(57)【要約】  複数の空隙部（１１）を有する金属製の空隙配置構造体（１）と、前記空隙配置構造体（１）を支持する支持基材（２）と、からなる測定構造体であって、被測定物が保持された前記測定構造体に電磁波を照射して、前記測定構造体を透過した電磁波、または、前記測定構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法に用いられ、前記空隙配置構造体（１）の前記支持基材（２）側の主面（１０ｂ）の少なくとも一部は、前記支持基材（２）と接合されており、前記空隙配置構造体（１）の空隙部（１１）の主面（１１ａ，１１ｂ）のうち、前記支持基材（２）側の主面（１１ｂ）の少なくとも一部が、前記支持基材（２）とは接触していないことを特徴とする測定構造体。
2012132111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空隙部（１１）を有する金属製の空隙配置構造体（１）と、
前記空隙配置構造体（１）を支持する支持基材と、からなる測定構造体であって、
被測定物が保持された前記測定構造体に電磁波を照射して、前記測定構造体を透過した電磁波、または、前記測定構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法に用いられ、
前記空隙配置構造体（１）の前記支持基材（２）側の主面（１０ｂ）の少なくとも一部は、前記支持基材（２）と接合されており、
前記空隙配置構造体（１）の空隙部（１１）の主面（１１ａ，１１ｂ）のうち、前記支持基材（２）側の主面（１１ｂ）の少なくとも一部が、前記支持基材（２）とは接触していないことを特徴とする測定構造体。
【請求項２】
前記支持基材（２）はシリコンまたはシリコン化合物を主成分とした材料からなる、請求項１に記載の測定構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の測定構造体の製造方法であって、
板状またはフィルム状の支持基材（２）の表面に、複数の空隙部（１１）を有する金属製の空隙配置構造体（１）を形成するステップと、
前記空隙配置構造体（１）の空隙部（１１）を介したエッチングにより、前記支持基材（２）を厚み方向に切削して凹部（２１，２２）を形成するステップとを含む、測定構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の測定構造体の前記空隙部（１１）に被測定物を保持し、
前記被測定物が保持された前記測定構造体に対して電磁波を照射して、前記測定構造体を透過した電磁波、または、前記測定構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定構造体、その製造方法、および、それを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過率スペクトルを解析して被測定物の特性を測定する方法が用いられている。具体的には、例えば、被測定物であるタンパク質などが付着した金属メッシュフィルタに、テラヘルツ波を照射して透過率スペクトルを解析する手法が挙げられる。【０００３】
ここで、本発明者らにより、より短い波長の電磁波を用いる方が、被測定物の検出感度が高くなるという傾向があることが分かっている。しかし、短い波長の電磁波を用いる場合、空隙配置構造体の厚さを薄くする必要があり、その厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０μｍ程度のオーダーになってしまう。そのような薄い金属メッシュ等を、数ｍｍ角や数ｃｍ角で撓まないように形成することは、現実的に非常に難しくなる。【０００４】
そこで、そのような薄い空隙配置構造体を用いる場合は、空隙配置構造体が撓まないようにするために、空隙配置構造体を貼り付けて固定するための支持基材（樹脂膜など）が必要になる。【０００５】
特許文献１（特開２００７−０１０３６６号公報）には、空隙領域を有する空隙配置構造体（例えば金属メッシュ）と、空隙配置構造体に密着させた基材に被測定物を保持し、被測定物が保持された空隙配置構造体に向かって電磁波を照射し、空隙配置構造体を透過した電磁波を検出することによって、被測定物の存在による周波数特性の変化に基づいて被測定物の特性を測定する方法が開示されている。ここで、空隙配置構造体の主面のうち片面は完全に基材に貼り付けられた状態となっている。なお、特許文献１の基材は、主として被測定物を吸着させるために用いられており、基材には、予め被測定物を選択的に吸着する物質が塗布されている場合もある。【０００６】
しかし、かかる支持基材を用いる場合、図１４に示すように、空隙配置構造体１の主面１０ａ，１０ｂのうち片面１０ｂは完全に支持基材２に貼り付けられた状態となるため、その片面には被測定物を保持することができなくなり、最も感度の高い空隙配置構造体の主面近傍の領域を効率的に測定に使用することができなくなるという問題があった。上述の測定方法においては、空隙配置構造体の表面に局在した電磁場が被測定物と相互作用することによって、周波数特性の変化を引き起こしており、局在する電磁場は、空隙配置構造体の両主面の表面近傍で最も強く、表面から離れるにつれて指数関数的に減衰するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０１０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、被測定物の量が微量である場合にも、高感度・高効率な被測定物の特性測定を実現できる測定構造体、その製造方法、および、それを用いた測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の空隙部を有する金属製の空隙配置構造体と、
上記空隙配置構造体を支持する支持基材と、からなる測定構造体であって、
被測定物が保持された上記測定構造体に電磁波を照射して、上記測定構造体を透過した電磁波、または、上記測定構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法に用いられ、
上記空隙配置構造体の上記支持基材側の主面の少なくとも一部は、上記支持基材と接合されており、
上記空隙配置構造体の空隙部の主面のうち、上記支持基材側の主面の少なくとも一部が、上記支持基材とは接触していないことを特徴とする測定構造体である。【００１０】
上記支持基材はシリコンまたはシリコン化合物を主成分とした材料からなることが好ましい。【００１１】
また、本発明は、上記の測定構造体の製造方法であって、
板状またはフィルム状の支持基材の表面に、複数の空隙部を有する金属製の空隙配置構造体を形成するステップと、
上記空隙配置構造体の空隙部を介したエッチングにより、上記支持基材を厚み方向に切削して凹部を形成するステップとを含む、測定構造体の製造方法にも関する。【００１２】
また、本発明は、上記の測定構造体の上記空隙部に被測定物を保持し、
上記被測定物が保持された上記測定構造体に対して電磁波を照射して、上記測定構造体を透過した電磁波、または、上記測定構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法にも関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最も検出感度の高い、空隙配置構造体の主面近傍領域を何もない状態とすることで、検出感度が向上する。また、空隙配置構造体の主面近傍領域の両面ともに被測定物の保持に使用することができるため、結果的に検出感度を上げることができる。これらにより、被測定物の量が微量である（空隙配置構造体の表面からの厚みが薄い）場合にも、高感度・高効率な被測定物の特性測定を実現できる。【００１４】
また、本発明の測定構造体は、空隙配置構造体の空隙部を介したエッチングにより、基材を厚み方向に切削するステップで作製できるため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術等の汎用技術を用いて簡便に製造することができる。【００１５】
さらに、本発明の測定構造体は、支持基材の空隙配置構造体側に凹部（空隙配置構造体の空隙部の主面のうち、上記支持基材側の主面と接触していない部分）を有するため、被測定物（検体）が液体である場合、被測定物を収容する容器としてこの凹部を利用できるため都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の測定方法の概略を説明するための模式図である。
【図２】本発明の測定構造体の一例を示す断面模式図である。
【図３】空隙配置構造体の格子構造を説明するための上面模式図である。
【図４】実施例１の透過率スペクトル（被測定物なし）を示すグラフである。
【図５】実施例１の透過率スペクトル（被測定物あり）を示すグラフである。
【図６】比較例１の透過率スペクトル（被測定物なし）を示すグラフである。
【図７】比較例１の透過率スペクトル（被測定物あり）を示すグラフである。
【図８】本発明の測定構造体の一例を示す断面模式図である。
【図９】本発明の測定構造体の一例を示す上面模式図である。
【図１０】実施例２の透過率スペクトル（被測定物なし）を示すグラフである。
【図１１】実施例２で得られた透過率スペクトル（被測定物あり）を示すグラフである。
【図１２】実施例３の透過率スペクトル（被測定物なし）を示すグラフである。
【図１３】実施例３の透過率スペクトル（被測定物あり）を示すグラフである。
【図１４】従来の測定構造体の一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の測定方法の一例の概略を図１を用いて説明する。図１は、本発明の測定方法に用いられる測定装置の全体構造を模式的に示す図である。この測定装置は、レーザ７（例えば、短光パルスレーザ）から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波（例えば、２０ＧＨｚ〜１２０ＴＨｚの周波数を有するテラヘルツ波）パルスを利用するものである。
【００１８】
図１の構成において、レーザ７から出射したレーザ光を、ハーフミラー７０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子７７に照射され、もう一方は、複数のミラー７１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ７６を経て受信側の光伝導素子７８に照射される。光伝導素子７７、７８としては、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ７としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子７７のギャップ部には、電源８０により適切なバイアス電圧が印加されている。
【００１９】
発生した電磁波は放物面ミラー７２で平行ビームにされ、放物面ミラー７３によって、周期的構造体１に照射される。周期的構造体１を透過したテラヘルツ波は、放物面ミラー７４，７５によって光伝導素子７８で受信される。光伝導素子７８で受信された電磁波信号は、アンプ８４で増幅されたのちロックインアンプ８２で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）８３でフーリエ変換などの信号処理された後に、平板状の周期的構造体１の透過率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ８２で取得するために、発振器８１の信号で発生側の光伝導素子７７のギャップに印加する電源８０からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ乃至３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２０】
以上に説明した測定方法は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。ＴＨｚ−ＴＤＳの他に、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いても良い。
【００２１】
図１では、電磁波の透過率を測定する場合を示しているが、本発明においては、電磁波の反射率を測定してもよい。好ましくは、０次方向の透過における透過率や、０次方向の反射における反射率が測定される。
【００２２】
なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｓ、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
ｓ（ｓｉｎ  ｉ  −ｓｉｎ  θ）＝ｎλ  …（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｓおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ  ｉ  −ｓｉｎ  θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
【００２３】
本発明の測定方法で用いられる電磁波は、好ましくは波長λが０．３μｍ〜１５ｍｍ（周波数：２０ＧＨｚ〜１ＰＨｚ）の電磁波（テラヘルツ波）である。より高感度な測定を行うためには、空隙配置構造体に照射する電磁波の波長λを短くすることが好ましく、波長λを３００μｍ以下（周波数：１ＴＨｚ以上）とすることが好ましい。
【００２４】
具体的な電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源として、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、短光パルスレーザを光源として、光伝導アンテナに自由電子を励起し、光伝導アンテナに印加した電圧によって瞬時に電流が発生することによって生じるテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、高圧水銀ランプや高温セラミックから発せられるテラヘルツ波が挙げられる。また、具体的な電磁波としては、例えば、半導体レーザやフォトダイオードから出射する可視光が挙げられる。
【００２５】
また、本発明の測定方法において空隙配置構造体に照射される電磁波は、直線偏光の電磁波であることが好ましい。直線偏光の電磁波は、無偏光、円偏光などの光源から出射された電磁波が（直線）偏光子を通過した後の直線偏光の電磁波であってもよく、偏光光源から出射された直線偏光の電磁波であってもよい。直線偏光子としては、ワイヤーグリッドなどを用いることができる。
【００２６】
本発明において、「被測定物の特性を測定する」とは、被測定物となる化合物の定量や各種の定性などを行うことであり、例えば、溶液中等の微量の被測定物の含有量を測定する場合や、被測定物の同定を行う場合が挙げられる。具体的には、例えば、被測定物の溶解した溶液に空隙配置構造体を浸漬し、被測定物を空隙配置構造体の表面に付着させた後に溶媒や余分な被測定物を洗浄し、空隙配置構造体を乾燥してから、後述のような測定装置を用いて被測定物の特性を測定する方法が挙げられる。
【００２７】
本発明において、被測定物の量を求める場合は、あらかじめ様々な量の被測定物を測定して得られた周波数特性を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出することが好ましい。
【００２８】
＜測定構造体＞
（空隙配置構造体）
本発明の測定構造体を構成する空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有する空隙配置構造体である。全体の形状は、通常、平板状またはフィルム状である。
【００２９】
本発明で用いられる空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部が上記主面上の少なくとも一方向に周期的に配置された構造体である。ただし、空隙配置構造体の全体にわたって空隙部が周期的に配置されている必要はなく、少なくとも一部において空隙部が周期的に配置されていればよい。
【００３０】
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられ、より好ましくは空隙部が縦方向および横方向に規則的に配列（方形配列）された２次元周期構造体が用いられる。
【００３１】
空隙部が方形配列された２次元周期構造体としては、例えば、図３に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部１１が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図３に示す空隙配置構造体１は、その主面１０ａ側からみて正方形の一部に突起部１０１を有する形状の空隙部１１が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図３中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。空隙部はこのような形状に限定されず、例えば長方形や円や楕円などでもよい。また方形配列であれば、２つの配列方向の間隔は等しくなくてもよく、例えば長方形配列でもよい。
【００３２】
また、空隙配置構造体の厚み（ｔ）は、測定に用いる電磁波の波長λの数分の１以下であることが好ましい。例えば、照射する電磁波の波長λが３００μｍである場合、ｔは１５０μｍ以下であることが好ましい。構造体の厚みがこの範囲よりも大きくなると、透過または反射する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００３３】
また、空隙配置構造体の空隙部のサイズは、測定に用いる電磁波の波長λの１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部のサイズがこの範囲以外になると、透過する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００３４】
また、空隙部の格子間隔（ピッチ）は、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の格子間隔がこの範囲外になると、透過が生じにくくなる場合がある。
【００３５】
ただし、空隙配置構造体や空隙部の形状や寸法は、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化することは難しく、上記の範囲に限定されるものではない。
【００３６】
空隙配置構造体は金属からなる。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくはニッケル、金である。
【００３７】
金、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がチオール基（−ＳＨ基）を有する場合に該チオール基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。また、ニッケルを用いた場合、特に被測定物がヒドロキシ基（―ＯＨ）やカルボキシル基（―ＣＯＯＨ）を有する場合に該官能基を空隙配置構造体の表面に結合させることができるため有利である。
【００３８】
かかる空隙配置構造体は、種々公知の方法で作製することができるが、板状またはフィルム状の支持基材の表面に、パターン形成により形成することが好ましい。パターン形成は、通常の半導体上電極作製工程（例えば、レジスト塗布、パターン印刷、レジストパターン形成、金属蒸着、レジスト除去）などにより行うことができる。
【００３９】
本発明において、空隙配置構造体に被測定物を保持する方法としては、種々公知の方法を使用することができ、例えば、空隙配置構造体に直接付着させてもよく、支持膜等を介して付着させてもよい。測定感度を向上させ、測定のばらつきを抑えることにより再現性の高い測定を行う観点からは、空隙配置構造体の表面に直接被測定物を付着させることが好ましい。
【００４０】
空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる場合としては、空隙配置構造体の表面と被測定物との間で直接的に化学結合等が形成される場合だけでなく、予め表面にホスト分子が結合された空隙配置構造体に対して、該ホスト分子に被測定物が結合されるような場合も含まれる。化学結合としては、共有結合（例えば、金属―チオール基間の共有結合など）、ファンデルワールス結合、イオン結合、金属結合、水素結合などが挙げられ、好ましくは共有結合である。また、ホスト分子とは、被測定物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と被測定物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。
【００４１】
（支持基材）
支持基材は、上記空隙配置構造体を張力を持たせた状態で保持することのできる部材である。張力を持たせた状態とは、たわみのない状態であればよい。該支持基材は、空隙配置構造体とは別の部材である。
【００４２】
支持基材の材料としては、例えば、半導体、樹脂、セラミックス、ガラス、石英などが挙げられ、使用する電磁波に対して透過率が高い材料が好ましい。テラヘルツ波や赤外光の電磁波に対して好ましくは、半導体である。半導体としては、例えば、ＩＶ族半導体（Ｓｉ、Ｇｅなど）や、ＩＩ−ＶＩ族半導体（ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体（ＣｕＩｎＳｅ2など）などの化合物半導体、有機半導体が挙げられ、好ましくはシリコン（Ｓｉ）である。支持基材がシリコンからなる場合、ＭＥＭＳ技術等の汎用の半導体技術を用いることで簡便に所望の形状を有する支持基材を作製することができる。近赤外光や可視光の電磁波に対して好ましくは、セラミックス、ガラス、石英が挙げられる。支持基材がガラスや石英などのシリコン化合物を主成分とする材料からなる場合、ＭＥＭＳ技術等の汎用技術を用いることで簡便に所望の形状を有する支持基材を作製することができる。
【００４３】
本発明の測定構造体においては、空隙配置構造体の主面のうち、支持基材側の主面の少なくとも一部は支持基材と接合されており、且つ、空隙配置構造体の空隙部の主面のうち、上記支持基材側の主面の少なくとも一部は、上記支持基材とは接触していない。
【００４４】
ここで、「空隙配置構造体の主面」は、平面を意味する用語ではなく、空隙配置構造体の外周面のうち、空隙部の配列方向と平行な部分を意味する（例えば、図２に示される主面１０ａ，１０ｂ）。このうち、支持基材側の主面は、例えば図２に示される主面１０ｂである。
【００４５】
また、「空隙配置構造体の空隙部の主面」とは、「空隙部を空隙配置構造体の主面を含む平面と空隙配置構造体の内部側面で囲まれる部材と考えたときの主面」であり、言い換えれば、「空隙配置構造体の主面を含む平面のうち、空隙配置構造体の主面以外の部分であって、該平面方向における空隙配置構造体よりも外側の部分を除いた部分」を意味する（例えば、図２に示される主面１１ａ，１１ｂ）。このうち、支持基材側の主面は、例えば図２に示される主面１１ｂである。
【００４６】
空隙配置構造体の主面のうち、支持基材側の主面の少なくとも一部が支持基材と接合される形態としては、例えば、空隙配置構造体の支持基材側の主面の周辺部のみが支持基材と接合されている場合が挙げられるが、これに限定されず、空隙配置構造体の支持基材側の主面の全体が支持基材に接合されていてもよい。
【００４７】
このような構造を有する支持基材は、上述のように板状またはフィルム状の支持基材の表面に空隙配置構造体を形成した後、上記空隙配置構造体の空隙部を介したエッチングにより、支持基材を厚み方向に切削して凹部を形成するステップを含む製造方法によって作製される。
【００４８】
「空隙部を介したエッチング」としては、空隙配置構造体をマスクとして用いる種々公知のエッチング法が挙げられ、ＭＥＭＳ技術等の汎用技術を用いることができる。なお、かかるエッチングによれば、図８に示すような空隙部１１に対応する位置のみに凹部２２が形成された支持基材２を形成できるだけでなく、適当な化学エッチング法等を用いることにより、図２に示すように空隙部１１に対応する位置以外（例えば、図２の空隙配置構造体１の主面１０ｂと支持基材２の間）にも凹部２１を形成することができる。
【００４９】
なお、本発明の支持基材は、両主面が平行である形状に限定されず、空隙配置構造体が保持された状態において、空隙配置構造体の空隙配置部の主面に対して一方の主面が一定の角度で傾斜するような形状であってもよい。空隙配置構造体に入射角（電磁波の進行方向と空隙配置構造体の主面とのなす角度）を有する状態で電磁波を入射する場合には、このような形状とすることが有利である。
【００５０】
＜測定方法＞
本発明の測定方法によって得られる透過率スペクトルなどの周波数特性においては、ディップ波形が出現することが好ましい。ここで、ディップ波形とは、通常、透過率スペクトルなどにおいて電磁波の透過率が高い周波数領域（バンドパス領域）に見られる局部的な逆ピークである。
【００５１】
周波数特性に生じるディップ波形は、空隙配置構造体のＴＥ１１モード共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）により生じたものであることが好ましい。あるいは、空隙配置構造体のＴＥ１０モード共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）の減少により生じたものであることが好ましい。周波数特性に出現するディップ波形がシャープとなり、被測定物の測定感度が向上するからである。
【００５２】
ディップ波形を生じさせるためには、空隙配置構造体を電磁波の進行方向および偏光方向に対して傾けることが好ましい。これ以外にも、空隙配置構造体の空隙部の形状を、電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状とすることにより、ＴＥ１１モード共振によるディップ波形を生じさせることができる。この場合は、空隙配置構造体を電磁波の進行方向に垂直に配置しても、ＴＥ１１モード共振によるディップ波形が生じる。
【００５３】
かかる空隙部の形状としては、周期的構造体の空隙部を形成する部分に、突起部または切欠部を有する形状が挙げられる。この場合、周期的構造体の空隙部を形成する部分のうち、ＴＥ１１モード様共振が生じた際に電界強度が相対的に強くなる位置に突起部を有するか、あるいは、電界強度が相対的に弱くなる位置に切欠部を有することが好ましい。また、周期的構造体の主面に垂直な方向から見た空隙部の形状を、台形、凸型、凹型、多角形、または、星型などとし、第１の電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならないように空隙配置構造体を配置してもよい。
【００５４】
以上の測定方法に関する説明は、空隙配置構造体を透過した電磁波の周波数特性を検出する場合について説明したが、空隙配置構造体で反射された電磁波の周波数特性を検出する場合、透過スペクトルにおけるディップ波形は、反射スペクトルにおいてはピーク波形となる。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００５６】
（実施例１）
支持基材としてＳｉ半導体基板を用意し、該支持基材上に、通常の半導体上での電極作製工程（例えば、レジスト塗布、パターン印刷、レジストパターン形成、金属蒸着、レジスト除去）を用いて空隙配置構造体を作製した。さらに、空隙配置構造体の空隙部を介したエッチングにより、上記支持基材を厚み方向に切削して凹部を形成することにより、本発明の測定構造体を得た。【００５７】
測定構造体の断面模式図を図２に示す。支持基材２の材質はＳｉであり、Ｚ方向の厚み（凹部２１を含む）は３００μｍである。図２に示されるように、支持基材２の空隙配置構造体１側には、深さ５μｍの凹部２１が設けられており、支持基材２は空隙配置構造体１の周囲のみと接合されている。空隙配置構造体１の材質はＮｉであり、厚みは２μｍである。ここで、空隙配置構造体１の主面１０ａ，１０ｂのうち、支持基材２側の主面１０ｂの周辺部が支持基材２と接合されており、且つ、空隙配置構造体１の空隙部１１の主面１１ａ，１１ｂのうち、支持基材２側の主面１１ｂは全て支持基材２とは接触していない。また、本実施例では、空隙配置構造体１の主面１０ｂの周辺部以外も支持基材２とは接触していない。【００５８】
空隙配置構造体１の部分上面図を図３に示す。測定構造体への入射電磁波はＹ軸方向に偏光した平面波であり、空隙配置構造体の主面（ＸＹ面）に対して垂直に入射させた。空隙配置構造体の空隙部１１の形状は、図３に示すように、主面方向からみて略正方形であるが、正方形の一辺に突起部１０１を有している。すなわち、空隙部は、６μｍ四方の正方形の一辺に１μｍ四方の突起部１０１を有する形状であり、各部のサイズは図３に示すとおりである。このように、空隙配置構造体の空隙部の形状を、電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状とすることにより、ＴＥ１１モード共振によるディップ波形を生じさせることができる。空隙配置構造体は、このような空隙部が格子間隔９μｍで縦横に格子状に配置されている。【００５９】
図４に、本実施例の測定構造体について、被測定物が保持されていない場合の透過率スペクトルの計算結果（ＦＤＴＤ法（Finite-difference  time-domain  method：時間領域差分法）による電磁界シミュレーションの結果）を示す。図４に示されるように、２４．０６８ＴＨｚに空隙配置構造体に由来したディップ波形が観測される。なお、図４のグラフには、ディップ波形等以外の微小なピークが記録されているが、これは支持基材による干渉で生じるものであり、被測定物の特性を測定する際には無視できるものである（他のグラフについも同様）。【００６０】
次に、図５に、実施例１の測定構造体における空隙配置構造体の主面（支持基材に対向していない主面）に、被測定物である誘電体膜（厚み５００ｎｍ、屈折率２）を付着させたときの透過率スペクトルの計算結果を示す。図５に示されるように、２０．７５９ＴＨｚにディップ波形が観測される。図４と比較すると、被測定物の存在によるディップ波形の周波数シフト（シフト量３．３０９ＴＨｚ）が生じていることが分かる。これは、本実施例の測定構造体を用いることで、周波数特性の変化に基づいて被測定物を検出できることを意味している。【００６１】
（比較例）
空隙配置構造体と支持基材の間に図２に示すような凹部２１が設けられていない点以外は、実施例１と同様にして、図１４に示すような従来の測定構造体を作製した。【００６２】
図６に、比較例の測定構造体についての透過率スペクトルの計算結果を示す。図４に示した様な、空隙配置構造体に由来したディップ波形は明確に観測されず、全体的に透過率が小さいことが分かる。【００６３】
次に、比較例の測定構造体における空隙配置構造体の主面（支持基材に対向していない主面）に、被測定物である誘電体膜（厚み５００ｎｍ、屈折率２）を付着させたときの透過率スペクトルの計算結果を、図７に示す。図６と図７の比較において、被測定物の存在によるディップ波形の周波数シフトを観測することはできなかった。【００６４】
（実施例２）
図８に示すように、空隙配置構造体と支持基材の間に複数の支柱が周期的に設けられている点以外は、実施例１と同様にして、測定構造体を作製した。支柱の材質は支持基材と同じＳｉであり、支柱の形状は一辺が３μｍの直角柱状である。このような支柱２３は、空隙配置構造体１に対して図９に示すような位置に配置されており、支柱２３のピッチは格子間隔と同じ９μｍである。ここで、空隙配置構造体１の主面１０ａ，１０ｂのうち、支持基材２側の主面１０ｂの周辺部が支持基材２と接合されており、且つ、空隙配置構造体１の空隙部１１の主面１１ａ，１１ｂのうち、支持基材２側の主面１１ｂは全て支持基材２とは接触していない。また、本実施例では、空隙配置構造体１の主面１０ｂの一部は上記支柱２３の部分で支持基材２と接触している。【００６５】
図１０に本実施例の測定構造体についての透過率スペクトルの計算結果を示す。図１０に示されるように、２３．９４４ＴＨｚに空隙配置構造体に由来したディップ波形が観測される（他のディップ波形は空隙配置構造体のＴＥ１１モード共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）に由来したディップ波形ではない）。【００６６】
次に、本実施例の測定構造体における空隙配置構造体の主面（支持基材に対向していない主面）に、被測定物である誘電体膜（厚み５００ｎｍ、屈折率２）を付着させたときの透過率スペクトルの計算結果を、図１１に示す。図１１に示されるように、２０．６０６ＴＨｚにディップ波形が観測される。図１０との比較により、被測定物の存在によるディップ波形の周波数シフト（シフト量３．３３８ＴＨｚ）が生じていることが分かる。これは、本実施例の測定構造体を用いることで、周波数特性の変化に基づいて被測定物を検出できることを意味している。【００６７】
（実施例３）
図８に示すように、支持基材２の空隙配置構造体１側に設けられている凹部２２が、空隙配置構造体１の空隙部１１の形状を支持基材２に投影した形状（ザグリ形状）である点以外は、実施例１と同様にして、測定構造体を作製した。ここで、空隙配置構造体１の主面１０ａ，１０ｂのうち、支持基材２側の主面１０ｂの周辺部が支持基材２と接合されており、且つ、空隙配置構造体１の空隙部１１の主面１１ａ，１１ｂのうち、支持基材２側の主面１１ｂは全て支持基材２とは接触していない。また、本実施例では、空隙配置構造体１の主面１０ｂは全て支持基材２と接触している。【００６８】
図１２に、本実施例の測定構造体についての透過率スペクトルの計算結果を示す。図１２より、２５．９１８ＴＨｚに空隙配置構造体に由来したディップ波形が観測されている（他のディップ波形は空隙配置構造体に由来したディップ波形ではない）。【００６９】
次に、本実施例の測定構造体における空隙配置構造体の主面（支持基材に対向していない主面）に、被測定物である誘電体膜（厚み５００ｎｍ、屈折率２）を付着させたときの透過率スペクトルの計算結果を、図１３に示す。図１３に示されるように、２５．１１５ＴＨｚにディップ波形が観測される。図１２との比較により、被測定物の存在によるディップ波形の周波数シフト（シフト量０．８０３ＴＨｚ）が生じていることが分かる。これは、本実施例の測定構造体を用いることで、周波数特性の変化に基づいて被測定物を検出できることを意味している。【００７０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１  空隙配置構造体、１０ａ，１０ｂ  主面、１０１  突起部、１１  空隙部、１１ａ，１１ｂ  主面、２  支持基材、２１，２２  凹部、２３  支柱、７  レーザ、７０  ハーフミラー、７１  ミラー、７２，７３，７４，７５  放物面ミラー、７６  時間遅延ステージ、７７，７８  光電導素子、８０  電源、８１  発振器、８２  ロックインアンプ、８３  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、８４  アンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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