(57)【要約】安価で小型な二次電子放出率測定装置を提供する。本発明に係る二次電子放出率測定装置は、頂部に開口部を有す筒状電極とその中心軸部に棒状電極を備え、グロー放電プラズマによって荷電粒子を生成するための荷電粒子生成源と、荷電粒子ビームを収束させ被測定物に照射するための静電レンズと、被測定物質から放出される二次電子を捕捉するための二次電子コレクター部とからなる小型二次電子測定ユニットと、被測定物を保持する試料保持部とを真空チャンバー内に備えた二次電子測定部と、真空チャンバー内を減圧にする気体排気部と、荷電粒子生成源に荷電粒子となるガスを供給する気体供給部と、荷電粒子生成源、静電レンズ及び二次電子コレクター電極に電圧を印加し、電流を測定する電圧印加部と電流測定部と、これらを制御し、二次電子放出率を算出する制御コンピュータと、から構成される。
2007049357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部に開口部を有す筒状電極と前記筒状電極の中心軸部に設けた棒状電極と荷電粒子となる気体を導入する気体導入管とを備え、前記筒状電極と棒状電極間のグロー放電プラズマによって荷電粒子を生成し、前記開口部から放出する荷電粒子生成源と、前記開口部から放出された荷電粒子のビームを収束させ被測定物に照射する静電レンズと、被測定物質から放出される二次電子を捕捉するための二次電子コレクター電極とからなる小型二次電子測定ユニットと、被測定物を保持する試料保持部とを真空チャンバー内に備えた二次電子測定部と、
前記真空チャンバー内を減圧にする気体排気部と、
前記荷電粒子生成源に荷電粒子となるガスを供給する気体供給部と、
前記荷電粒子生成源、静電レンズ及び二次電子コレクター部に電圧を印加し、電流を測定する電圧印加部と電流測定部と、
これらを制御し、二次電子放出率を算出する制御コンピュータと、
から構成されることを特徴とする二次電子放出率測定装置。
【請求項２】
前記荷電粒子生成源は、前記制御コンピュータの制御により前記気体供給部からガスを導入させ、前記電圧印加部により筒状電極に正電圧と棒状電極に負電圧を印加してグロー放電プラズマを生成することにより荷電粒子を生成し、前記気体排気部により真空チャンバーを減圧して筒状電極の頂部開口部より圧力差によって押し出された荷電粒子を筒状電極に印加された電圧によって加速させる構造であることを特徴とする請求項１に記載の二次電子放出率測定装置。
【請求項３】
前記静電レンズは、空間電位により前記荷電粒子のビームを収束させると同時に、荷電粒子生成源からの荷電粒子のビーム中の電子を反射・除去し、二次電子コレクター電極で捉えきれなかった放出二次電子を二次電子コレクター電極に戻すように構成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電子放出率測定装置。
【請求項４】
前記制御コンピュータの制御により電圧印加部から前記荷電粒子生成源の筒状電極と棒状電極への印加電圧の極性を逆転して荷電粒子のビームを正イオンビームから電子ビームへ変更し、さらに静電レンズへの印加電圧の極性も逆転して、電子ビームを照射して二次電子放出率を測定することを特徴とする請求項１に記載の二次電子放出率測定装置。
【請求項５】
前記二次電子測定部は複数の小型二次電子測定ユニットを備え、前記複数の小型二次電子測定ユニット又は試料保持部のいずれかを前記棒状電極に垂直な平面を移動させる駆動部を備え、前記制御コンピュータは前記駆動部を制御し、二次電子放出率の面分布を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電子放出率測定装置。
【請求項６】
前記試料保持部は複数の試料を保持し、前記試料保持部を前記棒状電極に垂直な平面を移動させる駆動部を備え、前記制御コンピュータは前記駆動部を制御し、前記複数の試料の二次電子放出率を順次算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電子放出率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電子放出率測定装置に関し、詳細にはプラズマディスプレイパネルの誘電体保護膜の二次電子放出率を生産ラインに於いてリアルタイム測定する、又は研究開発施設等に於いて精密に測定する二次電子放出率測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネット等のグローバルネットワークとローカルネットワークの整備により、これらのネットワークを介して情報を送受信するための情報端末が飛躍的に増加している。このような情報端末の使用場所はオフィスの机上で使用するものの他に、携帯用、会議室用等様々で、それに応じてディスプレイが多様化している。
プラズマディスプレイパネルは、薄型、自己発光型、視野角が広い等の特徴を生かした大画面のディスプレイとして、会議室用の情報端末、戸外の広告、大型テレビ等の用途に需要の拡大が期待されている。【０００３】
図７はＡＣ型のプラズマディスプレイパネル（以下、Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰと略す）の構成図である。
図７に示すように、ＰＤＰ３０１は、前面ガラス基板３０２と背面ガラス基板３０３が対向して配置され、前面、背面両基板は周囲で封止（図示せず）されており、不活性ガス（放電ガス）が封入されている。前面ガラス基板３０２には一対の維持電極３０４が透明導電物質で形成される。維持電極３０４の電圧降下を防止するために維持電極３０４と平行で維持電極３０４の一部と接触するバス電極が高導電率の金属で形成されるが、図７では省略している。維持電極３０４上には維持電極３０４を被覆する誘電体膜３０５、保護膜（誘電体保護膜）３０６が積層される。
一方、背面ガラス基板３０３上にはアドレス電極３０７が形成される。また、アドレス電極３０７と平行に隔壁３０８が一定間隔に形成され、前面、背面両基板間の空間をアドレス電極方向の帯状の空間に仕切っている。現在は生産技術が向上し、隔壁が格子型もしくはミアンダ型に設計されているものもある。アドレス電極３０７は誘電体層３１０で覆われ、その上面に蛍光体３０９が形成されている。
なお、図７では説明の都合上、前面ガラス基板３０２上の維持電極３０４と背面ガラス３０３上のアドレス電極３０７は平行に描かれているが、実際には維持電極３０４とアドレス電極３０７は９０度のねじれの角度で配置されるように前面、背面ガラスは封止される。【０００４】
アドレス電極３０７と維持電極３０４の間に電圧を印加することで放電させ、この放電の維持を一対の維持電極３０４にＡＣ電圧を印加することよって行う。不活性ガスが放電により励起され紫外線が発生し、この紫外線を受けて蛍光体３０９が発光する。このような構造のＰＤＰの放電開始電圧および放電維持電圧は保護膜３０６のイオン衝撃による二次電子放出率に依存し、放出率が高ければ放電開始電圧および放電維持電圧を下げることができ、低消費電力化される。液晶に比べて消費電力の大きいＰＤＰは、低消費電力化が需要拡大にとって、最も大きな課題である。
現在、保護膜としては酸化マグネシウム複合薄膜が広く用いられているが、それに代わる二次電子放出率の高い保護膜を開発する研究が活発に行われており、二次電子放出率を正確、簡便に測定できる装置が求められている。また、ＰＤＰ製造上も保護膜の二次電子放出率を測定し管理することは重要であり、今後、二次電子放出率測定装置の需要は大きくなる。【０００５】
イオンビーム照射による二次電子測定法は、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。例えば特許文献１の装置はチャンバー内に荷電粒子を生成するイオン化部と、被測定物質を載せる陰極と、二次電子を捕獲する電極を備えている。照射された荷電粒子量と放出された二次電子量を陰極と収集電極の電流として測定し二次電子放出率を求める。特許文献２、特許文献３についても、基本的な構造は同じである。【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献３の技術による荷電粒子ビームを用いた二次電子放出率の測定装置は荷電粒子生成源、被測定物質固定ホルダー、入射電流測定装置、放出電子電流測定装置、及び制御装置を含む大掛かりなものである。特に荷電粒子生成源は二次電子放出率の測定に特化したものではなく、例えば物質分析用の集束イオンビーム（ＦＩＢ）や物質加工用イオンビームに用いられているものを流用しているため、非常に高価である。従って、小規模の研究施設や企業においては二次電子放出率に関する研究を行うことが困難である。【０００７】
また特許文献１、特許文献３の二次電子放出率測定に用いられる荷電粒子ビームは、そのエネルギーが数百ｅＶから数ｋｅＶと大きく、その電流量も大きい。そのため、絶縁体物質の二次電子放出率を評価する際、表面のチャージアップ現象によりＳＮ比が悪化する。プラズマディスプレイパネル内の荷電粒子のエネルギーは数十ｅＶから数百ｅＶであり、二次電子放出率測定にこの領域のエネルギー値の荷電粒子ビームを使用するほうが望ましいが、従来技術では測定が困難である。【０００８】
さらに特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されている測定対象は実験用に作成した基板の上に蒸着されたＭｇＯ薄膜である。本特許において提言している生産ライン上でリアルタイムに二次電子放出率を評価・管理するという技術的思想はこれまで開示されておらず、本装置によって初めて生産ライン上に装置を設置することが可能となる。
【特許文献１】特開平１１−２３０９２３号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９０６号公報
【特許文献３】特開２００４−１７７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ＰＤＰの生産に於ける品質管理の観点から、生産ラインにおける保護膜の二次電子放出率の均一性をリアルタイムに監視する小型で安価な二次電子放出率測定装置を提供することを目的とする。
また、二次電子放出率に関する研究、開発にも適するように、荷電粒子ビームの正確な制御を可能にすると共に、電子線照射に於ける二次電子放出率の測定を可能な二次電子放出率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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の二次電子放出率測定装置は、頂部に開口部を有す筒状電極と前記筒状電極の中心軸部に設けた棒状電極と荷電粒子となる気体を導入する気体導入管とを備え、前記筒状電極と棒状電極間のグロー放電プラズマによって荷電粒子を生成し、前記開口部から放出する荷電粒子生成源と、前記開口部から放出された荷電粒子のビームを収束させ被測定物に照射する静電レンズと、被測定物質から放出される二次電子を捕捉するための二次電子コレクター電極とからなる小型二次電子測定ユニットと、被測定物を保持する試料保持部とを真空チャンバー内に備えた二次電子測定部と、
前記真空チャンバー内を減圧にする気体排気部と、前記荷電粒子生成源に荷電粒子となるガスを供給する気体供給部と、前記荷電粒子生成源、静電レンズ及び二次電子コレクター電極に電圧を印加し、電流を測定する電圧印加部と電流測定部と、これらを制御し、二次電子放出率を算出する制御コンピュータと、
から構成されることを特徴とする。【００１１】
本発明の請求項２に記載の二次電子放出率測定装置は、請求項１に記載の二次電子放出率測定装置であって、更に、荷電粒子生成源は、制御コンピュータの制御により気体供給部からガスを導入させ、電圧印加部により筒状電極に正電圧と棒状電極に負電圧を印加してグロー放電プラズマを生成することにより荷電粒子を生成し記気体排気部により真空チャンバーを減圧して筒状電極の頂部開口部より圧力差によって押し出された荷電粒子を筒状電極に印加された電圧によって加速させる構造であることを特徴とする。【００１２】
本発明の請求項３に記載の二次電子放出率測定装置は、請求項１に記載の二次電子放出率測定装置であって、更に、静電レンズは、空間電位により前記荷電粒子のビームを収束させると同時に、荷電粒子生成源からの荷電粒子のビーム中の電子を反射・除去し、二次電子コレクター電極で捉えきれなかった放出二次電子を二次電子コレクター電極に戻すように構成されることを特徴とする。【００１３】
本発明の請求項４に記載の二次電子放出率測定装置は、請求項１に記載の二次電子放出率測定装置であって、更に、制御コンピュータの制御により電圧印加部から荷電粒子生成源の筒状電極と棒状電極への印加電圧の極性を逆転して荷電粒子のビームを正イオンビームから電子ビームへ変更し、さらに静電レンズへの印加電圧の極性も逆転して、電子ビームを照射する二次電子放出率の測定することを特徴とする。【００１４】
本発明の請求項５に記載の二次電子放出率測定装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電子放出率測定装置であって、更に、二次電子測定部は複数の小型二次電子測定ユニットを備え、複数の小型二次電子測定ユニット又は試料保持部のいずれかを棒状電極に垂直な平面を移動させる駆動部を備え、制御コンピュータは前記駆動装置を制御し、二次電子放出率の面分布を算出することを特徴とする。【００１５】
本発明の請求項６に記載の二次電子放出率測定装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電子放出率測定装置であって、更に、試料保持部は複数の試料を保持し、試料保部を棒状電極に垂直な平面を移動させる駆動部を備え、制御コンピュータは駆動部を制御し、複数の試料の二次電子放出率を順次算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成において、荷電粒子生成のためにグロー放電プラズマを利用し、さらにグロー放電プラズマ生成と荷電粒子加速の二つの役割を筒状電極によって担う構造にすることで、荷電粒子生成源を大幅に簡素化、小型化できる。この結果、従来は別々の構成であった荷電粒子生成源、静電レンズ、二次電子コレクター部のユニット化が可能となる。これより、従来は荷電粒子生成源、静電レンズ、二次電子コレクター間でビームを引出す為にそれぞれの位置調整が必要であったが、ユニット化したことにより位置調整の手間を省くことができ、容易に二次電子放出率測定が可能となる。さらに、従来技術では測定チャンバーに荷電粒子生成源が備えられていることが前提であったため、装置が非常に巨大かつコストのかかるものであったが、本発明の二次電子放出率測定装置では、荷電粒子生成源、静電レンズ、及び二次電子コレクター部のユニット化により測定チャンバーに荷電粒子生成源が備わっている必要がなく、気体導入部及び電流導入部さえあれば測定可能になるため、装置の小型化・低コスト化が可能となる。【００１７】
また、従来技術では生成の難しかった、ＰＤＰのセル内の荷電粒子とほぼ等しい数十ｅＶから数百ｅＶの低エネルギー荷電粒子ビームを用いた二次電子放出率の測定が容易に可能となる。さらに従来技術と比べ荷電粒子ビームのエネルギーが数百から数十分の一に抑えられるため、二次電子放出率測定を非破壊に行うことが可能となる。一方、荷電粒子電流量も数ｎＡから十数ｎＡまで電流量を安定して絞ることが可能になることにより、従来技術では表面のチャージアップのため二次電子放出率が困難であった絶縁体ターゲットの場合も、チャージアップによる悪影響を受けずに測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１による二次電子放出率測定装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例２による二次電子放出率測定装置の構成図である。
【図３】本発明の荷電粒子生成源で生成される荷電粒子ビームのエネルギー分布図である。
【図４】本発明の荷電粒子生成源で生成される荷電粒子ビームの時間変化図である。
【図５】本発明の二次電子放出率測定装置における二次電子コレクター電極電流の印加電圧依存性である。
【図６】本発明の二次電子放出率測定装置により得られた様々な物質の二次電子放出率である。
【図７】プラズマディスプレイパネルの構成図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０１、２０１  気体供給部
１０２、１２２、２０２、２２３  バルブ
１０３、２０３  真空チャンバー
１０４、２０４  気体導入パイプ
１０５、２０５  気体導入管
１０６、２０６  棒状電極
１０７、２０７  荷電粒子生成室固定板
１０８、２０８  セラミックディスク
１０９、１１３、１１５、１１７、２０９、２１３、２１５、２１７  絶縁性スペーサー
１１０、２１０  筒状電極
１１１、２１１  荷電粒子通過孔（開口部）
１１２、１１４、１１６、２１２、２１４、２１６  静電レンズ
１１８、２１８、２２２  外乱除去電極
１１９、２１９  二次電子コレクター電極
１２０、２２０  被測定物質  （保護膜）
１２１  基板
１２３、２２４  気体排気部
１２４、２２５  真空計
１２５、１２７、１２８、１３０、２２７、２２９、２３０、２３２、  電圧印加部
１２６、１２９、１３１、２２６、２２８、２３１、２３３  電流測定部
１３２、２３４  制御コンピュータ
２２１  試料保持部
３０１  プラズマディスプレイパネル
３０２  前面ガラス基板
３０３  背面ガラス基板
３０４  維持電極
３０５  誘電体膜
３０６  保護膜（誘電体保護膜）
３０７  アドレス電極
３０８  隔壁
３０９    蛍光体
３１０    誘電体層
【発明の実施の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１はＰＤＰの生産ラインにおいて品質管理のために被測定物質（保護膜）の二次電子放出率の均一性（製品間バラツキ、製品内バラツキ）を測定することを目的として構成された二次電子放出率測定装置である。この二次電子放出率測定装置は、荷電粒子生成源、静電レンズ、及び二次電子コレクター部からなる小型二次電子ユニットと、この小型二次電子ユニットと試料保持部を真空チャンバー内に備えた二次電子測定部と、この二次電子測定部を動作させるための気体供給部、気体排気部、複数の電圧印加部、複数の電流測定部、駆動部、及び、制御コンピュータから構成されている。【００２２】
荷電粒子を生成するために、気体供給部１０１から荷電粒子にするための気体が気体導入パイプ１０４と気体導入管１０５を通して筒状電極１１０内に供給される。
筒状電極１１０内の中心軸の位置には棒状電極１０６が形成されており、筒状電極１１０に正電圧を、棒状電極１０６に負電圧を印加することにより、両電極間でグロー放電プラズマが生じる。棒状電極１０６、筒状電極１１０はそれぞれ電圧印加部１３０、１２８により電圧が印加され、電流測定部１３１、１２９により電流が測定される。この筒状電極１１０と棒状電極１０６はセラミックディスク１０８を介して荷電粒子生成室固定板１０７に固定されており、筒状電極１１０と棒状電極１０６は荷電粒子生成室固定板１０７と絶縁を保っている。セラミックディスク１０８に保持された筒状電極１１０、棒状電極１０６及び気体導入管１０５が荷電粒子生成源を構成する。
棒状電極１０６と筒状電極１１０の材質はステンレス、タンタル、タングステン等の硬質金属である。また、気体供給部１０１から荷電粒子を生成するために導入される気体はＯ２、Ｎ２、ＣＯ２等の活性ガス又はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の不活性ガスである。【００２３】
筒状電極の頂部には開口部（荷電粒子通過孔）１１１が形成されている。真空チャンバー１０３は、気体排気部１２３により所定の圧力に減圧されており、筒状電極１１０の内外の圧力差により、グロー放電プラズマによって生成された荷電粒子は荷電粒子通過孔１１１を通って外部に放出される。この際、荷電粒子通過孔１１１の孔径を真空チャンバー内の真空度に合わせて調節することで、チャンバーの真空度が低真空領域から高真空領域まで荷電粒子ビームを生成することができる。
即ち、チャンバーの真空度は、様々な測定条件に対応するために変更する必要があり、一方筒状電極内の真空度は導入されるガスに依存して最適の放電が起こる圧力に保つ必要がある。従って、チャンバー内と筒状電極内の真空度バランスを最適化するために荷電粒子通過孔１１１の孔径を調節する。そのために、荷電粒子通過孔１１１は孔径を可変、又は、孔径の異なる部材を着脱可能に取付ける構造とするのが好ましい。【００２４】
荷電粒子通過孔１１１から放出された荷電粒子はさらに筒状電極１１０に電圧印加部１２８により印加された電圧によって加速され、荷電粒子ビームとなる。筒状電極１１０に印加する電圧を制御することにより、荷電粒子ビームのエネルギーを調節することが出来る。
真空チャンバー１０３は気体排気部１２３によって真空引されており、所定の真空度に管理されている。【００２５】
静電レンズ１１２、１１６は接地され、静電レンズ１１４は電圧印加部１２７により電圧を印加されている。なお、一般に「静電レンズ」は３つの電極に電圧を印加して、生ずる空間電位により荷電ビームを収束させる技術であるが、本明細書では「静電レンズ」を構成する３つの電極をそれぞれ静電レンズと呼ぶ。荷電粒子ビームは静電レンズ１１２、１１４、１１６によって収束され、試料保持部（図示せず）に保持された基板１２１上蒸着された被測定物質１２０へ照射される。生成された荷電粒子ビーム中には電子が含まれているが、荷電粒子ビームが静電レンズ１１２、１１４、１１６を通過する際に、空間電位によってそれらの電子が取り除かれる。また、被測定物質１２０から放出された二次電子が二次電子コレクター電極１１９に捕捉されず、二次電子コレクター電極１１９の孔からとび出る場合があるが、これらの電子は静電レンズ１１２、１１４、１１６による空間電位によって押し戻され、二次電子コレクター電極１１９によって捕捉される。
静電レンズ１１４に印加される電圧は、荷電粒子ビームを収束させるだけの目的には、正、負どちらの電圧を印加してもよいが、上述のように不必要な電子を排除するためには負電圧とするのが好ましい。
静電レンズは荷電粒子ビームを収束させると同時に、荷電粒子ビーム中の余分な電子が二次電子コレクター電極部に進入しないように除去し、さらに二次電子コレクター電極で捉えきれなかった被測定物質から放出された二次電子を二次電子コレクター電極に戻すという３つの役割を果たし、高精度な測定が可能になる。【００２６】
荷電粒子ビームが照射されることにより、基板１２１上の被測定物質１２０から二次電子が放出されるが、この二次電子は二次電子コレクター電極１１９に電圧印加部１２５から正電圧を印加することで捕捉され、電子数は電流測定部１２６によって電流量として測定される。
荷電粒子生成源と３つの静電レンズと二次電子コレクター電極はユニット化され小型二次電子測定ユニットを構成する。
小型二次電子測定ユニットには、二次電子コレクター電極１１９周りの空間電位が静電レンズ１１２、１１４、１１６周りの空間電位に影響を及ぼさないように、また真空チャンバー１０３内の不必要な自由電子が二次電子コレクター電極１１９に捕獲されないように、外乱除去電極１１８を配置することが好ましい。【００２７】
従来は、二次電子放出率測定装置に本発明のようなグロー放電プラズマを用いたイオン源を使用しなかった。その理由として大電流量のビームを生成することが困難であることが挙げられる。
本発明では、上述した構成にすることにより、（１）筒状電極１１０の内部に棒状電極１０６を設置し、筒状電極内部へガスを導入して電極間でグロー放電プラズマを生成することにより荷電粒子を生成し、さらに筒状電極頂部の開口部１１１から圧力差によって押し出された荷電粒子を筒状電極１１０に印加された電圧によって加速させることにより、従来に比べ非常に簡素な構造で容易に低エネルギー荷電粒子ビームを生成し、（２）荷電粒子発生源１０５−１０８、１１０、静電レンズ１１２、１１４、１１６、二次電子コレクター電極１１８、１１９の距離を縮める構成で取り扱いの難しいイオン源としてこれまで着目されなかったグロー放電プラズマを用いたイオン源の二次電子放出率測定装置を実現した。また、低エネルギー荷電粒子ビームを用いることにより被測定物質のチャージアップの問題も解決した。このように小型二次電子測定ユニットを二次電子放出率測定用に特化させることで、従来よりも大幅に簡素な構造で容易に低エネルギー荷電粒子ビームを生成できる。【００２８】
上記構成の中で、荷電粒子生成源１０５−１０８、１１０、静電レンズ１１２、１１４、１１６、および二次電子コレクター電極１１７、１１８は絶縁性スペーサー１０９、１１３、１１５、１１７によって接続され、小型二次電子測定ユニットとしてユニット化されている。この小型二次電子測定ユニットは高さ７０ｍｍ以下、幅はφ４０ｍｍ以下のサイズで作製可能である。
更に、小型二次電子測定ユニットと試料保持部を真空チャンバー内に配置したものが二次電子測定部である。【００２９】
真空チャンバー１０３内を減圧にする気体排気部１２３のバルブ１２２、荷電粒子生成源に荷電粒子となるガスを供給する気体供給部１０１のバルブ１０２、真空計１２４、電圧印加部１２５、１２７、１２８、１３０、電流測定部１２６、１２９、１３１の制御及び／又は信号入出力は制御コンピュータ１３２で一括して行われる。以下に制御コンピュータ１３２の制御で行われる二次電子放出率の測定フローを述べる。【００３０】
最初にバルブ１２２を開き真空チャンバー１０３の真空を引き、その真空度を真空計１２４により測定する。所定の真空度に達すると、バルブ１０２を開き荷電粒子にする気体を所定量供給する。バルブ１０２には流量計（図示せず）が備えられ、その出力信号は、システム制御コンピュータに送信され、これに基き所定の流量に制御される。電圧印加部１２８、１３０を制御して筒状電極１１０及び棒状電極１０６に所定の電圧を印加し、グロー放電プラズマを生成して荷電粒子ビームを放出する。グロー放電プラズマを生成後、電圧印加部１２７を制御し静電レンズ１１４に所定の電圧を印加し、ビームを収束させる。【００３１】
荷電粒子ビームが安定後、電圧印加部１２５を制御して二次電子コレクター電極１１９に所定の電圧を印加し、被測定物質１２０から放出される二次電子を捕捉する。電流測定部１２６によって測定される二次電子電流量の時間に対する変化が制御コンピュータ１３２を通じて出力される。これより、工場の生産ラインにおいて全自動でリアルタイムに被測定物質の二次電子放出率を測定することが出来る。【００３２】
なお、本実施例では被測定物に照射される荷電粒子のビーム量を測定していない。しかし、本装置は極めて安定しており、製造工程の品質管理の目的では全く支障ない。また、次に述べる実施例２では荷電粒子ビーム量を直接測定する構成になっており、実施例２の装置を用いて基礎データを十分に取ることで、導入ガスの種類および流量、棒状電極１０６および筒状電極１１０への印加電圧値等から、被測定物に照射される荷電粒子のビーム量を決定することが可能である。【００３３】
荷電粒子生成源、静電レンズ、二次電子コレクター部をユニット化した小型二次電子測定ユニットもしくは被測定物質を保持する試料保持部を、棒状電極の長手方向対し垂直な平面上を移動させる駆動部を小型二次電子測定ユニットもしくは試料保持部更に設け、この駆動部を制御コンピュータで制御して、小型二次電子測定ユニットと被測定物質の相対位置を所定の相対位置に変え、例えば工場の生産ライン上にある大画面ＰＤＰのような大きな被測定物質に対して、被測定物質の複数の点の二次電子放出率、あるいは二次電子放出率面分布を全自動でリアルタイムに測定可能な二次電子放出率測定装置とすることができる。
更に、小型二次電子測定ユニットを複数個備え、これらの小型二次電子測定ユニットもしくは、試料保持部を移動させる駆動部を設け、効率よく二次電子放出率面分布を測定することも可能である。
【実施例２】
【００３４】
図２は研究開発施設等において被測定物質の二次電子放出率の精密測定実験を目的として構成された二次電子放出率測定装置である。この二次電子放出率測定装置は、荷電粒子生成源、静電レンズ、及び二次電子コレクター部からなる小型二次電子ユニットと、この小型二次電子ユニットと試料保持部を真空チャンバー内に備えた二次電子測定部と、この二次電子測定部を動作させるための気体供給部、気体排気部、複数の電圧印加部、複数の電流測定部、駆動部、及び、制御コンピュータから構成されている。この構成は実施例１と同じであるが、それぞれの構成の細部が実施例１と異なっている。【００３５】
荷電粒子を生成するために、荷電粒子とする気体が気体供給部２０１から気体導入パイプ２０４と気体導入管２０５を通して筒状電極２１０内に供給される。筒状電極２１０に正電圧を、棒状電極２０６に負電圧を印加することにより、両電極間でグロー放電プラズマが生じる。
棒状電極２０６、筒状電極２１０に対してはそれぞれ電圧印加部２３２、２３０により電圧を印加し、電流測定部２３３、２３１により電流を測定している。この筒状電極２１０と棒状電極２０６はセラミックディスク２０８を介して荷電粒子生成室固定板２０７に固定されており、筒状電極２１０と棒状電極２０６は荷電粒子生成室固定板２０７と絶縁を保っている。
筒状電極２１０の内外の圧力差により、筒状電極内でグロー放電プラズマによって生成された荷電粒子は、筒状電極２１０の内外の圧力差により筒状電極頂部に設けた開口部（荷電粒子通過孔）２１１を通って外部に放出される。放出された荷電粒子はさらに筒状電極２１０に印加された電圧によって加速され、荷電粒子ビームとなる。筒状電極２１０に印加する電圧を操作することで、荷電粒子ビームのエネルギーを調節することが出来る。【００３６】
図３はイオンビーム（荷電粒子ビーム）のエネルギー分布図である。陰極（棒状電極）の印加電圧を一定として、陽極（筒状電極）の印加電圧を高くすると、イオンビームの分布のピークエネルギーは高くなる。二次電子放出率測定装置には、低エネルギーかつ半値幅の小さい荷電粒子ビームが適しており、図３に示す分布はこれに当たる。
また、真空チャンバー２０３は気体排気部２２４によって真空引きしており、真空計２２５によって所定の真空度を制御している。この際、荷電粒子通過孔２１１の孔径を真空チャンバー内の真空度に合わせて調節することで、低真空領域から高真空領域下で荷電粒子ビームを生成することができる。【００３７】
静電レンズ２１２、２１６は接地され、静電レンズ２１４は電圧印加部２２９により電圧を印加されている。荷電粒子ビームは静電レンズ２１２、２１４、２１６によって収束され、被測定物質２２０へ照射される。
生成された荷電粒子ビーム中には電子が含まれているが、荷電粒子ビームが静電レンズ２１２、２１４、２１６を通過する際に、空間電位によってそれらの電子が取り除かれる。
また、被測定物質２２０から放出された二次電子が二次電子コレクター電極２１９に捕捉されず、二次電子コレクター電極２１９の孔からとび出る場合があるが、これらの電子は静電レンズ２１２、２１４、２１６による空間電位によって押し戻され、二次電子コレクター電極２１９によって捕捉される。【００３８】
荷電粒子ビームが照射されることにより、試料保持部２２１に固定された被測定物質２２０から二次電子が放出されるが、この二次電子は二次電子コレクター電極２１９に電圧印加部２２７から正電圧を印加することで捕捉され、その電子の量は電流測定部２２８によって電流量として測定される。また、被測定物質に流れる電流は電流測定部２２６によって測定される。二次電子コレクター電極２１９は、確実に被測定物質２２０からの二次電子を確実に捕捉できるようにターゲットを覆うような形状をしている。【００３９】
上記構成の中で、荷電粒子生成源２０５−２０８、２１０、静電レンズ２１２、２１４、２１６、および二次電子コレクター部２１８、２１９は絶縁性スペーサー２０９、２１３、２１５、２１７によって接続され、小型二次電子測定ユニットとしてユニット化されている。
また、小型二次電子ユニットと試料保持部２２１を真空チャンバー２０３に収納、設置した構成を二次電子測定部と呼ぶ。【００４０】
真空チャンバー２０３内を減圧にする気体排気部２２４のバルブ２２３、荷電粒子生成源に荷電粒子となるガスを供給する気体供給部２０１のバルブ２０２、真空計２２５、電圧印加部、２２７、２２９、２３０、２３２、電流測定部２２６、２２８、２３１、２３３の制御及び／又は信号入出力は制御コンピュータ２３４で一括して行われる。以下に制御コンピュータ２３４の制御で行われる二次電子放出率の測定フローを述べる。【００４１】
最初にバルブ２２３を開き真空チャンバー２０３の真空を引き、その真空度を真空計２２５により測定する。所定の真空度に達すると、バルブ２０２を開き荷電粒子にする気体を所定の流量で供給する。電圧印加部２３０、２３２を操作して筒状電極２１０及び棒状電極２０６に電圧を印加させ、グロー放電プラズマを生成して荷電粒子ビームを放出する。グロー放電プラズマを生成後、電圧印加部２２９を操作し静電レンズ２１４に電圧を印加し、ビームを収束させる。【００４２】
荷電粒子ビームが安定するまでの電流量の時間変化を図４に示す。図４の測定条件は、筒状電極：１５０Ｖ、棒状電極：−３００Ｖ、チャンバー真空度：３．９×１０−３Ｐａである。イオンビーム（荷電粒子ビーム）電流は約１２ｎＡと従来のイオンビーム電流に比べ極めて低い値で安定している。また、イオンビームが安定するまでに６０秒程度が必要である。
荷電粒子ビームが安定後、電圧印加部２２７を操作して二次電子コレクター電極２１９に電圧を印加し、被測定物質２２０から放出される二次電子を捕捉し、電流測定部２２８によって電流量（Ａ）として測定される。同時に、被測定物質に流れる電流量（Ｂ）を電流測定部２２６によって測定する。二次電子放出率はＡ／（Ｂ−Ａ）として求められる。電流測定部２２６、２２８によって測定される二次電子電流量の二次電子コレクターへの印加電圧に対する変化がシステム制御コンピュータ２３４を通じて出力される。
図５は二次電子の電流およびターゲット（被測定物質）の電流のコレクター電圧（二次電子コレクター電極印加電圧）依存性の一例である。図５は筒状電極が１５０Ｖ、棒状電極が−３００Ｖ、チャンバー真空度が３．９×１０−３Ｐａ、荷電粒子ビームとしてＮｅ＋を用いた条件でＭｇＯの二次電子放出率を測定したデータである。コレクター印加電圧が２０Ｖ以上の場合は、二次電子電流およびターゲット電流量は概ね一定であり、二次電子が確実に捕捉されていることが分かる。また図５において荷電粒子ビーム量は１１ｎＡ程度であり、従来の技術に比べ大幅に低減されていることが分かる。これより、研究室等において全自動で被測定物質の二次電子放出率を容易に測定することが出来る。
図６は、本発明の二次電子放出率測定システムを用いて様々な被測定物質に対する二次電子放出率を求めた実験データである。これらは、筒状電極への印加電圧が１５０Ｖ、棒状電極への印加電圧が−３００Ｖ、荷電粒子ビームがＮｅ＋、チャンバー内真空度が３．９×１０−３Ｐａという測定条件の下に得られたデータである。【００４３】
荷電粒子生成源において筒状電極と棒状電極への印加電圧の正負を逆転することにより、荷電粒子ビームを正イオンビームから電子ビームへ変更することができ、さらに静電レンズへの印加電圧の正負も逆転することで、電子ビームを照射した場合の二次電子放出率の測定が可能となる。これより、同じ装置を用いて正イオンビーム照射による二次電子放出率と電子ビーム照射による二次電子放出率の二種類の物理的性質を測定することができる。
ＰＤＰの場合は主にイオン導出型二次電子放出に着目されているが、一般にはイオン導出型二次電子放出と電子導出型二次電子放出の両方とも非常に重要な物理現象である。特に電子導出型二次電子放出に関する論文はイオン導出型二次電子放出に関するそれよりも圧倒的に発表数が多い。従って被測定物の電子導出型二次電子放出率を測定することにより、装置の較正を行うことが出来る。結果、被測定物のイオン導出型二次電子放出率の測定値への信頼性が向上する。【００４４】
また、試料保持部２２１に複数の試料を保持し、試料保持部を、棒状電極の長手方向に対し垂直な平面上を移動させる駆動部を試料保持部に更に設け、この駆動部を制御コンピュータで制御して、複数の試料が順次小型二次電子測定ユニットと対向する位置にくるように試料保持部を移動させ、複数の被測定物質の二次電子放出率を順次測定することができる。研究施設等の精密実験において、被測定物質毎に測定チャンバーの真空を破ることなく、一度の試料装填で複数個の被測定物質の二次電子放出率を全自動で測定可能となるので、実験時間を短縮することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上記、実施例では主としてＰＤＰの保護膜の二次電子放出率を測定するのに適した構成を説明したが、小型二次電子測定ユニットは様々な荷電粒子照射の必要な装置に適用できる。
【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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【国際調査報告】
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