JP2011007700A - Surface state inspection apparatus using photoelectric effect - Google Patents

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Kuniaki Takahashi
邦明 高橋
Hidetoshi Hayashi
秀敏 林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface state inspection apparatus using the photoelectric effect and capable of acquiring temporally stable OSEE signals.SOLUTION: The surface state inspection apparatus includes: an ultraviolet generating source for generating ultraviolet light; a photoelectron collecting part for collecting photoelectrons discharged from the surface of metal by the irradiation of ultraviolet light; an amplification part for amplifying a photocurrent acquired from the photoelectron collecting part; and a band passing means for passing only a spectral component in a region in the vicinity of 185 nm among ultraviolet light generated by the ultraviolet generating source and is constituted in such a way as to irradiate ultraviolet light passed through the band passing means to the surface of metal to be inspected.

Description

本発明は、金属表面に紫外線を照射することによって生じる光電効果を利用した表面状態検査装置に関する。   The present invention relates to a surface condition inspection apparatus using a photoelectric effect generated by irradiating a metal surface with ultraviolet rays.

金属の表面、例えば一般的な金属表面やウエハ表面に付着した汚れや油分を検出したり、磁気ディスク表面に塗布された潤滑剤の膜厚測定を行うため、これら金属の表面に紫外線(UV)光を照射し、これによって光電効果で放出される光電子を測定することが行われる。この技術は、OSEE(Optically Stimulated Electron Emission、光刺激エキソ電子放射)を利用した表面品質検査方法や潤滑剤膜厚測定方法として、例えば、特許文献1及び2等で公知となっている。   Ultraviolet (UV) light is applied to metal surfaces such as general metal surfaces and wafer surfaces to detect dirt and oil, and to measure the thickness of lubricant applied to the magnetic disk surface. Irradiation with light, thereby measuring photoelectrons emitted by the photoelectric effect. This technique is known as, for example, Patent Documents 1 and 2 as a surface quality inspection method and lubricant film thickness measurement method using OSEE (Optically Stimulated Electron Emission).

また、このOSEEを利用して金属表面の状態を非接触で検査する表面状態検査装置も実際に市販されており、表面品質モニタとして使用されている。   In addition, a surface condition inspection apparatus for inspecting the state of a metal surface in a non-contact manner using this OSEE is actually on the market and is used as a surface quality monitor.

特開昭60−257343号公報JP-A-60-257343 特開2004−095025号公報JP 2004-095025 A

このような表面状態検査装置は、水銀ランプ等のUV発生源から紫外域にスペクトル成分を有するUV光を照射し、光電効果によって金属表面から放出される光電子を収集してOSEE信号を求め、放出される電子の量を計測するように構成されている。   Such a surface condition inspection apparatus irradiates UV light having a spectral component in the ultraviolet region from a UV generation source such as a mercury lamp, collects photoelectrons emitted from the metal surface by the photoelectric effect, obtains an OSEE signal, and emits it. It is configured to measure the amount of electrons that are generated.

しかしながら、従来の表面状態検査装置によると、金属表面の位置によっては、得られるOSEE信号の安定性に大きな差が生じていた。即ち、得られるOSEE信号が時間的に安定している表面領域と、時間的に不安定な表面領域とが存在し、経過時間に応じてOSEE信号が大きく変動するような領域がどうして生じるのか、その原因は不明であった。   However, according to the conventional surface condition inspection apparatus, there is a large difference in the stability of the obtained OSEE signal depending on the position of the metal surface. That is, there is a surface region in which the obtained OSEE signal is stable in time and a surface region in which the OSEE signal is unstable in time, and why a region in which the OSEE signal fluctuates greatly according to the elapsed time is generated. The cause was unknown.

従って本発明の目的は、時間的に、より安定したOSEE信号を得ることができる光電効果を利用した表面状態検査装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface condition inspection apparatus using a photoelectric effect that can obtain a more stable OSEE signal in terms of time.

本発明によれば、UV光を発生するUV発生源と、UV光が照射されることによって金属表面から放出される光電子を収集する光電子収集部と、この光電子収集部から得られる光電流を増幅する増幅部と、UV発生源の発生するUV光のうち、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみを通過させる帯域通過手段とを備えており、この帯域通過手段を通過したUV光が検査すべき金属表面に照射されるように構成されている光電効果を利用した表面状態検査装置が提供される。   According to the present invention, a UV source that generates UV light, a photoelectron collector that collects photoelectrons emitted from the metal surface when irradiated with UV light, and a photocurrent obtained from the photoelectron collector are amplified. And a band pass means for passing only the spectral components in the region near 185 nm of the UV light generated by the UV generation source, and the metal to be inspected by the UV light that has passed through the band pass means A surface condition inspection apparatus using a photoelectric effect configured to be irradiated on a surface is provided.

UV発生源の発生するUV光のうち、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみが通過され、UV光の他のスペクトル成分は帯域通過手段によってブロックされて金属表面に照射されない。即ち、光電子放出に寄与する、従ってOSEE信号の取得に寄与する185nm近傍のスペクトル成分のみが金属表面に照射され、254nm近傍のスペクトル成分及びその他のスペクトル成分は金属表面に照射されない。   Of the UV light generated by the UV source, only the spectral components in the region near 185 nm are passed, and the other spectral components of the UV light are blocked by the band pass means and are not irradiated on the metal surface. That is, only the spectral component near 185 nm that contributes to photoelectron emission and thus contributes to the acquisition of the OSEE signal is irradiated on the metal surface, and the spectral component near 254 nm and other spectral components are not irradiated on the metal surface.

本願発明者は、従来の表面状態検査装置においては、得られるOSEE信号が時間の経過に対して安定している表面領域と不安定な表面領域とが生じる原因を追求すべく、鋭意研究していたが、この現象は、185nm及び254nm近傍のスペクトル成分が金属表面に照射された場合に、254nm近傍のスペクトル成分の有する特異な力でオゾンを分解して酸素原子、酸素分子を生成することが大きな原因になっているのではないかと推論した。本発明で用いているUV発生源、例えば低圧水銀ランプは、少なくとも185nm及び254nmの近傍にスペクトル成分を有しているが、この254nm近傍のスペクトル成分が金属表面に照射されると、OSEE信号に脈動の生じることを見出した。即ち、254nm近傍のスペクトル成分の照射により、オゾン発生及びオゾン分解が生じ、酸化力の強い酸素原子の発生によって、測定面上での酸化膜の分解生成が絶えず起こり、それがOSEE信号の脈動発生の原因になっていることを見出した。そこで、光電効果を得るのに有効な185nm近傍のスペクトル成分のみが照射され、有害な254nm近傍のスペクトル成分が照射されないように構成することによって、金属表面全体にわたって、時間的に、より安定したOSEE信号が得られるようになったのである。   The inventor of the present application has been diligently researching the conventional surface condition inspection apparatus in order to pursue the cause of the surface area where the obtained OSEE signal is stable and unstable over time. However, this phenomenon is caused when ozone is decomposed with a specific force of spectral components near 254 nm to generate oxygen atoms and oxygen molecules when spectral components near 185 nm and 254 nm are irradiated on the metal surface. I inferred that it was a major cause. The UV generation source used in the present invention, such as a low-pressure mercury lamp, has a spectral component in the vicinity of at least 185 nm and 254 nm. When the spectral component in the vicinity of 254 nm is irradiated on the metal surface, the OSEE signal is output. We found that pulsation occurred. That is, ozone generation and ozonolysis occur due to the irradiation of spectral components near 254 nm, and the generation of oxygen atoms with strong oxidizing power constantly causes decomposition of the oxide film on the measurement surface, which generates pulsation of the OSEE signal. I found out that this is the cause. Therefore, by configuring such that only the spectral component near 185 nm effective for obtaining the photoelectric effect is irradiated and the harmful spectral component near 254 nm is not irradiated, OSEE more stable in time over the entire metal surface. A signal can be obtained.

帯域通過手段が、UV発生源からのUV光の通過路に設けられた帯域通過型光学フィルタであることが好ましい。   It is preferable that the band-pass means is a band-pass optical filter provided in the passage of UV light from the UV generation source.

UV発生源が、低圧水銀ランプであるか、又は半導体発光源であることが好ましい。   The UV source is preferably a low pressure mercury lamp or a semiconductor light source.

光電子収集部を金属表面に対して正電位にバイアスするバイアス手段をさらに備えていることも好ましい。   It is also preferable to further include bias means for biasing the photoelectron collecting unit to a positive potential with respect to the metal surface.

本発明によれば、金属表面全体にわたって、時間的に、より安定したOSEE信号を得ることができる。   According to the present invention, a more stable OSEE signal can be obtained over time over the entire metal surface.

本発明の表面状態検査装置の一実施形態における一部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the one part structure in one Embodiment of the surface state inspection apparatus of this invention. 図1の実施形態で用いた帯域通過型光学フィルタの透過特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the transmission characteristic of the band pass optical filter used in embodiment of FIG. 従来の表面状態検査装置によって測定したアルミニウムサンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the aluminum sample measured with the conventional surface state inspection apparatus, and its regression line. 本発明の表面状態検査装置によって測定したアルミニウムサンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the aluminum sample measured with the surface state inspection apparatus of this invention, and its regression line. 従来の表面状態検査装置によって測定した青銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the bronze sample measured with the conventional surface state inspection apparatus, and its regression line. 本発明の表面状態検査装置によって測定した青銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the bronze sample measured by the surface state inspection apparatus of this invention, and its regression line. 従来の表面状態検査装置によって測定した白銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the white copper sample measured with the conventional surface state inspection apparatus, and its regression line. 本発明の表面状態検査装置によって測定した白銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the OSEE signal characteristic of the white copper sample measured with the surface state inspection apparatus of this invention, and its regression line.

図1は本発明の表面状態検査装置の一実施形態における一部の構成を概略的に示しており、(A)はセンサヘッド部分の概略斜視図、(B)はセンサヘッドの先端部の軸断面図、(C)はセンサヘッドの先端部の平面図である。   FIG. 1 schematically shows a part of the configuration of an embodiment of the surface condition inspection apparatus according to the present invention, in which (A) is a schematic perspective view of a sensor head portion, and (B) is an axis of a tip portion of the sensor head. Sectional drawing and (C) are top views of the front-end | tip part of a sensor head.

これらの図において、10はセンサヘッド、11はセンサヘッド10に接続されている制御及び表示部、12はセンサヘッド10のハウジング、13はセンサヘッド10の内部に装着されたUV発生源である低圧水銀ランプ、14はセンサヘッド10の先端部に設けられた光電子収集用のアノード電極、15はアノード電極14の貫通孔14aを覆う帯域通過型光学フィルタ、16はセンサヘッド10内に設けられた増幅回路、17は同じくセンサヘッド10内に設けられたバイアス回路をそれぞれ示している。   In these drawings, 10 is a sensor head, 11 is a control and display unit connected to the sensor head 10, 12 is a housing of the sensor head 10, and 13 is a low pressure that is a UV generation source mounted inside the sensor head 10. A mercury lamp, 14 is an anode electrode for collecting photoelectrons provided at the tip of the sensor head 10, 15 is a band-pass optical filter covering the through hole 14 a of the anode electrode 14, and 16 is an amplification provided in the sensor head 10. Reference numeral 17 denotes a bias circuit provided in the sensor head 10.

低圧水銀ランプ13は、ランプ本体13aと、発光部13bとを備えており、制御及び表示部11から供給される高電圧によって駆動され、少なくとも185nm、254nm及び365nmの近傍のスペクトル成分を有するUV光を放射する。   The low-pressure mercury lamp 13 includes a lamp main body 13a and a light emitting unit 13b, is driven by a high voltage supplied from the control and display unit 11, and has UV light having spectral components in the vicinity of at least 185 nm, 254 nm, and 365 nm. Radiate.

アノード電極14は、中央部に円形の貫通孔14a(本実施形態では、直径が6mm)を有する環形状となっており、ステンレススチールで形成されている。このアノード電極14は、検査すべき金属表面から、光電効果によって放出された光電子を収集する光電子収集部を構成しており、バイアス回路17によって、金属表面より正となる電位にバイアスされている。具体的には、金属表面が接地されていれば、正電位の直流バイアス電圧がバイアス回路17から印加されるように構成されている。   The anode electrode 14 has a ring shape having a circular through hole 14a (in this embodiment, a diameter of 6 mm) in the center, and is made of stainless steel. The anode electrode 14 constitutes a photoelectron collector that collects photoelectrons emitted from the metal surface to be inspected by the photoelectric effect, and is biased to a positive potential by the bias circuit 17 from the metal surface. Specifically, when the metal surface is grounded, a positive DC bias voltage is applied from the bias circuit 17.

また、アノード電極14は、バイアス回路17を介して高利得の増幅回路16に接続されており、このアノード電極14が収集した光電子に基づく光電流がこの増幅回路16によって増幅され、1〜5V程度のOSEE信号が得られる。このOSEE信号は、制御及び表示部11へ出力されて、金属表面の表面品質検査用や潤滑剤膜厚測定用の検出信号として信号処理される。   The anode electrode 14 is connected to a high gain amplifier circuit 16 via a bias circuit 17, and a photocurrent based on the photoelectrons collected by the anode electrode 14 is amplified by the amplifier circuit 16, and is about 1 to 5V. The OSEE signal is obtained. This OSEE signal is output to the control and display unit 11 and processed as a detection signal for surface quality inspection of the metal surface or for lubricant film thickness measurement.

低圧水銀ランプ13からのUV光は、アノード電極14の貫通孔14aを通ってハウジング12の外部へ放射されるが、本実施形態では、帯域通過型光学フィルタ15が、この貫通孔14aの開口を覆うようにアノード電極14に接着されており、従って、UV光はこの帯域通過型光学フィルタ15を必ず通過することとなる。   The UV light from the low-pressure mercury lamp 13 is radiated to the outside of the housing 12 through the through hole 14a of the anode electrode 14. In this embodiment, the band-pass optical filter 15 passes through the opening of the through hole 14a. It is adhered to the anode electrode 14 so as to cover it. Therefore, the UV light always passes through the band-pass optical filter 15.

この帯域通過型光学フィルタ15は、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみを通過させる帯域通過フィルタであり、本実施形態では、Acton Optics & Coating社のUV帯域通過フィルタ、FN185−N−5Dを用いている。この帯域通過フィルタは、ピーク波長が185±2.5nmの通過帯域を有している。図2はこの帯域通過フィルタにおける透過率の対周波数特性を示している。   This band-pass optical filter 15 is a band-pass filter that allows only a spectral component in a region near 185 nm to pass. In this embodiment, a UV band-pass filter FN185-N-5D manufactured by Acton Optics & Coating is used. Yes. This band pass filter has a pass band with a peak wavelength of 185 ± 2.5 nm. FIG. 2 shows the transmittance versus frequency characteristic of this band-pass filter.

ただし、帯域通過型光学フィルタ15としては、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみを通過させるものであれば、他の種類のフィルタを用いても良いことはもちろんである。また、本実施形態では、この帯域通過型光学フィルタ15がアノード電極14の外側に固着されているが、UV光の通路に設けられていれば、設置位置はどこであっても良い。さらに、帯域通過させるものであれば、フィルタ以外に帯域選択型反射鏡を用いても良い。   However, as the band-pass optical filter 15, other types of filters may be used as long as they pass only the spectral components in the region near 185 nm. Further, in the present embodiment, the band-pass optical filter 15 is fixed to the outside of the anode electrode 14, but the installation position may be anywhere as long as it is provided in the UV light passage. Furthermore, a band-selective reflector other than a filter may be used as long as it allows band-pass.

このように、本実施形態によれば、帯域通過型光学フィルタ15により、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみが検査すべき金属表面に照射される。光電効果はこの185nm近傍のスペクトル成分によって生じるため、放出された光電子をアノード電極14によって収集し、OSEE信号を得ることができる。その際、254nm近傍のスペクトル成分が金属表面に照射されないので、185nm及び254nm近傍の両方のスペクトル成分が金属表面に照射されることによって254nm近傍のスペクトル成分の有する特異な力でオゾンを分解して酸素原子、酸素分子を生成し、金属表面が酸化されることを、効果的に防止することができる。即ち、254nm近傍のスペクトル成分の照射により、オゾン発生及びオゾン分解が生じ、酸化力の強い酸素原子の発生による測定面における酸化膜の分解生成が起こってOSEE信号が脈動するような不都合の発生を未然に防止でき、金属表面全体にわたって、時間的に、より安定したOSEE信号を得ることができる。   Thus, according to this embodiment, the bandpass optical filter 15 irradiates only the spectral component in the region near 185 nm to the metal surface to be inspected. Since the photoelectric effect is caused by the spectral component in the vicinity of 185 nm, the emitted photoelectrons can be collected by the anode electrode 14 to obtain an OSEE signal. At that time, since the spectral component in the vicinity of 254 nm is not irradiated on the metal surface, ozone is decomposed by the unique force of the spectral component in the vicinity of 254 nm by irradiating the metal surface with both of the spectral components in the vicinity of 185 nm and 254 nm. Oxygen atoms and oxygen molecules are generated, and the metal surface can be effectively prevented from being oxidized. That is, ozone generation and ozone decomposition occur due to irradiation of spectral components in the vicinity of 254 nm, and the OSEE signal pulsates due to generation of oxide film decomposition on the measurement surface due to generation of strong oxidizing oxygen atoms. This can be prevented in advance, and a more stable OSEE signal can be obtained in time over the entire metal surface.

なお、UV光を発生するUV発生源としては、低圧水銀ランプの他にUVランプ、UV用発光ダイオード(LED)素子等の半導体発光源、UVレーザ光を発生するUVレーザ源、又は発生した可視光をUVレーザ光に変換する手段を備えた可視光レーザ源を用いても良い。   In addition to the low-pressure mercury lamp, a UV light source that generates UV light includes a UV light source, a semiconductor light-emitting source such as a UV light emitting diode (LED) element, a UV laser source that generates UV laser light, or a visible light that has been generated. A visible light laser source having means for converting light into UV laser light may be used.

次に、本実施形態の表面状態検査装置の効果について検証した結果を説明する。   Next, the result verified about the effect of the surface state inspection apparatus of this embodiment is demonstrated.

図3及び図4は、従来の表面状態検査装置及び本実施形態の表面状態検査装置によって測定したアルミニウムサンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線をそれぞれ示す特性図である。ただし、これらの図において、横軸は測定開始時点からの時間(秒)、縦軸はOSEE信号(V/200)をそれぞれ表している。   FIG. 3 and FIG. 4 are characteristic diagrams respectively showing OSEE signal characteristics of an aluminum sample and its regression line measured by the conventional surface condition inspection apparatus and the surface condition inspection apparatus of the present embodiment. In these figures, the horizontal axis represents the time (seconds) from the measurement start time, and the vertical axis represents the OSEE signal (V / 200).

実際には、従来の表面状態検査装置としては、本実施形態の表面状態検査装置から帯域通過型光学フィルタ15を取り外したものを用いた。ただし、サンプル表面とアノード電極14との距離は、フィルタの有無にかかわらず、全てのサンプルについて一定に維持した。   Actually, as the conventional surface condition inspection apparatus, an apparatus obtained by removing the band-pass optical filter 15 from the surface condition inspection apparatus of this embodiment is used. However, the distance between the sample surface and the anode electrode 14 was kept constant for all samples regardless of the presence or absence of a filter.

従来及び本実施形態の表面状態検査装置による測定について、10個のアルミニウムサンプル(アルミニウム100%)をそれぞれ用意し、測定前に各サンプルはその表面をイソプロピルアルコールで入念に洗浄し、その後、乾燥させてから一定の時間を経て測定を開始した。測定を開始する際に、最初に軽くUV光を照射することにより、サンプルの洗浄度がある程度の範囲に入っていることを確認した。測定結果を得るためには1つのサンプルの測定時間である60秒に加えて、データ確認とサンプル取替え等を含めて90秒ほど必要である。この時間をできる限り短縮することにより、自然酸化膜がサンプル表面に付着してOSEE信号が減衰することをできるだけ抑止し、測定に誤差が出ないように配慮した。また、UV光を測定開始時点と測定終了時点とにUVメータによって測定し、測定期間中のUV光変化量が1%以内であることを確認した。この測定には254nmの波長に感度のあるUVメータを使用した。低圧水銀ランプ13のメーカの報告では、185nmのスペクトル成分と254nmのスペクトル成分との減衰特性は互いに連動しているとあり、従って、254nmのスペクトル成分のゆっくりとした変動を観察することで185nmのスペクトル成分の変動の有無を間接的に知ることができる。   For measurement by the surface condition inspection apparatus of the conventional and this embodiment, 10 aluminum samples (100% aluminum) are prepared, and each sample is thoroughly cleaned with isopropyl alcohol before measurement, and then dried. Measurement was started after a certain period of time. When starting the measurement, it was confirmed that the cleanliness of the sample was within a certain range by irradiating light UV light first. In order to obtain a measurement result, in addition to 60 seconds which is the measurement time of one sample, about 90 seconds are required including data confirmation and sample replacement. By shortening this time as much as possible, consideration was given so as to prevent the natural oxide film from adhering to the sample surface and to attenuate the OSEE signal as much as possible, and to prevent errors in measurement. Moreover, UV light was measured with a UV meter at the measurement start time and measurement end time, and it was confirmed that the amount of change in UV light during the measurement period was within 1%. For this measurement, a UV meter sensitive to a wavelength of 254 nm was used. According to the report of the manufacturer of the low-pressure mercury lamp 13, the attenuation characteristics of the spectral component at 185 nm and the spectral component at 254 nm are linked to each other. Therefore, by observing the slow fluctuation of the spectral component at 254 nm, It is possible to know indirectly whether or not there is a change in spectral components.

OSEE信号は、フィルタの有無を問わず、ほとんどの場合、UV光を照射した直後に急激に上昇し、その後、急激に下降する傾向がある。照射開始後5〜6秒を経過すると、フィルタの有無を問わず、安定したOSEE信号を得られることが判明したので、デ ータとして意味のある計測開始後5〜6秒からのデータのみが表されている。計測終了は開始から60秒経過までとした。測定開始から測定終了まで、同一サンプルの同じ位置を連続して測定するようにし、この測定を10個の異なるサンプルについて行った。フィルタ有りの場合について10個、フィルタ無しの場合について10個である。個々のサンプルで多少の汚れや固有のエージングの差があるので、OSEE信号の絶対値に多少のばらつきは存在している。   In most cases, the OSEE signal has a tendency to rise rapidly immediately after irradiation with UV light, and then to fall rapidly, regardless of the presence or absence of a filter. After 5 to 6 seconds from the start of irradiation, it became clear that a stable OSEE signal could be obtained with or without a filter, so only data from 5 to 6 seconds after the start of measurement that is meaningful as data was obtained. It is represented. The measurement was completed until 60 seconds had elapsed from the start. From the measurement start to the measurement end, the same position of the same sample was continuously measured, and this measurement was performed on 10 different samples. There are 10 when there is a filter and 10 when there is no filter. There is some variation in the absolute value of the OSEE signal because there are some dirt and inherent aging differences between individual samples.

図3のフィルタ無しの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.0225x+78.539、R=0.1447、
(B)y= 0.0068x+75.592、R=0.0054、
(C)y=−0.0381x+47.030、R=0.3730、
(D)y=−0.1594x+68.552、R=0.7484、
(E)y=−0.1889x+74.179、R=0.8143、
(F)y=−0.1149x+86.366、R=0.6402、
(G)y=−0.0712x+62.820、R=0.4757、
(H)y= 0.0613x+54.311、R=0.5994、
(I)y= 0.2338x+88.009、R=0.2945、
(J)y=−0.1203x+83.734、R=0.7738。
The linear regression equation in the case of no filter in FIG. 3 is as follows.
(A) y = −0.0225x + 78.539, R 2 = 0.1447,
(B) y = 0.068x + 75.592, R 2 = 0.0054,
(C) y = −0.0381x + 47.030, R 2 = 0.3730,
(D) y = −0.1594x + 68.552, R 2 = 0.7484,
(E) y = −0.1889x + 74.179, R 2 = 0.8143,
(F) y = −0.1149x + 86.366, R 2 = 0.6402,
(G) y = −0.0712x + 62.820, R 2 = 0.4757,
(H) y = 0.0613x + 54.311, R 2 = 0.5994,
(I) y = 0.2338x + 88.009, R 2 = 0.2945,
(J) y = −0.1203x + 83.734, R 2 = 0.7738.

図4のフィルタ有りの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.1036x+85.649、R=0.6546、
(B)y=−0.0719x+65.675、R=0.5290、
(C)y=−0.0082x+116.02、R=0.0073、
(D)y=−0.0992x+115.76、R=0.6743、
(E)y=−0.0526x+126.53、R=0.1454、
(F)y=−0.0125x+130.34、R=0.0144、
(G)y=−0.0278x+131.76、R=0.0787、
(H)y=−0.0488x+125.23、R=0.2424、
(I)y=−0.0473x+86.329、R=0.2702、
(J)y=−0.0784x+106.43、R=0.4302。
The linear regression equation with the filter in FIG. 4 is as follows.
(A) y = −0.1036x + 85.649, R 2 = 0.6546,
(B) y = −0.0719x + 65.675, R 2 = 0.5290,
(C) y = −0.0082x + 116.02, R 2 = 0.0073,
(D) y = −0.0992x + 115.76, R 2 = 0.6743,
(E) y = −0.0526x + 126.53, R 2 = 0.1454,
(F) y = −0.0125x + 130.34, R 2 = 0.0144,
(G) y = −0.0278x + 131.76, R 2 = 0.0787,
(H) y = −0.0488x + 125.23, R 2 = 0.2424,
(I) y = −0.0473x + 86.329, R 2 = 0.2702,
(J) y = −0.0784x + 106.43, R 2 = 0.4302.

図3のフィルタ無しの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、0.1017であり、これに対して図4のフィルタ有りの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、これよりはるかに小さい0.0550となった。   The average of the slope (absolute value) of the linear regression equation without filter in FIG. 3 is 0.1017, whereas the average of the slope (absolute value) of the linear regression equation with filter in FIG. Was a much smaller 0.0550.

図5及び図6は、従来の表面状態検査装置及び本実施形態の表面状態検査装置によって測定した青銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線をそれぞれ示す特性図である。ただし、これらの図において、横軸は測定開始からの時間(秒)、縦軸はOSEE信号(V/200)をそれぞれ表している。   5 and 6 are characteristic diagrams respectively showing the OSEE signal characteristic of the bronze sample and its regression line measured by the conventional surface state inspection apparatus and the surface state inspection apparatus of the present embodiment. In these figures, the horizontal axis represents the time (seconds) from the start of measurement, and the vertical axis represents the OSEE signal (V / 200).

従来及び本実施形態の表面状態検査装置による測定について、10個の青銅サンプル(銅95%、亜鉛4%、錫1%)をそれぞれ用意し、測定前に各サンプルはその表面をイソプロピルアルコールで入念に洗浄し、その後、乾燥させてから一定の時間を経て測定を開始した。   Ten bronze samples (copper 95%, zinc 4%, tin 1%) were prepared for the measurement by the surface condition inspection apparatus of the conventional and this embodiment, and the surface of each sample was carefully cleaned with isopropyl alcohol before measurement. And then, after drying, measurement was started after a certain period of time.

その他の測定方法は、図3及び図4のアルミニウムサンプルの場合と同様である。   Other measurement methods are the same as those of the aluminum sample shown in FIGS.

図5のフィルタ無しの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.4848x+237.01、R=0.8334、
(B)y=−0.7383x+318.06、R=0.8264、
(C)y=−0.3643x+193.85、R=0.8459、
(D)y=−0.4851x+372.73、R=0.8257、
(E)y=−0.0923x+107.34、R=0.3665、
(F)y=−0.7143x+309.07、R=0.9755、
(G)y=−0.5211x+295.36、R=0.8541、
(H)y=−0.6472x+284.14、R=0.9757、
(I)y=−0.6073x+292.59、R=0.9695、
(J)y=−0.5681x+228.77、R=0.9789。
The linear regression equation without filter in FIG. 5 is as follows.
(A) y = −0.4848x + 237.01, R 2 = 0.8334,
(B) y = −0.7383x + 318.06, R 2 = 0.8264,
(C) y = −0.3643x + 193.85, R 2 = 0.8459,
(D) y = −0.4851x + 372.73, R 2 = 0.8257,
(E) y = −0.0923x + 107.34, R 2 = 0.3665,
(F) y = −0.7143x + 309.07, R 2 = 0.9755,
(G) y = −0.5211x + 295.36, R 2 = 0.8541,
(H) y = −0.6472x + 284.14, R 2 = 0.9757,
(I) y = −0.6073x + 292.59, R 2 = 0.9695,
(J) y = −0.5681x + 228.77, R 2 = 0.9789.

図6のフィルタ有りの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.1840x+418.57、R=0.7177、
(B)y=−0.0075x+320.94、R=0.0004、
(C)y=−0.1812x+421.65、R=0.9060、
(D)y=−0.1313x+380.22、R=0.8634、
(E)y=−0.2060x+401.26、R=0.8955、
(F)y=−0.1376x+359.83、R=0.8583、
(G)y=−0.2181x+423.66、R=0.8677、
(H)y=−0.1437x+382.70、R=0.7961、
(I)y=−0.1313x+380.22、R=0.8634、
(J)y=−0.0994x+371.46、R=0.6599。
The linear regression equation with the filter in FIG. 6 is as follows.
(A) y = −0.1840x + 418.57, R 2 = 0.7177,
(B) y = −0.0075x + 320.94, R 2 = 0.0004,
(C) y = −0.1812x + 421.65, R 2 = 0.9060,
(D) y = −0.1313x + 380.22, R 2 = 0.8634,
(E) y = −0.2060x + 401.26, R 2 = 0.8955,
(F) y = −0.1376x + 359.83, R 2 = 0.8583,
(G) y = −0.2181x + 423.66, R 2 = 0.8677,
(H) y = −0.1437x + 382.70, R 2 = 0.7961,
(I) y = −0.1313x + 380.22, R 2 = 0.8634,
(J) y = −0.0994x + 371.46, R 2 = 0.6599.

図5のフィルタ無しの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、0.5223であり、これに対して図6のフィルタ有りの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、これよりはるかに小さい0.1440となった。   The average of the slope (absolute value) of the linear regression equation without filter of FIG. 5 is 0.5223, whereas the average of the slope (absolute value) of the linear regression equation with filter of FIG. Was 0.1440, much smaller than this.

図7及び図8は、従来の表面状態検査装置及び本実施形態の表面状態検査装置によって測定した白銅サンプルのOSEE信号特性及びその回帰直線をそれぞれ示す特性図である。ただし、これらの図において、横軸は測定開始からの時間(秒)、縦軸はOSEE信号(V/200)をそれぞれ表している。   FIGS. 7 and 8 are characteristic diagrams showing OSEE signal characteristics of a bronze sample and a regression line thereof measured by the conventional surface condition inspection apparatus and the surface condition inspection apparatus of the present embodiment, respectively. In these figures, the horizontal axis represents the time (seconds) from the start of measurement, and the vertical axis represents the OSEE signal (V / 200).

従来及び本実施形態の表面状態検査装置による測定について、10個の白銅サンプル(銅75%、ニッケル25%)をそれぞれ用意し、測定前に各サンプルはその表面をイソプロピルアルコールで入念に洗浄し、その後、乾燥させてから一定の時間を経て測定を開始した。   For the measurement by the surface condition inspection apparatus of the prior art and this embodiment, 10 white copper samples (copper 75%, nickel 25%) are prepared, and each sample is carefully cleaned with isopropyl alcohol before measurement, Thereafter, measurement was started after a certain period of time after drying.

その他の測定方法は、図3及び図4のアルミニウムサンプルの場合と同様である。   Other measurement methods are the same as those of the aluminum sample shown in FIGS.

図7のフィルタ無しの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.3069x+115.67、R=0.8969、
(B)y=−0.3501x+203.73、R=0.8928、
(C)y=−0.3602x+193.11、R=0.8278、
(D)y=−0.3065x+227.52、R=0.9214、
(E)y=−0.4097x+255.36、R=0.7598、
(F)y=−0.2326x+220.97、R=0.8365、
(G)y=−0.3518x+270.76、R=0.9258、
(H)y=−0.2551x+205.59、R=0.6889、
(I)y=−0.5186x+256.65、R=0.9267、
(J)y=−0.2466x+163.19、R=0.8547。
The linear regression equation without filter in FIG. 7 is as follows.
(A) y = −0.3069x + 115.67, R 2 = 0.8969,
(B) y = −0.3501x + 203.73, R 2 = 0.8928,
(C) y = −0.3602x + 193.11, R 2 = 0.8278,
(D) y = −0.3065x + 227.52, R 2 = 0.9214,
(E) y = −0.4097x + 255.36, R 2 = 0.7598,
(F) y = −0.2326x + 220.97, R 2 = 0.8365,
(G) y = −0.3518x + 270.76, R 2 = 0.9258,
(H) y = −0.2551x + 205.59, R 2 = 0.6889,
(I) y = −0.5186x + 256.65, R 2 = 0.9267,
(J) y = −0.2466x + 163.19, R 2 = 0.8547.

図8のフィルタ有りの場合の線形回帰式は、以下のようになった。
(A)y=−0.1375x+337.53、R=0.6298、
(B)y=−0.0970x+345.17、R=0.6322、
(C)y=−0.1382x+280.56、R=0.7955、
(D)y=−0.0842x+337.10、R=0.6930、
(E)y=−0.1720x+322.99、R=0.9238、
(F)y=−0.1489x+339.51、R=0.8171、
(G)y=−0.1309x+349.00、R=0.7487、
(H)y=−0.1355x+333.93、R=0.8054、
(I)y=−0.1448x+302.00、R=0.7667、
(J)y=−0.1429x+323.32、R=0.7732。
The linear regression equation with the filter in FIG. 8 is as follows.
(A) y = −0.1375x + 337.53, R 2 = 0.6298,
(B) y = −0.0970x + 345.17, R 2 = 0.6322,
(C) y = −0.1382x + 280.56, R 2 = 0.7955,
(D) y = −0.0842x + 337.10, R 2 = 0.6930,
(E) y = −0.1720x + 322.99, R 2 = 0.9238,
(F) y = −0.1489x + 339.51, R 2 = 0.8171,
(G) y = −0.1309x + 349.00, R 2 = 0.7487,
(H) y = −0.1355x + 333.93, R 2 = 0.8054,
(I) y = −0.1448x + 302.00, R 2 = 0.7667,
(J) y = −0.1429x + 323.32, R 2 = 0.7732.

図7のフィルタ無しの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、0.3338であり、これに対して図8のフィルタ有りの場合の線形回帰式の傾き(絶対値)の平均は、これよりはるかに小さい0.1332となった。   The average of the slope (absolute value) of the linear regression equation without filter of FIG. 7 is 0.3338, whereas the average of the slope (absolute value) of the linear regression equation with filter of FIG. Was 0.1332, much smaller than this.

このように、アルミニウム、青銅及び白銅のいずれのサンプルにおいても、帯域通過型光学フィルタ15が有る場合は無い場合に比して、線形回帰式の傾きがかなり小さくなっている。その理由は、フィルタが無く、254nm近傍のスペクトル成分と185nm近傍のスペクトル成分とが同時に存在するときの特異な環境によりオゾンと酸素原子及び酸素分子とが発生し、酸素原子がその強力な酸化力でサンプル表面を酸化するので、OSEE信号の時間経過に対する負の傾き係数が大きくなる。これに対して、フィルタを装着して185nm近傍のスペクトル成分のみをサンプル表面に照射すれば、酸素原子がほとんど発生せず、表面酸化が生じないから、OSEE信号が時間経過と共に大きく低下するような現象は発生しない。即ち、OSEE信号の線形回帰式の傾きは小さい。   Thus, in any sample of aluminum, bronze, and white bronze, the slope of the linear regression equation is considerably smaller than when there is no bandpass optical filter 15. The reason is that ozone, oxygen atoms, and oxygen molecules are generated by a unique environment when there is no filter and spectral components near 254 nm and spectral components near 185 nm are present at the same time. Since the surface of the sample is oxidized, the negative slope coefficient with respect to the passage of time of the OSEE signal increases. On the other hand, if a filter is attached and only the spectral component near 185 nm is irradiated on the sample surface, oxygen atoms are hardly generated and surface oxidation does not occur, so that the OSEE signal greatly decreases with time. The phenomenon does not occur. That is, the slope of the linear regression equation of the OSEE signal is small.

従って、本実施形態のように、帯域通過型光学フィルタ15により、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみが検査すべき金属表面に照射されるように構成すれば、金属表面での酸化を抑制することができ、表面全体にわたって、時間的に常に安定したOSEE信号を得ることができるのである。   Therefore, as in this embodiment, if the bandpass optical filter 15 is configured so that only the spectral component in the region near 185 nm is irradiated onto the metal surface to be inspected, the oxidation on the metal surface can be suppressed. Thus, an OSEE signal that is always stable over time can be obtained over the entire surface.

なお、上述したサンプルはアルミニウム、青銅及び白銅の場合であるが、それ以外の金属材料においても、仕事関数の関係から光電効果で光電子が放出される金属であれば、同様の効果を期待できることは明らかである。   In addition, although the sample mentioned above is a case of aluminum, bronze, and white bronze, even if it is a metal material other than that, if a photoelectron is emitted by a photoelectric effect from the relation of a work function, the same effect can be expected. it is obvious.

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。   The above-described embodiments are all illustrative of the present invention and are not limited to the present invention, and the present invention can be implemented in various other variations and modifications. Therefore, the scope of the present invention is defined only by the claims and their equivalents.

10 センサヘッド
11 制御及び表示部
12 ハウジング
13 低圧水銀ランプ
13a ランプ本体
13b 発光部
14 アノード電極
14a 貫通孔
15 帯域通過型光学フィルタ
16 増幅回路
17 バイアス回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor head 11 Control and display part 12 Housing 13 Low pressure mercury lamp 13a Lamp main body 13b Light emission part 14 Anode electrode 14a Through-hole 15 Band pass type optical filter 16 Amplifying circuit 17 Bias circuit

Claims (5)

紫外線光を発生する紫外線発生源と、紫外線光が照射されることによって金属表面から放出される光電子を収集する光電子収集部と、該光電子収集部から得られる光電流を増幅する増幅部と、前記紫外線発生源の発生する紫外線光のうち、185nm近傍の領域におけるスペクトル成分のみを通過させる帯域通過手段とを備えており、前記帯域通過手段を通過した紫外線光が検査すべき金属表面に照射されるように構成されていることを特徴とする光電効果を利用した表面状態検査装置。   An ultraviolet light source that generates ultraviolet light; a photoelectron collector that collects photoelectrons emitted from the metal surface when irradiated with ultraviolet light; an amplifier that amplifies the photocurrent obtained from the photoelectron collector; Band pass means for passing only the spectral component in the region near 185 nm of the ultraviolet light generated by the ultraviolet ray generation source, and the ultraviolet light that has passed through the band pass means is irradiated onto the metal surface to be inspected. A surface state inspection apparatus using a photoelectric effect, characterized in that it is configured as described above. 前記帯域通過手段が、前記紫外線発生源からの紫外線光の通過路に設けられた帯域通過型光学フィルタであることを特徴とする請求項1に記載の表面状態検査装置。   2. The surface condition inspection apparatus according to claim 1, wherein the band-pass means is a band-pass optical filter provided in a passage of ultraviolet light from the ultraviolet light source. 前記紫外線発生源が、低圧水銀ランプであることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 1, wherein the ultraviolet ray generation source is a low-pressure mercury lamp. 前記紫外線発生源が、半導体発光源であることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面状態検査装置。   The surface condition inspection apparatus according to claim 1, wherein the ultraviolet ray generation source is a semiconductor light emission source. 前記光電子収集部を前記金属表面に対して正電位にバイアスするバイアス手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の表面状態検査装置。   5. The surface state inspection apparatus according to claim 1, further comprising bias means for biasing the photoelectron collecting unit to a positive potential with respect to the metal surface.
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