(57)【要約】【課題】物体の表面電位分布を２次電子によらずに極めて高精度に測定する。【解決手段】表面電位分布を有する試料０に対して荷電粒子ビームを２次元的に走査し、この走査によって得られる検出信号により、試料の表面電位分布を測定する方法において、２次元的な走査により試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの上記試料表面における法線方向の成分が反転した荷電粒子を検出して検出信号を得る。【選択図】                  図１
2005166542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面電位分布を有する試料に対して荷電粒子ビームを２次元的に走査し、この走査によって得られる検出信号により、試料の表面電位分布を測定する方法において、
２次元的な走査により試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの上記試料表面における法線方向の成分が反転した荷電粒子を検出して検出信号を得ることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の表面電位分布の測定方法において、
試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加することを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項３】
請求項２記載の表面電位分布の測定方法において、
試料表面の表面電位分布に対して印加される均一なバイアス電位を変化させ、バイアス電位を変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、上記表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の表面電位分布の測定方法において、
試料に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの荷電粒子に対する加速電圧を変化させ、上記加速電圧を変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、上記表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の表面電位分布の測定方法において、
試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加し、且つ、加速電圧および／またはバイアス電位を変化させるたびに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、上記表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項６】
請求項１〜５の任意の１に記載の表面電位分布の測定方法において、
表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームとして、電子ビームを用いることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項７】
請求項１〜５の任意の１に記載の表面電位分布の測定方法において、
表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームとして、イオンビームを用いることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項８】
請求項１〜７の任意の１に記載の表面電位の測定方法において、
表面電位分布を有する試料に対して、荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させることを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項９】
請求項１〜８の任意の１に記載の表面電位分布の測定方法において、
光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布を測定対象として測定を行うことを特徴とする表面電位分布の測定方法。
【請求項１０】
請求項１記載の表面電位分布の測定方法を実施するための装置であって、
表面電位分布を有する試料の、上記表面電位を有する面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段と、
上記荷電粒子ビームのうちで、その入射速度ベクトルの上記試料表面における法線方向の成分が反転した荷電粒子を捕獲手段により捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、上記表面電位分布状態を測定する測定手段とを有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の表面電位分布測定装置において、
試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の表面電位分布測定装置において、
バイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させるバイアス電位可変手段と、
２以上の異なるバイアス電位の印加状態での測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１３】
請求項１０または１１記載の表面電位分布測定装置において、
試料に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの荷電粒子に対する加速電圧を変化させる加速電圧可変手段と、
２以上の異なる加速電圧による測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の表面電位分布測定装置において、
試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段およびこのバイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させるバイアス電位可変手段とを有し、
バイアス電位および／または加速電圧が異なる状態における測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１５】
請求項１０〜１４の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームの発生源として電子銃を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１６】
請求項１０〜１４の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームの発生源として液体金属イオン銃を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１７】
請求項１０〜１６の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が、荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させるように設定され、
測定手段における捕獲手段が、上記走査領域を介して荷電粒子ビームの入射方向と逆側に配置されたことを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１８】
請求項１０〜１７の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布を測定対象として測定を行うものであり、
測定試料としての光導電性試料を均一帯電させる帯電手段と、
均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段を有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の表面電位分布測定装置において、
露光手段が、マスクパターンを投影露光させるものであることを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の表面電位分布測定装置において、
露光手段が、光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に、露光用の光路を設定されたことを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の表面電位分布測定装置において、
露光手段が、光走査により潜像パターンを書込むものであることを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項２２】
請求項１８〜２１の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
露光手段が露光用の光源として半導体レーザを有することを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項２３】
請求項１８〜２２の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
露光手段の露光時間を制御可能としたことを特徴とする表面電位分布測定装置。
【請求項２４】
請求項１８〜２３の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、
荷電粒子ビーム走査手段が、２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料を均一に帯電させるものであって、光導電性試料の帯電手段を兼ねることを特徴とする表面電位分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表面電位分布の測定方法および表面電位分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体表面における表面電位分布を電子ビームの走査により観察もしくは測定する方法が知られている（特許文献１等）。この方法は、表面電位分布を有する測定試料に電子ビームを走査し、走査に伴い測定試料において発生する２次電子を検出することにより、表面電位分布を観察もしくは測定するものであるが、測定対象となる測定試料は、ＬＳＩチップ等「その表面に電荷を十分に長い時間保持できるもの」である。
【０００３】
アナログやデジタルの電子式複写装置や光プリンタ等で、帯電・露光により光導電性の感光体上に形成される静電潜像は「トナー粒子の挙動に直接影響を与えるファクタ」であり、感光体上における静電潜像の品質評価が重要である。感光体上の静電潜像を測定し、その結果を設計にフィードバックできれば、帯電工程や露光工程でのプロセスクォリティの向上を図ることができ、その結果、画質・耐久性・安定性や省エネルギ化のさらなる向上が期待できる。
【０００４】
しかしながら、光導電性の感光体に形成された静電潜像は、暗減衰により短時間で消失してしまうため「測定可能な時間」は数十秒程度しかなく、上記特許文献１記載の方法では測定の準備段階で静電潜像が消失してしまうため、測定を行うことができない。発明者は、暗減衰を有する感光体上の静電潜像であっても測定可能な測定方式を提案した（特許文献２、３）。
【０００５】
特許文献１に記載された発明では、電子ビームの走査に伴い、走査される測定試料において発生する２次電子が検出されるが、２次電子の放出量は「測定試料の材質や表面の凹凸状態」に依存するので、理論的予測や「表面電位分布と２次電子放出量の対応関係を規制するための２次電子放出量制御」が容易でない。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−４９１４３号公報
【特許文献２】特願２００２−１０３３５５
【特許文献３】特願２００３−  ４３５８７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、物体の表面電位分布を２次電子によらずに極めて高精度に測定できる表面電位分布の測定方法およびこの測定方法を実施するための表面電位分布測定装置の実現を課題とする。この発明はまた、光導電性の感光体に形成される「暗減衰を伴う静電潜像」による表面電位分布をも良好に測定できる表面電位分布測定装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の表面電位分布の測定方法は「表面電位分布を有する試料に対して荷電粒子ビームを２次元的に走査し、この走査によって得られる検出信号により、試料の表面電位分布を測定する方法」であって、以下の特徴を有する（請求項１）。
【０００９】
即ち、荷電粒子ビームの２次元的な走査により試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの「試料表面における法線方向の成分」が反転した荷電粒子を検出して検出信号を得る。  
「２次元的な走査」は、荷電粒子ビームにより試料の２次元的な面積領域を均一に走査することを意味する。
【００１０】
ここに測定対象としての「表面電位分布」は、試料における実質的な表面即ち「試料表面及びその極く近傍（表面から数μｍ程度）の領域」における電位の分布である。表面電位分布を発生させる原因は、試料表面に存在する電荷（イオン等）や、試料の表面層にある程度局在的に存在する電荷（試料表面に撃ち込まれて捕獲されたイオンや、試料表面に撃ち込まれた電子が材料分子の電子軌道に捕獲され、上記材料分子をマイナスイオン化した状態で表面層部分に留まっているもの）である場合もあるし、試料表面部が導電性であってこの部分に外部から電圧が印加されて試料表面に電位分布を生じている場合もある。
【００１１】
請求項１記載の表面電位分布の測定方法において「試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位」を印加することができる（請求項２）。ここに「バイアス電位が均一である」とは、バイアス電位が「測定試料の表面電位分布を有する面の電位を、実質的に均一に変化させる」ことを意味する。バイアス電位の極性は、測定対象としての表面電位分布の極性と同極性であることもできるし逆極性であることもできる。
【００１２】
請求項２記載の表面電位分布の測定方法においては、試料表面の表面電位分布に対して印加される均一なバイアス電位を変化させ、バイアス電位を変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき「表面電位分布のプロファイルを演算的に求める」ことができる（請求項３）。
【００１３】
上記請求項１または２記載の表面電位分布の測定方法においては、試料に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの荷電粒子に対する加速電圧を変化させ、加速電圧を変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることができる（請求項４）。この請求項４記載の測定方法の場合には、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加し、且つ、加速電圧および／またはバイアス電位を変化させるたびに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることができる（請求項５）。即ち、請求項３記載の測定方法と請求項４における測定方法とは「併用」できる。
【００１４】
上記請求項１〜５の任意の１に記載の表面電位分布の測定方法において、表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームとしては「電子ビーム」を用いる（請求項６）ことも、「イオンビーム」を用いる（請求項７）こともできる。
【００１５】
請求項１〜７の任意の１に記載の表面電位の測定方法において、荷電粒子の照射を行う方向は、測定試料における「走査領域の中央部において荷電粒子ビームの入射方向が測定試料面の法線方向に平行となる」ようにできるが、これに限らず「表面電位分布を有する試料に対して荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させる」ことができる（請求項８）。
【００１６】
上記請求項１〜８の任意の１に記載の表面電位分布の測定方法は「光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布」を測定対象として測定を行うことができる（請求項９）。
【００１７】
請求項１０記載の表面電位分布測定装置は上記請求項１記載の測定方法を実施するための装置であって、荷電粒子ビーム走査手段と、測定手段とを有する。  
「荷電粒子ビーム走査手段」は、荷電粒子ビームによる走査位置にセットされた「表面電位分布を有する試料」の、表面電位を有する面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する手段である。
【００１８】
「測定手段」は、荷電粒子ビーム走査手段により走査される荷電粒子ビームのうちで、その入射速度ベクトルの「試料表面における法線方向の成分」が反転した荷電粒子を捕獲する捕獲手段と、この捕獲手段により捕獲された荷電粒子の強度（粒子数）を試料面上の位置に対応させて検出し、試料面上の表面電位分布状態を測定する手段である。
【００１９】
請求項１０記載の表面電位分布測定装置は「試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段」を有することができ（請求項１１）、さらに、バイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させる「バイアス電位可変手段」と、２以上の異なるバイアス電位の印加状態での測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める「演算手段」を有することができる（請求項１２）。
【００２０】
また、請求項１０または１１記載の表面電位分布測定装置は、試料に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの「荷電粒子に対する加速電圧」を変化させる加速電圧可変手段と、２以上の異なる加速電圧による測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める「演算手段」を有することができ（請求項１３）、この場合、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段およびこのバイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させるバイアス電位可変手段とを有し、バイアス電位および／または加速電圧が異なる状態における測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段を有する構成とすることができる（請求項１４）。
【００２１】
請求項１０〜１４の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、表面電位分布を有する試料に対して２次元的に走査する「荷電粒子ビームの発生源」としては、電子銃を用いる（請求項１５）こともできるし、「液体金属イオン銃」を用いることもできる（請求項１６）。
【００２２】
請求項１０〜１６の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、荷電粒子ビーム走査手段を「荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させる」ように設定し、測定手段における捕獲手段を「走査領域を介して荷電粒子ビームの入射方向と逆側」に配置することができる（請求項１７）。
【００２３】
請求項１８記載の表面電位分布測定装置は、上記請求項１０〜１７の任意の１に記載の表面電位分布測定装置であって「光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布を測定対象として測定を行うもの」であり、測定試料としての光導電性試料を均一帯電させる帯電手段と、均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段を有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項１８記載の表面電位分布測定装置における「露光手段」は、マスクパターンを投影露光させるものであることもできるし（請求項１９）、「光走査により潜像パターンを書込むもの」であることもできる（請求項２１）。
【００２５】
上記請求項１９記載の表面電位分布測定装置において、露光手段は「光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に、露光用の光路を設定」されることが好ましい（請求項２０）。
【００２６】
請求項１８〜２１の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、露光手段は、露光用の光源として半導体レーザを有することができる（請求項２２）。また、請求項１８〜２２の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、露光手段の露光時間を制御可能とすることが好ましい（請求項２２）。
【００２７】
請求項１８〜２３の任意の１に記載の表面電位分布測定装置において、荷電粒子ビーム走査手段を「２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料を均一に帯電させるもの」とし、この荷電粒子ビーム走査手段が「光導電性試料の帯電手段を兼ねる」ように構成することができる（請求項２３）。
【発明の効果】
【００２８】
上記の如く、この発明の「表面電位分布の測定方法および表面電位分布測定装置」では、荷電粒子ビームの２次元的な走査により試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの「試料表面における法線方向の成分」が反転した荷電粒子を検出して検出信号を得る。換言すると、検出される荷電粒子は試料表面を走査する荷電粒子ビームを構成する荷電粒子であり、試料表面で発生する２次電子ではない。
【００２９】
２次電子を検出する場合には、２次電子の放出量は、測定試料の材質や表面の凹凸状態に依存し、理論的予測や「表面電位分布と２次電子放出量の対応関係を規制するための２次電子放出量制御」が容易でないという問題があるが、この発明での検出粒子は２次電子でないので、２次電子を検出する場合における上記問題が生じることがなく、表面電位分布を精度良く容易且つ確実に測定することができる。また、光導電性試料に形成された静電潜像を測定対象として良好な測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１（ａ）は表面電位分布測定装置の実施の１形態を要部のみ示している。  
この装置は、試料０の表面電位分布を測定する装置である。装置の各部は密閉ケーシング２７に収められ、密閉ケーシング２７内は吸引手段２９により「実質的な真空状態」に減圧できるようになっている。試料０が光導電性の感光体（光導電性試料）である場合には、密閉ケーシング２７内に、後述するような静電潜像形成手段を配置することになる。
【００３１】
図１（ａ）において、試料０には表面電位分布が形成されており、密閉ケーシング２７内は減圧されているものとする。  
この実施の形態においては、試料０を２次元的に走査する荷電粒子ビームとして「電子ビーム」が用いられる。即ち、電子ビームは電子銃１０で生成され、ビームモニタ１３を通過し、コンデンサレンズ１５によりアパ−チャ１７、ビームブランカ１８の位置を集束しつつ通過し、偏向コイルにおよる走査レンズ１９により２次元的に偏向される。このように偏向される電子ビームは対物レンズ２１により試料０の表面に向かって集束される。
【００３２】
ビームモニタ１３は電子銃１０から放射される電子ビームの強度をモニタするためのものであり、アパ−チャ１７は試料０に照射される電子ビームの「電流密度（単位時間あたりの照射粒子数）を制御する」ためのものであり、ビームブランカ１８は「電子ビームをオン・オフ」するためのものである。上記電子銃１０から試料０に至る電子ビームの照射路に配置される各部は、図示されない電源に接続されており、これらは図示されないコンピュータ等の制御手段により制御される。
【００３３】
上記の如くして、走査レンズ１９により２次元的に偏向された電子ビームは、試料０の表面を２次元的に走査する。  
説明中の例において、表面電位分布を有する試料０は「表面もしくは表面近傍が負極性に帯電」され、その帯電状態に応じた表面電位分布を持つ。試料０は、図の如く支持部２３に平面的に支持されている。支持部２３は「導電性の板状部材」であり、接地されている。試料０の表面電位分布は試料表面の極く近傍において「電子ビームの各電子に対し強い反発力を作用させるポテンシャル障壁」を形成する。
【００３４】
図１（ｂ）の如く、ｚ方向を「試料０の表面に立てた法線の方向」とし、試料表面に平行にｘ軸、ｙ軸を取り（ｘ，ｙ）座標を試料０の表面に設定する（ｙ方向は図面に直交する方向である。）。  
このとき、「電子ビームにより２次元的に走査される領域：Ｓ」を、２次元座標を用いてＳ(ｘ，ｙ)で表すと、例えば、０ｍｍ≦ｘ≦１ｍｍ、０ｍｍ≦ｙ≦１ｍｍである。この領域：Ｓ(ｘ，ｙ)に形成されている表面電位分布をＶ(ｘ，ｙ)（＜０）とする。  
電子ビームによる試料０の２次元的な走査の、開始から終了に至る時間をＴ0≦Ｔ≦ＴFとすると、走査が行われているときの時間：Ｔは、走査領域：Ｓ(ｘ，ｙ)内の各走査位置と１：１に対応する。
【００３５】
図１（ｂ）は試料近傍の状況を説明図的に示している。試料０における「走査される領域：Ｓ」は、走査レンズ１９の倍率設定により、そのサイズを変えることが可能であり、例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度の低倍率から１μｍ×１μｍ程度の高倍率まで、様々な倍率で観察することができる。
【００３６】
電子銃１０から放射される電子ビームの速度を「ｖ」とし、そのｘ，ｙ，ｚ方向の成分を「ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ」とする。厳密には、電子ビームの走査に伴い、電子ビームにおける各電子の速度成分：ｖｘ，ｖｙ，ｖｚは変化するが、実際の測定装置のサイズにおいては対物レンズ２１から試料０の表面に至る距離は数百ｍｍであり、試料０の走査領域は上記の如く大きくても５ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさであるので、このような条件のもとでは、実質的にｖｘ＝ｖｙ＝０、ｖｚ＝ｖと考えてよい。
【００３７】
このとき、走査される電子ビームにおいて、試料０の表面に向かう各電子の運動エネルギは、電子の質量をｍとしてｍｖ２／２であるが、これは、電子銃１０に備えられた加速器の加速電圧：Ｖａと電子の電荷：ｅの積に等しく、従って「ｍｖ２／２＝ｅ・Ｖａ」である。
【００３８】
試料０の、走査領域：Ｓ(ｘ，ｙ)に形成されている表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)は電子と同極性であって、電子に対して障壁ポテンシャルとして作用するから、
ｍｖ２／２＝ｅ・Ｖａ＞−ｅ・Ｖ(ｘ，ｙ)
であれば、電子ビームの電子は上記ポテンシャル障壁を通過して試料０の表面に到達するが、逆に、
ｍｖ２／２＝Ｖａ＜−ｅ・Ｖ(ｘ，ｙ)
であれば、電子は障壁ポテンシャルにより減速され、その速度：ｖｚが０となり、試料０の表面電位により入射方向へ押し返される。即ち、このように押し返された電子は、その速度：ｖｚ（入射速度ベクトルの試料表面における法線方向の成分）が「入射時の向き」から反転する。
【００３９】
この状態を図２に示す。図２（ａ）は、Ｖａ＜−Ｖ(ｘ，ｙ)で「電子の速度：ｖｚが入射時の方向から反転する場合」を示し、同図（ｂ）は、Ｖａ＞−Ｖ(ｘ，ｙ)で電子ビームの電子が「ポテンシャル障壁を通過して試料０の表面に到達する場合」を示している。
【００４０】
上記の如く、表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)の反発力により「入射速度ベクトルの試料表面における法線方向（ｚ方向）の成分：ｖｚが反転した電子（以下「速度成分反転電子」と呼ぶ）」は検出器２５（図１）に捕獲される。図１（ｂ）に示すように、検出器２５には電子と逆極性（正極性）の「引き込み電圧」が電源ＥＡから印加されており、この引き込み電圧により「速度成分反転電子」を捕獲する。捕獲された速度成分反転電子は電子増倍管等により増幅され、その強度（単位時間あたりに捕獲された速度成分反転電子の数）に応じた検出信号に変換される。
【００４１】
検出器２５に捕獲される速度成分反転電子は、試料０の表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)により反発されたものであるから、時間：Ｔにおいて捕獲される速度成分反転電子の強度：Ｆ(Ｔ)は、時間：Ｔをパラメータとした表面電位分布：Ｖ{ｘ(Ｔ)，ｙ(Ｔ)}と対応関係にある。
【００４２】
上に説明した場合において、検出器２５に捕獲される速度成分反転電子は、Ｖａ＜−Ｖ(ｘ，ｙ)を満足するものであるから、測定結果は「試料０の表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)を、電子銃１０における加速電圧：Ｖａを測定の閾値として領域的に２分したものになる。
【００４３】
即ち、走査領域：Ｓ(ｘ，ｙ)のうち、「速度成分反転電子が捕獲された領域」は、表面電位分布：−Ｖ(ｘ，ｙ)＞Ｖａの領域であり、上記速度成分反転電子が捕獲されなかった領域は、表面電位分布：−Ｖ(ｘ，ｙ)＜Ｖａの領域である。
【００４４】
従って、検出器２５から得られる検出信号を適当な間隔でサンプリングすることにより−Ｖ(ｘ，ｙ)が測定の閾値：Ｖａより大きいか小さいかを「サンプリングに対応した微小領域」ごとに特定できる。
【００４５】
上には、荷電粒子ビームとして「電子ビーム」の場合を説明したが、上の例において電子銃１０に代えて「液体金属イオン銃」を用いれば、荷電粒子ビームとしてイオンビームを使用した測定を行うことができる。  
試料０の表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)＞０の場合には、荷電粒子ビームの荷電粒子として、ガリウムなどプラスのイオンや陽子を用いればよい。  
一般に、表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)の絶対値の最大値を、Ｍａｘ｜Ｖ(ｘ，ｙ)｜とするとき、加速電圧：Ｖａが、
Ｖａ＜Ｍａｘ｜Ｖ(ｘ，ｙ)｜
となる条件で、荷電粒子ビームの走査を行うことにより、表面電位：Ｖ(ｘ，ｙ)の「測定の閾値：Ｖａに対する大小関係」を特定できることになる。
【００４６】
図３に示す表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)（＜０  試料０を支持する支持部２３側の面が接地状態であるときの表面の電位分布）は、中心部（ｘ＝０）で略−５２０Ｖ、中心部を離れるに従い電位がマイナス方向に大きくなり、中心から０．０１ｍｍ以上離れた周辺領域では略−８３０Ｖ程度になっている。
【００４７】
このような表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)に対して、加速電圧：Ｖａを−６００Ｖ及び−７４０Ｖとして測定を行ったときの、Ｖ(ｘ，ｙ)＞−６００Ｖの領域：Ｓ600、およびＶ(ｘ，ｙ)＞−７５０Ｖの領域：Ｓ750を示している。これら領域Ｓ600、Ｓ750では、検出器の検出する電子数は非常に少ない。
【００４８】
加速電圧：Ｖａを複数段階に切り替えて測定を行えば、表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)を測定ごとの加速電圧（即ち測定の閾値）：Ｖａごとに輪切りにした領域が得られるので、これらを用いることにより「表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)の全体的な状態」を演算により特定できる。勿論、加速電圧：Ｖａを切り替えるステップを細かくして測定回数を増やすほど、精度の良い測定が可能になる。
【００４９】
上には、電子銃１０に備えられた加速器による加速電圧：Ｖａを変化させることにより、測定の閾値（試料表面に入射する電子のうちで、試料表面の法線方向の速度成分が反転するものと反転しないものとを分離する電圧）を変化させる場合を説明したが、測定の閾値を変化させる方法としては他に、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加する方法がある。
【００５０】
この場合の実施の形態を図４を参照して説明する。  
図４において、試料０を平面的に支持する支持部２３０は、誘電体層２３２を導電層２３１、２３３により挟持した３層構造となっており、導電層２３３は設置され、導電層２３１には可変直流電源ＥＢからバイアス電圧が印加されるようになっている。
【００５１】
導電層２３１にバイアス電圧が印加されると、試料０の表面側の電位分布は、試料０の表面電位分布に「均一なバイアス電位」を重畳したものとなる。荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる場合であれば、電子ビームの加速電圧：Ｖａを予め十分に大きくしておき、導電層２３１に印加されるバイアス電圧の極性を負極性として、電子ビームとして入射する電子を反発するバイアス電位を形成するようにする。
【００５２】
試料０本来の表面電位分布をＶ(ｘ，ｙ)、バイアス電圧の印加により重畳される電位をＶＢ（＜０）とすると、入射する電子に作用する電界は、試料０の表面近傍に於いて、
Ｖ(ｘ，ｙ)＋ＶＢ
となるから、加速電圧：Ｖａ（この値は一定であるとする）に対して、
Ｖａ＜−｛Ｖ(ｘ，ｙ)＋ＶＢ｝
であれば電子は速度成分反転電子となって検出器２５に検出され、
Ｖａ＞−｛Ｖ(ｘ，ｙ)＋ＶＢ｝
であれば電子は試料０に到達する。
【００５３】
例えば、図３の例で、加速電圧：Ｖａ＝１．６ｋＶを設定し、バイアス電圧：ＶＢとして−１０００Ｖを印加すれば、試料表面で反発された速度成分反転電子が検出されない領域として、図３の領域Ｓ600が得られ、バイアス電圧：ＶＢを−８５０Ｖに設定すれば、速度成分反転電子が検出されない領域として、図３の領域Ｓ750が得られる。あるいは、バイアス電圧：ＶＢを一定値：−１０００Ｖに保ちつつ、加圧電圧：Ｖａを１.６ｋＶから１.７５ｋＶに変化させることによっても、上記領域Ｓ750を得ることができる。
【００５４】
なお、試料が導電体である場合の「導体パターンによる電位分布」を測定する場合、背面にバイアス電圧を印加する方法と、導体にかかる電圧自身にバイアス電圧を加重する方法を用いても良い。  
バイアス電圧を印加するとともに、「測定の閾値」をバイアス電圧および／または加速電圧の変化で変化させる場合は、「荷電粒子ビーム中の荷電粒子の電荷極性と試料０の表面電位の極性とが逆極性の場合」にも表面電位分布の測定が可能となる。例えば、試料の表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)＞０、電子ビームの加速電圧：Ｖａ、バイアス電圧：ＶＢ（＜０）の場合であれば、
Ｖａ＜Ｖ(ｘ，ｙ)―ＶＢ
であるか、
Ｖａ＞Ｖ(ｘ，ｙ)―ＶＢ
であるかに応じて、入射電子のｚ方向の速度成分が反転するか否かが分かれる。
【００５５】
このように、加速電圧：Ｖａとバイアス電圧：ＶＢの一方もしくは双方を変化させることにより、測定の閾値を変化させることができ、このようにして測定の閾値を変化させるたびに測定を行うことにより、表面電位分布の全体像を演算により得ることができる。演算の結果は、例えばディスプレイ上に３次元状の図形として表示することも容易である。
【００５６】
上には、試料０を２次元的に走査する荷電粒子ビームの入射方向が「実質的に試料表面に対して直交する方向」である場合を説明したが、図５に示す実施の形態のように、荷電粒子ビーム（図の例では電子ビームを想定している。）を「試料０の走査領域に対して斜め方向」から入射させるようにすることもできる。この場合にも、検出器２５に検出されるのは「試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの上記試料表面における法線方向の成分：ｖｚが反転した荷電粒子、即ち、速度成分反転粒子」である。
【００５７】
図５のような構成をとると、例えば導電層２３１に印加するバイアス電圧のわずかな変化にも速度成分反転粒子の数が敏感に変化するので測定上のメリットがある。また、検出器２５の「引き込み電圧」を小さくでき、試料０で発生する２次電子との分離が容易である。さらに、試料０への荷電粒子ビームの入射角度を変化させることにより、前述の「測定の閾値」を変化させることもできる。また、測定装置各部のレイアウトの自由度も大きくなる。
【００５８】
図３に示したような表面電位分布を「潜像」として、そのプロファイル（図３のＶ(ｘ，ｙ)を、例えば、ｙ方向（図面に直交する方向）から見た形状「潜像プロファイル」）を測定する場合を１例として、その手順を示す図６のフローチャートに従って簡単に説明する。
【００５９】
説明の具体性のために、ここでは、測定の閾値を「バイアス電位の変化」により変化させるものとし、測定の閾値をＮ段階に切り替えるものとする。
【００６０】
ステップＳＰ１における「開始」の状態で、試料は測定装置内にセットされており、測定回数を表すパラメータ：ｊをｊ＝１として、第１段（ｊ＝１）のバイアス電位：Ｖth（ｊ＝１）が設定される（ステップＳＰ２）。
【００６１】
続いてコントラスト像の取り込みが行われる。  
「コントラスト像」とは、図３に符号Ｓ600やＳ750で示したような「表面電位分布：Ｖ(ｘ，ｙ)を測定ごとの閾値ごとに輪切りにした領域」であり、これを２値化処理してデジタルデータとして「演算手段」としてのコンピュータに取り込む。
【００６２】
続いて、ステップＳＰ４では潜像径：Ｄｊ、即ち「コントラスト像のｘ方向の径」を、上記取り込まれたデータに基づいて算出する。ついで、パラメータ：ｊの値を１だけ繰り上げて（ステップＳＰ６）新たな測定閾値を設定し、コントラスト像の取り込みと潜像径の算出とを行う。このプロセスをパラメータ：ｊを１づつ繰り上げてｊ＝Ｎまで行うと、段階的に変化するＮ段階の測定閾値：Ｖth(１)〜Ｖth(Ｎ)に対応して潜像径：Ｄ１〜ＤＮが得られるので、これらを用いて、潜像プロファイルをコンピュータにより演算して算出することができる。
【００６３】
ここで、図１、図４、図５に示した検出器２５につき簡単に説明すると、検出器２５は、シンチレータ（蛍光体）と光電子倍増管を組み合わせたもので、試料０の表面電位分布により反発された速度成分反転電子は低エネルギであるため、電源ＥＡによりシンチレータの表面に印加した引き込み電圧の電界により、シンチレータに捕獲されシンチレーション光に変換される。この光はライトパイプを通って光電子増倍管で電流として増幅され、電流信号として取り出される。
【００６４】
通常、シンチレータに印加される引き込み電圧は１０ｋＶ程度であるため、試料０の表面近傍で、引き込み電圧により形成される電界は１０４〜１０６Ｖ／ｍ程度と小さく、試料０の表面電位分布による電界の方が大きい領域では、試料表面近傍にある電子は、試料による電界の影響を受け易い。
【００６５】
試料０に走査される電子ビームにより試料０で発生する２次電子は、エネルギが小さいため、その殆どは試料０側に引き戻され、検出器２５に捕獲される割合は極めて小さい。特に,図５のように電子ビームを「斜め入射」させる走査領域を介して入射方向と逆の側に検出器２５を配置することにより、速度成分反転電子を効率よく捕獲できるので、測定ノイズとなる「試料０で発生する２次電子」が捕獲される割合をさらに減らすことができ、測定のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００６６】
シンチレータの代わりにマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）を用いても良い。ＭＣＰを用いる場合、ＭＣＰに捕獲された電子をＭＣＰの入力面に印加された集電電界により集電・増幅して「数千倍に増加」させることが可能であり、良好な検出信号を得ることができる。
【００６７】
上に説明した実施の形態においては、表面電位分布を有する試料０に対して荷電粒子ビームを２次元的に走査し、この走査によって得られる検出信号により、試料の表面電位分布を測定する方法であって、２次元的な走査により試料表面に入射する荷電粒子のうち、その入射速度ベクトルの試料表面における法線方向の成分：ｖｚが反転した荷電粒子を検出して検出信号を得る測定方法（請求項１）が実施される。
【００６８】
また、図３、図４に示した実施の形態の場合は、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位が印加され（請求項２）、試料表面の表面電位分布に対して印加される均一なバイアス電位：ＶＢを変化させ、バイアス電位を変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることができる（請求項３）。
【００６９】
また、試料０に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの荷電粒子に対する加速電圧：Ｖａを変化させ、加速電圧：Ｖａを変化させるごとに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることができ（請求項４）、さらには、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位：ＶＢを印加し、且つ、バイアス電位：ＶＢを変化させ、加速電圧：Ｖａおよび／またはバイアス電位：ＶＢを変化させるたびに測定を行い、得られる複数の測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求めることもできる（請求項５）。
【００７０】
また、上に説明した実施の各形態においては、表面電位分布を有する試料０に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームとして、電子ビームが用いられるが（請求項６）、荷電粒子ビームとして「イオンビーム」を用いることもでき、荷電粒子ビームを、図５に示す実施の形態のように、試料０の走査領域に対して「斜め方向から入射」させることもできる（請求項８）。
【００７１】
図１に実施の形態を示した表面電位分布測定装置は、上記請求項１記載の表面電位分布の測定方法を実施するための装置であって、表面電位分布を有する試料０の、表面電位を有する面を荷電粒子ビームで２次元的に走査する荷電粒子ビーム走査手段１０〜２１等と、荷電粒子ビームのうちで、その入射速度ベクトルの試料表面における法線方向の成分が反転した荷電粒子を捕獲手段２５により捕獲して、その強度を上記面上の位置に対応させて検出し、上記表面電位分布状態を測定する測定手段（図示されないコンピュータ等）とを有する（請求項１０）。
【００７２】
図４、図５に実施の形態を示す表面電位分布測定装置では、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段（支持部２３０と電源ＥＢ）を有し（請求項１１）、バイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させるバイアス電位可変手段ＥＢと、２以上の異なるバイアス電位の印加状態での測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段（図示されないコンピュータ等）を有する（請求項１２）。
【００７３】
また、試料０に対して２次元的に走査される荷電粒子ビームの荷電粒子に対する加速電圧を変化させる加速電圧可変手段（電子銃１０に備えられた加速器）と、２以上の異なる加速電圧による測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段（図示されないコンピュータ等）を有する（請求項１３）。
【００７４】
また、図４、図５の実施の形態のように、試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位を印加するバイアス電位印加手段（支持部２３０と電源ＥＢ）およびこのバイアス電位印加手段により印加されるバイアス電位を変化させるバイアス電位可変手段（電源ＥＢ）とを有し、バイアス電位および／または加速電圧が異なる状態における測定結果に基づき、表面電位分布のプロファイルを演算的に求める演算手段（図示されないコンピュータ等）を有することができる（請求項１４）。
【００７５】
上に実施の形態を説明した各測定装置では、表面電位分布を有する試料０に対して２次元的に走査する荷電粒子ビームの発生源として電子銃１０を有する（請求項１５）が、上にも説明したように、荷電粒子ビームの発生源として液体金属イオン銃を有することもでき（請求項１６）、図５に示す実施の形態のように、荷電粒子ビーム走査手段を、荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させるように設定し、測定手段における捕獲手段２５が、走査領域を介して荷電粒子ビームの入射方向と逆側に配置された構成とすることもできる（請求項１７）。
【００７６】
以下には「光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布を測定対象として測定を行う」場合（請求項９）を説明する。
【００７７】
前述したように、光導電性の感光体に形成される静電潜像は、暗減衰のため「測定可能な時間」が数十秒程度しかないので、測定試料０が光導電性の感光体（光導電性試料）である場合には、密閉ケーシング内に「静電潜像形成手段」が配置されることになる。
【００７８】
図７は、このような「静電潜像形成手段」をもつ表面電位分布測定装置の実施の１形態を示す図である。図中、電子銃１０、ビームモニタ１３、コンデンサレンズ１５、アパ−チャ１７、ビームブランカ１８、走査レンズ１９、対物レンズ２１、支持部２３の部分は、図１に示した実施の形態におけると同様のものであり、したがって図１に関する説明を援用する。
【００７９】
なお、電子銃１０、ビームモニタ１３、コンデンサレンズ１５、アパ−チャ１７、ビームブランカ１８、走査レンズ１９、対物レンズ２１は、荷電粒子ビーム照射部１１Ａを構成し、荷電粒子ビーム照射部１１Ａの各構成部分は、荷電粒子ビーム制御部３１により制御されるようになっており、荷電粒子ビーム照射部１１Ａと荷電粒子ビーム制御部３１とは「荷電粒子ビーム走査手段」を構成している。
【００８０】
試料０は「光導電性の感光体」であり、接地された導電性の支持部２３の上面に平面的に支持される。
【００８１】
符号３４は光源である半導体レーザ、符号３５はコリメートレンズ、符号３６はアパーチャ、符号３７はマスク、符号３８、３９、４０は「結像レンズ」を構成するレンズを示している。これらは「光像照射部」を構成するものであり、半導体レーザ制御部３３や図示されない光像照射制御部とともに「露光手段」を構成している。
【００８２】
図示されない光像照射制御部は、結像レンズ３８、３９、４０とマスク３７との位置関係の調整によるフォーカシングや倍率変換を行い得るようになっている。
【００８３】
符号２５は検出器（捕獲手段）、符号２６は信号処理部、符号２６Ａはモニタ、符号２８はプリンタ等のアウトプット装置を示している。検出器２５、信号処理部２６、モニタ２６Ａ、アウトプット装置２８は「測定手段」を構成する。符号２９は除電用の発光素子を示す。
【００８４】
上記各部は、図示の如くケーシング３０内に配設され、ケーシング内部は、吸引手段３２により高度に減圧できるようになっている。即ち、ケーシング３０は「真空チャンバ」としての機能を有している。また、装置の全体はホストコンピュータ５０（制御手段、装置の各部を総合的に制御する）により制御されるようになっている。上述の荷電粒子ビーム制御部３１や信号処理部２６等は、ホストコンピュータ５０に「その機能の一部」として設定することもできる。
【００８５】
図７に示す状態において、表面を均一に帯電された試料０は支持部２３上に載置され、ケーシング３０内部は高度に減圧されている。この状態で、半導体レーザ３４を点灯し、マスク３７の光像を試料０の均一帯電された面上に結像させる。この露光により試料０に、照射された光像に応じた静電潜像のパターンが形成される。
【００８６】
このように静電潜像のパターンが形成された面を、電子ビームにより２次元的に走査し、前述の如く、試料０の表面電位による障壁ポテンシャルにより反発された速度成分反転電子を検出器２５により捕獲し、その強度を検出して電気信号に変換する。
【００８７】
先に説明した実施の形態と同様に、加速電圧：Ｖａを切り替え、切り替えるたびに測定を繰り返して静電潜像の「潜像プロファイル」を、ホストコンピュータ５０により制御される「演算手段」としての信号処理部２６により演算算出して、アウトプット装置２８に出力することができる。
【００８８】
光導電性試料である試料０に静電潜像のパターンを形成するには、光像による露光に先立ち、その表面を均一に帯電する必用がある。  
図７の実施の形態においては、荷電粒子ビーム走査手段１１Ａを用い、電子ビームによる帯電を行う。
【００８９】
即ち、電子ビームを試料０に照射すると、照射される電子による衝撃で、光導電性試料ＳＰから「２次電子」が発生するが、電子ビームとして試料０に照射される電子量と発生する２次電子の量との収支において、２次電子の放出量：Ｒ２に対する照射電子量：Ｒ１の比：Ｒ１／Ｒ２が１以上であれば、差し引きで照射される電子の量が２次電子量を上回り、両者の差が光導電性試料ＳＰに蓄積して試料０を帯電させる。
【００９０】
従って、電子銃１０から放射される電子の量とその加速電圧を調整し、「比：Ｒ１／Ｒ２が１より大きくなる条件」を設定して電子ビームを２次元的に走査することにより、試料０を均一帯電させることができる。このような放出電子量と加速電圧の調整は、荷電粒子ビーム制御部３１により行われる。また、電子ビームの走査に伴う電子ビームのオン・オフは荷電粒子ビーム制御部３１によりビームブランカ１８を制御して行う。  
別の帯電手段として、接触帯電や注入帯電及びイオン照射帯電も可能である。
【００９１】
図８は、試料０の表面を上記の如く電子ビームにより帯電させた状態を模型的に示している。光導電性試料である試料０として図８に示すのは、所謂「機能分離型感光体」と呼ばれるものであり、導電層１上に電荷発生層２を設け、その上に電荷輸送層３を形成したものである。
【００９２】
電子銃１０により照射される電子は、電荷輸送層３の表面に撃ち込まれ、電荷輸送層３の表面にある電荷輸送層材料分子の電子軌道に捕獲され、上記分子をマイナスイオン化した状態で電荷輸送層３の表面部に留まる。この状態が試料０を帯電させた状態である。
【００９３】
このように帯電した状態の試料０に光ＬＴが照射されると、照射された光ＬＴは電荷輸送層３を透過して電荷発生層２に至り、そのエネルギにより電荷発生層２内に正・負の電荷キャリヤを発生させる。発生した正・負の電荷キャリヤのうち、負キャリヤは、電荷輸送層３の表面の負電荷による反発力の作用で導電層１へ移動し、正キャリヤは電荷輸送層３を輸送されて同層３の表面部の負電荷（捕獲された電子）と相殺しあう。
【００９４】
このようにして、試料０において光ＬＴで照射された部分では帯電電荷が減衰し、光ＬＴの強度分布に従う電荷分布が形成される。この電荷分布のパターンによる表面電位分布が静電潜像のパターンであって測定対象に他ならない。
【００９５】
上記の如く均一に帯電された試料０に対して光像の露光を施して静電潜像のパターンを形成するが、この露光は、前述の「露光手段（図７）」により行う。即ち、半導体レーザ３４を点灯し、マスク３７の像を結像レンズ３８、３９、４０の作用により試料０の表面に結像させる。
【００９６】
半導体レーザ３４としては勿論「試料０が感度を持つ波長領域内に発光波長を持つ」ものが用いられ、露光エネルギは、試料０の面での光パワーの時間積分となるので、半導体レーザ３４の点灯時間をＬＤ制御部３３により制御することにより、試料０に所望の露光エネルギによる露光を行うことができる。
【００９７】
図９は「露光手段」における「光像照射部」を簡略化して示している。  
符号３４は光源である半導体レーザ、符号３５はコリメートレンズ、符号３６はアパーチャ、符号３７はマスクを示す。符号３８０は、図７における３枚のレンズ３８、３９、４０で構成される「結像レンズ」を簡略化して１枚のレンズとして描いたものを示す。
【００９８】
半導体レーザ３４から放射された光束はコリメートレンズ３５により平行光束化され、アパーチャ３６により光束径を規制されてマスク３７を照射する。マスク３７を通過した光束は、結像レンズ３８０の作用により、マスク３７の有するマスクパターンの像を像面上に結像する。「像面」は、支持部２３上に載置された試料０の「均一に帯電された面」である。  
このようにして、試料０の露光が行われ、マスクパターンに対応する静電潜像のパターンが形成される。
【００９９】
図９に示す如く、結像レンズ３８０におけるマスク３７の物体距離をＬ１、像距離をＬ２とすると、結像レンズ３８０の「光軸に対して垂直な方向」の結像倍率：β＝Ｌ２／Ｌ１であり、この倍率に応じたマスクパターン像が結像される。
【０１００】
結像レンズ３８０は、マスク３７と光導電性試料の表面とが共役となるように配置される。結像倍率：βとマスクパターンのサイズは予め分かっているので、光導電性試料の面上に結像されるマスクパターン像のサイズを算出でき、光導電性試料に所望の静電潜像パターンを形成できる
露光手段における露光用の光路を「光導電性試料の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外」に設定するため、結像レンズ３８０の光軸を、光導電性試料の均一帯電された面に立てた法線に対して傾けている。
【０１０１】
従って、結像レンズ３８０による「マスクパターンの像」が、光導電性試料の面に合致するように、マスク３７も、図９に示すように結像レンズ３８０の光軸に対して傾けて配置されている。マスク３７および光導電性試料表面の「結像レンズ３８０の光軸に対する傾き角：α、θ」は、説明中の実施の形態においてはα＝θ＝４５度であり、これは結像倍率が等倍（Ｌ１＝Ｌ２）であることによる。
【０１０２】
このため、光導電性試料の表面に結像するマスクパターンの像は、図９の図面に直交する方向に対して、図面に平行な面内では√２倍になるが、その分を考慮してマスクパターンを設計できる。結像倍率が等倍以外の一般的な場合では、上記物体距離：Ｌ１、像距離：Ｌ２とすると、これらの距離：Ｌ１、Ｌ２と、上記傾き角：α、θの間に関係：
Ｌ１・ｔａｎα＝Ｌ２・ｔａｎθ
が成り立つ。
【０１０３】
マスク３７におけるマスクパターンは「解像力検査用のマスクパターン」である。説明中の実施の形態においては、光導電性資料にネガ潜像を形成できるように、マスクパターンもネガパターンであり、静電潜像の形成に際して光照射される部分に対応する部分が光透過性で、他の部分が遮光性である。
【０１０４】
上記の如く、図７に実施の形態を示す表面電位分布測定装置においては、露光手段における結像の光軸が、試料０の表面に立てた法線に対して傾いており、このため、試料表面に結像されるマスク３７の像を試料表面に平行にするために、マスク３７を光軸に対して傾ける等の工夫が必要であった。
【０１０５】
図５に示すように、荷電粒子ビームの照射方向を試料表面に対して傾けて設定する場合には、図１０に示す実施の形態のように、半導体レーザ３４からコリメートレンズ３５、マスク３７Ａ、結像レンズ３８Ａを介して試料０の表面に至る光路を試料０の表面に直交させ、マスク３７Ａの像を結像レンズ３８Ａにより試料０の表面に結像させることができ、この場合には、マスク３７Ａを試料表面と平行に設置することができる。
【０１０６】
図１１には、光導電性の感光体に形成される静電潜像を測定の対象とする表面電位分布測定装置の別の実施形態を示す。繁雑を避けるべく、混同の虞が無いと思われるものについては、図１、図７におけると同一の符号を付した。
【０１０７】
荷電粒子ビーム照射部１１Ａを構成する、電子銃１０、アパーチャ１３、コンデンサレンズ１５、アパ−チャ１７、ビームブランカ１８、走査レンズ１９および対物レンズ２１は図１、図７におけるものと同様の構成であり、検出器２５および図示されない信号処理部等も、図７に即して上に説明したものと同様である。符号３０Ａはケーシングを示す。
【０１０８】
光導電性の感光体である試料０１は、光導電性の感光体の一般的形態であるドラム状に形成され、図示されない駆動手段により矢印方向（反時計方向）へ等速回転される。試料０１がケーシング３０Ａ内にセットされたのち、ケーシング３１Ａ内部は図示されない吸引手段により高度に減圧される。
【０１０９】
符号４２で示す帯電部は、例えば、帯電ブラシや帯電ローラ等による接触式の帯電手段であり、減圧下のケーシング内で試料０１を均一に接触帯電させる。このとき、試料０１は矢印方向（反時計回り）に等速回転される。勿論、図７に即して説明した例のように、電子ビームを利用した帯電により試料０１の帯電を行うこともできる。
【０１１０】
符号４１で示す「露光部」は、均一帯電された試料０１に対して光像を照射して露光を行う。露光部４１としては例えば、光プリンタ等に関連して広く知られた「光走査装置」を用い、光書込みにより「光像の照射」を行うことができる。このように「光像の照射」を光書込みで行うと、書込みで形成する静電潜像のパターンの形態を任意に変化させることができ、静電潜像の所望のパターンを容易に形成できる。
【０１１１】
なお、露光部４１として光走査装置を用いる場合、光走査装置が大きくなってケーシング３１Ａ内への設置が困難であるような場合には、光走査装置をケーシング３１Ａの外部に設け、ケーシング３１Ａに透明な窓部を設けて、この窓部を介して外部から光導電性試料０１への光像の照射を行うようにしてもよい。
【０１１２】
荷電粒子ビーム照射部１１Ａによる電子ビームの走査は、図１、図７の実施の形態と同様に、電子ビームを２次元的に偏向させて行っても良いが、試料０１は矢印方向へ等速回転しつつ走査を受けるので、電子ビームを図面に直交する方向へ１次元的に偏向させ、この偏向と試料０１の回転とを組合せて２次元的な走査を実現することもできる。
【０１１３】
上に図７〜図１１に即して実施の形態を説明した表面電位分布測定装置は「光導電性の感光体に形成された静電潜像による表面電位分布を測定対象として測定を行うもの」であり、測定試料としての光導電性試料を均一帯電させる帯電手段１１Ａと、均一帯電された光導電性試料に対して光像を照射して露光を行う露光手段を有する（請求項１８）。
【０１１４】
図７、図１０に示す実施の形態では、露光手段は「マスクパターン３７、３７Ａを投影露光させるもの」であり（請求項１９）、図７の実施の形態では、露光手段の露光用の光路は、光導電性試料０の２次元的な走査を行う荷電粒子ビームが通過する領域外に設定されている（請求項２０）。また、図１１に実施の形態を示した表面電位分布測定装置では、露光手段４１が「光走査により潜像パターンを書込むもの」である（請求項２１）。
【０１１５】
また、これら実施の各形態において、露光手段の露光用の光源は半導体レーザ３４を用いることができ（請求項２２）、露光手段の露光時間は制御可能である（請求項２３）。また、図７、図１０に実施の形態を示した表面電位分布測定装置では、荷電粒子ビーム走査手段１１Ａが「２次元的に走査させる電子ビームにより光導電性試料０１を均一に帯電させるもの」であって光導電性試料の帯電手段を兼ねている（請求項２４）。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】表面電位分布測定装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】測定原理を説明するための図である。
【図３】表面電位分布の測定を説明するための図である。
【図４】試料表面の表面電位分布に対して均一なバイアス電位の印加を説明するための図である。
【図５】表面電位分布を有する試料に対して、荷電粒子ビームを走査領域に対して斜め方向から入射させる実施の形態を説明するための図である。
【図６】潜像プロファイルを測定する場合の手順を示すフロー図である。
【図７】光導電性試料に形成された静電潜像を測定対象として測定する表面電位分布測定装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図８】光導電性試料への静電潜像の形成をモデル的に説明するための図である。
【図９】図７の実施の形態において、光導電性試料表面への光像の照射を説明するための図である。
【図１０】光導電性試料表面への光像照射の別の例を説明するための図である。
【図１１】光導電性試料に形成された静電潜像を測定対象として測定する表面電位分布測定装置の実施の別形態を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１７】
０      表面電位分布を有する試料
１０    電子銃
１５    コンデンサレンズ
１９    偏向レンズ
２１    対物レンズ
２５    検出器
【図１】
2005166542.tif 000003
【図２】
2005166542.tif 000004
【図３】
2005166542.tif 000005
【図４】
2005166542.tif 000006
【図５】
2005166542.tif 000007
【図６】
2005166542.tif 000008
【図７】
2005166542.tif 000009
【図８】
2005166542.tif 000010
【図９】
2005166542.tif 000011
【図１０】
2005166542.tif 000012
【図１１】
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