JP2003035735A

JP2003035735A - 帯電量の測定方法、荷電ビームの変位量測定方法、帯電量の測定装置および荷電ビームの変位量測定装置

Info

Publication number: JP2003035735A
Application number: JP2001222439A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hayashi; 正和林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07
Also published as: US7009411B2; KR100502377B1; US20030020015A1; KR100542509B1; US7321232B2; US20060125495A1; KR20040108373A; KR20030011588A; US20040256553A1

Abstract

(57)【要約】【課題】精度良く微小な帯電体の帯電量を測定するこ
と。【解決手段】容器２と、前記容器内に荷電ビームを出
射させるビーム出射手段６ａと、前記ビーム出射手段か
ら出射される荷電ビームが照射される位置に配設される
第１の電極８ａと、この第１の電極と前記ビーム出射手
段との間に配設され、前記第１の電極よりも電位を低く
設定可能な第２の電極８ｂと、前記荷電ビームが照射さ
れる位置を測定する手段１６ａとを備えることを特徴と
する帯電量の測定装置１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電量の測定方
法、荷電ビームの変位量測定方法、帯電量の測定装置お
よび荷電ビームの変位量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器や、放電応用機器における荷電
導体の支持物として、固体絶縁材料は広く用いられてい
る。しかしながら、これら固体絶縁物と周囲の液体や気
体との界面において界面放電等が生じるため、これら固
体絶縁物の表面が帯電することがある。固体絶縁物が帯
電すると電気絶縁が保たれないため、荷電導体の支持物
としての役割を果たすことができない。また、これら帯
電により周囲の電場等を変化させる結果、電気機器等の
機能が果たされない可能性もある。したがって、固体絶
縁物の帯電量を測定することや、帯電している固体絶縁
物が周囲に与える影響を測定することは電気機器等の機
能を確保するために有用なことであるといえる。従来の
絶縁物の帯電量の測定方法については、の方式があ
る。センサを絶縁物表面に接近させ、表面電荷がセンサに
静電的に誘起する電荷を測定する方法（１９９８年静電
気学会誌第22巻第3号「絶縁材料表面の沿面放電と帯
電」）。ポッケルス結晶を絶縁物表面に接近させ、ポッケルス
効果により結晶両端面にかかる電圧から表面電荷を測定
する方法（平成１２年電気学会全国大会１−０６４「ポ
ッケルス効果を用いた表面電位計の検討」）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしの方法の場
合、センサの対向面積としてある程度の大きさが必要で
あり、また、絶縁物の表面がシートなど平面を想定した
想定方式であるため、実用レベルではφ２ｍｍ程度のプ
ローブ（分解能）が最小であるという問題がある。ま
た、の方法も同様の理由のため研究レベルでは数ｍｍ
程度のプローブが最小で、分解能はプローブサイズの１
／２程度にとどまるという問題がある。また、測定面を
ポッケルス結晶表面に作ってしまう方式では、分解能は
波長オーダまで出る可能性はあるものの、測定対象がポ
ッケルス結晶そのものであるため一般の絶縁物に適用で
きないという問題点がある。また、特開平７−２８８０
９６号公報には、試料の帯電の状態を自動的に簡単に検
出することができる試料の帯電検出方法について記載さ
れている。この方法は、電子ビームを試料上に２次元的
に走査し、その反射電子信号を検出して試料の帯電を検
出する方法である。しかしながら、電子ビームを試料上
に走査すること自体により試料の帯電状態が変化してし
まうという欠点があり、測定精度の点で問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1の物体と貫通孔を有する第２の物体
とで被測定物を挟持する工程と、前記物体間に電位差が
ない状態で、前記貫通孔を通過し、前記被測定物の近傍
を通過する荷電ビームの前記第1の物体への第1の衝突位
置を測定する第1の測定工程と、前記物体間に電位差が
ある状態で、前記貫通孔を通過し、前記被測定物の近傍
を通過する荷電ビームの前記第2の物体への第2の衝突位
置を測定する第2の測定工程と、測定された前記第1及び
第2の衝突位置の差に基づいて前記被測定物の帯電量を
測定する工程とを備えることを特徴とする帯電量の測定
方法である。また、第1の物体と貫通孔を有する第２の
物体とで被測定物を挟持する工程と、前記物体間に電位
差がある状態で、前記貫通孔を通過し前記被測定物の近
傍を通過する荷電ビームの前記第2の物体への衝突位置
を測定する第2の測定工程と、測定された前記衝突位置
に基づいて前記被測定物の帯電量を測定する工程とを備
えることを特徴とする帯電量の測定方法である。また、
被帯電体の近傍に荷電ビームを通過させたときの前記荷
電ビームの変位量に基づいて前記被帯電体の帯電量を測
定することを特徴とする帯電量の測定方法である。ま
た、電位差を有する２つの電極間に試料を配設する工程
と、一方の前記電極を通過した後、前記試料の近傍を進
行して、他方の前記電極と衝突するように荷電ビームを
出射する工程と、他方の前記電極における前記荷電ビー
ムの衝突位置を測定する工程とを備えることを特徴とす
る荷電ビームの変位量測定方法である。また、容器と、
この容器内の気体を排気させる手段と、前記容器内に荷
電ビームを出射させるビーム出射手段と、前記ビーム出
射手段から出射される荷電ビームが衝突される位置に配
設される第１の電極と、この第１の電極と前記ビーム出
射手段との間に配設され、前記第１の電極よりも電位を
低く設定可能な第２の電極と、前記荷電ビームが衝突す
る位置を測定する手段と、前記位置に基づいて前記第1
及び第2の電極間に配設される被測定物の帯電量を測定
する手段とを備えることを特徴とする帯電量の測定装置
である。

【０００５】容器と、この容器内の気体を排気させる手
段と、前記容器内に配設される第１の電極およびこの電
極よりも電位を低く設定可能な第２の電極と、２つの前
記電極間を通過する荷電ビームを出射するビーム出射手
段と、前記荷電ビームが衝突する照射体と、前記照射体
における前記荷電ビームの衝突位置を測定する手段と、
前記衝突位置に基づいて前記第1及び第2の電極間に配設
される被帯電体の帯電量を測定する手段とを備えること
を特徴とする帯電量の測定装置である。２つの電極間に
配設される試料の近傍を通過した荷電ビームの変位量を
測定する荷電ビームの変位量測定装置において、内部の
気体を排気可能であって、前記試料を内部に収納するた
めの容器と、一方の前記電極と衝突するように前記荷電
ビームを出射するビーム出射手段と、前記荷電ビームが
衝突する位置を測定する手段とを備えることを特徴とす
る荷電ビームの変位量測定装置である。

【０００６】なお、本発明における貫通孔とは、荷電ビ
ームを通過させるための孔のことをいい、その形状は円
形のみにとどまらず、線状のスリットや、メッシュ、四
角の孔その他ビーム通過のための構成一般のことをい
い、また、アパーチャのように一部のみを通過するよう
な構成も含むものとする。また、本発明における近傍と
は、帯電量が測定される試料の最大長さの半分より小さ
い範囲とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）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。図１
は、本発明に係る帯電量の測定装置１の構成図である。
この測定装置１は、光軸がほぼ垂直に交わる２つの光学
系を備えており、それぞれの光学系は、電子銃、カメラ
装置とを備えている。ここで便宜的に第1の光学系と平
行な方向（紙面上下方向）をｚ軸、第2の光学系（紙面
左右方向）をｙ軸、y軸及びｚ軸に垂直な方向（紙面垂
直方向）をｘ軸と定義する。

【０００８】以下これら各構成要素について説明する。
チャンバ２は、図示しない排気手段（例えばターボ分子
ポンプ及びロータリーポンプ）に接続されており内部を
排気可能な構成となっている。第１の電子ビームが第１
の電極板８ａに衝突する衝突位置を撮像することができ
るように、第１の電子銃、チャンバ２側壁に配設される
第１の観察窓４ａ、第１のカメラ装置１６ａは光軸が略
一致するように配設されており、第１の光学系を構成し
ている。また、第２の電子ビームが照射体１４に衝突す
る衝突位置を撮像することができるように、第２の電子
ビームを出射する第２の電子銃６ｂ、第２の電子ビーム
が衝突する照射体１４、チャンバ２側壁に配設される第
２の観察窓４ｂ、電子ビームの衝突位置を第２の観察窓
４ｂ越しに撮像する第２のカメラ装置１６ｂは光軸が略
一致するように配設されており、第２の光学系を構成し
ている。ここで、照射体１４は透明なガラス板の円板か
ら形成されており、電子ビームの衝突位置が鮮明になる
ように第２の電子銃６ｂに対向する表面には蛍光体が塗
布されている。これら第１及び第２の電子銃６ａ，６ｂ
は、チャンバ２内に電子ビームを出射する機能を有して
おり、具体的には高温に加熱することにより電子を放出
するヘアピン型のタングステンフィラメント、放出され
た電子ビームに数ｅＶから数百eV（大きい場合は数十ｋ
ｅＶ）の運動エネルギを与える加速電極（アノード電
極）、電子ビームを収束させるための電子レンズ（一般
的には静電式または磁界式のものが用いられる）、電子
ビームのサイズを制御するアパーチャ、電子ビームの進
行角度を制御する偏向器、円状の電子ビーム断面の変形
を制御する非点収差補正器等の一般的に知られている電
子光学要素部品を備えている。

【０００９】また、第１及び第２のカメラ装置は、光学
式顕微鏡とその光学像を撮像するＣＣＤカメラとを構成
要素として備える。このＣＣＤカメラで撮像された画像
データは、画像処理ソフトウェアが内蔵されるＰＣ（帯
電量算出手段１８）に出力され、画像データに基づいて
固体絶縁物ＩＳの帯電量が算出される。図２は、第１お
よび第２の電極板８ａ，８ｂを模式的に示した図であ
る。第１の電極板８ａは、第１のカメラ装置１６ａによ
る観察が可能なようにガラス等の透明部材から構成され
ており、電極作用を持たせるために第２の電極板８ｂと
対向する側の表面にはＩＴＯ等の透明電極膜が形成され
ている。さらに、電子ビームが照射されたときに電子ビ
ームの衝突位置が鮮明に発光するように透明電極膜の表
面にはさらに蛍光体が塗布されている。一方、電極作用
を持たせるために金属から形成される第２の電極板８ｂ
には、電子ビームを通過することができるように互いに
直交する幅数十μｍから数百μｍの線状のスリットＳ
１，Ｓ２が２本切ってある。

【００１０】この両電極板８は、例えばチャンバ２外に
配設される高電圧電源Ｖからリード線によって第１の電
極板８ａが正電位となるようにそれぞれ電気的に接続さ
れており、最大で例えば数１０ｋＶの電圧が印加可能な
構成となっている。上記構成による帯電量測定の作用に
ついて以下に説明する。まず、試料となる固体絶縁物Ｉ
Ｓが電極板８a、８ｂに挟持される。固体絶縁物ＩＳの
材質としては、その用途により種々の形状、材質のもの
が考えられる。ここでは、角柱で高さが２ｍｍのガラス
を高電圧の電圧板で挟持した際に、このガラスに発生す
る帯電量を測定することとする。図３は固体絶縁物ＩＳ
と電極板８ｂとの位置関係を示している。上述したよう
に第２の電極板８ｂには直交する２本の線状の電子の通
過するためのスリットＳ１，Ｓ２が形成されている。こ
こでは、各スリットに対応して２つの固体絶縁物ＩＳ
１，ＩＳ２を図示しない接合剤を介して挟持することと
する。すなわち、一方の固体絶縁物ＩＳ１は、スリット
Ｓ１に対応して配設されており、駆動機構１０により固
体絶縁物との距離を種々変化させた場合における電子ビ
ームの変位量を測定することによって帯電量の測定精度
を向上させることができる。他方の固体絶縁物ＩＳ２
は、スリットＳ２と所定間隔Ｌ離して配設されており、
駆動機構１０によりｘ軸方向に移動させた場合における
各帯電量を測定することによって、ＩＳ２のｘｚ平面に
おける帯電量分布を測定することができる。スリットＳ
２と固体絶縁物ＩＳ２との距離Ｌは、たとえば本実施の
形態においては３００μｍであるとする。

【００１１】その後、第１の電子銃６ａから出射された
第１の電子ビームがスリットＳ２を通過するように駆動
機構１０を用いて位置合わせを行い、次いで電極板間に
例えば１０ｋＶの電圧を印加する。以下、観察系ごとに
帯電量測定の作用について説明する。 [第１の観察系]図４は、第１の観察系による電子ビーム
の偏向の様子を模式的に示した図である。第１の電子銃
６ａから数百eVの運動エネルギで出射された電子ビーム
はチャンバ２内をｚ軸に略平行に進行する。電極板間の
領域以外は、チャンバ２内に大きな電場は発生していな
いので、電子ビームは直線的に進行することとなる。そ
の後電子ビームは、スリットＳ１を通過して、電極板８
間の領域に進行する。上述したように電極板間には例え
ば１０ｋVの高電圧が印加されているから、電子ビーム
は１０ｋeVに加速しながら第１の電極板８ａへ進行す
る。その一方で、固体絶縁物ＩＳは電極板間で一種のコ
ンデンサとして機能するので、その内部及び表面に静電
荷が帯電する。固体絶縁物ＩＳがどのように帯電するか
は、固体絶縁物ＩＳの物性、形状等により種々変化する
が、一般的には図４に示されるように正の電極側の表面
には負電荷が蓄積され、負の電極側の表面には正電荷が
蓄積されることが多い。このため固体絶縁物ＩＳ２近傍
では、平行電場が歪み、電子ビームが固体絶縁物ＩＳ２
側に偏向して第１の電極板８ａに衝突することとなる。
衝突の際、衝突位置は発光し、第１のカメラ装置１６ａ
により撮像される。

【００１２】ビームスポットのシフト量SHは、まったく
電場を作用させていない場合の衝突位置を予め撮像し、
その衝突位置と比較することにより測定することが可能
となる。SHを測定すれば、平行電界の歪み量、すなわ
ち、固体絶縁物ＩＳ２表面の帯電量の分布を測定するこ
とができる。以下、帯電量の分布を求める演算処理につ
いて説明する。以下の演算処理は帯電量算出手段１８に
より行われる。まず、固体絶縁物ＩＳ２の表面の帯電量
Cについて、 C＝F1（ｚ）と定義する。すなわち、ｚ軸方向について帯電量の分布
があるとして帯電量Ｃをｚの関数で定義する。ここでF1
の分布カーブは既存文献や、大スケール（数１０mmオー
ダ以上）の固体絶縁物についてポッケルス効果等を用い
て得られた測定結果等から推定することができる。い
ま、その分布カーブが（a0+a1*Z+a2*Z^2+．．．．．）
である（ａｉは既知の定数）とすれば、Ｃ＝Ｋ（a0+a1*Z+a2*Z^2+．．．．．）・・・式１と表現することができる。ここでＫは未知の比例定数で
ある。一方、シフト量SHについて、 SH=F2（C，L）と定義する。ここで、Lはスリット通過時における電子
ビームと固体絶縁物ＩＳ２との距離を示している。上述
したように本実施例の場合L＝３００μｍである。

【００１３】ここで、Ｆ２はシフト量ＳＨと帯電量Ｃと
の関数で示されるが、この関数はＬを定数として例えば
シミュレーションにより得ることができる。いま、ＳＨ＝（ｂ0+ｂ1*Ｃ+ｂ2*Ｃ^2+．．．．．）・・・式２であるとする（ここでｂiは既知の定数）。したがっ
て、SHを式２に代入して、Cを算出し、ついで式１にCを
代入すれば未知の比例定数Ｋを算出することが可能とな
り、式１で表される固体絶縁物ＩＳ２表面のｚ軸方向の
帯電量分布の測定が可能となる。以上の手順により固体
絶縁物の帯電量分布を測定することができた。特に、従
来では不可能であった、数ミリメートル程度の微小な絶
縁物の帯電量を測定できる。なお、ｘｙ平面での測定分
解能は、スリットサイズ及び電子ビームのスポットサイ
ズの小さいほうで決定される。本実施例の場合スリット
サイズは数十μｍであるが、電子ビーム等荷電ビームの
スポットサイズはμｍ以下のオーダに調整することがで
きるので、高分解能での測定が実現可能となる。さら
に、駆動機構１０によりｘ軸に平行に電極板8a,8ｂと一
体的に固体絶縁物ＩＳ２を移動させることにより、ｘｚ
面内における固体絶縁物表面の帯電量分布を測定するこ
とが可能になる。

【００１４】また、同様にスリットＳ１を通過し固体絶
縁物ＩＳ１近傍を通過する電子ビームの変位量測定を通
じて固体絶縁物表面の帯電量分布を測定することが出来
る。この場合は、駆動機構１０によりｙ軸に平行に電極
板8a,8ｂと一体的に固体絶縁物ＩＳごと電極板を移動さ
せることにより、Ｌを変えて帯電量測定をすることがで
きる。したがって、異なるＬごとに帯電量分布を測定し
てその分布を平均化することにより測定精度を向上させ
ることができる。また、Ｌを小さくしていくと、電子ビ
ームが固体絶縁物ＩＳ１に衝突するために第１の電極板
８ａで発光が生じないようになる。このときのＬを種々
の形状の固体絶縁物に対して測定することにより、電場
に対して歪みの小さい固体絶縁物の形状を容易に知るこ
とができるという利点もある。なお、本実施の形態にお
いて固体絶縁物はガラスを用いたが、これに限られるも
のではなく例えば酸化マグネシウム、アルミナセラミク
ス等であっても良い。なお、本発明の適用は絶縁物に限
られるものではなく、例えばシリコンのような半導体で
あっても良い。（第２の実施の形態） [観察系２について]第１の実施の形態において、固体絶
縁物ＩＳの表面の帯電量Ｃを測定するにあたり、帯電量
の分布カーブをＣ＝Ｋ（a0+a1*Z+a2*Z^2+．．．．．）
（ただしａｉは定数）と推定して帯電量を測定した。し
かしながら、固体絶縁物ＩＳの形状が特殊であり帯電分
布カーブの推定が困難なこともある。また、形状が相似
でも大スケールの場合と本実施例のように数ｍｍ以下の
場合とでは帯電分布カーブが異なるということも考えら
れる。

【００１５】このような場合は、観察系２、すなわち電
子ビームを電極面と略平行に（ｙ軸方向に）進行させる
測定系を用いて固体絶縁物ＩＳのｚ方向の帯電量分布カ
ーブを測定することができる。その測定の際、第１の実
施の形態では用いられなかった軌道補正装置１６を用い
る必要性があるので、まずその必要性について説明す
る。電界中を電子ビームが進行する際には、その電界に
より電子に力が作用する。したがって電極板８間を電子
ビームが進行すると、電子ビームは正極である第１の電
極板８ａ側に偏向する。このため、電子ビームの運動エ
ネルギが小さい場合や、大きい電界を作用させる必要が
ある場合は、電子ビームが第１の電極板８ａに衝突する
ために、第２の観察系を用いて観察することが困難とな
る。したがって軌道補正装置１６を用いて磁界を発生さ
せることにより電子ビームの軌道を補正して、照射体１
４に衝突させる。図５は、軌道補正装置１６の一形態を
示している。この図に示されるように、Ｕ字型の金属体
３０に電磁コイル３２を巻いて、電極板８間の領域にｘ
軸方向の磁界を発生させる。ｙ軸方向（紙面垂直方向）
に進行する電子ビームに対してｘ方向（紙面で右から左
の方向）に磁界を発生させることによりｚの負方向（紙
面で上から下の方向）への力が作用することとなるの
で、第２の電子ビームが第１の電極板８ａに衝突するこ
とを防止することができる。発生させる磁界の大きさ
は、電子ビームに加える運動エネルギの大きさ及び電極
間の電界の大きさに基づいて適切に設定すべきである。
このため、電磁コイル３２により磁界を発生させる方式
が磁界の大きさを調整可能で便利であるが、その他の手
段でも良く、例えば永久磁石を用いて磁界を発生させて
も良い。

【００１６】上記構成の下、帯電量のｚ方向分布の測定
方法について説明する。第２の電子銃６ｂから出射され
た電子ビームは略ｙ方向に平行に進行して電極板８間の
領域に進行していく。以下電子ビームのｚ軸方向への変
化、ｘ軸方向への変化とに分けて順次説明する。（ｚ軸方向への変化について）図６は、第２の電子ビー
ムの偏向の様子について示した模式図である。電極板間
においては、ｚ軸の負方向の電界が発生しているから、
第２の電子ビームにはｚ方向上向きの力が作用してい
る。その一方で、この領域にはｘの正方向への磁界が発
生しているから、第２の電子ビームにはｚ方向下向きの
力が作用している。その結果、ｚ軸方向については両者
の合力に基づいて電子ビームが偏向する。したがって、
図に示されるように本来的には軌道がＮＣであったとこ
ろビーム軌道ビーム軌道NCはＣに補正され（フレミング
左手の法則）、電極間を通過できるようになる。たとえ
ば、両者の力が略等しいように予め調整すれば、電子ビ
ームはｚ軸方向については略変化することなく進行する
こととなる。ここで、金属体３０の両端面を十分大きく
することにより、金属板間に一様磁界を発生させれば、
ｚ軸方向について電子ビームに作用する合力は金属板間
のいずれの位置においても略等しくなるため、電子ビー
ムのｚ軸方向制御を容易に行うことができる。

【００１７】（ｘ軸方向への変化について）第１の実施
の形態において説明したように、電極板間に高電界を発
生させることにより、固体絶縁物ＩＳの表面には電荷の
偏りが発生する。このため、固体絶縁物がなければｚ軸
下向きの一様磁界であったのが、固体絶縁物ＩＳの存在
のために電界が歪むこととなり、特に固体絶縁物ＩＳ近
傍で大きな歪みが生じ、その結果電子ビームは偏向す
る。具体的には、表面に正電荷が蓄積されているときに
は、電子ビームはその正電荷に引き寄せられるように偏
向し、表面に負電荷が蓄積されているときには，電子ビ
ームはその負電荷と離れるように偏向する。また、その
偏向量は帯電量に基づく。偏向された電子ビームは固体
絶縁物ＩＳを通過した後、照射体１４に衝突し発光を生
じさせる。第２のカメラ装置１６ｂにより撮像され、そ
の撮像信号が帯電量算出手段１８に算出され、帯電量が
算出される。例えば電極板に電圧が印加されておらず、
両電極に電位差がない状態における照射体１４への衝突
位置と比較することにより、電子ビームの偏向量（変位
量）を算出可能であり、この電子ビームの変位量に基づ
いて帯電量を算出することができる。以下、変位量εに
基づいて帯電量を算出する手順について説明する。電子
ビームの変位量εと帯電量Ｃの関係は、 ε（Z）＝G2（C，L）で表現される。ここで、Ｌは固体絶縁物ＩＳと、ｘ軸方
向への偏向がないとした場合の電子ビームの軌道との距
離を示している（ｘ軸方向へのビーム偏向を示した図７
を参照）。また、Ｇ２はＬ及びＣと変位量εとの関係を
示した関数であるが例えばシミュレーションにより決定
することが出来る。

【００１８】したがってεを下記式に代入してＣを算出
することができる。 C=G2^−１（ε（Z））次いで、駆動機構１０を用いてｚ軸方向に少しずつ移動
させながら上記変位量の測定を順次行うことによりｚ軸
方向の帯電量分布を測定することが可能となる。ただ
し、電子ビームの通過位置が第１の電極板８ａに近づく
につれ、電子ビームが第１の電極板８ａに衝突する可能
性が高くなるので、発生させる磁界の大きさを適宜変化
させてやっても良い。なお、照射体１４の位置を電極板
の位置と離すことにより、ビームの偏向に基づく変位量
が大きくなるので、照射体１４の位置を遠ざけることに
より高分解能で測定が可能となる。また、ＩＴＯ膜は、
電子ビームによって発光現象があるため、蛍光体なしで
も観察できる場合もあるまた、駆動機構１０で固体絶縁
物を移動させる代わりに、ビームを移動させる機構にし
ても良い。また、衝突位置と、帯電量とを対応させるデ
ータベースを予め作成しておき、変位量を求めることな
く、衝突位置から直接帯電量を測定する構成としても良
い。また、本実施の形態においては電位差のある電極間
に固体絶縁物を挟持してその固体絶縁物の近傍に電子ビ
ームを通過させることにより、固体絶縁物の帯電量を測
定した。このようにすることにより、荷電導体の支持物
など電位差のある物体間の支持物として用いた場合の帯
電量を測定することができる。なお、本実施の形態で
は、被測定物は２つの電極で挟持されたが、必ずしもそ
の必要はない。すなわち、被測定物が帯電していれば、
電極で挟持するかしないかに関わらず周囲の電場は被測
定物の帯電の影響により歪みが生じているから、電極で
挟持しなくとも被測定物近傍に荷電ビームを通過させた
場合には、荷電ビームは帯電の影響を受けて偏向する。
したがって、帯電量を測定することができる。

【００１９】また、第１の実施の形態においては、電場
の方向（すなわち正電位から負電位の方向）と相対する
ように荷電ビームを進行させた。このようにすることに
より、電界の歪みがない場合は、荷電ビームは略偏向す
ることなく直進することとなる。このため、帯電物が存
在する場合の電界の歪みによる影響がより明確になり測
定精度が向上するという効果がある。しかし、本発明は
種々適用可能であり、例えば斜めの電界中で荷電ビーム
を進行させても良いし、動的に電界が変化する中で荷電
ビームを進行させて測定を行っても良い。また、本実施
の形態においては、蛍光板に当たったビーム位置を光学
顕微鏡などで観察して、ビーム位置をCCDカメラ検出で
きる方式を用いたが、その他の手段で電子ビームの衝突
位置を測定しても良い。例えばMCPと蛍光板および固体
撮像素子を組合わせた装置、ピンホール（もしくはメッ
シュ）とファラディカップを用いてこれを二次元走査し
て電子ビーム位置を検出する方式など、電子ビーム位置
を検出できる方式ならば利用できる。さらに、電子ビー
ムの照射位置に基づいて電気的信号を出力するようなセ
ンサを用いても良い。また、透明電極膜の表面に蛍光体
を塗布する変わりに、ＣＲＴのようにガラスに蛍光体を
塗り、その上にアルミバックコーティングをする方法も
ある。さらに、導電性の蛍光体のみを用いて衝突位置を
測定しても良い。

【００２０】また、本実施の形態においては、固体絶縁
物の帯電量を測定することをひとつの目的としたが、帯
電物が周囲に与える電界の歪みに基づく電子ビームの偏
向の影響を知りたい場合は、電子ビームの変位量の測定
について本発明を適用し、帯電量の算出・測定は行わな
くても良い。また、電子ビームのみならずイオンビーム
等荷電ビームでも本発明を適用可能である。また、本実
施の形態では、３次元に駆動可能な駆動機構を用いた
が、さらに回転方向への駆動機構を用いてもよい。例え
ば、ｚ軸回りに回転可能な駆動機構を用いても良い。こ
の場合、固体絶縁体のすべての側面について帯電量分布
を容易に測定することが可能となる。このため、固体絶
縁体の形状が非対称である場合に特に効果が大きい。ま
た、スリットの形状は線状に限られず、例えば丸孔、四
角等、あるいは曲線でも良く、さらにメッシュであって
も良い。また、スリットと固体絶縁物の配置は種々変形
可能であり、例えばｙ方向に平行な線状スリットを用い
ればｙｚ平面の分布を測定しても良い。±電極は、金属
板と透明部材としたが、電子ビームが透過する金属製や
半導体のメッシュでよい。また、透明部材にメッシュを
用いた場合には、その後方に蛍光体付きガラスやファラ
ディカップを配置して、電子ビームを検出する。

【００２１】なお、面内方向と高さ方向の２軸の測定系
を備えた装置を用いたが、一軸の測定系のみを備える装
置でも良い。また、被測定物としてポッケルスセルを用
いる場合には、第１の光学系とポッケルス光学測定系の
併用をする装置を用いても良い。また、電子銃の構成と
して第１及び第２の実施の形態においてはWヘアピンに
よる熱電子を用いた電子銃を例示したが、熱電界電子銃
（TFE）や電界電子銃（冷陰極CFE）を用いた電子銃も利
用できる。さらに、半導体プロセスを用いたマイクロエ
ミッタを用いた電子銃も利用できる。また、電極間電界
が弱い場合、または電子ビームエネルギーが大きい場合
（この場合は測定感度が低くなるが）で、観察系２の電
子ビームが磁界なしで上下電極に衝突せず、突き抜ける
場合には、軌道補正装置を省略することができる。ま
た、測定対象は絶縁物に限らず、絶縁物の表面にコーテ
ィング等を施した部材、半導体についても可能である。
また、排気系についても、RP（ロータリーポンプ）とTM
P（ターボ分子ポンプ）の排気系を例示したが、ポンプ
はこれに限らず、ソープションポンプ、イオンポンプ、
クライオポンプ、ゲッターポンプなど何でも利用可能で
ある。また、内部のガス放出がない場合には、初期排気
の後、封止きりの装置にして測定も可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、微小空間に配置された
絶縁物（小さい場合には１mm程度以下のもの）の表面帯
電を、絶縁物の材料制限なく高い分解能で測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯電量の測定装置１の構成図。

【図２】第１および第２の電極板８ａ，８ｂを模式的に
示した図。

【図３】固体絶縁物ＩＳと電極板８ｂとの位置関係を示
した図。

【図４】第１の観察系による電子ビームの偏向の様子を
模式的に示した図。

【図５】軌道補正装置１６の一形態を模式的に示した
図。

【図６】第２の電子ビームの偏向の様子について示した
模式図。

【図７】ｘ軸方向へのビーム偏向を示した図。

【符号の説明】

１・・・帯電量の測定装置、２・・・チャンバ２、６ａ・・・第１の電子銃、６ｂ・・・第２の電子銃、ＩＳ・・・固体絶縁物、８ａ・・・第１の電極板、８ｂ・・・第２の電極板、１６ａ・・・第１のカメラ装置、１６ｂ・・・第２のカメラ装置、１７・・・軌道補正装置、１８・・・帯電量算出手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第1の物体と貫通孔を有する第２の物体
とで被測定物を挟持する工程と、前記物体間に電位差が
ない状態で、前記貫通孔を通過し前記被測定物の近傍を
通過する荷電ビームの前記第1の物体への第1の衝突位置
を測定する第1の測定工程と、前記物体間に電位差があ
る状態で、前記貫通孔を通過し前記被測定物の近傍を通
過する荷電ビームの前記第2の物体への第2の衝突位置を
測定する第2の測定工程と、測定された前記第1及び第2
の衝突位置の差に基づいて前記被測定物の帯電量を測定
する工程とを備えることを特徴とする帯電量の測定方
法。
【請求項２】前記第2の測定工程は、前記第1の物体の
電位を前記第2の物体の電位よりも大きくするととも
に、前記物体間に発生する電場の方向とほぼ平行となる
ように前記荷電ビームは、前記貫通孔を通過することを
特徴とする請求項１記載の帯電量の測定方法。
【請求項3】第1の物体と貫通孔を有する第２の物体と
で被測定物を挟持する工程と、前記物体間に電位差があ
る状態で、前記貫通孔を通過し前記被測定物の近傍を通
過する荷電ビームの前記第2の物体への衝突位置を測定
する第2の測定工程と、測定された前記衝突位置に基づ
いて前記被測定物の帯電量を測定する工程とを備えるこ
とを特徴とする帯電量の測定方法。
【請求項４】被帯電体の近傍に荷電ビームを通過させ
たときの前記荷電ビームの変位量に基づいて前記被帯電
体の帯電量を測定することを特徴とする帯電量の測定方
法。
【請求項５】電位差を有する２つの電極間に試料を配
設する工程と、一方の前記電極を通過した後、前記試料
の近傍を進行して、他方の前記電極と衝突するように荷
電ビームを出射する工程と、他方の前記電極における前
記荷電ビームの衝突位置を測定する工程とを備えること
を特徴とする荷電ビームの変位量測定方法。
【請求項６】容器と、この容器内の気体を排気させる
手段と、前記容器内に荷電ビームを出射させるビーム出
射手段と、前記ビーム出射手段から出射される荷電ビー
ムが衝突される位置に配設される第１の電極と、この第
１の電極と前記ビーム出射手段との間に配設され、前記
第１の電極よりも電位を低く設定可能な第２の電極と、
前記荷電ビームが衝突する位置を測定する手段と、前記
位置に基づいて前記第1及び第2の電極間に配設される被
測定物の帯電量を測定する手段とを備えることを特徴と
する帯電量の測定装置。
【請求項７】容器と、この容器内の気体を排気させる
手段と、前記容器内に配設される第１の電極およびこの
電極よりも電位を低く設定可能な第２の電極と、２つの
前記電極間を通過する荷電ビームを出射するビーム出射
手段と、前記荷電ビームが衝突する照射体と、前記照射
体における前記荷電ビームの衝突位置を測定する手段
と、前記衝突位置に基づいて前記第1及び第2の電極間に
配設される被帯電体の帯電量を測定する手段とを備える
ことを特徴とする帯電量の測定装置。
【請求項８】前記荷電ビームが通過する領域の少なく
とも一部に磁場を発生させる磁場発生手段を備えること
を特徴とする請求項７記載の帯電量の測定装置。
【請求項９】少なくとも一方の電極には貫通孔が形成
されている２つの電極間に配設される試料の近傍を通過
した荷電ビームの変位量を測定する荷電ビームの変位量
測定装置であって、内部の気体を排気可能であって、前
記試料を内部に収納するための容器と、一方の前記電極
に形成される前記貫通孔を通過し、他方の前記電極と衝
突するように前記荷電ビームを出射するビーム出射手段
と、前記荷電ビームが衝突する他方の前記電極における
位置を測定する手段と、を備えることを特徴とする荷電
ビームの変位量測定装置。
【請求項10】前記試料の近傍及び二つの前記電極間を
通過する荷電ビームを出射するための第2のビーム出射
手段と、この荷電ビームが衝突される照射体と、この照
射体への前記荷電ビームの衝突位置を測定するための手
段とを備えることを特徴とする請求項９記載の荷電ビー
ムの変位量測定装置。