(57)【要約】  本発明の成分分析装置の一形態である不純物分析装置（１０）は、分散液作成部（１）を備え、分散液作成部（１）は、液体（１５）中に浸漬した固体ターゲット（５０）にレーザー光（７０）を照射してレーザーアブレーションを起こして微粒子を生成して液体（１５）中に分散させる。この分散液中の微粒子を酸溶液中で分解することによって不純物分析の試料とする。
2014050786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体ターゲットの成分を分析する成分分析装置であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射手段と、
上記固体ターゲットを支持する支持手段と、
を備え、
上記支持手段は、上記レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなり、
上記成分分析装置は、
上記微粒子を捕捉する捕捉領域であって、上記支持手段に支持された上記固体ターゲットの上記表面に接している捕捉領域を形成する捕捉領域形成部と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給手段と、
を更に備え、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴とする成分分析装置。
【請求項２】
上記捕捉領域形成部は、上記レーザー照射手段と上記固体ターゲットとの間に、当該レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなるカバー手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の成分分析装置。
【請求項３】
上記捕捉領域は、上記液体供給手段から上記捕捉領域形成部内に供給された液体によって構成されており、
上記レーザー照射手段は、上記液体が接触している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記微粒子が上記液体に捕捉されることにより、上記微粒子が上記液体に回収される構成となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の成分分析装置。
【請求項４】
上記捕捉領域は、上記固体ターゲットを内部に含む密閉空間によって構成されており、
上記成分分析装置は、上記密閉空間中に生成された上記微粒子が、当該密閉空間中に当該微粒子の生成後に供給された上記液体に回収される構成となっていることを特徴とする請求項２に記載の成分分析装置。
【請求項５】
上記レーザー照射手段は、上記固体ターゲットの上記表面のうちの一部の領域のみにレーザー光を照射して、当該一部の領域から上記微粒子を生成することを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項６】
上記液体に回収されて当該液体に上記微粒子が分散した分散液の成分分析を行なうことによって上記微粒子の成分分析を行なう分析手段を更に備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の成分分析装置。
【請求項７】
上記微粒子を、酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を用いて分解して成分分析試料とする分解手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項８】
上記成分分析を、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）、キャピラリー電気泳動法、または、イオンクロマトグラフィーを用いて行なうことを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項９】
上記液体として上記固体ターゲットを溶解しない液体を用いることを特徴とする請求項１から８までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項１０】
上記液体として超純水を用いることを特徴とする請求項１から９までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項１１】
上記微粒子の不純物成分の分析を行なうことを特徴とする請求項１から１０までの何れか１項に記載の成分分析装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までの何れか１項に記載の成分分析装置を用いて行なう、固体ターゲットの成分を分析する成分分析方法であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射工程と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給工程とを含み、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴とする成分分析方法。
【請求項１３】
上記液体供給工程は、上記レーザー照射工程の前に、上記捕捉領域形成部内部に上記液体を供給し、
上記レーザー照射工程は、上記液体が接触している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記微粒子が上記液体に捕捉されることにより、上記微粒子が上記液体に回収される構成となっていることを特徴とする請求項１２に記載の成分分析方法。
【請求項１４】
上記成分分析装置は、請求項２に記載の成分分析装置であり、
上記捕捉領域は、上記固体ターゲットを内部に含む密閉空間によって構成されており、
上記レーザー照射工程は、上記密閉空間に接している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記液体供給工程は、上記微粒子が生成された後に、上記密閉空間に上記液体を供給することを特徴とする請求項１２に記載の成分分析方法。
【請求項１５】
上記レーザー照射工程では、上記固体ターゲットの上記表面のうちの一部の領域のみにレーザー光を照射して、当該一部の領域から上記微粒子を生成することを特徴とする請求項１２から１４までの何れか１項に記載の成分分析方法。
【請求項１６】
上記微粒子を、酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を用いて分解して成分分析試料とする分解工程を更に含むことを特徴とする請求項１２から１５までの何れか１項に記載の成分分析方法。
【請求項１７】
誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）、キャピラリー電気泳動法、または、イオンクロマトグラフィーを用いた上記成分分析を行なう分析工程を更に含むことを特徴とする請求項１２から１６までの何れか１項に記載の成分分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体ターゲット中に含まれる成分を分析するための装置および方法に関し、より具体的には、分析試料液を良好に調製することができる、成分を分析するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
元素分析法の一例として知られる誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ：Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）は、アルゴンのプラズマをイオン化源とした質量分析法であり、検出下限がｐｐｔレベルの高感度で、６０元素程度の迅速同時定量が可能である。ＩＣＰ−ＭＳのほかにも、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）等が元素分析法として挙げられる。このような元素分析法は、半導体や電機、鉄鋼・非鉄、化学、食品、環境など幅広い分野で成分の分析に用いられる。【０００３】
ところで、近年、炭化ケイ素がセラミックス材料として注目され応用が進められている。このようなセラミックス材料は、高純度であることが要求されるため、不純物の正確な分析法およびそのための装置の開発も進められている。【０００４】
炭化ケイ素中に含まれる成分を分析する方法として、非特許文献１に記載の炭化ケイ素微粉末の化学分析方法が知られている。非特許文献１に記載の方法によれば、複数の酸を混合した混酸溶液中に炭化ケイ素を浸漬して加熱および加圧し、混酸溶液中に炭化ケイ素を溶解させて分析試料液を得て、この分析試料中に含まれる金属成分を検出する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｒ  １６１６「ファインセラミックス用炭化ケイ素微粉末の化学分析方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１は、粉末状の炭化ケイ素試料をそのまま混酸に浸漬して全部を溶解させる方法である。そのため、例えば、当該試料が成型品であり、さらにその表面のうちの特定の領域のみを分析対象とすることができない。セラミックス材料などの分野では材料全体ではなく材料表面または表層のみを成分分析の分析対象とすれば良い場合があるが、非特許文献１の方法では、このような或る特定の領域だけを検査対象とすることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みて試されたものであり、その目的は、分析試料液を短時間で準備でき、定量性を有し、特定の領域のみを分析対象とすることが可能な、成分分析装置および方法を提供することにある。【０００８】
そこで、本発明に係る成分分析装置は、上記の課題を解決するために、
固体ターゲットの成分を分析する成分分析装置であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射手段と、
上記固体ターゲットを支持する支持手段と、
を備え、
上記支持手段は、上記レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなり、
上記成分分析装置は、
上記微粒子を捕捉する捕捉領域であって、上記支持手段に支持された上記固体ターゲットの上記表面に接している捕捉領域を形成する捕捉領域形成部と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給手段と、
を更に備え、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴としている。【０００９】
また本発明に係る成分分析方法は、上記の課題を解決するために、
上記した成分分析装置を用いて行なう、固体ターゲットの成分を分析する成分分析方法であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射工程と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給工程とを含み、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、定量性を有し、特定の領域のみを分析対象とすることが可能な、成分分析装置および方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の成分分析装置の一形態である不純物分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す不純物分析装置の分散液作成部の構成を示す図である。
【図３】図１に示す不純物分析装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す不純物分析装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示す不純物分析装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示す不純物分析装置の分散液作成部の変形例の構成を示す図である。
【図７】図１に示す不純物分析装置の分散液作成部の変形例の構成を示す図である。
【図８】実施例１の結果を示すグラフ図である。
【図９】実施例２の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願発明者らは、例えば先述の非特許文献１を含む周知の分析方法では比較的長時間を要し、また、固体ターゲットの或る特定の領域のみを分析対象とできないこという不都合があることに着目し、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）といった分析工程に供する試料を調製する工程に改善の余地があることを見出し、本発明を完成するに至った。上述のように、分析工程に供する試料は、固体ターゲットを、複数の酸を混合した混酸溶液を用いて分解して調製することが知られている。そこで、本願発明者らは、固体ターゲットの特定の領域から当該固体ターゲットの微粒子を生成し、この微粒子を成分分析の試料とすることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
以下に、本発明に係る成分分析装置および成分分析方法の一実施形態について説明する。
【００１４】
本発明に係る成分分析装置の一形態は、固体ターゲットに含まれる不純物を分析するための不純物分析装置である。ここで、固体ターゲットとしては、周知の不純物分析対象物が挙げられるが、固体ターゲットとして最も適しているのは、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素などセラミックスであり、次に適しているが単結晶半導体であり、更に次に適しているのが化合物半導体であり、更に次に適しているのがフッ素樹脂、塩素化ポリエーテルなどの有機化合物である。また、不純物とは、金属、非金属、および、イオンの少なくとも何れかの原子または分子が挙げられる。
【００１５】
以下の本実施形態では、固体ターゲットとしてセラミックス材料を挙げ、このセラミックス材料中に金属不純物が含まれているか否かの分析を行なう態様について説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態における不純物分析装置１０（成分分析装置）の要部構成を示すブロック図である。本実施形態における不純物分析装置１０は、分散液作成部１（レーザー照射手段）と、分解部２（分解手段）と、分析部３（分析手段）とを備えている。
【００１７】
分散液作成部１では、液体中（捕捉領域中）においてセラミックス材料の一部を切片化して微粒子を生成して、当該微粒子を当該液体中に分散させた分散液を作成する。以下、分散液作成部１について、図２を用いて詳述する。
【００１８】
図２は分散液作成部１の構成を示す図である。分散液作成部１は、ステージ１２（支持手段）、ステージ１２上に配された底板１３（支持手段）、底板１３に対向配置された蓋板１６（カバー手段）、底板１３と蓋板１６との間に配設されて蓋板１６を支持する側壁１４、レーザー照射装置１７を備えている。また、底板１３と蓋板１６と側壁１４とによって囲まれる密閉空間、具体的には底板１３と側壁１４とによって形成される凹形状の容器（捕捉領域形成部）内部に、図示しない液体供給手段から供給された液体１５（捕捉領域）が貯留され、その液体１５中に浸漬した状態でセラミックス材料５０が底板１３上に静置される。
【００１９】
分散液作成部１では、底板１３上に静置された液体１５に浸漬した状態のセラミックス材料５０に対してレーザー光７０を照射し、照射領域においてセラミックス材料５０にレーザーアブレーションを起こして微粒子を生成する。生成された微粒子は、液体１５中に放出され、分散する。
【００２０】
レーザー照射装置１７から出射されるレーザー光７０は、図２に示すように蓋板１６を透過し、液体１５中のセラミックス材料５０に照射される。具体的には、レーザー光７０は、セラミックス材料５０における蓋板１６との対向領域のうちの少なくとも一箇所に照射される。そして、照射範囲内にある固体ターゲットの表面がレーザー光７０の照射を受けて切片となる。この切片が微粒子であり、微粒子は液体１５に放出される（レーザー照射工程）。
【００２１】
レーザー照射装置１７から出射されるレーザー光７０は、以下の条件から適宜選択することができる。
【００２２】
例えばパルス幅は、１００フェムト秒〜１００ナノ秒の範囲から選択することが好ましい。なぜなら、パルス幅が１００ナノ秒を超える場合には、粒子が効率よく生成および捕集されない場合があるからである。また、パルス幅は、１００ピコ秒〜１００ナノ秒の範囲から選択することが更に好ましく、１ナノ秒〜１００ナノ秒から選択することがより一層好ましい。
【００２３】
また、波長は、１０ｎｍ〜１０．６μｍの範囲から選択することが好ましい。なぜなら、１０ｎｍ未満であるか、もしくは、１０．６μｍを超える場合には、セラミックス材料が効率よく粒子を発生しない場合があるからである。また、波長は、１９３ｎｍ〜１０．６μｍの範囲から選択することが更に好ましく、２１３ｎｍ〜１０．６μｍから選択することがより一層好ましい。
【００２４】
また、レーザー照射装置１７に具備されるレーザー光源としては、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、Ａｒイオンレーザー、色素レーザー、半導体レーザー、チタンサファイヤレーザー、ガラスレーザー等が用いられる。
【００２５】
このような諸条件を備えたレーザー光７０をセラミックス材料５０に照射することにより、セラミックス材料５０の微領域（表層から０．１〜１０μｍ）から微粒子を生成することができ、この微領域の不純物分析を精度良く行なうことが可能である。なお、微領域は表層から０．１〜１０μｍの範囲に限定されるものではない。例えば、同じ箇所にレーザー光７０を繰り返し照射することによって表層から１０μｍ以上深い領域からも微粒子を生成することができ、この微粒子を不純物分析の対象とすることができる。
【００２６】
なお、図２では、レーザー照射装置１７がセラミックス材料５０の設置位置よりも上方にあって、レーザー光が下方に向かって出射して下方に在るセラミックス材料５０の上面に照射される態様となっている。しかしながら、セラミックス材料における液体１５と接触している領域にレーザー光が照射される態様であれば、レーザー照射装置とセラミックス材料との位置関係について本発明は図２の位置関係に限定されるものではない。例えば、レーザー光が側方から液体１５中に入射して図２に示すセラミック材料５０の側面に照射する態様であってもよい。また、レーザー照射装置から出射した光を途中で反射鏡などを用いて光路を変換してセラミック材料５０に照射する態様であってもよい。
【００２７】
なおまた、セラミックス材料５０のレーザー光７０の照射径（光径）が、所望する照射領域よりも小さい場合には、レーザー照射装置を図示しない移動手段を用いて移動させることで照射範囲を広げて、所望する照射領域にレーザー光を照射することができる。
【００２８】
蓋板１６は、レーザー照射装置１７側から液体１５中に埃や塵などが混入しないように側壁１４の上端部に密着する構成となっている。また、蓋板１６は、レーザー光７０を散乱させることなく透過させる材料から構成する。具体的には、石英から構成することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
また、底板１３についても、レーザー光７０の吸収率が悪い場合に削られることがない材料から構成することが好ましい。これも具体例としては石英を挙げることができる。
【００３０】
なお、蓋板１６および底板１３は、石英以外であっても良く、具体例としては、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＢａＦ２（フッ化バリウム）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）などを挙げることができる。石英をはじめ、これらの材料から選択することにより、レーザー光によるダメージを避け、蓋板１６および底板１３の構成成分が液体中に混入することを回避することができ、正確な分析を実現することができる。
【００３１】
側壁１４については、液体１５に対して耐溶性を有する材料であって、且つ、分析対象成分の溶出がない材料、つまりコンタミフリーの材料から構成することが好ましい。
【００３２】
ここで、液体１５は、セラミックス材料５０が、後の工程を行なう分解部２において分解するために悪影響とならず、且つ、更に後の工程を行なう分析部３において不純物を分析するために悪影響とならない液体を用いれば特に制限はない。液体１５として、例えば、有機溶媒あるいは超純水などを採用することができる。なかでも液体１５として超純水を用いれば、後工程である分解部２における処理をスムーズに行なうことができるための好ましい。この点は後述する。なお、本実施形態ではセラミックス材料を固体ターゲットとしているが、本発明は分析対象をセラミックス材料に限定するものではないので、分析対象の固体ターゲットに応じて液体１５も適宜選択すればよい。
【００３３】
本実施形態では、分散液作成部１において上述のようにレーザーアブレーションを起こしてセラミックス材料５０の微粒子を作成する。したがって、この分散液作成部１では、液体１５によるセラミックス材料５０の分解を目的としていない。
【００３４】
つまり、本願明細書において「分散」とは、固体ターゲット（セラミックス材料５０）の一部分が微粒子となって液体１５中に放出されている状態をいい、固体ターゲットおよび微粒子は液体１５と反応せず、よって、分解部２において、固体ターゲットおよび微粒子が液体と反応して物性や組成が変化することはない。一方、本願明細書において「分解」とは、後述する分解部２において生じる現象をいい、微粒子が、（分解部２の）分解液中において分解液と反応して、イオン、原子あるいは分子になる現象を表す。なお、「分解」は、溶解に換言することができる。
【００３５】
上述のように分散液作成部１では液体１５によるセラミックス材料５０および微粒子の分解を目的としておらず、あくまでも分散液を作成すること目的としている。これは、本実施形態では、微粒子をセラミックス材料５０の或る特定の領域から微粒子を生成して、この微粒子を後工程で分解することにより、当該或る特定の領域のみの不純物分析が可能となるからである。しかしながら、特定の領域のみの分析を必要としない場合には、これに限定されるものではなく、分散液作成部１において、微粒子の生成と共に、セラミックス材料５０および微粒子が液体１５に反応して分解が進むような態様としてもよい。分散液作成部１において微粒子の生成と共に分解を進める場合には、後述する分解部２において用いる酸溶液のうち、分散液作成部１においてレーザーアブレーションによる微粒子生成を妨げない酸溶液を液体１５として用いればよい。
【００３６】
なお、本実施形態では分散液作成部１で生成した微粒子を分解して不純物分析に供する態様について説明するが、分散液作成部１で生成した微粒子が十分に小さい（粒径が１ｎｍ以下）場合には後述する分解部２での分解は行なわずに分散液作成部１で生成した微粒子を直接、分析することも可能である。つまり、本発明に係る成分分析装置（成分分析方法）では、後述する分解部２（分解工程）は必須でない。しかしながら、分散液作成部１で生成する微粒子の粒子径が１ｎｍを超える場合には、分解部２による分解が好ましく、１μｍを超える場合には、分解部２による分解が必要である。粒径が１ｎｍを超え、且つ１ｎｍ以下で在る場合にも、定量性に欠ける場合があるため、分解部２による分解を行なうことが好ましい場合がある。なお、分解部２（分解工程）を必要としない態様については、後の変形例において説明する。
【００３７】
分解部２は、分散液作成部１において作成された分散液に分散した微粒子を分解する（分解工程）。
【００３８】
本実施形態では、分解部２は、先ず、分散液作成部１にて作成された分散液から微粒子を回収する。回収方法としては、分散液（液体１５に微粒子が分散したもの）を加熱乾燥することにより液体１５（媒質）を除去する手法が挙げられるが、これに限定されるものではない。なお、この回収処理は、前工程の分散液作成部１において行なってもよい。
【００３９】
回収した微粒子を、次に、（ｉ）フッ化水素酸、塩酸、硝酸、過塩素酸、硫酸、酢酸、ギ酸、過酸化水素およびリン酸からなる群より選択される少なくとも１つの酸を含む酸溶液、（ｉｉ）水酸化ナトリウム溶液、水酸化カルシウム溶液またはアンモニア溶液などのアルカリ溶液、または、（ｉｉｉ）へキサン、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、アセトン、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなどの有機溶剤の溶液と接触させる。これにより、微粒子が分解する。
【００４０】
分解部２では、或る容器を準備し、その中に微粒子と酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤とを収容することで微粒子と酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤とを接触させればよい。なお、分解部２の構成は、分散液作成部１の少なくとも一部の構成を共有して実現することができる。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、分散液作成部１と分解部２とは別構成であってよい。すなわち、分散液作成部１から分散液を回収した後に、別構成の分解部２にこの回収液を移して、液体１５（媒質）の蒸発を行なってもよい。ここで、分散液作成部１において上述のように液体１５として超純水を用いている場合には、分散液をセラミックス材料５０と分離した後に、分散液から液体１５を除去することなく、この超純水に酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を添加するなどして分解液を作成してもよい。
【００４１】
分解部２での分解によって、微粒子（セラミックス材料の微粒子）に由来するセラミックスの原子またはイオン化物と、不純物とが、分解物として含まれる。つまり、セラミックスの原子またはイオン化物と、不純物とが含まれた液を、後工程の分析部３による不純物分析の分析試料とする。
【００４２】
なお、分離部２において、微粒子と酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤とを接触させた液を、加熱および／または加圧してもよい。
【００４３】
分析部３は、上述の手法で作成した分析試料を用いて不純物分析を行なう。分析方法は、従来周知の方法を採用することができる。具体的は、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）、キャピラリー電気泳動法、または、イオンクロマトグラフィーを用いた不純物分析法を採用することができる。
【００４４】
また、分解部２によって作成された分析試料は、適宜、媒質を調整した後に、分析部３による分析に供してもよい。
【００４５】
本実施形態によれば、セラミックス材料５０の或る特定部分にレーザー光を照射してレーザーアブレーションを行ない、得られた微粒子を分解したものを用いて不純物分析に供する分析試料の調製を行なっている。これにより、固体ターゲット（セラミックス材料５０）そのままを分解処理に供する従来構成と比べて、微粒子になっていることから分解効率を向上させることができ、不純物分析に供する試料を調製する調製時間を短縮することができる。
【００４６】
また、微粒子はセラミックス材料５０の或る特定部分から生成されたものである。そのため、セラミックス材料５０の或る特定部分のみを不純物分析の対象とすることができる。
【００４７】
また、分散液作成部１では、液体１５中に静置したセラミックス材料５０をレーザーアブレーションして、分析対象となる微粒子を液体１５中に分散させることから、気相中でレーザーアブレーションして微粒子を生成する場合と比較して、微粒子の回収率が高い。よって、正確な不純物分析を実現することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、セラミックス材料の不純物分析を行なう態様について説明している。これは、本発明に係る成分分析装置および成分分析方法によれば微量の成分（＝不純物）の分析であっても高い分析精度を実現できるためである。しかしながら、本発明は不純物の分析ではなく、成分分析（例えば主成分分析）にも適用することができる。
【００４９】
〔変形例Ａ〕
上述のとおり、本実施形態において説明した分解部２（分解工程）は本発明において必須の構成ではない。
【００５０】
本実施形態では分散液作成部１で生成した微粒子を、酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を用いて分解する態様について説明したが、この分解処理は、分散液作成部１で生成した微粒子の粒径が１μｍ以上の金属微粒子である場合に必要な処理である。
【００５１】
しかしながら、本発明は、分散液作成部１で生成する微粒子が金属である場合に限らず、また、粒径が１μｍ以上である場合に限らない。例えば、金属微粒子であっても１ｎｍ以下である場合には、分解部２による分解処理は不要であり、分散液作成部１で生成した微粒子（１ｎｍ以下）は、そのまま分析部３において直接分析することが可能である。このように、分散液作成部１で生成する微粒子の粒径に応じて、分析部３において分析にかける試料の調製方法も異なる。
【００５２】
以下に、分解部２による分解を要しない態様について、変形例Ａ（１）〜Ａ（３）として３つの例を挙げて説明する。
【００５３】
・変形例Ａ（１）
図３は、本変形例Ａ（１）の不純物分析装置（成分分析装置）の要部構成を示すブロック図である。
【００５４】
本変形例Ａ（１）の不純物分析装置１０は、上述した分散液作成部１で生成した微粒子を分析部３において直接、分析する態様を実現する。
【００５５】
この態様は、分散液作成部１で生成する微粒子の粒径が１ｎｍ以下である場合に適用することができる。分散液作成部１において粒径が１ｎｍ以下である微粒子を生成するためには、レーザー照射装置のレーザー照射条件を適宜設定すればよい。
【００５６】
・変形例Ａ（２）
図４は、本変形例Ａ（２）の不純物分析装置（成分分析装置）の要部構成を示すブロック図である。
【００５７】
本変形例Ａ（２）の不純物分析装置１０は、上述の実施形態の分解部２に代えて試料調整部２２を備えている。そして、本変形例Ａ（２）の不純物分析装置１０は、試料調整部２２において、上述した分散液作成部１で作成する分散液を遠心分離する。そして、その上澄みを分析部３において分析する態様を実現する。
【００５８】
本変形例Ａ（２）の態様は、分散液作成部１で作成した微粒子をそのまま分析部３において測定すると分析部３に当該微粒子そのものが入り正しい分析を行なうことができないことが想定される場合に適用することができる。
【００５９】
・変形例Ａ（３）
図５は、本変形例Ａ（３）の不純物分析装置（成分分析装置）の要部構成を示すブロック図である。
【００６０】
本変形例Ａ（３）の不純物分析装置１０は、上述の実施形態の分解部２に代えて抽出部２２´を備えている。そして、本変形例Ａ（３）の不純物分析装置１０は、抽出部２２´において、分散液作成部１で作成する微粒子から分析目的の成分を抽出して、不純物を分析部３において分析する態様を実現する。
【００６１】
具体的には、抽出部２２´は、加熱や微粒子を溶かさない溶媒（酸溶液・アルカリ溶液または有機溶剤）との接液や超音波印加または攪拌操作などを行なって、分析目的の成分を抽出する。
【００６２】
〔変形例Ｂ〕
上述の実施形態において説明した分散液作成部１は、図２に示すように、底板１３と蓋板１６と側壁１４とによって囲まれる密閉空間に、図示しない液体供給手段を用いて液体１５を貯留し、その液体１５中に浸漬したセラミックス材料５０に対してレーザー照射をおこなっているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、次の変形例Ｂ（１）とＢ（２）が有り得る。
【００６３】
・変形例Ｂ（１）
図６は、変形例を示す図であり、図２に対応する図面であるが、図６のように、図２の蓋板１６が無い構成であっても、底板１３と側壁１４とから構成される容器内部に液体１５を貯留して、レーザー照射により発生した微粒子を液体１５中で捕捉することによって、微粒子を液体１５中に回収することが可能である。
【００６４】
・変形例Ｂ（２）
別の変形例として、図７を示す。図７は、底板１３と蓋板１６と側壁１４とによって囲まれる密閉空間（捕捉領域）に、図２の液体１５が無い構成である。すなわち、底板１３と蓋板１６と側壁１４とが、補足領域を形成する捕捉領域形成部である。図７の構成は、密閉空間（セル）において液体なしの状態でレーザーを照射する。この構成の場合、例えば側壁１４に設けられた図示しない液体供給手段から、レーザー照射後に当該セル内に液体が供給されて、生成された微粒子を当該液体に回収することが可能であるため、この態様も、実施形態の分散液作成部１の一変形例として実現し得る。
【００６５】
〔まとめ〕
本発明に係る成分分析装置は、以上のように、
固体ターゲットの成分を分析する成分分析装置であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射手段と、
上記固体ターゲットを支持する支持手段と、
を備え、
上記支持手段は、上記レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなり、
上記成分分析装置は、
上記微粒子を捕捉する捕捉領域であって、上記支持手段に支持された上記固体ターゲットの上記表面に接している捕捉領域を形成する捕捉領域形成部と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給手段と、
を更に備え、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴としている。
【００６６】
上記の構成によれば、固体ターゲットそのままを分解処理に供する従来構成と比べて、固体ターゲットの或る特定部分にレーザー光を照射してレーザーアブレーションを行ない、得られた微粒子を分解して成分分析に供する分析試料の調製を行なうことができることから、分解効率を向上させることができ、成分分析に供する試料を調製する調製時間を短縮することができる。
【００６７】
また、上記の構成によれば、固体ターゲットを溶液中に分解させて試料を調製した後に測定することができるため、固体ターゲットを直接測定するレーザーアブレーションＩＣＰ−ＭＳ法と比較して、定量性が高い測定を実現することができる。
【００６８】
また、微粒子は固体ターゲットの或る特定部分から生成されたものである。そのため、固体ターゲットの或る特定部分のみを成分分析の対象とすることができる。
【００６９】
また、支持手段を、レーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料（例えば石英）から構成することにより、レーザー光により支持手段が削られることがないので、レーザー照射時に支持手段の材料に由来する成分が液体中に混入することがない。よって、高精度の成分分析が可能となる。
【００７０】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記捕捉領域形成部は、上記レーザー照射手段と上記固体ターゲットとの間に、当該レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなるカバー手段を有することができる。
【００７１】
上記の構成によれば、レーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料（例えば石英）から構成される上記カバー手段を上記捕捉領域形成部が有していることにより、レーザー光によりカバー手段が削られることがないので、レーザー照射時にカバー手段の材料に由来する成分が捕捉領域に混入することがない。
【００７２】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記捕捉領域は、上記液体供給手段から上記捕捉領域形成部内に供給された液体によって構成されており、
上記レーザー照射手段は、上記液体が接触している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記微粒子が上記液体に捕捉されることにより、上記微粒子が上記液体に回収される構成とすることが可能である。
【００７３】
上記の構成によれば、上述の効果を奏し、且つ、液体が接触している箇所において固体ターゲットをレーザーアブレーションして、分析対象となる微粒子を液体中に分散させることから、気相中でレーザーアブレーションして微粒子を生成する場合と比較して、微粒子の回収率が高い。よって、正確な成分分析を実現することができる。
【００７４】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記捕捉領域は、上記固体ターゲットを内部に含む密閉空間によって構成されており、
上記成分分析装置は、上記密閉空間中に生成された上記微粒子が、当該密閉空間中に当該微粒子の生成後に供給された上記液体に回収される構成とすることも可能である。
【００７５】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記レーザー照射手段は、上記固体ターゲットの上記表面のうちの一部の領域のみにレーザー光を照射して、当該一部の領域から上記微粒子を生成することが可能である。
【００７６】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記液体に回収されて当該液体に上記微粒子が分散した分散液の成分分析を行なうことによって上記微粒子の成分分析を行なう分析手段を更に備えることが可能である。
【００７７】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記微粒子を、酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を用いて分解して成分分析試料とする分解手段を更に備えることが可能である。
【００７８】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記成分分析を、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）、キャピラリー電気泳動法、または、イオンクロマトグラフィーを用いて行なうことが可能である。
【００７９】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記液体として上記固体ターゲットを溶解しない液体を用いることが可能である。
【００８０】
上記の構成によれば、固体ターゲットから微粒子を生成する段階では、固体ターゲットも微粒子も液体によって分解しない。そのため、後で微粒子のみを成分分析すれば、微粒子の成分を正確に分析することができる。
【００８１】
これはすなわち、固体ターゲットの或る特定の領域の成分分析を精度良く行なうことができることを意味する。
【００８２】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記液体として超純水を用いることが可能である。
【００８３】
上記の構成によれば、上記液体として超純水を用いることで、固体ターゲットと反応せず、よって、微粒子のみを成分分析の対象とすることを可能にする。
【００８４】
また、本発明に係る成分分析装置は、上記の構成に加えて、
上記少なくとも一箇所に接触している上記液体に上記微粒子が分散して得られる分散液に含まれる当該微粒子の不純物成分の分析を行なうことが可能である。
【００８５】
また、本発明に係る成分分析方法は、以上のように、
上記した成分分析装置を用いて行なう、固体ターゲットの成分を分析する成分分析方法であって、
上記固体ターゲットの表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して、当該少なくとも一箇所から上記固体ターゲットの微粒子を生成するレーザー照射工程と、
上記捕捉領域形成部内部に液体を供給する液体供給工程とを含み、
上記微粒子を上記液体中に回収し、当該微粒子の成分分析を行なうことを特徴としている。
【００８６】
上記の構成によれば、固体ターゲットそのままを分解処理に供する従来構成と比べて、固体ターゲットの或る特定部分にレーザー光を照射してレーザーアブレーションを行ない、得られた微粒子を分解して成分分析に供する分析試料の調製を行なうことができることから、分解効率を向上させることができ、成分分析に供する試料を調製する調製時間を短縮することができる。
【００８７】
また、上記の構成によれば、固体ターゲットを溶液中に分解させて試料を調製した後に測定することができるため、固体ターゲットを直接測定するレーザーアブレーションＩＣＰ−ＭＳ法と比較して、定量性が高い測定を実現することができる。
【００８８】
また、微粒子は固体ターゲットの或る特定部分から生成されたものである。そのため、固体ターゲットの或る特定部分のみを成分分析の対象とすることができる。
【００８９】
また、本発明に係る成分分析方法は、上記の構成に加えて、
上記液体供給工程は、上記レーザー照射工程の前に、上記捕捉領域形成部内部に上記液体を供給し、
上記レーザー照射工程は、上記液体が接触している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記微粒子が上記液体に捕捉されることにより、上記微粒子が上記液体に回収される構成とすることが可能である。
【００９０】
上記の構成によれば、上述の効果を奏し、且つ、液体が接触している箇所において固体ターゲットをレーザーアブレーションして、分析対象となる微粒子を液体中に分散させることから、気相中でレーザーアブレーションして微粒子を生成する場合と比較して、微粒子の回収率が高い。よって、正確な成分分析を実現することができる。
【００９１】
また、本発明に係る成分分析方法は、上記の構成に加えて、
上記の構成を具備する成分分析装置のうち、上記レーザー照射手段と上記固体ターゲットとの間に、当該レーザー照射手段から出射したレーザー光を透過する、分析対象成分の溶出がない材料からなるカバー手段を更に備え、上記支持手段および上記カバー手段によって形成される密閉空間が上記捕捉領域として構成され、当該密閉空間に上記固体ターゲットは保持される構成となっており、上記密閉空間中に捕捉された、上記少なくとも一箇所から生成された上記微粒子を、上記液体に当該微粒子を分散させた分散液の形態で回収して当該微粒子の成分分析を行なう構成の成分分析装置において、
上記捕捉領域は、上記固体ターゲットを内部に含む密閉空間によって構成されており、
上記レーザー照射工程は、上記密閉空間に接している上記固体ターゲットの上記表面の少なくとも一箇所にレーザー光を照射して上記微粒子を生成し、
上記液体供給工程は、上記微粒子が生成された後に、上記密閉空間に上記液体を供給する構成とすることが可能である。
【００９２】
また、本発明に係る成分分析方法は、上記の構成に加えて、
上記レーザー照射工程では、上記固体ターゲットの上記表面のうちの一部の領域のみにレーザー光を照射して、当該一部の領域から上記微粒子を生成することが可能である。
【００９３】
また、本発明に係る成分分析方法は、上記の構成に加えて、
上記微粒子を、酸溶液、アルカリ溶液、または有機溶剤を用いて分解して上記試料とする分解工程を更に含むことが可能である。
【００９４】
また、本発明に係る成分分析方法は、上記の構成に加えて、
上記試料を用いて、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析法（ＡＡＳ）、キャピラリー電気泳動法、または、イオンクロマトグラフィーを用いた成分分析を行なう分析工程を更に含むことが可能である。
【実施例】
【００９５】
〔実施例１〕
・捕集効率について
本発明に係る成分分析装置および成分分析方法の一実施例について説明すれば以下のとおりである。【００９６】
図１に示したセラミックス材料５０としてＳｉ基板およびＳｉＣ基板を用いて、各基板について溶液レーザーアブレーション法を用いて液中（超純水）にアブレート粒子を生成した。レーザー照射条件は、波長２１３ｎｍのＹＡＧレーザーで出力が４ＧＷ/ｃｍ２である。また、照射領域は、５ｍｍ四方の領域（Ｓｉ基板）および１ｍｍ四方の領域（ＳｉＣ基板）とした。【００９７】
生成したアブレート粒子をシリンジによって回収後、回収液を酸分解（具体的には、硝酸及びフッ酸を添加。）したのち、シリコン（Ｓｉ）濃度をＩＣＰ−ＭＳによって測定した。【００９８】
粒子を回収した溶液に含まれるＳｉ量とアブレート跡の体積から算出したＳｉ量を比較することで、アブレートした粒子の溶液への捕集効率を算出した。【００９９】
その結果、Ｓｉ基板およびＳｉＣ基板ともにアブレートしたすべての粒子が溶液中に回収されていることが確認された（図８）。【０１００】
〔実施例２〕
・微量金属元素の回収率について
本実施例２では、ガラス標準物質について実施例１と同様に前処理をし、ＩＣＰ−ＭＳによって微量金属元素を測定した。そして、標準物質認証値と測定値を比較することで、微量金属元素の回収率を求めた。【０１０１】
その結果、すべての元素において、良好な回収率が得られた（図９）。【０１０２】
〔実施例３〕
実施例１は図２の分散液作成部１の構成に基づいて分散液を作成したが、図６の分散液作成部１を用いた実施例を本実施例３として挙げる。【０１０３】
本実施例３では、セラミックス材料５０としてＳｉＣ基板を用いて、溶液レーザーアブレーション法を用いて液中（超純水）にアブレート粒子を生成した。レーザー照射条件は、波長２１３ｎｍのＹＡＧレーザーで出力が４ＧＷ/ｃｍ２である。また、照射領域は、１ｍｍ四方の領域（ＳｉＣ基板）とした。【０１０４】
生成したアブレート粒子を実施例１と同じ条件でシリンジによって回収後、回収液を酸分解したのち、シリコン（Ｓｉ）濃度をＩＣＰ−ＭＳによって測定した。【０１０５】
その結果、図８のＳｉＣ基板を用いた結果と同一の結果を得た。すなわち、図６の分散液作成部１であっても、アブレートしたすべての粒子が液体１５中に回収されていることを確認することができた。【０１０６】
〔実施例４〕
実施例１は図２の分散液作成部１の構成に基づいて分散液を作成したが、図７の分散液作成部１であっても、密閉空間中に生成した微粒子を超純水で回収できることがわかった（データ不図示）。【０１０７】
なお、本発明は、各実施形態、変形例および実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、各実施形態、変形例および実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、特定範囲の対象物に含まれる不純物を分析（検査）することができるので、特に半導体分野における不純物分析に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１    分散液作成部（液体接触手段、レーザー照射手段）
２    分解部（分解手段）
３    分析部（分析手段）
１０    不純物分析装置（成分分析装置）
１２    ステージ（支持手段）
１３    底板（支持手段）（捕捉領域形成部）
１４    側壁（捕捉領域形成部）
１５    液体（捕捉領域）
１６    蓋板（カバー手段）
１７    レーザー照射装置
２２    試料調整部
２２´  抽出部
５０    セラミックス材料（固体ターゲット）
７０    レーザー光
【図１】
2014050786.tif 000003
【図２】
2014050786.tif 000004
【図３】
2014050786.tif 000005
【図４】
2014050786.tif 000006
【図５】
2014050786.tif 000007
【図６】
2014050786.tif 000008
【図７】
2014050786.tif 000009
【図８】
2014050786.tif 000010
【図９】
2014050786.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月4日(2015.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
なお、本実施形態では分散液作成部１で生成した微粒子を分解して不純物分析に供する態様について説明するが、分散液作成部１で生成した微粒子が十分に小さい（粒径が１ｎｍ以下）場合には後述する分解部２での分解は行なわずに分散液作成部１で生成した微粒子を直接、分析することも可能である。つまり、本発明に係る成分分析装置（成分分析方法）では、後述する分解部２（分解工程）は必須でない。しかしながら、分散液作成部１で生成する微粒子の粒子径が１ｎｍを超える場合には、分解部２による分解が好ましく、１μｍを超える場合には、分解部２による分解が必要である。粒径が１ｎｍを超え、且つ１μｍ以下で在る場合にも、定量性に欠ける場合があるため、分解部２による分解を行なうことが好ましい場合がある。なお、分解部２（分解工程）を必要としない態様については、後の変形例において説明する。
【国際調査報告】
2014050786.tif 000012
2014050786.tif 000013
2014050786.tif 000014
2014050786.tif 000015