(57)【要約】      （修正有）【課題】固体試料の汚染を防止でき、固体試料を安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの正確な検出を可能とする、飛行時間型二次イオン質量分析装置用の試料固定部材を提供する。【解決手段】飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、長さ２００μｍ以上の繊維状柱状物を複数備える繊維状柱状構造体を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ２００μｍ以上の繊維状柱状物を複数備える繊維状柱状構造体を含む、飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【請求項２】
室温におけるガラス面に対するせん断接着力が１０Ｎ／ｃｍ２以上である、請求項１に記載の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【請求項３】
前記繊維状柱状構造体が、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体である、請求項１または２に記載の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【請求項４】
前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が１０層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が２５％以下である、請求項３に記載の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数１０層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が３０％以上である、請求項３に記載の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【請求項６】
基材を含む、請求項１から５までのいずれかに記載の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材に関する。詳細には、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ：Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において測定対象試料を固定するための部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）は、固体試料の表面にどのような成分（原子、分子）が存在するかを調べるための装置であり、ｐｐｍオーダーの極微量成分を検出することができ、有機物、無機物に適用できる。また、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）によれば、固体試料の最表面に存在する成分の分布を調べることもできる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
飛行時間型二次イオン質量分析装置においては、高真空中で、高速のイオンビーム（一次イオン）を固体試料の表面にぶつけることで、スパッタリング現象によって表面の構成成分がはじき飛ばされる。このとき発生する正または負の電荷を帯びたイオン（二次イオン）を電場によって一方向に飛ばして、一定距離離れた位置で検出する。スパッタの際には、固体試料の表面の組成に応じて様々な質量をもった二次イオンが発生し、軽いイオンほど速い速度で、重いイオンほど遅い速度で飛んでいくので、二次イオンが発生してから検出されるまでの時間（飛行時間）を測定すれば、発生した二次イオンの質量を計算することができる。これが、飛行時間型二次イオン質量分析装置の原理である。
【０００４】
飛行時間型二次イオン質量分析装置においては、測定対象となる固体試料を粘着剤や接着剤などの固定部材に固定させて測定を行う。しかし、従来の粘着剤や接着剤などの固定部材を用いた場合、それに由来する有機成分が固体試料に付着してしまい、固体試料の汚染が生じる。このような汚染は、固体試料が粉体などの場合に特に顕著である。飛行時間型二次イオン質量分析装置においては、固体試料の表面におけるｐｐｍオーダーの極微量成分を検出するので、該固体試料の表面のわずかな汚染が二次イオンの発生を妨げたりしてしまい、正確な検出ができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７５６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、固体試料の汚染を防止でき、固体試料を安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの正確な検出を可能とする、飛行時間型二次イオン質量分析装置用の試料固定部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、長さ２００μｍ以上の繊維状柱状物を複数備える繊維状柱状構造体を含む。
【０００８】
好ましい実施形態においては、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、室温におけるガラス面に対するせん断接着力が１０Ｎ／ｃｍ２以上である。
【０００９】
好ましい実施形態においては、上記繊維状柱状構造体が、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体である。
【００１０】
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が１０層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が２５％以下である。
【００１１】
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数１０層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が３０％以上である。
【００１２】
好ましい実施形態においては、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、基材を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、固体試料の汚染を防止でき、固体試料を安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの正確な検出を可能とする、飛行時間型二次イオン質量分析装置用の試料固定部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好ましい実施形態における飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の一例の概略断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態における飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材がカーボンナノチューブ集合体を含む場合の該カーボンナノチューブ集合体の製造装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
≪飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材≫
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、長さ２００μｍ以上の繊維状柱状物を複数備える繊維状柱状構造体を含む。本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が、長さ２００μｍ以上の繊維状柱状物を複数備える繊維状柱状構造体を含むことにより、固体試料の汚染を防止でき、固体試料を安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの正確な検出を可能とする。本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、上記繊維状柱状構造体のみからなる部材であっても良いし、上記繊維状柱状構造体と飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料の固定に好ましく用い得る任意の適切な材料とからなる部材であっても良い。
【００１６】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、飛行時間型二次イオン質量分析装置において測定試料を接着固定させるための部材であり、その大きさや形状は、使用する飛行時間型二次イオン質量分析装置の種類に応じて、適宜選択し得る。
【００１７】
上記繊維状柱状構造体は、複数の繊維状柱状物を備える集合体である。上記繊維状柱状構造体は、好ましくは、長さＬの複数の繊維状柱状物を備える集合体である。図１に、本発明の好ましい実施形態における飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の一例の概略断面図を示す。
【００１８】
図１において、繊維状柱状構造体１０は、基材１と、複数の繊維状柱状物２を備える。繊維状柱状物２の片端２ａは、基材１に固定されている。繊維状柱状物２は、長さＬの方向に配向している。繊維状柱状物２は、好ましくは、基材１に対して略垂直方向に配向している。ここで、「略垂直方向」とは、基材１の面に対する角度が、好ましくは９０°±２０°であり、より好ましくは９０°±１５°であり、さらに好ましくは９０°±１０°であり、特に好ましくは９０°±５°である。なお、本図示例とは異なり、繊維状柱状構造体１０は複数の繊維状柱状物２のみからなる集合体であっても良い。すなわち、繊維状柱状構造体１０は基材１を備えていなくても良い。この場合、複数の繊維状柱状物２は、互いに、例えば、ファンデルワールス力によって集合体として存在し得る。
【００１９】
上記長さＬは、２００μｍ以上であり、好ましくは２００μｍ〜２０００μｍであり、より好ましくは３００μｍ〜１５００μｍであり、さらに好ましくは４００μｍ〜１０００μｍであり、特に好ましくは５００μｍ〜１０００μｍであり、最も好ましくは６００μｍ〜１０００μｍである。上記長さＬが上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染を防止でき、固体試料を安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの正確な検出を可能とする。なお、上記長さＬは、後述の方法によって測定される。
【００２０】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、室温におけるガラス面に対するせん断接着力が、好ましくは１０Ｎ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは１０Ｎ／ｃｍ２〜２００Ｎ／ｃｍ２、さらに好ましくは１５Ｎ／ｃｍ２〜２００Ｎ／ｃｍ２、特に好ましくは２０Ｎ／ｃｍ２〜２００Ｎ／ｃｍ２、最も好ましくは２５Ｎ／ｃｍ２〜２００Ｎ／ｃｍ２である。上記せん断接着力が上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料をより安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンのより正確な検出を可能とする。なお、上記せん断接着力は、後述の方法によって測定される。
【００２１】
上記繊維状柱状物の材料としては、任意の適切な材料を採用し得る。例えば、アルミ、鉄などの金属；シリコンなどの無機材料；カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブなどのカーボン材料；エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどの高モジュラスの樹脂；などが挙げられる。樹脂の具体例としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミドなどが挙げられる。樹脂の分子量などの諸物性は、本発明の目的を達成しうる範囲において、任意の適切な物性を採用し得る。
【００２２】
上記基材としては、目的に応じて、任意の適切な基材を採用し得る。例えば、石英ガラス、シリコン（シリコンウェハなど）、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックの具体例としては、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミドなどが挙げられる。これらの基材の分子量などの諸物性は、本発明の目的を達成し得る範囲において、任意の適切な物性を採用し得る。
【００２３】
上記繊維状柱状物の直径は、好ましくは０．３ｎｍ〜２０００ｎｍであり、より好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。上記繊維状柱状物の直径が上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより防止でき、固体試料をより安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンのより正確な検出を可能とする。
【００２４】
上記基材の厚みは、目的に応じて、任意の適切な値に設定され得る。
【００２５】
上記基材の表面は、隣接する層との密着性、保持性などを高めるために、慣用の表面処理、例えば、クロム酸処理、オゾン暴露、火炎暴露、高圧電撃暴露、イオン化放射線処理などの化学的または物理的処理、下塗剤（例えば、上記粘着性物質）によるコーティング処理が施されていてもよい。
【００２６】
上記基材は単層であっても良いし、多層体であっても良い。
【００２７】
本発明においては、上記繊維状柱状構造体は、好ましくは、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体である。この場合、上記繊維状柱状物は、好ましくは、カーボンナノチューブである。
【００２８】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、上記カーボンナノチューブ集合体のみからなっていても良いし、上記カーボンナノチューブ集合体と任意の適切な部材からなっていても良い。
【００２９】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を含み、上記基材をも含む場合は、該カーボンナノチューブの片端が該基材に固定されていても良い。
【００３０】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を含む場合であって、基材を含む場合、該カーボンナノチューブを基材に固定する方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、カーボンナノチューブ集合体の製造に使用した基板を基材としてそのまま用いてもよい。また、基材に接着層を設けてカーボンナノチューブに固定してもよい。さらに、基材が熱硬化性樹脂の場合は、反応前の状態で薄膜を作製し、カーボンナノチューブの一端を薄膜層に圧着させた後、硬化処理を行って固定すれば良い。また、基材が熱可塑性樹脂や金属などの場合は、溶融した状態で繊維状柱状構造体の一端を圧着させた後、室温まで冷却して固定すれば良い。
【００３１】
≪カーボンナノチューブ集合体≫
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が繊維状柱状構造体を含む場合、該繊維状柱状構造体は好ましくはカーボンナノチューブ集合体である。本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材がカーボンナノチューブ集合体を含む場合、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染を効果的に防止でき、固体試料をより一層安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンのより一層正確な検出を可能とする。
【００３２】
＜第１の好ましい実施形態＞
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の１つ（以下、第１の好ましい実施形態と称することがある）は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が１０層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が２５％以下である。
【００３３】
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は１０層以上であり、好ましくは１０層〜３０層であり、より好ましくは１０層〜２５層であり、さらに好ましくは１０層〜２０層である。
【００３４】
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００３５】
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも１０本、好ましくは２０本以上のカーボンナノチューブを取り出してＳＥＭあるいはＴＥＭによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
【００３６】
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは５層〜３０層であり、より好ましくは１０層〜３０層であり、さらに好ましくは１５層〜３０層であり、特に好ましくは１５層〜２５層である。
【００３７】
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは１層〜１０層であり、より好ましくは１層〜５層である。
【００３８】
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００３９】
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、２５％以下であり、好ましくは１％〜２５％であり、より好ましくは５％〜２５％であり、さらに好ましくは１０％〜２５％であり、特に好ましくは１５％〜２５％である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００４０】
上記層数分布の最頻値は、好ましくは層数２層から層数１０層に存在し、さらに好ましくは層数３層から層数１０層に存在する。上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００４１】
上記カーボンナノチューブの形状としては、その横断面が任意の適切な形状を有していれば良い。例えば、その横断面が、略円形、楕円形、ｎ角形（ｎは３以上の整数）等が挙げられる。
【００４２】
上記カーボンナノチューブの長さは、好ましくは２００μｍ以上であり、より好ましくは２００μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは３００μｍ〜１５００μｍであり、さらに好ましくは４００μｍ〜１０００μｍであり、特に好ましくは５００μｍ〜１０００μｍであり、最も好ましくは６００μｍ〜１０００μｍである。上記カーボンナノチューブの長さが上記範囲内に収まることにより、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００４３】
上記カーボンナノチューブの直径は、好ましくは０．３ｎｍ〜２０００ｎｍであり、より好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。上記カーボンナノチューブの直径が上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００４４】
上記カーボンナノチューブの比表面積、密度は、任意の適切な値に設定され得る。
【００４５】
＜第２の好ましい実施形態＞
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の別の１つ（以下、第２の好ましい実施形態と称することがある）は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数１０層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が３０％以上である。
【００４６】
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は、好ましくは９層以下であり、より好ましくは１層〜９層であり、さらに好ましくは２層〜８層であり、特に好ましくは３層〜８層である。
【００４７】
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００４８】
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも１０本、好ましくは２０本以上のカーボンナノチューブを取り出してＳＥＭあるいはＴＥＭによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
【００４９】
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは１層〜２０層であり、より好ましくは２層〜１５層であり、さらに好ましくは３層〜１０層である。
【００５０】
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは１層〜１０層であり、より好ましくは１層〜５層である。
【００５１】
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは一層優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは一層優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００５２】
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、３０％以上であり、好ましくは３０％〜１００％であり、より好ましくは３０％〜９０％であり、さらに好ましくは３０％〜８０％であり、特に好ましくは３０％〜７０％である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００５３】
上記層数分布の最頻値は、層数１０層以下に存在し、好ましくは層数１層から層数１０層に存在し、より好ましくは層数２層から層数８層に存在し、さらに好ましくは層数２層から層数６層に存在する。本発明において、上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブは優れた粘着特性を示すカーボンナノチューブ集合体となり得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００５４】
上記カーボンナノチューブの形状としては、その横断面が任意の適切な形状を有していれば良い。例えば、その横断面が、略円形、楕円形、ｎ角形（ｎは３以上の整数）等が挙げられる。
【００５５】
上記カーボンナノチューブの長さは、好ましくは２００μｍ以上であり、より好ましくは２００μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは３００μｍ〜１５００μｍであり、さらに好ましくは４００μｍ〜１０００μｍであり、特に好ましくは５００μｍ〜１０００μｍであり、最も好ましくは６００μｍ〜１０００μｍである。上記カーボンナノチューブの長さが上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００５６】
上記カーボンナノチューブの直径は、好ましくは０．３ｎｍ〜２０００ｎｍであり、より好ましくは１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは２ｎｍ〜５００ｎｍである。上記カーボンナノチューブの直径が上記範囲内に収まることにより、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００５７】
上記カーボンナノチューブの比表面積、密度は、任意の適切な値に設定され得る。
【００５８】
≪カーボンナノチューブ集合体の製造方法≫
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。
【００５９】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、例えば、平滑な基板の上に触媒層を構成し、熱、プラズマなどにより触媒を活性化させた状態で炭素源を充填し、カーボンナノチューブを成長させる、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）によって、基板からほぼ垂直に配向したカーボンナノチューブ集合体を製造する方法が挙げられる。この場合、例えば、基板を取り除けば、長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体が得られる。
【００６０】
上記基板としては、任意の適切な基板を採用し得る。例えば、平滑性を有し、カーボンナノチューブの製造に耐え得る高温耐熱性を有する材料が挙げられる。このような材料としては、例えば、石英ガラス、シリコン（シリコンウェハなど）、アルミニウムなどの金属板などが挙げられる。上記基板は、そのまま、本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体が備え得る基材として用いることができる。
【００６１】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体を製造するための装置としては、任意の適切な装置を採用し得る。例えば、熱ＣＶＤ装置としては、図２に示すような、筒型の反応容器を抵抗加熱式の電気管状炉で囲んで構成されたホットウォール型などが挙げられる。その場合、反応容器としては、例えば、耐熱性の石英管などが好ましく用いられる。
【００６２】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒（触媒層の材料）としては、任意の適切な触媒を用い得る。例えば、鉄、コバルト、ニッケル、金、白金、銀、銅などの金属触媒が挙げられる。
【００６３】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体を製造する際、必要に応じて、基板と触媒層の中間にアルミナ／親水性膜を設けても良い。
【００６４】
アルミナ／親水性膜の作製方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、基板の上にＳｉＯ２膜を作製し、Ａｌを蒸着後、４５０℃まで昇温して酸化させることにより得られる。このような作製方法によれば、Ａｌ２Ｏ３が親水性のＳｉＯ２膜と相互作用し、Ａｌ２Ｏ３を直接蒸着したものよりも粒子径の異なるＡｌ２Ｏ３面が形成される。基板の上に、親水性膜を作製することを行わずに、Ａｌを蒸着後に４５０℃まで昇温して酸化させても、粒子径の異なるＡｌ２Ｏ３面が形成され難いおそれがある。また、基板の上に、親水性膜を作製し、Ａｌ２Ｏ３を直接蒸着しても、粒子径の異なるＡｌ２Ｏ３面が形成され難いおそれがある。
【００６５】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みは、微粒子を形成させるため、好ましくは０．０１ｎｍ〜２０ｎｍであり、より好ましくは０．１ｎｍ〜１０ｎｍである。本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みが上記範囲内にあることによって、該カーボンナノチューブ集合体は優れた機械的特性および高い比表面積を兼ね備えることができ、さらには、該カーボンナノチューブ集合体は優れた粘着特性を示し得る。したがって、このようなカーボンナノチューブ集合体を用いた飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、固体試料の汚染をより効果的に防止でき、固体試料を非常に安定的に固定でき、飛行時間型二次イオン質量分析装置において二次イオンの非常に正確な検出を可能とする。
【００６６】
触媒層の形成方法は、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、金属触媒をＥＢ（電子ビーム）、スパッタなどにより蒸着する方法、金属触媒微粒子の懸濁液を基板上に塗布する方法などが挙げられる。
【００６７】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る炭素源としては、任意の適切な炭素源を用い得る。例えば、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素；メタノール、エタノールなどのアルコール；などが挙げられる。
【００６８】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材が含み得るカーボンナノチューブ集合体の製造における製造温度としては、任意の適切な温度を採用し得る。たとえば、本発明の効果を十分に発現し得る触媒粒子を形成させるため、好ましくは４００℃〜１０００℃であり、より好ましくは５００℃〜９００℃であり、さらに好ましくは６００℃〜８００℃である。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各種評価や測定は、以下の方法により行った。
【００７０】
＜繊維状柱状物の長さＬの測定＞
繊維状柱状物の長さＬは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定した。
【００７１】
＜飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材のせん断接着力の測定＞
ガラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ  スライドガラス２７ｍｍ×５６ｍｍ）に、１ｃｍ２単位面積に切り出した飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の先端（飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材がカーボンナノチューブ集合体を含む場合は、カーボンナノチューブの先端）が接触するように載置し、５ｋｇのローラーを一往復させて飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の先端をガラスに圧着した。その後、３０分間放置した。引張り試験機（Ｉｎｓｔｒｏ  Ｔｅｎｓｉｌ  Ｔｅｓｔｅｒ）で引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎにて、室温（２５℃）にてせん断試験を行い、得られたピークをせん断接着力とした。
【００７２】
＜カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数・層数分布の評価＞
カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数および層数分布は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および／または透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定した。得られたカーボンナノチューブ集合体の中から少なくとも１０本以上、好ましくは２０本以上のカーボンナノチューブをＳＥＭおよび／またはＴＥＭにより観察し、各カーボンナノチューブの層数を調べ、層数分布を作成した。
【００７３】
＜飛行時間型二次イオン質量分析装置による測定および評価＞
飛行時間型二次イオン質量分析装置による測定は下記のように行った。
飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の上に、粒子状ＦｅＯｘ（直径：１０μｍ〜１４０μｍ）を載せ、過剰な粒子をブロアーで除去したのち、専用の試料台に固定して、飛行時間型二次イオン質量分析装置（ＩＯＮ−ＴＯＦ製、「ＴＯＦ−ＳＩＭＳ５」）にて測定した。
測定条件は下記の通りとした。
照射した一次イオン：Ｂｉ３＋
一次イオン加速電圧：２５ｋＶ
測定面積：１５０μｍ角
飛行時間型二次イオン質量分析装置による測定における、試料の汚染の度合いの評価は下記の基準で行った。
○：正イオン／ＨＦｅＯ＋が５０未満、且つ、負イオン／ＦｅＯ２−が３０未満。
×：正イオン／ＨＦｅＯ＋が５０以上、または、負イオン／ＦｅＯ２−が３０以上。
なお、飛行時間型二次イオン質量分析装置による測定を行う際に、接着力不足によって試料固定が不可能であった場合を、「はがれ」と評価した。
【００７４】
［実施例１］
シリコン基板（ＫＳＴ製、熱酸化膜付ウェハ、厚み１０００μｍ）上に、真空蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＥＥ−４Ｘ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した後、４５０℃で１時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にＡｌ２Ｏ３膜を形成した。このＡｌ２Ｏ３膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み２ｎｍ）を蒸着させて触媒層を形成した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分３５０ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（１２０／８０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで３５分間で段階的に昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（１０５／８０／１５ｓｃｃｍ、水分率３５０ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、１０分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（１）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（１）が備えるカーボンナノチューブの長さは２００μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（１）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は１７層（４層〜２０層）であり、最頻値は４層と８層に存在し、相対頻度はそれぞれ２０％と２０％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（１）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（１）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００７５】
［実施例２］
基板としてのシリコンウェハ（シリコンテクノロジー製）上に、スパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した。このＡｌ薄膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み１ｎｍ）を蒸着した。
その後、この基板を３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分６００ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（９０／５０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（８５／５０／５ｓｃｃｍ、水分率６００ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、１０分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（２）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（２）が備えるカーボンナノチューブの長さは２００μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（２）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は２層に存在し、相対頻度は７５％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（２）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（２）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００７６】
［実施例３］
シリコン基板（ＫＳＴ製、熱酸化膜付ウェハ、厚み１０００μｍ）上に、真空蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＥＥ−４Ｘ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した後、４５０℃で１時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にＡｌ２Ｏ３膜を形成した。このＡｌ２Ｏ３膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み２ｎｍ）を蒸着させて触媒層を形成した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分３５０ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（１２０／８０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで３５分間で段階的に昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（１０５／８０／１５ｓｃｃｍ、水分率３５０ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、１５分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（３）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（３）が備えるカーボンナノチューブの長さは３００μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（３）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は１７層（４層〜２０層）であり、最頻値は４層と８層に存在し、相対頻度はそれぞれ２０％と２０％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（３）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（３）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００７７】
［実施例４］
基板としてのシリコンウェハ（シリコンテクノロジー製）上に、スパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した。このＡｌ薄膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み１ｎｍ）を蒸着した。
その後、この基板を３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分６００ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（９０／５０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（８５／５０／５ｓｃｃｍ、水分率６００ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、３０分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（４）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（４）が備えるカーボンナノチューブの長さは６００μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（４）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は２層に存在し、相対頻度は７５％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（４）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（４）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００７８】
［実施例５］
シリコン基板（ＫＳＴ製、熱酸化膜付ウェハ、厚み１０００μｍ）上に、真空蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＥＥ−４Ｘ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した後、４５０℃で１時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にＡｌ２Ｏ３膜を形成した。このＡｌ２Ｏ３膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み２ｎｍ）を蒸着させて触媒層を形成した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分３５０ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（１２０／８０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで３５分間で段階的に昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（１０５／８０／１５ｓｃｃｍ、水分率３５０ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、３０分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（５）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（５）が備えるカーボンナノチューブの長さは６００μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（５）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は１７層（４層〜２０層）であり、最頻値は４層と８層に存在し、相対頻度はそれぞれ２０％と２０％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（５）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（５）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００７９】
［比較例１］
シリコン基板（ＫＳＴ製、熱酸化膜付ウェハ、厚み１０００μｍ）上に、真空蒸着装置（ＪＥＯＬ製、ＪＥＥ−４Ｘ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した後、４５０℃で１時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にＡｌ２Ｏ３膜を形成した。このＡｌ２Ｏ３膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み２ｎｍ）を蒸着させて触媒層を形成した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分３５０ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（１２０／８０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで３５分間で段階的に昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（１０５／８０／１５ｓｃｃｍ、水分率３５０ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、５分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（Ｃ１）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（Ｃ１）が備えるカーボンナノチューブの長さは９０μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（Ｃ１）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は１７層（４層〜２０層）であり、最頻値は４層と８層に存在し、相対頻度はそれぞれ２０％と２０％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（Ｃ１）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（Ｃ１）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００８０】
［比較例２］
基板としてのシリコンウェハ（シリコンテクノロジー製）上に、スパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）により、Ａｌ薄膜（厚み１０ｎｍ）を形成した。このＡｌ薄膜上に、さらにスパッタ装置（ＵＬＶＡＣ製、ＲＦＳ−２００）にてＦｅ薄膜（厚み１ｎｍ）を蒸着した。
その後、この基板を３０ｍｍφの石英管内に載置し、水分６００ｐｐｍに保ったヘリウム／水素（９０／５０ｓｃｃｍ）混合ガスを石英管内に３０分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を７６５℃まで昇温させ、７６５℃にて安定させた。７６５℃にて温度を保持したまま、ヘリウム／水素／エチレン（８５／５０／５ｓｃｃｍ、水分率６００ｐｐｍ）混合ガスを管内に充填させ、６分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体（Ｃ２）を得た。
カーボンナノチューブ集合体（Ｃ２）が備えるカーボンナノチューブの長さは１２０μｍであった。
カーボンナノチューブ集合体（Ｃ２）が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は２層に存在し、相対頻度は７５％であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体（Ｃ２）を飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材（Ｃ２）として、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００８１】
［比較例３］
飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材として導電性カーボン両面テープ（７３１：日新ＥＭ（株）製）を用い、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００８２】
［比較例４］
飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材としてポリエステル粘着テープ（Ｎｏ．３１：日東電工（株）製）を用い、各種評価を行い、結果を表１にまとめた。
【００８３】
【表１】
2013160588.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材は、飛行時間型二次イオン質量分析装置において測定対象試料を固定するための部材に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０        繊維状柱状構造体
１          基材
２          繊維状柱状物
２ａ        繊維状柱状物の片端
【図１】
2013160588.tif 000004
【図２】
2013160588.tif 000005