れている部分が存在する態様を意味する。
　また、凸部２１の周縁部（裾野部分）、凸部２２の周縁部（裾野部分）、または凸部２１と凸部２２との間は溝領域Ｈ３とされている。複数の凸部２１と複数の凸部２２とが連続的に形成されている場合、凸部２１の周縁部と凸部２２の周縁部が溝領域Ｈ３となる。
複数の凸部２１と複数の凸部２２とが断続的に形成されている場合、凸部２１の周縁部と凸部２２の周縁部に加えて、凸部２１と凸部２２の間の金属膜２０が途切れている部分も溝領域Ｈ３となる。
　なお、図１では、凸部２１の最も高い位置である頂部２１ａを、複数の凸部２１のいずれについても同じ高さとしたが、ある程度のばらつきがあっても差し支えない。同様に、凸部２２の最も高い位置である頂部２２ａを、複数の凸部２２のいずれについても同じ高さとしたが、ある程度のばらつきがあっても差し支えない。
　凸部２１の頂部２１ａの高さと凸部２２の頂部２２ａの高さとは、各々ばらつきがあることは許容されるが、総ての頂部２１ａは、総ての頂部２２ａよりも必ず高い位置、すなわち、基材１０からの距離が大きい位置にある。
　本実施形態の分析用基板は、金属膜２０が設けられた側の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって求められる表面高さ分布（サンプリング間隔：０．６ｎｍ）の移動平均曲線（ｎ＝１５）が、後述の実施例で得られた図１１（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、３つのピークを有する。
　移動平均曲線を求めるには、まず、図１１（ａ）、図１５（ａ）のように、高さ方向を０．６ｎｍ間隔で区切って頻度の生データを求める。次いで、図１１（ｂ）、図１５（ｂ）に示すように、１５個の生データを移動平均した移動平均曲線を作成する。
　移動平均曲線におけるピークの数は、移動平均曲線の凹凸の内、半値幅が２ｎｍ以下のピークを無視して数える。
　図１１（ｂ）、図１５（ｂ）のように３つのピークを有する場合、基材１０からの距離が最も大きいピーク（最も高い位置のピーク）が、本発明における第１高さピークであるピークＰ１、次に距離が大きいピークが、本発明における第２高さピークであるピークＰ２、基材１０からの距離が最も小さいピーク（最も低い位置のピーク）が本発明における溝ピークであるピークＰ３である。
　最頻高さＴ１、最頻高さＴ２、最頻高さＴ３とは、各々、ピークＰ１、ピークＰ２、ピークＰ３において、最頻値をとる高さである。最頻高さＴ１、最頻高さＴ２、最頻高さＴ３は、各々ピーク数を数える際に無視した半値幅が２ｎｍ以下のピークに存在していてもよい。
　高さレベルＬ１は、最頻高さＴ１、最頻高さＴ２の間で表面高さ分布における頻度が最も低い値をとる高さである。高さレベルＬ２は、最頻高さＴ２、最頻高さＴ３の間で表面高さ分布における頻度が最も低い値をとる高さである。高さレベルＬ１と高さレベルＬ２は、各々ピーク数を数える際に無視した半値幅が２ｎｍ以下のピークとピークの間に存在していてもよい。
　高さレベルＬ１がピークＰ１とピークＰ２との境界となり、高さレベルＬ２がピークＰ２とピークＰ３との境界となる。
　なお、高さレベルＬ１丁度の高さはピークＰ１に、高さレベルＬ２丁度の高さはピークＰ２に含める。
　最頻高さＴ１は、１０～１００ｎｍであることが好ましく、１０～５０ｎｍであることがより好ましい。最頻高さＴ２は、５～４２ｎｍであることが好ましく、５～３０ｎｍであることがより好ましい。最頻高さＴ３は、２～１２ｎｍであることが好ましく、２～１０ｎｍであることがより好ましい。
　また、高さレベルＬ１は、７～４０ｎｍであることが好ましく、１０～２５ｎｍであることがより好ましい。高さレベルＬ２は、３～２５ｎｍであることが好ましく、３～１５ｎｍであることがより好ましい。
　ただし、同時にＴ１＞Ｌ１＞Ｔ２＞Ｌ２＞Ｔ３を満たすものである。
　また、最頻高さＴ１と最頻高さＴ２の差は、５～６０ｎｍであることが好ましく、７～２５ｎｍであることがより好ましい。最頻高さＴ２と最頻高さＴ３の差は、５～４０ｎｍであることが好ましく、５～１５ｎｍであることがより好ましい。最頻高さＴ１と最頻高さＴ３の差は、１０～１００ｎｍであることが好ましく、１０～９８ｎｍであることがより好ましく、１０～３０ｎｍであることがさらに好ましい。
　本発明では、頂部が第１高さピークの高さである凸部を第１凸部と称しているので、第１凸部にあたる凸部２１の頂部２１ａの高さは、高さレベルＬ１以上の高い位置であるピークＰ１で表される高さ分布を持つ。
　また、本発明では、頂部が第２高さピークの高さである凸部を第２凸部と称しているので、第２凸部にあたる凸部２２の頂部２２ａの高さは、高さレベルＬ２以上の高い位置であり、かつ高さレベルＬ１より小さいピークＰ２で表される高さ分布の範囲内に存在する。
　また、本発明では、溝ピークの高さを有する領域を溝領域と称しているので、溝領域Ｈ３は、高さレベルＬ２以下より小さいＰ３で表される高さ分布の範囲内に存在する。
　なお、ＡＦＭの測定値は、高さ方向の分解能が１ｎｍ以下と小さいため、金属膜２０の厚みだけでなく、基材１０が元々有している反り、歪み、わずかな凹凸なども反映したものとなる。すなわち、ＡＦＭによる高さ分布は、理想平面とは異なる第一面１０ａの変動要素も包含している。
　ＡＦＭによる高さ分布の中でも、溝領域Ｈ３の高さ分布は、実際の高さ分布を反映はしているものの、一致はしていない見かけ上の高さ分布である。
　そのため、最頻高さＴ３も、溝領域Ｈ３の実際の最頻高さ（深さ）ではなく、ＡＦＭ測定により見かけ上得られる数値である。
　実際の高さ分布と一致しない要因として、ＡＦＭ探針に基づく測定上の限界がある。
　すなわち、溝領域Ｈ３の底部付近の幅は、例えば一桁ｎｍの前半など非常に狭い場合がある。そのため、ＡＦＭ探針の先端を上方から降ろしていくと、徐々に狭くなっていく溝構造の途中で探針先端の幅が溝の幅と同一になる高さで探針は引っ掛かり、それ以上下方に降りることができず、溝領域Ｈ３の最下点まで到達できない。
　このような場合、ＡＦＭで検出される高さは実際の高さよりも高い位置となる。
　溝領域Ｈ３の高さ（深さ）を正確に得るための手段として、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による測定も考えられる。しかし、ＴＥＭによる測定は試料調整などに時間とコストがかかるため、統計的処理を可能とする測定点数をＴＥＭで毎回測定することは実運用上困難である。
　また、ヘリウムイオン顕微鏡などの１ｎｍ以下の解像度が得られる観察手段も存在するが、その装置は未だ一般的ではない。
　したがって、本発明においては高さ分布等の測長手段としてＡＦＭによる方法を基準とすることにした。
　ＡＦＭ探針が到達しうる最も低い（深い）溝領域Ｈ３の高さ（深さ）には、ＡＦＭ探針の先端の幅が影響する。本発明では、先端径が２～５ｎｍより小さく、先端から２００ｎｍまでの先端角度が２０°未満の規格のＡＦＭ探針（たとえは、Ｎａｎｏ　Ｗｏｒｌｄ　ＡＧ社製、Ｓｕｐｅｒ　Ｓｈａｒｐ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅ　ＳＳＳ－ＦＭＲ－１０等）を使用することとした。
　また、ＡＦＭによる観察範囲は□５００ｎｍ、スキャンレートは０．３～１．０Ｈｚ、サンプリングレートは２５６×２５６～５１２×５１２ｐｉｘｅｌｓとした。
　このようにして、３カ所の□５００ｎｍの観察範囲について表面高さ分布を求め、その３カ所の分布の平均を本発明における「金属膜が設けられた側の表面高さ分布」とする。
　ピークＰ１の最頻高さＴ１（第１高さピークの最頻高さ）と、ピークＰ２の最頻高さＴ２（第２高さピークの最頻高さ）との差は、５～６０ｎｍであることが好ましく、７～２５ｎｍであることがより好ましい。
　最頻高さＴ１と最頻高さＴ２の差は、凸部２１と凸部２２の高さの差の最頻値を反映する。最頻高さＴ１と最頻高さＴ２の差が上記範囲であると、溝構造Ｈ３の形成が容易である点で好ましい。
　ピークＰ２の最頻高さＴ２（第２高さピークの最頻高さ）と、ピークＰ３の最頻高さＴ３（溝ピークの最頻高さ）との差は、５～４０ｎｍであることが好ましく、５～１５ｎｍであることがより好ましい。
　最頻高さＴ２と最頻高さＴ３の差は、凸部２２とＡＦＭ測定により見かけ上の溝領域の高さの差であり、凸部２２における金属膜２０の厚みをある程度反映している。最頻高さＴ２と最頻高さＴ３の差が上記範囲であると、溝領域Ｈ３が明確に形成されやすいので好ましい。
　ピークＰ１の最頻高さＴ１（第１高さピークの最頻高さ）と、ピークＰ３の最頻高さＴ３（溝ピークの最頻高さ）との差は、１０～９８ｎｍであることが好ましく、１０～３０ｎｍであることがより好ましい。
　最頻高さＴ１と最頻高さＴ３の差は、凸部２１とＡＦＭ測定により見かけ上の溝領域の高さの差であり、凸部２１における、金属膜２０の厚みをある程度反映している。最頻高さＴ１と最頻高さＴ３の差が上記範囲であると、溝領域Ｈ３が明確に形成されやすいので好ましい。
　第１凸部にあたる凸部２１は、その周縁部の溝領域Ｈ３を除いた部分、すなわち、凸部２１における高さレベルＬ２よりも高い部分（以下「第１凸領域Ｈ１」という。）が、島状または山脈状の領域である。
　また、第２凸部にあたる凸部２２は、その周縁部の溝領域Ｈ３を除いた部分、すなわち、凸部２２における高さレベルＬ２よりも高い部分（以下「第２凸領域Ｈ２」という。）が、島状または山脈状の領域である。
　第１凸領域Ｈ１の幅の平均値（以下単に「平均幅」という場合がある。）は２００ｎｍ以下である。
　第１凸領域Ｈ１が島状である場合の平均幅は、１８０ｎｍ以下であることが好ましく、５～１３０ｎｍであることより好ましく、１０～８０ｎｍであることがさらに好ましい。
山脈状である場合の平均幅は、１５０ｎｍ以下であることが好ましく、５～１００ｎｍであることより好ましく、１０～６０ｎｍであることがさらに好ましい。
　平均幅が２００ｎｍ以下、または好ましい上限値以下であることにより、溝領域Ｈ３の存在する頻度が高くなり、充分な局在型表面プラズモン効果を得やすくなる。
　第１凸領域Ｈ１が、山脈状であるか島状であるかは、図２のように、判断対象となる領域に外接する最小面積の楕円（以下「外接楕円」という。）Ｒを描き、その外接楕円Ｒの長径Ｒｍａｘと短径Ｒｍｉｎ、および、長軸Ｌとの直交線がその領域を横切る長さＷ１（図２のＡ、Ｂ、Ｃ等）を用いて定義する。取得したＡＦＭ像内で外接楕円が設定できないような大きな第１凸領域Ｈ１の場合については、後述する。
　すなわち、外接楕円が設定できるときは、以下の場合は山脈状であるとし、それ以外の場合は島状であるとする。
・４＜Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎである場合、
・３＜Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ≦４であり、かつ、Ｗ１がＲｍｉｎの４０％以下の部分が、長軸Ｌの範囲の６０％以上である場合、
・２＜Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ≦３であり、かつ、Ｗ１がＲｍｉｎの３０％以下の部分が、長軸Ｌの範囲の６０％以上になる場合、
・１＜Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ≦２であり、かつ、Ｗ１がＲｍｉｎの２０％以下の部分が、長軸Ｌの範囲の６０％以上になる場合。
　取得したＡＦＭ像内で外接楕円が設定できないような大きな第１凸領域Ｈ１の場合は、判断対象となる領域に内接する最大面積の楕円（以下「内接楕円」という。）を描き、長軸との直交線がその領域を横切る長さＷ２が内接楕円の短径の２０％以下の部分が、長軸の範囲の６０％以上になる場合は「山脈状」とし、それ以外の場合は島状であるとする。
　第１凸領域Ｈ１が島状か山脈状かに関らず、平均幅を求めるために計測対象とするのは、取得したＡＦＭ像に対角線を２本引き、いずれかの対角線が交わった第１凸領域Ｈ１とする。この中から、前記対角線が交わった箇所から近いものから順に５点までの第１凸領域Ｈ１を対象とする。計測する第１凸領域Ｈ１の数が、ひとつのＡＦＭ像で５点に達しない場合は、同一サンプル表面の別の箇所で取得したＡＦＭ像についても同様の操作を行い、合計点数が５点になるまでＡＦＭ像を増やしていく。そして、選択した５個の第１凸領域Ｈ１の幅を平均し、本発明における第１凸部の溝領域を除く部分の幅の平均値（平均幅）とする。
　島状である第１凸領域Ｈ１の幅は、Ｗ１またはＷ２の極大値および極小値の平均値として求める。極大値と極小値が複数ある場合は、それらすべての極大値と極小値を平均する。
　例えば、図２に示す島状の第１凸領域Ｈ１の場合、Ｗ１の極大値であるＡとＣおよびＷ１の極小値であるＢの平均値である（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／３を、その第１凸領域Ｈ１の幅として求める。
　山脈状である第１凸領域Ｈ１の幅は、中心曲線との直交線がその領域を横切る長さＷ３を用いて定義する。
　ここで、中心曲線とは、第１凸領域Ｈ１の内部に描いた曲線であり、その曲線上の任意点における曲線の接線に対して、その任意点を通過しかつその接線と直交する直線の延長が第１凸領域Ｈ１の輪郭線と交わる２点までの距離を測長し、それらがそれぞれ等しくなるような任意点で構成される曲線である。
　山脈状である第１凸領域Ｈ１の幅は、まず、その第１凸領域Ｈ１においてＷ３が最大となる部分を見つけ、それを起点に、その両側の中心曲線に添って、２０ｎｍ毎にＷ３を測長し、起点とした最大のＷ３も含めて平均した値を、その第１凸領域Ｈ１の幅として求める。その第１凸領域Ｈ１の延在距離が長い場合は、起点とした最大のＷ３も含めて、前記最大のＷ３から近いものから順に２５個までのＷ３を測長する。
　ただし、起点とした最大のＷ３が、その両側の中心曲線に添って２０ｎｍ離れた位置の幅の１．５倍を超える場合は、その起点とした部分は主幹部分から分岐した分岐部分であると見做し、次にＷ３が最大となる部分を新たに起点として設定する。
　分岐部分については、分岐部分の中心曲線と主幹部分の中心曲線とが交差する点を分岐点する。また、分岐部分におけるＷ３の測長箇所は、起点とした最大のＷ３の位置からの距離（起点とした最大のＷ３の位置から分岐点までの主幹部分の中心曲線に添った距離と、分岐点から分岐の先端方向に向けて分岐部分の中心曲線に添った距離との合計）が、２０ｎｍの整数倍の箇所とする。
　分岐部分がある場合も、起点とした最大のＷ３も含めて、前記最大のＷ３から近いものから順に最大２５個までのＷ３を測長した段階でそれらのＷ３を平均してその第１凸領域Ｈ１の幅とする。
　第１凸領域Ｈ１の平均幅は、近似的には、ＡＦＭ像に代えてＳＥＭ像に基づき求めることができる。例えば、１０万倍のＳＥＭ像（９１０ｎｍ×１２１０ｎｍ）を取得し、取得したＳＥＭ像に対角線を２本引き、いずれかの対角線が交わった第１凸領域Ｈ１を任意に選択した５点を計測対象として、ＡＦＭ像に基づく場合と同様にして求めることができる。
　山脈状であるか島状であるかの区別の方法、各々の場合の平均幅の求め方はＡＦＭ像に基づく場合と同様である。
　ただし、ＳＥＭ像からは、高さレベルＬ２の位置で規定される第１凸領域Ｈ１の輪郭線の位置は検出てできない。そのため、ＳＥＭ像に基づく場合は、その第１凸領域Ｈ１の周囲に観察される溝領域Ｈ３の中心を便宜状第１凸領域Ｈ１の輪郭線であると近似する。
　溝領域Ｈ３の幅は非常に狭いため、このように近似して求めたＳＥＭ像に基づく平均幅は、ＡＦＭ像に基づく平均幅とほぼ等しい。
　溝領域Ｈ３は、幅が２５～０．１ｎｍの部分を含むことが好ましく、１５～０．１ｎｍの部分を含むことがより好ましく、７～０．１ｎｍ以下の部分を含むことがさらに好ましい。
　溝領域Ｈ３の幅が狭い程、充分な局在型表面プラズモン効果を得やすくなる。
　なお、溝領域Ｈ３の幅を正確に求めるためには、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定する。
　溝領域Ｈ３は、金属膜２０が存在せず、基材１０が露出している非成膜領域を含んでいてもよい。
　非成膜領域を含む場合、非成膜領域を介して金属膜２０同士が対向する。非成膜領域の幅が、極めて小さく、例えば数ナノメートル～数十ナノメートルオーダーであれば、非成膜領域を介して対向する金属膜２０間で、局在型表面プラズモンによる電場の重ね合わせによって増強電場を発生させることができる。特に、非成膜領域の幅が一桁ナノメートルの場合は、極めて高い電場増強効果が得られる。
　非成膜領域の幅は、０．１～１５ｎｍが好ましく、０．１～１０ｎｍがより好ましく、０．１～２ｎｍがさらに好ましい。前記範囲内であれば、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果がより優れる。
　溝領域Ｈ３の幅が狭いと、金属膜２０表面の２５℃におけるシート抵抗が低くなる傾向がある。そのため、金属膜２０表面の２５℃におけるシート抵抗は低いほうが好ましく、３～２００Ω／□が好ましく、１０～１５０Ω／□がより好ましい。
（作用効果）
　本実施形態の分析用基板は、金属膜２０の複数の凸部の周縁部及びそれらの間隙に形成された溝領域を有するため、隣り合う凸部間それぞれにおいて入射光による局在型表面プラズモン共鳴が発生し、電場の重ねあわせによる非線形光学的電場増強効果を得ることができ、これを分光測定に用いたときに測定対象分子由来のシグナルを増強することで測定感度を向上させることが可能である。
（分析用基板の製造方法）
　図１の分析用基板の製造方法としては、例えば、図３に示すように、以下の（ｉ）～（ｉｖ）を順次行う製造方法が挙げられる。
（ｉ）第１成膜工程
　基材１０（図３（ａ））の第一面１０ａ上に金属を積層して平坦な金属膜２５ａを成膜する工程（図３（ｂ））。
（ｉｉ）第１加熱工程
　金属膜２５ａを、加熱によって凝集した複数の金属膜２５ｂとして分析用基板前駆体を得る工程（図３（ｃ））。
（ｉｉｉ）第２成膜工程
　凝集した金属膜２５ｂ、及び金属膜２５ａの凝集により基材１０の第一面１０ａが露出した部分の上の全体に、均等な厚みで金属膜２６ａを積層する工程（図３（ｄ））。
（ｉｖ）第２加熱工程
　金属膜２６ａを、加熱によって凝集した複数の金属膜２６ｂとして分析用基板を得る工程（図３（ｅ））。
　図３（ｅ）に示すように、金属膜２５ｂ上に金属膜２６ｂが積層した部分が凸部２１となり、基材１０に直接金属膜２６ｂが積層した部分が凸部２２となる。
　第１成膜工程で第一面１０ａ上に金属を積層する方法に特に限定はなく、例えば蒸着法等の乾式法、電解メッキや無電解メッキ等の湿式法等が挙げられる。乾式法としては、例えば各種真空スパッタリング法、真空蒸着法等の物理蒸着法（ＰＶＤ）、各種化学蒸着法（ＣＶＤ）等が挙げられる。
　中でも、厚さのコントロールがしやすく、不純物の付着が起こりにくく、金属膜の基材に対する付着強度が高い点から、真空スパッタリング法、真空蒸着法等の物理蒸着法（ＰＶＤ）が好ましい。すなわち金属膜２５ａがスパッタリング法で成膜された膜であることが好ましい。
　第１成膜工程で成膜する金属膜２５ａの厚さは、２～６０ｎｍであることが好ましく、３～３０ｎｍであることがより好ましく、４～１５ｎｍであることがさらに好ましい。
　金属膜２５ａの厚さが好ましい下限値以上であれば、１段目のアニーリング工程で形成される島状構造または網目状構造の間隔が拡がり過ぎないので好ましい。
金属膜２５ａの厚さが好ましい上限値以下であれば、１段目のアニーリング工程で金属膜２５ａがデウェッティングにより分断した後凝集し、島状構造または網目状構造が形成されるので好ましい。
　第１加熱工程では、金属膜２５ａを加熱によって凝集させて分析用基板前駆体を得る。
金、銀、アルミニウム、銅、白金等を含む金属は、一般に、溶融状態での表面自由凝集エネルギーが高低いという特徴がある。そのため、それらの薄膜は加熱により融点以上にすることで、デウェッティング現象による液膜の分断、そしてそれに続く表面自由エネルギーによる比表面積の最小化（凝集）を起こしやすい。
　デウェッティング現象は、溶融状態での金属の表面自由エネルギーと基材となる物質の表面自由エネルギーの差が大きい場合に発生しやすい。本発明の場合、基材１０の表面自由エネルギーは溶融金属の表面自由エネルギーより充分低いため、加熱温度が金属の融点以上に達していればデウェッティング現象が起きる。
　本発明の場合、金属の融点は、融点降下現象によりバルクの金属よりも低くなる。すなわち、金属粒子はその粒径が小さくなるほど、金属薄膜はその厚さが小さくなるほど、融点が低くなる性質がある。金属粒子の粒径や金属薄膜の膜厚が数十ｎｍになると融点降下現象が顕著になる。特に真空スパッタ法や真空蒸着法によって製造された金属薄膜の場合、得られる金属薄膜は金属原子あるいは非常に小さな金属粒子の集合体であり、その密度はバルク状態のものより低くなるため、融点降下が顕著化する。例えば、バルクの金の融点は１０６４℃であるが、真空スパッタ法による膜厚１０ｎｍ以下の金の薄膜の融点は１５０～２００℃程度まで低下する。
　第１加熱工程の加熱温度は、金属の種類によって異なるが、金属膜２５ａとして金を用いる場合には、１００～６００℃が好ましく、２００～４００℃がより好ましい。また、金属膜２５ａとして銀を用いる場合には、８０～６００℃が好ましく、２００～４００℃がより好ましい。
　第１加熱工程の加熱時間は、金属の種類及び加熱温度によって異なるが、例えば金属膜２５ａとして金を用い、３００℃で加熱する場合は、１～６０分間が好ましく、３～２０分間がより好ましい。金属膜２５ａとして銀を用い、２８０℃で加熱する場合は、１～５０分間が好ましく、３～１８分間がより好ましい。
　加熱温度が高い程、また、加熱時間が長い程、デウェッティングと凝集の程度は高まり、複数の金属膜２５ｂは、独立した島状の凸部となりやすい。一方、加熱温度が低い程、加熱時間が短い程、デウェッティングと凝集は進みにくく、複数の金属膜２５ｂは、山脈状の凸部となりやすい。
　凝集により、金属膜２５ｂと金属膜２５ｂの間には、基材１０の第一面１０ａが露出した部分が生じる。
　第１加熱工程の加熱手段は、オーブン（マッフル炉、電気炉、ファーネス等を含む）、ホットプレート、赤外線加熱装置、ガスバーナー等直火による加熱などが有効であるが、他の加熱手段であっても差し支えない。
　第１加熱工程は、アルゴン、窒素、等の不活性ガス雰囲気中で行う。これは、特に銀などの金属種においては、大気中で第１加熱工程を行うと大気中の酸素による金属の酸化が発生し、表面プラズモン共鳴の効率が低下するためである。
　第２成膜工程では、凝集した金属膜２５ｂ、及び金属膜２５ａの凝集により基材１０の第一面１０ａが露出した部分の上の全体に、均等な厚みで金属膜２６ａを積層する。
　金属膜２６ａの材質は、金属膜２５ｂと異なっていてもよい。
　第２成膜工程において、金属を積層する方法に特に限定はなく、第１成膜工程と同様の方法が採用できる。また、好ましい積層方法も第１成膜工程と同様である。
　第２成膜工程で成膜する金属膜２６ａの厚さは、２～６０ｎｍであることが好ましく、３～３０ｎｍであることがより好ましく、４～１５ｎｍであることがさらに好ましい。
　金属膜２６ａの厚さが好ましい下限値以上であれば、金属膜２６ｂで構成される凸部２２が、第２加熱工程後に充分な高さで形成されるので好ましい。
金属膜２６ａの厚さが好ましい上限値以下であれば、第２加熱工程時に、金属膜２５ｂがデウェッティングにより分断して溝構造Ｈ３が形成されやすいので好ましい。
　第２加熱工程では、金属膜２６ａを加熱することで、デウェッティングによる金属膜の分断とそれに続く表面自由エネルギーによる凝集を行い、図３（ｅ）に示す金属凹凸構造体を有する分析用基板を得る。第２加熱工程における加熱の条件は、金属膜２６ａが加熱によって上記形態変化可能な条件とするが、既に凝集した金属膜２５ｂが位置ずれ若しくは凝集の更なる進行が起きない程度の条件であることが好ましい。
　実際には金属膜２６ａを融点以上に加熱しなくてはならないため、既に形成されている金属膜２５ｂへの影響を完全になくすことはできないが、金属膜２５ｂの位置や形態の変化は最小限にとどめることが好ましい。そのための具体的な対策としては、特に、加熱温度を第１加熱工程の加熱温度よりも低くすることが好ましい。
　第２加熱工程の加熱温度は、金属の種類によって異なるが、金属膜２５、２６ａとして金を用いる場合には、５０～４００℃が好ましく、９０～２５０℃がより好ましい。また、金属膜２５ａ、２６ａとして銀を用いる場合には、４０～４００℃が好ましく、７０～２５０℃がより好ましい。
　第２加熱工程の加熱時間は、金属の種類及び加熱温度によって異なるが、例えば金属膜２５ａ、２６ａとして金を用い、１５０℃で加熱する場合は、２～６０分間が好ましく、３～２０分間がより好ましい。金属膜２５ａ、２６ａとして銀を用い、１４０℃で加熱する場合は、２～６０分間が好ましく、３～１８分間がより好ましい。
　第２加熱工程の加熱手段は、オーブン（マッフル炉、電気炉、ファーネス等を含む）、ホットプレート、赤外線加熱装置、ガスバーナー等直火による加熱などが有効であるが、他の加熱手段であっても差し支えない。
　第２加熱工程は、アルゴン、窒素、等の不活性ガス雰囲気中で行う。これは、特に銀などの金属種においては、大気中で第２加熱工程を行うと大気中の酸素による金属の酸化が発生し、表面プラズモン共鳴の効率が低下するためである。
（第１の変形例）
　上記実施形態では、金属膜が設けられた側の表面高さ分布が、３つのピークを有する例を示したが、ピークの数は３つ以上であればよい。また、安定した製造が可能となることから、ピークの数は５つ以下が好ましく、３つまたは４つであることがより好ましく、３つであることが特に好ましい。
　ピークの数を４つ以上とする方法としては、例えば、前記の（ｉ）第１成膜工程、（ｉｉ）第１加熱工程、（ｉｉｉ）第２成膜工程、（ｉｖ）第２加熱工程の後に、さらに、（ｖ）第３成膜工程、（ｖｉ）第３加熱工程を設けることが挙げられる。（ｖ）第３成膜工程と（ｖｉ）第３加熱工程は、（ｉｉｉ）第２成膜工程と（ｉｖ）第２加熱工程と同等の工程であってもよい。
（第２の変形例）
　上記実施形態及び第１の変形例において、図４に示すように、金属膜２０上に、さらに、金属ナノ粒子５を分散配置してもよい。
　金属ナノ粒子を分散配置する手段としては、スプレーコート法、スピンコート法、ディップコート法、ドロップキャスト法などが好適に用いられるが、本発明の主旨を実施するものであれば、この限りではない。
　金属膜上に、さらに金属ナノ粒子が分散配置されていると、金属膜と金属ナノ粒子との間、隣り合う金属ナノ粒子の間それぞれにおいても、励起光による局在型表面プラズモン共鳴が発生し、電場の重ねあわせによる非線形光学的電場増強効果を得られるので好ましい。
　金属ナノ粒子を構成する金属としては、表面プラズモン共鳴による電場増強を発生させ得るものであればよく、例えば金、銀、アルミニウム、銅、白金、これらの２種以上の合金等が挙げられる。
　金属ナノ粒子の形状は、特に限定されず、例えば球状、針状（棒状）、フレーク状、多面体状、リング状、中空状（中心部は空洞若しくは誘電体が存在する）、樹状結晶、その他不定形状等が挙げられる。
　複数の金属ナノ粒子の少なくとも一部が凝集して二次粒子を形成していてもよい。
　金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、１～１００ｎｍが好ましく、３～５０ｎｍがより好ましく、５～３０ｎｍがさらに好ましい。金属ナノ粒子の平均一次粒子径が前記範囲内であれば、金属中の自由電子と励起光との共鳴が容易となり、局在型表面プラズモン共鳴による電場増強効果が優れる。
　金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって直接金属ナノ粒子の一次粒子径を測長し、その平均値を得る方法によって測定される。この場合、平均的な状態を知るため、ｎ＝２０以上の平均値を取得する。
　上記方法において、便宜上、ＳＥＭの代わりに、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いてもよい。この場合でも同様の結果が得られる。
　金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、便宜上、動的光散乱法による粒度分布計によって測定してもよい。この場合、二次粒子（一次粒子が凝集した集合体）が存在すると粒度分布曲線に複数のピークが生じるため、最も小さい粒径のピークが目的の粒径となる。この方法でも上記ＳＥＭを用いた測定方法と同様の結果が得られる。
　ＳＥＭ等の顕微鏡的手段を用いる測定方法は製品としての分析用基板の表面を後から分析する場合に有用であり、動的光散乱法による測定方法は分析用基板を製造する際に有用である。
　金属膜上に離間して配置された、隣り合う２つの金属ナノ粒子間の最短距離は、０．１～２０ｎｍが好ましく、０．１～１０ｎｍがより好ましく、２～０．１ｎｍがさらに好ましい。前記最短距離が前記範囲内であれば、各金属ナノ粒子の間で局在型表面プラズモン共鳴による電場増強が発生し、各金属ナノ粒子の間に吸着した測定対象分子の高感度分光分析が可能となる。特にラマン分光分析法においては、測定対象分子からのシグナル（ラマン散乱光）が微弱であるため、上記電場増強により濃度が希薄なサンプルでも分析が可能となる。また、金属膜に対して金属ナノ粒子が接地していても、その接点近傍には金属膜と金属ナノ粒子の微小な隙間が発生するため、ここでも局在型表面プラズモン共鳴による電場増強が発生し高感度分光分析が可能となる。
　前記隣り合う２つの金属ナノ粒子間の最短距離は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、隣り合う２つの金属ナノ粒子を含む分析用基板表面のサンプルの顕微鏡像を取得し、像中で隣り合う２つの金属ナノ粒子の間隙を実測する方法によって測定される。この方法は、１０万～２０万倍、好ましくは５０万～１００万倍程度の倍率を必要とする。隣り合う２つの金属ナノ粒子間の最短距離は局所的に異なり、一様ではないため、ｎ＝２０以上の測定を行い、距離の分布を取得する。
　金属膜上に、金属ナノ粒子を分散配置するためには、前記の（ｉ）第１成膜工程、（ｉｉ）第１加熱工程、（ｉｉｉ）第２成膜工程、（ｉｖ）第２加熱工程を行った後、あるいは、さらに、（ｖ）第３成膜工程、（ｖｉ）第３加熱工程を行った後、凹凸構造とした金属膜上に、金属ナノ粒子が分散した金属ナノ粒子分散液を塗布し乾燥すればよい。
　金属ナノ粒子分散液の分散媒としては、金属ナノ粒子５を分散可能なものであればよく、例えば水、エタノール、その他有機溶剤等が挙げられる。
　金属ナノ粒子分散液中の金属ナノ粒子５の含有量は、例えば、金属ナノ粒子分散液の総質量に対し、０．０１～１０．０質量％であってよく、さらには０．１～１．０質量％であってよい。
　金属ナノ粒子分散液は、必要に応じて、発明の効果を損なわない範囲で、分散安定剤としてのクエン酸や各種無機塩等をさらに含んでいてもよく、チオール（－ＳＨ）基を末端にもつ有機化合物を界面活性剤として使用することで分散を安定化してもよい。
　金属ナノ粒子分散液の塗布方法としては、特に限定されず、例えばスプレー法、ドロップキャスト法、ディップコート法、スピンコート法、インクジェット印刷法等の公知の塗布方法のなかから適宜選定できる。金属ナノ粒子散布により分析用基板表面における金属ナノ粒子を高密度かつ均一に配置できる点で、スプレー法またはインクジェット印刷法が好ましい。
（第３の変形例）
　上記実施形態及び第１、第２の変形例において、基材１０に代えて、第一面１０ａが略周期的凹凸構造を有する基材１０Ａを用いてもよい。図５は、第２の変形例において、基材１０に代えて基材１０Ａを用いた場合の一例である。図５の場合、基材１０Ａの第一面１０ａ上に金属膜２０が形成され、さらにその上に、金属ナノ粒子５が分散配置されている。
　上記実施形態及び第１の変形例において、基材１０に代えて基材１０Ａを用いた場合は、図５から、金属ナノ粒子５を除いた態様となる。
　基材１０Ａを用いると、第一面１０ａの略周期的凹凸構造は、金属膜２０の表面に反映される。その結果、金属膜２０の表面は、第一面１０ａの略周期的凹凸構造に追従した凹凸構造に、第１凸部、第２凸部等が重畳した凹凸構造となる。
　ここで「追従」とは、金属膜２０表面の略周期的凹凸構造における凸部又は凹部の位置が、基材１０Ａの第一面１０ａの略周期的凹凸構造における凸部又は凹部の位置と略一致することを示す。
　なお、基材１０Ａの第一面１０ａが略周期的凹凸構造を有する場合、「金属膜が設けられた側の表面高さ分布」は、前記略周期的凹凸構造による高さの変動を除いた高さの分布とする。
　金属膜２０の表面が、略周期的凹凸構造が重畳した凹凸構造とされ、かつ、金属膜２０が導電性をもつシート抵抗の低い半連続膜である場合は、凸部２１と凸部２２を有する金属膜２０が略周期的凹凸構造を有する基材１０Ａの第一面１０ａ上に形成されることで、前記局在型表面プラズモンに併せて伝播型表面プラズモン共鳴による電場増強を発生させることができる。局在型表面プラズモンによる電場と伝播型表面プラズモンによる電場を重ねあわせることで、さらに強力な電場増強効果を得ることが可能となる。
　金属膜２０が導電性をもつシート抵抗の低い半連続膜となるためには、第１凸部が山脈状の凸部であることが好ましい。
　金属表面の伝播型表面プラズモンは、金属表面に入射した光（例えばラマン分光法で用いられるレーザー等の励起光）により生じる自由電子の疎密波が表面電磁場を伴いながら連続的に発生し表面を伝播していくものである。金属表面が平坦である場合、金属表面に存在する表面プラズモンの分散曲線と光の分散直線とは交差しないため、伝播型表面プラズモン共鳴は誘発されないが、金属表面に略周期的凹凸構造があると、この略周期的凹凸構造によって回折された光（回折光）の分散直線が表面プラズモンの分散曲線と交差するようになり、伝播型表面プラズモン共鳴が誘発される。
　伝播型表面プラズモンを金属膜２０上に誘起するためには、金属膜２０表面の２５℃におけるシート抵抗は低いほうが好ましく、３×１００～５×１０４Ω／□が好ましく、３×１００～５×１０３Ω／□がより好ましく、３×１００～５×１０２Ω／□がさらに好ましく、３×１００～３×１０２Ω／□が特に好ましい。金属膜２０のシート抵抗がこの範囲内にあることは、金属膜２０が、非成膜領域が存在するとしても、完全には分断されていない半連続膜であることを示す。また、金属膜２０のシート抵抗がこの範囲内にあることは、非成膜領域が存在するとしても、その幅は、０．１～１５ｎｍの範囲に、より限定的には０．１～１０ｎｍの範囲に、さらに限定的には０．１～５ｎｍの範囲に入ることを意味する。
　金属膜２０が不連続な膜（例えば島状に分散配置された複数の金属膜から構成されるもの）である場合、表面のシート抵抗は５０００Ω／□以下とはならない。非成膜領域が存在するとしても、金属膜２０が全体としては半連続膜であることで、前述の伝播型表面プラズモンを金属膜２０上に誘起することが可能となり、表面電場の重ね合わせによる非線形光学効果を得やすくなる。
　なお、金属膜２０のシート抵抗（Ω／□）は、２５℃における値である。具体的には、２５℃の条件下で金属膜２０の任意の大きさの正方形の領域を電流が片方の端から対向する端へ流れる際の電気抵抗値（Ω）がシート抵抗である。
　ここで、「周期的凹凸構造」とは、複数の凸部又は凹部が周期的に一次元又は二次元に配列した構造である。一次元に配列とは、複数の凸部又は凹部の配列方向が１方向であることを示す。二次元に配列とは、複数の凸部又は凹部配列方向が同一面内の少なくとも２方向であることを示す。
　また、「略周期的凹凸構造」とは、周期的凹凸構造及び周期的凹凸構造がやや崩れた構造を示す。
　複数の凸部又は凹部が周期的に一次元に配列した構造（一次元格子構造）としては、例えば、複数の溝（凹部）又は凸条（凸部）が平行に配置された構造（ラインアンドスペース構造）が挙げられる。溝又は凸条の延在方向と直交する断面の形状は、例えば三角形、矩形、台形等の多角形状、Ｕ字状、それらを基本とした派生形状等であってよい。
　複数の凸部又は凹部が周期的に二次元に配列した構造（二次元格子構造）としては、配列方向が２方向で、その交差角度が９０°である正方格子構造、配列方向が３方向で、その交差角度が６０°である三角格子（六方格子ともいう。）構造等が挙げられる。二次元格子構造を構成する凸部の形状は、例えば円柱形状、円錐形状、円錐台形状、正弦波形状、半球体形状、略半球体形状、楕円体形状、或いはそれらを基本とした派生形状等であってよい。二次元格子構造を構成する凹部の形状は、例えば前記で挙げた凸部の形状が反転した形状であってよい。
　配列方向が多い方が、回折光が得られる条件が多く、高効率で伝播型表面プラズモン共鳴を誘発できることから、周期的凹凸構造としては、正方格子構造、三角格子構造等の二次元格子構造が好ましく、三角格子構造がより好ましい。
　本変形例の基材１０Ａの第一面１０ａにおける周期的凹凸構造の一例は、図６、図７に示すように、複数の円錐台形状の凸部３ｃが三角格子状に配列し、凸部３ｃと凸部３ｃとの間は、ほぼ平坦な面である平坦面３ｂとされた構造である。
　凸部３ｃの高さは、１５～１５０ｎｍが好ましく、３０～８０ｎｍがより好ましい。凸部３ｃの高さが前記範囲の下限値以上であれば、この凹凸構造が反映された金属膜２０の表面の周期的凹凸構造が回折格子として充分に機能し、伝播型表面プラズモン共鳴を誘発することができる。凸部の高さが前記範囲の上限値以下であれば、伝播型表面プラズモンが伝播しやすくなるため好適である。
　凸部３ｃが他の形状である場合にも、好ましい高さはおおよそ同様である。基材１０Ａの第一面１０ａが、複数の凹部から構成される略周期的凹凸構造とされている場合、この凹部の好ましい深さは、凸部３ｃの好ましい高さとおおよそ同様である。正確には、凸部３ｃの高さの最適値は、表面プラズモンによる電磁場と相互作用する凸部３ｃの体積分率や誘電率によって決定される。
　凸部３ｃの高さは、隣接する３つの凸部から等距離にある中心点を起点として３つの凸部の円錐台の頂面の平均値までの垂直方向の距離をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等によって測長して求める。測長には、互いに１００μｍ以上離れた５箇所の略周期的凹凸構造表面を用いる。これら５箇所の測定領域に関して５μｍ×５μｍのＡＦＭ像を取得し、それぞれのＡＦＭ像に関して無作為に抽出した９箇所の上記３点中心深さを測長する。ＡＦＭ探針はスキャン方向によって像に異方性が生じる場合があるため、測長は図６に示すように、ＤＭ１～ＤＭ３の３方向にプロファイル像を作成し、それぞれの方向にて３箇所、合計９箇所の測長点にて行う。その９箇所の測長点で得られた測定値の平均値を１つの測定領域の測定値とし、同様に５つの測定領域の測定値を求め、さらにこの５つの測定領域の測定値の平均を求め、凸部３ｃの高さとする。
　ＤＭ１～ＤＭ３はそれぞれ、第一面１０ａにおいて、凸部３ｃの３つの配列方向ＥＭ１～ＥＭ３それぞれと略直交する方向である（実際の格子配列は多少歪みもあるため、必ず直交するとは限らない）。
　他の形状の凸部の高さや凹部の深さも同様の測定方法によって測定される。
　凸部３ｃのピッチは、隣接する２つの円錐台突起の各中心点の水平方向の距離をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）等によって測長して求める。測長には、互いに１００μｍ以上離れた５箇所の略周期的凹凸構造表面を用いる。これら５箇所の測定領域に関して５μｍ×５μｍのＡＦＭ像を取得し、それぞれのＡＦＭ像に関して無作為に抽出した９箇所の上記２点間距離を測長する。ＡＦＭ探針はスキャン方向によって像に異方性が生じる場合があるため、測長は図６に示すように、ＥＭ１～ＥＭ３の３方向にプロファイル像を作成し、それぞれの方向にて３箇所、合計９箇所の測長点にて行う。その９箇所の測長点で得られた測定値の平均値を１箇所の測定領域の測定値とし、さらに５箇所の測定領域の測定値の平均を求め、凸部３ｃのピッチとする。
　他の形状の凸部のピッチや凹部のピッチも同様の測定方法によって測定される。
　凸部３ｃの配列方向における凸部３ｃのピッチΛは、入射光（励起光）の波長λｉに対応して設計される。入射光の波数をｋｉ（ｋｉ＝２π／λｉ）、ｋｉにおける金属の比誘電率の実数部をε１、測定対象分子を含む検体の比誘電率の実数部をε２、とすると、表面プラズモンの波数ｋｓｐｐは、下式１：
　　ｋｓｐｐ＝ｋｉ（（ε１×ε２）／（ε１＋ε２））０．５　　（式１）で略式的に得られる。
　表面プラズモンの波長λｓｐｐはｋｓｐｐの逆数であり、凸部３ｃは三角格子配列であるから、凸部３ｃのピッチΛは、下式２：
　　Λ＝（２／√３）×λｓｐｐ　　（式２）
により求まる。式１および式２は一般的なものである。
　上記の計算法によれば、例えば入射光の波長λｉ＝７８５ｎｍ、第一面１０ａ上に形成される金属膜２０が金（Ａｕ）で構成され、検体が測定対象分子を含む水溶液（ε２≒１．３３）であるとき、
　　ｋｓｐｐ＝１１．８μｍ－１、Λ＝６５５ｎｍ
となる。同様に、例えば入射光の波長λｉ＝６３３ｎｍ、第一面１０ａ上に形成される金属膜２０が金（Ａｕ）で構成され、検体が有機物乾燥体（ε２≒２．２５）であるとき、
　　ｋｓｐｐ＝１６．６μｍ－１、Λ＝４３８ｎｍ
である。入射光にレーザーを使用するとその波長分布は極めて狭いので、実質的に凸部３ｃは上記ピッチΛにできるだけ近く作製すればよい。
　また、２次元格子配列が正方格子の場合、或いは１次元格子配列（ライン＆スペース）の場合は、式２の代わりに下式３を用いればよい。
　　Λ＝λｓｐｐ　　（式３）
　入射光として用いるレーザー光源は、７８５、６３３、５３２、５１５、４８８、４７０ｎｍ等、様々な波長に対応するものがある。一般に、金属膜２０を構成する金属種として、波長がおおよそ５００ｎｍ台より大きい光源には金（Ａｕ）を用いるのが好ましく、波長がおおよそ５００ｎｍ台より小さい光源には銀（Ａｇ）を用いるのが好ましい。５００ｎｍ台の波長では金と銀の両方が使用できる。また、金、銀以外の金属種でも伝播型表面プラズモンは得られるので、金、銀以外の金属種を使用する場合は、使用する金属の比誘電率を用いて式１～３を適宜用いて計算すればよい。
　略周期的凹凸構造のピッチは１６０～１２２０ｎｍであることが好ましく、２００～８００ｎｍであることがより好ましく、２５０～６００ｎｍであることがさらに好ましい。
　凸部３ｃが他の形状である場合にも、好ましいピッチは同様である。基材１０Ａ表面の周期的凹凸構造が複数の凹部から構成される場合、凹部の配列方向における凹部の好ましいピッチは、凸部３ｃの好ましいピッチと同様である。
　金属膜が伝播型表面プラズモンを誘起しうる半連続膜として機能するためには、金属膜表面のシート抵抗は、３×１００～５×１０４Ω／□が好ましく、３×１００～５×１０３Ω／□がより好ましく、３×１００～５×１０２Ω／□がさらに好ましく、３×１００～３×１０２Ω／□が特に好ましい。金属膜の表面のシート抵抗がこの範囲内であれば、金属膜は非成膜領域が存在しているとしても、完全には分断されていない連続膜であるといえる。
　金属膜の表面のシート抵抗（Ω／□）は、２５℃における値である。具体的には、２５℃の条件下で金属膜の表面の任意の大きさの正方形の領域を電流が片方の端から対向する端へ流れる際の電気抵抗値（Ω）がシート抵抗である。詳しくは後述する実施例に示すとおりである。
　基材の略周期的凹凸構造上に前記金属膜が重畳、かつ、金属膜をシート抵抗の低い半連続膜とするためには、基材として、第一面１０ａが略周期的凹凸構造を有する基材１０Ａを用いると共に、前記の（ｉ）第１成膜工程、（ｉｉ）第１加熱工程、（ｉｉｉ）第２成膜工程、（ｉｖ）第２加熱工程、あるいは、さらに、（ｖ）第３成膜工程、（ｖｉ）第３加熱工程を、第一面１０ａが平坦である場合と同様に行えばよい。
　また、第２の変形例にさらに、第３の変形例を適用する場合は、基材１０Ａに対して、前記の（ｉ）第１成膜工程、（ｉｉ）第１加熱工程、（ｉｉｉ）第２成膜工程、（ｉｖ）第２加熱工程を行った後、あるいは、さらに、（ｖ）第３成膜工程、（ｖｉ）第３加熱工程を行った後、第２の変形例と同様にして、凹凸構造とした金属膜上に、金属ナノ粒子が分散した金属ナノ粒子分散液を塗布し乾燥すればよい。
　ただし、いずれの場合も、第１凸部を山脈状として金属膜２０が伝播型表面プラズモンを誘起しうる半連続膜として機能するようにする必要がある。そのためには、第１加熱工程の加熱温度が高くなりすぎないようにすると共に、第１加熱工程の加熱時間が長くなりすぎないようにする必要がある。
　以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（表面高さ分布）
　金属膜が設けられた側の表面高さ分布は、以下のようにして求めた。
　まず、分析用基板の任意の場所の金属膜を剥がし基材面を露出させた。そして、基材を露出させた部分を一部に含む□５００ｎｍのＡＦＭ像を得た。
　ＡＦＭ像としては、ブルカー・エイエックスエス製のＭｕｌｔｉＭｏｄｅ８－ＨＲ（プローブ：ＳＣＡＮＡＳＹＳＴ－ＡＩＲ）を用い、タッピングモードでスキャン速度を１Ｈｚとして測定した。測定点数は、２５６×２５６点、高さの区切りは、５１２段階とした。
　Ｘ方向およびＹ方向の両方に対し、二次多項式による補正を行い、基材面の傾き、弓状の反りを取り除いた。具体的には、ＡＦＭデータの解析ソフトＮａｎｏｓｃｏｐｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（ブルカー・エイエックス製）のＰｌａｎｅ　Ｆｉｔ機能を使用し、補正を行う方向は「ＸＹ」、補正に使用する多項式は２ｎｄとした。
　□５００ｎｍのＡＦＭ像の取得場所を変えて、ｎ＝３の分布曲線を得、その平均値をデータとした。
（ＳＥＭ写真）
　日本電子株式会社製ＪＳＭ－７８００Ｆを用いて、倍率１０万倍で１．１８μｍ×０．８８μｍの領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を取得した。なお、図８、９、１１、１１３は、取得した画像の一部である。
（成膜工程で成膜した金属膜の厚さ）
　第１成膜工程で成膜した金属膜の厚さは、第１成膜工程後に、基材上に成膜してある金属膜に対して、鋭利なナイフの先で非常に細い傷（スクラッチ）をつけ、その傷を含む領域を触針式段差計（微細形状測定機ＥＴ４０００Ａ、小坂研究所）にて測定し、傷の底面（基材が露出している箇所）と金属膜の表面との高低差を５００ｎｍ×５００ｎｍの範囲で１０箇所測定し、その平均値から求めた。
　第２成膜工程で成膜した金属膜の厚さは、第１成膜工程と同じ条件で製膜することを条件として、第１成膜工程後に実測した金属膜の厚さと同じであると推定した。
（金属膜表面のシート抵抗）
　一般的な導通試験に用いる抵抗率計（ロレスタＡＸ　ＭＣＰ－Ｔ３７０）を用い、２５℃においてシート抵抗測定を行った。金属構造体を構成する金属膜は非常に薄いので、抵抗率計のプローブは薄膜測定用のＰＳＰオプションプローブ　（ＭＣＰ－ＴＰ０６Ｐ）ピン間１．５ｍｍを使用して、ｎ＝５以上の平均値により測定値（Ω／□）を取得した。
（４、４’－ビピリジル水溶液を用いたラマン散乱強度の測定）
　分析用基板の表面（金属膜を設けた面）に濃度１００μＭの４、４’－ビピリジル水溶液の５μＬを滴下し、ラマン分光光度計（Ａｌｍｅｇａ　ＸＲ、サーモフィッシャーサイエンティフィック社）を用いてそれぞれラマンスペクトルの測定を行った。励起波長７８０ｎｍ、出力１０ｍＷのレーザーを光源とし、検出ピーク１６０７ｃｍ－１の強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）で各測定値を比較した。
　ラマン条件は、レーザー出力を１００％、アパーチャを径１００μｍのピンホール、露光回数を６４回とした。
（４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定）
　分析用基板の表面（金属膜を設けた面）に濃度１００μＭの４，４’－ビピリジル溶液の５μＬを滴下し、ラマン分光光度計（Ａｌｍｅｇａ　ＸＲ、サーモフィッシャーサイエンティフィック社）を用いてそれぞれラマンスペクトルの測定を行った。励起波長７８０ｎｍ、出力１０ｍＷのレーザーを光源とし、検出ピーク１６０７ｃｍ－１の強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）で各測定値を比較した。
　ラマン条件は、レーザー出力を１００％、アパーチャを径１００μｍのピンホール、露光回数を６４回とした。
（比較例１）
　図３の（ａ）～（ｃ）の手順にしたがって、表１に記載の条件にて、後述の実施例１の分析用基板の前駆体にあたる比較例１の分析用基板を得た。
　すなわち、スパッタリング装置（イオンスパッタ装置Ｅ－１０３０、日立ハイテクノロジーズ）を使用し、基材１０として、清浄で平坦な石英基材１の□３００ｍｍの範囲にＡｕ薄膜を圧力６～８Ｐａ、電流値１５ｍＡ、成膜速度１１．６ｎｍ／ｍｉｎにて３０分間成膜し、厚さ７ｎｍの平坦な金属膜を成膜した（第１成膜工程）。その後大気圧下、アルゴンガス雰囲気中で、３００℃、１４分間の加熱処理を行い、比較例１の分析用基板を得た（第１加熱工程）。
　得られた比較例１の分析用基板のＳＥＭ像の一部を図８に示す。また、表面高さ分布を図９に示す。図９において、図９（ａ）は、高さ方向を０．６ｎｍ間隔で区切って求めた頻度の生データであり、図９（ｂ）は、１５個の生データを移動平均した移動平均曲線である。
　ＳＥＭ像（図８）から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、図９（ｂ）から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、高さレベルＬ１を表２に示す。なお、最頻高さＴ３は存在しなかった。
　また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例１）
　図３の（ａ）～（ｃ）の手順にしたがって、比較例１と同様にして前駆体を得た。次いで図３の（ｄ）～（ｅ）の手順にしたがって、実施例１の分析用基板を得た。
　すなわち、前駆体に対して、第１成膜工程と同じ条件で、凝集した金属膜、及び凝集により基材の第一面１０ａが露出した部分の上の全体に、均等な厚みでＡｕ薄膜を成膜した（第２成膜工程）。その後大気圧下、アルゴンガス雰囲気中で、１５０℃、５分間の加熱処理を行い、実施例１の分析用基板を得た（第２加熱工程）。
　得られた分析用基板のＳＥＭ像の一部を図１０に、表面高さ分布を図１１に示す。図１１において、図１１（ａ）は、高さ方向を０．６ｎｍ間隔で区切って求めた頻度の生データであり、図１１（ｂ）は、１５個の生データを移動平均した移動平均曲線である。
　ＳＥＭ像（図１０）から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、図１１（ｂ）から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２を表２に示す。また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（比較例２）
　第１加熱工程の時間を表１に示すよう変更した他は、比較例１と同様にして、後述の実施例２の分析用基板の前駆体にあたる比較例２の分析用基板を得た。
　得られた比較例２の分析用基板のＳＥＭ像の一部を図１２に示す。また、表面高さ分布を図１３に示す。図１３において、図１３（ａ）は、高さ方向を０．６ｎｍ間隔で区切って求めた頻度の生データであり、図１３（ｂ）は、１５個の生データを移動平均した移動平均曲線である。
　ＳＥＭ像（図１２）から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、図１３（ｂ）から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、高さレベルＬ１を表２に示す。なお、最頻高さＴ３は存在しなかった。
　また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例２）
　比較例２と同様にして前駆体を得た他は、実施例１と同様にして、実施例２の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板のＳＥＭ像を図１４に、表面高さ分布を図１５に示す。図１５において、各々（ａ）は、高さ方向を０．６ｎｍ間隔で区切って求めた頻度の生データであり、（ｂ）は、１５個の生データを移動平均した移動平均曲線である。
　また、図１４のＳＥＭ像から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、図１５（ｂ）から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２を表２に示す。また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例３）
　粒径６３０ｎｍのコロイダルシリカ粒子を石英基材上に以下に述べるＬＢ法によって単層コーティングした。先ず、疎水化剤としてＮ－フェニル－３－アミノプロピルトリメトキシシランをシリカ粒子スラリーに添加し、反応温度４０℃にて疎水化を行った。その後、エタノール：クロロホルム＝３０：７０の混合溶媒を使用して、疎水化したシリカ粒子を油層抽出した。次に２１℃、ｐＨ７．２の下層水の水面に、上記疎水化粒子スラリーを滴下して行き、水面上に粒子単層膜を形成した。さらにバリアにて粒子単層膜を圧縮しながら、水中に予め浸漬しておいた清浄で平坦な石英基材を５ｍｍ／ｍｉｎにて徐々に引き上げ、水面の粒子単層膜を石英基材上に移し取った。その後、ドライエッチング装置（東京エレクトロン社製ＭＥ５１０Ｉ）を使用して、１．２Ｐａ、２０００／１８００Ｗ、Ｃｌ２＝８０ｓｃｃｍ、１００ｓｅｃの条件でドライエッチングを行った。
　その結果、図６、図７に示すのと同様の、複数の円錐台形状の凸部３ｃが三角格子状に配列した構造周期（ピッチ）６３０ｎｍ、構造高さ（３つの粒子の中心点から構造頂部までの垂直距離）６０ｎｍの略周期的凹凸構造を有する石英基材２を得た。
　基材１０として、石英基材１に代えて石英基材２を用いた他は、実施例１と同様にして、実施例３の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板のＳＥＭ像を図１６に示す。図１７は、石英基材２の略周期的凹凸構造が反映されている位置がわかるように、図１６に補助線Ｆを加えた図である。
　また、図１６から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、表面高さ分布の１５個の生データを移動平均した移動平均曲線から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２を表２に示す。また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例４）
　実施例２の分析用基板の金属膜表面上に、Ａｕナノ粒子分散液（粒径２０ｎｍ）をスプレー塗布し乾燥させる工程を３回繰り返すことで、Ａｕナノ粒子を４６個／□１μｍの散布密度で分散配置し、実施例４の分析用基板を得た。
　第１凸領域の平均幅、最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２は、表２に示すとおり、実施例２の分析用基板と同じである。
　得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例５）
　実施例３の分析用基板の金属膜表面上に、Ａｕナノ粒子分散液（粒径２０ｎｍ）をスプレー塗布し乾燥させる工程を３回繰り返すことで、Ａｕナノ粒子を４３個／□１μｍの散布密度で分散配置し、実施例５の分析用基板を得た。
　第１凸領域の平均幅、最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２は、表２に示すとおり、実施例３の分析用基板と同じである。
　得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（実施例６）
　第２加熱工程を行わなかった他は、実施例１と同様にして、実施例６の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板のＳＥＭ像から、近似的に求めた第１凸領域の平均幅、並びに、表面高さ分布の１５個の生データを移動平均した移動平均曲線から読み取れる最頻高さＴ１、Ｔ２、Ｔ３、高さレベルＬ１、Ｌ２を表２に示す。また、得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（比較例３）
　実施例１の第１製膜工程と同様にして、基材１０としての平坦な石英基材１に厚さ７ｎｍの平坦な金属膜（Ａｕ）を成膜し、比較例１の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（比較例４）
　基材１０として、石英基材１に代えて略周期的凹凸構造を有する石英基材２を用いた他は、比較例３と同様にして、比較例２の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（比較例５）
　比較例３の分析用基板の金属膜表面上に、Ａｕナノ粒子分散液（粒径２０ｎｍ）をスプレー塗布し乾燥させる工程を３回繰り返すことで、Ａｕナノ粒子を４５個／□１μｍの散布密度で分散配置し、比較例３の分析用基板を得た。
　得られた分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗と４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定の結果を表２に示す。
（比較例６）
　平坦な石英基材１をそのままの状態で比較例６の分析用基板とした。
　この分析用基板の金属膜表面の２５℃におけるシート抵抗は表２に示すように無限大であり、４，４’－ビピリジル溶液を用いたラマン散乱強度の測定結果は、表２に示すように検出限界以下であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　図８、図１２に示すように、実施例の前駆体にあたる比較例１、比較例２では、第１加熱工程で凝集した金属膜２５ｂと基材１０の露出した第一面１０ａが観察された。また、第１加熱工程で１４分間加熱した比較例１（実施例１の前駆体）における金属膜２５ｂは山脈状の凸部であったが、第１加熱工程で１８分間加熱した比較例２（実施例２の前駆体）における金属膜２５ｂは島状の凸部であった。
　また、実施例の前駆体の段階では、図９、図１３に示すように、表面高さ分布におけるピークは２つであった。低い方のピークは基材面に、高い方のピークは、金属膜２５ｂ表面の高さを、各々反映している。
　また、図１０、図１４、図１６に示すように、実施例の分析用基板では、第１凸領域Ｈ１と第２凸領域Ｈ２と、これらの領域の間に存在する溝領域Ｈ３が観察された。
　また、第１加熱工程で１４分間加熱した実施例１の分析用基板における第１凸領域Ｈ１は山脈状の領域であったが（図１０）、第１加熱工程で１８分間加熱した実施例２の分析用基板における第１凸領域Ｈ１は島状の領域であった（図１４）。
　また、略周期的凹凸構造を有する石英基材２を用いた実施例３では、図１７に示すように、石英基材２の略周期的凹凸構造を反映していた。すなわち、補助線Ｆが交差した部分３ｃｐの周辺が凸部３ｃを反映した高さの高い部分となり、補助線Ｆで囲まれた三角形の中心部分が、凸部３ｃと凸部３ｃとの間の平坦面３ｂを反映した高さの低い部分となっていた。
　図１１、図１５、及び表２に示すように、実施例の分析用基板については、いずれも表面高さ分布におけるピークは３つであり、ピークＰ１における最頻高さＴ１と、ピークＰ２における最頻高さＴ２と、ピークＰ３における最頻高さＴ３、及び、これらのピークの境界となる高さレベルＬ１と高さレベルＬ２が観察された。
　ピークＰ１は図１における第１凸領域Ｈ１の高さレベルＬ１よりも高い部分の高さを、ピークＰ２は図１における第１凸領域Ｈ１の高さレベルＬ１よりも低い部分と第２凸領域Ｈ２の高さを、ピークＰ３は図１における溝領域Ｈ３の高さを、各々反映している。
　また、表２に示すように、前駆体の段階（比較例１、比較例２）では、検出できないか、検出できても低い強度でしか、ラマン散乱を検出できなかったが、本発明の条件を満たす実施例の分析用基板では、ラマン散乱を充分に検出することができた。
　また、金属膜２０に、さらに、金属ナノ粒子を分散配置したり、略周期的凹凸構造を有する基材を用いたりすることにより、さらに、高い強度が得られた。金属ナノ粒子を分散配置したり、略周期的凹凸構造を有する基材を用いたりすることによる強度向上効果は、金属膜が平坦な場合（比較例４、比較例５）と比較して、極めて大きかった。
　１０　基材
　２１，２２　凸部
　２１ａ，２２ａ　頂部
　Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３　ピーク
　Ｌ１，Ｌ２　高さレベル
　Ｈ１　第１凸領域
　Ｈ２　第２凸領域
　Ｈ３　溝領域

Claims (6)

  1. 　少なくとも第一面が誘電体または半導体からなる基材と、前記基材の第一面上に設けられた金属膜とを備え、
    　前記金属膜は、複数の凸部が連続的または断続的に形成された凹凸構造とされており、
    　前記金属膜が設けられた側の表面高さ分布が、３つ以上のピークを有し、
    　前記３つ以上のピークの内、前記基材からの距離が最も大きいピークを第１高さピーク、次に距離が大きいピークを第２高さピーク、前記基材からの距離が最も小さいピークを溝ピークと称し、
    　前記複数の凸部の内、頂部が前記第１高さピークの高さである凸部を第１凸部、頂部が前記第２高さピークの高さである凸部を第２凸部と称し、前記溝ピークの高さを有する領域を溝領域と称した際、
    　前記第１凸部は、前記溝領域を除く部分の幅の平均値が２００ｎｍ以下の島状または山脈状の凸部であり、
    　前記溝領域は、前記第１凸部の周縁部、前記第２凸部の周縁部、または前記第１凸部と前記第２凸部の間に存在することを特徴とする分析用基板。
  2. 　前記第１高さピークの最頻高さと、前記第２高さピークの最頻高さとの差が５～６０ｎｍである請求項１に記載の分析用基板。
  3. 　前記第２高さピークの最頻高さと、前記溝ピークの最頻高さとの差が５～４０ｎｍである請求項１または２に記載の分析用基板。
  4. 　前記第１高さピークの最頻高さと、前記溝ピークの最頻高さとの差が１０～１００ｎｍである請求項１～３のいずれか一項に記載の分析用基板。
  5. 　前記金属膜上に分散配置された複数の金属ナノ粒子をさらに備え、
    　前記金属ナノ粒子の平均一次粒子径は、１～１００ｎｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の分析用基板。
  6. 　前記基材の第一面が略周期的凹凸構造を有し、
    　前記略周期的凹凸構造のピッチは１６０～１２２０ｎｍであり、
    　前記金属膜の２５℃における表面のシート抵抗が３×１００～５×１０４Ω／□である、請求項１～５のいずれか一項に記載の分析用基板。
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