(57)【要約】【課題】安価かつ容易に導入可能であり、装置スペースも小さく、初心者でも簡単にグラフェン原子薄膜の枚数を再現性よく確定することが可能なグラフェン又は超薄膜グラファイトの厚さ検出方法および厚さ検出システムを提供する。【解決手段】単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを設けた基準サンプルとなる基板と計測対象サンプルとなる基板を、所定の色のフィルタを介してそれぞれ撮像し、前記撮像したそれぞれの画像から前記所定の色の輝度値に対する出現頻度特性を求め、その出現頻度特性を基板部分の前記所定の色の輝度値を１００として規格化し、両特性を比較できるようにモニタに表示する。また、上記規格化した所定の色の輝度値対頻度特性における変化の特徴の異同を判断し、計測対象サンプルにおける１層〜ｎ層（任意層）までの各層の存否を判断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを設けた基準サンプルとなる基板と計測対象サンプルとなる基板を、所定の色のフィルタを介してそれぞれ撮像し、前記撮像したそれぞれの画像から前記所定の色の輝度値に対する出現頻度特性を求め、その出現頻度特性を基板部分の前記所定の色の輝度値を１００として規格化し、両特性を比較できるようにモニタに表示することを特徴とする検査方法。
【請求項２】
上記規格化した所定の色の輝度値対頻度特性における変化の特徴の異同を判断し、計測対象サンプルにおける１層〜ｎ層（任意層）までの各層の存否を判断することを特徴とする請求項１記載の検査方法。
【請求項３】
上記所定の色は、基板を撮像した画像のコントラスト値および輝度値の変化が大きい色とすることを特徴とする請求項１又は２記載の検査方法。
【請求項４】
上記所定の色は、光の３原色の内の１色、２色の混合色および３色の混合色のうちのいずれか１つとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の検査方法。
【請求項５】
上記所定の色は、基板の色に影響を受けずに、単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトの層数を所定の色の輝度値に対する出現頻度特性により判断できる色であればどのような色であってもよいとすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の検査方法。
【請求項６】
単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトが設けられた基板をカラーで撮像する撮像装置と、撮像装置の撮像画像信号を色信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段の色信号のうち基板の色と異なり且つ単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトがコントラスト良く且つ同じ離散的輝度値の発生頻度が多くなる所定の色を特定し、この所定の色のフィルタで前記単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトが設けられた基準サンプルの基板および計測対象サンプルの基板を撮像し、両撮像画像から所定の色の輝度値変化の発生頻度特性を求め、その求めた所定の色の輝度値変化の発生頻度特性に基づき規格化したグラフデータを作成し、モニタへ出力する画像処理手段と、画像処理手段の出力を表示するモニタとを有することを特徴とする検査システム。
【請求項７】
上記画像処理手段は、上記規格化したグラフデータを上記基準サンプルおよび計測対象サンプルで対比し、離散的輝度値の発生頻度の増減が対応しているか否かを判断し、その判断の結果に基づき輝度値に対応する層数の有無を判断し、その判断結果を出力するようにし、上記モニタ装置は、上記画像処理手段の出力を表示するようにすることを特徴とする請求項６記載の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素原子で６員環状に形成された原子薄膜からなるグラフェン又は超薄膜グラファイトの厚さ検出方法および厚さ検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の説明で使われる、グラフェンおよび超薄膜グラファイトは下記のように定義される。
グラフェンは、炭素原子で６員環状に形成された原子薄膜とする。鉛筆の芯やグラファイトファイバーを分解するとグラフェンになる。つなぎ無く円筒状に丸まった物質がナノチューブである。
超薄膜グラファイトは、グラフェンが数層重なったものである。グラファイトを構成するグラフェンの層の間隔は０．３４ｎｍである。ナノメートルスケールの厚さのグラファイトを超薄膜グラファイトと呼称する。
炭素原子で６員環状に形成されたグラフェン原子薄膜の電気伝導に関しては、電子の移動度が既存半導体よりも１桁以上大きいことが理論的に予想され、実験によっても検証されつつある。
【０００３】
現在、この特性を引き出して次世代電子素子に利用することを目指した研究がかってない勢いで行われている。
また、１枚のフィルムは室温において量子ホール効果を示すことから、取り扱いやすく有効な量子標準抵抗素子としても注目されている。
しかしながら、実用化するためには、薄膜の枚数を目的に応じて限定しなければならない。次世代電子素子では１−４層の間の層数の相違を特定できることが必要であり、量子ホール効果素子では１層あるいは２層前後で特定できることが必須である。
この原子シート１層の厚さは０．３４ｎｍであり、この厚さを正確に計測することは容易ではない。
従来の原子薄膜枚数検出方法として考えられていた、（ａ）原子間力顕微鏡を用いた方法、（ｂ）ラマン散乱を用いた方法、（ｃ）光学顕微鏡を用いた方法を説明し、同時にそれらの問題点を説明する。
【０００４】
（ａ）原子間力顕微鏡（ＳＴＭ，ＡＦＭ）を用いた方法：
原子シートの厚さを検出する感度を原理的に持ち得る検出方法としてのＳＴＭおよびＡＦＭを解説する。
走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）は、０．３４ｎｍの段差を正確に検出する感度を有するが、導電性基板上のみに有効な方法であり、電子素子応用を目指す場合は絶縁基板上に素子を作製しなければならない。
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）は、一般に１ｎｍ程度以下の段差の検出には、検出機構（ピエゾ素子の非線形性）のため困難である。標準試料との比較を常に行うことで、正確な計測も可能となるが、現実的でない。また、観察誤差の揺らぎや表面の微小付着物、基板表面の凹凸によるノイズなどに感度が高すぎ、可能な装置ではあるが効率的で有効な装置とは言えない。
これらの方法は共に最低１０００万円程度の高価な装置を必要とする。
【０００５】
（ｂ）ラマン散乱を用いた方法：
光学的分光法であるラマン散乱では、グラフェン膜が数枚重なった超薄膜と比較して、グラフェン膜１層に特徴的な信号が再現性よく検出できることが報告されている。この方法を用いることでグラフェンを１層と特定できることは可能となったが、２層以上を正確に特定することは難しい（非特許文献３参照）。
また、ラマン散乱の信号を理解する経験が必要であり、だれでもがすぐに取り扱える検出方法とは言えない。
さらには装置の総額が最低２０００万円程度となり高価であり、簡便性にかける（非特許文献３参照）。
【０００６】
（ｃ）光学顕微鏡：
金属顕微鏡（一般の光学顕微鏡）の観察によって１層のグラフェンを特定可能である（非特許文献１、２、４参照）。観察の原理は、基板と基板上のグラフェンの光学反射によるコントラスト差である。酸化膜を有するＳｉ基板を用いたときに、グラフェンのある部位と無い部位のコントラストは約１２％程度となることが理論的に導かれており、実験においても近い値が報告されている。このコントラストはＳｉ上に形成した酸化シリコン薄膜の上にグラフェンを配置した場合、酸化シリコン膜厚を２８０ｎｍあるいは９０ｎｍとし、５６０ｎｍ程度の光学フィルターを使うことでコントラストを視覚的に強調することが可能である。
【０００７】
しかし、視覚による判断は観測者に依存してしまう。それを防ぐには観察画像を数値的に解析して層数を判別する必要がある。また、光学顕微鏡による観察画像はフォーカスのずれによってコントラストが変わってしまうので、それを補正して解析する必要がある。
必要装置は一般的な光学顕微鏡セットのみ（おおよそ１５０万円程度）であり、多くの研究グループでは最も基本的な研究道具として初期に設置している。
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３０６，Ｐ．６６６  （２００４）およびｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９１，  ０６３１２４  （２００７）。
【非特許文献３】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９７，１８７４０１（２００６），Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７，２３８  （２００７）。
【非特許文献４】Ｓｃｉｅｎｃｅ  ３０６，６６６（２００４）およびｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ添付資料，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９１，０６３１２４（２００７）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の原子薄膜枚数検出方法では、原理的な難しさや経験の有無および利用装置に枚数が依存してしまう。
本発明の目的は、安価かつ容易に導入可能であり、装置スペースも小さく、初心者でも簡単にグラフェン原子薄膜の枚数を再現性よく確定することが可能なグラフェン又は超薄膜グラファイトの厚さ検出方法および厚さ検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の検査方法は、
（１）  単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを設けた基準サンプルとなる基板と計測対象サンプルとなる基板を、所定の色のフィルタを介してそれぞれ撮像し、前記撮像したそれぞれの画像から前記所定の色の輝度値に対する出現頻度特性を求め、その出現頻度特性を基板部分の前記所定の色の輝度値を１００として規格化し、両特性を比較できるようにモニタに表示する。好ましくは、
（２）  上記規格化した所定の色の輝度値対頻度特性における変化の特徴の異同を判断し、計測対象サンプルにおける１層〜ｎ層（任意層）までの各層の存否を判断する。
（３）  上記所定の色は、基板を撮像した画像のコントラスト値および輝度値の変化が大きい色とする。
（４）  上記所定の色は、光の３原色の内の１色、２色の混合色および３色の混合色のうちのいずれか１つとする。
（５）  上記所定の色は、基板の色に影響を受けずに、単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトの層数を所定の色の輝度値に対する出現頻度特性により判断できる色であればどのような色であってもよい。
【００１１】
本発明の検査システムは、
（６）  単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトが設けられた基板をカラーで撮像する撮像装置と、撮像装置の撮像画像信号を色信号に変換する信号変換手段と、信号変換手段の色信号のうち基板の色と異なり且つ単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトがコントラスト良く且つ同じ離散的輝度値の発生頻度が多くなる所定の色を特定し、この所定の色のフィルタで前記単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトが設けられた基準サンプルの基板および計測対象サンプルの基板を撮像し、両撮像画像から所定の色の輝度値変化の発生頻度特性を求め、その求めた所定の色の輝度値変化の発生頻度特性に基づき規格化したグラフデータを作成し、モニタへ出力する画像処理手段と、画像処理手段の出力を表示するモニタとを有する。
（７）  上記画像処理手段は、上記規格化したグラフデータを上記基準サンプルおよび計測対象サンプルで対比し、離散的輝度値の発生頻度の増減が対応しているか否かを判断し、その判断の結果に基づき輝度値に対応する層数の有無を判断し、その判断結果を出力するようにし、上記モニタ装置は、上記画像処理手段の出力を表示するようにする。
【発明の効果】
【００１２】
上記従来の原子薄膜枚数の検出方法および装置では、操作が難しいということがあり、更に、経験年数および装置の複雑な構造にグラフェン又は超薄膜グラファイトの検出できる枚数が依存してしまう。
これらの方法に対して、本発明の検査方法と検査システムは、安価かつ容易に導入可能であり、検査システムの収納スペースも小さくでき、初心者でも簡単にグラフェン原子薄膜の枚数を再現性よく確定することができる。
本発明の検査方法は、従来のものに比べ、格別な検査結果が容易に判断できる程度に高い再現性を有し、経験によらない簡便さおよび人によらない普遍性を有する効果がある。本発明の検査システムは、格別な簡単で安価、省スペースな構成を採ることができ、検査結果が容易に判断できる程度に高い再現性を有し、経験によらない簡便さおよび人によらない普遍性を有する効果がある。
本発明は、光学顕微鏡の焦点の僅かなズレによって画像の明暗やコントラストが変わっても、検出する薄膜直近の反射光強度を測定し基板基準点として層数を検出することから、薄膜観察の経験の有無に大きく依存しない。また、装置も簡略且つ安価であり、簡単に導入可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明におけるグラフェンの層数を判別する原理を説明する。
特定色の基板の上に設けた単層のグラフェンおよびグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを撮像したフルカラー画像が処理の対象となる。
基板に設けられる単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトは、例えば、天然グラファイトをテープに広げ、３００ｎｍＳｉＯ２／Ｓｉ基板上に押し付けることで得られたグラフェンならびに数層のグラフェンからなる超薄膜グラファイトで構成する。
【００１４】
見たいものはグラフェンであり、このグラフェンの積層数が判別対象となる。
グラフェンの色は、空気とグラフェン、グラフェンとＳｉＯ２、ＳｉＯ２とＳｉの各界面で反射された光の干渉によって決まるため、干渉の様子はＳｉＯ２の厚さに依存する。
したがって、コントラストを得やすい光の波長はＳｉＯ２の厚さに依存する。
ＳｉＯ２の厚さと使う色の関係は非特許文献２の図３に示されている。図３は式（３）に基づく波長とＳｉＯ２厚の関数としてのコントラストの色図表が示されている。波長軸（縦軸）には、４００〜５００ｎｍの間のｂｌｕｅ（青）領域、５００〜６００ｎｍの間のｇｒｅｅｎ（緑）領域、６００〜７００ｎｍの間のｒｅｄ（赤）領域が表示されている。
【００１５】
グラフェンの有無によるコントラストが大きくなる光の波長は、ＳｉＯ２の厚さに依存する。一般的なＣＣＤカメラにおいては、ＲＧＢの３原色に相当する波長の光の強度を検出しているのでＳｉＯ２の厚さに応じて、この３原色から選ぶこととする。３原色はそれぞれ、Ｒは６０−１３０ｎｍ及び２２０−３５０ｎｍ、Ｇは５０−１１０ｎｍ及び２２０−３１０ｎｍ、Ｂは３０−９０ｎｍ及び１９０−２６０ｎｍの厚さのＳｉＯ２に対して有効であると予想される。
【００１６】
図１は、特定色（この例では、ＦＦ９９９９の色）の基板の上に設けた単層のグラフェンおよびグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを撮像したフルカラー画像と、その画像をＲＧＢそれぞれの色のフィルタをとおした画像のグレースケール表示画像を示す。
図１（ａ）は、単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを設けた基板からなる基準サンプルの求めるフルカラー撮像画像を、説明の都合上グレースケールで表示してある。
カラーフィルタは、Ｒ（赤：レッド）、Ｇ（緑：グリーン）、Ｂ（青：ブルー）のフィルタとし、基板を背景としたグラフェンおよび超薄膜グラファイトを撮像した。
図１（ｂ）は基準サンプルのフルカラー画像をＲ（レッド: 赤色）のフィルタをとおした画像をグレースケール表示した画像、
図１（ｃ）は基準サンプルのフルカラー画像をＧ（グリーン:緑色）のフィルタをとおした画像をグレースケール表示した画像、
図１（ｄ）は基準サンプルのフルカラー画像をＢ（ブルー:青色）のフィルタをとおした画像をグレースケール表示した画像である。
【００１７】
コントラストは輝度値に依存するが、グレースケール画像に変換しているので、輝度値はおおよそグレースケールの明度に比例するといえる。このことから、これらの画像はグレースケール表示しているため、グレースケール表示でも輝度値の相異をコントラスト良く表示できているといえる。
ＲＧＢそれぞれの画像の表示結果から、Ｂはコントラストが出にくく、Ｒはグラファイト薄膜を基板に移す際に付着した有機物の汚れが目立ちノイズが多すぎる。Ｇは他に比べコントラストが最も良いといえる。
このことから、通常フルカラー画像を構成するＲＧＢそれぞれの画像の内、コントラストの最も良い所定の色の画像における検出対象領域内の輝度値の変化に基づいて層数の差を判別できることになる。
【００１８】
次に層数を判別できる原理を説明する
図２は、本発明の層数を判別できる原理を説明する説明図である。
図２（ａ）は、特定色の基板の上に設けた単層のグラフェンおよびグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを撮像したフルカラー画像を、ＲＧＢの３元色に分解した内のＧ（グリーン）の画像のグレースケール表示画像を示す。
本文中の説明には、輝度値のフルレンジを２５６階調としたときの値を用いる。なお、輝度値は、２５６階調に限らず任意の階調とすることができる。
図２（ｂ）は、輝度値の発生頻度が増減する特性を示す輝度値−頻度特性図である。
図２（ｂ）の横軸は、図２（ａ）のＧ（グリーン）の色のフィルタをとおした画像における輝度値の規格化した数値を表す。
図２（ｃ）は、画像全体の輝度を、図２（ａ）中の層数に応じた数字１、２、３、４、６で示す画像領域を表示する値としたときのグレースケール表示画像を示す。層数に対応した画像領域は、層数に応じて離散的な輝度値をとる。
図２（ｄ）は、画像全体の輝度を、図２（ａ）中の層数に応じた数字２、３、４、６で示す画像領域を表示する値としたときのグレースケール表示画像を示す。
図２（ｅ）は、画像全体の輝度を、図２（ａ）中の数字３、４、６で示す画像領域を表示する値としたときのグレースケール表示画像を示す。
図２（ｆ）は、画像全体の輝度を、図２（ａ）中の数字４、６で示す画像領域を表示する値としたときのグレースケール表示画像を示す。
図２（ｇ）は、画像全体の輝度を、図２（ａ）中の数字６で示す画像領域を表示する値としたときのグレースケール表示画像を示す。
【００１９】
この図２（ｃ）〜（ｇ）により、
（１）層数が離散的な値をとる特徴点、
（２）層数がＧ（グリーン）の色のフィルタをとおした画像において、層数が離散的な輝度値に対応する特徴点、
を有することがわかる。
本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
具体的な計測の手順を示す。計測から画像解析を経た原子膜数確定までの実効的な時間は約５分程度となる。
【００２０】
スタート
（１）薄膜の撮像画像を取得する：（ステップＳ１）
光学顕微鏡に取り付けた撮像装置（例えば、少なくともＣＣＤカメラおよび信号増幅回路を含む）によって、基板上に設けた単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトの薄膜画像を通常の白色光源のもとで撮像（ＮＴＳＣ信号として）し、その撮像信号を信号処理装置へ出力する。
（２）撮像信号から各色毎の画像信号を抽出する：（ステップＳ２）
Ｉ／Ｏインターフェース回路を介して撮像信号（ＮＴＳＣ）を取り込み、信号変換手段で撮像信号（ＮＴＳＣ）からＲＧＢ各色の画像信号を抽出する。
（３）画像処理手段で最適な色の画像信号を選択する：（ステップＳ３）
ＲＧＢ各色の画像信号から、現在使用している基板（３００ｎｍＳｉＯ２／Ｓｉ）において最も大きなコントラスト値が得られる特定色、例えばＧ（グリーン画像、波長５００〜５７０  ｎｍ）の画像信号を選択する。
（４）基準サンプルでの特定色の画像信号における基板基準点値を検出する：（ステップＳ４）
計測対象のグラフェン片に近い部位での基板からの特定色における光反射強度値（Ｇ光を取り出しているために、Ｇ光の強さ）を基板基準点の値として検出し数値化する。
（５）計測対象サンプルでの特定色の画像信号における基板基準点値を検出する：（ステップＳ５）
計測対象のグラフェン片に近い部位での基板からの特定色における光反射強度値（Ｇ光を取り出しているために、Ｇ光の強さ）を基板基準点の値として検出し数値化する。
（６）層数を検出する：（ステップＳ６）
両サンプル上のグラフェン片の部位に限定して光反射強度を検出し数値化し、同じ光反射強度特性を比較し、同じ特性があることを判断して同じ層数の存在を決定する。
この数値はグラフェンの層数に強く依存し、層数が増加するにしたがって注目している波長の信号はグラフェンあるいはグラファイトによって遮られて小さくなる。また、層数が１枚ずつ増加するために、それに応じて数値はデジタル的に減少する。それ故層数を正確に検出することが可能となる。
ストップ
【実施例１】
【００２１】
図５は、本発明の実施例１の構成図である。
本発明のグラフェン又は超薄膜グラファイトの厚さ検出システム１は、撮像装置２、信号処理装置３およびモニタ装置６を電気的に接続して構成する。
厚さ検出システム１は、基板上に配置した単層のグラフェン又はグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトのカラー画像を取得する機能を備え、少なくとも、層数の相異を表示できる程度の拡大倍率の高いレンズ系と、高解像度の撮像装置２を備える。
前記レンズ系は、例えば、実用上の都合から、光学顕微鏡７で構成する。
撮像装置２は、微細な撮像素子を組み込んで構成する。好ましくは高い解像度を得易いＣＣＤ方式がよい。また、撮像装置２は、読み取り方式に応じて取得した画像信号（例えば、ＮＴＳＣ方式の画像信号）を信号処理装置３へ出力する都合から信号増幅回路を含むものが好都合で、例えばＣＣＤカメラとして構成されているものがよい。
信号処理装置３は、少なくともＩ／Ｏインターフェース回路、中央演算回路（ＣＰＵ）およびメモリを備えたパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータで構成され、ハードウエアを周知のように機能させて以下説明する処理を行なう。
信号処理装置３は、信号変換手段４と画像処理手段５を備える。
信号変換手段４は、撮像装置２から送られてくる読み取り方式に応じて取得した画像信号（例えば、ＮＴＳＣ方式の画像信号）を異なる色の画像信号、例えばＲＧＢ３元色それぞれの色画像信号へフィルタを介して変換する。
ＲＧＢ画像は、例えば図１（ｂ）〜（ｄ）に示すようになる。
【００２２】
基板の色と異なる色は、基板の色との対比でグラフェン等の層数の相異が最もコントラスト良く表示できている色として特定できるものであればよい。
実用上は、通常のＲＧＢ３元色それぞれ個別の画像を用いることもできる。
画像処理手段５は、信号変換手段４から取り込んだ基準サンプルのフルカラー画像信号から所定の関数を用いて所定色画像情報を抽出する。この所定色画像情報から微少領域単位の離散的輝度値の発生頻度特性データを抽出しメモリに記憶し、頻度が突出するピーク値に対応する輝度値を演算しメモリに記憶する。
【００２３】
次に、画像処理手段５は、信号変換手段４から取り込んだ計測対象サンプルのフルカラー画像信号を、所定の関数を用いて所定色画像情報を抽出する。この所定色画像情報から微少領域単位の離散的輝度値の発生頻度特性データを抽出しメモリに記憶し、発生頻度が突出するピーク値に対応する輝度値を演算しメモリに記憶する。
【００２４】
次に、画像処理手段５は、メモリから読み出した基準サンプルと計測対象サンプルの離散的輝度値の発生頻度特性データを、基板の色での輝度値を１００として規格化し、モニタ６に表示する。
次に、規格化した基準サンプルと計測対象サンプルの離散的輝度値の発生頻度特性データを読み込み、上記輝度値の発生頻度が突出するピーク値が対応するか否かを判断するため演算する、即ち、基準サンプルにおける発生頻度が突出する輝度値をメモリに記憶し、計測対象サンプルにおける発生頻度が突出する輝度値をメモリに記憶し、メモリに記憶した基準サンプルと計測対象サンプルの輝度値を比較し、両サンプルにおける輝度値を対比し、両輝度値が一方のピーク値を含む所定幅の輝度値内にあると判断されたときは、このピーク値に対応する層の存在が判断され、判断結果がメモリに記憶される。
【００２５】
モニタ装置は、上記画像処理手段の出力を表示する、例えば、グラフェンの層数の相異が画像上に輝度の相違となるように表示する。
【００２６】
（測定例）
測定に使用する機材は、
対物レンズ  Ｘ１００を備えた光学顕微鏡（オリンパス（登録商標）製  ＢＸ５１）、ＣＣＤカメラ（アームスシステム製  ＡＲＵＳＢ−２０２Ｋ）、画像処理・画像解析ソフト  ＰｏｐＩｍａｇｉｎｇ（デジタル・ビーイング・キッズ製）を用いた。
【００２７】
（測定原理）
図３は、本発明の測定原理を説明する説明図である。
図３（ａ）は、基準サンプルの実線枠内を、基板の色に対してコントラスト値の高い特定の色、この場合Ｇ（グリーン）のフィルタで、撮像したグラフェンおよび超薄膜グラファイトの撮像画像である。
図３（ｂ）は、計測対象サンプルの点線枠内を図３（ａ）と同じくＧ（グリーン）のフィルタで撮像したグラフェンおよび超薄膜グラファイトの撮像画像である。
図３（ｃ）は、実線の特性が図３（ａ）の実線枠内のグリーンフィルタを介した撮像画像の輝度値−頻度特性を表し、点線の特性が図３（ｂ）の点線枠内のグリーンフィルタを介した撮像画像の輝度値−頻度特性を表す。
図３（ｃ）では、両特性における基板の値の整合ができていないため、両特性の比較ができない。
図３（ｄ）は、図３（ｃ）における両特性を、基板部分のＧ（グリーン）輝度を１００として規格化した特性図である。
図３（ｄ）の両特性を、モニタに表示して見たり、特性値を比較演算してみたりして、ピーク値の存否を比較し、基準サンプルのピークと対応する計測対象サンプルのピークの存否を判断し、どの層があるかを判断する。図３（ｄ）の場合、計測対象サンプルの点線枠内には２層の領域と３層の領域があることが判断できる。この判断は、モニタを見ることによっても、また、両特性の比較演算結果を比較することによっても、どの層があるか判断できる。
【００２８】
（輝度値−層数の対応）
表１は、以上説明した本発明の特徴をまとめたもので、輝度値−層数特性を表す。
【表１】
2010043987.tif 000003
図４は上記表１を示す。
図４の特性は、回帰分析の結果、直線で近似できることがわかった。
グラフェンの１層分は、この場合、輝度値でおおよそ６の差があることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
グラフェンあるいは超薄膜グラファイトは、今後のグラフェンエレクトロニクスへの展開に進展。グラフェンは現在の集積電子素子を構成するシリコンデバイスの先の材料、あるいは通信に用いる超高速高周波用トランジスタのチャネル材料として期待されている。さらに抵抗標準としての量子ホール効果素子として利用可能。これらの素子を作るための基本装置あるいは薄膜検査装置として利用される。
応用の態様としては、
・本方法自体の装置構成におる「原子薄膜層数計測システム」としての製品
・現ＣＭＯＳの次世代エレクトロニクス作製のための作製ならびに素子の検査用具
・超高速高周波トランジスタ作製のための作製ならびに素子の検査用具
・抵抗標準量子ホール効果素子作製のための作製ならびに素子の検査用具等がある。
低次元ナノ構造材料、例えば基本構造体のグラフェンからなるナノチューブ、ナノワイヤ、ナノ粒子等は、将来のデバイス、内部配線、リソグラフィ、パッケージング等の潜在的な技術課題を解決できる可能性のあるユニークな性質を有しているとして期待されている。例えば、カーボンナノチューブは高い熱伝導率とバリスティックな伝導を提供する可能性がある（「２００７年度国際半導体ロードマップ（ＩＴＲＳ２００７）参照」）。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】特定色の基板の上に設けた単層のグラフェンおよびグラフェンを複数層積層した超薄膜グラファイトを撮像したフルカラー画像と、その画像をＲＧＢそれぞれの色のフィルタをとおした画像のグレースケール表示画像を示す。
【図２】本発明の層数を判別できる原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の測定原理を説明する説明図である。
【図４】本発明の特徴をまとめたもので、輝度値−層数特性を表す。
【図５】本発明の実施例１の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    膜厚検出システム
２    撮像装置
３    信号処理手段
４    信号変換手段
５    画像処理手段
６    モニタ
７    光学顕微鏡
【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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