(57)【要約】【課題】  大気中での試料状態を維持したまま、短時間で電子ビームで観察することが可能となる試料移送方法、試料移送装置、静電潜像測定装置を提供する。【解決手段】  電子ビーム照射部は電子ビームを発生させるための電子銃と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズと、電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャと、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランカとビームブランカを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ（偏向コイル）と走査レンズを再び集光させるための対物レンズからなる。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。試料は、円筒形状あるいは、円筒形状の部材の側面上に配置しており、直進運動により、大気中から電子ビームを照射する装置内に移動可能な構成となっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で試料に荷電粒子ビームを照射する装置に、前記試料を移送する際の試料移送方法であって、
荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ前記試料を移送することを特徴とする試料移送方法。
【請求項２】
真空中で試料に荷電粒子ビームを照射する装置に、前記試料を移送する試料移送装置であって、
荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ前記試料を移送する手段を有することを特徴とする試料移送装置。
【請求項３】
前記試料が電荷分布を有する誘電体であることを特徴とする請求項２に記載の試料移送装置。
【請求項４】
前記誘電体は、感光体であることを特徴とする請求項３に記載の試料移送装置。
【請求項５】
前記試料が円筒形状であることを特徴とする請求項２に記載の試料移送装置。
【請求項６】
大気中と装置との境界を弾性体でシーリングする手段を有することを特徴とする請求項２に記載の試料移送装置。
【請求項７】
試料移送部分にさらに差動排気手段を有することを特徴とする請求項２に記載の試料移送装置。
【請求項８】
移動方向に垂直な前記試料の断面が非円形形状であることを特徴とする請求項２記載の試料移送装置。
【請求項９】
前記試料が大気中から荷電粒子ビームを照射領域に到達するまでの時間が前記試料の緩和時間以下であることを特徴とする請求項２に記載の試料移送装置。
【請求項１０】
請求項２から９の何れか１項に記載の試料移送装置と、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査する手段と、２次電子を検出する手段を有すること特徴とする静電潜像測定装置。
【請求項１１】
大気中にさらに帯電手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の静電潜像測定装置。
【請求項１２】
大気中にさらに潜像形成手段を有することを特徴とする請求項１０記載の静電潜像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中にある試料の状態を短時間で電子ビームによって観察する試料移送方法、試料移送装置、静電潜像測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気中の試料に対して、電子ビームを照射して分析あるいは観察する際に、測定対象物が時間的に変化するような試料である場合には、いかに短い時間で、電子ビームが照射可能な領域に試料を移動して、観察可能な状態にするかが、非常に重要である。
【０００３】
しかしながら、通常の電子顕微鏡では、試料を真空チャンバにセットして、チャンバを大気から電子ビームが照射可能な真空状態に減圧し、その後試料を電子ビームが走査可能な領域に移動する工程をとる必要がある。時間短縮の手段として、試料をサブチャンバにセットする方法もあるが、この場合でも、約数分の時間を要する。このため、測定可能な状態に試料を配置したときには、試料の状態が変化して、測定することができない場合がある。
【０００４】
そこで荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ試料を短い時間で移送することが必要とされる。そして、大気中にある試料に対して、短時間で電子ビームによる像を観察することが可能な装置の開発が望まれる。
【０００５】
また具体的な応用例としては、試料の表面電荷分布や静電潜像を測定することが可能な装置の開発も望まれる。
【０００６】
なお、試料の移動に関し差動排気系を使用した従来技術がある（特許文献１参照）。
【０００７】
複写機やレーザープリンタといった電子写真方式における出力画像を得るためには、各工程それぞれでのプロセスファクターやプロセスクォリティは、最終的な出力画像品質に大きく影響を与える。さらに近年では、高画質に加えて、高耐久、高安定、さらに省エネルギー化など環境に優しい作像プロセスの要求が高まり、各工程のプロセスクォリティを向上させる必要がある。作像プロセスにとっては、露光に伴う感光体上の静電潜像が、トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクターであり、その挙動を把握することが必要である。このため、感光体上の静電潜像の品質を評価する事は、極めて重要である。
【０００８】
感光体の静電潜像を測定して、設計にフィードバックすることにより、各工程のプロセスクォリティが向上するため、その結果、高画質、高耐久、高安定、さらに省エネルギー化の実現が期待できる。
【０００９】
従来技術としては、カンチレバーなどのセンサヘッドを電位分布を有する試料に近づけ、そのときの相互作用としておこる、静電引力や誘導電流を計測して、電位分布に換算する方式で、静電引力タイプはＳＰＭ（scanning probe microscope ）として市販されており、また誘導電流タイプは特許文献２、３などいくつか報告がある。しかしながら、これらの方式を用いるためには、センサヘッドを試料に近接させる必要がある。
【００１０】
例えば、１０μｍの空間分解能を得るためには、センサと試料との距離は１０μｍ以下にする必要がある。このような条件では、
・絶対距離計測が必要となる。
・測定に時間がかかり、その間に潜像状態が変化する。
・放電、吸着が起こる。
・センサ自身が電場を乱す。
といった大きな問題点を有しており、実使用上静電潜像を測定することはできない。
【００１１】
従来技術で静電潜像の可視化するためには、トナーと呼ぶ着色微粉末に電荷を与え、この電荷を持ったトナーと静電潜像との間に働くクーロン力によって現像を行い、さらにこのトナー像を紙やテープに転写させる方法が一般にとられている。しかしながら、これでは、現像、転写のプロセスを経由しているので、静電潜像を計測したことにはならない。
【００１２】
電子ビームなどの荷電粒子ビームをプローブとして測定する方式は感光体など誘電体試料の静電潜像を測定するために有効である。また、帯電手段はコロナ放電など、気体放電による電離現象を利用するため、この方法では大気（気体）が存在する場所でなければ実現できない。帯電現象と静電潜像との関係を把握するには、大気中で静電潜像を形成し、それを電子ビームで走査して２次電子検出信号を観察することが必要である。
【特許文献１】特開２０００−２５８３６９号公報
【特許文献２】特許第３００９１７９号公報
【特許文献３】特開平１１−１８４１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、感光体の場合は、抵抗値が無限大ではないので、電荷を長時間保持できず、暗減衰が生じ時間とともに表面電位が低下してしまう。感光体が電荷を保持できる時間すなわち緩和時間τは、暗室であってもせいぜい数十秒である。なおここで緩和時間τ（ｓｅｃ）は、以下の式で定義する。
Ｖ＝V0×ｅｘｐ（−ｔ／τ）
V0：初期帯電電位、Ｖ：暗減衰ｔ（ｓｅｃ）後の帯電電位
【００１４】
従って、帯電・露光後に電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で観察しようとしても、その準備段階で静電潜像は消失してしまう。従って、最低でも数十秒より短い時間で測定することが必要であり、願わくば、プロセススピードに相当する数百ｍｓで測定することが望まれる。
【００１５】
従って、実使用環境である大気中で静電潜像を形成し、その状態を電子ビーム照射可能な真空内に短い時間で移動する必要がある。この方法を用いて、感光体の静電潜像分布をミクロンオーダーの分解能で測定することが可能となる。なおここで静電潜像とは、誘電体に電荷が分布した状態のことを指す。
【００１６】
本発明では上記の測定方法を実現する試料移送方法、試料移送装置、静電潜像測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明では、真空中で試料に荷電粒子ビームを照射する装置に、前記試料を移送する際の試料移送方法であって、荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ前記試料を移送することを特徴とする。
【００１８】
＜請求項１に対する作用効果＞
荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ試料を移送することにより、非常に短い時間で試料を大気から真空内へ移動させることが可能となるので、大気中での試料状態を維持したまま、電子ビームで観察することが可能となる。
【００１９】
請求項２に係る発明では、真空中で試料に荷電粒子ビームを照射する装置に、前記試料を移送する試料移送装置であって、荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ前記試料を移送する手段を有することを特徴とする。
【００２０】
＜請求項２に対する作用効果＞
荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ試料を移送することにより、非常に短い時間で試料を大気から真空内へ移動させることが可能となるので、大気中での試料状態を維持したまま、電子ビームで観察することが可能な装置を提供することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明では、請求項２に記載の試料移送装置であって、前記試料が電荷分布を有する誘電体であることを特徴とする。
【００２２】
＜請求項３に対する作用効果＞
試料が電荷分布を高分解能に測定することが可能となる。
【００２３】
請求項４に係る発明では、請求項３に記載の試料移送装置であって、前記誘電体は、感光体であることを特徴とする。
【００２４】
＜請求項４に対する作用効果＞
従来は測定することがきわめて困難であった大気中での感光体の状態を観察することができる。
【００２５】
請求項５に係る発明では、請求項２に記載の試料移送装置であって、前記試料が円筒形状であることを特徴とする。
【００２６】
＜請求項５に対する作用効果＞
試料が円筒形状であるため真空シーリングが容易に実現できる。
【００２７】
請求項６に係る発明では、請求項２に記載の試料移送装置であって、大気中と装置との境界を弾性体でシーリングする手段を有することを特徴とする。
【００２８】
＜請求項６に対する作用効果＞
大気中と装置との境界を弾性体でシーリングすることにより、真空シーリングが容易に実現できる。
【００２９】
請求項７に係る発明では、請求項２に記載の試料移送装置であって、試料移送部分にさらに差動排気手段を有することを特徴とする。
【００３０】
＜請求項７に対する作用効果＞
試料移送部分に差動排気手段を有することにより、非接触かつ高速に移動することが可能となる。
【００３１】
請求項８に係る発明では、請求項２記載の試料移送装置であって、移動方向に垂直な前記試料の断面が非円形形状であることを特徴とする。
【００３２】
＜請求項８に対する作用効果＞
形状に即したシーリング部材を用いることにより移動方向に垂直な試料断面が非円形形状であっても測定可能となる。
【００３３】
請求項９に係る発明では、請求項２に記載の試料移送装置であって、前記試料が大気中から荷電粒子ビームを照射領域に到達するまでの時間が前記試料の緩和時間以下であることを特徴とする。
【００３４】
＜請求項９に対する作用効果＞
試料が大気中から荷電粒子ビームを照射領域に到達するまでの時間が試料の緩和時間以下で移送可能な装置を用いることにより、試料の電荷分布状態を維持したまま測定することが可能となる。
【００３５】
請求項１０に係る発明は、静電潜像測定装置に関するものであって、請求項２から９の何れか１項に記載の試料移送装置と、荷電粒子ビームを走査する装置内で、試料面を荷電粒子ビームで走査する手段と、２次電子を検出する手段を有すること特徴とする。
【００３６】
＜請求項１０に対する作用効果＞
感光体の静電潜像をミクロンオーダーの高分解能で測定することが可能となる。
【００３７】
請求項１１に係る発明では、請求項１０に記載の静電潜像測定装置であって、大気中にさらに帯電手段を有することを特徴とする。
【００３８】
＜請求項１１に対する作用効果＞
大気中に帯電手段を有することにより、コロナ放電など、大気を必要とする放電手段による帯電手段を用いることができる。
【００３９】
請求項１２に係る発明では、請求項１０記載の静電潜像測定装置であって、大気中にさらに潜像形成手段を有することを特徴とする。
【００４０】
＜請求項１２に対する作用効果＞
大気中に潜像形成手段を有することにより、実使用環境と同じ条件での静電潜像を測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば荷電粒子ビームを照射することが可能な状態を維持したまま、大気中から荷電粒子ビームを走査する装置内へ試料を移送することにより、非常に短い時間で試料を大気から真空内へ移動させることが可能となるので、大気中での試料状態を維持したまま、電子ビームで観察することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００４３】
（電子ビーム照射に係る装置構成及び動作）
図１に示した本実施形態の装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部、試料設置部、２次電子や反射電子などの検出部からなる。ここでいう、荷電粒子とは、電子ビームあるいはイオンビームなど電界や磁界の影響を受ける粒子を指す。以下電子ビームを照射する実施例で説明する。
【００４４】
電子ビーム照射部は電子ビームを発生させるための電子銃と、電子銃から発生された電子ビームを集束させるためのコンデンサレンズと、電子ビームの照射電流を制御するためのアパーチャと、電子ビームをＯＮ／ＯＦＦさせるためのビームブランカとビームブランカを通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ（偏向コイル）と走査レンズを再び集光させるための対物レンズからなる。それぞれのレンズ等には、図示しない駆動用電源が接続されている。なお、イオンビームの場合には、電子銃の代わりに液体金属イオン銃などを用いる。２次電子といった検出器には、シンチレータや光電子増倍管などを用いている。
【００４５】
試料は、円筒形状あるいは、円筒形状の部材の側面上に配置しており、直進運動により、大気中から電子ビームを照射する装置内に移動可能な構成となっている。
【００４６】
図２に試料の移動の機構を示す。断面図が示す通り、試料側面を溝に装着されたゴムシール剤などの弾性体で覆ってシールドされており、大気と真空とを遮断している。試料は、直進運動が可能な構成となっており、移動の際もシール剤の効果により、大気が装置内に混入するのを防止することができる。移送物体が円筒形状の場合は、ゴムシール剤としてＯリングがよい（図３参照）。Ｏリングは、断面が円形（Ｏ形）をしたパッキン（シール）であり、気体の真空シールとして簡易で適している。大気上にある試料は、直進運動によってＯリング部を通過して、真空内に入り、電子ビームを照射する領域に到達する。そこで、電子ビームを走査して２次電子を検出することにより、試料の状態を観察することが可能となる。このような移送方式を用いることにより数秒以下程度の時間で大気中から電子を照射する領域に試料を移動することが可能となる。
【００４７】
ただし、Ｏリングは摺動抵抗が大きいので、高速にあるいは非接触に移動させるためには、差動排気によりシールすることがよい。差動排気によるシーリング手段の実施例を図４に示す。試料とスリーブには、わずかな隙間があり非接触の状態を保っている。スリーブには、吸気口があり、ここから、気体を吸気することで、試料とスリーブの距離を一定に保っている。また、真空部と大気とをシールするために排気口１、２、３があり、これによりそれぞれ排気する。このような差動排気手段により真空側に向かうに従って、真空度をあげることができる。これにより、電子を照射するのに問題のない真空度に減圧することが可能となる。
【００４８】
図１が直進運動により、試料が大気側と真空側を移送する方式であるのに対し、図６は、回転運動により、試料が大気側と真空側を移送する方式の実施例である。このような回転移送方式では、数百ｍｓ以下と非常に短い時間で大気中から電子を照射する領域に試料を移動することが可能となる。
【００４９】
なお試料及び試料を保持する部材が角材などで断面が非円形形状でない場合には、断面形状にあったゴムシール剤を覆うことにより、シーリングすることができる（図５）。
【００５０】
（感光体潜像測定に係る装置構成）
図７に感光体潜像測定に係る装置構成を示す。試料を移動することにより、帯電手段となる帯電ユニット、露光手段となる露光ユニットを通過後に、電子ビームを照射する構成となっている。
【００５１】
帯電ユニットの構成を図８及び図９に示す。コロトロン帯電器（図８）は、タングステンなどによるコロナワイヤを方形あるいは円筒状の金属でシールドした形状をしている。試料側に開口部を設け、コロナワイヤに数〜十数ｋＶの高電圧を印可することでコロナ放電を起こし、この開口部からワイヤの同極性のイオンを取り出して、試料を帯電させる。
【００５２】
また、スコロトロン帯電器（図９）はコロトロンの開口面にシールド電極とは絶縁してグリッド電極を配置した構成である。コロトロン帯電に比べて、帯電の均一性に優れている。
【００５３】
露光ユニットの一例を図１０に示す。露光部は、感光体に関して、感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）などの光源、コリーメートレンズ、開口、結像レンズや走査レンズなどからなり、試料上に所望のビーム径、ビームプロファイルを生成することが可能となっている。
【００５４】
また、ＬＤ制御手段により適切な露光時間、露光エネルギーを照射できるようになっている。ラインのパターンを形成するために、光学系にガルバノミラーやポリゴンミラーを用いたスキャニング機構を付けても良い。
【００５５】
（感光体潜像測定に係る動作）
まず、感光体試料を帯電ユニットを通過することにより、所望の帯電電位で一様に帯電する。
【００５６】
次に露光光学系により感光体試料に露光を行う。感光体に関して、感度を持つ波長のＬＤ（レーザダイオード）などの光源を選択する。また、露光エネルギーは、試料面上での光パワーの時間積分で表すことができるので、ＬＤの点灯時間を制御することにより所望の露光エネルギを照射することができる。
【００５７】
感光体の構成は、主に図１３に示すように、導電性支持体の上に電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）層から構成され、表面電荷が帯電している状態で、露光されると、ＣＧＬの電荷発生材料（ＣＧＭ）によって、光が吸収され、正負両極性のチャージキャリアが発生する。このキャリアは、電界によって、一方は、ＣＴＬに他方は、導電性支持体に注入される。ＣＴＬに注入されたキャリアはＣＴＬ中を電界によって、ＣＴＬ表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消去する。これにより、感光体表面に電荷分布すなわち静電潜像を形成することができる。
【００５８】
感光体試料を電子ビームで走査し、放出される２次電子をシンチレータで検出し、電気信号に変換して電位コントラスト像を測定する。
【００５９】
試料表面に電荷分布があると、空間に表面電荷分布に応じた電界分布が形成される。このため、入射電子によって、発生した２次電子はこの電界によって押し戻され、検出器に到達する量が減少する。従って、電界強度が強い部分は暗く、弱い部分は明るくコントラストがつき、表面電荷分布に応じたコントラスト像を検出することができる。すなわち試料に形成された静電潜像を測定することができる。
【００６０】
図１１は、露光ユニットを大気中に配置し、大気中で潜像を形成する実施例に係る装置構成図である。試料が誘電体で有れば、潜像形成ユニットは、静電記録方式など、電荷分布を直接形成する方式であってもよい。試料が感光体の場合には、潜像形成ユニットは、帯電ユニットと露光ユニットからなる方式とであってもよい。
【００６１】
また試料が、円筒形状の感光体を測定する場合は図１２のような構成をとることができる。
【００６２】
このような方法を用いることにより、実使用環境に近い状態で感光体の静電潜像を測定することが可能となる。またプロセススピードに相当する数百ｍｓ以下の静電潜像の分布状態を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】電子ビーム照射に係る装置構成図である。
【図２】試料移動の機構に関する断面図である。
【図３】円筒形状の試料及びＯリング型のシーリング剤の外観図である。
【図４】差動排気によるシーリング手段の断面図である。
【図５】角材の試料及びゴムシール剤の外観図である
【図６】試料の回転移送方式による装置構成図である。
【図７】感光体潜像測定に係る装置構成図である。
【図８】コロトロン帯電器の構成図である。
【図９】スコロトロン帯電器の構成図である。
【図１０】露光ユニットの構成の一例である。
【図１１】露光ユニットを大気中に配置し、大気中で潜像を形成する実施例に係る装置構成図である。
【図１２】試料が円筒形状の感光体を測定する場合にて、露光ユニットを大気中に配置し、大気中で潜像を形成する実施例に係る装置構成図である。
【図１３】感光体の構成図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005085518.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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