JPH11271215A - 表面プラズモン共鳴角検出装置 - Google Patents

表面プラズモン共鳴角検出装置

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JPH11271215A
JPH11271215A JP9835798A JP9835798A JPH11271215A JP H11271215 A JPH11271215 A JP H11271215A JP 9835798 A JP9835798 A JP 9835798A JP 9835798 A JP9835798 A JP 9835798A JP H11271215 A JPH11271215 A JP H11271215A
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JP
Japan
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light
angle
sensor chip
resonance angle
surface plasmon
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Pending
Application number
JP9835798A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruo Tajima
晴雄 田島
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NIPPON LASER DENSHI KK
Original Assignee
NIPPON LASER DENSHI KK
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】少なくとも異なる2波長の光による共鳴角を検
出して物質をリアルタイムに特定したり、その膜厚や誘
電率をリアルタイムに検出することができるSPR検出
装置の提供。検出作業を効率的に行うことができるSP
R検出装置の提供。 【解決手段】少なくとも異なる2波長の光を所要の角度
差を持ってガラス基板の表面に所要の膜厚及び誘電率の
金属薄膜が形成されると共に該金属薄膜と反対側のガラ
ス基板にプリズムが密着されたセンサーチップ上に対
し、可変光照射装置により各光の入射角度を可変させ
る。センサーチップに照射される光の反射率が最小にな
る共鳴角に基づいて金属薄膜に吸着された試料成分を特
定したり、試料の膜厚や誘電率を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガラス基板に金
属薄膜が蒸着されたセンサーチップに照射された光の反
射率に基づいてセンサーチップ上の成分を特定する表面
プラズモン共鳴角検出装置(以下、SPR検出装置)に
関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】物質を特定する検出方
法として、ガラス基板に適宜の膜厚及び誘電率の金属薄
膜が蒸着されたセンサーチップに対し、スポット状に集
光されたレーザ光等の光を照射してガラス基板からの反
射率が最小になる共鳴角を検出して金属薄膜に吸着され
た物質を特定する表面プラズモン共鳴角検出法が一般に
知られている。
【0003】単一波長の光を使用した表面プラズモン共
鳴角検出法により、例えば多成分の混合系物質を検出し
ようとする場合には、全成分に対応する共鳴角しか検出
できないため、該混合系物質における夫々の共鳴角を検
出して各々の物質を特定できなかった。このような場合
には、異なる波長の光を順に照射して夫々の共鳴角を検
出して共鳴角の違いにより混合系物質中の各成分を特定
することができるが、照射する光を切り換えるのに手間
がかかって検出時間が長くなり、混合系物質における各
成分をリアルタイムに検出できなかった。
【0004】又、金属薄膜に吸着された物質の膜厚や誘
電率は、表面プラズモン共鳴角検出法により検出される
異なる波長の吸光度(反射率)に基づく連立方程式を演
算処理することにより算出できるが、従来の方法では異
なる波長の光を同一角度で入射させる方式であるため、
同時に異なる波長の光の変化をリアルタイムに検出でき
なかった。
【0005】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、少
なくとも異なる2波長の光による共鳴角を検出して物質
をリアルタイムに特定したり、その膜厚や誘電率をリア
ルタイムに検出することができるSPR検出装置を提供
することにある。
【0006】又、本発明の他の課題は、検出作業を効率
的に行うことができるSPR検出装置を提供することに
ある。
【0007】
【問題点を解決するための手段】このため本発明は、ガ
ラス基板の表面に所要の膜厚及び誘電率の金属薄膜が形
成されると共に該金属薄膜と反対側のガラス基板にプリ
ズムが密着されたセンサーチップに照射される光の反射
率が最小になる共鳴角に基づいて金属薄膜に吸着された
試料成分を特定したり、該試料の膜厚や誘電率を測定す
る表面プラズモン共鳴角検出装置において、少なくとも
異なる2波長の光を所要の角度差を持ってセンサーチッ
プ上に照射すると共にセンサーチップに対する各光の入
射角度を可変させる可変光照射装置を設けたことを特徴
としている。
【0008】これによりセンサーチップに角度差を設け
て入射角を可変しながら照射される異なる波長の光によ
り夫々の光の共鳴角をリアルタイムに検出することがで
きる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に従
って説明する。
【0010】図1はSPR検出装置の概略を示す説明図
である。
【0011】図2は可変光照射装置の原理構造を示す説
明図である。
【0012】SPR検出装置1は可変光照射装置3と、
センサーチップ5及び受光装置7とから構成され、受光
装置7には受光装置7からの検出信号に基づいて入射角
と反射率との相関関係をCRT等の表示装置に表示する
制御装置(図示せず)が接続されている。
【0013】可変光照射装置3の本体13は後述するプ
リズム19の中心を支点として回動するアーム21に取
付けられ、該アーム21の回動基端部には数値制御可能
なサーボモータ、ステップモータ等の電動モータ(図示
せず)が連結されている。そして電動モータ23の駆動
により後述する所要の角度(30〜80±2.5゜)で
円弧運動される。又、本体13には白色レーザ光照射装
置15が光ファイバー17により接続されている。
【0014】本体13内には光ファイバー17からの白
色レーザ光の光路に第1ダイクロイックミラー25が、
光路に対して45゜傾斜して取付けられている。該第1
ダイクロイックミラー25は入射した白色レーザ光の
内、波長534nmの緑色レーザ光のみを透過すると共
に他の波長成分のレーザ光を、光路と直交する方向へ反
射させる。
【0015】第1ダイクロイックミラー25からの反射
光路には第2ダイクロイックミラー27が配置され、該
第2ダイクロイックミラー27は入射されたレーザ光の
内、波長441nmの青色レーザ光を透過して外部へ出
射させると共に波長636nmの赤色レーザ光を、緑色
レーザ光と平行に反射させる。
【0016】緑色レーザ光及び赤色レーザ光の各光路に
はレンズ29が偏光子31を設けて配置され、レンズ2
9は夫々の緑色レーザ光及び赤色レーザ光を、後述する
センサーチップ5におけるガラス基板33と金属薄膜3
5の境界にて収束させる。尚、収束される緑色レーザ光
と赤色レーザ光はプリズム19に対して約5゜の角度差
をもって入射されるようにセットされている。
【0017】尚、偏光子31とレンズ29間における緑
色レーザ光及び赤色レーザ光の光路にはサンプリングミ
ラー28・30が夫々配置され、夫々のサンプリングミ
ラー28・30は透過する緑色レーザ光及び赤色レーザ
光の一部を反射させて対応するフォトダイオード28a
・30aにより夫々の光強度を検出している。そして検
出された光強度に応じて第1及び第2受光部材37・3
9からの信号増巾率を可変制御して一定レベルの検出信
号を得るように構成される。
【0018】センサーチップ5のガラス基板33には金
属薄膜35が蒸着されている。該金属薄膜35は、例え
ば膜厚が5±0.5nmの金薄膜及び36±3nmの銀
薄膜の2層構造からなる。又、金属薄膜35と反対側の
ガラス基板33には半円弧状のプリズム19が密着して
取付けられている。
【0019】プリズム19を中心とする可変光照射装置
3の反対側には受光装置7が配置され、該受光装置7は
緑色レーザ光受光用の第1受光部材37及び赤色レーザ
光受光用の第2受光部材39とから構成されている。こ
れら第1及び第2受光部材37・39は、前述した角度
幅に応じた長手方向幅のフォトダイオードアレイ或いは
CCDアレイからなる。又、各第1及び第2受光部材3
7・39の前面(入射側)には干渉フィルター41・4
3が夫々設けられ、干渉フィルター41は緑色レーザ
光、干渉フィルター43は赤色レーザ光のみを選択透過
させ、外乱光によるS/N比向上を図っている。
【0020】次に、SPR検出装置による試料の共鳴角
検出作用を説明する。
【0021】図3はセンサーチップ5に対する各光の入
射角可変状態を示す説明図である。
【0022】図4は各レーザ光の入射角と反射率の相関
関係を示すダイヤグラムである。
【0023】先ず、ガラス基板33の金属薄膜35境界
面に収束される緑色レーザ光のプリズム19入射角を3
0±2.5゜、従って赤色レーザ光のプリズム19入射
角を35±2.5゜にセットした状態で電動モータ23
を駆動してアーム21を約50゜の幅で回動させると、
プリズム19に対し、緑色レーザ光の入射角が30±
2.5゜〜80±2.5゜の範囲で、又赤色レーザ光の
入射角が35±2.5゜〜85±2.5゜の範囲で可変
走査される。そして夫々の入射角に応じてガラス基板3
3と金属薄膜35の境界から反射される緑色レーザ光及
び赤色レーザ光は対応する第1及び第2受光部材37・
39に受光されて夫々の入射角に応じた反射率を検出す
る。
【0024】このとき、金属薄膜35試料が吸着されて
いると、照射された緑色レーザ光及び赤色レーザ光の一
部が試料中の各成分に吸光されて入射角度に応じて反射
率が変化する。そしてこの反射率が最小、従って試料の
成分に対する吸光が最大になる共鳴角を検出し、例えば
予め検出された純水の共鳴角との比較に基づいて試料中
の成分を特定する。
【0025】本実施形態は、センサーチップ5に対して
異なる波長の光(緑色レーザ光及び赤色レーザ光)を角
度差をもって同時に照射してセンサーチップ5に吸着さ
れた試料中における各成分による吸光度、従って反射率
を検出して該反射率が最小になる共鳴角を検出すること
により試料中の各成分をリアルタイムに検出することが
できる。
【0026】上記説明は、光源として白色レーザ光を使
用して緑色レーザ光及び赤色レーザ光に分光したが、図
5に示すように本発明はプリズムの外周に沿って円弧移
動するフレーム50に、例えば赤色光及び赤外光の光源
51a・51bを設け、各光源51a・51bから出射
された各光をスポット状に絞られると共に相互に所要の
角度差を設けてプリズム19に直接照射する構造であっ
てもよい。
【0027】又、上記説明は第1及び第2ダイクロイッ
クミラーにより平行光線化された緑色レーザ光及び赤色
レーザ光をレンズにより所要の角度差となるように収束
させる構成としたが、図6に示すように各ダイクロイッ
クミラー61a・61bに角度を設け、夫々のダイクロ
イックミラー61a・61bを透過又は反射した各光
を、センサーチップ5に対して所要の角度差を有するよ
うに直接入射させる構成であってもよい。
【0028】更に、図7に示すように異なる波長の光を
夫々照射する各光源51・53を、回転するポリゴンミ
ラー55に対して所要の角度差を設けて照射するように
配置すると共にポリゴンミラー55から角度差を設けて
反射される各光を平行光線化する第1レンズ57及びセ
ンサーチップ59に対して平行光線を所要の入射角度幅
で収束させる第2レンズ61により可変光照射装置を構
成し、少なくとも2種類の波長の光を、角度差を設けて
センサーチップ59に照射して夫々の反射光の共鳴角を
リアルタイムに検出して試料を特定する構成であっても
よい。
【0029】上記説明は、白色レーザ光から分光された
緑色レーザ光及び赤色レーザ光を使用したが、本発明に
おいては検出しようとする試料、蒸着される金属薄膜の
種類に応じて赤色光及び赤外光等のように異なる波長の
光を選択すればよく、光源や光の波長に限定されるもの
ではない。
【0030】更に上記説明は、異なる波長の2種類の光
を角度差を持ってセンサーチップに照射して試料の成分
を検出したり、試料の膜圧や誘電率を検出するものとし
たが、センサーチップに照射する光としては波長が異な
っていれば3種類以上であってもよいことは勿論であ
る。
【0031】又、上記説明は、多成分系物質における特
定成分の検出方法を例に説明したが、センサーチップに
吸着された物質の膜厚や誘電率を求めるための方法につ
いても適用可能である。
【0032】
【発明の効果】このため本発明は、異なる波長の光によ
る共鳴角を検出して物質をリアルタイムに特定したり、
その膜厚や誘電率をリアルタイムに検出することができ
る。又、本発明は、検出作業を効率的に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】SPR検出装置の概略を示す説明図である。
【図2】可変光照射装置の原理構造を示す説明図であ
る。
【図3】センサーチップ5に対する各光の入射角可変状
態を示す説明図である。
【図4】各レーザ光の入射角と反射率の相関関係を示す
ダイヤグラムである。
【図5】可変光照射装置の変更実施形態を示す説明図で
ある。
【図6】可変光照射装置の変更実施形態を示す説明図で
ある。
【図7】可変光照射装置の変更実施形態を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
1 SPR検出装置、3 可変光照射装置、5 センサ
ーチップ、7 受光装置、19 プリズム、33 ガラ
ス基板、35 金属薄膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス基板の表面に所要の膜厚及び誘電率
    の金属薄膜が形成されると共に該金属薄膜と反対側のガ
    ラス基板にプリズムが密着されたセンサーチップに照射
    される光の反射率が最小になる共鳴角に基づいて金属薄
    膜に吸着された試料成分を特定したり、該試料の膜厚や
    誘電率を測定する表面プラズモン共鳴角検出装置におい
    て、少なくとも異なる2波長の光を所要の角度差を持っ
    てセンサーチップ上に照射すると共にセンサーチップに
    対する各光の入射角度を可変させる可変光照射装置を設
    けた表面プラズモン共鳴角検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、可変光照射装置は単一
    の光源から照射された光から所要の波長の光を透過或い
    は反射させて平行光線化する光選択部材と、光選択部材
    を透過或いは反射した異なる波長の光をセンサーチップ
    に対して所要の角度差で入射させて収束させるレンズと
    からなる表面プラズモン共鳴角検出装置。
  3. 【請求項3】請求項2において、可変光照射装置には微
    小回動装置を連結し、該微小回動装置に駆動に伴って可
    変光照射装置を所要の角度にて往復回動させてセンサー
    チップに対する光の入射角度を可変する表面プラズモン
    共鳴角検出装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、光源は白色レーザ光を
    照射するレーザ光照射装置からなると共に光選択部材は
    白色レーザ光の三原色光の内、特定波長のレーザ光を透
    過させるとともに他の波長のレーザ光を反射する第1ダ
    イクロイックミラー及び該第1ダイクロイックミラーか
    ら反射されたレーザ光の内、異なる波長のレーザ光を反
    射させると共に他の波長のレーザ光を透過して外部へ出
    射させる第2ダイクロイックミラーからなる表面プラズ
    モン共鳴角検出装置。
  5. 【請求項5】請求項4において、光源、第1及び第2ダ
    イクロイックミラー及びレンズが取り付けられる本体に
    微小回動装置を連結し、該微小回動装置の駆動に伴って
    センサーチップに対する光の入射角度を可変する表面プ
    ラズモン共鳴角検出装置。
  6. 【請求項6】請求項4において、第1及び第2ダイクロ
    イックミラーに微小駆動装置を連結し、該微小駆動装置
    の駆動に伴って振動する第1及び第2ダイクロイックミ
    ラーによりセンサーチップに対する光の入射角度を可変
    する表面プラズモン共鳴角検出装置。
JP9835798A 1998-03-25 1998-03-25 表面プラズモン共鳴角検出装置 Pending JPH11271215A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001041881A (ja) * 1999-07-30 2001-02-16 Japan Science & Technology Corp 偏光を用いたspr装置及びspr測定方法
JP2002181700A (ja) * 2000-12-14 2002-06-26 Fuji Photo Film Co Ltd 表面プラズモン共鳴測定装置
JP2003222589A (ja) * 2002-01-31 2003-08-08 Communication Research Laboratory 二波長表面プラズモン共鳴分光装置
JP2007173786A (ja) * 2005-12-16 2007-07-05 Asml Netherlands Bv リソグラフィ装置および方法
US7701582B2 (en) 2003-11-19 2010-04-20 Beanor Oy Method and device for carrying out surface plasmon resonance measurement

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