JP2008096971A - Vacuum chamber apparatus, electrostatic latent image forming apparatus, electrostatic latent image measuring apparatus, and image forming apparatus - Google Patents

Vacuum chamber apparatus, electrostatic latent image forming apparatus, electrostatic latent image measuring apparatus, and image forming apparatus Download PDF

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Nobuaki Kubo
信秋 久保
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum chamber apparatus in which a light beam from a scanning optical system is guided into a vacuum chamber and a sample is scanned with the light beam while extraneous light from outside a vacuum chamber is blocked. <P>SOLUTION: The vacuum chamber apparatus includes: a vacuum sample stage portion disposed in the vacuum chamber, used to place a sample thereon, and movable in an optional direction; a scanning optical system disposed outside the vacuum chamber, used to emit and deflect a scanning beam for scanning a sample; an extraneous light blocking means connecting the vacuum chamber and scanning optical system together, and used to block extraneous light entering the vacuum chamber; an internal observation means disposed in the connection portion of the vacuum chamber and extraneous light blocking means, and capable of transmitting the scanning beam; and a scanning beam folding means with which the scanning beam emitted from the scanning optical system is guided to the inside of the vacuum chamber via the extraneous light blocking means and internal observation means. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、真空チャンバ装置、静電潜像形成装置、静電潜像測定装置、画像形成装置に関するものであり、試料の表面電位分布、表面電荷分布の測定などに適用可能な真空チャンバ装置、静電潜像形成装置、静電潜像測定装置、及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a vacuum chamber apparatus, an electrostatic latent image forming apparatus, an electrostatic latent image measuring apparatus, and an image forming apparatus, and a vacuum chamber apparatus applicable to measurement of surface potential distribution and surface charge distribution of a sample, The present invention relates to an electrostatic latent image forming apparatus, an electrostatic latent image measuring apparatus, and an image forming apparatus.

従来、複写機やレーザープリンタといった電子写真方式画像形成装置において出力画像を得るためには、通常、以下のプロセスを経ている(図7参照)。
1.帯電:電子写真感光体を均一に帯電させる。
2.露光:上記感光体に光を照射し、画像に対応して部分的に電荷を逃がし、静電潜像を形成する。
3.現像:帯電した微粒子(以下、トナーという)で、上記静電潜像上に可視画像を形成する。
4.転写:現像され可視化されたトナー画像を紙または他の転写材に移動させる。
5.定着:転写画像を形成しているトナーを融着して、転写材上に画像を固定する。
6.クリーニング:感光体上の残留トナーを清掃する。
7.除電:感光体上の残留電荷を除去する。
上記各工程のプロセスファクタやプロセスクオリティは、最終的な出力画像品質に大きく影響を与える。このため、より高い画質の画像を得るためには、各工程のプロセスクオリティを向上させる必要があり、中でも露光後の静電潜像の品質を評価する事は、質の高い画像を得る上で極めて重要である。
Conventionally, in order to obtain an output image in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a laser printer, the following process is usually performed (see FIG. 7).
1. Charging: The electrophotographic photosensitive member is uniformly charged.
2. Exposure: The photosensitive member is irradiated with light, and charges are partially released corresponding to the image to form an electrostatic latent image.
3. Development: A visible image is formed on the electrostatic latent image with charged fine particles (hereinafter referred to as toner).
4). Transfer: Move the developed and visualized toner image to paper or other transfer material.
5. Fixing: The toner forming the transfer image is fused to fix the image on the transfer material.
6). Cleaning: Cleans residual toner on the photoreceptor.
7). Static elimination: Removes residual charge on the photoreceptor.
The process factor and process quality of each of the above steps greatly affect the final output image quality. For this reason, in order to obtain a higher quality image, it is necessary to improve the process quality of each process. In particular, evaluating the quality of the electrostatic latent image after exposure is necessary for obtaining a high quality image. Very important.

特に、露光工程で用いる書き込み光学系の設計は、感光体面上におけるビームスポット径として最適化設計されている。しかし、本来、トナー粒子の挙動に直接影響を与える感光体上の静電潜像として最適なものが形成されるように設計されるべきであるにもかかわらず、そのような設計が行われているわけではない。また、露光エネルギーが静電潜像へ変換されるときの明確なメカニズムも確立されていない。従って、静電潜像から得られる情報を光学系設計に取り込むことができれば、さらに高画質が得られ、画像形成装置の低コスト設計をすることが期待できる。
特許第3009179号公報 特開平11−184188号公報 特開平3−49143号公報
In particular, the design of the writing optical system used in the exposure process is optimized as the beam spot diameter on the surface of the photoreceptor. However, in spite of the fact that it should be designed so that an optimum electrostatic latent image on the photoreceptor that directly affects the behavior of the toner particles should be formed, such a design is performed. I don't mean. In addition, a clear mechanism for converting exposure energy into an electrostatic latent image has not been established. Therefore, if information obtained from the electrostatic latent image can be taken into the optical system design, higher image quality can be obtained, and it can be expected to design the image forming apparatus at a low cost.
Japanese Patent No. 3009179 JP-A-11-184188 Japanese Patent Laid-Open No. 3-49143

しかしながら、静電潜像は、測定することが極めて困難であり、実際の使用上全く測定できていないのが現状である。   However, it is extremely difficult to measure an electrostatic latent image, and the actual situation is that it cannot be measured at all in actual use.

良く知られている静電潜像の測定方法は、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、そのとき静電潜像とカンチレバーなどとの間に相互作用として起こる、静電引力や誘導電流を計測し、これを電位分布に換算する方式である。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、例えば、特許文献1や特許文献2などに記載されている。   A well-known method for measuring an electrostatic latent image is to bring a sensor head such as a cantilever close to a sample having a potential distribution, and at that time, electrostatic attraction generated as an interaction between the electrostatic latent image and the cantilever. Or an induced current is measured and converted into a potential distribution. The electrostatic attraction type is commercially available as SPM (Scanning Probe Microscope), and the induced current type is described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

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。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、
〈1〉絶対距離計測が必要となる。
〈2〉測定に時間がかかり、その間に潜像の状態が変化する。
〈3〉放電、吸着が起こる。
〈4〉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、他の用途には使うことができても、実使用上静電潜像を測定することはできない。
However, in order to use these methods, it is necessary to bring the sensor head close to the sample. For example, in order to obtain a spatial resolution of 10 μm, the distance between the sensor and the sample needs to be 10 μm or less. Under these conditions,
<1> Absolute distance measurement is required.
<2> Measurement takes time, during which the state of the latent image changes.
<3> Discharge and adsorption occur.
<4> The sensor itself disturbs the electric field.
Even if it can be used for other purposes, an electrostatic latent image cannot be measured in actual use.

このため、現実的な測定方法として、静電潜像の可視化には、着色微粉末であるトナーに電荷を与え、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、この方法では、現像と転写のプロセスを経ているので、静電潜像そのものを計測したことにはならない。   For this reason, as a realistic measurement method, the electrostatic latent image is visualized by applying a charge to the toner, which is a colored fine powder, and developing it by the Coulomb force acting between the charged toner and the electrostatic latent image. And a method of transferring the toner image onto paper or tape is generally employed. However, in this method, since the development and transfer processes are performed, the electrostatic latent image itself is not measured.

一方、電子ビームを用いた電位パターンの測定方法が知られている。これは、LSIの故障解析のために、既に実用化されている。この測定方法は試料が導体の場合であり、本発明が対象としている感光体のような誘電体とは全く異質のものが測定対象であり、感光体のような誘電体の測定には適応できない。測定対象が導体であれば、これに定電流を流すことにより電位分布を長時間保持することができ、また、電位量は高々0〜5Vの狭い範囲であり、チャージアップの現象も起きない。電子ビームの照射によって、電位状態が変わることもない。   On the other hand, a method for measuring a potential pattern using an electron beam is known. This has already been put to practical use for LSI failure analysis. This measurement method is a case where the sample is a conductor, and a measurement object is completely different from a dielectric material such as a photoconductor intended by the present invention, and cannot be applied to measurement of a dielectric material such as a photoconductor. . If the object to be measured is a conductor, the potential distribution can be maintained for a long time by passing a constant current through the conductor, and the potential amount is a narrow range of 0 to 5 V at most, so that no charge-up phenomenon occurs. The potential state does not change by irradiation with the electron beam.

電子ビームによる静電潜像の観察方法としては、例えば特許文献3記載のものなどがあるが、試料としては、LSIチップや静電潜像を記憶・保持できる試料に限定されている。すなわち、暗減衰を生じる通常の感光体は、測定することができない。   For example, Patent Document 3 discloses a method for observing an electrostatic latent image using an electron beam, but the sample is limited to an LSI chip or a sample that can store and hold an electrostatic latent image. That is, a normal photoconductor that causes dark decay cannot be measured.

通常の誘電体は電荷を半永久的に保持することができるので、電荷分布を形成後、時間をかけて測定を行っても、測定結果に影響を与えることはない。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は、暗室であってもせいぜい数十秒である。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。   Since a normal dielectric can hold a charge semipermanently, even if measurement is performed over time after forming a charge distribution, the measurement result is not affected. However, in the case of a photoconductor, since the resistance value is not infinite, the charge cannot be held for a long time, dark decay occurs, and the surface potential decreases with time. The time that the photoconductor can hold the charge is at most several tens of seconds even in the dark room. Therefore, even if an attempt is made to observe in an electron microscope (SEM) after charging and exposure, the electrostatic latent image disappears in the preparation stage.

ところで、電子写真プロセスで用いられる感光体試料は、一般的に円筒形状をしており、円筒形状の感光体に生じる静電潜像分布を非破壊で、高分解能に測定することが望まれる。また、電荷分布形成手段が同じであっても、感光体の経時的な劣化により、静電潜像は変化する。このため、経時的な静電潜像の変動を評価することが望まれている。   By the way, a photoconductor sample used in an electrophotographic process has a generally cylindrical shape, and it is desired to measure the electrostatic latent image distribution generated on the cylindrical photoconductor in a non-destructive manner with high resolution. Even if the charge distribution forming means is the same, the electrostatic latent image changes due to the deterioration of the photoreceptor over time. For this reason, it is desired to evaluate the variation of the electrostatic latent image over time.

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたものであり、荷電粒ビームを照射して、測定を行う装置内に静電潜像を形成し、潜像形成後の短い時間内に測定を行うことができる真空チャンバ装置、静電潜像形成装置、静電潜像測定装置、及び画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and forms an electrostatic latent image in a measurement apparatus by irradiating a charged particle beam, and after the latent image is formed. It is an object of the present invention to provide a vacuum chamber apparatus, an electrostatic latent image forming apparatus, an electrostatic latent image measuring apparatus, and an image forming apparatus that can perform measurement within a short period of time.

また、静電潜像のビームプロファイルを精度良く定量評価し、さらに静止ビームプロファイルだけでなく、実使用に近い状態でダイナミックにビームを走査して得られる静電潜像評価、ドットの多重露光による潜像形成への影響等を測定評価できる装置を提供することを目的とする。   In addition, the beam profile of the electrostatic latent image is accurately and quantitatively evaluated. Furthermore, not only the static beam profile but also the electrostatic latent image obtained by dynamically scanning the beam in a state close to actual use, and by multiple exposure of dots An object of the present invention is to provide an apparatus capable of measuring and evaluating the influence on the formation of a latent image.

かかる目的を達成するために、請求項1記載の発明は、真空チャンバの内部に設けられ、試料を載置し、任意の方向に移動可能とする真空試料ステージ部と、真空チャンバの外部に配置され、試料を走査するための走査ビームを出射、偏向する走査光学系と、真空チャンバと走査光学系とを連結するとともに、真空チャンバ内部へ入射する外光を遮光する外光遮光手段と、真空チャンバと外光遮光手段との連結部分に設けられ、走査ビームが透過可能な内部観察用手段と、走査光学系から出射された走査ビームを、外光遮光手段及び内部観察用手段を介して真空チャンバの内部に導く走査ビーム折り返し手段と、を有することを特徴とする。   In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is provided inside a vacuum chamber, placed on the outside of the vacuum chamber, and a vacuum sample stage portion on which a sample can be placed and moved in any direction. A scanning optical system for emitting and deflecting a scanning beam for scanning the sample, a vacuum chamber and the scanning optical system, and an external light shielding means for shielding external light incident on the inside of the vacuum chamber; An internal observation means that is provided at a connecting portion between the chamber and the external light shielding means and through which the scanning beam can be transmitted, and the scanning beam emitted from the scanning optical system is vacuum-excited through the external light shielding means and the internal observation means. Scanning beam folding means for guiding the inside of the chamber.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、走査光学系は、平行移動が可能な平行移動装置上に載置され、走査光学系から走査ビームを出射して試料を走査しつつ、平行移動装置及び真空試料ステージ部を移動させることにより、2次元走査を可能とすることを特徴とする。   According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the scanning optical system is placed on a parallel movement device capable of parallel movement, and a scanning beam is emitted from the scanning optical system while scanning the sample. The two-dimensional scanning is enabled by moving the translation device and the vacuum sample stage.

請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、内部観察用手段は、真空チャンバ鉛直軸に対して略45度となる位置に配置され、走査ビーム折り返し手段は、走査ビームの出射角が真空チャンバ鉛直軸に対し略45度になるように走査光学系と一体化されて配置され、走査光学系全体を水平方向に移動させて2次元走査を行うことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the internal observation means is disposed at a position that is approximately 45 degrees with respect to the vertical axis of the vacuum chamber, and the scanning beam folding means The two-dimensional scanning is performed by moving the entire scanning optical system in the horizontal direction so as to be integrated with the scanning optical system so that the emission angle is approximately 45 degrees with respect to the vertical axis of the vacuum chamber.

請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項に記載の発明において、走査光学系は、光学ハウジングとカバーとで略密閉された光学ユニットであり、内部観察用手段と光学ユニットとの間は外光遮光手段で覆われていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the scanning optical system is an optical unit substantially sealed by an optical housing and a cover. The space between the units is covered with external light shielding means.

請求項5記載の発明は、請求項4記載の発明において、外光遮光手段は、外筒、内筒、及び柔軟性のある遮光部材で構成され、外筒と内筒は、非接触な合わせ部を有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the external light shielding means is composed of an outer cylinder, an inner cylinder, and a flexible light-shielding member, and the outer cylinder and the inner cylinder are non-contact aligned. It has the part.

請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明において、合わせ部はラビリンス構造であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein the mating portion has a labyrinth structure.

請求項7記載の発明は、請求項5又は6記載の発明において、遮光部材は、弾性部材、又は、弾性部材引きの不織布であることを特徴とする。   The invention described in claim 7 is the invention described in claim 5 or 6, characterized in that the light shielding member is an elastic member or an elastic member-drawn non-woven fabric.

請求項8記載の発明は、請求項1から7のいずれか1項に記載の発明において、走査光学系は、少なくとも3軸方向に移動可能であり、そのうち少なくとも2軸方向は微調整可能な調整機構を設けることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to seventh aspects, the scanning optical system is movable in at least three axial directions, and at least two axial directions can be finely adjusted. A mechanism is provided.

請求項9記載の発明は、請求項1から8のいずれか1項に記載の発明において、真空チャンバと走査光学系とを配置した構造体を共通の除振台に載置し、構造体は、真空チャンバに設けた試料交換室の動作、及び、試料交換性を容易とする片持ち構造であることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the structure in which the vacuum chamber and the scanning optical system are arranged is placed on a common vibration isolation table. The cantilever structure facilitates the operation of the sample exchange chamber provided in the vacuum chamber and the sample exchangeability.

請求項10記載の発明は、請求項1から9のいずれか1項に記載の発明において、走査光学系を平板の上に配置し、真空チャンバの鉛直軸に対して略45°の方向に移動可能かつ位置調整可能な平行移動機構を有し、平行移動機構は、X軸ステージとスライドガイドとから成ることを特徴とする。   A tenth aspect of the invention is the invention according to any one of the first to ninth aspects, wherein the scanning optical system is disposed on a flat plate and moved in a direction of approximately 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber. A parallel movement mechanism capable of adjusting the position is provided, and the parallel movement mechanism includes an X-axis stage and a slide guide.

請求項11記載の発明は、請求項10記載の発明において、平行移動機構は、真空チャンバの鉛直軸と直交する方向で、試料交換室の動作方向と平行な方向に、あるいは、真空チャンバの鉛直軸と直交する方向で、試料交換室の動作方向と直交する方向に、走査光学系を移動させることを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, the translation mechanism is a direction perpendicular to the vertical axis of the vacuum chamber, parallel to the operation direction of the sample exchange chamber, or vertical of the vacuum chamber. The scanning optical system is moved in a direction orthogonal to the axis and in a direction orthogonal to the operation direction of the sample exchange chamber.

請求項12記載の発明は、請求項1から11のいずれか1項に記載の発明において、走査光学系を載置した構造体は、複数の基板と複数のステーとから成り、複数の基板と複数のステーとは締結部材により一体化された状態で除振台に取り付け取り外し可能とすることを特徴とする。   The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 1 to 11, wherein the structure on which the scanning optical system is mounted includes a plurality of substrates and a plurality of stays, The plurality of stays can be attached to and detached from the vibration isolation table in an integrated state by a fastening member.

請求項13記載の発明は、請求項1から12のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置を有し、試料面を荷電粒子ビームで走査し、試料面上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成することを特徴とする。   A thirteenth aspect of the present invention includes the vacuum chamber device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the sample surface is scanned with a charged particle beam to generate a charge distribution on the sample surface, and electrostatic A latent image is formed.

請求項14記載の発明は、請求項1から12のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置を有し、試料面を荷電粒子ビームで走査することで得られる検出信号により、試料面の測定を行うことを特徴とする。   A fourteenth aspect of the invention includes the vacuum chamber device according to any one of the first to twelfth aspects, and the measurement of the sample surface is performed by a detection signal obtained by scanning the sample surface with a charged particle beam. It is characterized by performing.

請求項15記載の発明は、請求項1から14のいずれか1項に記載された装置で評価した感光体を有する画像形成装置であって、書き込み光源波長が680nm以下であり、かつ、感光体面でのビームスポット径が60μm以下であり、感光体面でのビームスポット径をAとし、形成される潜像径をBとした時に、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする。   A fifteenth aspect of the invention is an image forming apparatus having a photoconductor evaluated by the apparatus according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein the writing light source wavelength is 680 nm or less, and the photoconductor surface. When the beam spot diameter on the photosensitive member surface is A and the latent image diameter to be formed is B, 1.0 <B / A <2.0 is satisfied. Features.

請求項16記載の発明は、請求項15記載の発明において、感光体の帯電電位の絶対値をC[V]とし、1ビームスポットの潜像深さをD[V]とした時に、0.7<D/C<0.9を満足するように書き込み光量を設定したことを特徴とする。   According to the sixteenth aspect of the present invention, when the absolute value of the charging potential of the photosensitive member is C [V] and the latent image depth of one beam spot is D [V] in the fifteenth aspect of the present invention, the following is obtained. The writing light quantity is set so as to satisfy 7 <D / C <0.9.

本発明によれば、真空チャンバの外部からの外光を遮断しつつ、走査光学系の光ビームを真空チャンバ内部に導いて試料上を走査することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to scan the sample by guiding the light beam of the scanning optical system to the inside of the vacuum chamber while blocking outside light from the outside of the vacuum chamber.

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明の静電潜像測定装置(静電潜像形成装置)の実施形態について説明する。
図5は、本発明の一実施形態である静電潜像測定装置の構成を示す図である(ここでは、真空チャンバ内部に静止ビームで書き込む光学系を備える場合で説明する)。本静電潜像測定装置は、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子照射部10と、露光を行う露光部20と、試料を設置する試料設置部16と、2次電子を検出する2次電子検出器18と、を有する。これらはすべて、同一のチャンバ内に配置され、チャンバ内は真空になっている。この真空チャンバについては後述する(図1、2参照)。なお、本明細書でいう「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。
First, an embodiment of the electrostatic latent image measuring device (electrostatic latent image forming device) of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electrostatic latent image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention (here, a case where an optical system for writing with a stationary beam is provided in the vacuum chamber will be described). The electrostatic latent image measuring apparatus includes a charged particle irradiation unit 10 that irradiates a charged particle beam, an exposure unit 20 that performs exposure, a sample setting unit 16 that sets a sample, and secondary electron detection that detects secondary electrons. And a container 18. All of these are located in the same chamber and the chamber is evacuated. This vacuum chamber will be described later (see FIGS. 1 and 2). As used herein, “charged particle” refers to a particle that is affected by an electric field or magnetic field, such as an electron beam or an ion beam.

以下、荷電粒子照射部10は、電子ビーム照射部10として説明する。
電子ビーム照射部10は、図5に示すように、電子ビームを発生させるための電子銃11と、電子銃11から発射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12と、電子ビームをON/OFFさせるためのビームブランカ13と、ビームブランカ13を通過した電子ビームを走査させるための走査レンズ14と、走査レンズ14を通過した電子ビームを再び集光させるための対物レンズ15とを有してなる。上記走査レンズ14はいわゆる偏向コイルである。他の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。
Hereinafter, the charged particle irradiation unit 10 will be described as the electron beam irradiation unit 10.
As shown in FIG. 5, the electron beam irradiation unit 10 includes an electron gun 11 for generating an electron beam, a condenser lens 12 for focusing the electron beam emitted from the electron gun 11, and an ON / OFF electron beam. A beam blanker 13 for turning off, a scanning lens 14 for scanning an electron beam that has passed through the beam blanker 13, and an objective lens 15 for condensing the electron beam that has passed through the scanning lens 14 are provided. Become. The scanning lens 14 is a so-called deflection coil. A driving power source (not shown) is connected to each of the other lenses. In the case of an ion beam, a liquid metal ion gun or the like is used instead of an electron gun.

図5において、2次電子検出器18には、シンチレータや光電子増倍管などを用いる。   In FIG. 5, the secondary electron detector 18 uses a scintillator, a photomultiplier tube, or the like.

図5において、露光部20は、後述のように構成される感光体に関して感度を持つ波長の光源21、コリメートレンズ22、アパーチャ23、結像レンズ25などを有してなり、試料設置部16に載置された試料30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。上記光源21としては、LD(レ―ザ・ダイオード)などを用いることができる。また、LD制御手段(図10参照)などにより光源21を制御し、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。試料30上に静電潜像からなるラインのパターンを形成するために、露光部20の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。   In FIG. 5, the exposure unit 20 includes a light source 21 having a wavelength having sensitivity with respect to a photoconductor configured as described later, a collimating lens 22, an aperture 23, an imaging lens 25, and the like. A desired beam diameter and beam profile can be generated on the placed sample 30. As the light source 21, an LD (Laser Diode) or the like can be used. Further, the light source 21 is controlled by an LD control means (see FIG. 10) or the like so that an appropriate exposure time and exposure energy can be irradiated. In order to form a line pattern composed of an electrostatic latent image on the sample 30, a scanning mechanism using a galvano mirror or a polygon mirror may be attached to the optical system of the exposure unit 20.

試料30の実態をなす感光体の主な構成は、図8に示すように、導電性支持体(導電層)の上に電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)が形成されてなる。電荷輸送層CTL表面に電荷が帯電している状態で露光されると、電荷発生層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、電荷輸送層CTLに、他方は導電性支持体(導電層)に注入される。電荷輸送層CTLに注入されたキャリアは、電荷輸送層CTL中を、電界によって電荷輸送層CTLの表面にまで移動し、感光体表面の電荷と結合して消滅する。これにより、感光体表面に電荷分布を形成する。すなわち、静電潜像を形成する。   As shown in FIG. 8, the main structure of the photoreceptor constituting the sample 30 is that a charge generation layer (CGL) and a charge transport layer (CTL) are formed on a conductive support (conductive layer). . When the surface of the charge transport layer CTL is exposed in a charged state, light is absorbed by the charge generation material (CGM) of the charge generation layer CGL, and positive and negative charge carriers are generated. One of the carriers is injected into the charge transport layer CTL and the other into the conductive support (conductive layer) by an electric field. The carriers injected into the charge transport layer CTL move in the charge transport layer CTL to the surface of the charge transport layer CTL by an electric field, and are combined with charges on the surface of the photoreceptor to disappear. Thereby, a charge distribution is formed on the surface of the photoreceptor. That is, an electrostatic latent image is formed.

次に、図10を参照して、静電潜像測定装置(静電潜像形成装置)の動作について説明する。
まず、感光体試料30に荷電粒子ビーム照射部10によって電子ビームを照射させる。このときの加速電圧と2次電子放出比δとの関係を図6に示す。図6に示すように、加速電圧E1を、2次電子放出比δが1となる加速電圧E0よりも高い加速電圧に設定することにより、入射電子量が、放出電子量より上回るため、電子が試料30に蓄積され、チャージアップを起こす。この結果、試料30はマイナスの一様帯電を生じることができる。加速電圧と照射時間を適切に設定することにより、所望の帯電電位を形成することができる。帯電電位が形成されたら、一旦、電子ビームをOFFにする。
Next, the operation of the electrostatic latent image measuring device (electrostatic latent image forming device) will be described with reference to FIG.
First, the charged particle beam irradiation unit 10 irradiates the photoconductor sample 30 with an electron beam. The relationship between the acceleration voltage and the secondary electron emission ratio δ at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 6, by setting the acceleration voltage E1 to an acceleration voltage higher than the acceleration voltage E0 at which the secondary electron emission ratio δ is 1, the amount of incident electrons exceeds the amount of emitted electrons. Accumulation in the sample 30 causes charge-up. As a result, the sample 30 can be negatively charged uniformly. A desired charging potential can be formed by appropriately setting the acceleration voltage and the irradiation time. Once the charged potential is formed, the electron beam is once turned off.

次に、露光部20の光学系を介して感光体試料30に露光を行う。光学系は、所望のビーム径及びビームプロファイルを形成するように調整されている。露光を行うことにより、感光体試料30に静電潜像を形成することができる。   Next, the photosensitive member sample 30 is exposed via the optical system of the exposure unit 20. The optical system is adjusted to form a desired beam diameter and beam profile. By performing exposure, an electrostatic latent image can be formed on the photoreceptor sample 30.

静電潜像を形成した後、観察モードに変更する。観察モードでは、感光体試料30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、光電子増倍管などからなる2次電子検出器18で検出し、これを電気信号に変換して電位コントラスト像を観察する。   After forming the electrostatic latent image, the mode is changed to the observation mode. In the observation mode, the photoconductor sample 30 is scanned with an electron beam, and the emitted secondary electrons are detected by a secondary electron detector 18 including a scintillator, a photomultiplier tube, etc., and converted into an electrical signal. Observe the potential contrast image.

電位コントラスト像から電位に変換するためには、予め電位と信号強度の相関関係を表す変換テーブルを用意しておき、その変換テーブルに基づいて、信号強度から電位を算出してもよい。   In order to convert a potential contrast image into a potential, a conversion table representing a correlation between the potential and the signal intensity may be prepared in advance, and the potential may be calculated from the signal intensity based on the conversion table.

また、電子ビームスキャン領域内に既知となる参照電位を配置し、2次電子信号強度を参照電位と比較することにより、電位分布を算出する方法を用いても良い。   Further, a method of calculating a potential distribution by arranging a known reference potential in the electron beam scan region and comparing the secondary electron signal intensity with the reference potential may be used.

この参照電位を配置する方法としては、図9に示すように、絶縁体33上に複数の導電性基板34を配置し、それぞれの導電性基板34に基準となる電位を設定する方法がある。具体的には、基準電圧源の電圧を抵抗で分圧し、導電性基板34ごとに基準となる電位をそれぞれ印加するようになっている。一般的に電位が高い部分よりも低い部分の方が、2次電子の放出量が多くなるので明るくなる。図9では、相対的に電位の低い部分を白、電位の高い部分を黒で表示している。図9において、符号30は試料を、31は静電潜像を、32は電子ビームスキャン領域を、それぞれ示している。試料30の表面を電子ビームでスキャンしながら上記2次電子検出器18で2次電子を検出する。そのときの、検出信号強度の変化の様子を図9の下部に示す。2次電子検出器18上での信号強度は、設定条件により変化する場合には補正しても良い。また、事前にキャリブレーションしてもよい。   As a method of arranging this reference potential, there is a method of arranging a plurality of conductive substrates 34 on an insulator 33 and setting a reference potential to each conductive substrate 34 as shown in FIG. Specifically, the voltage of the reference voltage source is divided by a resistor, and a reference potential is applied to each conductive substrate 34. In general, a portion having a lower potential than a portion having a high potential becomes brighter because the amount of secondary electrons emitted increases. In FIG. 9, a portion having a relatively low potential is displayed in white, and a portion having a high potential is displayed in black. In FIG. 9, reference numeral 30 denotes a sample, 31 denotes an electrostatic latent image, and 32 denotes an electron beam scan area. Secondary electrons are detected by the secondary electron detector 18 while scanning the surface of the sample 30 with an electron beam. The state of change of the detection signal intensity at that time is shown in the lower part of FIG. The signal intensity on the secondary electron detector 18 may be corrected when it changes depending on the setting conditions. Further, calibration may be performed in advance.

静電潜像の測定終了後は、図10に示す光源17、例えばLEDなど用いて、試料30の面全体に光を照射することにより、試料30の残留電荷を除去することができる。   After the measurement of the electrostatic latent image is completed, the residual charge on the sample 30 can be removed by irradiating the entire surface of the sample 30 with light using the light source 17 shown in FIG.

図10は、図5に示す本実施形態の静電潜像測定装置における各制御部の例を示す図である。図10に示すように、本実施形態の静電潜像測定装置は、光源21を制御するLD制御部36、走査レンズ14を制御する荷電粒子制御部37、残留電荷除去用の光源17を制御するLED制御部38、試料設置部(試料台)16の移動を制御する試料台制御部39を有しており、これらLD制御部36、荷電粒子制御部37、LED制御部38、試料台制御部39は、ホストコンピュータ35によって制御される。また、2次電子検出器18の出力は、2次電子検出部41で検出され、この検出信号は信号処理部42で処理されて測定結果出力部43から2次電子測定結果が出力されるように構成されている。   FIG. 10 is a diagram showing an example of each control unit in the electrostatic latent image measurement apparatus of the present embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 10, the electrostatic latent image measurement device of the present embodiment controls the LD control unit 36 that controls the light source 21, the charged particle control unit 37 that controls the scanning lens 14, and the light source 17 for residual charge removal. And a sample stage control unit 39 for controlling the movement of the sample setting unit (sample stage) 16. These LD control unit 36, charged particle control unit 37, LED control unit 38, sample stage control are included. The unit 39 is controlled by the host computer 35. The output of the secondary electron detector 18 is detected by the secondary electron detector 41, and the detection signal is processed by the signal processor 42 so that the secondary electron measurement result is output from the measurement result output unit 43. It is configured.

2次電子放出比δは、2次電子放出比δ=放出電子/入射電子と表されるが、より厳密にいうと、透過電子と反射電子を考慮する必要があるので、放出電子=透過電子+反射電子+2次電子とすると良い。   The secondary electron emission ratio δ is expressed as secondary electron emission ratio δ = emitted electrons / incident electrons. Strictly speaking, since it is necessary to consider transmitted electrons and reflected electrons, emitted electrons = transmitted electrons. It is good to be + reflected electron + secondary electron

正帯電にしたい場合には、図6に示すような、2次電子放出比が1以上となる加速電圧で照射させると良い。通常の電子顕微鏡(SEM)による試料観察では、チャージアップの影響を避けるためδ=1の条件下で観察することが一般的であり、それ以外の加速電圧を用いないことが知られているが、本実施形態では、意図的にチャージアップさせて帯電電位を形成するようになっていることを1つの特徴としている。   When positive charging is desired, irradiation with an accelerating voltage with a secondary electron emission ratio of 1 or more as shown in FIG. In sample observation with a normal electron microscope (SEM), in order to avoid the effect of charge-up, it is common to observe under the condition of δ = 1, and it is known that no other acceleration voltage is used. In the present embodiment, one characteristic is that a charged potential is formed by intentionally charging up.

なお、上記説明において、帯電電位形成後に、一旦電子ビームをOFFにすると述べたが、OFFにすることなく、δ=1となる加速電圧に変換して、チャージアップの起きない観察条件とし、その状態で露光させる方法でも良い。
また、帯電方法としては、接触帯電など別手段を用いても良い。
In the above description, it was described that the electron beam is once turned off after forming the charged potential, but instead of turning it off, it is converted to an acceleration voltage at which δ = 1, and the observation condition is set so that no charge-up occurs. A method of exposing in a state may be used.
As a charging method, another means such as contact charging may be used.

図1、2は、本発明の真空チャンバ装置の実施例を示した図である。本実施例の真空チャンバ装置は、上記静電潜像測定装置に備えられる。   1 and 2 are views showing an embodiment of a vacuum chamber apparatus of the present invention. The vacuum chamber apparatus of this embodiment is provided in the electrostatic latent image measurement apparatus.

本実施例の真空チャンバ装置で用いられる真空チャンバは、円筒上の材料の内径加工を行いDカットすることで、開口部(電子銃や検出器等を挿入するためのもの)とフランジ取り付け部とを形成する。なお、図1、2に示す電子銃及び検出器は、図5、10に示す電子銃11及び2次電子検出器18をそれぞれ示す。   The vacuum chamber used in the vacuum chamber apparatus of the present embodiment has an opening (for inserting an electron gun, a detector, etc.) and a flange mounting portion by machining the inner diameter of the material on the cylinder and performing D cut. Form. The electron gun and the detector shown in FIGS. 1 and 2 show the electron gun 11 and the secondary electron detector 18 shown in FIGS.

真空チャンバ内部には、図2に示すように、試料を3方向に移動させるための真空試料ステージ部がフランジに取り付けられている。フランジの背面には、図1に示すように、箱型の構造体であり、真空試料ステージ部を駆動させるための試料ステージ駆動部(本実施形態ではステッピングモータやマイクロヘッド等)をOリングなどでリークを防止して取り付ける構造となっている。真空チャンバ内部への電源供給、信号取り出しのためのハーネスは、図1に示すように、フィードスルーを用いることにより、真空を保ったまま中継できるようになっている。   Inside the vacuum chamber, as shown in FIG. 2, a vacuum sample stage portion for moving the sample in three directions is attached to the flange. As shown in FIG. 1, on the back surface of the flange is a box-shaped structure, and a sample stage driving unit (in this embodiment, a stepping motor, a micro head, etc.) for driving the vacuum sample stage unit is an O-ring or the like. It has a structure to prevent leakage and attach. As shown in FIG. 1, a harness for supplying power to the vacuum chamber and taking out a signal can be relayed while maintaining a vacuum by using a feedthrough.

図2に示すように、真空試料ステージ部、試料ステージ駆動部、フィードスルー等は、フランジと一体的にユニット化される。以下、これを真空試料台ユニットという。   As shown in FIG. 2, the vacuum sample stage unit, the sample stage drive unit, the feedthrough, and the like are integrated into a unit with the flange. Hereinafter, this is referred to as a vacuum sample stage unit.

この真空試料台ユニットは、図1に示すガイドレール上に配置された載置台(真空試料台ユニットを載置するためのもの)の上に載置してスライドさせることで、真空チャンバに対する着脱を可能とする。   This vacuum sample stage unit is placed on a mounting table (for mounting the vacuum sample stage unit) placed on the guide rail shown in FIG. Make it possible.

真空チャンバのフランジ取り付け面と真空試料台ユニットのフランジ面との間にOリングを挟み込んでねじ締結することで、高い真空度を維持した状態で真空試料ステージ部を駆動することができる。   By sandwiching an O-ring between the flange mounting surface of the vacuum chamber and the flange surface of the vacuum sample stage unit and fastening with screws, the vacuum sample stage unit can be driven while maintaining a high degree of vacuum.

図3は、上記真空チャンバ外部に走査光学系(光学ユニット)を配置した状態を上方から示す平面図である。図3に示すように、真空試料台ユニットを着脱する方向と直交する方向の右側に走査光学系を配置する。これは、真空チャンバ内部観察用のガラス窓(内部観察用手段)の位置によって決まるものであり、構造上干渉する位置でなければ任意に設定できる。   FIG. 3 is a plan view showing the state in which the scanning optical system (optical unit) is arranged outside the vacuum chamber from above. As shown in FIG. 3, the scanning optical system is arranged on the right side in the direction orthogonal to the direction in which the vacuum sample stage unit is attached and detached. This is determined by the position of the glass window (internal observation means) for observing the inside of the vacuum chamber, and can be arbitrarily set as long as it does not interfere with the structure.

図4は、本実施例の真空チャンバ装置の断面図である。図4に示すように、真空チャンバの鉛直軸に対して45°の右肩の位置に、真空チャンバ内部観察用のガラス窓を配置し、それを囲んで円筒状の内部遮光筒(外光遮光手段)が真空チャンバと一体化され取り付けられる。外部遮光筒(外光遮光手段)は、走査光学系(光学ユニット)と一体化され、その先端部は凹型のへこみをもち、上記内部遮光筒の先端と軸方向、半径方向とも所定の隙間を有して噛み合っている。この構造を一般的にラビリンス構造と称する。この噛み合い部の外周を、弾性部材のゴムあるいはゴム引きの不織布など、柔軟性のある遮光部材(外光遮光手段)で覆うことにより、真空チャンバ内部へ入射する外光(有害光)を防止することができる。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the vacuum chamber apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 4, a glass window for observing the inside of the vacuum chamber is arranged at a position of a right shoulder of 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber, and a cylindrical internal light shielding tube (outside light shielding) is surrounded by the glass window. Means) is integrated and attached to the vacuum chamber. The external light shielding cylinder (external light shielding means) is integrated with the scanning optical system (optical unit), and its tip has a concave dent, and has a predetermined gap in the axial and radial directions from the tip of the internal light shielding cylinder. Have and mesh. This structure is generally called a labyrinth structure. By covering the outer periphery of the meshing portion with a flexible light shielding member (external light shielding means) such as an elastic member rubber or rubberized nonwoven fabric, external light (harmful light) incident on the inside of the vacuum chamber is prevented. be able to.

図4において、走査光学系(光学ユニット)は、図示していないが、光源部、走査レンズ、同期検知手段、光偏向器(図中のポリゴンスキャナ)等を有している。すなわち、走査光学系(光学ユニット)は、従来の光走査装置と同様の構成であり、画像信号に応じて光ビームを変調し走査することができる。   In FIG. 4, the scanning optical system (optical unit) has a light source unit, a scanning lens, synchronization detection means, an optical deflector (polygon scanner in the figure) and the like, although not shown. That is, the scanning optical system (optical unit) has the same configuration as that of a conventional optical scanning device, and can modulate and scan a light beam in accordance with an image signal.

図4において、走査レンズの後に折り返しミラー(走査ビーム折り返し手段)を配置し、真空チャンバ鉛直軸と略45°となるように光学ハウジングに保持する。走査光学系全体はカバーで覆い、上記外部遮光筒と一体化することによって遮光する。   In FIG. 4, a folding mirror (scanning beam folding means) is disposed after the scanning lens, and is held in the optical housing so as to be approximately 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber. The entire scanning optical system is covered with a cover, and is shielded by being integrated with the external light shielding cylinder.

図4において、走査光学系(光学ユニット)は、構造体の上に設置した平行移動台(平行移動が可能な平行移動装置)の上に固定され、図示しないステッピングモータ等の駆動制御手段により、図の水平方向に移動し、また、移動と同時に光ビーム(走査ビーム)で走査することにより、2次元走査が可能となる。ステッピングモータの加減速時間を見込んでも、遮光部での隙間が(必要移動量+加減速移動量)以上であれば、等速度での書き込みが可能となる。本真空チャンバ装置における必要移動量は数ミリレベルであり、等速度での書き込みは十分達成可能である。   In FIG. 4, the scanning optical system (optical unit) is fixed on a parallel movement table (a parallel movement device capable of parallel movement) installed on the structure, and is driven by a drive control means such as a stepping motor (not shown). Two-dimensional scanning is possible by moving in the horizontal direction in the figure and scanning with a light beam (scanning beam) simultaneously with the movement. Even if the acceleration / deceleration time of the stepping motor is anticipated, if the clearance at the light-shielding portion is equal to or greater than (necessary movement amount + acceleration / deceleration movement amount), writing at a constant speed is possible. The required amount of movement in this vacuum chamber apparatus is on the order of several millimeters, and writing at a constant speed can be sufficiently achieved.

また、像面までの距離も一定となるのでビームスポット径も一定な高精度な書き込みも可能となる。   Further, since the distance to the image plane is also constant, high-precision writing with a constant beam spot diameter is possible.

図4において、走査光学系(光学ユニット)は、真空チャンバに対して非接触で配置するので、ポリゴンスキャナ等の光偏向器を駆動する際に発生する振動は、直接真空チャンバに伝播されることは無い。さらに、図4では図示していないが、構造体と除振台との間にダンパを挿入すれば更に効果の高い防振効果を得ることができる。   In FIG. 4, since the scanning optical system (optical unit) is arranged in a non-contact manner with respect to the vacuum chamber, vibration generated when driving an optical deflector such as a polygon scanner is directly propagated to the vacuum chamber. There is no. Further, although not shown in FIG. 4, if a damper is inserted between the structure and the vibration isolation table, a more effective vibration isolation effect can be obtained.

また、図4において、真空チャンバ内に設置された真空試料ステージ部を走査ビームと直交する方向に駆動しながら走査することで、平行移動台が停止している状態でも2次元走査が可能となる。   Also, in FIG. 4, two-dimensional scanning is possible even when the parallel movement table is stopped by scanning the vacuum sample stage portion installed in the vacuum chamber while driving in a direction orthogonal to the scanning beam. .

また、本真空チャンバ装置を使って実験測定を行う場合、必要な書込密度から、走査周波数と線速を決定し、ビームスポット径、露光エネルギー等をパラメータとすることで、各種の実験、測定を行うことができる。   Also, when performing experimental measurements using this vacuum chamber device, various experiments and measurements can be performed by determining the scanning frequency and linear velocity from the required writing density and using the beam spot diameter, exposure energy, etc. as parameters. It can be performed.

図12、13は、本発明の真空チャンバ装置の実施例を示した図である。本実施例の真空チャンバ装置は、上記静電潜像測定装置に備えられる。   12 and 13 are diagrams showing an embodiment of the vacuum chamber apparatus of the present invention. The vacuum chamber apparatus of this embodiment is provided in the electrostatic latent image measurement apparatus.

図12は、本実施例の真空チャンバ装置の概略構成を説明するための断面図である。
真空チャンバ内部に試料台を設け、その上に感光体等の試料をセットする。試料台は真空チャンバ外部の駆動要素(ステッピングモータ、マイクロヘッド)を操作する事で移動可能となっている。真空チャンバの右肩部には、内部観察用のビューポートとして、シリンダ状の金属部材の中心に例えばコバールガラスを封止し、更に金属部にガスケットを挟んで締結することで、真空状態を維持しつつ内部観察用の窓を設けている。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a schematic configuration of the vacuum chamber apparatus of the present embodiment.
A sample stage is provided inside the vacuum chamber, and a sample such as a photoreceptor is set thereon. The sample stage can be moved by operating driving elements (stepping motor, micro head) outside the vacuum chamber. A vacuum port is maintained on the right shoulder of the vacuum chamber by sealing, for example, Kovar glass at the center of a cylindrical metal member as a viewport for internal observation, and then fastening the metal part with a gasket. However, an internal observation window is provided.

走査光学系は、構造体の上に載置し、真空チャンバと共通の除振台の上に配置する。図14に示すように、真空チャンバ(電子銃)の鉛直軸に対して45°の右肩の位置に配置する。この走査光学系は、後述する移動機構によって少なくとも3軸方向に移動可能となっていて、走査ビームを上記ビューポートから真空チャンバ内部に向けて走査することにより、所定のビームスポット径で感光体上を走査することができる。   The scanning optical system is placed on the structure and is placed on a vibration isolation table common to the vacuum chamber. As shown in FIG. 14, the vacuum chamber (electron gun) is arranged at a right shoulder position of 45 ° with respect to the vertical axis. This scanning optical system can be moved in at least three axial directions by a moving mechanism to be described later. By scanning the scanning beam from the view port toward the inside of the vacuum chamber, the scanning optical system has a predetermined beam spot diameter. Can be scanned.

図13は、本実施例の真空チャンバ装置を正面右斜め上方から見た外観図である。
図13に示すように、除振台の上にベースを配置して、そのベース上に3個のステーを載せ、ねじで締結する。ステーの締結部は長穴になっていて、図中の矢印方向に示す試料交換室の動作と直交する方向に移動可能となっている。3個のステー上部には[ベース:固定1]を配置し、ねじで締結する。
FIG. 13 is an external view of the vacuum chamber device of the present embodiment as viewed from the front right and obliquely upward.
As shown in FIG. 13, a base is placed on a vibration isolation table, and three stays are placed on the base and fastened with screws. The fastening portion of the stay is a long hole and can be moved in a direction orthogonal to the operation of the sample exchange chamber shown in the direction of the arrow in the drawing. [Base: Fixed 1] is arranged on the upper part of the three stays and fastened with screws.

[ベース:固定1]の手前側にX軸ステージ1を固定し、奥側にはガイドレールを固定し、その上に2個の移動台を配置する。[ベース:移動1]は、上記X軸ステージ1の移動側上面と上記2個の移動台にブリッジして、ねじで固定する。このX軸ステージは、試料交換室の移動方向と平行になるように組みつけられていて、マイクロヘッドを回転させることにより、目盛りの分解能に応じた位置調整が可能となる。本実施例では、真空チャンバ側に移動させる時はマイクロヘッドの押し込み方向で、反対側に戻す場合はX軸ステージの戻しばねの引張り力により移動する。戻し方向の引っ張り力が自重やレールの摩擦力によって不足する場合は、[ベース:固定1]と[ベース:移動1]の間に引っ張りばねをばね掛等で配置することで戻し力をアップすることができる。   The X-axis stage 1 is fixed to the front side of [Base: Fixed 1], the guide rail is fixed to the back side, and two moving platforms are arranged thereon. [Base: Movement 1] bridges the movement side upper surface of the X-axis stage 1 and the two movement platforms and fixes them with screws. The X-axis stage is assembled so as to be parallel to the moving direction of the sample exchange chamber, and the position can be adjusted in accordance with the resolution of the scale by rotating the microhead. In this embodiment, when moving to the vacuum chamber side, it moves in the direction of pushing the micro head, and when returning to the opposite side, it moves by the pulling force of the return spring of the X-axis stage. If the pulling force in the return direction is insufficient due to its own weight or the frictional force of the rail, increase the returning force by placing a tension spring between the [base: fixed 1] and [base: movement 1] with a spring hook or the like. be able to.

[ベース:移動1]の上には2本の[ステー:45°]を立てて、その上に[ベース:固定2]をねじ締結する。   Two [stays: 45 °] are erected on [base: movement 1], and [base: fixed 2] are screw-fastened thereon.

[ベース:固定2]の手前側にはX軸ステージ2を固定し、奥側にはガイドレールを固定し、この場合は1個の移動台を設ける。[ベース:移動2]は、上記X軸ステージ2の可動面と移動台をブリッジして固定し、マイクロヘッドを回転させることで、試料交換室の移動方向に平行かつ45°方向に移動可能となる。走査光学系は、上記[ベース:移動2]の上に4本の[ステー:軸]を立てて、その上にねじで締結する。本発明では各ステーと各ベースの積層構造となし、その間に各X軸ステージを挟持することで、所定の方向に高精度に平行移動が可能となる。   The X-axis stage 2 is fixed on the front side of [Base: Fixed 2], and the guide rail is fixed on the back side. In this case, one moving table is provided. [Base: Movement 2] allows the movable surface of the X-axis stage 2 and the movable table to be bridged and fixed, and the microhead can be rotated to move in the direction parallel to the moving direction of the sample exchange chamber and in the direction of 45 °. Become. In the scanning optical system, four [stays: shafts] are erected on the [base: movement 2] and fastened with screws. In the present invention, each stay and each base have a laminated structure, and each X-axis stage is sandwiched between them to enable parallel movement with high accuracy in a predetermined direction.

ここで試料交換方法について説明する。
試料を真空チャンバ内の試料載置台にセットする場合は、端面にガラスを嵌め込んだ試料交換室を図12の右方向にスライドさせ、図示していない先端にねじを切った連結棒に試料を載せた試料台をねじ込み、試料交換室を左側にスライドさせて真空チャンバと密着させた後、試料交換室内を排気し、略真空にした後シャッターを開いて連結棒を真空チャンバ側にスライドさせて試料載置台に試料台もろとも試料をセットし(ばねの押圧で固定)、連結棒のねじ部を反時計方向に回転させてねじ部を外して連結棒を引き抜く。この操作を試料交換室のガラス窓を通して目視で確認しながら行う。その後シャッターを閉じれば試料のセットは終了である。試料の取り外しはこの逆と考えればよい。
Here, a sample exchange method will be described.
When setting the sample on the sample mounting table in the vacuum chamber, slide the sample exchange chamber fitted with glass on the end face to the right in FIG. 12, and place the sample on a connecting rod with a screw cut at the tip (not shown). After screwing the sample stage placed on it and sliding the sample exchange chamber to the left to bring it into close contact with the vacuum chamber, the sample exchange chamber is evacuated, vacuumed, and the shutter is opened to slide the connecting rod toward the vacuum chamber. Set the sample together with the sample table on the sample table (fixed by pressing the spring), rotate the threaded portion of the connecting rod counterclockwise, remove the threaded portion, and pull out the connecting rod. This operation is performed while visually confirming through the glass window of the sample exchange chamber. If the shutter is then closed, the sample setting is completed. The removal of the sample may be considered the opposite.

この作業で困難となるのは真空チャンバ内の試料載置台に試料をセットする場合であり、連結棒は回転自在であるため所定位置で嵌合部を合わせながら、目視でセットする。この時、構造体が真空チャンバ画像形成装置の手前側にあると、作業者の頭や腕が構造体で遮られて、上記作業が非常に困難となるばかりでなく、試料交換も容易にできないという状態になる。   The difficulty in this operation is when the sample is set on the sample mounting table in the vacuum chamber. Since the connecting rod is rotatable, it is set visually while matching the fitting portion at a predetermined position. At this time, if the structure is on the front side of the vacuum chamber image forming apparatus, the operator's head and arms are blocked by the structure, which makes the above work very difficult and also makes it difficult to replace the sample. It becomes the state.

本実施例では、図13及び図16に示すように、ステー等の構造体は装置の奥側に配置し、走査光学系は試料交換室の上側に配置し、複数のベースを積層させた片持ち構造とすることによって、装置手前側の障害物を排除して上記課題の解決を図っている。   In this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 16, the structure such as a stay is disposed on the back side of the apparatus, the scanning optical system is disposed on the upper side of the sample exchange chamber, and a plurality of bases are laminated. By using the holding structure, the obstacles on the front side of the apparatus are eliminated and the above-mentioned problems are solved.

また、平行移動機構として手前側にX軸ステージを配置し、奥側にスライドガイドを配置して駆動源であるマイクロヘッドを手前側に配置することで、操作性の向上及び目盛りの視認性の向上を図っている。   In addition, an X-axis stage is arranged on the front side as a parallel movement mechanism, a slide guide is arranged on the back side, and a micro head as a driving source is arranged on the front side, thereby improving operability and the visibility of the scale. We are trying to improve.

図15は、本実施例の真空チャンバ装置を真上から見た平面図であり、3個のステーの底部は長穴になっているため、主走査方向の走査位置を必要に応じてシフト調整が行えるようになっている。   FIG. 15 is a plan view of the vacuum chamber device according to the present embodiment as viewed from directly above. Since the bottoms of the three stays are elongated holes, the scanning position in the main scanning direction is adjusted as necessary. Can be done.

図17は、上カバーを外した状態の平板上に配置した走査光学系を示した図である。
単一あるいは複数のビームを射出する光源部からカップリングレンズとアパーチャを通して所定のビーム径にした後、シリンダーレンズを通してポリゴン面上に所定の線像を形成し、ポリゴンスキャナによって偏向走査し、fθレンズを通って所定のスポット径に絞り込まれて等速走査する。fθレンズを通過したビームの一部を同期用の折り返しミラーで分岐し(図では隠れている)、同期用の光学系で絞り込まれた後、同期検知板のセンサからパルス信号として出力する。
FIG. 17 is a diagram showing a scanning optical system arranged on a flat plate with the upper cover removed.
After a single beam diameter is emitted from a light source unit that emits a single beam or a plurality of beams through a coupling lens and an aperture, a predetermined line image is formed on a polygon surface through a cylinder lens, deflected and scanned by a polygon scanner, and an fθ lens. Through this, the spot is narrowed down to a predetermined spot diameter and scanned at a constant speed. A part of the beam that has passed through the fθ lens is branched by a folding mirror for synchronization (hidden in the figure), narrowed down by a synchronization optical system, and then output as a pulse signal from the sensor of the synchronization detection plate.

平板の側面に設けたブラケットに遮光筒を設け、上記走査ビームはこの穴から出射する。遮光筒は、真空チャンバに設けられたビューポートのシリンダ上の金属部とラジアル方向に所定の隙間(嵌合部)を設けて勘合する(図15参照)。この嵌合部を設けることで、外光は2回以上反射しなければ真空チャンバ内に到達しないため、測定上問題ないレベルまで減衰する。必要であれば隙間を塞ぐように不織布などを遮光筒の先端に張り付けても良い。   A light shielding tube is provided on a bracket provided on the side surface of the flat plate, and the scanning beam is emitted from this hole. The light shielding cylinder is fitted with a metal portion on the cylinder of the viewport provided in the vacuum chamber by providing a predetermined gap (fitting portion) in the radial direction (see FIG. 15). By providing this fitting portion, external light does not reach the inside of the vacuum chamber unless it is reflected twice or more, and therefore attenuates to a level that does not cause a problem in measurement. If necessary, a non-woven fabric or the like may be attached to the tip of the light shielding tube so as to close the gap.

本実施例では、遮光筒とビューポートの間を所定の隙間を持たせて嵌合させることによって、3軸方向の移動も可能で外光も遮断することができる。   In the present embodiment, the light shielding cylinder and the viewport are fitted with a predetermined gap, so that the movement in the three-axis direction is possible and the outside light can be blocked.

図16は、走査光学系と構造体を除振台から取り外した状態を示した図である。ベースの上に全構造体が載るので、組付け及びメンテナンス作業も除振台から外して行える。真空ポンプ等に振動、衝撃を与えることがなく、真空ポンプなどの耐久性を損なうこともない。   FIG. 16 is a view showing a state in which the scanning optical system and the structure are removed from the vibration isolation table. Since the entire structure is mounted on the base, assembly and maintenance work can also be removed from the vibration isolation table. No vibration or impact is applied to the vacuum pump or the like, and the durability of the vacuum pump or the like is not impaired.

また、図17に示すように、走査光学系を一枚の平板上に配置して、その平板のみを取り外しできるようになっているので、光学系の特性を外部の測定機に載せて測定する場合も簡単にセットすることができ、測定の効率を上げることができる。   In addition, as shown in FIG. 17, the scanning optical system is arranged on a single flat plate, and only the flat plate can be removed, so the characteristics of the optical system are measured on an external measuring machine. In this case, it can be set easily, and the measurement efficiency can be increased.

また、本実施例の真空チャンバ装置を使って実験測定を行う場合、必要な書込密度から、走査周波数と線速を決定し、ビームスポット径、露光エネルギー、点灯時間デューティーなどをパラメータとすることで、各種の実験、測定を行うことができる。また、マルチビーム化も容易にできるので、ビームスポット径の重なり、あるいは、相反則不軌等の影響などを定量測定できる。   Also, when performing experimental measurements using the vacuum chamber apparatus of this embodiment, the scanning frequency and linear velocity are determined from the required writing density, and the beam spot diameter, exposure energy, lighting time duty, etc. are used as parameters. Thus, various experiments and measurements can be performed. In addition, since multi-beams can be easily formed, the influence of overlapping beam spot diameters or reciprocity failure can be measured quantitatively.

以上、本発明の真空チャンバ装置の実施例1及び2をそれぞれ説明したが、実施例1の構成と実施例2の構成とを任意に組み合わせるようにしてもよい。   Although the first and second embodiments of the vacuum chamber apparatus of the present invention have been described above, the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment may be arbitrarily combined.

図7は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す図である。本画像形成装置は光プリンタ等であり、感光媒体として円筒状に形成された光導電性の感光体8を有している。   FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of the image forming apparatus of the present invention. The image forming apparatus is an optical printer or the like, and has a photoconductive photosensitive member 8 formed in a cylindrical shape as a photosensitive medium.

この感光体8は、本実施形態の静電潜像測定装置で行われる静電潜像測定方法(表面電位分布の測定方法)で評価された試料と同じ組成を持つ感光体である。なお、電子写真プロセスについては、従来一般的に行われている方法であるので、ここでの説明は省略する。   This photoconductor 8 is a photoconductor having the same composition as the sample evaluated by the electrostatic latent image measurement method (surface potential distribution measurement method) performed by the electrostatic latent image measurement device of this embodiment. Note that since the electrophotographic process is a method generally performed in the past, description thereof is omitted here.

本実施形態の静電潜像測定装置で行われる静電潜像測定方法(表面電位分布の測定方法)で感光体8を評価することにより、潜像形成の過程が定量的に詳細に解析できるので、露光量を最適化することができ、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件が分かり、省エネルギー、高耐久が実現できる。   The latent image formation process can be quantitatively analyzed in detail by evaluating the photosensitive member 8 by the electrostatic latent image measurement method (surface potential distribution measurement method) performed by the electrostatic latent image measurement apparatus of the present embodiment. Therefore, the exposure amount can be optimized, charging and exposure conditions that do not place a burden on the photoreceptor can be known, and energy saving and high durability can be realized.

さらに、出力画像の高画質化の為に、光学系の最適化及び光源波長を680nm以下に短波長化することにより、ビームスポット径を60μm以下に小径化する試みが行われているが、現在の感光体が短波長の光に対して感度が低いことや、小径化ビームでは感光体内での光の散乱及び電荷の拡散の影響を強く受け、潜像径が広がり、潜像の深さも浅くなり、最終出力画像では階調性、鮮鋭性の安定性が得られないという不具合が発生している。   Furthermore, attempts have been made to reduce the beam spot diameter to 60 μm or less by optimizing the optical system and shortening the light source wavelength to 680 nm or less in order to improve the output image quality. Photoconductors have low sensitivity to short-wavelength light, and small-diameter beams are strongly affected by light scattering and charge diffusion within the photoconductor, increasing the latent image diameter and shallowing the latent image depth. Therefore, the final output image has a problem in that the stability of gradation and sharpness cannot be obtained.

ここでのビームスポット径は、ビームスポット光量分布が最大光量のe-2以上である範囲の径で定義している。潜像径は潜像電荷密度分布が光の当たっていない部分の電荷密度を基準として最も電荷密度差が大きい部分の電荷密度差のe-2以上である範囲の径で定義している。 The beam spot diameter here is defined as a diameter in a range where the beam spot light quantity distribution is not less than e −2 of the maximum light quantity. The latent image diameter is defined as a diameter in a range in which the latent image charge density distribution is equal to or larger than e −2 of the charge density difference of the portion where the difference in charge density is the largest with reference to the charge density of the portion where the light is not irradiated.

電荷輸送層の組成及び膜厚が光の散乱及び電荷の拡散度合いに、電荷発生層の組成が感度に影響を与えることは知られているが、明確な相関関係が分かっていない。そこで、電荷輸送層の組成及び膜厚、電荷発生層の組成を変えて感光体を作り、本実施形態の静電潜像測定装置で行われる静電潜像測定方法(表面電位分布の測定方法)において、画像形成装置で使用する条件と同じ、例えば帯電電位800V、露光エネルギー4mJ/m2として、光源波長が680nm以下、ビームスポット径が60μm以下の条件で露光し潜像測定を行い、図11(a)及び(b)に示すように、感光体面でのビームスポット径をAとし、形成される潜像径をBとしたときに、
1.0<B/A<2.0
を満足する感光体を選定すれば、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性が実現できる。
It is known that the composition and thickness of the charge transport layer affect the light scattering and charge diffusion degree, and the charge generation layer composition affects the sensitivity, but no clear correlation is known. Therefore, the electrostatic latent image measuring method (surface potential distribution measuring method) performed by the electrostatic latent image measuring apparatus of the present embodiment is prepared by changing the composition and thickness of the charge transport layer and the composition of the charge generating layer. ) And the same conditions as those used in the image forming apparatus, for example, with a charging potential of 800 V, exposure energy of 4 mJ / m 2 , exposure is performed under the conditions of a light source wavelength of 680 nm or less and a beam spot diameter of 60 μm or less. 11 (a) and 11 (b), when the beam spot diameter on the surface of the photosensitive member is A and the formed latent image diameter is B,
1.0 <B / A <2.0
If a photoconductor that satisfies the above conditions is selected, gradation and sharpness stability can be realized in the final output image.

ここで、下限の1.0は、光の散乱及び電荷の拡散はどんな感光体でも必ず起こるのでこれ以下にはならないという原理的な限界であり、上限の2.0は、最終出力画像で階調性、鮮鋭性の安定性を確保する為に必要な限界である。   Here, the lower limit of 1.0 is a theoretical limit that light scattering and charge diffusion always occur in any photoconductor and cannot be less than this, and the upper limit of 2.0 is a step in the final output image. This is the limit necessary to ensure the stability of tonality and sharpness.

さらに、図11(c)に示すように、感光体の帯電電位の絶対値をC[V]、1ビームスポットの潜像深さをD[V]としたときに、
0.7<D/C<0.9
を満足するように書込光量を設定すれば、1ビームスポットの再現性が向上し、かつ、感光体の耐久性を損なわないため、望ましい。
Further, as shown in FIG. 11C, when the absolute value of the charged potential of the photosensitive member is C [V] and the latent image depth of the beam spot is D [V],
0.7 <D / C <0.9
If the amount of writing light is set so as to satisfy the above, it is desirable because the reproducibility of one beam spot is improved and the durability of the photoreceptor is not impaired.

ここで、下限の0.7は、1ビームスポットが確実に現像される為に必要な潜像深さであり、上限の0.9は、これ以上に潜像深さが深くなるほどの光を当てた場合には感光体の早期劣化が懸念される限界である。   Here, the lower limit of 0.7 is the latent image depth necessary for reliably developing one beam spot, and the upper limit of 0.9 is a light beam with a deeper latent image depth. In such a case, there is a limit that anxious deterioration of the photoreceptor is a concern.

そこで、上記本実施形態の静電潜像測定装置で潜像径を実際に測定し、感光体を本静電潜像測定装置で評価することにより、露光量を最適化することができ、過剰露光による無駄なエネルギー消費が抑えられる。さらに、感光体に負担のかからない帯電及び露光条件がわかり、感光体の長寿命化が可能になる。   Therefore, by actually measuring the diameter of the latent image with the electrostatic latent image measuring device of the present embodiment and evaluating the photosensitive member with the electrostatic latent image measuring device, the exposure amount can be optimized. Wasteful energy consumption due to exposure can be suppressed. Further, charging and exposure conditions that do not impose a burden on the photosensitive member can be known, and the life of the photosensitive member can be extended.

本画像形成装置は、光走査装置に複数の光源を設けてマルチビームとしても良い。
また、複数の光走査装置と感光体を用いて複数の色の異なるトナー画像を作り、それを重ね合わせてカラー画像を作っても良い。
In the image forming apparatus, a plurality of light sources may be provided in the optical scanning device to form a multi-beam.
In addition, a plurality of toner images having different colors may be formed using a plurality of optical scanning devices and a photoreceptor, and a color image may be formed by superimposing the toner images.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の真空チャンバ装置によれば、真空チャンバの外部から外光を遮断しつつ走査光学系の光ビームを真空チャンバ内部に導き試料上を走査できるので、走査光学系を真空チャンバ内部に配置する方式に比較して大きさの制限が小さく、配置の自由度が大きいという効果がある。また、真空チャンバ内部に走査光学系の駆動部品や電装部品等を入れることによる、ガスの発生や真空度の低下等の測定環境条件劣化を防止することができる。
さらに、画像形成装置等に使用される光走査装置と共通化が図れるのでコスト的にも低く抑えることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the light beam of the scanning optical system can be guided to the inside of the vacuum chamber and scanned on the sample while blocking the outside light from the outside of the vacuum chamber. Therefore, there is an effect that the size restriction is small and the degree of freedom of arrangement is large compared to the method in which the scanning optical system is arranged inside the vacuum chamber. In addition, it is possible to prevent deterioration of measurement environment conditions such as generation of gas and lowering of the degree of vacuum due to insertion of scanning optical system drive parts and electrical parts inside the vacuum chamber.
Furthermore, since it can be used in common with an optical scanning device used in an image forming apparatus or the like, the cost can be kept low.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、2次元走査に必要な平行移動装置を真空チャンバ外部に配置しているので、その駆動源の潤滑剤等で真空度の劣化や内部の汚染を引き起こすことはない。また、その等速性の精度に応じて選択的に真空試料ステージも利用した2次元走査行うことができる。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the translation device necessary for the two-dimensional scanning is arranged outside the vacuum chamber, so that the degree of vacuum is deteriorated and the internal contamination is caused by the lubricant of the driving source. There is nothing. Further, it is possible to perform two-dimensional scanning selectively using a vacuum sample stage in accordance with the isokinetic accuracy.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、像面までの光路長を一定化できるのでビームスポット径の安定した高精度書き込みができる。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the optical path length to the image plane can be made constant, so that high-precision writing with a stable beam spot diameter can be performed.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、遮光装置による外光の遮断によって、外光による画像むらやコントラスト低下など画像劣化を防止し、さらに真空チャンバと走査光学系は非接触で駆動するので振動によるスポット位置ズレなどの画像劣化が発生しない。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the external light is blocked by the light shielding device to prevent image deterioration such as image unevenness and contrast reduction due to the external light, and the vacuum chamber and the scanning optical system are driven in a non-contact manner. Image degradation such as spot position deviation due to vibration does not occur.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、走査光学系を3軸方向に移動可能としているので、真空チャンバ内の試料面上のビームスポット径を任意に変化させることができ、潜像形成もそれに対応して任意に変化させることができる。そのため静電潜像径と潜像深さの関係等パラメータをふった有意義な実験を行うことができる。
また、試料面に対する、主走査方向、副走査方向の走査位置も任意に設定できるので、試料面を広い範囲で走査し感光体の欠陥、ムラ等マクロ的な評価も可能となる。
Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the scanning optical system can be moved in the three-axis directions, so that the beam spot diameter on the sample surface in the vacuum chamber can be arbitrarily changed, and latent image formation is also possible. Correspondingly, it can be changed arbitrarily. Therefore, a meaningful experiment can be performed using parameters such as the relationship between the electrostatic latent image diameter and the latent image depth.
In addition, since the scanning position in the main scanning direction and the sub-scanning direction with respect to the sample surface can be set arbitrarily, the sample surface can be scanned over a wide range, and macroscopic evaluations such as defects and unevenness of the photoreceptor can be performed.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、走査光学系を載置する構造体は、試料交換室の上側に、真空チャンバ画像形成装置の除振台の奥から手前側に片持ち構造とすることによって、試料の交換及び走査光学系の位置調整を真空チャンバ画像形成装置の前面から容易かつ確実に行うことができる。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the structure on which the scanning optical system is mounted has a cantilever structure on the upper side of the sample exchange chamber and on the front side from the back of the vibration isolation table of the vacuum chamber image forming apparatus. This makes it possible to easily and reliably perform the sample exchange and the position adjustment of the scanning optical system from the front surface of the vacuum chamber image forming apparatus.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、走査光学系を平板上に配置し、走査ビームは平板と平行に出射し、真空チャンバ装置の鉛直軸に対して略45°の方向から走査する構造であるため、fθレンズ以降に折り返しミラーを配置する必要がないので光学特性の劣化、光利用効率の低下を生じることがない。また走査光学系を45°方向に移動かつ高精度な位置決めができるのでスポット径を任意に変化させることができる。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the scanning optical system is arranged on the flat plate, the scanning beam is emitted in parallel with the flat plate, and is scanned from the direction of about 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber device. Therefore, it is not necessary to arrange a folding mirror after the fθ lens, so that optical characteristics are not deteriorated and light utilization efficiency is not lowered. Further, since the scanning optical system can be moved in the 45 ° direction and positioned with high accuracy, the spot diameter can be arbitrarily changed.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、真空チャンバ装置の鉛直軸と直交方向で、試料交換室の動作方向と平行あるいは試料交換室の動作方向と直交方向に走査光学系を移動可能としたことで試料交換の操作性を損なうことなしに、走査ビームの試料に対する位置調整を行うことができる。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, the scanning optical system can be moved in a direction orthogonal to the vertical axis of the vacuum chamber apparatus and parallel to the operation direction of the sample exchange chamber or in a direction orthogonal to the operation direction of the sample exchange chamber. Thus, it is possible to adjust the position of the scanning beam with respect to the sample without impairing the operability of the sample exchange.

また、本発明の真空チャンバ装置によれば、走査光学系と構造体を一体化した状態で除振台から容易に取り外しや組付けが可能となるため、メンテナンス等の作業を除振台から取り外した状態で行える。真空ポンプ等に振動衝撃などの外乱を与えることがないので真空ポンプ等の耐久性を損なうことがない。   Further, according to the vacuum chamber apparatus of the present invention, it is possible to easily remove and assemble the scanning optical system and the structure from the vibration isolation table, so that work such as maintenance can be removed from the vibration isolation table. Can be done in the state. Since disturbances such as vibration and shock are not given to the vacuum pump or the like, the durability of the vacuum pump or the like is not impaired.

本発明の静電潜像形成装置によれば、荷電粒子ビームを走査する真空装置内で、試料上に電荷分布を形成させることにより、静電潜像を形成することが可能となる。   According to the electrostatic latent image forming apparatus of the present invention, an electrostatic latent image can be formed by forming a charge distribution on a sample in a vacuum apparatus that scans a charged particle beam.

本発明の静電潜像測定装置によれば、荷電粒子ビームを走査する真空装置内で、試料上に電荷分布を形成させる手段を有することにより、従来は極めて困難であった、試料の表面電荷分布を測定することが可能となる。   According to the electrostatic latent image measuring apparatus of the present invention, the surface charge of the sample, which has been extremely difficult in the past, has a means for forming a charge distribution on the sample in a vacuum device that scans a charged particle beam. The distribution can be measured.

本発明の画像形成装置によれば、書込光源波長が680nm以下であり、かつ感光体面でのビームスポット径が60μm以下であり、感光体面でのビームスポット径をAとし、形成される潜像径をBとしたときに、1.0<B/A<2.0を満足する潜像担持体を使用するので、静電潜像が拡散し、潜像の深さが浅くなることを抑制でき、露光過剰による感光体の早期劣化も抑制できる。そのため感光体寿命をのばすことができて環境負荷を低減できる。最終出力画像として高密度でかつ、階調性、鮮鋭性の安定性が実現できる。   According to the image forming apparatus of the present invention, the writing light source wavelength is 680 nm or less, the beam spot diameter on the photoreceptor surface is 60 μm or less, the beam spot diameter on the photoreceptor surface is A, and the latent image formed Since the latent image carrier satisfying 1.0 <B / A <2.0 is used when the diameter is B, the electrostatic latent image is prevented from diffusing and the latent image depth is reduced. And early deterioration of the photoreceptor due to overexposure can be suppressed. Therefore, the life of the photoreceptor can be extended and the environmental load can be reduced. As a final output image, it is possible to realize high density, and stability of gradation and sharpness.

また、本発明の画像形成装置によれば、感光体の帯電電位の絶対値をC[V]、1ビームスポットの潜像深さをD[V]としたときに、0.7<D/C<0.9を満足するように書込光量を設定したので、1ビームスポットの再現性が向上し、かつ感光体の耐久性を損なわないので、最終出力画像として高密度でかつ、階調性、鮮鋭性の安定性が実現できる。   Further, according to the image forming apparatus of the present invention, when the absolute value of the charged potential of the photosensitive member is C [V] and the latent image depth of the beam spot is D [V], 0.7 <D / Since the writing light quantity is set so as to satisfy C <0.9, the reproducibility of one beam spot is improved and the durability of the photoconductor is not impaired, so that the final output image has a high density and gradation. And stability of sharpness can be realized.

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、上記実施形態及び実施例の記載に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the descriptions of the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の一実施例である真空チャンバ装置の外観を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の真空チャンバ内の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure in the vacuum chamber of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置外部に走査光学系を配置した状態を示す上面図である。It is a top view which shows the state which has arrange | positioned the scanning optical system outside the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the structure of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施形態である静電潜像測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electrostatic latent image measuring device which is one Embodiment of this invention. 加速電圧を説明するグラフである。It is a graph explaining an acceleration voltage. 本発明の一実施形態である画像形成装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 試料の実態をなす感光体の主な構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main structures of the photoreceptor which makes the actual condition of a sample. 参照電位を配置する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of arrange | positioning a reference electric potential. 本発明の一実施形態である静電潜像測定装置における各制御部の構成を示す図であるIt is a figure which shows the structure of each control part in the electrostatic latent image measuring device which is one Embodiment of this invention. (a)は、感光体面でのビームスポット径Aを示すグラフであり、(b)は、感光体面に形成される潜像径Bを示すグラフであり、(c)は、感光体の帯電電位の絶対値C及び1ビームスポットの潜像深さDを示すグラフである。(A) is a graph showing the beam spot diameter A on the photoreceptor surface, (b) is a graph showing the latent image diameter B formed on the photoreceptor surface, and (c) is a charging potential of the photoreceptor. Is a graph showing the absolute value C and the latent image depth D of one beam spot. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の外観を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である真空チャンバ装置の外観を示す上面図である。It is a top view which shows the external appearance of the vacuum chamber apparatus which is one Example of this invention. 走査光学系と構造体を除振台から取り外した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which removed the scanning optical system and the structure from the vibration isolator. 上カバーを外した状態の平板上に配置した走査光学系を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the scanning optical system arrange | positioned on the flat plate of the state which removed the upper cover.

符号の説明Explanation of symbols

10 荷電粒子照射部(電子ビーム照射部)
11 電子銃
12 コンデンサレンズ
13 ビームブランカ
14 操作レンズ
15 対物レンズ
16 試料設置部(試料台)
17 残留電荷除去用の光源
18 2次電子検出器
20 露光部
21 光源
22 コリメートレンズ
23 アパーチャ
25 結像レンズ
30 試料
31 静電潜像
32 電子ビームスキャン領域
33 絶縁体
34 導電性基板
35 ホストコンピュータ
36 LD制御部
37 荷電粒子制御部
38 LED制御部
39 試料台制御部
41 2次電子検出部
42 信号処理部
43 測定結果出力部
10 Charged particle irradiation unit (electron beam irradiation unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electron gun 12 Condenser lens 13 Beam blanker 14 Operation lens 15 Objective lens 16 Sample installation part (sample stand)
17 Light source for residual charge removal 18 Secondary electron detector 20 Exposure unit 21 Light source 22 Collimating lens 23 Aperture 25 Imaging lens 30 Sample 31 Electrostatic latent image 32 Electron beam scan region 33 Insulator 34 Conductive substrate 35 Host computer 36 LD control unit 37 Charged particle control unit 38 LED control unit 39 Sample stage control unit 41 Secondary electron detection unit 42 Signal processing unit 43 Measurement result output unit

Claims (16)

真空チャンバの内部に設けられ、試料を載置し、任意の方向に移動可能とする真空試料ステージ部と、
前記真空チャンバの外部に配置され、前記試料を走査するための走査ビームを出射、偏向する走査光学系と、
前記真空チャンバと前記走査光学系とを連結するとともに、前記真空チャンバ内部へ入射する外光を遮光する外光遮光手段と、
前記真空チャンバと前記外光遮光手段との連結部分に設けられ、前記走査ビームが透過可能な内部観察用手段と、
前記走査光学系から出射された走査ビームを、前記外光遮光手段及び前記内部観察用手段を介して前記真空チャンバの内部に導く走査ビーム折り返し手段と、
を有することを特徴とする真空チャンバ装置。
A vacuum sample stage unit provided inside the vacuum chamber, on which a sample is placed and movable in an arbitrary direction;
A scanning optical system that is disposed outside the vacuum chamber and emits and deflects a scanning beam for scanning the sample;
An external light shielding means for coupling the vacuum chamber and the scanning optical system, and shielding external light incident on the vacuum chamber;
An internal observation means provided at a connecting portion between the vacuum chamber and the external light shielding means, and capable of transmitting the scanning beam;
A scanning beam folding means for guiding the scanning beam emitted from the scanning optical system to the inside of the vacuum chamber via the external light shielding means and the internal observation means;
A vacuum chamber apparatus comprising:
前記走査光学系は、平行移動が可能な平行移動装置上に載置され、
前記走査光学系から走査ビームを出射して前記試料を走査しつつ、前記平行移動装置及び前記真空試料ステージ部を移動させることにより、2次元走査を可能とすることを特徴とする請求項1記載の真空チャンバ装置。
The scanning optical system is placed on a translation device capable of translation,
The two-dimensional scanning is enabled by moving the parallel moving device and the vacuum sample stage while emitting the scanning beam from the scanning optical system and scanning the sample. Vacuum chamber equipment.
前記内部観察用手段は、前記真空チャンバ鉛直軸に対して略45度となる位置に配置され、
前記走査ビーム折り返し手段は、前記走査ビームの出射角が前記真空チャンバ鉛直軸に対し略45度になるように前記走査光学系と一体化されて配置され、
前記走査光学系全体を水平方向に移動させて2次元走査を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の真空チャンバ装置。
The internal observation means is disposed at a position that is approximately 45 degrees with respect to the vertical axis of the vacuum chamber,
The scanning beam folding means is disposed integrally with the scanning optical system so that an emission angle of the scanning beam is approximately 45 degrees with respect to the vertical axis of the vacuum chamber,
3. The vacuum chamber apparatus according to claim 1, wherein the scanning optical system is moved in the horizontal direction to perform two-dimensional scanning.
前記走査光学系は、光学ハウジングとカバーとで略密閉された光学ユニットであり、
前記内部観察用手段と前記光学ユニットとの間は前記外光遮光手段で覆われていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置。
The scanning optical system is an optical unit substantially sealed with an optical housing and a cover,
4. The vacuum chamber apparatus according to claim 1, wherein a space between the internal observation unit and the optical unit is covered with the external light shielding unit.
前記外光遮光手段は、外筒、内筒、及び柔軟性のある遮光部材で構成され、
前記外筒と前記内筒は、非接触な合わせ部を有することを特徴とする請求項4記載の真空チャンバ装置。
The external light shielding means is composed of an outer cylinder, an inner cylinder, and a flexible light shielding member,
The vacuum chamber apparatus according to claim 4, wherein the outer cylinder and the inner cylinder have a non-contact mating portion.
前記合わせ部はラビリンス構造であることを特徴とする請求項5記載の真空チャンバ装置。   The vacuum chamber apparatus according to claim 5, wherein the mating portion has a labyrinth structure. 前記遮光部材は、弾性部材、又は、弾性部材引きの不織布であることを特徴とする請求項5又は6記載の真空チャンバ装置。   The vacuum chamber apparatus according to claim 5, wherein the light shielding member is an elastic member or an elastic member-drawn nonwoven fabric. 前記走査光学系は、少なくとも3軸方向に移動可能であり、そのうち少なくとも2軸方向は微調整可能な調整機構を設けることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置。   The vacuum chamber according to any one of claims 1 to 7, wherein the scanning optical system is movable in at least three axial directions, and an adjustment mechanism capable of fine adjustment in at least two axial directions is provided. apparatus. 前記真空チャンバと前記走査光学系とを配置した構造体を共通の除振台に載置し、
前記構造体は、前記真空チャンバに設けた試料交換室の動作、及び、試料交換性を容易とする片持ち構造であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置。
The structure in which the vacuum chamber and the scanning optical system are arranged is placed on a common vibration isolation table,
The vacuum according to any one of claims 1 to 8, wherein the structure is a cantilever structure that facilitates the operation of the sample exchange chamber provided in the vacuum chamber and the sample exchangeability. Chamber device.
前記走査光学系を平板の上に配置し、前記真空チャンバの鉛直軸に対して略45°の方向に移動可能かつ位置調整可能な平行移動機構を有し、
該平行移動機構は、X軸ステージとスライドガイドとから成ることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置。
The scanning optical system is disposed on a flat plate, and has a parallel movement mechanism that can move in a direction of approximately 45 ° with respect to the vertical axis of the vacuum chamber and can be adjusted in position.
The vacuum chamber apparatus according to claim 1, wherein the parallel movement mechanism includes an X-axis stage and a slide guide.
前記平行移動機構は、前記真空チャンバの鉛直軸と直交する方向で、前記試料交換室の動作方向と平行な方向に、あるいは、前記真空チャンバの鉛直軸と直交する方向で、前記試料交換室の動作方向と直交する方向に、前記走査光学系を移動させることを特徴とする請求項10記載の真空チャンバ装置。   The parallel movement mechanism is arranged in a direction perpendicular to the vertical axis of the vacuum chamber, in a direction parallel to the operation direction of the sample exchange chamber, or in a direction perpendicular to the vertical axis of the vacuum chamber. The vacuum chamber apparatus according to claim 10, wherein the scanning optical system is moved in a direction orthogonal to an operation direction. 前記走査光学系を載置した構造体は、複数の基板と複数のステーとから成り、該複数の基板と該複数のステーとは締結部材により一体化された状態で前記除振台に取り付け取り外し可能とすることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置。   The structure on which the scanning optical system is mounted includes a plurality of substrates and a plurality of stays, and the plurality of substrates and the plurality of stays are attached to and detached from the vibration isolation table in a state of being integrated by a fastening member. The vacuum chamber device according to claim 1, wherein the vacuum chamber device can be used. 請求項1から12のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置を有し、
試料面を荷電粒子ビームで走査し、該試料面上に電荷分布を生成させ、静電潜像を形成することを特徴とする静電潜像形成装置。
A vacuum chamber apparatus according to any one of claims 1 to 12,
An electrostatic latent image forming apparatus that scans a sample surface with a charged particle beam, generates a charge distribution on the sample surface, and forms an electrostatic latent image.
請求項1から12のいずれか1項に記載の真空チャンバ装置を有し、
試料面を荷電粒子ビームで走査することで得られる検出信号により、該試料面の測定を行うことを特徴とする静電潜像測定装置。
A vacuum chamber apparatus according to any one of claims 1 to 12,
An electrostatic latent image measuring apparatus for measuring a sample surface based on a detection signal obtained by scanning the sample surface with a charged particle beam.
請求項1から14のいずれか1項に記載された装置で評価した感光体を有する画像形成装置であって、
書き込み光源波長が680nm以下であり、かつ、前記感光体面でのビームスポット径が60μm以下であり、感光体面でのビームスポット径をAとし、形成される潜像径をBとした時に、1.0<B/A<2.0を満足することを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus having a photosensitive member evaluated by the apparatus according to claim 1,
When the wavelength of the writing light source is 680 nm or less, the beam spot diameter on the surface of the photoreceptor is 60 μm or less, the beam spot diameter on the photoreceptor surface is A, and the latent image diameter to be formed is B. An image forming apparatus satisfying 0 <B / A <2.0.
前記感光体の帯電電位の絶対値をC[V]とし、1ビームスポットの潜像深さをD[V]とした時に、0.7<D/C<0.9を満足するように書き込み光量を設定したことを特徴とする請求項15記載の画像形成装置。   Writing is performed so as to satisfy 0.7 <D / C <0.9, where the absolute value of the charging potential of the photosensitive member is C [V] and the latent image depth of one beam spot is D [V]. The image forming apparatus according to claim 15, wherein the amount of light is set.
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JP2011242125A (en) * 2010-05-15 2011-12-01 Zhongshan Weiqiang Technology Co Ltd Vapor chamber manufacturing method and vapor chamber

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