JPH1192945A - Method for measuring average crystallite diameter, manufacture of thin film and manufacturing device therefor - Google Patents
Method for measuring average crystallite diameter, manufacture of thin film and manufacturing device thereforInfo
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- JPH1192945A JPH1192945A JP10207986A JP20798698A JPH1192945A JP H1192945 A JPH1192945 A JP H1192945A JP 10207986 A JP10207986 A JP 10207986A JP 20798698 A JP20798698 A JP 20798698A JP H1192945 A JPH1192945 A JP H1192945A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、紫外線領域に吸収
を持ちかつ結晶構造を有する材料の薄膜、特にグラファ
イトを主成分とする炭素薄膜の平均結晶子径の測定方
法、該薄膜の作製装置並びに作製方法に関し、特に、1
μm四方以下の微小領域に組み込まれる炭素薄膜の状態
分析手段を保有する炭素薄膜の作製装置、及び該状態分
析手段の結果を作製条件にフィードバックする作製方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring the average crystallite diameter of a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure, particularly a method of measuring the average crystallite diameter of a carbon thin film containing graphite as a main component. Regarding the manufacturing method,
The present invention relates to an apparatus for producing a carbon thin film having means for analyzing a state of a carbon thin film to be incorporated in a micro area of μm square or less, and a method for feeding back the result of the state analyzing means to production conditions.
【0002】[0002]
【従来の技術】炭素の同素体であるグラファイト(黒鉛
とも呼ぶ)は、sp2混成軌道からなる六角網平面構造
を基本としており、以下に示すような独特の物性を有し
ている。すなわち、その炭素網平面内では半金属的導電
性、銅の3倍もある熱伝導性、非常に高い弾性率と機械
的強度などの物性を示し、一方、その積層方向に沿って
は電気伝導性、熱伝導性は著しく低くなるなど、平面方
向の物性とは大きな異方性を呈している。2. Description of the Related Art Graphite (also called graphite), which is an allotrope of carbon, is based on a hexagonal mesh plane structure composed of sp 2 hybrid orbitals and has the following unique physical properties. In other words, in the plane of the carbon mesh, it exhibits properties such as semimetallic conductivity, thermal conductivity three times that of copper, very high elastic modulus and mechanical strength, while electrical conductivity along the laminating direction. Properties and thermal conductivity are remarkably low, exhibiting a large anisotropy with the physical properties in the plane direction.
【0003】また、炭素網平面の積み重なり構造につい
ては種々のモデルが提唱されているが、例えばFranklin
は、網平面が無秩序に積み重なった乱層構造と、規則正
しく配位したグラファイト結晶構造の2つに分けて定義
しており、網平面間隔は乱層構造が0.344nm、グ
ラファイト結晶構造では0.335nmとしている(R.
E. Franklin, Proc. Roy. Soc., A209, 196(1951))。[0003] Various models have been proposed for the stacking structure of carbon net planes.
Is defined as a turbostratic structure in which mesh planes are randomly stacked and a graphite crystal structure in which the planes are regularly coordinated. The mesh plane spacing is 0.344 nm for the turbostratic structure, and 0.1 mm for the graphite crystal structure. 335 nm (R.
E. Franklin, Proc. Roy. Soc., A209, 196 (1951)).
【0004】グラファイト材料においては、結晶子の大
きさ(結晶子径)でその構造を規定する場合があり、六
角網面に垂直方向の結晶子径Lcと、六角網面に平行方
向の結晶子径Laの二つが通常用いられている。なお、
本発明で言う「結晶子」とは、多結晶体を構成する個々
の単位結晶(微結晶)、又は非晶質中に観測される単位
結晶(微結晶)を意味する。また、本明細書において、
単にグラファイトの結晶子径と記した場合、六角網面に
垂直方向の結晶子径(Lc)を指す。[0004] In a graphite material, its structure is sometimes defined by the size (crystallite diameter) of a crystallite, and the crystallite diameter Lc in the direction perpendicular to the hexagonal mesh plane and the crystallite in the direction parallel to the hexagonal mesh plane are determined. Two diameters La are usually used. In addition,
The “crystallite” in the present invention means an individual unit crystal (microcrystal) constituting a polycrystal or a unit crystal (microcrystal) observed in an amorphous state. In this specification,
When simply referred to as the crystallite diameter of graphite, it refers to the crystallite diameter (Lc) perpendicular to the hexagonal mesh plane.
【0005】このような構造物性、さらには高い耐熱性
や耐薬品性などから、グラファイトは重要な工業材料と
して、例えば耐火物材料、原子炉材料、発熱体などに広
く用いられている。また、結晶性の高いグラファイト
は、X線や中性子線に対し優れた分光、反射特性を示す
ため、モノクロメーターやフィルターにも用いられてい
る。[0005] Due to such structural properties, as well as high heat resistance and chemical resistance, graphite is widely used as an important industrial material, for example, refractory materials, nuclear reactor materials, heating elements, and the like. In addition, graphite having high crystallinity is used for a monochromator and a filter because it exhibits excellent spectral and reflection characteristics with respect to X-rays and neutron rays.
【0006】最近は、グラファイトの積層空間を利用し
たグラファイト層間化合物が特に注目されており、その
応用であるリチウムイオン電池は小型の高性能二次電池
として既に実用化されている。さらには、抵抗体被膜な
どの電子回路材料や、ポアー構造を利用した吸着材料、
電子放出材料などにも用いられており、これらの材料は
年々、高品質化、微小化、薄膜化される傾向にある。同
時に、表面かつ微小部に組み込まれたグラファイト材料
の構造解析法、特に平均結晶子径の分析法が望まれてい
た。[0006] Recently, graphite intercalation compounds utilizing a laminated space of graphite have received particular attention, and lithium ion batteries, which are applications of the compounds, have already been put into practical use as small, high-performance secondary batteries. Furthermore, electronic circuit materials such as resistor coatings, adsorbents using pore structures,
It is also used as an electron-emitting material, and these materials tend to be improved in quality, miniaturized, and thinned year by year. At the same time, there has been a demand for a method of analyzing the structure of a graphite material incorporated in a surface and a minute portion, particularly an analysis method of an average crystallite diameter.
【0007】グラファイト材料において平均結晶子径が
変化した場合、固有抵抗値、熱伝導率、曲げ強度などが
大きく異なることが知られている。例えば、上記3つの
物性値について述べれば、Lcが10nmのグラッシー
カーボンの場合、約50×10-4Ωcm、約3kcal
/mhr℃、約900kgf/cm2、Lcが20nm
のグラッシーカーボンの場合、約40×10-4Ωcm、
約7kcal/mhr℃、約1100kgf/cm2、
人造グラファイトの場合、約10×10-4Ωcm、約1
20kcal/mhr℃、約200kgf/cm2とな
っている。すなわち、グラファイト材料は、平均結晶子
径がわずかに変化しただけでその物性が大きく異なるも
のである。従って、グラファイト材料では、その材料特
性の解析のため平均結晶子径を分析することが要求され
る。[0007] It is known that when the average crystallite diameter changes in a graphite material, the specific resistance, the thermal conductivity, the bending strength, and the like greatly differ. For example, regarding the above three physical property values, in the case of glassy carbon having Lc of 10 nm, about 50 × 10 −4 Ωcm and about 3 kcal
/ Mhr ° C, about 900 kgf / cm 2 , Lc is 20 nm
About 40 × 10 −4 Ωcm for glassy carbon,
About 7 kcal / mhr ° C, about 1100 kgf / cm 2 ,
In the case of artificial graphite, about 10 × 10 -4 Ωcm, about 1
It is 20 kcal / mhr ° C and about 200 kgf / cm 2 . That is, the graphite material has a large difference in physical properties even if the average crystallite diameter is slightly changed. Therefore, in the case of a graphite material, it is required to analyze the average crystallite diameter in order to analyze the material properties.
【0008】従来、上記のグラファイト、特にグラファ
イト成分を含む薄膜の形成法としては、高温に熱した基
板上に炭化水素系のガスを導入し、該ガスを熱分解して
炭素を気相析出させる熱CVD法、前記の反応空間にプ
ラズマを導入して炭化水素系ガスを活性化させ、より低
温で炭素を析出させるプラズマCVD法、フィルム状高
分子化合物の熱処理により形成する方法、などが用いら
れてきた。Conventionally, as a method of forming the above-mentioned graphite, particularly a thin film containing a graphite component, a hydrocarbon-based gas is introduced onto a substrate heated to a high temperature, and the gas is thermally decomposed to deposit carbon in a gas phase. A thermal CVD method, a plasma CVD method of activating a hydrocarbon-based gas by introducing plasma into the reaction space and depositing carbon at a lower temperature, and a method of forming a film-like polymer compound by heat treatment are used. Have been.
【0009】例えば、メタン等の炭化水素を熱プラズマ
により熱分解し、乱層結晶構造(結晶子の厚み(Lc)
がグラファイト単結晶と無定形炭素の中間位)を示す鱗
片状フィルムを得る方法(特公平6−102531号公
報)、熱CVD法に酸化ニッケルの触媒機能を応用(基
板表面に酸化ニッケルを担持させる)し、350〜45
0℃の低温で炭素被膜を形成する方法(特開平6−22
0638号公報)、高分子フィルム複数枚を予め酸化処
理し、積層、加圧、熱処理することでグラファイトフィ
ルムを得る方法(特開平5−17115号公報)、フル
オレン骨格を有するポリイミド化合物のフィルムをグラ
ファイト板に挟み込み、加熱焼成してグラファイトフィ
ルムを得る方法(特開平5−43213号公報)、金属
柱に溶融した炭素をグラファイト種結晶上に析出させる
方法(特開平5−78194号公報)などが開示されて
いる。For example, hydrocarbons such as methane are thermally decomposed by thermal plasma to form a turbostratic crystal structure (crystallite thickness (Lc)).
(Japanese Patent Publication No. 6-102531) to obtain a scaly film showing the intermediate position between graphite single crystal and amorphous carbon, and applying the catalytic function of nickel oxide to thermal CVD method (supporting nickel oxide on the substrate surface) ), 350-45
Method of forming carbon coating at low temperature of 0 ° C.
No. 0638), a method of obtaining a graphite film by oxidizing a plurality of polymer films in advance, laminating, pressurizing, and heat-treating (JP-A-5-17115), a method of forming a polyimide compound film having a fluorene skeleton by graphite. Disclosed are a method in which a graphite film is obtained by sandwiching and heating and baking a plate (Japanese Patent Laid-Open No. 5-43213), a method in which carbon melted in a metal column is precipitated on a graphite seed crystal (Japanese Patent Laid-Open No. 5-78194), and the like. Have been.
【0010】また、グラファイト質の超微粉の製造方法
として、減圧下、炭素原料をアーク放電させ、気化した
炭素蒸気を冷却固化させる方法(特開平7−20641
6号公報)などが開示されている。As a method for producing ultrafine graphite powder, a method is disclosed in which a carbon raw material is subjected to arc discharge under reduced pressure, and vaporized carbon vapor is cooled and solidified (Japanese Patent Laid-Open No. 7-20641).
No. 6) is disclosed.
【0011】これらグラファイト材料の構造(結晶構
造)の解析には従来、X線回折法、ラマン分光法、透過
電子顕微鏡による観察法、X線光電子分光法、真空紫外
光電子分光法、高分解能エネルギー損失分光法、透過電
子エネルギー損失分光法、低速電子回折法などが用いら
れてきた(例えば、相澤俊、表面科学、第11巻、第7
号、398(1990年))。Conventionally, the structure (crystal structure) of these graphite materials has been analyzed by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, observation with a transmission electron microscope, X-ray photoelectron spectroscopy, vacuum ultraviolet photoelectron spectroscopy, high-resolution energy loss Spectroscopy, transmission electron energy loss spectroscopy, slow electron diffraction, etc. have been used (eg, Shun Aizawa, Surface Science, Vol. 11, No. 7).
No. 398 (1990)).
【0012】X線回折法は、被分析試料にX線を照射し
得られた回折パターンとモデル計算から構造を求めるも
ので、回折ピークから六角網面の間隔が、また、回折ピ
ークの半値幅(B)から六角網面に垂直方向の平均結晶
子径(Lc)がそれぞれ見積もられる。上記半値幅Bと
結晶子径Lcの間には次の関係があることが知られてい
る。In the X-ray diffraction method, a structure is obtained from a diffraction pattern obtained by irradiating a sample to be analyzed with X-rays and a model calculation. The distance between a diffraction peak and a hexagonal mesh plane and the half width of the diffraction peak are determined. From (B), the average crystallite diameter (Lc) in the direction perpendicular to the hexagonal mesh plane is estimated. It is known that the following relationship exists between the half width B and the crystallite diameter Lc.
【0013】LcBcosθ=0.9λ ここで、θはBragg角、λはX線の波長である。LcBcos θ = 0.9λ where θ is the Bragg angle and λ is the wavelength of the X-ray.
【0014】ラマン分光法は通常レーザー光を励起源と
して用い、被分析試料からのラマン散乱光を分光し得ら
れるスペクトルから構造を求めるものである。グラファ
イト構造に由来するピーク(1580cm-1、E2gモー
ド)と構造の乱れを反映したピーク(1360cm-1付
近、エッジモード)の中心波数、半値幅、強度比から六
角網面に平行方向の平均結晶子径(Lc)が見積もられ
る(例えば、F. Tuinstra and J. L. Koenig, J. Chem.
Phys., 53, 1126 (1970))。In the Raman spectroscopy, a laser beam is usually used as an excitation source, and a structure is obtained from a spectrum obtained by dispersing Raman scattered light from a sample to be analyzed. Average in the direction parallel to the hexagonal mesh plane from the center wave number, half width and intensity ratio of the peak (1580 cm -1 , E 2g mode) derived from the graphite structure and the peak (around 1360 cm -1 , edge mode) reflecting the disorder of the structure The crystallite size (Lc) is estimated (see, for example, F. Tuinstra and JL Koenig, J. Chem.
Phys., 53, 1126 (1970)).
【0015】透過電子顕微鏡による観察法は、被分析試
料を100nm程度に薄くした上で、透過電子顕微鏡を
用いてグラファイト結晶又は粒子を直接観察する方法で
ある(銀塩フィルムへの撮影も含む)。The observation method using a transmission electron microscope is a method of directly observing graphite crystals or particles using a transmission electron microscope after thinning a sample to be analyzed to about 100 nm (including photographing on a silver halide film). .
【0016】X線光電子分光法は、超高真空中で被分析
試料に軟X線を照射し、表面から放出される光電子の運
動エネルギーを分析するもので、光電子ピーク及びX線
励起オージェ電子ピークのエネルギー値、形状、エネル
ギー損失ピークの有無などから、炭素の化学結合状態に
関する情報が得られる。特に、π→π*遷移及びプラズ
モンによるエネルギー損失(非弾性散乱)ピークからs
p2炭素の有無、さらにはその化学状態に関する知見が
得られる。X-ray photoelectron spectroscopy irradiates a sample to be analyzed in ultra-high vacuum with soft X-rays and analyzes the kinetic energy of photoelectrons emitted from the surface. The photoelectron peak and the X-ray excited Auger electron peak are analyzed. The information on the chemical bond state of carbon can be obtained from the energy value, shape, presence or absence of an energy loss peak, and the like. In particular, from the energy loss (inelastic scattering) peak due to the π → π * transition and plasmon, s
p 2 presence of carbon, more knowledge is obtained about the chemical state.
【0017】真空紫外光電子分光法は、超高真空中で被
分析試料に数10eV程度の真空紫外光を照射し、表面
から放出される光電子の運動エネルギーを分析するもの
で、グラファイトπバンドの分散関係など主としてフォ
ノンに関する情報が得られる。In the vacuum ultraviolet photoelectron spectroscopy, a sample to be analyzed is irradiated with vacuum ultraviolet light of about several tens of eV in an ultra-high vacuum, and the kinetic energy of photoelectrons emitted from the surface is analyzed. Information mainly on phonons such as relationships is obtained.
【0018】高分解能エネルギー損失分光法は通常、単
色化した数10eV程度の電子線を被分析試料に照射
し、非弾性散乱した電子のエネルギーを分析するもの
で、基本的には真空紫外光電子分光法で得られる情報と
同様の、グラファイトのフォノン分散などの情報が得ら
れる。The high-resolution energy loss spectroscopy generally irradiates a sample to be analyzed with a monochromatic electron beam of about several tens of eV, and analyzes the energy of inelastically scattered electrons. Basically, vacuum ultraviolet photoelectron spectroscopy is used. Information such as phonon dispersion of graphite is obtained in the same manner as the information obtained by the method.
【0019】透過電子エネルギー損失分光法は、透過電
子顕微鏡を利用して薄膜試料を透過した電子のエネルギ
ー損失を測定し、固体の局所的な状態分析を行うもので
ある。この方法により、グラファイトで観測されるπ→
π*遷移及びプラズモンによるエネルギー損失の値が結
晶性により大きく異なる、即ち、グラファイトの結晶性
が高くなると上記π→π*遷移及びプラズモン損失エネ
ルギーが共に大きくなることが報告されている(L. B.
Leder and J. A. Suddeth, J. Appl. Phys., 31、 1422
(1960))。また同報告の中で、密度の違いが上記エネ
ルギーシフトを引き起こしていることが計算により示さ
れている。In transmission electron energy loss spectroscopy, the energy loss of electrons transmitted through a thin film sample is measured using a transmission electron microscope, and local state analysis of a solid is performed. By this method, π →
It has been reported that the values of energy loss due to π * transition and plasmon greatly differ depending on the crystallinity, that is, the higher the crystallinity of graphite, the larger the above π → π * transition and the plasmon loss energy (LB
Leder and JA Suddeth, J. Appl. Phys., 31, 1422
(1960)). In the same report, calculations show that the difference in density causes the energy shift.
【0020】低速電子回折法は、固体の原子間隔と同程
度の波長(通常は数100eV)の電子線を被分析試料
に照射し、散乱した電子の方向と強度から固体表面の原
子配列に関する情報を得るもので、被分析試料がグラフ
ァイトの場合、リング状のパターンから格子定数などを
見積もることができる。The slow electron diffraction method irradiates an analyte with an electron beam having a wavelength (usually several hundreds eV) substantially equal to the atomic spacing of the solid, and obtains information on the atomic arrangement on the solid surface from the direction and intensity of the scattered electrons. When the sample to be analyzed is graphite, the lattice constant and the like can be estimated from the ring-shaped pattern.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
グラファイトやグラファイト成分を含む薄膜の形成法に
おいては、グラファイトの構造、特にグラファイト結晶
子径を制御しながら、電子デバイス等のある一部分に組
み込むこと、例えば、1μm四方以下の微小領域に形成
させることができないという問題点がある。However, in the above-mentioned method of forming graphite or a thin film containing a graphite component, the method of controlling the structure of graphite, especially the diameter of graphite crystallites, incorporates it into a part of an electronic device or the like. For example, there is a problem that it cannot be formed in a minute area of 1 μm square or less.
【0022】また、上記の微小領域、例えば1μm四方
以下の微小領域に組み込まれたグラファイト薄膜の構
造、特にグラファイト結晶子径の分析法自体にも次のよ
うな問題点がある。The structure of a graphite thin film incorporated in the above-mentioned minute region, for example, a minute region of 1 μm square or less, particularly the method of analyzing graphite crystallite diameter itself has the following problems.
【0023】まず、入射光(励起源)として、原理的に
集光の難しいX線や真空紫外光を用いているX線回折
法、X線光電子分光法、真空紫外光電子分光法では、1
μm四方以下の微小領域を分析できないという問題点が
ある。また、ラマン分光法に通常用いられているレーザ
ー光も、1μm以下に絞ることは現段階では難しい状況
にある。すなわち、1μm四方以下の微小領域を分析す
るには、実質上1次励起源(プローブ)は集光が容易な
電子、又はイオンに限られる。First, in X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and vacuum ultraviolet photoelectron spectroscopy using X-rays or vacuum ultraviolet light, which is difficult to collect in principle, as incident light (excitation source), 1
There is a problem that it is impossible to analyze a minute area of less than μm square. At the present stage, it is difficult to reduce the laser beam generally used for Raman spectroscopy to 1 μm or less. That is, in order to analyze a minute region of 1 μm square or less, the primary excitation source (probe) is substantially limited to electrons or ions that can be easily focused.
【0024】また、光子(通常は可視光)を検出信号と
しているラマン分光法では、深さが10nm以下の表面
だけを選択的に分析することができないという問題点も
ある。The Raman spectroscopy using a photon (usually visible light) as a detection signal also has a problem that only a surface having a depth of 10 nm or less cannot be selectively analyzed.
【0025】以下、微小部のグラファイト材料分析にお
ける上記以外の手法の問題点を順に説明する。Hereinafter, problems of other techniques in the analysis of the graphite material in the minute portion will be described in order.
【0026】透過電子顕微鏡による観察法は、特定の微
小領域を詳細に分析できる反面、試料作製に長時間を要
す(被分析試料を10nm程度まで薄くする必要がある
ため)、グラファイトの結晶子径を測定するには粒径が
揃っていない場合、多数の粒子を観察しなければならな
い、即ち、長時間を要す、といった問題点がある。In the observation method using a transmission electron microscope, a specific minute region can be analyzed in detail, but on the other hand, it takes a long time to prepare a sample (because the sample to be analyzed needs to be thinned to about 10 nm). In order to measure the diameter, when the particle diameters are not uniform, there is a problem that many particles must be observed, that is, it takes a long time.
【0027】また、透過電子エネルギー損失分析法にお
いても、試料作製に長時間を要すという問題点がある。Also, in the transmitted electron energy loss analysis method, there is a problem that it takes a long time to prepare a sample.
【0028】高分解能エネルギー損失分光法は、最表面
のグラファイトのフォノン分散などを詳細に調べられる
が、一次励起源として通常用いるエネルギーレベルの電
子線では、グラファイトの結晶子径に関する情報が得ら
れないという問題点がある。また、一次電子線の単色化
のための機構が必要となるため、分析装置がやや大掛か
りとなるという問題点もある。Although high-resolution energy loss spectroscopy allows detailed investigation of the phonon dispersion of graphite on the outermost surface, information on the crystallite diameter of graphite cannot be obtained with an electron beam at an energy level usually used as a primary excitation source. There is a problem. In addition, since a mechanism for making the primary electron beam monochromatic is required, there is also a problem that the size of the analyzing apparatus is slightly increased.
【0029】低速電子回折法も、微小部かつ表面のグラ
ファイトの格子定数などの情報が得られる反面、グラフ
ァイトの結晶子径に関する直接的な情報は得られないと
いう問題点がある。また、被分析試料がグラファイト薄
膜の場合、下地(多重回折)の影響を受け、回折パター
ンが複雑になり解析が難しくなるという問題点もある。Although the low-speed electron diffraction method can obtain information such as the lattice constant of graphite on a minute portion and on the surface, it has a problem that it cannot obtain direct information on the crystallite diameter of graphite. Further, when the sample to be analyzed is a graphite thin film, there is also a problem that the diffraction pattern becomes complicated due to the influence of the underlayer (multiple diffraction) and analysis becomes difficult.
【0030】更に、被分析試料の前処理を必要とする透
過電子顕微鏡による観察法や、独立した分析装置を使用
する場合は、被分析試料を一度大気解放しなければなら
ず、その際に被分析試料が汚染されてしまうといった問
題点もある。Further, when an observation method using a transmission electron microscope which requires pretreatment of the sample to be analyzed or when an independent analyzer is used, the sample to be analyzed must be once released to the atmosphere. There is also a problem that the analysis sample is contaminated.
【0031】このように、従来知られているグラファイ
トやグラファイト成分を含む薄膜の形成法においては、
グラファイトの構造、特にグラファイト結晶子径を制御
しながら、電子デバイス等のある一部分に組み込むこ
と、例えば、1μm四方以下の微小領域に形成させるこ
とが難しい。また、該微小領域に形成されたグラファイ
ト薄膜の構造解析自体も難しく、特に深さが10nm以
下の表層部であり、かつ1μm平方以下の微小領域のグ
ラファイト材料の平均結晶子径の測定が極めて難しいと
いう問題点がある。このような微小領域のグラファイト
薄膜の構造解析自体を正確に行えないと、微小面積の当
該薄膜形成の条件を有効に制御することは困難である。As described above, in a conventionally known method of forming graphite or a thin film containing a graphite component,
It is difficult to control the structure of the graphite, particularly the graphite crystallite diameter, to incorporate it into a certain part of an electronic device or the like, for example, to form it in a minute area of 1 μm square or less. In addition, it is also difficult to analyze the structure of the graphite thin film formed in the minute region itself, and particularly it is extremely difficult to measure the average crystallite diameter of the graphite material in the surface region having a depth of 10 nm or less and a minute region of 1 μm square or less. There is a problem. If the structure analysis of the graphite thin film in such a small area cannot be accurately performed, it is difficult to effectively control the conditions for forming the thin film with a small area.
【0032】本発明の目的は、グラファイト等の結晶構
造を有する材料の構造を制御しながら、1μm四方以下
の微小領域に当該薄膜を形成し、当該微小領域に形成さ
れた薄膜の構造解析、特にその平均結晶子径の測定方法
を提供すること、並びにこのような薄膜の作製装置を提
供することにある。An object of the present invention is to form a thin film in a minute area of 1 μm square or less while controlling the structure of a material having a crystal structure such as graphite, and analyze the structure of the thin film formed in the minute area, in particular, It is an object of the present invention to provide a method for measuring the average crystallite diameter, and to provide an apparatus for producing such a thin film.
【0033】[0033]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、紫外線
領域に吸収を持ちかつ結晶構造を有する材料の被分析試
料に電子線を照射し、反射した電子のエネルギー損失ス
ペクトルを測定し、該スペクトルを利用することを特徴
とする平均結晶子径の測定方法が提供される。According to the present invention, an analyte sample of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure is irradiated with an electron beam, and an energy loss spectrum of reflected electrons is measured. There is provided a method for measuring an average crystallite diameter, characterized by utilizing a spectrum.
【0034】また、本発明によれば、化学気相反応によ
り紫外線領域に吸収を持ちかつ結晶構造を有する材料の
薄膜を作製する装置において、該装置に反射電子エネル
ギー損失分光分析機構を備えることを特徴とする該薄膜
の作製装置が提供される。According to the present invention, an apparatus for producing a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure by a chemical vapor reaction is provided with a reflected electron energy loss spectroscopy mechanism. An apparatus for producing the thin film is provided.
【0035】そして、前記反射電子エネルギー損失分光
分析機構からの信号に基づき、薄膜を作製する条件を制
御する機構が付加されていることも本発明の装置の特徴
である。A feature of the apparatus of the present invention is that a mechanism for controlling conditions for forming a thin film based on a signal from the reflected electron energy loss spectroscopic analysis mechanism is added.
【0036】さらに、本発明によれば、化学気相反応に
より紫外線領域に吸収を持ちかつ結晶構造を有する材料
の薄膜を作製する方法において、大気解放せずに、該薄
膜の化学状態を反射電子エネルギー損失分光分析法によ
り分析し、得られた結果を該薄膜作製条件にフィードバ
ックしながら該薄膜の作製を行うことを特徴とする薄膜
の作製方法が提供される。Further, according to the present invention, in a method of producing a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure by a chemical vapor reaction, the chemical state of the thin film is changed to a reflected electron without being released to the atmosphere. There is provided a method for producing a thin film, characterized in that the thin film is produced while analyzing the result by energy loss spectroscopy and feeding back the obtained result to the conditions for producing the thin film.
【0037】そして、前記反射電子エネルギー損失分光
法による分析が、被分析試料に電子線を照射し、反射し
た電子のエネルギー損失スペクトルを測定し、該スペク
トルの解析結果から得られた情報を薄膜作製条件にフィ
ードバックすることも本発明の方法の特徴である。In the analysis by reflected electron energy loss spectroscopy, the sample to be analyzed is irradiated with an electron beam, the energy loss spectrum of the reflected electrons is measured, and the information obtained from the analysis result of the spectrum is used to prepare a thin film. Feedback to conditions is also a feature of the method of the present invention.
【0038】[0038]
【発明の実施の形態】本発明の紫外線領域に吸収を持ち
かつ結晶構造を有する材料の薄膜の構造の分析法として
の平均結晶子径の測定法において、被分析試料である薄
膜に電子線を照射し、反射した電子のエネルギー損失ス
ペクトルを測定する。そして、該スペクトルを利用する
とは、電子エネルギー損失スペクトル中に現れる次の3
つ、即ち、(1)プラズモンピークのエネルギー値(損
失エネルギーは20〜30eVの範囲にある)と、弾性
散乱ピーク、即ち、エネルギーを失わずに試料表面で反
射した電子損失エネルギー0eVでのピークに対するプ
ラズモンピークの相対強度、及びバックグランド(非弾
性散乱電子により形成される連続的なスペクトルのバッ
クグランド)の形状の少なくとも一つと、(2)π→π
*遷移に由来するピークのエネルギー値(損失エネルギ
ーは4〜8eVの範囲にある)と、弾性散乱ピークに対
するπ→π*ピークの相対強度、及びバックグランド
(非弾性散乱電子により形成される連続的なスペクトル
のバックグランド)の形状の少なくとも一つと、(3)
非弾性散乱電子により形成される連続的なスペクトルの
バックグランドの形状、又は弾性散乱ピークに対するあ
る一点(弾性散乱ピークエネルギーの1/4から9/1
0のエネルギー範囲にある一点が望ましい)の相対強
度、のうちの少なくとも1つと、試料となる材料の既知
の方法で得られる平均結晶子径との間の相関関係を利用
して結晶子径を求めることを意味するものである。特
に、π→π*遷移に由来するピークを感度良く測定する
ために、前記電子線として、200eVから3keVの
範囲にある電子線を利用することが本発明では好まし
い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the average crystallite diameter measurement method of the present invention for analyzing the structure of a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure, an electron beam is applied to the thin film to be analyzed. The energy loss spectrum of the irradiated and reflected electrons is measured. The use of the spectrum means that the next 3 appearing in the electron energy loss spectrum
(1) the energy value of the plasmon peak (loss energy is in the range of 20 to 30 eV) and the elastic scattering peak, that is, the peak at the electron loss energy of 0 eV reflected on the sample surface without losing energy; At least one of the relative intensity of the plasmon peak and the shape of the background (background of a continuous spectrum formed by inelastic scattered electrons), and (2) π → π
* The energy value of the peak resulting from the transition (the loss energy is in the range of 4-8 eV), the relative intensity of the π → π * peak with respect to the elastic scattering peak, and the background (the continuous energy formed by the inelastic scattered electrons). At least one of the following shapes: (3)
The shape of the background of a continuous spectrum formed by inelastic scattered electrons, or a point relative to the elastic scattering peak (1/4 to 9/1 of the elastic scattering peak energy)
0 is desirable), and the crystallite diameter is determined by utilizing a correlation between at least one of the relative intensities of the sample material and the average crystallite diameter obtained by a known method of the sample material. It means to ask. In particular, in order to measure a peak derived from the π → π * transition with high sensitivity, it is preferable in the present invention to use an electron beam in a range of 200 eV to 3 keV as the electron beam.
【0039】なお、本発明で言う「紫外線」とは、可視
光の短波長端である360nmから、1nmまでの波長
範囲の電磁波を意味する。The term "ultraviolet light" used in the present invention means an electromagnetic wave in a wavelength range from 360 nm, which is a short wavelength end of visible light, to 1 nm.
【0040】被分析試料に照射する1次励起源(プロー
ブ)として電子線を用いた場合、ビーム径を1μm以下
に集光させることは容易であり、後述のように、電界放
射型電子銃を用い、加速電圧を1keVに、放出電流を
1nAに設定した場合で、200nm程度の電子ビーム
径が得られる。また、2次電子像観察と組み合わせれ
ば、分析位置の決定は極めて容易であり、更に特定の領
域に対し前記電子ビームをスキャンさせることも可能で
ある。When an electron beam is used as a primary excitation source (probe) for irradiating a sample to be analyzed, it is easy to focus the beam diameter to 1 μm or less, and as described later, a field emission type electron gun is used. When the acceleration voltage is set to 1 keV and the emission current is set to 1 nA, an electron beam diameter of about 200 nm can be obtained. When combined with secondary electron image observation, determination of the analysis position is extremely easy, and it is also possible to scan a specific region with the electron beam.
【0041】一方、分析深さについては良く知られてい
るように、検出する電子の運動エネルギーに依存してい
る。分析深さを正確に求めることは困難であるが、以
下、電子の平均自由行程とそれから見積もられる分析深
さについて簡単に述べる。On the other hand, as is well known, the analysis depth depends on the kinetic energy of the detected electron. Although it is difficult to accurately determine the analysis depth, the following briefly describes the mean free path of electrons and the analysis depth estimated therefrom.
【0042】電子の平均自由行程については、例えば、
Tanumaらによれば、電子のエネルギーが200eVの場
合で0.6〜1.0nm、電子のエネルギーが1keV
の場合で0.9〜3.0nm、電子エネルギーが2ke
Vの場合で1.8〜5.0nmである(S. Tanuma, C.
J. Pawell and D. R. Penn, Surf. Sci., 192, L849(19
89)、ただし、グラファイト試料に関するものではな
い。)。For the mean free path of electrons, for example,
According to Tanuma et al., When the energy of the electron is 200 eV, it is 0.6 to 1.0 nm, and the energy of the electron is 1 keV.
0.9 to 3.0 nm and electron energy of 2 ke
V in the range of 1.8 to 5.0 nm (S. Tanuma, C.
J. Pawell and DR Penn, Surf.Sci., 192, L849 (19
89) However, it does not relate to graphite samples. ).
【0043】上記の電子の平均自由行程(計算値)と、
平均自由行程の3倍の深さの中に表面から脱出する電子
(すなわち分析される電子)の95%が含まれること、
反射電子を分析対象とする場合の分析深さは更に浅くな
ること、などから、200eVから3keVの範囲にあ
る電子線を用いた場合の分析深さは、実質的に10nm
以下と考えてよい。なお、当然のことながら、該電子線
のエネルギーを小さくした場合は、分析深さがより一層
浅くなる。The above mean free path (calculated value) of the electron,
95% of the electrons escaping from the surface (i.e. the electrons to be analyzed) are contained in a depth three times the mean free path;
The analysis depth when the backscattered electrons are to be analyzed is further reduced, and the analysis depth when using an electron beam in the range of 200 eV to 3 keV is substantially 10 nm.
It can be considered as follows. When the energy of the electron beam is reduced, the analysis depth becomes shallower.
【0044】本発明における電子線とは、電子銃あるい
はこれに電子線偏向器を付加させたものから放出される
電子線を意味しており、前記電子銃としては電界放射型
電子銃が好ましい。この場合、該電子線の単色化のため
の機構は特に必要としない。また、熱電子放出型電子銃
を用いることも可能だが、この場合、該電子銃からの電
子線のエネルギー半値幅ΔEは0.4eV以下が望まし
い。ただし、このエネルギー半値幅が実現できない場合
は、単色化機構を組み合わせてもよい。いずれの電子銃
を用いるにしても、放出電流の安定したものが好まし
い。また該電子銃としては市販のものが利用でき、通
常、放出電子を集束する静電レンズ又は電磁レンズが内
蔵されている。The electron beam in the present invention means an electron beam emitted from an electron gun or an electron beam with an electron beam deflector added thereto. The electron gun is preferably a field emission type electron gun. In this case, a mechanism for making the electron beam monochromatic is not particularly required. A thermionic electron gun can also be used, but in this case, the energy half width ΔE of the electron beam from the electron gun is desirably 0.4 eV or less. However, when this half width of energy cannot be realized, a monochromatic mechanism may be combined. Whichever electron gun is used, one having a stable emission current is preferable. As the electron gun, a commercially available electron gun can be used. Usually, an electrostatic lens or an electromagnetic lens for focusing emitted electrons is incorporated.
【0045】前記電子銃からの放出電流は通常、100
pA〜数10nAの間に設定される。また、該電子銃か
らの電子ビーム径は、用いる電子銃や加速電圧に大きく
依存するが、例えば、電界放射型電子銃を用い、加速電
圧を代表的な1keVに、放出電流を1nAに設定した
場合で200nm程度である。The emission current from the electron gun is usually 100
It is set between pA and several tens nA. The diameter of the electron beam from the electron gun largely depends on the electron gun used and the accelerating voltage. For example, a field emission type electron gun was used, the acceleration voltage was set to a typical 1 keV, and the emission current was set to 1 nA. In this case, it is about 200 nm.
【0046】被分析試料表面で反射した電子のエネルギ
ー損失スペクトルの測定には、高いエネルギー分解能が
得られる偏向分散方式のエネルギー分析器を用いること
が好ましい。該エネルギー分析器には磁場偏向方式、静
電偏向方式、さらには磁場と電場を組み合わせたWie
n−filter式などがあるが、この中では、小型で
経済的な静電偏向方式のエネルギー分析器が好ましい。
なお、静電偏向方式のエネルギー分析器であれば、例え
ば、同心半球型、円筒鏡型、共軸円筒鏡型などいずれの
分析器を用いてもよい。なお、エネルギー分析器として
同心半球型分析器を用いる場合、該分析器の入射側に前
記反射電子の集束、加速、減速を目的とした静電レンズ
を付加させてもよい。For measuring the energy loss spectrum of the electrons reflected on the surface of the sample to be analyzed, it is preferable to use a deflection dispersion type energy analyzer which can obtain a high energy resolution. The energy analyzer includes a magnetic field deflection method, an electrostatic deflection method, and a Wie combining a magnetic field and an electric field.
There are an n-filter type and the like, and among them, a small and economical electrostatic deflection type energy analyzer is preferable.
Note that any energy analyzer such as a concentric hemisphere type, a cylindrical mirror type, and a coaxial cylindrical mirror type may be used as long as it is an energy analyzer of an electrostatic deflection system. When a concentric hemispherical analyzer is used as the energy analyzer, an electrostatic lens for focusing, accelerating, and decelerating the reflected electrons may be added to the incident side of the analyzer.
【0047】反射電子の検出には、チャンネルトロン、
マルチチャンネルプレート、電子増倍管などを用いるこ
とができ、必要に応じて増幅器を付加させてもよい。ま
た検出方法も、アナログモードで用いロックイン増幅器
で増幅する方法、パルスカウントモードで用いパルス波
高弁別後パルスカウントとする方法のどちらを用いても
よい。For detection of reflected electrons, a channeltron,
A multichannel plate, an electron multiplier, or the like can be used, and an amplifier may be added as necessary. As the detection method, either a method of using the analog mode to amplify with a lock-in amplifier or a method of using the pulse count mode and performing pulse count after pulse height discrimination may be used.
【0048】以上述べたように、本発明の紫外線領域に
吸収を持ちかつ結晶構造を有する材料の平均結晶子径の
測定方法は、最低限、電子銃と電子エネルギー分析器が
あれば迅速に測定できるため、他の様々な真空容器、例
えば成膜装置などの各種プロセス装置と容易に組み合わ
せることが可能である。As described above, the method for measuring the average crystallite diameter of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure according to the present invention can be rapidly performed at least with an electron gun and an electron energy analyzer. Therefore, it can be easily combined with other various vacuum vessels, for example, various processing apparatuses such as a film forming apparatus.
【0049】本発明では紫外線領域に吸収を持ちかつ結
晶構造を有する材料である被分析試料が、炭素を主成分
とする材料、特にグラファイトである場合に特に好まし
く、グラファイトと同様、紫外線領域の光を吸収し(即
ち、前記π→π*遷移に類似のピークを持ち)、かつ、
グラファイトと同様の結晶構造を持つ物質であれば、適
用できる。In the present invention, the sample to be analyzed, which is a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure, is particularly preferable when the material is mainly composed of carbon, particularly graphite. (Ie, has a peak similar to the π → π * transition), and
Any substance having a crystal structure similar to that of graphite can be applied.
【0050】本発明において、紫外線領域に吸収を持ち
かつ結晶構造を有する材料の薄膜、特にグラファイトを
主成分とする炭素薄膜を、前述した熱CVD法、プラズ
マCVD法等の既存の化学気相反応を利用する方法によ
り形成し、更にこの薄膜について上述した方法で電子線
を照射し、反射電子エネルギー損失分光により分析を行
い、その分析結果を薄膜の作製機構にフィードバック
し、作製条件の制御を行う。この作製条件の制御機構
は、例えば、ソースガスの流量や基板温度等に制御手段
を付してフィードバックさせる機構である。In the present invention, a thin film of a material having a crystal structure that absorbs in the ultraviolet region and has a crystal structure, in particular, a carbon thin film containing graphite as a main component, is formed by a conventional chemical vapor reaction such as the above-mentioned thermal CVD method or plasma CVD method. The thin film is irradiated with an electron beam by the above-described method, analyzed by reflected electron energy loss spectroscopy, and the analysis result is fed back to the thin film manufacturing mechanism to control the manufacturing conditions. . The mechanism for controlling the manufacturing conditions is, for example, a mechanism for providing feedback to the flow rate of the source gas, the substrate temperature, and the like by adding a control unit.
【0051】本発明において、前記反射電子エネルギー
損失分光分析を行う機構は、該分析で得た結果を薄膜の
作製条件へフィードバックさせるため、薄膜作製容器に
直接設置することが好ましいが、ゲートバルブにより該
薄膜作製容器と仕切られた別の容器に設置してもよい。
また、該反射電子エネルギー損失分光分析機構は、少な
くとも電子銃と電子エネルギー分析器とから構成され、
該電子銃からの1次電子線エネルギーは、前述したよう
に200eVから3keVの範囲に設定されていること
が好ましい。In the present invention, the mechanism for performing the backscattered electron energy loss spectroscopy is preferably installed directly in the thin film production container in order to feed back the result obtained in the analysis to the thin film production conditions. It may be installed in another container separated from the thin film production container.
Further, the reflected electron energy loss spectroscopy mechanism includes at least an electron gun and an electron energy analyzer,
The primary electron beam energy from the electron gun is preferably set in the range from 200 eV to 3 keV as described above.
【0052】本発明の紫外線領域に吸収を持ちかつ結晶
構造を有する材料の薄膜としては、前述したようにグラ
ファイトを主成分とする炭素薄膜が採用される。特に、
グラファイトの平均結晶子径が2nm〜数十nmの範囲
にあること、並びに、該炭素薄膜の厚さが100nm以
下、かつ/又は、該薄膜の組み込まれる領域が1μm四
方以下であることが好ましい。ここで、「主成分とす
る」とは、形成される薄膜中にグラファイトが少なくと
も50%以上含まれていることを意味し、特に、グラフ
ァイトのみからなるものを含むものである。その他の含
有元素あるいは構成成分としては、例えば、窒素、酸
素、水素、フッ素等のハロゲン元素、Pd、Pt等の金
属、PdO、SnO2等の金属酸化物、TiC、SiC
等の炭化物、Si、Ge等の半導体などが含まれる。As the thin film made of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure according to the present invention, a carbon thin film containing graphite as a main component is employed as described above. Especially,
It is preferable that the average crystallite diameter of graphite is in the range of 2 nm to several tens nm, and the thickness of the carbon thin film is 100 nm or less, and / or the region where the thin film is incorporated is 1 μm square or less. Here, "mainly as a main component" means that at least 50% or more of graphite is contained in a formed thin film, and particularly includes a film composed of only graphite. Examples of other contained elements or constituents include halogen elements such as nitrogen, oxygen, hydrogen, and fluorine, metals such as Pd and Pt, metal oxides such as PdO and SnO 2 , TiC, and SiC.
And semiconductors such as Si and Ge.
【0053】[0053]
【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明のグラファ
イトの平均結晶子径の測定方法を説明する。EXAMPLES The method for measuring the average crystallite diameter of graphite of the present invention will be described below with reference to examples.
【0054】実施例1 図1は、本発明に用いた測定系を示す概略図である。Example 1 FIG. 1 is a schematic diagram showing a measuring system used in the present invention.
【0055】図1において、1は真空容器、2は電子
銃、3は検出系を含む電子エネルギー分析器、4は試料
ステージ、5は被分析試料、6は電子銃2から放出され
る1次電子線、7は被分析試料5の表面で反射した電子
である。この系においては、真空容器1内で電子銃2か
ら電子線6を被分析試料5に照射し、反射した電子7を
分析器3により検出して、試料5の分析を行う。なお、
本実施例における測定は、電界放射型電子銃と同心半球
型のエネルギー分析器を搭載した市販のオージェ電子分
光分析装置を用いて行った。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum vessel, 2 denotes an electron gun, 3 denotes an electron energy analyzer including a detection system, 4 denotes a sample stage, 5 denotes a sample to be analyzed, and 6 denotes a primary emitted from the electron gun 2. An electron beam 7 is an electron reflected on the surface of the sample 5 to be analyzed. In this system, the sample 5 is analyzed by irradiating the sample 5 with an electron beam 6 from the electron gun 2 in the vacuum vessel 1 and detecting the reflected electrons 7 by the analyzer 3. In addition,
The measurement in this example was performed using a commercially available Auger electron spectrometer equipped with a field emission electron gun and a concentric hemispherical energy analyzer.
【0056】被分析試料としては、予めX線回折法によ
り平均結晶子径Lcが求められているグラファイト4種
(結晶子径Lcはそれぞれ1nm,2nm,8nm,2
0nmで、誤差は±0.2nm程度)を用いた。なお、
該グラファイト4種の平均結晶子径Lcについては、ラ
マン分光法からほぼ同様の値が得られた。すなわち、該
グラファイト4種の平均結晶子径Lcは六角網面に対
し、垂直方向(X線回折法で求めたもの)、平行方向
(ラマン分光法で求めたもの)ともに同じ傾向を示すも
のであった。As the sample to be analyzed, four types of graphite whose average crystallite diameter Lc was previously determined by an X-ray diffraction method (crystallite diameters Lc were 1 nm, 2 nm, 8 nm, and 2 nm, respectively)
At 0 nm, the error was about ± 0.2 nm). In addition,
About the average crystallite diameter Lc of the four types of graphite, almost the same value was obtained from Raman spectroscopy. That is, the average crystallite diameter Lc of the four types of graphite shows the same tendency both in the vertical direction (determined by X-ray diffraction method) and in the parallel direction (determined by Raman spectroscopy) with respect to the hexagonal mesh plane. there were.
【0057】また主な測定条件は、 1次電子の加速エネルギー:約1keV、 1次電子電流:約2nA、 分析器動作モード:減速比一定モード(4〜40)、 装置内圧力:5×10-8Pa以下 とした。なお、本条件下での1次電子ビーム径は約15
0nmであった。The main measurement conditions were: acceleration energy of primary electrons: about 1 keV, primary electron current: about 2 nA, analyzer operation mode: constant reduction ratio mode (4 to 40), pressure in the apparatus: 5 × 10 -8 Pa or less. The primary electron beam diameter under these conditions is about 15
It was 0 nm.
【0058】図2に、このような条件で測定した反射電
子のエネルギー損失スペクトルを、弾性散乱ピーク、即
ち電子損失エネルギー0eVのピークで規格化した強度
により示す。FIG. 2 shows the energy loss spectrum of the backscattered electrons measured under such conditions by the intensity normalized by the elastic scattering peak, that is, the peak of the electron loss energy of 0 eV.
【0059】図2において、損失エネルギーが4〜8e
Vの範囲に観測されるピークは二重結合炭素(π→
π*)に由来するもので、損失エネルギーが20〜30
eVの範囲に観測されるピークはプラズモンによるもの
である。In FIG. 2, the loss energy is 4 to 8e.
The peak observed in the range of V is a double bond carbon (π →
π * ), and the loss energy is 20-30.
The peak observed in the eV range is due to plasmons.
【0060】図2より明らかなように、グラファイトの
結晶子径が変わると、反射電子のエネルギー損失スペク
トル中に現れる、(1)プラズモンピークのエネルギー
値(損失エネルギーは20〜30eVの範囲にある)
と、弾性散乱ピークに対するプラズモンピークの相対強
度、又はその形状、(2)π→π*遷移に由来するピー
クのエネルギー値(損失エネルギーは4〜8eVの範囲
にある)と、弾性散乱ピークに対するπ→π*ピークの
相対強度、又はその形状、が変化することがわかる。As is clear from FIG. 2, when the crystallite diameter of graphite changes, the energy value of the plasmon peak appears in the energy loss spectrum of the reflected electrons (loss energy is in the range of 20 to 30 eV).
The relative intensity of the plasmon peak with respect to the elastic scattering peak or its shape, (2) the energy value of the peak derived from the π → π * transition (loss energy is in the range of 4 to 8 eV), and the π with respect to the elastic scattering peak. → It can be seen that the relative intensity of the π * peak or its shape changes.
【0061】平均結晶子径の異なる4種のグラファイト
について、プラズモンピークとπ→π*ピークのエネル
ギー値及び相対強度をまとめたものを図3、図4に示
す。これより、上記の(1)の強度と(2)の強度とグ
ラファイトの結晶子径の間には良い相関関係があること
がわかる。FIGS. 3 and 4 show the energy values and the relative intensities of the plasmon peak and the π → π * peak for four types of graphites having different average crystallite diameters. This shows that there is a good correlation between the strength of (1), the strength of (2), and the crystallite diameter of graphite.
【0062】更に、グラファイトの結晶子径が変わる
と、非弾性散乱電子により形成される連続的なスペクト
ルのバックグランドの形状も僅かながら変化する。Further, when the crystallite diameter of graphite changes, the shape of the background of a continuous spectrum formed by inelastic scattered electrons slightly changes.
【0063】例えば、電子損失エネルギーが500eV
の点における、弾性散乱ピークに対するバックグランド
の相対強度は、結晶子径が小さくなるに従い大きくなっ
ている(不図示)。これは、グラファイトの結晶子径が
小さくなると非弾性散乱の確率が高くなるためである。For example, if the electron loss energy is 500 eV
The relative intensity of the background with respect to the elastic scattering peak at point (1) increases as the crystallite diameter decreases (not shown). This is because the probability of inelastic scattering increases as the crystallite diameter of graphite decreases.
【0064】すなわち、非弾性散乱により形成される連
続的なスペクトルのバックグランドの形状や強度も、グ
ラファイトの結晶子径を反映していると考えられ、これ
もグラファイトの結晶子径の分析に応用できる可能性が
ある。That is, it is considered that the shape and intensity of the background of a continuous spectrum formed by inelastic scattering also reflect the crystallite diameter of graphite, which is also applied to the analysis of the crystallite diameter of graphite. May be possible.
【0065】以上述べたように、電子エネルギー損失ス
ペクトル中に上述した(1)のプラズモンピークの相対
強度、又はその形状、(2)のπ→π*ピークの相対強
度、又はその形状、及び(3)のスペクトルのバックグ
ランドの形状、又は弾性散乱ピークに対するある一点の
相対強度は、グラファイトの結晶子径を良く反映してお
り、これらの相関関係を用いれば、深さが10nm以下
の表面かつ1μm四方以下の微小領域に存在するグラフ
ァイトの平均結晶子径を容易に求めることが可能とな
る。As described above, in the electron energy loss spectrum, the relative intensity of the above-mentioned plasmon peak (1) or its shape, (2) the relative intensity of the π → π * peak or its shape, and ( The shape of the background in the spectrum of 3) or the relative intensity at a certain point with respect to the elastic scattering peak well reflects the crystallite diameter of graphite, and if these correlations are used, the surface having a depth of 10 nm or less can be used. The average crystallite diameter of graphite existing in a minute region of 1 μm square or less can be easily obtained.
【0066】実施例2 次に、熱CVDにより金属Co上にグラファイト炭素を
堆積させ、該グラファイトの平均結晶子径を、本発明の
反射電子のエネルギー損失スペクトルを利用する方法、
ラマン分光法、X線回折法でそれぞれ求めた結果につい
て説明する。Example 2 Next, graphite carbon was deposited on metal Co by thermal CVD, and the average crystallite diameter of the graphite was determined using the energy loss spectrum of reflected electrons according to the present invention.
The results obtained by Raman spectroscopy and X-ray diffraction will be described.
【0067】まず、図5を参照して、被分析試料の作成
法について述べる。図5は熱CVD炭素の形成及び分析
用基板であり、8は石英ガラス基板、9は金属Co薄膜
である。金属Co薄膜9は、図5に示すようにそれぞれ
幅の異なるI部、II部、III部の3種類を同一基板上に
パターニングした。金属Co薄膜の厚さは約100nm
とした。First, a method of preparing a sample to be analyzed will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a substrate for forming and analyzing thermal CVD carbon, 8 is a quartz glass substrate, and 9 is a metal Co thin film. As shown in FIG. 5, three types of the metal Co thin film 9 having different widths I, II and III were patterned on the same substrate. The thickness of the metal Co thin film is about 100 nm
And
【0068】次に、上記基板を800℃に加熱し、金属
Co薄膜上に、アセトンをソースとした熱CVD炭素を
堆積させた。アセトンの導入圧力は1Torrとし、炭
素の堆積量(後述の膜厚)はアセトン導入時間で制御し
た。Next, the substrate was heated to 800 ° C., and thermal CVD carbon using acetone as a source was deposited on the metal Co thin film. The introduction pressure of acetone was 1 Torr, and the amount of carbon deposited (film thickness described later) was controlled by the acetone introduction time.
【0069】上記の方法で得られた金属Co薄膜上の炭
素を走査型電子顕微鏡で観察したところ、数μm大の島
状になって堆積している、すなわち、炭素が堆積してい
る部分とほとんど堆積していない部分があることが分か
った。そこで、上記の炭素が島状に堆積している部分を
原子間力顕微鏡(AFM)により測定し、その段差を堆
積炭素の膜厚とした。When the carbon on the metal Co thin film obtained by the above method was observed with a scanning electron microscope, it was found that the carbon was deposited in the form of islands having a size of several μm. It was found that there was a portion where little was deposited. Therefore, the portion where the carbon was deposited in an island shape was measured by an atomic force microscope (AFM), and the step was taken as the film thickness of the deposited carbon.
【0070】本実施例では、アセトンの導入時間を4通
り変え、堆積炭素の膜厚が1nm、6nm、33nm、
105nmとなったものを用いて、上記の方法によりグ
ラファイトの平均結晶子径を求めた。なお、被分析試料
は室温まで冷却し、大気解放した後に、上記の方法で分
析した。結果を表1に示す。In this embodiment, the introduction time of acetone was changed in four ways, and the film thickness of the deposited carbon was 1 nm, 6 nm, 33 nm,
The average crystallite diameter of graphite was determined by the above method using the material having a diameter of 105 nm. The sample to be analyzed was cooled to room temperature and released to the atmosphere, and then analyzed by the above method. Table 1 shows the results.
【0071】表1において、×印は測定できなかったこ
とを示す。なお、本発明の反射電子のエネルギー損失ス
ペクトルを利用する方法における、該スペクトルの測定
条件は実施例1と同様とした。In Table 1, the mark x indicates that the measurement could not be performed. In the method of using the energy loss spectrum of reflected electrons according to the present invention, the measurement conditions for the spectrum were the same as in Example 1.
【0072】[0072]
【表1】 [Table 1]
【0073】表1より明らかなように、ラマン分光法や
X線回折法など従来の方法では難しかった、深さが10
nm以下の表面かつ1μm四方以下の微小領域に存在す
るグラファイトの平均結晶子径が、本発明の方法を用い
れば精度良くかつ容易に求められることが分かった。As is clear from Table 1, a depth of 10 mm, which was difficult with conventional methods such as Raman spectroscopy and X-ray diffraction, was used.
It has been found that the average crystallite diameter of graphite existing on the surface of not more than nm and in the minute region of not more than 1 μm square can be accurately and easily obtained by using the method of the present invention.
【0074】以上説明したように、本発明の平均結晶子
径の測定方法によれば、電子銃と電子エネルギー分析器
を用いるだけで、深さが10nm以下の表面かつ1μm
四方以下の微小領域に存在するグラファイトの平均結晶
子径を容易に求めることができる。As described above, according to the method for measuring the average crystallite diameter of the present invention, the surface having a depth of 10 nm or less and the thickness of 1 μm can be obtained only by using an electron gun and an electron energy analyzer.
The average crystallite diameter of graphite existing in a small area of four or less sides can be easily obtained.
【0075】続いて、上述したようなグラファイトを主
成分とする炭素薄膜を分析する機構を備えた当該薄膜の
作製装置及び作製方法を説明する。Next, a description will be given of an apparatus and method for manufacturing a thin film having a mechanism for analyzing a carbon thin film containing graphite as a main component as described above.
【0076】実施例3 本実施例では、幅1μm以下の微小領域に、熱CVD法
と反射電子エネルギー損失分光分析を組み合わせ、グラ
ファイトの結晶子径が制御された炭素薄膜を形成させる
例を説明する。Embodiment 3 In this embodiment, an example will be described in which a thermal CVD method and reflection electron energy loss spectroscopy are combined to form a carbon thin film having a controlled crystallite diameter of graphite in a minute region having a width of 1 μm or less. .
【0077】図6は、本例で用いる炭素薄膜の作製装置
の構造を示している。図6において、11は真空容器、
12は電子銃、13は検出系を含む電子エネルギー分析
器、14は試料ステージ、15は被分析試料、16は電
子銃12から放出される1次電子線、17は被分析試料
15の表面で反射した電子、18は試料加熱用電源、1
9はソースガスボンベ、20はバルブ、21は流量制御
装置、22は制御手段である。なお、真空容器11、電
子銃12、分析器13、試料ステージ14により図1と
同様の薄膜の分析系が構成されており、反射電子エネル
ギー損失分光分析には、電子銃として電界放射型電子銃
を、分析器として同心半球型のエネルギー分析器を用い
た。FIG. 6 shows the structure of an apparatus for producing a carbon thin film used in this example. In FIG. 6, 11 is a vacuum container,
12 is an electron gun, 13 is an electron energy analyzer including a detection system, 14 is a sample stage, 15 is a sample to be analyzed, 16 is a primary electron beam emitted from the electron gun 12, and 17 is a surface of the sample 15 to be analyzed. The reflected electrons, 18 is a power supply for heating the sample, 1
9 is a source gas cylinder, 20 is a valve, 21 is a flow control device, and 22 is control means. The vacuum vessel 11, the electron gun 12, the analyzer 13, and the sample stage 14 constitute a thin-film analysis system similar to that shown in FIG. 1. For reflected electron energy loss spectroscopy, a field emission electron gun is used as an electron gun. And a concentric hemispherical energy analyzer was used as an analyzer.
【0078】本実施例における炭素薄膜の形成には、上
記実施例2で用いたものと同様の、図5に示す炭素薄膜
形成及び分析用基板と図6に示す炭素薄膜の作製装置を
用いた。なお、本実施例では、図5中のI部(幅0.5
μm)に、平均結晶子径が2nmとなるグラファイト薄
膜を以下のようにして形成させた。In the present embodiment, the carbon thin film was formed by using the same carbon thin film forming and analyzing substrate as shown in FIG. 5 and the carbon thin film forming apparatus shown in FIG. . In this embodiment, the portion I (width 0.5) in FIG.
μm), a graphite thin film having an average crystallite diameter of 2 nm was formed as follows.
【0079】まず、熱CVDの条件は、ソースガスをア
セトン、導入圧力を1Torr(固定)、初期基板温度
を800℃とした。First, the conditions of the thermal CVD were as follows: the source gas was acetone, the introduction pressure was 1 Torr (fixed), and the initial substrate temperature was 800 ° C.
【0080】反射電子エネルギー損失分光分析の測定条
件は前記実施例1と同様にした。但し、本実施例では被
分析試料を大気解放せずに、同一の真空容器11内で行
った。即ち、一定時間アセトンを導入した後、一度真空
排気し、反射電子エネルギー損失スペクトルを測定し
た。該スペクトル測定中は基板温度は変えず、後述する
ように、該スペクトル測定が終了した後、該スペクトル
を分析し必要が生じた場合はその時点で基板温度を変化
させるよう制御した。この一連の操作を、アセトンガス
導入10分毎に行った。The measurement conditions for the backscattered electron energy loss spectroscopy were the same as in Example 1. However, in this example, the analysis was performed in the same vacuum vessel 11 without exposing the sample to the atmosphere. That is, after acetone was introduced for a certain period of time, the system was evacuated once and the reflected electron energy loss spectrum was measured. During the spectrum measurement, the substrate temperature was not changed. As will be described later, after the spectrum measurement was completed, the spectrum was analyzed, and if necessary, control was performed so that the substrate temperature was changed at that time. This series of operations was performed every 10 minutes after the introduction of acetone gas.
【0081】上記の反射電子エネルギー損失分光分析で
得られた信号は、制御手段22を通し、試料加熱用電源
18にフィードバックさせた。即ち、本実施例では、予
め求めておいた基板温度とグラファイトの結晶子径との
相関関係、更には前述した反射電子エネルギー損失スペ
クトルとグラファイトの結晶子径との相関関係を利用し
た。このようにして、グラファイト薄膜の形成を行った
ところ、アセトンガスを導入し始めてから30分後の基
板温度は780℃となっていた。The signal obtained by the above-described reflected electron energy loss spectroscopy was fed back to the sample heating power supply 18 through the control means 22. That is, in the present embodiment, the correlation between the substrate temperature and the crystallite diameter of graphite, which has been determined in advance, and the correlation between the reflected electron energy loss spectrum and the crystallite diameter of graphite described above were used. When a graphite thin film was formed in this manner, the substrate temperature was 780 ° C. 30 minutes after the introduction of the acetone gas was started.
【0082】この結果、本実施例では、幅1μm以下の
微小領域に、グラファイトの平均結晶子径が深さ方向に
揃った(2nm)薄膜を形成することができた。As a result, in this example, a thin film having an average crystallite diameter of graphite (2 nm) uniform in the depth direction was able to be formed in a minute region having a width of 1 μm or less.
【0083】実施例4 本実施例では、実施例3と同様の装置、同様の方法を用
いて、幅1μm以下の微小領域にグラファイトの平均結
晶子径が10nmとなる薄膜を作製した。Example 4 In this example, a thin film having an average crystallite diameter of graphite of 10 nm was produced in a minute region having a width of 1 μm or less by using the same apparatus and the same method as in Example 3.
【0084】実施例3との違いは、初期基板温度を92
0℃とした点だけである。本実施例においても、グラフ
ァイトの平均結晶子径が深さ方向に揃った薄膜を微小領
域に形成することができた。The difference from the third embodiment is that the initial substrate temperature is
Only at 0 ° C. Also in this example, a thin film in which the average crystallite diameter of graphite was uniform in the depth direction could be formed in a minute region.
【0085】実施例5 本実施例では、実施例3と同様の装置、同様の方法を用
いて、幅1μm以下の微小領域にグラファイトの平均結
晶子径が3nmとなる薄膜を作製した。Example 5 In this example, a thin film having an average crystallite diameter of graphite of 3 nm was formed in a minute region having a width of 1 μm or less by using the same apparatus and the same method as in Example 3.
【0086】実施例3との違いは、図5における金属C
o薄膜9の代わりに金属Ni薄膜を用いたこと、ソース
ガスとしてアセトンの代わりにベンゼンを用いたこと、
初期基板温度を850℃とした点である。本実施例にお
いても、グラファイトの平均結晶子径が深さ方向に揃っ
た薄膜を微小領域に形成することができた。The difference from the third embodiment is that the metal C shown in FIG.
o using a metal Ni thin film instead of the thin film 9, using benzene instead of acetone as a source gas,
The point is that the initial substrate temperature was set to 850 ° C. Also in this example, a thin film in which the average crystallite diameter of graphite was uniform in the depth direction could be formed in a minute region.
【0087】実施例6 本実施例では、実施例3で用いた図6に示す炭素薄膜の
作製装置の代わりに、図7に示す炭素薄膜の作製装置を
用いた以外、熱CVDの条件、反射電子エネルギー損失
分光分析の条件は同様にして炭素薄膜の形成を行った。
なお、図7において、図6と同じ符号は、図6と同じ部
材を示している。Example 6 In this example, the conditions of thermal CVD and reflection were different except that the apparatus for producing a carbon thin film shown in FIG. 7 was used instead of the apparatus for producing a carbon thin film shown in FIG. A carbon thin film was formed under the same conditions for electron energy loss spectroscopy.
7, the same reference numerals as those in FIG. 6 indicate the same members as those in FIG.
【0088】図7の装置は、反射電子エネルギー損失分
光分析機構が炭素薄膜作製容器31とは別の測定容器3
2に設けられており、炭素薄膜作製容器31と測定容器
32とはゲートバルブ33により仕切られている。炭素
薄膜作製容器31内で10分間、炭素薄膜の作製を行っ
た後、被分析試料15を試料ステージ14ごと試料搬送
機構34により測定容器32に搬送し、該容器32内で
反射電子エネルギー損失スペクトルを測定した後、再び
炭素薄膜作製容器31に戻し、反射電子エネルギー損失
分光分析により得られた結果を不図示の制御手段を通じ
て基板温度を調整して炭素薄膜の形成を行った。In the apparatus shown in FIG. 7, the reflected electron energy loss spectroscopic analysis mechanism has a measuring vessel 3 different from the carbon thin film producing vessel 31.
2, the carbon thin film production container 31 and the measurement container 32 are separated by a gate valve 33. After the carbon thin film is manufactured in the carbon thin film manufacturing container 31 for 10 minutes, the sample 15 to be analyzed is transported together with the sample stage 14 to the measurement container 32 by the sample transport mechanism 34, and the reflected electron energy loss spectrum is measured in the container 32. After the measurement, the substrate was returned to the carbon thin film production container 31, and the result obtained by backscattered electron energy loss spectroscopy was used to form a carbon thin film by adjusting the substrate temperature through control means (not shown).
【0089】本実施例においても、グラファイトの平均
結晶子径が深さ方向に揃った薄膜を、微小領域に形成す
ることができた。Also in this example, a thin film in which the average crystallite diameter of graphite was uniform in the depth direction could be formed in a minute region.
【0090】以上説明したように、本発明の薄膜の作製
装置及び作製方法を用いれば、グラファイトなどの紫外
線領域に吸収を持ちかつ結晶構造を有する材料の結晶子
径を制御しながら1μm四方以下の微小領域に当該材料
の薄膜を形成することができる。As described above, by using the apparatus and method for manufacturing a thin film of the present invention, a material having a crystal structure of 1 μm square or less is controlled while controlling the crystallite diameter of a material having a crystal structure, such as graphite, having absorption in the ultraviolet region. A thin film of the material can be formed in a minute region.
【図1】本発明に係る反射電子エネルギー損失分光分析
装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a reflected electron energy loss spectrometer according to the present invention.
【図2】平均結晶子径1、2、8、20nmのグラファ
イトの反射電子エネルギー損失スペクトルである。FIG. 2 is a backscattered electron energy loss spectrum of graphite having an average crystallite diameter of 1, 2, 8, and 20 nm.
【図3】グラファイトのπ→π*損失エネルギーと同ピ
ークの相対強度(弾性散乱ピーク強度で規格化したも
の)の関係を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between π → π * loss energy of graphite and the relative intensity of the same peak (normalized by elastic scattering peak intensity).
【図4】グラファイトのプラズモン損失エネルギーと同
ピークの相対強度(弾性散乱ピーク強度で規格化したも
の)の関係を示す図である。FIG. 4 is a graph showing a relationship between plasmon loss energy of graphite and relative intensity of the same peak (normalized by elastic scattering peak intensity).
【図5】実施例で用いた熱CVD法による炭素薄膜の形
成及び分析用基板の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a substrate for forming and analyzing a carbon thin film by a thermal CVD method used in Examples.
【図6】本発明で用いる炭素薄膜作製装置の一実施形態
を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic view showing one embodiment of a carbon thin film producing apparatus used in the present invention.
【図7】本発明の薄膜作製装置の別の実施形態を示す概
略図である。FIG. 7 is a schematic view showing another embodiment of the thin film production apparatus of the present invention.
1、11 真空容器 2、12 電子銃 3、13 検出系を含む電子エネルギー分析器 4、14 試料ステージ 5、15 被分析試料(基板) 6、16 電子銃2から放出される1次電子線 7、17 被分析試料5の表面で反射した電子 8 石英ガラス基板 9 金属Co薄膜 18 試料加熱用電源 19 ソースガスボンベ 20 バルブ 21 流量制御装置 22 制御手段 31 炭素薄膜形成容器 32 測定容器 33 ゲートバルブ 34 試料搬送機構 1, 11 Vacuum container 2, 12 Electron gun 3, 13 Electron energy analyzer including detection system 4, 14 Sample stage 5, 15 Sample to be analyzed (substrate) 6, 16 Primary electron beam emitted from electron gun 2 7 , 17 Electrons reflected on the surface of the sample 5 to be analyzed 8 Quartz glass substrate 9 Metal Co thin film 18 Sample heating power supply 19 Source gas cylinder 20 Valve 21 Flow control device 22 Control means 31 Carbon thin film forming container 32 Measurement container 33 Gate valve 34 Sample Transport mechanism
Claims (30)
有する材料の平均結晶子径を測定する方法において、被
分析試料に電子線を照射し、反射した電子のエネルギー
損失スペクトルを測定し、該スペクトルを利用すること
を特徴とする測定方法。In a method for measuring the average crystallite diameter of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure, an analyte is irradiated with an electron beam, and an energy loss spectrum of reflected electrons is measured. A measurement method characterized by using a spectrum.
ら3keVの範囲内にあることを特徴とする請求項1に
記載の測定方法。2. The measuring method according to claim 1, wherein the energy of the electron beam is in a range from 200 eV to 3 keV.
なる請求項1に記載の測定方法。3. The method according to claim 1, wherein the sample is made of a material containing carbon as a main component.
イトからなる請求項3に記載の測定方法。4. The measuring method according to claim 3, wherein the material containing carbon as a main component is made of graphite.
mの範囲にあることを特徴とする請求項1、3又は4に
記載の測定方法。5. The material has a crystallite diameter of 2 nm to several tens of nanometers.
The measuring method according to claim 1, 3 or 4, wherein the measuring method is within a range of m.
ら10nm以内の深さ、かつ1μm四方以内の領域にお
ける材料の平均結晶子径を測定することを特徴とする請
求項1、3又は4に記載の測定方法。6. The sample according to claim 1, wherein the sample is a thin film, and the average crystallite diameter of the material in a region within 10 nm from the surface of the thin film and within 1 μm square is measured. 4. The measuring method according to 4.
るプラズモンピークのエネルギー値と、弾性散乱ピーク
に対するプラズモンピークの相対強度、及びバックグラ
ンドの形状の少なくとも一つと、試料となる材料の平均
結晶子径との間の相関関係を用いて結晶子径を求めるこ
とを特徴とする請求項1、3又は4に記載の測定方法。7. An energy value of a plasmon peak appearing in an electron energy loss spectrum, at least one of a relative intensity of the plasmon peak with respect to an elastic scattering peak, and a background shape, and an average crystallite diameter of a sample material. The method according to claim 1, wherein the crystallite diameter is determined using a correlation between the two.
るπ→π*遷移に由来するピークのエネルギー値と、弾
性散乱ピークに対するπ→π*ピークの相対強度、及び
バックグランドの形状の少なくとも一つと、試料となる
材料の平均結晶子径との間の相関関係を用いて結晶子径
を求めることを特徴とする請求項1、3又は4に記載の
測定方法。8. The method according to claim 1, wherein an energy value of a peak derived from a π → π * transition appearing in an electron energy loss spectrum, at least one of a relative intensity of the π → π * peak with respect to an elastic scattering peak, and a shape of a background, The method according to claim 1, wherein the crystallite diameter is determined using a correlation between the material and the average crystallite diameter of the material.
る非弾性散乱電子により形成される連続的なスペクトル
のバックグランドの形状、又は弾性散乱ピークに対する
ある一点の相対強度と、試料となる材料の平均結晶子径
との間の相関関係を用いて結晶子径を求めることを特徴
とする請求項1、3又は4に記載の測定方法。9. The shape of the background of a continuous spectrum formed by inelastic scattered electrons appearing in an electron energy loss spectrum, or the relative intensity of a certain point with respect to an elastic scattering peak, and the average crystallite of a sample material The method according to claim 1, wherein the crystallite diameter is determined using a correlation with the diameter.
を持ちかつ結晶構造を有する材料の薄膜を作製する装置
において、薄膜作製容器と、該装置に反射電子エネルギ
ー損失分光分析機構を備えることを特徴とする薄膜の作
製装置。10. An apparatus for producing a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and having a crystal structure by a chemical vapor reaction, comprising a thin film production container and a reflected electron energy loss spectroscopic analysis mechanism. Thin film manufacturing apparatus.
機構が、薄膜作製容器に設けられていることを特徴とす
る請求項10に記載の薄膜の作製装置。11. The thin film producing apparatus according to claim 10, wherein the reflected electron energy loss spectroscopic analysis mechanism is provided in a thin film producing container.
機構が、薄膜作製容器とゲートバルブで仕切られた別の
容器に設けられていることを特徴とする請求項10に記
載の薄膜の作製装置。12. The apparatus for producing a thin film according to claim 10, wherein said reflected electron energy loss spectroscopy mechanism is provided in another container separated from a thin film production container by a gate valve.
機構が、少なくとも電子銃と電子エネルギー分析器とを
有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜の作製
装置。13. The apparatus for producing a thin film according to claim 10, wherein the reflected electron energy loss spectroscopy mechanism has at least an electron gun and an electron energy analyzer.
0乃至13の何れかに記載の薄膜の作製装置。14. The thin film is a carbon thin film.
An apparatus for producing a thin film according to any one of 0 to 13.
分とする炭素薄膜であることを特徴とする請求項14に
記載の薄膜の作製装置。15. The apparatus according to claim 14, wherein the carbon thin film is a carbon thin film containing graphite as a main component.
る炭素薄膜であり、かつ、該グラファイトの平均結晶子
径が2nm〜数十nmの範囲にあることを特徴とする請
求項14に記載の薄膜の作製装置。16. The thin film according to claim 14, wherein the carbon thin film is a carbon thin film made of graphite, and the average crystallite diameter of the graphite is in a range of 2 nm to several tens nm. Production equipment.
下、かつ/又は、該薄膜の組み込まれる領域が1μm四
方以下であることを特徴とする請求項14又は15に記
載の薄膜の作製装置。17. The apparatus according to claim 14, wherein the thickness of the carbon thin film is 100 nm or less, and / or the area where the thin film is incorporated is 1 μm square or less.
機構からの信号に基づき、薄膜を作製する条件を制御す
る機構が付加されていることを特徴とする請求項10に
記載の薄膜の作製装置。18. The apparatus for producing a thin film according to claim 10, further comprising a mechanism for controlling conditions for producing the thin film based on a signal from the reflected electron energy loss spectroscopy analysis mechanism.
機構が、200eVから3keVの範囲のエネルギーを
有する1次電子線を照射する手段を有することを特徴と
する請求項10に記載の薄膜の作製装置。19. The apparatus for producing a thin film according to claim 10, wherein the reflected electron energy loss spectroscopy mechanism has means for irradiating a primary electron beam having an energy in the range of 200 eV to 3 keV.
を持ちかつ結晶構造を有する材料の薄膜を作製する方法
において、大気解放せずに、薄膜の化学状態を反射電子
エネルギー損失分光分析法により分析し、得られた結果
を薄膜作製条件にフィードバックしながら薄膜の作製を
行うことを特徴とする薄膜の作製方法。20. A method for producing a thin film of a material having an absorption in the ultraviolet region and a crystal structure by a chemical vapor reaction, wherein the chemical state of the thin film is analyzed by reflected electron energy loss spectroscopy without opening to the atmosphere. And producing the thin film while feeding back the obtained results to the thin film production conditions.
法による分析が、被分析試料に電子線を照射し、反射し
た電子のエネルギー損失スペクトルを測定し、該スペク
トルを利用するものであることを特徴とする請求項20
に記載の薄膜の作製方法。21. The method according to claim 19, wherein the analysis by reflected electron energy loss spectroscopy is performed by irradiating a sample to be analyzed with an electron beam, measuring an energy loss spectrum of reflected electrons, and using the spectrum. Claim 20
3. The method for producing a thin film according to 1.
法による分析に、少なくとも電子銃と電子エネルギー分
析器を使用することを特徴とする請求項20に記載の薄
膜の作製方法。22. The method according to claim 20, wherein at least an electron gun and an electron energy analyzer are used for the analysis by the reflected electron energy loss spectroscopy.
法による分析に使用する1次電子線のエネルギーが20
0eVから3keVの範囲にあることを特徴とする請求
項20に記載の薄膜の作製方法。23. The energy of a primary electron beam used for analysis by the reflected electron energy loss spectroscopy is 20.
21. The method according to claim 20, wherein the thickness is in a range of 0 eV to 3 keV.
乃至23の何れかに記載の薄膜の作製方法。24. The thin film is a carbon thin film.
24. The method for producing a thin film according to any one of items 23 to 23.
分とする炭素薄膜であることを特徴とする請求項24に
記載の薄膜の作製方法。25. The method according to claim 24, wherein the carbon thin film is a carbon thin film containing graphite as a main component.
る炭素薄膜であり、かつ、該グラファイトの平均結晶子
径が2nm〜数十nmの範囲にあることを特徴とする請
求項24に記載の薄膜の作製方法。26. The thin film according to claim 24, wherein the carbon thin film is a carbon thin film made of graphite, and the average crystallite diameter of the graphite is in a range of 2 nm to several tens nm. Production method.
下、かつ/又は、該薄膜の組み込まれる領域が1μm四
方以下であることを特徴とする請求項24又は25に記
載の薄膜の作製方法。27. The method for producing a thin film according to claim 24, wherein the thickness of the carbon thin film is 100 nm or less, and / or the area where the thin film is incorporated is 1 μm square or less.
よる分析が、電子エネルギー損失スペクトル中に現れる
プラズモンピークのエネルギー値と、弾性散乱ピークに
対するプラズモンピークの相対強度、及びバックグラン
ドの形状の少なくとも一つと、薄膜材料の平均結晶子径
との間の相関関係を用いて薄膜の結晶子径を求めること
を特徴とする請求項20、24又は25に記載の薄膜の
作製方法。28. The analysis by reflected electron energy loss spectroscopy, wherein at least one of an energy value of a plasmon peak appearing in an electron energy loss spectrum, a relative intensity of the plasmon peak with respect to an elastic scattering peak, and a shape of a background, 26. The method for producing a thin film according to claim 20, wherein the crystallite diameter of the thin film is obtained using a correlation between the average crystallite diameter of the thin film material.
よる分析が、電子エネルギー損失スペクトル中に現れる
π→π*遷移に由来するピークのエネルギー値と、弾性
散乱ピークに対するπ→π*ピークの相対強度、及びバ
ックグランドの形状の少なくとも一つと、薄膜材料の平
均結晶子径との間の相関関係を用いて結晶子径を求める
ことを特徴とする請求項20、24又は25に記載の薄
膜の作製方法。29. The analysis by reflected electron energy loss spectroscopy shows that the energy value of the peak derived from the π → π * transition appearing in the electron energy loss spectrum, the relative intensity of the π → π * peak with respect to the elastic scattering peak, 26. The method for producing a thin film according to claim 20, wherein the crystallite diameter is obtained by using a correlation between at least one of the shapes of the background and the average crystallite diameter of the thin film material. .
よる分析が、電子エネルギー損失スペクトル中に現れる
非弾性散乱電子により形成される連続的なスペクトルの
バックグランドの形状、又は弾性散乱ピークに対するあ
る一点の相対強度と、薄膜材料の平均結晶子径との間の
相関関係を用いて結晶子径を求めることを特徴とする請
求項20、24又は25に記載の薄膜の作製方法。30. The analysis by the reflected electron energy loss spectroscopy is performed by determining the shape of the background of a continuous spectrum formed by inelastic scattered electrons appearing in the electron energy loss spectrum, or the relative position of a point to an elastic scattering peak. 26. The method for producing a thin film according to claim 20, wherein the crystallite diameter is determined using a correlation between the strength and the average crystallite diameter of the thin film material.
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Country | Link |
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JP (1) | JPH1192945A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009249654A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for forming graphite film |
CN114460114A (en) * | 2022-04-13 | 2022-05-10 | 季华实验室 | Sample analysis method, device, apparatus and storage medium |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP10207986A patent/JPH1192945A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009249654A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for forming graphite film |
CN114460114A (en) * | 2022-04-13 | 2022-05-10 | 季华实验室 | Sample analysis method, device, apparatus and storage medium |
CN114460114B (en) * | 2022-04-13 | 2022-06-21 | 季华实验室 | Sample analysis method, device, apparatus and storage medium |
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